GANGSCHALTUNG MIT TAUCHSPULENAKTOR

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gangschaltung eines elektri- sehen Antriebs, einen Tauchspulenaktor, eine Steuereinheit zu einer Aktivierung von mindestens zwei Tauchspulenaktoren, ein Verfahren zur Montage und ein Verfahren zur Demontage eines Tauchspulenaktors und insbesondere auf eine Doppelspule und sequentielle Schaltelektronik für einen Tauchspulenaktor in elektrifizierten Fahrzeug antri eben. HINTERGRUND

Tauchspulenaktoren sind Linearaktoren, bei denen ein Läufer mit Hilfe eines elektrischen Stroms über Lorentzkräfte entlang einer Achse des Läufers linear bewegt wird. Das Grundkonzept ist dabei dasjenige einer Tauchspule, also einer aus einem Draht zur Leitung eines elektrischen Stroms gewickelten Spule, die in einem Magnetfeld eines Permanentmagneten liegt, so dass bei Bestromung der Spule eine Kraft aufgebaut wird, welche die Spule gegenüber dem Permanent magneten in einer axialen Richtung verschiebt. Dabei kann entweder der Per manentmagnet auf dem Läufer fixiert und die Spule als Teil des Stators ausge führt werden, oder die Spule kann etwa um die Achse des Läufers gewickelt und der Permanentmagnet Teil des Stators sein. Tauchspulenaktoren werden in verschiedenen Ausführungsformen in vielen Bereichen des Maschinenbaus für teilweise hochdynamische lineare Bewegungen eingesetzt.

Insbesondere werden Tauchspulenaktoren für einen Gangwechsel in elektri schen Antrieben verwendet. Solche elektrischen Antriebe können beispielsweise in Automobilen eingesetzt werden und benötigen angemessen sichere Gang schaltungen. Diese Gangschaltungen umfassen dazu Bauteile wie insbesondere Schaltstangen, die mit großer Genauigkeit und feiner Abstimmung linear bewegt werden müssen. Tauchspulenaktoren können solche Bewegungen mit der erfor derlichen Präzision und Kontrolle durchführen. Fig. 16 zeigt ein Beispiel aus dem Stand der Technik für einen Tauchspulenak tor 410 in einer Gangschaltung 430 zu einem Wechseln von Gängen eines elektrischen Antriebs. Dargestellt sind in einem Querschnitt Teile eines Gehäu ses 431 der Gangschaltung 430, das insbesondere eine Öffnung aufweist, durch die eine Schaltstange 432 zum Bewegen einer Schaltgabel 434 geführt ist. Der Tauchspulenaktor 410 umfasst zwei Spulen 4131, 4132 in einer zylindrischen äußeren Hülle 414. Ein Teil 411 der Schaltstange 432 taucht in einen Bereich der Spulen 4131, 4132 ein, so dass die Schaltstange 432 selbst den Läufer des Tauch spulenaktors 410 bildet. Der Teil 411 der Schaltstange 432 ist fest verbunden mit einem Permanentmagneten 412 und gemeinsam mit diesem beweglich innerhalb der Spulen 4131, 4132 gelagert. Bei einer Bestromung der Spulen 4131, 4132 bildet sich ein Magnetfeld, das eine Kraft auf den Permanentmagneten 412 aus übt und damit die Schaltstange 432 bewegt.

Fig. 17 zeigt eine Ansicht auf die Hülle 414 des Tauchspulenaktors 410. Die Hülle 414 weist einen Schraubenflansch 415 auf, über den der Tauchspulenak tor 410 mit Schrauben 416 am Gehäuse 431 befestigt wird. In diesem Beispiel führen die beengten räumlichen Verhältnisse der Gangschaltung 430 dazu, dass der Schraubenflansch 415 aus geometrischen Gründen nicht einfach rund ausge führt werden kann, sondern die dargestellte Kontur aufweisen muss. Die beeng- ten räumlichen Verhältnisse führen bei Bauteilen gerade in Antrieben von Au tomobilen häufig zu einschränkenden Anforderungen an Form und Ausmaße, die eine Herstellung der Bauteile jeweils verkomplizieren und verteuern.

