WO2009043394A1

WO2009043394A1 - Rotations-translationswandler, aktuatoranordnung und schaltkupplungsanordnung

Info

Publication number: WO2009043394A1
Application number: PCT/EP2008/004551
Authority: WO
Inventors: Getriebe- Und Zahnradfabrik Getrag; Mark Schweiher; Thomas Jan Schunk; Daniel Knoblauch; Ulrich Knoedel
Original assignee: Getrag Getriebe-Und Zahnradfab; Mark Schweiher; Thomas Jan Schunk; Daniel Knoblauch; Ulrich Knoedel
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2008-06-07
Publication date: 2009-04-09
Also published as: DE102007046382B4; DE102007046382A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotations-Translationswandler (40) mit Wälzkörperumlauf, aufweisend eine Spindel (23), an deren Außenumfang ein erster Teil (62) einer Laufrille (66) ausgebildet ist, eine Mutter (36), an deren Innenumfang ein zweiter Teil (64) der Laufrille (66) ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Wälzelementen (68), die in der Laufrille (66) angeordnet sind, und einen Rückfuhrkanal (70), der entgegengesetzte Enden der Laufrille (66) miteinander verbindet, um die Wälzelemente (68) umlaufen lassen zu können, wobei der Rückführkanal (70) an der Spindel (23) ausgebildet ist.

Description

Rotations-Translationswandler. Aktuatoranordnung und Schaltkupplungsanordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotations-Translationswandler mit Wälzkörperumlauf, aufweisend eine Spindel, an deren Außenumfang ein erster Teil einer Laufrille ausgebildet ist, eine Mutter, an deren Innenumfang ein zweiter Teil der Laufrille ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Wälzelementen, die in der Laufrille angeordnet sind, und einen Rückführkanal, der entgegengesetzte Enden der Laufrille miteinander verbindet, um die Wälzelemente umlaufen lassen zu können.

Ein derartiger Rotations-Translationswandler in Form eines Kugelgewindetriebs ist allgemein bekannt.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Aktuatoranordnung zum axialen Versetzen eines Betätigungsgliedes mittels einer Antriebskraft, die von einer elektrischen Maschine erzeugt wird, insbesondere für eine Schaltkupplungsanordnung eines Stufenwechselgetriebes, wobei das Betätigungsglied in Bezug auf eine Drehwelle axial verschieblich gelagert ist, wobei die elektrische Maschine einen gehäusefesten Stator und einen Rotor aufweist, der mit dem Betätigungsglied gekoppelt und koaxial zu dem Betätigungsglied angeordnet ist. Eine derartige Aktuatoranordnung ist bekannt aus dem Dokument DE 101 03 664 Al.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Schaltkupplungsanordnung für ein Stufenwechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Führungsmuffe, die an einer Drehwelle festgelegt ist und eine Führungsmuffenverzahnung aufweist, mit einer Schaltmuffe, die eine Schaltmuffenverzahnung aufweist, die mit der Führungsmuffenverzahnung in Eingriff steht, so dass die Schaltmuffe in Bezug auf die Drehwelle drehfest und axial verschieblich gelagert ist, und mit einem Kupplungskörper, der an einem Losrad festgelegt ist, das an der Drehwelle drehbar gelagert ist, und der eine Kupplungskörperverzahnung aufweist, in die die Schaltmuffenverzahnung eingeschoben werden kann, um das Losrad drehfest mit der Drehwelle zu verbinden, wobei die Schaltmuffe mittels einer Aktuatoranordnung axial verschiebbar ist.

Aus dem Dokument DE 100 21 368 Al ist ein mechatronischer Aktuator bekannt, bei dem ein Rotor eines Elektromotors als Hohlrad, als Planetenträger oder integriert in die Planetenräder eines Planetenradsatzes ausgebildet ist. Ein Sonnenrad des Planetenradsatzes ist als Spindel für einen Linearantrieb ausgebildet.

Eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse ist aus dem Dokument DE 195 11 287 B4 bekannt. Ein Rotor ist als Hohlwelle ausgebildet und umgibt ein Untersetzungsgetriebe in Form eines Rollengewindetriebs, dessen Ausgangsglied als Betätigungsglied für die Scheibenbremse dient. Zwischen den Rotor und den Rollengewindetrieb kann ein Planetengetriebe geschaltet sein.

Das Dokument DE 10 2004 013 450 B4 betrifft eine Schalteinrichtung für ein Stufenwechselgetriebe. Schalt- und Synchronisierungsvorgänge werden elektromagnetisch realisiert. Ein Losrad und eine Führungsmuffe sind zur Führung eines magnetischen Flusses ausgelegt, der von einem Stator erzeugt wird. An der Führungsmuffe sind Schaltstifte axial verschieblich gelagert, die zur Herstellung eines Formschlusses mit einem Losrad dienen. Aus dem Dokument DE 199 47 405 Al ist ein Stufenwechselgetriebe in Vorgelegebauweise bekannt, bei dem eine Schaltmuffe einer Synchronschaltkupplung mittels eines elektrischen Linear-Schrittmotors betätigbar ist. Der Schrittmotor kann als Reluktanzmotor ausgebildet und in dem Getriebegehäuse aufgenommen sein.

