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Title:
ACTUATION UNIT FOR ACTUATING AT LEAST TWO FUNCTIONAL UNITS IN A POWERTRAIN OF A MOTOR VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/127352
Kind Code:
A1
Abstract:
An actuation unit (1) for actuating at least two functional units (4, 5, 6) in a powertrain of a motor vehicle, comprising at least two functional units (4, 5, 6), an electrical machine (2), wherein the electrical machine (2) is drivingly connected to the functional units (4, 5, 6), as well as a control unit (3) for controlling the electrical machine (2). The functional units (4, 5, 6) can be functionally decoupled from the electrical machine (2) at least via a separation unit, and thus the functional units (4, 5, 6) can be selectively actuated independently of one another, namely sequentially or simultaneously, via the electrical machine (2).

Inventors:
BUCHEGGER FABIAN (AT)
Application Number:
EP2019/085760
Publication Date:
June 25, 2020
Filing Date:
December 17, 2019
Export Citation:
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Assignee:
MAGNA POWERTRAIN GMBH & CO KG (AT)
International Classes:
B60K25/00
Domestic Patent References:
WO2003008782A12003-01-30
Foreign References:
US20120129651A12012-05-24
EP2684728A12014-01-15
DE102015117917A12016-05-04
DE202011104776U12012-11-27
EP1129887A12001-09-05
Attorney, Agent or Firm:
ZANGGER, Bernd (AT)
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Claims:
Patentansprüche

1. Aktuierungseinheit (1 ) zum Betätigen von zumindest zwei Funktionseinhei ten (4, 5, 6) in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend

zumindest zwei Funktionseinheiten (4, 5, 6),

eine elektrische Maschine (2), wobei die elektrische Maschine (2) mit den Funktionseinheiten (4, 5, 6) antriebswirksam verbunden ist, so wie

eine Steuereinheit (3) zur Ansteuerung der elektrischen Maschine (2),

wobei die Funktionseinheiten (4, 5, 6) zumindest über eine Trenneinheit funktional von der elektrischen Maschine (2) abkoppelbar sind und so die Funktionseinheiten (4, 5, 6) wahlweise unabhängig voneinander, nämlich sequentiell, oder simultan über die elektrische Maschine (2) betätigbar sind.

2. Aktuierungseinheit (1 ) nach Anspruch 1 ,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Funktions einheiten (4, 5, 6) über eine ein- oder mehrteiligen Rotorwelle (9) der elektrischen Maschine (2) antriebswirksam verbunden sind.

3. Aktuierungseinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Trennein heit als mechanische T renneinheit (7,8,10, 11), als hydraulische T rennein- heit (12, 13, 14), als pneumatische T renneinheit (13, 14) und/oder als elekt rische Trenneinheit ausgeführt ist. 4. Aktuierungseinheit (1) nach Anspruch 3,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei der elektri schen Trenneinheit die funktionale Trennung mittels einer integrierten Schaltlogik unter Ausnutzung der zeitlichen Abgrenzung diskreter Betriebs punkte der Funktionseinheiten (4, 5, 6) erfolgt.

5. Aktuierungseinheit (1) nach Anspruch 3,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei der mecha nischen Trenneinheit die funktionale Trennung der Funktionseinheiten (4, 5, 6) mittels einem Freigang an einem Anfang und/oder einem Ende eines Gewindeganges (10), einem Freilauf (8), einer Fliehkraftkupplung (7) und/oder einem Freigang an einem Anfang und/oder einem Ende einer Schaltkulisse einer Schaltwalze (11) erfolgt.

6. Aktuierungseinheit (1) nach Anspruch 3,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei der hydrau lischen Trenneinheit die funktionale Trennung der Funktionseinheiten (4, 5, 6) mittels zumindest eines passiven Ventils (13, 14) und/oder zumindest ei ner Visco-Kupplung (12) erfolgt.

7. Aktuierungseinheit (1) nach Anspruch 3,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei der pneu matischen Trenneinheit die funktionale Trennung der Funktionseinheiten (4, 5, 6) mittels zumindest eines passiven Ventils (13, 14) erfolgt.

8. Aktuierungseinheit (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Trennein heit über die Steuereinheit (3) in Abhängigkeit von einer Drehrichtung und/oder einer Drehzahl der elektrischen Maschine (2) und/oder in Abhän gigkeit von definierten Schalt- oder Drehimpulsen betätigbar ist. 9. Aktuierungseinheit (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die elektrische Maschine (2) koaxial oder parallel zu der Trenneinheit und/oder den Funkti- onseinheiten (4, 5, 6) angeordnet ist.

Description:
Aktuierunqseinheit zum Betätigen von zumindest zwei

Funktionseinheiten in einem Antriebsstrana eines

Kraftfahrzeugs

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aktuierungseinheit zum Betätigen von zu mindest zwei Funktionseinheiten in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine und eine Steuereinheit zur Ansteuerung der elektrischen Maschine, wobei die elektrische Maschine mit zumindest zwei Funkti onseinheiten antriebswirksam verbunden ist.

Stand der Technik

In einem Kraftfahrzeug werden in der Regel für unterschiedliche Funktionseinhei ten, wie beispielsweise einen Parksperrenmechanismus, ein Kühl- und Schmier system einer Getriebeabsaugeinheit oder einen Mechanismus zum Schalten von Getriebestufen und/oder Kupplungen, unterschiedliche, eigens dafür ausgelegte Aktuatoren, meist elektrische Maschinen, zum Betätigen eben dieser Funktions einheiten verwendet. Diese Aktuatoren benötigen neben dem Kosten- und Kon struktionsaufwand maßgeblichen Bauraum. Weiterhin werden die Funktionseinhei ten oftmals nur über einen kurzen Zeitraum während des Betriebs eines Kraftfahr zeugs genutzt, was eine ineffiziente Nutzung der Aktuierungseinheiten bedingt.