Fig. 18 zeigt zur Illustration der Aufgabe des Tauchspulenaktors 410 weitere Details für den elektrischen Antrieb. In einer linken Seite der Figur ist dazu eine Topologie des elektrischen Antriebs skizziert. Diese zeigt zwei Elektromoto ren 501, 502, die jeweils ein Teilgetriebe 510, 520 antreiben. Die Teilgetrie be 510, 520 sind über ein Differentialgetriebe 530 miteinander verbunden, das Kräfte der Elektromotoren 510, 520 auf Radachsen 540 eines Elektroautomobils überträgt. Ein Teilgetriebe 520 weist insbesondere einen Schaltmechanis- mus 550 auf, der eine Klauenkupplung 555 umfasst, wie sie in einer rechten Seite der Figur dargestellt ist. Der Schaltmechanismus 550 bzw. ein Teil der Klauenkupplung 555 wird durch die Schaltgabel 434 (vgl. Fig. 16) bewegt, so dass der elektrische Antrieb insgesamt drei Gänge bietet. Der Aufbau des Ge triebes mit den zwei nicht identischen Teilgetrieben 510, 520 ermöglicht eine Aufteilung einer gewünschten Leistung auf die Elektromotoren 501, 502. Hier durch kann ein Effizienz- und Schwingungsverhalten des gesamten Antriebs strangs optimiert werden.

Für Gangschaltungsvorrichtungen, in denen eine Vielzahl von Tauchspulenakto ren Bewegungen von Bauteilen in strenger Abfolge durchführen, ist die Sicher- Stellung einer sequentiellen Ausführung von großer Bedeutung. Ein Beispiel für eine Vorrichtung zu einer sequentiellen Ausführung von Aktorbewegungen kann etwa dem Dokument DE10 2015226351 entnommen werden, das ein System mit einer Mehrzahl von Aktoren offenbart, die über Datenleitungen miteinander und mit einer übergeordneten elektronischen Steuereinrichtung verbunden sind. Das System ist ausgebildet, um die Aktoren in einer Vielzahl von Mustern zu aktivieren. Dabei ist jedem Aktor eine eigene Steuereinheit zugeordnet, die aus gebildet ist, um Daten durch die Datenleitungen zu senden und zu empfangen und aufgrund der Daten den jeweils zugeordneten Aktor zu aktivieren.

In Beispielen im Stand der Technik können Steuereinheiten für jeden Tauchspu- lenaktor jeweils einen Mikrocontroller umfassen, der den Tauchspulenaktor jeweils über eine Vollbrückenschaltung aktiviert.

Nachteilig bei dieser Lösung ist der komplizierte oder redundante Aufbau der Ansteuerung, insbesondere durch den Einsatz individueller Steuereinheiten für jeden Aktor. In den beengten räumlichen Verhältnissen etwa von Fahrzeugan- trieben kann dieser Aufbau schwierig umzusetzen sein kann. Zudem kann sich ein erhöhtes Potential für Ausfälle ergeben.

Bei einer Montage eines Tauchspulenaktors in einer Halterung können Re luktanzkräfte zwischen dem Tauchspulenaktor und Teilen der Gangschaltung auftreten. So treten bei der Montage des in Fig. 13 dargestellten Tauchspulenak- tors 410 solche Reluktanzkräfte insbesondere zwischen der Hülle 414 mit den Spulen 4131, 4132 und dem Permanentmagneten 412 auf. Die Reluktanzkräfte machen eine Führung des Tauchspulenaktors bzw. seiner Hülle während der Montage notwendig. Wird in einer Gangschaltung ein Bauteil - etwa eine Schaltstange - durch einen Tauchspulenaktor bewegt, so muss das Bauteil in der Regel in bestimmten Posi tionen - die beispielsweise bestimmten Gängen des Antriebs entsprechen kön nen - sicher gehalten werden. Zu diesem Zweck gibt es im Stand der Technik insbesondere mechanische Arretierungen. Fig. 19 zeigt links ein herkömmliches System zur Arretierung einer auf einer

Welle angeordneten Schaltmuffe 436, die mit einer Arretiervorrichtung 440 der Schaltstange 432 bzw. der Schaltgabel 434 kombiniert ist. Die Figur zeigt rechts eine genauere Darstellung der Arretiervorrichtung 440 für die Schaltstange 432. Bei dieser mechanischen Arretierung sorgt ein über eine Kontur laufende Kugel - Feder Einheit 442 dafür, dass eine Kraftwirkung einer Auslenkung entgegen wirkt und so die Schaltstange 432 und dadurch die Schaltgabel 434 mit einer bestimmten Kraft (Arretierungskraft) in ihrer Position gehalten wird. Die Positi onen können etwa einem ersten Gang, einer neutralen Position und einem zwei ten Gang entsprechen. Die Arretierung verursacht durch die Beschaffung der Komponenten und Bearbeitungsschritte in der Gangschaltung Kosten für Ge triebehersteller.