Ferner offenbart das oben genannte Dokument DE 101 03 664 Al eine Synchronisiereinrichtung, bei der die Schaltmuffe als Teil des elektrischen Antriebs ausgebildet ist. Dabei kann der Antrieb als Linearmotor oder als rotatorischer Antrieb ausgebildet sein. Im letzteren Fall ist die Schaltmuffe über Wälz- oder Gleitlager gegenüber einer Spindel drehbar, aber mit dieser verschiebbar gelagert. Die Spindel trägt eine elektromotorische Komponente und bildet mit zwei sich am Gehäuse abstützenden Spindelmuttern einen Rotations-Translationswandler.

Aus dem Dokument DE 10 2005 017 026 Al ist eine Aktuatoranordnung für eine Schaltkupplungsanordnung bekannt, die eine zu einer Drehachse konzentrisch angeordnete elektrische Maschine mit einem gehäusefesten Stator und einem Rotor beinhaltet. Der Rotor ist über einen Stift und eine Schraubenfeder mit einem Ringbauteil gekoppelt. Das Ringbauteil ist durch geeignete Maßnahmen axial gegenüber dem Stator verschiebbar, jedoch nicht verdrehbar. Das Ringbauteil weist am Innenumfang einen Ringvorsprung auf, der in eine Umfangsnut einer Schaltmuffe der Schaltkupplungsanordnung greift. Hierbei wird der Rotor nur dann angetrieben, wenn ein Axialversatz der Schaltmuffe gewünscht ist.

Die Druckschrift DE 33 23 345 Al offenbart ein Kugelumlauf-Schraubgetriebe klassischer Bauart. Die DE 33 23 347 Al offenbart ein ähnliches Kugelumlauf-Schraubgetriebe, bei dem ein biegsames Band Kugeln gegen Herausfallen aus einem Kanal sichert.

Ferner ist es aus dem Dokument DE 103 33 909 Al bekannt, den Rückführkanal eines Kugelgewindetriebs durch ein Umlenkstück zu realisieren, das die Wälzkörper nach etwas weniger als einem Umlauf vom Endpunkt zum Ausgangspunkt zurückführt und in der axialen Projektion etwa auf dem durch die Laufrille gebildeten Kreisprofil liegt. Hierdurch wird in radialer Richtung Platz gespart. Dabei ist jedoch in der Mutter eine Mehrzahl solcher Umläufe mit jeweiligem Umlenkstück vorgesehen.

Die Verbindung von Endpunkten einer Laufrille mit mehreren Umläufen erfolgt hingegen im Stand der Technik über einen Rückführkanal, der außerhalb der Laufrille angeordnet ist, insbesondere radial außerhalb in einem speziellen Rückführkanal der Mutter. Ein solcher Rückfuhrkanal liegt in der axialen Projektion außerhalb des durch die Laufrille gebildeten Kreisprofils.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Aktuator- anordnung anzugeben sowie einen verbesserten Rotations-Translationswandler, der insbesondere für eine erfindungsgemäße Aktuatoranordnung verwendbar ist. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Schaltkupplungsanordnung für ein Stufenwechselgetriebe anzugeben.

Die obige Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch einen Rotations-Translationswandler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, dass der Rückführkanal an der Spindel ausgebildet ist, ist es möglich, den Rotations-Translationswandler in radialer Richtung kompakt auszubilden. Insgesamt ergibt sich so eine Bauraumersparnis.

Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn die Mutter in axialer Richtung länger ist als die Spindel.

Hierbei wird das Prinzip eines Kugelgewindetriebs umgekehrt, indem die Mutter länger ist als die Spindel und sich folglich die innere Spindel an der Mutter entlang bewegt. Hierbei ist es möglich, die Spindel in axialer Richtung kompakt auszubilden, so dass sie sich insbesondere zur Verwendung in einer Aktuatoranordnung für eine Schaltkupplungsanordnung eignet.

Dabei ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn die Spindel als Hohlspindel ausgebildet ist.

Auf diese Weise kann die Spindel beispielsweise andere Bauteile umgeben, wie beispielsweise eine Schaltmuffe einer Schaltkupplungsanordnung für Fahrzeuggetriebe.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Rückfuhrkanal als Kanal durch die Spindel hindurch ausgebildet ist. Hierdurch kann die Spindel auch in Form einer Hohlspindel in radialer Richtung kompakt ausgebildet werden. Vorteilhaft ist hierbei auch, dass der Rückführkanal durch die Spindel hindurch außerhalb der kreisförmigen Projektion der Laufrille angeordnet sein kann, um auf diese Weise mehr als einen Umlauf der Laufrille zu überbrücken. Hierdurch kann die Spindel auch in axialer Richtung kompakt ausgebildet werden.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Rückfuhrkanal in einer Axialprojektion auf die Spindel dem Verlauf einer Sekante folgt.

Bei dieser Ausführungsform kann der Rückfuhrkanal weitgehend geradlinig von einem am Außenumfang der Spindel befindlichen Ende der Laufrille zu einem anderen, ebenfalls am Außenumfang der Spindel befindlichen Ende der Laufrille verbunden werden.

Die Herstellungskosten können hierdurch vereinfacht werden. Im günstigsten Fall kann der Rückfuhrkanal als Bohrung ausgebildet werden, die den Körper der Spindel durchsetzt.

