WO2017182036A1

WO2017182036A1 - Betätigungsvorrichtung für ein kraftfahrzeuggetriebe und schalteinheit

Info

Publication number: WO2017182036A1
Application number: PCT/DE2017/100297
Authority: WO
Inventors: Lászlo Mán; Peter Greb
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2016-04-21
Filing date: 2017-04-12
Publication date: 2017-10-26
Also published as: DE102017107887A1; DE112017002089A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeuggetriebe, mit einer elektromotorisch in Drehbewegung versetzbaren Spindelmutter (2), die an einer Spindelstange (3) so angreift, dass eine Längsbewegung der Spindelstange (3) bei Rotation der Spindelmutter (2) erzwungen ist, wobei die Längsbewegung der Spindelstange (3) zum Verstellen eines Betätigungshebels (4) weitergebbar ist, wobei die Spindelmutter (2) und die Spindelstange (3) so aufeinander abgestimmt und ausgelegt sind, dass die Spindelstange (3) um ihre Querachse verschwenkbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Schalteinheit umfassend eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung (1 ), mit einem an der Spindelstange (3) angeschlossenen Betätigungshebel (4).

Description

Betätigungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeuggetriebe und Schalteinheit

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeuggetriebe, etwa ein Automatikgetriebe, bspw. nach Art eines Wandler-Automatikgetriebes, mit einer elektromotorisch in Drehbewegung versetzbaren Spindelmutter, die an einer Spindelstange so angreift, dass eine Längsbewegung der Spindelstange bei Rotation der Spindelmutter erzwungen ist, wobei die Längsbewegung der Spindelstange zum Verstellen eines Betätigungshebels weitergebbar ist. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Schalteinheit, mit einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung und einem an der Spindelstange angeschlossenen Betätigungshebel.

Aus der DE 10 2009 013 404 A1 ist ein Getriebeaktor zur Betätigung eines automati- sierten Schaltgetriebes mit einer Mehrzahl von Gängen bekannt, wobei eine Schaltwelle von zumindest einem Elektromotor in einer Dreh- und Längsbewegung antreibbar ist und mittels einer Bewegung ein Gang ausgewählt und mittels der anderen Bewegung geschaltet wird, bei dem zwischen dem Schaltgetriebe und dem zumindest einen Elektromotor ein Gehäuse vorgesehen ist, in dem ein Aktorgetriebe gekapselt aufgenommen ist.

Aus der WO 2015/149775 A1 ist ein Aktor zur Kupplungsbetätigung bekannt, der ein Motormodul und ein Betätigungsmodul umfasst. Das Motormodul ist wahlweise mit einem Hydraulikmodul oder einem Mechanikmodul verbindbar. Das Motormodul und/oder das Betätigungsmodul weisen einen Motorflansch zur wahlweisen Verbindung auf. Das Motormodul und/oder das Betätigungsmodul weisen wenigstens einen Gehäuseflansch zur Verbindung mit einem Gehäuse auf.

Die WO 2015/070850 A1 offenbart eine Betätigungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem elektromechanischen Aktor, der eine elektromotorisch in Drehbewegung versetzbare Spindel aufweist, die über ein Rotationsbewegung in Linearbewegung wandelndes Bewegungswandelgetriebe Druck und/oder Zug auf eine Druckhülse wei- tergebend an eine Auslöseeinrichtung einer Kupplung koppelbar ist, wobei die Druckhülse über eine die Druckhülse gegen Rotation sichernde Gelenkeinheit auf eine Kupplungsstellvorrichtung einwirkt. Ferner wird in dieser Druckschrift auch eine Kupplung mit einer solchen Betätigungsvorrichtung beschrieben.

Die DE 10 2015 212 645.5 offenbart einen Kupplungsaktor für ein Kraftfahrzeug, mit einem axial verfahrbaren Stellteil, wobei das Stellteil über einen einen Stator aufweisenden Elektromotor in eine Axialbewegung versetzbar ist und der Stator in einem topfartigen, den Stator zumindest teilweise umgebenden Statorgehäuse fest ange- bunden ist, wobei das Stellteil zum Bewirken einer Stellbewegung ausgelegt ist, wobei das auch das Stellteil umgebende Statorgehäuse einteilig ausgebildet ist.

In der DE 10 2016 206 749 A1 ist eine Betätigungsvorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe offenbart, die ein Gehäuse, einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor und ein Betätigungsgetriebe mit einer Spindelstange und einer Spindelmutter aufweist, wobei die Betätigungsvorrichtung eine mit der Spindelstange verbundene Koppelstange aufweist, um die Betätigungsvorrichtung baulich und/oder funktional zu verbessern. Die aus dem zitierten Stand der Technik bekannten Betätigungsvorrichtungen besitzen alle eine gelenkige Anbindung des Betätigungshebels an die Spindelstange. Um die für die gelenkige Verbindung zwischen der Spindelstange und dem Betätigungshebel erforderlichen Freiheitsgrade (mindestens zwei) zu ermöglichen, werden mehrere Dreh- und/oder Kreuzgelenke eingesetzt. Dadurch ist der erforderliche Bauraum für die Betätigungsvorrichtung jedoch sehr groß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern, und insbesondere eine Betätigungsvorrichtung vorzusehen, welche weniger Bauraum benötigt und zusätzlich noch kostengünstiger ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Betätigungsvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Spindelmutter und die Spindelstange so aufeinander abgestimmt und ausgelegt sind, dass die Spindelstange um ihre Querachse, also eine Achse schräg, vorzugsweise orthogonal / senkrecht zu einer Ebene, in der die Längsbewegung stattfindet, verschwenkbar ist. Dadurch ist es möglich, auf die aufwendige platzraubende Ausgestaltung der gelenkigen Anbindung in Form von mehreren Kreuz- und/oder Drehgelenken zu verzichten, und dadurch Bauraum und auch Kosten einzu- sparen.