Im Rahmen der Entwicklung elektrischer Antriebe besteht insgesamt ein Bedarf nach Tauchspulenaktoren und nach Schaltelektronik, die in den Bereichen Her stellung, Montage, Betrieb und Demontage möglichst kostengünstige, unkompli- zierte und platzsparende Lösungen mit möglichst geringem Aufwand bieten.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Ein Beitrag zu diesem Ziel wird durch eine Gangschaltung nach Anspruch 1, ein Verfahren zu einer Montage eines Tauchspulenaktors nach Anspruch 11, ein Verfahren zu einer Demontage eines Tauchspulenaktors nach Anspruch 13, ein Verfahren zu einem sequentiellen Aktivieren von mindestens zwei Tauchspulen aktoren nach Anspruch 14, ein Verfahren zu einem Wickeln eines Drahts zu einer Spule nach Anspruch 15, ein Verfahren zu einer Herstellung eines Tauch- spulenaktors nach Anspruch 16 und ein maschinenlesbares Speichermedium nach Anspruch 17 geleistet. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteil hafte Weiterbildungen der unabhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Tauchspulenaktor mit einem Läufer, einem Magnetbauteil und einer Spule. Die Spule weist eine Mehrzahl von Spulenabschnitten entlang einer Achse auf, die insbesondere parallel zu einer Achse des Läufers verlaufen kann. Die Spule ist gebildet durch einen Draht, der von einem ersten Ende der Spule aus sukzessive und bis zu einem zweiten Ende der Spule für jeden Spulenabschnitt eine erste Wicklung in einer jeweils einem Spulenabschnitt zugeordneten Windungsrichtung bildet. Dabei liegt mindestens ein Wechsel der Windungsrichtung zwischen einem ersten Spulenabschnitt und einem darauffolgenden zweiten Spulenabschnitt vor, so dass bei einer Bestromung des Drahts jeder Spulenabschnitt eine Kraft auf das Magnetbauteil zu einer linearen Bewegung des Läufers verstärkt. Weiter bildet der Draht von dem zweiten Ende der Spule aus sukzessive und bis zu dem ersten Ende der Spule für jeden Spulenabschnitt eine zweite Wicklung in der dem je weiligen Spulenabschnitt zugeordneten Windungsrichtung. Der Draht tritt somit an dem ersten Ende der Spule sowohl in die Spule ein, als auch aus ihr aus.

Hierbei soll unter dem Begriff Wicklung eine spiralförmige Anordnung des Drahts in mindestens einer Lage verstanden werden. In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel umfasst die erste Wicklung lediglich eine Lage, während die zweite Wicklung in allen Spulenteilen jeweils eine gleiche, größere Anzahl Lagen umfasst. Eine Anordnung der Lagen kann je nach Bedarf und Anforde rung so gewählt werden, dass etwa eine orthozyklische, eine schraubenförmige oder auch eine wilde Wicklung vorliegt. Zudem kann eine Anzahl Windungen in jedem Spulenabschnitt und in jeder Lage an geometrische Randbedingungen, insbesondere etwa an eine Form oder Größe des Magnetbauteils oder des Läu- fers, und/oder an Betreibungsbedingungen wie etwa die erwarteten Stromstär ken oder die gewünschten Kräfte angepasst sein.

Vorteile der hier vorgestellten Wicklung der Spule liegen insbesondere in einem verringerten Volumen. So besteht ein Vorteil darin, dass lediglich ein einzelner Draht für die Wicklung aller Spulenabschnitte ausreicht, und nicht für jeden Spulenabschnitt ein eigener Draht verwendet werden muss. Dies reduziert die Anzahl Anschlüsse für die Bestromung des Tauchspulenaktors. Gleichzeitig ergibt sich ein Vorteil aus dem Ein- und Austreten des Drahts auf der gleichen Seite der Spule, da auf diese Weise ein Herausführen des Drahtes aus dem Tauchspulenaktor bzw. ein Anschluss der Spule an eine Stromquelle ohne ein zusätzliches, zum Magnetfeld der Spule nicht beitragendes Rückführen des Drahtes erfolgen kann.

In einer vorteilhaften Ausführungsform bildet das Magnetbauteil ein Dipol- Magnetfeld mit einem magnetischen Nordpol und einem magnetischen Südpol entlang der Achse aus. Die Spule umfasst zwei Spulenabschnitte mit gegensätzli cher Windungsrichtung, so dass durch die gegensätzliche Windungsrichtung der Spulenabschnitte ein die Spule durchfließender Strom in beiden Spulenabschnit ten zu einer Kraft führt, die in gleicher Richtung auf das Magnetbauteil bzw. dadurch auf den Läufer wirkt. Die Lorentzkraft in beiden Spulen wirkt dann in die gleiche Richtung. Bei umgekehrtem Stromfluss kehrt sich die Wirkung auf das Magnetbauteil und damit die Kraft auf den Läufer um.