Ein Beispiel hierfür ist insbesondere ein Parksperrenmechanismus, der lediglich während des sicheren Abstellens beziehungsweise kurz vor dem Anfahren des Fahrzeugs in Betrieb ist und ansonsten ungenutzt ist. Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Aktuierungseinheit zum Betätigen von zumindest zwei Funktionseinheiten in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs anzugeben, die sich insbesondere durch einen effizienten Betrieb auszeichnet.

Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß dem unabhängigen ersten Anspruch gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungs formen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrie ben.

Die erfindungsgemäße Aktuierungseinheit umfasst eine elektrische Maschine sowie eine Steuereinheit. Über die Steuereinheit ist die elektrische Maschine an steuerbar. Die Steuereinheit kann eine Messeinheit, wie beispielsweise zumindest einen Sensor, umfassen oder mit der Messeinheit regelungswirksam verbunden sein. Die elektrische Maschine wird bevorzugt als Elektromotor betrieben.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Maschine mit zumin dest zwei Funktionseinheiten antriebswirksam verbunden. Unter einer Funktions einheit ist in diesem Zusammenhang insbesondere ein Parksperrenmechanismus, eine Verdichter- und/oder Pumpeneinheit und/oder ein Getriebe- und/oder Kupp lungsschaltmechanismus zu verstehen.

Die erfindungsgemäße Aktuierungseinheit stellt somit eine elektromechanische Aktuatoreinheit dar, bei der die elektrische Antriebsleistung der elektrischen Ma schine in mechanische Antriebsleistung zum Betrieb von zumindest zwei Funkti onseinheiten umgewandelt wird.

Erfindungsgemäß sind die Funktionseinheiten zumindest über eine Trenneinheit funktional von der elektrischen Maschine abkoppelbar. Derart sind die beiden Funktionseinheiten entsprechend der vorliegenden Erfindung wahlweise unab hängig voneinander, nämlich sequentiell, und/oder simultan über die elektrische Maschine betätigbar.

Über die erfindungsgemäße Aktuierungseinheit können zwei oder mehrere Funkti onseinheiten simultan, also gleichzeitig, und/oder sequentiell, also zeitlich unab hängig voneinander, betrieben werden. Durch die erzielte Funktionsbündelung können einzelne Komponenten, wie beispielsweise die elektrische Maschine, deren Steuereinheit, Steuerleitungen, Gehäuse, Lager, Dichtungen, Energiever sorgung, Verbindungselement etc., mehrfach genutzt werden. Die daraus resultie renden Kosten- und Leistungsvorteile ergeben sich durch eine verbesserte Bau raumdichte, Gewichtseinsparung, Integrationsvorteile sowie ökologische Vorteile, zum Beispiel durch Einsparung seltener Erden und/oder anderer Ressourcen.

Besonders bevorzugt sind die Funktionseinheiten und die Trenneinheiten über eine ein- oder mehrteiligen Rotorwelle der elektrischen Maschine antriebswirksam verbunden.

Die Trenneinheiten sind jeweils bevorzugt als mechanische Trenneinheit, hydrau lische Trenneinheit, pneumatische Trenneinheit und/oder elektrische Trenneinheit ausgeführt. Unter einer Trenneinheit ist in diesem Zusammenhang eine separate Baueinheit und/oder eine bauliche Maßnahme an einer Komponente einer Funkti onseinheit oder eine funktionale Maßnahme an einer Funktionseinheit zu verste hen.

Ist die Trenneinheit mechanisch ausgeführt, also als mechanische Trenneinheit, so erfolgt die funktionale Trennung der Funktionseinheiten bevorzugt mittels ei nem Freigang an einem Anfang und/oder einem Ende eines ein- oder mehrgängi gen Gewindeganges an beispielsweise einer Gewindeschubstange, einer Kuge- lumlaufspindel oder einer Schneckenwelle, die antriebswirksam mit der Rotorwelle der elektrischen Maschine verbunden ist, einem Freigang an einem Anfang und/oder einem Ende einer Schaltkulisse einer Schaltwalze, einem Freilauf und/oder einer Fliehkraftkupplung.

Eine hydraulische und/oder pneumatische Trenneinheit erfolgt insbesondere im Zusammenhang mit zumindest einer Pumpen- und/oder Verdichtereinheit als Funktionseinheit. Eine funktionale Trennung erfolgt vorzugsweise über eine defi nierte Pumpen- und/oder Verdichtercharakteristik bzw. -geometrie. Beispielsweise kann eine Pumpeneinheit und/oder eine Verdichtereinheit so ausgeführt sein, dass erst ab einer bestimmten Mindestdrehzahl eine nennenswerte Förderwirkung erreicht wird. Weiters kann die Pumpen- und/oder Verdichtereinheit entweder aufgrund ihrer Bauart für einen drehrichtungsunabhängigen Betrieb ausgelegt sein, oder der drehrichtungsunabhängige Betrieb wird über die logische Verschal tung von passiven„UND/ODER-Ventilen“ dargestellt. Eine eigenständige, von der Funktionseinheit unabhängige hydraulische Trenneinheit ist die Visco-Kupplung.

Ist eine Trenneinheit elektrisch ausgeführt, also als elektrische Trenneinheit, so erfolgt die funktionale Trennung der Funktionseinheiten bevorzugt mittels einer integrierten Schaltlogik unter Ausnutzung der zeitlichen Abgrenzung diskreter Betriebspunkte der Funktionseinheiten.

Es sind jedoch auch andere technische Lösungen möglich, die eine funktionale Trennung der Funktionseinheiten erlaubt.

In der Aktuierungseinheit können beliebige Kombinationen der oben genannten Trenneinheiten (elektrisch, mechanisch, hydraulisch, pneumatisch) eingesetzt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung sind die Trenneinheiten über die Steuereinheit in Abhängigkeit von einer Drehrichtung und/oder einer Drehzahl der elektrischen Maschine und/oder in Abhängigkeit von definierten Schalt- oder Drehimpulsen betätigbar.