Die Betätigungsvorrichtung dient insbesondere zur Verwendung mit einem Automatikgetriebe, wie bspw. einem Wandler-Automatikgetriebe. Derartige Fahrzeuggetriebe weisen eine Betätigungswelle auf, die drehbar ist, um in dem Fahrzeuggetriebe ver- schiedene Betriebsmodi, wie„Parken" (P - park),„Rückwärts" (R - reverse),„Leerlauf" (N - neutral) und/oder„Fahren" (D - drive), einzustellen. Insbesondere ein Lösen der mit„P" bezeichneten Parkstellung, in der das Fahrzeuggetriebe mechanisch verriegelt ist, erfordert in der Regel einen gegenüber anderen Betätigungen erhöhten Kraftaufwand. Hierbei kann beispielsweise ein Elektromotor zur Erzeugung einer Drehbewe- gung dienen. Das Betätigungsgetriebe, welches unter anderem die Spindelstange und die Spindelmutter umfasst, dient dazu, eine Drehbewegung des Elektromotors in eine lineare Bewegung umzuwandeln. Hierfür ist die Spindelstange axial verlagerbar.

Wie bereits vorstehend erläutert, kann die Anbindung der Spindelstange an den Betä- tigungshebel über ein beidseitig gelenkig gelagertes Koppelteil ausgebildet sein. Dieses Koppelteil kann auch als Pleuel bezeichnet werden, und dient zur kinematischen Verbindung der Spindelstange mit einem Fahrzeuggetriebe, insbesondere mit einer Betätigungswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes. Die Koppelstange dient insbesondere zur Übertragung von Zug- und/oder Druckkräften, wodurch eine Übertragung einer Betätigungsbewegung von der Betätigungsvorrichtung zu einem Fahrzeuggetriebe ermöglicht ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend erläutert.

So ist es von Vorteil, wenn die Spindelmutter zweiteilig/mehrteilig ausgebildet ist, wobei ein radial äußeres Kugelsitzteil elektromotorisch antreibbar ist und ein dazu radial innerhalb angeordnetes Kugelkalottenteil über ein Gewinde mit der Spindelstange gekoppelt ist. Die zweiteilige/mehrteilige Ausführung der Spindelmutter nach Art eines Kugelgelenks ermöglicht es, dass die Spindelstange um eine Querachse verschwenkbar ist. Unter einer Querachse ist hierbei eine Achse schräg, vorzugsweise senkrecht zu einer Ebe- ne, in der die Längsbewegung der Spindelstange stattfindet, zu verstehen.

Die Spindelmutter, genauer gesagt, das radial äußere Kugelsitzteil wird mithilfe eines Elektromotors in eine Drehbewegung versetzt. Um diese Drehbewegung auf das Kugelkalottenteil zu übertragen, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn zwischen dem Kugelsitzteil und dem Kugelkalottenteil Formschlusselemente so miteinander in Formschluss stehen, dass ein Drehmoment von dem Kugelsitzteil an das Kugelkalottenteil weitergebbar / übertragbar ist.

Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn von dem Kugelkalottenteil wenigs- tens ein Fortsatz absteht, der in eine Nut auf einer Innenseite des Kugelsitzteils eingreift.

Durch die Nut ist der Fortsatz geführt und in seiner Bewegung relativ zur Nut durch Seitenwände der Nut begrenzt. Dadurch ist es möglich, dass sich das Kugelkalotten- teil um die Querachse relativ zum Kugelsitzteil bewegen kann, während es gleichzeitig gezwungen ist, die Drehbewegung um die Längsachse„mitzumachen". Ein solches Formelement bzw. ein solcher Fortsatz kann beispielsweise in Form einer Rippe, eines Stiftes, eines Zapfens oder eines Noppens ausgebildet sein. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Nut als eine in Längsrichtung der Spindelstange ausgerichtete Vertiefung / Ausnehmung, etwas nach Art eines Kanals, ausgebildet ist. Dadurch ist es möglich, dass das Kugelkalottenteil relativ zum Kugelsitzteil um die Querachse der Spindelstange verschwenkbar ist. Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung der Nut entlang der Formkontur des Kugelsitzteils. Dadurch weist die Nut / Aus- sparung/ Vertiefung eine konstante Tiefe auf, wodurch die Führung des darin eingreifenden Formelements sehr genau möglich ist.

Für das Kugelsitzteil hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Kugelsitzteil einen Sitzbereich zur Aufnahme einer balligen Kontur des Kugelkalottenteils aufweist, in den das Kugelkalottenteil also einsetzbar ist, wobei der Sitzbereich nach Art einer Schale ausgebildet ist. Diese Schale weist vorzugsweise eine komplementär zur Ku- gelkalottenaußengeometrie ausgebildete (konkave) Geometrie auf. Dadurch bilden die beiden Teile der Spindelmutter - das Kugelsitzteil und das Kugelkalottenteil - eine Art Kugelgelenk aus.