In Ausführungsbeispielen, in denen die Spule des Tauchspulenaktors lediglich zwei Spulenabschnitte aufweist, kann die Spule alternativ auch dadurch be schrieben werden, dass sie einen ersten Spulenabschnitt mit einer ersten Wick- lung um die axiale Achse und einer dritten Wicklung um die axiale Achse, sowie einen zweiten Spulenabschnitt mit einer gegenläufigen, zweiten Wicklung um die axiale Achse umfasst. Dabei ist der zweite Spulenabschnitt bezüglich der axialen Achse neben dem ersten Spulenabschnitt angeordnet (mit einem be stimmten Abstand). Die gegenläufige, zweite Wicklung ist seriell zwischen der ersten Wicklung und der dritten Wicklung verschaltet, so dass ein elektrischer Strom bei einem Bestromen der ersten, zweiten und dritten Wicklung seinen Drehsinn zweimal umkehrt. Der Läufer koppelt an das Magnetbauteil oder an einen der Spulenabschnitte, um die Bewegung beim Bestromen zu bewirken.

Optional ist das Magnetbauteil fest mit dem Läufer verbunden, und die Spule ist somit Teil eines Stators. Insbesondere kann das Magnetbauteil eine hohlzylind- rische Form aufweisen, die um den Läufer liegt. Alternativ kann die Spule auch um den Läufer gewickelt werden und das Magnetbauteil als Teil des Stators, etwa in Form eines Rohrs bzw. Zylindermantels, ausgebildet sein.

Optional umfasst der Tauchspulenaktor weiter eine vorteilhafterweise zylindri sche äußere Hülle, die an einer Außenseite eine umlaufende Nut für ein Aufbrin- gen eines Wellensicherungsrings und/ oder ein umlaufendes Dichtungselement und/ oder einen gemeinsamen Ein- und Ausgang des Drahts zur Bestromung der Spule aufweist.

Ein Wellensicherungsring oder Nutenring kann vorteilhaft zur Führung des Tauchspulenaktors während einer Montage oder einer Demontage in einer Vor- richtung, wie beispielsweise in einer Senke eines Gehäuses einer Gangschaltung für einen elektrischen Antrieb, verwendet werden. Das umlaufende Dichtungs element kann insbesondere ein O-Ring sein. Der O-Ring kann in einer weiteren, beispielsweise zu der Nut für den Wellensicherungsring parallel verlaufenden Nut an der Außenseite der äußeren Hülle eingepasst sein. Der gemeinsame Ein- und Ausgang des Drahts bzw. des Anschlusses der Spule zur Bestromung nutzt den Vorteil aus, den das Austreten des Drahts auf derselben Seite der Spule ge währt. Insbesondere kann der Draht auf diese Weise sehr einfach an einer Seite des Tauchspulenaktors (beispielsweise einer Stirnseite) bestromt werden.

Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf eine Steuereinheit zu einer Aktivie- rang von mindestens zwei Aktoren. Die Aktoren können dabei Tauchspulenakto ren der vorangehend erwähnten Form sein. Die Steuereinheit umfasst für jeden Aktor einen elektronischen Schalter bzw. Schalteranschluss, der insbesondere einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) aufweisen kann und zum Aktivieren und Deaktivieren des jeweiligen Aktors ausgebildet ist bzw. bei einer Bestromung in einem ersten Zustand die Aktivierung des jeweiligen Aktors zulässt und in einem zweiten Zustand die Aktivierung unterbindet. Wei- ter umfasst die Steuereinheit eine Brückenschalteinrichtung, beispielsweise eine Vollbrücke oder einen Vierquadrantensteller, bei der an einer Lastposition die elektronischen Schalter bzw. MOSFET-Schalter so geschaltet sind, dass sich ein Strom an der Lastposition auf die elektronischen Schalter aufteilt. Die Brücken- 5 Schaltung ist ausgebildet, um an eine Versorgungsspannung angeschlossen zu werden und bei Anschluss an die Versorgungsspannung eine parallele Bestro- mung der elektronischen Schalter bereitzustellen. Insbesondere können die mindestens zwei Aktoren parallel auf einem Brückenzweig einer Vollbrücke angeordnet sein. Die Steuereinheit umfasst weiter eine elektronische Kontrol _l e leinheit, die insbesondere einen Mikrocontroller aufweisen kann und die eine Verbindungseinrichtung mit einer Verbindung zu jedem der elektronischen Schalter umfasst. Die Kontrolleinheit ist ausgebildet, um über die Brücken schalteinrichtung die parallele Bestromung zu steuern, und um außerdem über die Verbindungseinrichtung jeden der elektronischen Schalter individuell in den 15 ersten Zustand oder den zweiten Zustand zu versetzen. Die Verbindungseinrich tung kann dabei beispielsweise jeweils eine Leitung von einem geeigneten Port der elektronischen Kontrolleinheit zu einem Gate-Anschluss einen der elektroni schen Schalter aufweisen.