Alternativ ist es auch möglich, den Rückführkanal mit einem bogenförmigen Verlauf zu versehen, insbesondere bei guss- oder sintertechnisch hergestellten Bauteilen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Spindel und der Mutter eine Mehrzahl von Laufrillen mit jeweils einem zugeordneten Rückführkanal ausgebildet.

Obgleich eine Laufrille mit einem Gang für die Anwendung in einer Aktuatoranord- nung für eine Schaltkupplung in der Regel hinreichend ist, ist es natürlich gegebenenfalls auch denkbar, den Rotations-Translationswandler mehrgängig auszuführen. Die Rückführkanäle müssen nicht jeweils in der selben Laufrille enden. Vielmehr können die Wälzkörper auch in eine andere Laufrille (einen anderen Gang) geführt werden, so dass die Wälzkörper dann mehrere Laufrillen bzw. Gänge nacheinander durchlaufen.

Insgesamt ist es vorteilhaft, wenn die Wälzelemente Kugeln sind.

Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die Wälzelemente jeweils als zylinderförmige Rollen ausgebildet sind, die im Folgenden der Einfachheit halber als Zylinder bezeichnet werden.

Im letzteren Fall sind die Zylinderachsen benachbarter Zylinder in der Laufrille dabei vorzugsweise jeweils um einen Winkel größer Null gegeneinander verschränkt bzw. gegeneinander versetzt. Hierdurch können Axialkräfte effizient auf die Spindel (bzw. die Mutter) übertragen werden.

Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn die Zylinder abwechselnd um 90° verschränkt in der Laufπlle angeordnet sind.

Generell lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Rotations-Translationswandler eine reibungsarme Wandlung einer Drehbewegung in eine axiale Bewegung zum Betätigen einer Aktuatoranordnung bzw. einer Schaltkupplung umwandeln, beispielsweise zum Verstellen einer Schaltmuffe mittels eines Hohlläufer-Elektromotors in einem Fahrzeuggetriebe. Generell ist der Einsatz in allen automatisierten Schaltgetrieben und Doppelkupplungsgetrieben denkbar, die über schaltbare Kupplungen an den Übersetzungsstufen verfügen. Besonders interessant ist hierbei die Anwendung für ein automatisiertes Schaltgetriebe bzw. Doppelkupplungsgetriebe oder Stufenautomatikgetriebe, das dabei ohne Hydrauliksystem ausgebildet sein kann.

Als Wälzkörper können, wie gesagt, Kugeln oder andere Wälzkörper wie Zylinder verwendet werden. Es versteht sich, dass zwischen den Wälzkörpern Distanzkörper wie z.B. Distanzkugeln angeordnet sein können. Die Laufrillen können im Querschnitt kreisförmig ausgebildet sein oder auch mit anderen Formen, um je nach Bedarf einen möglichst flächigen oder möglichst punktuellen Kontakt zwischen den Wälzkörpern und der Laufrille zu erzielen.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch eine Aktuatoranordnung gemäß Anspruch 11 gelöst. Dabei ist der Rotor mit dem Betätigungsglied über einen Rotations-Translationswandler gekoppelt. Ferner ist der Rotor an einem Axiallagerungsabschnitt axial gelagert, der einen ersten und einen zweiten Ringsteg aufweist, die auf axial gegenüberliegenden Seiten des Rotors angeordnet sind.

Auf diese Weise kann der Rotor in der Aktuatoranordnung axial fixiert werden.

Vorzugsweise ist dabei der Axiallagerungsabschnitt gehäusefest ausgebildet.

Obgleich es auch denkbar ist, den Axiallagerungsabschnitt beispielsweise an der Drehwelle festzulegen, ist aus konstruktiven Gründen eine gehäusefeste Ausbildung bevorzugt. Das Gehäuse kann dabei insbesondere ein Gehäuse der Aktuatoranordnung sein, insbesondere jedoch ein Gehäuse eines Getriebes, in dem die erfindungsgemäße Aktuatoranordnung zur Betätigung einer Schaltkupplungsanordnung verwendet wird. Vorteilhaft ist es, wenn der Rotations-Translationswandler einen Wandlerabschnitt am Innenumfang des Rotors aufweist.

Bei dieser Ausführungsform bildet der Rotor (oder ein starr hiermit verbundenes Bauteil) eine "Mutter" des Rotations-Translationswandlers.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Rotations-Translationswandler einen Wandlerabschnitt am Außenumfang eines Schaltgliedes auf, das mit dem Betätigungsglied in axialer Richtung gekoppelt ist.

Bei dieser Ausführungsform ist der Rotor mit dem Betätigungsglied indirekt gekoppelt, und zwar über ein Schaltglied, das mit dem Betätigungsglied in axialer Richtung gekoppelt ist.

Das Betätigungsglied kann in einer Schaltkupplung für ein Kraftfahrzeuggetriebe eine Schaltmuffe sein. Das Schaltglied kann dabei als Ringelement ausgebildet sein, das nach der Art einer Spindel ausgebildet ist.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ringsteg Führungsmittel erstrecken, an denen das Schaltglied in axialer Richtung verschieblich geführt ist.

Auf diese Weise erfüllen die Ringstege eine Doppelfunktion, zum einen die Axiallagerung des Rotors und zum anderen die Führungsfunktion für das Schaltglied.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Führungsmittel eine Mehrzahl von Axialstiften aufweisen, die über den Umfang der Aktuatoranordnung verteilt angeordnet sind.