Zur verbesserten Anbindung / Verbindung von der Spindelmutter und der Spindelstange hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Kugelkalottenteil einen Verlängerungsbereich aufweist, der sich entlang einer Mittelachse / Rotationsachse in Rich- tung des Betätigungshebels hin erstreckt.

Dieser Verlängerungsbereich ist im Wesentlichen zylinderförmig, vorzugsweise, zur verbesserten Kraftübertragung, konisch ausgebildet und weist ein Innengewinde auf, welches mit dem Außengewinde der Spindelstange in Eingriff ist. In diesem Bereich findet die Umwandlung der Drehbewegung der Spindelmutter in die Linearbewegung der Spindelstange statt.

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Spindelstange an einem Ende mit einer Koppelstange dreh- und axialfest verbindbar ist. Die Koppelstange besteht vor- zugsweise aus einem Kunststoff und wird vorzugsweise direkt auf das axiale Ende der Spindelstange„aufgespritzt". Aufspritzen bedeutet hier, dass die Spindelstange in den Spritzgussvorgang zur Herstellung der Koppelstange eingebunden ist und hierbei mit Kunststoff ummantelt wird. Dadurch ist die Koppelstange sowohl dreh- als auch axialfest mit der Spindelstange verbunden und somit dazu gezwungen, jeder Bewegung, die die Spindelstange ausführt, zu folgen.

Die Anbindung des Betätigungshebels für das Fahrzeuggetriebe ist vorteilhafterweise über die Koppelstange realisiert. Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Koppelstange an ihrem der Spindelstange abgewandten Ende über mindestens ein Gelenk mit dem Betätigungshebel verbindbar ist. Die gelenkige Verbindung ist dabei so ausgestaltet, dass die sie Querkräfte aufnehmen kann, wodurch ein Verdrehen der Spindelstange um ihre Rotationsachse verhindert wird und der Betätigungshebel lediglich relativ zu Koppelstange um die Drehachse des Gelenks verschwenkbar ist. Alternativ kann die gelenkige Verbindung auch aus zwei Drehgelenken mit zueinander senkrechten Drehachsen oder als Kreuzgelenk ausgebildet sein.

Ferner umfasst die Erfindung auch eine Schalteinheit, welche eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung und einen an der Spindelstange angeschlossenen Betätigungshebel umfasst.

Soweit nicht anders angegeben oder es sich aus dem Zusammenhang nicht anders ergibt, beziehen sich die Angaben„axial",„radial" und„in Umfangsrichtung" auf eine Erstreckungsrichtung der Längsachse bzw. auf eine Längsachse, entlang derer die Linearverschiebung der Spindelstange erfolgt.„Axial" entspricht dann der Erstreckungsrichtung der Längsachse.„Radial" entspricht einer zur Längsachse senkrechten und sich mit der Längsachse schneidenden Richtung.„In Umfangsrichtung" entspricht somit einer Kreisbogenrichtung um die Längsachse.

Bevorzugt ist es, wenn die Betätigungsvorrichtung eine Längsachse und eine Lineargleitführung mit wenigstens einer sich entlang der Längsachse erstreckenden Nut und wenigstens einem mit der wenigstens einen Nut korrespondierenden Fortsatz aufweist. Damit werden Querkräfte zur Entlastung der Spindelstange in das Gehäuse eingeleitet.

Bei einer bevorzugten Ausführung ist die Lineargleitführung an der Spindelstange angeordnet. Zweckmäßigerweise ist die wenigstens eine Nut an einem Gehäuse der Betätigungsvorrichtung angeordnet.

Vorteilhaft ist es, wenn die Betätigungsvorrichtung wenigstens ein Gelenk zur gelenkigen Verbindung der Spindelstange und der Koppelstange miteinander aufweist. Das wenigstens eine Gelenk ermöglicht ein Verschwenken der Koppelstange und entlastet die Spindelstange von Biegekräften. Zur gelenkigen Verbindung der Spindelstange und der Koppelstange miteinander weist die Betätigungsvorrichtung vorzugsweise entweder ein erstes Drehgelenk und ein zweites Drehgelenk oder ein Kreuzgelenk auf. Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, eine Drehachse des ersten Drehgelenks und eine Drehachse des zweiten Drehgelenks zueinander winklig, insbesondere rechtwinklig, anzuordnen. Mithilfe der Drehgelenke bzw. des Kreuzgelenks ist ein zweifacher Freiheitsgrad realisiert.