Die elektrische Maschine ist vorzugsweise koaxial oder parallel zu den Trennein heiten und/oder den Funktionseinheiten angeordnet. Die räumliche Anordnung der Funktionseinheiten und der Trenneinheiten kann dabei, entsprechend dem gege benen Bauraum und/oder zur Erreichung der geforderten Schaltlogik an einer linken und/oder einer rechten Seite der ein- oder mehrteiligen Rotorwelle der elektrischen Maschine erfolgen. Durch koaxiale Anordnung der elektrischen Ma schine und der Funktionseinheiten sind die Funktionseinheiten entlang einer ge meinsamen Welle über die elektrische Maschine aktuierbar.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Aktuierungseinheit können neben der elektrischen Maschine weitere Baueinheiten, wie beispielsweise die Steuer einheit und/oder die Sensorik, zur unabhängigen Betätigung von zumindest zwei Funktionseinheiten genutzt werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeich nungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Übersicht möglicher Komponenten einer Aktuierungseinheit.

Fig. 2 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Aktu ierungseinheit. Fig. 3 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer modularen Aktuierungseinheit.

Fig. 4 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer Aktu ierungseinheit.

Fig. 5 zeigt schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel einer

Aktuierungseinheit.

Fig. 6 zeigt schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel einer

Aktuierungseinheit.

Fig. 7 zeigt schematisch ein sechstes Ausführungsbeispiel einer

Aktuierungseinheit.

Fig. 8 zeigt schematisch ein siebtes Ausführungsbeispiel einer

Aktuierungseinheit.

Fig. 9 zeigt schematisch ein achtes Ausführungsbeispiel einer

Aktuierungseinheit.

Fig. 10 zeigt schematisch ein neuntes Ausführungsbeispiel einer

Aktuierungseinheit.

Fig. 1 1 a - Fig. 11 e zeigen schematisch jeweils Ausführungsbeispiele für unter schiedliche Trenneinheiten.

Fig. 12a - Fig. 12b zeigen jeweils schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine drehrichtungsunabhängige Pumpen- und/oder Verdich tereinheit. Fig. 13 zeigt eine Tabelle mit Beispielen von Logikbausteinen zur funktionalen Trennung von Funktionseinheiten.

Fig. 14a - Fig. 14d zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel für die Kombination von Trenneinheiten zur Erzielung einer funktionalen Tren nung zweier Funktionseinheiten.

Fig. 15a - 15d zeigen jeweils ein schematisches Schaltdiagramm für zwei

Funktionseinheiten.

Fig. 15e zeigt entsprechend des Schaltdiagrams in Fig. 15a den je weiligen Status der Funktionseinheiten in Abhängigkeit der, in einer bestimmten Drehrichtung getätigten, Rotorwel lenumdrehungen der Rotorwelle.

Fig. 16 zeigt anhand eines exemplarischen Fahrzyklus eines Kraft fahrzeugs mögliche Betriebszustände einer modularen Aktu- ierungseinheit und deren zeitliche Abgrenzbarkeit.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig.1 zeigt eine Übersicht möglicher Komponenten einer modularen Aktuierungs- einheit 1. Die Aktuierungseinheit 1 umfasst immer eine elektrische Maschine 2 als eine antriebstechnische Baueinheit, die ein elektrisches Signal in mechanische Bewegungen umsetzt und eine Steuereinheit 3, wobei die Steuereinheit 3 zur Ansteuerung beziehungsweise zur Steuerung der elektrischen Maschine 2 dient und mit dieser funktional verbunden ist. Die Steuereinheit 3 kann jedoch bei spielsweise auch in das„Controller-Board“ eines Inverters integriert sein. Die Steuereinheit 3 kann als Anbaumodul an einem Gehäuse der Aktuierungseinheit 1 (Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7, Fig. 9, Fig. 10) oder unabhängig von diesem, d.h. nicht an diesem montiert, (Fig. 8) ausgeführt sein. Ist die Steuerein heit 3 als Anbaumodul ausgeführt, kann sie innerhalb oder außerhalb eines Ge häuses der Aktuierungseinheit 1 montiert sein.

Die elektrische Maschine 2 ist mit zumindest zwei Funktionseinheiten 4, 5, 6 über eine Rotorwelle 9, die ein- oder mehrteilig ausgeführt ist, antriebswirksam verbun den. In weiterer Folge ist zwischen einer

ersten Funktionseinheit, nämlich einem Parksperrenmechanismus 4, zweiten Funktionseinheit, nämlich einer Pumpen- und/oder Verdichtereinheit 5 und

einer dritten Funktionseinheit, nämlich einem Getriebe- und/oder Kupplungs schaltmechanismus 6

zu unterscheiden.

Die Pumpen- und/oder Verdichtereinheit 5 ist Teil eines Kühl- und/oder Schmier systems und/oder einer Getriebeabsaugeinheit (Vakuumpumpe) eines Kraftfahr zeugs.

Der Getriebe- und oder Kupplungsschaltmechanismus 6 ist ein Mechanismus zum Schalten eines beliebigen formschlüssigen und/oder reibschlüssigen Kupplungs systems.

Die Funktionseinheiten 4, 5, 6 sind jeweils über eine Trenneinheit funktional von der elektrischen Maschine 2 abkoppelbar. Derart sind die beiden Funktionseinhei ten 4, 5, 6 wahlweise unabhängig voneinander, nämlich sequentiell, und/oder simultan über die elektrische Maschine 2 betätigbar. Die Trenneinheiten können dabei gleich oder unterschiedlich ausgeführt sein. Eine Trenneinheit kann als mechanische Trenneinheit, als hydraulische Trenneinheit, als pneumatische Trenneinheit und/oder als elektrische Trenneinheit ausgeführt sein.