Auf diese Weise lässt sich die Führung des Schaltgliedes konstruktiv einfach realisieren. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform durchsetzt wenigstens einer der Ringstege den Stator in radialer Richtung.

Auf diese Weise kann eine vergleichsweise kompakte Aktuatoranordnung realisiert werden.

Alternativ hierzu ist der Stator zwischen den Ringstegen angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass nicht nur der Rotor sondern auch der Stator als eine geschlossene Einheit zwischen den Ringstegen angeordnet sind, die folglich eine Art Gehäuse bilden können.

Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der Stator, der Rotor, das Schaltglied sowie die zugeordneten Ringstege und die damit verbundene Axiallagerung des Rotors als eine vormontierte Aktuatoreinheit ausgebildet ist, die sich später auf einfache Weise an einer Schaltkupplung eines Getriebes montieren lässt (bei der Getriebefertigung).

Zudem lässt sich die vormontierte Einheit vorab auf vergleichsweise einfache Weise testen.

Insgesamt ist es bevorzugt, wenn der Rotations-Translationswandler der erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung als Rotations-Translationswandler gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.

Hierbei ist, wie oben erwähnt, die Mutter des Rotations-Translationswandlers mit dem Rotor der Aktuatoranordnung verbunden bzw. durch diesen gebildet.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Spindel des Rotations-Translationswandlers mit dem Schaltglied verbunden ist, das mit dem Betätigungsglied in axialer Richtung gekoppelt ist. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn das Schaltglied eine Breite aufweist, die der Breite einer Nut des Betätigungselementes entspricht.

Bei dieser Ausführungsform ist die Spindel folglich als Ring ausgebildet, dessen Breite beispielsweise einer Schaltmuffe entsprechen kann.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltkupplungsanordnung;

Fig. 2 eine schematische Längsschnittansicht durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltkupplungsanordnung;

Fig. 3 eine stark schematisierte Längsschnittansicht durch eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltkupplungsanordnung;

Fig. 4 eine perspektivische, teilweise weggebrochene Ansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Schaltkupplungsanordnung mit einem erfindungsgemäßen Rotations-Translationswandler einer ersten Ausführungsform;

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Schaltring in Form einer Spindel einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotations-Translations- wandlers; Fig. 6 eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI der Fig. 5; und

Fig. 7 eine perspektivische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotations-Translationswandlers.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform einer Aktuatoranordnung generell mit 10 bezeichnet.

Die Aktuatoranordnung 10 dient zur Betätigung einer Schaltkupplungsanordnung 12 eines Stufen Wechselgetriebes 13.

Die Schaltkupplungsanordnung 12 ist einer Drehwelle 14 zugeordnet. Auf gegenüberliegenden Seiten der Schaltkupplungsanordnung 12 sind ein erstes Losrad 16 und ein zweites Losrad 18 angeordnet, die drehbar an der Drehwelle 14 gelagert sind.

Die Schaltkupplungsanordnung 12 weist eine Führungsmuffe 20 mit einer nicht näher bezeichneten äußeren Führungsmuffenverzahnung auf. Die Führungsmuffe 20 ist drehfest an der Dreh welle 14 festgelegt. Ferner weist die Schaltkupplungsanordnung 12 eine Schaltmuffe 22 mit einer inneren Schaltmuffenverzahnung auf. Die Schaltmuffenverzahnung steht mit der Führungsmuffenverzahnung in Eingriff, derart, dass die Schaltmuffe 22 in Bezug auf die Dreh welle 14 drehfest und axial verschieblich gelagert ist. Die Schaltmuffe 22 ist in an sich bekannter Form außenumfänglich mit einer Umfangsnut versehen. Ein Schaltglied in Form eines Schaltringes 23 ist mittels der Aktuatoranordnung 10 in axialer Richtung versetzbar und greift in diese Nut ein. Der Schaltring 23 ist in Bezug auf das Gehäuse 34 drehfest gelagert.

An dem ersten Losrad 16 ist ein erster Kupplungskörper 24 festgelegt, der eine äußere Kupplungskörperverzahnung aufweist. In entsprechender Weise ist an dem zweiten Losrad 18 ein zweiter Kupplungskörper 26 festgelegt, der eine entsprechende äußere Kupplungskörperverzahnung aufweist. Die Schaltmuffe 22 kann axial so verschoben werden, dass die Schaltmuffenverzahnung in jeweils eine der Kupplungskörperverzahnungen eingeschoben wird, um so das jeweils zugeordnete Losrad 16, 18 drehfest mit der Drehwelle 14 zu verbinden.

Die zum axialen Verschieben der Schaltmuffe 22 erforderliche Axialkraft 27 wird von einer elektrischen Maschine erzeugt, die nachstehend beschrieben werden wird.

Die Schaltkupplungsanordnung 12 kann eine beliebige herkömmliche Synchronisierung beinhalten, beispielsweise mit einem Synchronring (der in Fig. 1 nicht dargestellt ist), kann jedoch auch als Klauenkupplung (ohne Synchronisierung) ausgebildet sein.

In Fig. 1 ist bei 28 ein Kugel-Feder-Rastiersystem gezeigt, wie es auch in Kegelsyn- chronisierungen generell verwendet wird.