Vorteilhaft ist eine Anordnung der Lineargleitführung an einem dem wenigstens einen Gelenk zugewandten Ende der Spindelstange. Damit wird eine besonders effektive Entlastung der Spindelstange von Querkräften erreicht. Ebenso bevorzugt ist es, wenn die Lineargleitführung an dem wenigstens einen Gelenk und/oder an der Koppelstange angeordnet ist. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Betätigungsvorrichtung zur drehbaren Lagerung eines Rotors des Elektromotors ein Schrägkugellager, insbesondere ein Vierpunktlager, aufweist. Damit wird bei geringer Baubreite eine besonders hohe radiale und eine besonders hohe axiale Tragfähigkeit in beiden Richtungen erreicht. Erhöhte Betätigungskräfte sind sowohl in Zugrichtung als auch in Druckrichtung der Spindel- stange ermöglicht.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung weist die Spindelmutter einen Radialstegabschnitt und/oder wenigstens einen Konusabschnitt auf. Damit wird eine weitere Entlastung der Spindelstange von Querkräften bzw. eine bessere Verteilung von auf die Spindelstange wirkenden Axialkräften erreicht. Außerdem werden eine Verschleißfestigkeit und eine Tragfähigkeit der Spindelmutter erhöht.

Einer anderen bevorzugten Ausführung zufolge ist die Spindelmutter aus einem Kunststoff hergestellt. Damit werden Anforderungen an eine Schmierung der Betäti- gungsvorrichtung reduziert. Vorteilhaft ist es, wenn die Spindelmutter als Gelenkspindelmutter mit einem Gelenkkugelteil und einem Gelenkpfannenteil ausgeführt ist. Damit wird eine besonders hohe Belastbarkeit der Betätigungsvorrichtung erreicht und es sind höhere Kräfte bzw. Momente übertragbar. Mit anderen Worten besteht die Erfindung darin, dass eine Drehmomentabstützung des Motormoments statt im Aktorgehäuse - wie aus dem Stand der Technik bereits bekannt - an dem Betätigungshebel erfolgt. Dadurch kann auf jegliche rotatorische Abstützung der Spindelstange im Gehäuse verzichtet werden. Hierzu ist die Spindelmutter innerhalb des Rotors des Elektromotors mehrteilig ausgeführt. Sie besteht aus einem zweiteiligen Kugelsitz, bestehend aus dem Kugelsitzteil und dem Kugelkalottenteil - mit bezogen auf die Spindelstange in axialer Richtung verlaufenden Führungsnuten und einer im Außenbereich kugelförmigen Mutter mit Fortsätzen, welche in den Führungsnuten laufen. Dadurch kann der Kugelsitz Drehmomente auf die Mut- ter bzw. auf das Kugelkalottenteil übertragen, gleichzeitig lässt sich die Mutter bzw. das Kugelkalottenteil in dem Kugelsitz so verkippen, dass ein Winkel zu einer Zentralachse des Motors / des Lagers (entspricht der Längsachse) aufgespannt wird. Die Spindelstange kann nun direkt (ohne zwischengelagertes Pleuel) gelenkig mit dem Betätigungshebel verbunden werden.

Anders gesagt, betrifft die Erfindung eine Abstützung des Drehmoments am Betätigungshebel statt im Aktor. Hierfür ist es notwendig, dass der Pleuel selbst innerhalb des Aktors (um eine Querachse) verschwenkbar gelagert ist. Dieses wird durch eine axial feste Mutter (Kugelkalottenteil) erreicht, die in einem Kugelsitz gelagert ist. Die Mutter erstreckt sich axial in Richtung der Spindelstange. Die Spindelstange wird bei Betätigung in axialer Richtung verlagert. Die Mutter erstreckt sich soweit, dass die Spindelstange zu jeder Zeit in einem axialen Erstreckungsbereich der Mutter angeordnet ist, wobei die Spindelstange nicht im Drehpunkt der Mutter vorhanden sein muss. Der Kugelsitz ermöglicht eine Verschwenkung der Spindelstange in Richtung der Erstreckung des Betätigungshebels. Auf diese Weise kann zusätzlich Bauraum eingespart werden.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Figuren näher erläutert, in denen unterschiedliche Ausführungsformen dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung in einer ersten beispielhaften Ausführungsform im eingefahrenen Zustand;

Fig. 2 eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung in der ersten Ausführungsform im ausgefahrenen Zustand; eine Querschnittansicht der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung der ersten Ausführungsform; Fig. 4 eine Längsschnittansicht einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung; ausschnittsweise die Betätigungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht; ausschnittsweise die Betätigungsvorrichtung in einer weiteren Ausführungs form in perspektivischer Längsschnittansicht; Fig. 7 eine Längsschnittansicht einer dritten beispielhaften Ausführungsform der

Betätigungsvorrichtung; und

Fig. 8 Anordnungsvarianten der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung an einem Automatikgetriebe in schematischer Darstellung.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch in anderen Ausführungsbeispielen realisiert werden. Sie sind also untereinander austauschbar.

Fig. 1 zeigt eine Betätigungsvorrichtung 1 in einer ersten beispielhaften Ausführungsform in einer Längsschnittansicht. Die Betätigungsvorrichtung 1 weist unter anderem eine Spindelmutter 2 und eine Spindelstange 3 auf, die miteinander so in Wirkbeziehung stehen, dass eine Drehbewegung der Spindelmutter 2 eine Linearbewegung der Spindelstange 3 zur Folge hat. Zur Betätigung des Automatikgetriebes (nicht gezeigt) ist die Spindelstange 3 mit einem Betätigungshebel 4 verbunden.