Eine mechanische Trenneinheit kann beispielsweise als eine Fliehkraftkupplung 7, ein Freilauf 8, ein Freigang an einem Anfang und/oder an einem Ende eines Ge windeganges 10 oder ein Freigang an einem Anfang und/oder an einem Ende einer Schaltkulisse einer Schaltwalze 1 1 ausgebildet sein. Freigänge am Anfang und/oder am Ende eines Gewindeganges 10 und am Anfang und/oder am Ende einer Schaltkulisse einer Schaltwalze 1 1 stellen keine eigenständigen baulichen Komponenten, sondern bauliche Erweiterungen der ersten Funktionseinheit, näm lich des Parksperrenmechanismus 4, und der dritten Funktionseinheit, nämlich des Getriebe- und/oder Kupplungsschaltmechanismus 6, dar.

Kommt eine hydraulische Trenneinheit im Zusammenhang mit einer Pumpenein heit 5 zu tragen, erfolgt diese vorzugsweise über eine definierte Pumpen- Charakteristik bzw. -geometrie. Eine Trennung im wörtlichen Sinn erfolgt hier nicht, sondern es wird lediglich ein drehzahlab- oder unabhängiger und/oder ein drehrichtungsab- oder unabhängiger Betrieb gewährleistet. Beispielsweise kann eine Pumpeneinheit 5 so ausgeführt sein, dass erst ab einer bestimmten Mindest drehzahl eine Förderwirkung erreicht wird. Weiters kann die Pumpeneinheit 5 entweder aufgrund ihrer Bauart für einen drehrichtungsunabhängigen Betrieb ausgelegt sein, oder der drehrichtungsunabhängige Betrieb der Pumpeneinheit 5 wird über die logische Verschaltung von passiven Ventilen dargestellt. Ausfüh rungsbeispiele für passive Ventile sind das Zweidruckventil 13 („logisch UND“) und das Wechselventil 14 („logisch ODER“). Ausführungsbeispiele für drehrichtungs abhängige Pumpeneinheiten 5 sind die Rotationskolbenpumpe 5‘ (Gerotorpumpe) und die Flügelzellenpumpe 5“. Flingegen sind die Kolbenpumpen, wie die Flubkol- benpumpe 5‘“ und die Axialkolbenpumpe 5““ Ausführungsbeispiele für drehrich tungsunabhängige Pumpeneinheiten 5.

Eine weitere hydraulische Trenneinheit ist die Visco-Kupplung 12. In Abhängigkeit der Auslegung der Visco-Kupplung 12, wird erst nach Erreichen einer Mindest drehzahl ein bestimmtes Maximalmoment von einer Eingangswelle an eine Aus gangswelle einer Kupplung übertragen.

Kommt eine pneumatische Trenneinheit im Zusammenhang mit einer Verdich tereinheit 5 zu tragen, erfolgt diese vorzugsweise über eine definierte Verdichter charakteristik bzw. -geometrie. Eine Trennung im wörtlichen Sinn erfolgt hier nicht, sondern es wird lediglich ein drehzahlab- oder unabhängiger und/oder ein dreh- richtungsab- oder unabhängiger Betrieb gewährleistet. Beispielsweise kann eine Verdichtereinheit 5 so ausgeführt sein, dass erst ab einer bestimmten Mindest drehzahl eine nennenswerte Förderwirkung erreicht wird. Weiters kann die Ver dichtereinheit 5 entweder aufgrund ihrer Bauart für einen drehrichtungsunabhän gigen Betrieb ausgelegt sein, oder der drehrichtungsunabhängige Betrieb der Pumpeneinheit wird über die logische Verschaltung von passiven Ventilen darge stellt. Ausführungsbeispiele für passive Ventile sind das Zweidruckventil 13 („lo gisch UND“) und das Wechselventil 14 („logisch ODER“). Ausführungsbeispiele für drehrichtungsabhängige Verdichtereinheiten 5 sind die Rotationsverdichter 5‘, 5“. Hingegen sind Membran- oder Kolbenverdichter 5‘“, 5““ Ausführungsbeispiele für drehrichtungsunabhängige Verdichtereinheiten 5.

Unter einem drehrichtungsunabhängigen Betrieb ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die Drehrichtung der Pumpen- und/oder Verdichtereinheit 5 kei nen Einfluss auf die Förderrichtung hat.

Ist eine Trenneinheit elektrisch ausgeführt, also als elektrische Trenneinheit, so erfolgt die funktionale Trennung der Funktionseinheiten 4, 5, 6 bevorzugt mittels einer integrierten Schaltlogik unter Ausnutzung der zeitlichen Abgrenzung diskre ter Betriebspunkte der Funktionseinheiten 4, 5, 6. Die zeitliche Abgrenzbarkeit diskreter Betriebspunkte ergibt sich aus der Betriebsstrategie (Fig. 16) und/oder der Getriebespreizung (Fig. 15a - Fig 15d, durch Unter- und/oder Übersetzung der Antriebswellen der Funktionseinheiten 4, 5, 6) und/oder einer auf definierte Schalt- bzw. Drehimpulse reaktiven Mechanik, beispielsweise einem Malteserkreuzgetrie be, einem Schaltherz oder einer vergleichbaren technischen Lösung.

Durch die Ausnutzung beider Drehrichtungen und des zur Verfügung stehenden Drehzahlbandes der elektrischen Maschine 2 kann über eine definierte Schaltlogik die zu betreibende Funktionseinheit 4, 5, 6 bestimmt werden.

Durch definierte Ausführung und/oder die gezielte Ansteuerung wirken die

Trenneinheiten wie Logikbausteine. In Abhängigkeit der zu erfüllenden Anforde rungen kann durch eine Kombination von Logikbausteinen, also eine Kombination von Trenneinheiten, ein diskreter und/oder simultaner Betrieb der Funktionseinhei ten 4, 5, 6 mit nur einer elektrischen Maschine 2 und nur einer Steuereinheit 3 dargestellt werden.