Ferner ist bei 30 in Fig. 1 eine Drehachse der Drehwelle 14 dargestellt.

Wie oben erwähnt, wird die Antriebskraft 27 mittels einer elektrischen Maschine 33 erzeugt, die einen Stator 32 und einen Rotor 36 aufweist.

Der Stator 32 ist an einem Gehäuse 34 des Stufenwechselgetriebes festgelegt.

Die elektrische Maschine 33 ist als rotatorische Maschine konzentrisch zu der Drehachse 30 ausgebildet. Die elektrische Maschine 33 kann beispielsweise eine bürstenlose Maschine mit permanent erregtem Rotor oder einem Läufer ähnlich einer Drehstrom-Asynchronmaschine sein.

Die elektrische Maschine 33 ist radial um die Schaltkupplungsanordnung 12 herum angeordnet. Der Stator 32 beinhaltet elektrisch bestromte Spulen (Feldspulen) 38, die auf ein Ständerpaket 37 gewickelt sind und beispielsweise durch das Gehäuse 34 hindurch elektrisch angeschlossen sein können. Der Rotor 36 ist in axialer Richtung generell mit dem Stator 32 ausgerichtet und ist zu diesem Zweck axial gelagert. Dies kann über Gleit-, vorzugsweise über Wälzlager erfolgen.

Zwischen dem Rotor 36 und dem Schaltring 23 ist ein Rotations-Translationswandler 40 vorgesehen, beispielsweise in Form eines Gewindetriebs, einer Kulissenführung, eines Kugelgewindetriebs oder Ähnlichem.

Der Rotations-Translationswandler 40 setzt eine von der elektrischen Maschine 33 erzeugte Drehbewegung des Rotors 36 in eine Axialbewegung des Schaltringes 23 um. Der Schaltring 23 greift, wie gesagt, in eine Umfangsnut der Schaltmuffe 22 und betätigt folglich hierdurch die Schaltkupplungsanordnung 12. Hierdurch wird entweder das Losrad 16 oder das Losrad 18 drehfest mit der Drehwelle 14 verbunden, um in dem Schaltgetriebe 13 beispielsweise eine bestimmte Gangstufe einzulegen oder Ähnliches.

Die Aktuatoranordnung 10 weist zur axialen Lagerung des Rotors 36 einen ersten Ringsteg 42 und einen zweiten Ringsteg 44 auf, die als Radialstege ausgebildet sind und den Rotor 36 zwischen sich aufnehmen. Genauer gesagt ist zwischen dem Rotor 36 und dem ersten Ringsteg 42 ein erstes Axiallager 46 angeordnet, beispielsweise ein Wälzlager. Zwischen dem entgegengesetzten Ende des Rotors 36 und dem zweiten Ringsteg 44 ist ein zweites Axiallager 48 angeordnet, das identisch ausgebildet sein kann wie das erste Axiallager 46.

Die Ringstege 42, 44 nehmen zwischen sich ferner das Ständerpaket 37 des Stators 32 auf, und die Feldwicklungen 38 des Stators sind außen um die Ringstege 42, 44 herum gewickelt. Mit anderen Worten durchsetzen die Ringstege 42, 44 den Stator 32. Hierdurch kann insgesamt eine kompakte Anordnung der Ringstege 42, 44 erzielt werden. An den radial innenliegenden Enden der Ringstege 42, 44 sind Führungsstifte 50 vorgesehen (im vorliegenden Fall beispielsweise drei oder mehr Führungsstifte), die sich zwischen den Enden der zwei Ringstege 42, 44 erstrecken. Die Führungsstifte 50 sind über den Umfang der Aktuatoranordnung 10 verteilt angeordnet und dienen dazu, den Schaltring 23 in axialer Richtung zu führen und gegenüber einer Verdrehung zu sichern.

Ferner können die Ringstege 42, 44 als Axialanschläge für den Schaltring 23 ausgebildet werden, so dass eine Ansteuerung des elektrischen Motors 33 entsprechend einfach ausgestaltet werden kann. In Fig. 1 ist der Schaltring 23 in einer Position gezeigt, bei der er die Schaltmuffe 22 so weit nach links mitgenommen hat, dass die Schaltmuffenverzahnung in die Verzahnung des Kupplungskörpers 24 des Losrades 16 eingetreten ist, um auf diese Weise die Drehwelle 14 drehfest mit dem Losrad 16 zu verbinden.

Es ist generell denkbar, dass sich der Rotor 36 an Ringstegen in axialer Richtung abstützt, die (beispielsweise über entsprechende Ausnehmungen in der Schaltmuffe 22) an der Führungsmuffe 20 festgelegt sind und nicht an dem Gehäuse 34.

Die erfindungsgemäße Aktuatoranordnung 10 und die mit dieser angesteuerte erfindungsgemäße Schaltkupplungsanordnung 12 lassen sich bei allen denkbaren Stufenwechselgetrieben 13 verwenden, insbesondere bei automatisierten Schaltgetrieben, bei Doppelkupplungsgetrieben etc. Vorteilhaft ist hierbei insbesondere, dass eine Hydraulik generell überhaupt nicht mehr notwendig ist. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn beispielsweise auch die zugeordnete Anfahrkupplung (oder Doppelkupplung) nicht hydraulisch sondern elektromotorisch verstellt wird.