In der hier gezeigten ersten beispielhaften Ausführungsform ist die Spindelmutter 2 mehrteilig ausgeführt und weist ein Kugelsitzteil 5 und ein Kugelkalottenteil 6 auf, wobei das Kugelsitzteil 5 aus montage- und/oder fertigungstechnischen Gründen vorzugsweise zweiteilig ausgeführt ist. Das Kugelkalottenteil 6 besitzt einen Verlängerungsbereich 7, der sich entlang einer Mittelachse/Rotationsachse C des Kugelkalottenteils 6 erstreckt, welche in dieser Figur deckungsgleich mit einer Längsachse A ist. Der Verlängerungsbereich 7 weist ein Innengewinde 8 auf, das mit einem Außengewinde 9 der Spindelstange 3 in Eingriff ist.

Das Kugelsitzteil 5 wird elektromotorisch durch einen innerhalb eines Stators 10 dreh- bar angeordneten Rotor 1 1 in eine Drehbewegung versetzt, welche über einen Form- schluss (siehe Fig. 3) auf das Kugelkalottenteil 6 übertragen wird. Der Formschluss wird in diesem ersten Ausführungsbeispiel durch am Kugelkalottenteil 6 vorhandene Fortsätze / Vorsprünge 12 realisiert, welche in am Kugelsitzteil 5 vorhandene Nuten 13 eingreift bzw. vorsteht.

Durch diesen Formschluss ist das Kugelkalottenteil 6 dazu gezwungen, zusammen mit dem Kugelsitzteil 5 eine Drehbewegung auszuführen. Mit Bezug zurück zu Fig. 1 führt der mit dem Kugelkalottenteil 6 fest verbundene, vorzugsweise sogar einteilig damit ausgeführte Verlängerungsbereich 7 dann ebenfalls eine Drehbewegung aus, welche durch das Zusammenwirken des Innengewindes 8 des Verlängerungsbereichs 7 mit dem Außengewinde 9 der Spindelstange 3 in eine Linearbewegung der Spindelstange 3 entlang der Mittelachse C bzw. der Längsachse A umgewandelt wird.

Die Linearbewegung der Spindelstange 3 wird über eine Koppelstange 14 auf den Be- tätigungshebel 4 übertragen (siehe Fig. 2). Die Koppelstange 14 ist aus einem Kunststoff ausgebildet und wird auf ein axiales Ende der Spindelstange 3 aufgespritzt. Somit entsteht zwischen der Spindelstange 3 und der Koppelstange 14 eine formschlüssige Verbindung, die sowohl Axialkräfte als auch Drehmomente in beide Richtungen übertragen kann. An ihrem anderen Ende ist die Koppelstange 14 über ein Gelenk 16, welches auch als Hebelgelenk 16 bezeichnet werden kann, mit dem Betätigungshebel 4 verbunden. Aufgrund der Geometrie der Koppelstange 14 kann diese auch als „Halbpleuel" 17 bezeichnet werden.

Fig. 2 zeigt eine Längsschnittansicht der Betätigungsvorrichtung aus Fig. 1 in einem ausgefahrenen Zustand. Hier gut zu erkennen ist die Verschwenkbarkeit des Kugelkalottenteils 6 relativ zum Kugelsitzteil 5.

Durch diese Verschwenkbarkeit ist es möglich, die Spindelstange 3 bezüglich zweier Freiheitsgrade zu bewegen, einmal linear bzw. axial entlang der Mittelachse C des Kugelkalottenteils 6 und einmal ein Verschwenken um eine Querachse zu einer Ebene, in der die Linearbewegung stattfindet, vorzugsweise eine Querachse senkrecht hierzu. Der Betätigungshebel 4 ist über eine Vierkantöffnung 25 mit der Getriebebetätigungswelle / Getriebeanbindung 42 (siehe Fig. 8) drehfest verbunden. Die Getriebe- betätigungswelle 42 ist in einem Getriebegehäuse (nicht dargestellt) gelagert und kann sich lediglich um ihre Mittelachse/Rotationsachse D verdrehen. Somit bewirkt ein Vorschub der Spindelstange 3 eine Verdrehung des Betätigungshebels 4 um die Mittelachse D der Getriebebetätigungswelle 42. Des Weiteren ist sowohl in Fig. 1 als auch in Fig. 2 ein Faltenbalg 18 zu sehen, der zum Schutz der Spindelstange 3 und/oder der Koppelstange 14 dient und an einem Ende an einem Gehäuse 19 der Betätigungsvorrichtung 1 und an einem anderen Ende an der Koppelstange 14 befestigt ist. Ferner weist die Betätigungsvorrichtung 1 einen Stecker 20 sowie eine Elektronikkomponente 21 auf, wobei die Elektronikkomponente 21 zur Ansteuerung eines Elektromotors 22 (Stator 10 und Rotor 1 1 ) dient. Der Stecker 20 dient zum Kontaktieren der Elektronikkomponente 21. Fig. 4 zeigt eine Längsschnittansicht der Betätigungsvorrichtung 1 in einer zweiten beispielhaften Ausführungsform, mit dem Elektromotor 22, der Spindelmutter 2, der Spindelstange 3, welche in Kombination mit der Spindelmutter 2 auch als ein Betätigungsgetriebe 23 bezeichnet werden kann, und einer Koppelstange 14 zur Verbindung mit einem Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs.