Die elektrische Maschine 2, die Steuereinheit 3 sowie die Funktionseinheiten 4, 5, 6 können in einem oder in mehreren Gehäuseteilen, sowie in Verbindung mit Ge häusen angrenzender Komponenten, wie beispielsweise eines angrenzenden Stirnradgetriebes 15, des Kraftfahrzeugs miteinander verbunden werden. Je nach Ausführung sind die Schnittstellen zu Lager- und Dichtstellen so ausgeführt, dass ein in Länge und Durchmesser skalierbarer Rotor der elektrischen Maschine 2, von beiden Wellenseiten der Rotorwelle 9 bestückt werden kann. Alternativ kann die Funktion der Steuereinheit 3 auch in Komponenten der Umgebung integriert werden, wie beispielsweise einem Inverter. Fig. 2 bis Fig. 7 zeigen schematisch unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Aktuierungseinheit 1. Im Allgemeinen kann die Anordnung der elektrischen Ma schine 2, der Steuereinheit 3, der Funktionseinheiten 4, 5, 6 und der Trenneinhei ten in räumlich und geometrisch beliebiger Lage erfolgen.

Das in Fig. 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel der Aktuierungseinheit 1 zeigt eine elektrische Maschine 2 mit Steuereinheit 3, die zum einen mit einem Park sperrenmechanismus 4 und zum anderen mit einer Pumpen- und/oder Verdich tereinheit 5 antriebswirksam verbunden ist. Die Pumpen- und/oder Verdichterein heit 5 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Gerotorpumpe 5‘ ausge führt.

Das in Fig. 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der Aktuierungseinheit 1 zeigt elektrische Maschine 2 mit Steuereinheit 3, die zum einen über eine Flieh kraftkupplung 7 mit einem Parksperrenmechanismus 4 und zum anderen über einen Freilauf 8 mit einem Getriebe- und/oder Kupplungsschaltmechanismus 6 antriebswirksam verbunden ist.

Das in Fig. 4 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der Aktuierungseinheit 1 zeigt eine elektrische Maschine 2 mit Steuereinheit 3, die zum einen über eine erste Fliehkraftkupplung 7 mit einem Getriebe- und/oder Kupplungsschaltmechanismus 6 und zum anderen über eine zweite Fliehkraftkupplung 7‘ mit einem Parksper renmechanismus 4 antriebswirksam verbunden ist.

Das in Fig. 5 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel der Aktuierungseinheit 1 zeigt eine elektrische Maschine 2 mit Steuereinheit 3, die zum einen mit einer Pumpen- und/oder Verdichtereinheit 5 und zum anderen über eine Fliehkraftkupplung 7 mit einem Parksperrenmechanismus 4 antriebswirksam verbunden ist. Die Pumpen- und/oder Verdichtereinheit 5 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Ge rotorpumpe 5‘ ausgeführt. Das in Fig. 6 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel der Aktuierungseinheit 1 zeigt eine elektrische Maschine 2 mit Steuereinheit 3, die zum einen über einen Freilauf 8 mit einem Getriebe- und/oder Kupplungsschaltmechanismus 6 und zum anderen über ein einstufiges Stirnradgetriebe 15 mit einem Parksperrenmechanismus 4 antriebswirksam verbunden ist. Das Stirnradgetriebe 15 stellt einen optionalen Teil der Aktuierungseinheit 1 dar. Es kann erforderlich sein um in einen gegebenen Bauraum zu passen (parallele Anordnung,„offset“) oder durch die Über- /Untersetzung können die erforderlichen Umdrehungen zum Schalten der Funkti onseinheiten 4, 5, 6 gespreizt werden (siehe Fig. 15a, Fig. 15b, Fig. 15c).

Das in Fig. 7 dargestellte sechste Ausführungsbeispiel der Aktuierungseinheit 1 zeigt eine elektrische Maschine 2 mit Steuereinheit 3, die mit zwei Pumpen- und/oder Verdichtereinheiten 5 antriebswirksam verbunden ist. Beide Pumpen- und/oder Verdichtereinheiten 5 sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Gerotorpumpen 5‘ ausgeführt. Eine Pumpen- und/oder Verdichtereinheit 5 ist als eine in beide Drehrichtungen fördernde Ölpumpe ausgeführt, während die andere Pumpen- und/oder Verdichtereinheit 5 als eine nur in eine Drehrichtung fördernde Kühlmittelpumpe ausgeführt ist.

Das in Fig. 8 dargestellte siebte Ausführungsbeispiel, das in Fig. 9 dargestellte achte Ausführungsbeispiel und das in Fig. 10 dargestellte neunte Ausführungsbei spiel der Aktuierungseinheit 1 zeigt eine elektrische Maschine 2 mit Steuereinheit 3, mit zwei Pumpen- und/oder Verdichtereinheiten 5 antriebswirksam verbunden ist, wobei eine Pumpen- und/oder Verdichtereinheit 5 als Gerotorpumpe 5‘ und die andere Pumpen- und/oder Verdichtereinheit als Flügelzellenpumpe ausgeführt ist.

Fig. 1 1 a zeigt einen Freigang 10, nämlich einen Gewindegang ohne Steigung, an einem Anfang und/oder an einem Ende einer Gewindeschubstange, einer Kuge lumlaufspindel oder einer Schneckenwelle. Fig. 1 1 b zeigt einen Freigang 1 1 , nämlich eine auf einer Schaltwalze umlaufende Nut ohne Steigung, an einem Anfang und einem Ende einer Schaltkulisse der Schaltwalze.

Fig. 1 1 c zeigt eine Visco-Kupplung 12 als weiteres Ausführungsbeispiel einer Trenneinheit.

Ein Zweidruckventil 13 (Fig. 1 1 d) und ein Wechselventil 14 (Fig. 1 1 e) sind ebenso beispielhafte Trenneinheiten insbesondere im Zusammenhang mit einer Pumpen- und/oder Verdichtereinheit 5, 5‘, wie beispielsweise einer Pumpe mit einer Dreh richtungsunabhängigen Förderrichtung.

Fig. 12 a und Fig. 12b zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel für eine drehrich tungsunabhängige Pumpen- und/oder Verdichtereinheit 5. In Fig. 12a ist eine Flubkolbenpumpe 5‘“ dargestellt. In Fig. 12b ist eine Axialkolbenpumpe 5““ darge stellt.