Bei der Aktuatoranordnung 10 der Fig. 1 ist es ferner zu Montagezwecken vorteilhaft, wenn der Rotor 36 und/oder der Stator 32 geteilt ausgebildet sind. In dem Stufen Wechselgetriebe 13 ist vorzugsweise für jede Schaltkupplungsanordnung 12 eine eigene Aktuatoranordnung 10 vorgesehen. Demzufolge ist es auch möglich, die unterschiedlichen Schaltkupplungsanordnungen 12 zugeordneten Gänge in überschneidender Art und Weise zu betätigen.

Ferner ist bei der Erfindung vorteilhaft, dass keine Schaltgestänge und auch keine Hilfsantriebe, wie z.B. Schaltwalzen, notwendig sind. Damit ergibt sich insgesamt auch eine kompakte Bauweise und ein verringerter Gesamtbauraum.

Die Wegsteuerung kann entweder über Sensoren erfasst und dann geregelt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Wegsteuerung ohne Wegerfassung durchzuführen, indem die Schaltmuffe 22 in ihren Endpositionen gegen Anschläge gefahren wird. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass der Rotor 36 immer im Feldbereich des Stators 32 bleibt.

Die Endanschläge können jedoch auch durch Sensoren abgetastet werden.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung 10'. Die Aktuatoranordnung 10' entspricht hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Aktuatoranordnung 10 der Fig. 1. Gleiche Elemente sind daher auch durch gleiche Bezugsziffern angegeben. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen.

Die Ringstege 42', 44' umfassen bei der Aktuatoranordnung 10' nicht nur den Rotor 36' sondern auch den gesamten Stator 32' und bilden insgesamt ein Aktuatorgehäuse, das beispielsweise an dem Gehäuse 34 eines Getriebes oder Ähnlichem festgelegt sein kann.

Ferner ist zu erkennen, dass der Schaltring 23' in axialer Richtung kürzer ausgebildet ist als der Rotor 36'. Der Schaltring 23' hat eine solche Breite, dass er genau in die Umfangsnut der Schaltmuffe 22' passt. Mit anderen Worten entspricht die axiale Länge des Schaltringes 23 der axialen Länge der Umfangsnut der Schaltmuffe 22'.

Bei beiden Aktuatoranordnungen 10, 10' der Figuren 1 und 2 ist es möglich, diese als vormontierte Einheit bereitzustellen, die bei der Getriebefertigung montiert wird. Diese vormontierte Einheit beinhaltet dann jeweils vorzugsweise die elektrische Maschine 33 einschließlich des Stators 32 und des Rotors 36, die Ringstege 42, 44, die Axialführung für den Schaltring 23 und den Schaltring 23 selber. Die Einheit lässt sich bevorzugt vor der Montage im Getriebe auf Funktion testen, so dass die Prüfverfahren für das Getriebe insgesamt vereinfacht werden. Das mit den Ringstegen 42, 44 ausgebildete und in Fig. 2 dargestellte Gehäuse einer solchen vormontierten Einheit ist in Fig. 2 mit 60 bezeichnet.

Fig. 3 zeigt in sehr schematischer Form eine weitere alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung 10". Die Aktuatoranordnung 10" entspricht hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Aktuatoranordnung 10 der Fig. 1. Gleiche Elemente sind daher auch durch gleiche Bezugsziffern angegeben. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen.

So ist in Fig. 3 die oben beschriebene vormontierte Einheit durch Strichpunktlinien angedeutet und mit 61 bezeichnet. Der in Fig. 3 dargestellte Rotations-Translations- wandler 40" ist schematisch als Kugelgewindetrieb angedeutet.

Fig. 4 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung 10'", die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Aktuatoranordnung 10' der Fig. 2 entspricht. Gleiche Elemente sind daher auch durch gleiche Bezugsziffern angegeben. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen. Fig. 4 zeigt insbesondere Details eines Rotations-Translationswandlers 40'", wie er für die Aktuatoranordnung 10'" (und auch für die zuvor beschriebenen Aktuatoranord- nungen) verwendbar ist.

Der Rotations-Translationswandler 40'" ist als Kugelgewindetrieb ausgebildet und beinhaltet eine Spindel in Form des Schaltringes 23'" und eine Mutter in Form des Rotors 36'". Es versteht sich, dass der Rotations-Translationswandler 40'" auch mit anderen Arten von Spindeln und Muttern ausgebildet werden kann. Aus Gründen einer einfacheren Darstellung werden diese Elemente jedoch nachstehend durchgehend mit Rotor bzw. Schaltring bezeichnet.

So weist der Schaltring 23'" an seinem Außenumfang einen ersten Teil 62 einer Laufrille 66 auf. Der Rotor 36'" weist an seinem Innenumfang einen zweiten Teil 64 der Laufrille 66 auf. Genauer gesagt sind diese Teile durch annähernd halbrunde, schraubenförmig umlaufende Nuten gebildet, die gemeinsam die Laufrille 66 bzw. den Gewindegang bilden. In die Laufrille 66 ist eine Mehrzahl von Wälzkörpern in Form von Kugeln 68 eingesetzt. Ferner ist ein Ende der Laufrille 66 über einen an dem Schaltring 23'" vorgesehenen Rückführkanal 70 mit dem entgegengesetzten Ende der Laufrille 66 verbunden. Der Rotations-Translationswandler 40'" verfügt folglich über einen Wälzkörperumlauf. Die Wälzkörper können unmittelbar aneinanderliegend in die Laufrille 66 eingeführt sein, oder es können Distanzkugeln zwischengelegt werden. Auch ist es möglich, die Kugeln zu einer Kugelkette zusammenzufassen, die einteilig oder endlos ausgeführt sein kann. Der Querschnitt der Laufrille 66 ist zum einen so auszulegen, dass Kräfte in axialer Richtung übertragbar sind und zum anderen die Wälzkörper und gegebenenfalls die Distanzstücke (oder Verbindungsglieder der Kugelkette) möglichst reibungsarm durch diese Laufrille 66 geführt werden können.