Die Betätigungsvorrichtung 1 dient zur Betätigung eines hier nicht dargestellten Wandler-Automatikgetriebes. Das Automatikgetriebe weist eine Betätigungswelle auf (nicht dargestellt), welche drehbar ist, um in dem Fahrzeuggetriebe die Betriebsmodi„P", „R",„N" und/oder„D" einzustellen. Ein Lösen der mit„P" bezeichneten Parkstellung, in der das Fahrzeuggetriebe mechanisch verriegelt ist, erfordert eine gegenüber anderen Betätigungen erhöhten Kraftaufwand. Die Betätigungswelle weist endseitig ein Vierkantprofil auf. Die Betätigungsvorrichtung 1 weist ein Gehäuse 19 auf. Das Gehäuse 19 dient zur Aufnahme des Elektromotors 22, der Elektronikkomponente 21 und des Betätigungsgetriebes 23, sowie zur fahrzeugseitigen Befestigung der Betätigungsvorrichtung 1 . Der Elektromotor 22 besteht, wie vorstehend bereits aufgezeigt, aus dem (gehäusefesten) Stator 10 und dem (drehbaren) Rotor 1 1. Zur drehbaren Lagerung des Rotors 1 1 ist ein Vierpunktlager 24 vorgesehen. Das Betätigungsgetriebe 23 weist die axial begrenzt verlagerbare Spindelstange 3 und die drehbare und axial feste Spindelmutter 2 auf. Die Spindelstange 3 weist ein Außengewinde 9 auf (siehe auch Fign. 1 und 2), die Spindelmutter 2 weist ein korrespondierendes Innengewinde 8 auf. Der Rotor 1 1 und die Spindelmutter 2 sind miteinander drehfest verbunden. Die Spindelstange 2 und die Koppelstange 14 sind gelenkig miteinander verbunden. Die Koppelstange 14 ist wiederum mit dem verschwenkbaren Betätigungshebel 4 gelenkig verbunden. Der Betätigungshebel 4 weist endseitig eine Vierkantöffnung 25 auf, die zur drehfesten Verbindung des Betätigungshebels 4 mit der Betätigungswelle des Fahrzeuggetriebes (nicht dargestellt) dient. Auch in dieser Ausführungsform ist der Faltenbalg 18 einerseits mit dem Gehäuse 19 und andererseits mit der Koppelstange 14 verbunden.

Die Spindelmutter 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen hülsenförmigen radial inneren Abschnitt 26, einen hülsenförmigen radial äußeren Abschnitt 27 und einen Radialstegabschnitt 28 auf, der den radial inneren Abschnitt 26 und den radial äußeren Abschnitt 27 miteinander verbindet. An dem radial inneren Abschnitt 26 ist innenseitig das Innengewinde 8 der Spindelmutter 2 angeordnet. Der radial innere Abschnitt 26 verläuft ausgehend von dem Radialstegabschnitt 28 zu den axialen Enden der Spindelmutter 2 hin konisch. Der radial innere Abschnitt 26 wird daher auch als Konusabschnitt 29 bezeichnet. Die Spindelmutter 2 ist aus einem Kunststoff hergestellt. Damit sind Anforderungen an eine Schmierung reduziert. Der Radialstegabschnitt 28 weist eine derartige Elastizität auf, dass insbesondere Einbau- und/oder Maßtoleranzen ausgeglichen werden.

Zur gelenkigen Verbindung der Spindelstange 3 und der Koppelstange 14 dienen ein Spindelgelenk 30 und ein Koppelstangengelenk 31 . Das Spindelgelenk 30 und das Koppelstangengelenk 31 sind jeweils als Drehgelenk ausgeführt, wobei die Drehachsen zueinander rechtwinklig verlaufen und axial voneinander beabstandet sind. Zur gelenkigen Verbindung der Koppelstange 14 und des Betätigungshebels 4 dient ein als Drehgelenk ausgeführtes Hebelgelenk 16. Vorliegend sind die Drehachsen des Spindelgelenks 30 und des Hebelgelenks 16 zueinander parallel angeordnet. Der Elektromotor 22 dient zur Erzeugung einer Drehbewegung. Das Betätigungsgetriebe 23 dient dazu, eine Drehbewegung des Elektromotors 22 in eine lineare Bewegung umzuwandeln. Die Koppelstange 14 dient zur kinematischen Verbindung der Spindelstange 3 mit einem Fahrzeuggetriebe (nicht gezeigt), insbesondere mit einer Betätigungswelle (nicht gezeigt) eines Fahrzeuggetriebes. Die Koppelstange 14 dient insbesondere zur Übertragung von Zug- und/oder Druckkräften. Damit ist eine Übertragung einer Betätigungsbewegung zu einem Fahrzeuggetriebe möglich.

Bei einem Betrieb der Betätigungsvorrichtung 1 wird ausgehend von einem elektrischen Steuergerät über den Stecker 20 ein elektrisches Signal zu der Elektronikkom- ponente 21 geleitet und der Elektromotor 22 angesteuert, sodass sich der Rotor 1 1 dreht. Ein Drehen des Rotors 1 1 bewirkt ein Drehen der Spindelmutter 2. Über das Innengewinde 8 der Spindelmutter 2 und das Außengewinde 9 der Spindelstange 3 wird die Spindelstange 3 entlang der Längsachse A, die auch als eine Betätigungslängsachse B bezeichnet werden kann, und damit auch die Koppelstange 14 axial verla- gert. Ein axiales Verlagern der Koppelstange 14 bewirkt ein Verschwenken des Betätigungshebels 4 und damit ein Verdrehen der Betätigungswelle des Fahrzeuggetriebes.