Fig. 13 zeigt eine Tabelle mit Beispielen von Drehzahl und/oder drehrichtungsab hängigen oder unabhängigen Logikbausteinen (Trenneinheiten). Durch die Ver wendung eines oder die Kombination mehrerer Logikbausteine können mehrere Funktionseinheiten 4, 5, 6 diskret oder simultan, in Abhängigkeit der Drehzahl und/oder der Drehrichtung der elektrischen Maschine 2, betrieben werden.

Fig. 14a bis Fig. 14d zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel für die Kombination von Trenneinheiten zur Erzielung einer funktionalen Trennung zweier Funktions einheiten 4, 5, 6. Im ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 10a) werden zwei drehzahl abhängige Fliehkraftkupplungen 7, 7‘ unterschiedlicher Charakteristik kombiniert. Die„Trenneinheit 1“ ist normal offen (bei Drehzahl = 0) und schließt erst über einer Drehzahl von 600 rpm, hingegen ist die„Trenneinheit 2“ normal geschlossen (bei Drehzahl = 0) und öffnet erst über einer Drehzahl von 1200 rpm. Durch die Über lappung der Grenzdrehzahlen beider Fliehkraftkupplungen 7, 7‘ innerhalb des Drehzahlbandes der elektrischen Maschine 2, können die Funktionseinheiten 4, 5, 6, in Abhängigkeit der gestellten Solldrehzahl, entweder jeweils einzeln oder ge meinsam betrieben werden. Das zweite Ausführungsbeispiel (Fig. 10b), das dritte Ausführungsbeispiel (Fig. 10c) und das vierte Ausführungsbeispiel (Fig. 10d) zei gen jeweils weitere Kombinationsmöglichkeiten von Trenneinheiten zur Erreichung einer geforderten Schaltlogik.

Fig. 15a, Fig. 15b, Fig. 15c und Fig. 15d zeigen jeweils ein kombiniertes Schaltdi agramm für zwei Funktionseinheiten 4, 5, 6, in weiterer Folge zur Erklärung der Diagramme in Fig. 15a bis Fig. 15d und der Tabelle in Fig. 15e als„Funktionsein heit 1“ 4, 5, 6 und„Funktionseinheit 2“ 4, 5, 6 bezeichnet. Auf der Abszisse ist die Anzahl der Rotorwellenumdrehungen U aufgetragen. Die Ordinate zeigt den Weg s, also den Vorschub des jeweiligen Schaltelements einer Funktionseinheit 4, 5, 6. Die Linien L1 und L2 zeigen den Verlauf des Schaltweges in Abhängigkeit der Rotorumdrehungen U. Der erste Schaltbereich B1 repräsentiert den zum vollstän digen Schalten der„Funktionseinheit 1“ 4, 5, 6 erforderlichen Weg s am Schalt element der„Funktionseinheit 1“ 4, 5, 6. Der zweite Schaltbereich B2 repräsentiert den zum vollständigen Schalten der„Funktionseinheit 2“ 4, 5, 6 erforderlichen Weg s am Schaltelement der„Funktionseinheit 2“ 4, 5, 6. Ein erster Toleranzbe reich T 1 umfasst jenen Weg s, den das Schaltelement der„Funktionseinheit 1“ 4, 5, 6 zurücklegen muss, bevor der eigentliche Schaltvorgang der„Funktionseinheit 1“ 4, 5, 6 gestartet wird (dies entspricht einem Leer- bzw. Totgang). Ein zweiter Toleranzbereich T2 umfasst jenen Weg s, den das Schaltelement der„Funktions einheit 2“ 4, 5, 6 zurücklegen muss, bevor der eigentliche Schaltvorgang der „Funktionseinheit 2“ 4, 5, 6 gestartet wird (dies entspricht einem Leer- bzw. Tot gang). Der Sicherheitsbereich S1 repräsentiert die Anzahl der Rotorumdrehungen U, welche nach vollständigem Schaltvorgang der„Funktionseinheit 1“ 4, 5, 6 zu- sätzlich aufgebracht werden müssen, bevor der Schaltvorgang an„Funktionsein heit 2“ 4, 5, 6 gestartet wird.

Durch Unter- und/oder Übersetzung der Rotordrehzahl zu den jeweiligen Funkti onseinheiten 4, 5, 6, kann das Verhältnis von Vorschub (Weg s an Schaltelement) zu Rotorumdrehungen U für jede Funktionseinheit 4, 5, 6 gezielt verändert wer den. Diese Unter- und/oder Übersetzung kann durch ein ein- oder mehrstufiges Stirnradgetriebe 15, ein Planetengetriebe und/oder mittels unterschiedlicher Stei gungen von Gewindegängen, Kugelrampen, Schaltkulissen oder vergleichbaren technischen Lösungen erzielt werden. Durch die unterschiedlichen Unter- bzw. Übersetzungsverhältnisse erzielte Spreizung, können die Funktionseinheiten 4, 5, 6 funktional voneinander getrennt werden. Demgemäß sind in der Figur 15a, 15b und 15c zur vollständigen Schaltung der„Funktionseinheit 1“ 4, 5, 6, die Rotorum drehungen U1 erforderlich. Flingegen sind zur vollständigen Schaltung der„Funk tionseinheit 2“ 4, 5, 6, die Rotorumdrehungen U2 erforderlich.