Die Distanzelemente können dabei beispielsweise in Form von Kugeln oder auch als Elemente mit beidseitig konkaven Ausnehmungen ausgebildet sein. Die Distanzelemente üben bevorzugt keinen Druck auf die Gewindeflanken der Laufrille 66 aus und unterliegen daher nicht dem Zwang, mitzulaufen bzw. abzuwälzen. In Fig. 4 ist ferner zu erkennen, dass die Laufrille 66 annähernd zwei Umdrehungen um den Umfang herum beinhaltet. Der Rückführkanal 70 kann, wie dargestellt, außen an dem Schaltring 23'" ausgebildet sein oder innerhalb des Schaltringes 23'".

Der Schaltring 23'" ist in axialer Richtung kürzer ausgebildet als der Rotor 36'". Die axiale Länge des Schaltringes 23'" ist in Fig. 4 mit L₂ bezeichnet, die axiale Länge des Rotors 36'" mit Li. Da L₂ < Li, ist der Rückführkanal 70 bevorzugt an dem Schaltring 23'" ausgebildet.

Die axiale Länge L₂ des Schaltringes 23'" entspricht dabei bevorzugterweise der axialen Länge L₃ einer Ringnut 72 einer Schaltmuffe 22'" einer Schaltkupplungsanordnung, wie sie weiter oben beschrieben worden ist.

Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines eine Spindel für einen erfindungsgemäßen Rotations-Translationswandler bildenden Schaltringes 23™, der beispielsweise bei dem Rotations-Translationswandler 40'" der Fig. 4 verwendet werden kann. Es ist zu erkennen, dass der Rückfuhrkanal 70™ als Bohrung durch den Schaltring 23™ hindurch ausgebildet ist, und zwar in der in Fig. 5 gezeigten Axialprojektion als Sekante. Fig. 6, die einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5 zeigt, lässt erkennen, dass der Rückführkanal 70™ als gerade Bohrung ausgebildet ist und sich etwas schräg zu einer Längsachse 30 erstreckt, um die entgegengesetzten Enden der Laufrille 66^ιv miteinander zu verbinden.

In Fig. 5 ist ferner gezeigt, dass der Schaltring 23™ drei über den Umfang verteilte Axialbohrungen 74 aufweist, durch die hindurch die Führungsstifte 50 der erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung geführt werden können.

Fig. 7 zeigt in schematischer Form eine alternative Ausgestaltung eines Rotations- Translationswandlers 40^v. Der Rotations-Translationswandler 40^v entspricht hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell dem Rotations-Translationswandler der Figuren 4 bis 6. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen angegeben. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen.

So sind als Wälzkörper bei dem Rotations-Translationswandler 40^v keine Kugeln sondern Zylinder 68^V vorgesehen, die abwechselnd um 90° versetzt innerhalb der Laufrille 66^V angeordnet sind. Zwischen den Zylindern 68^V sind jeweils Zwischenkörper angeordnet, die ein Verdrehen der Zylinder gegeneinander verhindern. Über die Zylinder 68^V sind in axialer Richtung vergleichsweise hohe Kräfte übertragbar. Es versteht sich, dass die Laufrille 66^V im Querschnitt an die Form der Zylinder ange- passt ist, insbesondere kantig ausgeführt ist. Vorzugsweise ist die Länge der Zylinder 68^V gleich deren Durchmesser, so dass die Laufrille 66^V kompakt ausgebildet werden kann.

Bevorzugte Ausgestaltungen der elektrischen Maschine 33 sind in der deutschen Patentanmeldung 10 2006 015 688 beschrieben, auf deren Offenbarungsgehalt vorliegend vollumfänglich Bezug genommen wird.

Bei den Aktuatoranordnungen kann eine Energierückgewinnung beim Abbremsen des Rotors erfolgen. Ferner kann die elektrische Maschine 33, je nach Ausgestaltung des Rotations-Translationswandlers 40, kritische Synchronvorgänge unterstützen.

Claims

Patentansprüche

1. Rotations-Translationswandler (40) mit Wälzkörperumlauf, aufweisend eine Spindel (23), an deren Außenumfang ein erster Teil (62) einer Laufrille (66) ausgebildet ist, eine Mutter (36), an deren Innenumfang ein zweiter Teil (64) der Laufrille (66) ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Wälzelementen (68), die in der Laufrille (66) angeordnet sind, und einen Rückführkanal (70), der entgegengesetzte Enden der Laufrille (66) miteinander verbindet, um die Wälzelemente (68) umlaufen lassen zu können, wobei der Rückführkanal (70) an der Spindel (23) ausgebildet ist.