Fig. 5 zeigt ausschnittsweise die Betätigungsvorrichtung 1 in der zweiten beispielhaf- ten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht. Hier gut zu erkennen ist ein Fortsatz 32 einer Lineargleitführung zur gehäuseseitigen Querkraftabstützung.

Der Fortsatz 32 ist an der Spindelstange 3 (in dieser Ansicht verdeckt) im Bereich des Spindelgelenks 30 angeordnet und weist eine nutsteinartige Form mit einer in Erstre- ckungsrichtung der Betätigungslängsachse B verlaufenden Länge auf. In dem hier nicht dargestellten Gehäuse 19 der Betätigungsvorrichtung 1 ist eine in Erstreckungs- richtung der Betätigungslängsachse B verlaufende Nut angeordnet. Die Nut und der Fortsatz 32 weisen geometrisch komplementär korrespondierende Querschnitte auf. Der an der Spindelstange 3 angeordnete Fortsatz 32 ist in der in dem Gehäuse angeordneten Nut in Erstreckungsrichtung der Betätigungslängsachse B geführt.

In der vorliegenden Ansicht rückseitig ist an der Spindelstange 3 ein weiterer Fortsatz, wie der Fortsatz 32, angeordnet, der in einer weiteren Nut des Gehäuses geführt ist. Damit werden bei einem Betrieb der Betätigungsvorrichtung 1 auftretende Querkräfte unter Umgehung der Spindelstange 3 unmittelbar in das Gehäuse 19 eingeleitet und die Einwirkung der Querkräfte auf die Spindelstange 3 wird vermieden bzw. reduziert. Fig. 6 zeigt ausschnittsweise die Betätigungsvorrichtung 1 in einer perspektivischen Schnittansicht in einer weiteren Ausführungsform. An der Koppelstange 14 ist im Bereich des Koppelstangengelenks 31 ein in der vorliegenden Ansicht nicht ersichtlicher Fortsatz angeordnet. Der an der Koppelstange 14 angeordnete Fortsatz ist in einer in dem Gehäuse 19 angeordneten Nut 33 in Erstreckungsrichtung der Betätigungs- längsachse B geführt. Die Betätigungsvorrichtung 1 weist einen weiteren Fortsatz und einer weitere Nut, wie die Nut 33, auf.

Fig. 7 zeigt eine Längsschnittansicht der Betätigungsvorrichtung 1 in einer weiteren möglichen beispielhaften Ausführungsform, mit dem Elektromotor 22, dem Betäti- gungsgetriebe 23, der Koppelstange 14 zur Verbindung mit einem Automatikgetriebe und der Spindelmutter 2, die hier in Form einer Gelenkspindelmutter 34 ausgeführt ist.

Die Gelenkspindelmutter 34 ist mehrteilig ausgeführt und weist ein Gelenkkugelteil 35, ähnlich zu dem Kugelsitzteil 5 der ersten beispielhaften Ausführungsform, und ein Ge- lenkpfannenteil 36, ähnlich zu dem Kugelkalottenteil 6 der ersten beispielhaften Ausführungsform, auf. Das Gelenkkugelteil 35 und das Gelenkpfannenteil 36 sind miteinander zur Übertragung einer Drehbewegung um die Betätigungslängsachse B drehfest verbunden. Um eine zur Betätigungslängsachse B senkrechte Drehachse ist das Gelenkkugelteil 35 in dem Gelenkpfannenteil 36 begrenzt verdrehbar. Zur drehfesten Verbindung um die Betätigungslängsachse B und zur begrenzt verdrehbaren Verbindung um die dazu senkrechte Drehachse weist das Gelenkkugelteil 35 wenigstens einen Fortsatz (nicht gezeigt) auf, der einerseits formschlüssig und andererseits beweglich in dem Gelenkpfannenteil 36 geführt ist. Bei einer anderen Ausführung kann alternativ das Gelenkpfannenteil 36 den wenigstens einen Fortsatz aufweisen. Die Gelenkspindelmutter 34 ist besonders zur Übertragung erhöhter Kräfte und Momente geeignet.

Fig. 8 zeigt Anordnungsvarianten 37, 38, 39 und 40 der Betätigungsvorrichtung 1 , gemäß einer der vorhergehend durch die Fign. 1 bis 7 aufgezeigten beispielhaften Ausführungsformen, an einem Automatikgetriebe. In der Anordnungsvariante 37 sind die Koppelstange 14, eine Kraftrichtung 41 an der Koppelstange 14, ein Hebelgelenk 16, ein Betätigungshebel 4, eine Getriebeanbindung 42 und eine Betätigungsdrehrichtung 43 an der Getriebeanbindung 42 ersichtlich. In dem Fahrzeuggetriebe sind mithil- fe der Betätigungsvorrichtung 1 Betriebsmodi„P",„R",„N", und„D" einstellbar.