Im Diagramm der Fig. 15a sind die Über- bzw. Untersetzungsverhältnisse der beiden Funktionseinheiten 4, 5, 6 (Funktionseinheit 1 und Funktionseinheit 2) so ausgeführt, dass der zum Schalten verfügbare Vorschub am Schaltelement der „Funktionseinheit 1“ 4, 5, 6 größer ist als der zum Schalten verfügbare Vorschub am Schaltelement der„Funktionseinheit 2“ 4, 5, 6. Zum Schalten der„Funktions einheit 1“ muss die Rotorwelle 9 daher weniger Umdrehungen vollziehen als zum Schalten der„Funktionseinheit 2“ 4, 5, 6. Dies resultiert wiederum in einer schnel leren Zuschaltzeit und einer dazu proportional kleineren Schaltkraft an„Funktions einheit 1“ 4, 5, 6. Die Tabelle in Fig. 15e zeigt entsprechend des Schaltdiagrams in Fig. 15a, den jeweiligen Status der„Funktionseinheit 1“ 4, 5, 6 und der„Funkti onseinheit 2“ 4, 5, 6 in Abhängigkeit der, in einer bestimmten Drehrichtung getätig ten Rotorwellenumdrehungen U der Rotorwelle 9. So ist ausgehend vom Koordi natenursprung (Endanschlag) des Schaltdiagrams nach 50 Rotorwellenumdre hungen U nach rechts die„Funktionseinheit 1“ 4, 5, 6 aktiv und die„Funktionsein- heit 2“ 4, 5, 6 inaktiv. Nach größer 25 Rotorwellenumdrehungen U nach links sind wieder beide Funktionseinheiten 4, 5, 6 (Funktionseinheit 1 und Funktionseinheit 2) inaktiv. Nach weiteren kleiner 25 Rotorwellenumdrehungen U nach links befin den sich beide Schaltelemente wieder am Koordinatenursprung des Schaltdia gramms. Nach 100 Rotorwellenumdrehungen U nach rechts sind beide Funkti onseinheiten 4, 5, 6, (Funktionseinheit 1 und Funktionseinheit 2) aktiv. Nach mehr als 75 Rotorwellenumdrehungen U nach links sind beide Funktionseinheiten 4, 5, 6, (Funktionseinheit 1 und Funktionseinheit) wieder inaktiv.

In Figur 15b sind die Über- bzw. Untersetzungsverhältnisse zwischen beiden Funktionseinheiten 4, 5, 6, (Funktionseinheit 1 und Funktionseinheit 2) so ange passt, dass der erste Toleranzbereich T1 und der zweite Toleranzbereich T2 gleich groß sind und der erste Schaltbereich B1 gleich dem zweiten Schaltbereich B2 ist. Das heißt, dass beide Schaltelemente den gleichen Weg s zurücklegen um eine Schaltung durchzuführen. Jedoch muss zum Schalten der„Funktionseinheit 1“ 4, 5, 6 die Rotorwelle 9 nur ein Drittel der Rotorwellenumdrehungen U vollzie hen als zum Schalten der„Funktionseinheit 2“ 4, 5, 6. Dies resultiert wiederum in einer dreimal schnelleren Zuschaltzeit, jedoch dreimal kleineren Schaltkraft and der„Funktionseinheit 1“ 4, 5, 6.

Fig. 15c zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Schaltverlauf (Linie L2) der „Funktionseinheit 2“ 4, 5, 6 nicht linear, sondern kurvenförmig verläuft. Dieser Verlauf kann beispielsweise durch eine mehrstufige Schaltkulisse, eine Kugelram pe oder einer vergleichbaren technischen Lösung erzielt werden. So kann der Verlauf der Linie L2 beispielsweise so ausgeführt werden, dass innerhalb des Schaltbereichs der„Funktionseinheit 1“ 4, 5, 6 (U1 ) nur kein oder nur ein geringer Vorschub am Schaltelement der„Funktionseinheit 2“ 4, 5, 6 erfolgt. Während entlang des Sicherheitsbereichs S1 der zweite Toleranzbereich T2 schnell durch fahren werden kann. Zur Erreichung einer größeren Schaltkraft kann die Schalt kurve nach Erreichen des zweiten Schaltbereichs B2 wieder abflachen. Fig. 15d zeigt ein Ausführungsbeispiel, mit kurvenförmigem Verlauf der Linien L1 und L2. Die Linie L1 hat nach Verlassen des ersten Schaltbereichs B1 keine Stei gung. Das bedeutet, dass ab diesem Punkt jede weitere Rotorwellenumdrehung U in die gleiche Drehrichtung keinen weiteren Vorschub am Schaltelement der „Funktionseinheit 1“ 4, 5, 6 zur Folge hat.

Fig. 16 zeigt anhand eines exemplarischen Fahrzyklus mögliche Betriebszustände der Aktuierungseinheit 1 und deren zeitliche Abgrenzbarkeit. Die Beschreibung des Diagramms basiert auf einer Aktuierungseinheit 1 gemäß Fig. 2. Alternative Konfigurationsmöglichkeiten der Aktuierungseinheit 1 , abweichend von der in Fig.

2 dargestellten Konfiguration, sind jedoch auch beschrieben. Das dargestellte Diagramm zeigt auf der Achse x die Zeit in Sekunden (in weiterer Folge als„s“ bezeichnet) und auf der Achse y die Geschwindigkeit in Kilometern pro Stunde (in weiterer Folge als„km/h“ bezeichnet) an.

Ein erster Abschnitt A beschreibt die Zeitdauer von 0 s bis 10 s. Bei einer Ge schwindigkeit von 0 km/h befindet sich das Kraftfahrzeug in einem sicheren Zu stand; der Parksperrenmechanismus 4 ist eingelegt, also aktiviert. Die Pumpen- und/oder Verdichtereinheit 5 kann beispielsweise zur präventiven Beölung bezie hungsweise zur Schmierfilmbildung bereits aktiv sein. Kurz vor dem Anfahren des Kraftfahrzeugs (Geschwindigkeit > 0 km/h) wird an Punkt a (Geschwindigkeit =

0 km/h) der Parksperrenmechanismus 4 gelöst. Der Parksperrenmechanismus 4 ist in diesem ersten Abschnitt bis zum Punkt a aktiv; die Pumpen- und/oder Ver dichtereinheit 5 (Kühlung und/oder Schmierung) ist je nach Ausführung der Pum pen- und/oder Verdichtereinheit 5 entweder auch im Betrieb oder im Leerlauf (kei ne Pumpwirkung in dieser Drehrichtung und/oder bei dieser Drehzahl).