2. Rotations-Translationswandler nach Anspruch 1, wobei die Mutter (36) in axialer Richtung länger ist als die Spindel (23).

3. Rotations-Translationswandler nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Spindel (23) als Hohlspindel ausgebildet ist.

4. Rotations-Translationswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Rückfuhrkanal (70) als Kanal durch die Spindel (23) hindurch ausgebildet ist.

5. Rotations-Translationswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Rückführkanal (70) in einer Axialprojektion auf die Spindel (23) dem Verlauf einer Sekante folgt.

6. Rotations-Translationswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zwischen der Spindel (23) und der Mutter (36) eine Mehrzahl von Laufrillen mit jeweils einem zugeordneten Rückführkanal (70) ausgebildet ist.

7. Rotations-Translationswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wälzelemente (68) Kugeln sind.

8. Rotations-Translationswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wälzelemente (68^ Zylinder sind.

9. Rotations-Translationswandler nach Anspruch 8, wobei die Zylinderachsen benachbarter Zylinder (68^0 in der Laufrille (66^ jeweils um einen Winkel größer Null gegeneinander verschränkt sind.

10. Rotations-Translationswandler nach Anspruch 9, wobei die Zylinder (68^ abwechselnd um 90° verschränkt in der Laufrille (66^ angeordnet sind.

11. Aktuatoranordnung (10) zum axialen Versetzen eines Betätigungsgliedes (22) mittels einer Antriebskraft (27), die von einer elektrischen Maschine (33) erzeugt wird, insbesondere für eine Schaltkupplungsanordnung (12) eines Stufenwechselgetriebes (13), wobei das Betätigungsglied (22) in Bezug auf eine Drehwelle (14) axial verschieblich gelagert ist, wobei die elektrische Maschine (33) einen gehäusefesten Stator (32) und einen Rotor (36) aufweist, der mit dem Betätigungsglied (22) gekoppelt und koaxial zu dem Betätigungsglied (22) angeordnet ist, wobei der Rotor (36) mit dem Betätigungsglied (22) über einen Rotations-Translationswandler (40) gekoppelt ist, und wobei der Rotor (36) an einem Axiallagerungsabschnitt (42-48) axial gelagert ist, der einen ersten und einen zweiten Ringsteg (42, 44) aufweist, die auf axial gegenüberliegenden Seiten des Rotors (36) angeordnet sind.

12. Aktuatoranordnung nach Anspruch 11, wobei der Axiallagerungsabschnitt (42-48) gehäusefest ausgebildet ist.

13. Aktuatoranordnung nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Rotations-Translationswandler (40) einen Wandlerabschnitt am Innenumfang des Rotors (36) aufweist.

14. Aktuatoranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Rotati- ons-Translationswandler (40) einen Wandlerabschnitt am Außenumfang eines Schaltgliedes (23) aufweist, das mit dem Betätigungsglied (22) in axialer Richtung gekoppelt ist.

15. Aktuatoranordnung nach Anspruch 14, wobei sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ringsteg (42, 44) Führungsmittel (50) erstrecken, an denen das Schaltglied (23) in axialer Richtung verschieblich geführt ist.

16. Aktuatoranordnung nach Anspruch 15, wobei die Führungsmittel (50) eine Mehrzahl von Axialstiften (50) aufweisen, die über den Umfang der Aktuatoranordnung (10) verteilt angeordnet sind.

17. Aktuatoranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei wenigstens einer der Ringstege (42, 44) den Stator (32) in radialer Richtung durchsetzt.

18. Aktuatoranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei der Stator (32') zwischen den Ringstegen (42', 44') angeordnet ist.

19. Aktuatoranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei der Rotati- ons-Translationswandler als Rotations-Translationswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.

20. Aktuatoranordnung nach Anspruch 19, wobei die Mutter mit dem Rotor (36) verbunden ist.

21. Aktuatoranordnung nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Spindel des Rotati- ons-Translationswandlers mit einem Schaltglied (23) verbunden ist, das mit dem Betätigungsglied (22) in axialer Richtung gekoppelt ist.

22. Aktuatoranordnung nach Anspruch 21, wobei das Schaltglied (23) eine Breite (L₂) hat, die der Breite (L₃) einer Nut des Betätigungselementes (22) entspricht.

23. Schaltkupplungsanordnung (12) für ein Stufenwechselgetriebe (13), insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Führungsmuffe (20), die an einer Drehwelle (14) festgelegt ist und eine Führungsmuffenverzahnung aufweist, mit einer Schaltmuffe (22), die eine Schaltmuffenverzahnung aufweist, die mit der Führungsmuffenverzahnung in Eingriff steht, so dass die Schaltmuffe (22) in Bezug auf die Drehwelle (14) drehfest und axial verschieblich gelagert ist, und mit einem Kupplungskörper (24, 26), der an einem Losrad (16, 18) festgelegt ist, das an der Drehwelle (14) drehbar gelagert ist, und der eine Kupplungskörperverzahnung aufweist, in die die Schaltmuffenverzahnung eingeschoben werden kann, um das Losrad (16, 18) drehfest mit der Drehwelle (14) zu verbinden, wobei die Schaltmuffe (22) als Betätigungsglied mittels einer Aktuatoranordnung (10; 50) nach einem der Ansprüche 11 bis 22 axial verschiebbar ist.