Die Betätigungsvorrichtung 1 ist mit unterschiedlichen Varianten von Fahrzeuggetrieben verwendbar. Bei der Anordnungsvariante 37 erfolgt ein Auslegen des Betriebsmodus P durch Drehen einer Betätigungswelle des Fahrzeuggetriebes in Gegenuhr- zeigersinnrichtung und in Zugrichtung der Betätigungsvorrichtung 1 . In derselben Betätigungsvorrichtung folgen die Betriebsmodi R, N und D.

Bei der Anordnungsvariante 38 erfolgt ein Auslegen des Betriebsmodus P durch Drehen einer Betätigungswelle des Fahrzeuggetriebes in Gegenuhrzeigersinnrichtung und in Druckrichtung der Betätigungsvorrichtung 1. In derselben Betätigungsrichtung folgen die Betriebsmodi R, N und D.

Bei der Anordnungsvariante 39 erfolgt ein Auslegen des Betriebsmodus P durch Drehen einer Betätigungswelle des Fahrzeuggetriebes in Uhrzeigersinnrichtung und in Druckrichtung der Betätigungsvorrichtung 1. In derselben Betätigungsrichtung folgen die Betriebsmodi R, N und D.

Bei der Anordnungsvariante 40 erfolgt ein Auslegen des Betriebsmodus P durch Drehen einer Betätigungswelle des Fahrzeuggetriebes in Uhrzeigersinnrichtung und in Zugrichtung der Betätigungsanordnung 1. In derselben Betätigungsrichtung folgen die Betriebsmodi R, N und D. Bezugszeichenliste

Betätigungsvorrichtung

Spindelmutter

Spindelstange

Betätigungshebel

Kugelsitzteil

Kugelkalottenteil

Verlängerungsbereich

Innengewinde

Außengewinde

Stator

Rotor

Fortsatz

Nut

Koppelstange

Innengewinde

(Hebel-)Gelenk

Halbpleuel

Faltenbalg

Gehäuse

Stecker

Elektronikkomponente

Elektromotor

Betätigungsgetriebe

Vierpunktlager

Vierkantöffnung

radial innerer Abschnitt

radial äußerer Abschnitt

Radialstegabschnitt

Konusabschnitt

Spindelgelenk

Koppelstangengelenk 32 Fortsatz

33 Nut

34 Gelenkspindelmutter

35 Gelenkkugelteil

36 Gelenkpfannenteil

37 Anordnungsvariante

38 Anordnungsvariante

39 Anordnungsvariante

40 Anordnungsvariante

41 Kraftrichtung

42 Getriebeanbindung/Getriebebetätigungswelle

43 Betätigungsdrehrichtung

A Längsachse

B Betätigungslängsachse

C Mittelachse des Kugelkalottenteils

D Mittelachse der Getriebebetätigungswelle

Claims

Patentansprüche

1 . Betätigungsvorrichtung (1 ) für ein Kraftfahrzeuggetriebe, mit einer elektromotorisch in Drehbewegung versetzbaren Spindelmutter (2), die an einer Spindelstange (3) so angreift, dass eine Längsbewegung der Spindelstange (3) bei Rotation der Spindelmutter (2) erzwungen ist, wobei die Längsbewegung der Spindelstange (3) zum Verstellen eines Betätigungshebels (4) weitergebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (2) und die Spindelstange (3) so aufeinander abgestimmt und ausgelegt sind, dass die Spindelstange (3) um ihre Querachse verschwenkbar ist.

2. Betätigungsvorrichtung (1 ) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (2) mehrteilig ausgebildet ist, wobei ein radial äußeres Kugelsitzteil (5) elektromotorisch antreibbar ist und ein dazu radial innerhalb angeordnetes Kugelkalottenteil (6) über ein Gewinde (8; 9) mit der Spindelstange (3) gekoppelt ist.

3. Betätigungsvorrichtung (1 ) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kugelsitzteil (5) und dem Kugelkalottenteil (6) Formschlusselemente (12, 13) so miteinander in Formschluss stehen, dass Drehmoment vom Kugelsitzteil (5) an das Kugelkalottenteil (6) weitergebbar ist.

4. Betätigungsvorrichtung (1 ) gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass vom Kugelkalottenteil (6) wenigstens ein Fortsatz (12) absteht, der in eine Nut (13) auf einer Innenseite des Kugelsitzteils (5) eingreift.

5. Betätigungsvorrichtung (1 ) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (13) als eine in Längsrichtung der Spindelstange (3) ausgerichtete Vertiefung ausgebildet ist.

6. Betätigungsvorrichtung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sitzbereich des Kugelsitzteils (5) nach Art einer Schale zur Aufnahme einer balligen Kontur des Kugelkalottenteils (6) ausgebildet ist.

Betätigungsvorrichtung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelkalottenteil (6) einen Verlängerungsbereich (7) aufweist, der sich entlang einer Mittelachse (C) in Richtung des Betätigungshe bels (4) hin erstreckt.

8. Betätigungsvorrichtung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelstange (3) an einem Ende mit einer Koppelstange (14) dreh- und/oder axialfest verbindbar ist.

9. Betätigungsvorrichtung (1 ) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelstange (14) an ihrem der Spindelstange (3) abgewandten Ende über ein Gelenk (16) mit dem Betätigungshebel (4) verbindbar ist.

Schalteinheit umfassend eine Betätigungsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem an der Spindelstange (3) angeschlossenen Betätigungshebel (4).