Ein zweiter Abschnitt B beschreibt die Zeitdauer von 10 s bis 20 s. In diesem zwei ten Abschnitt B wird das Kraftfahrzeug auf eine Geschwindigkeit von 40 km/h beschleunigt. Der Parksperrenmechanismus 4 ist inaktiv; die Pumpen- und/oder Verdichtereinheit 5 ist zur Schmierung und/oder Kühlung von Kraftf ahrzeug ko m- ponenten ab Punkt b aktiv.

Ein dritter Abschnitt C beschreibt die Zeitdauer von 20 s bis 30 s. Das Kraftfahr zeug fährt in diesem dritten Abschnitt C konstant mit einer Geschwindigkeit von 40 km/h. In Punkt c kann die Schmier- und/oder Kühlleistung der Pumpen- und/oder Verdichtereinheit 5 bei Bedarf gedrosselt werden.

Ein vierter Abschnitt D beschreibt die Zeitdauer von 30 s bis 40 s. In diesem vier ten Abschnitt D wird das Kraftfahrzeug von einer Geschwindigkeit von 40 km/h auf eine Geschwindigkeit von 130 km/h beschleunigt. Der Parksperrenmechanismus 4 ist inaktiv; die Pumpen- und/oder Verdichtereinheit 5 ist zur Schmierung und/oder Kühlung von Kraftfahrzeugkomponenten aktiv. In Punkt d, bei 85 km/h, wird durch den Getriebe- und/oder Kupplungsschaltmechanismus 6 als alternative Funktions einheit zu dem Parksperrenmechanismus 4 oder der Pumpen- und/oder Verdich tereinheit 5 ein Gangwechsel vorgenommen. Während des Schaltvorganges ist die Pumpen- und/oder Verdichtereinheit 5 je nach Ausführung entweder in Betrieb oder im Leerlauf.

Ein fünfter Abschnitt E beschreibt die Zeitdauer von 40 s bis 50 s. Das Kraftfahr zeug fährt konstant mit einer Geschwindigkeit von 130 km/h. In Punkt e kann die Schmier- und/oder Kühlleistung der Pumpen- und/oder Verdichtereinheit 5 bei Bedarf erhöht werden. Über eine zusätzliche Pumpen- oder Verdichtereinheit 5 als alternative Funktionseinheit zu dem Parksperrenmechanismus 4 oder dem Getrie be- und/oder Kupplungsschaltmechanismus 6 kann ein zusätzlicher Schmier und/oder Kühlkreislauf aktiviert werden.

Ein sechster Abschnitt F beschreibt die Zeitdauer von 50 s bis 60 s. In diesem sechsten Abschnitt F wird das Kraftfahrzeug von einer Geschwindigkeit von 130 km/h auf eine Geschwindigkeit von 0 km/h verzögert. Der Parksperrenmecha nismus 4 ist inaktiv; die Pumpen- und/oder Verdichtereinheit 5 ist zur Schmierung und/oder Kühlung aktiv. In Punkt f, bei 60 km/h, wird durch den Getriebe- und/oder Kupplungsschaltmechanismus 6 als Alternative zum Parksperrenmechanismus 4 oder zur Pumpen- und/oder Verdichtereinheit 5 in den Segelbetrieb geschaltet oder ein gangwechsle vorgenommen. Während des Schaltvorganges ist die Pum pen- und/oder Verdichtereinheit 5 je nach Ausführung entweder in Betrieb oder im Leerlauf.

Ein siebter Abschnitt G beschreibt die Zeitdauer von 60 s bis 80 s. Das Kraftfahr zeug befindet sich wieder im Stillstand, d.h. die Geschwindigkeit entspricht 0 km/h. Die Pumpen- und/oder Verdichtereinheit 5 kann beispielsweise zur kurativen (Nach-)Kühlung aktiv bleiben. Kurz nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs wird an Punkt g der Parksperrenmechanismus 4 aktiviert. Während dieses Schaltvor ganges ist die Pumpen und/oder Verdichtereinheit 5 (Kühlung und/oder Schmie rung) je nach Ausführung entweder auch in Betrieb oder im Leerlauf.

Mit Ausnahme der Punkte a, d, f und g, kann die Pumpen- und/oder Verdich tereinheit 5 uneingeschränkt an jedem Punkt des Fahrzyklus zur Kühlung und/oder Schmierung verwendet werden.

Jede Konfiguration kann für rein elektrische sowie für hybrid-elektrische Kraftfahr zeugantriebe und Kraftfahrzeuggetriebe in beliebiger Art, Anordnung und Architek tur angewendet werden. Bezuqszeichenliste

1 Aktuierungseinheit

2 Elektrische Maschine

3 Steuereinheit

4 Parksperrenmechanismus (erste Funktionseinheit)

5 Pumpen- und/oder Verdichtereinheit (zweite Funktionseinheit)

5‘ Rotationskolbenpumpe, Rotationsverdichter

5“ Flügelzellenpumpe, Rotationsverdichter

5‘“ Flubkolbenpumpe, Membran- oder Kolbenverdichter

5““ Axialkolbenpumpe, Membran- oder Kolbenverdichter

6 Getriebe- und/oder Kupplungsschaltmechanismus (dritte Funktions einheit)

7, 7‘ Fliehkraftkupplung

8 Freilauf

9 Rotorwelle

10 Freigang an einem Gewindegang

1 1 Freigang an einer Schaltwalze

12 Visco-Kupplung

13 Zweidruckventil

14 Wechselventil

15 Stirnradgetriebe

A Erster Abschnitt

B Zweiter Abschnitt

C Dritter Abschnitt

D Vierter Abschnitt

E Fünfter Abschnitt

F Sechster Abschnitt G Siebter Abschnitt a Punkt a

b Punkt b

c Punkt c

d Punkt d

e Punkt e

f Punkt f

g Punkt g

U, 111 , 112 Rotorwellenumdrehungen s Weg

L1. L2 Linie

B1 Erster Schaltbereich

B2 Zweiter Schaltbereich

T 1 Erster T oleranzbereich

T2 Zweiter Toleranzbereich

S1 Sicherheitsbereich