Für einen Einsatz dieser Steuereinheit ist vorteilhafterweise ein ständiges 20 Bestromen jedes Aktors nicht notwendig. In Ausführungsbeispielen wird die

Schaltung insbesondere für Tauchspulenaktoren zum Bewegen von Schaltstan gen einer Gangschaltung eingesetzt, die Ausgebildet ist, um die Schaltstangen jeweils zuverlässig in einer gewählten Schaltstellung zu arretieren bzw. verhar ren zu lassen.

25 Optional umfasst die Verbindungseinrichtung eine Sicherheitsschaltung, die für jeden Aktor jeweils genau ein AND-Gatter und ein NOR-Gatter und ansonsten keine Gatter aufweist und ausgebildet ist, um zu jeder Zeit eine Aktivierung von höchstens einem Aktor zuzulassen.

Für mehrere Tauchspulenaktoren zum Schalten von Gängen in einem Getriebe

30 ist es in der Regel von großer Bedeutung, dass die Tauchspulenaktoren sequenti ell aktiviert werden. Die Sicherheitsschaltung bietet den Vorteil, auf einfache und platzsparende Weise unabhängig von einer Software bzw. einer Program- mierung der elektronischen Kontrolleinheit eine sequentielle Aktivierung sicher zustellen.

Ausführungsbeispiele beziehen sich weiter auf eine Gangschaltung, bzw. auf eine Vorrichtung zu einem Wechseln von Gängen, insbesondere eines elektrischen Antriebs. Die Gangschaltung umfasst ein Gehäuse, das eine Senke mit einer Öffnung aufweist, durch welche für das Wechseln der Gänge ein bewegliches Bauelement, insbesondere etwa eine Schaltstange, geführt ist. Weiter umfasst die Gangschaltung einen Aktor, insbesondere etwa einen Tauchspulenaktor, der ausgebildet ist, um das Bauelement zu bewegen, und der in der Senke insbeson- dere durch eine Übermaßpassung montiert ist. Der Aktor kann in der Senke bzw. in einem verbreiterten Teil der Öffnung oder in einem Bereich des Gehäuses, in dem das Bauelement durch eine Wand des Gehäuses geführt ist, durch die Übermaßpassung montiert sein. Die Übermaßpassung bietet den Vorteil, auf eine Verschraubung des Aktors verzichten zu können. In Ausführungsbeispielen mit einem Tauchspulenaktor kann die Schaltstange mit dem Läufer des Tauch spulenaktors identisch sein. Der Tauchspulenaktor muss dabei nicht notwendi gerweise die vorangehend beschriebene Spulenwicklung aufweisen.

Optional ist jedoch der Aktor der Gangschaltung als Tauchspulenaktor wie vo rangehend beschrieben ausgeführt. Insbesondere kann also die Spule den vo- rangehend beschriebenen Aufbau und die dafür beschriebene Spulenwicklung aufweisen, und eine äußere Hülle des Tauchspulenaktors kann mit einer Nut zum Aufbringen eines Wellensicherungsrings für eine erleichterte Montage oder Demontage sowie mit einem Dichtungselement versehen sein.

Optional umfasst die Gangschaltung zudem mindestens zwei Aktoren sowie eine Steuereinheit der vorangehend beschriebenen Art.

Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Verfahren zum Wickeln eines Drahts zu einer Spule für einen Tauchspulenaktor. Das Verfahren umfasst die Schritte:

Bilden einer ersten Wicklung von einem ersten Ende der Spule aus für eine Mehrzahl von Spulenabschnitten in einer jeweils einem Spulenabschnitt zugeordneten Windungsrichtung, so dass mindestens ein Wechsel der Windungsrichtung zwischen einem ersten Spulenabschnitt und einem da rauffolgenden zweiten Spulenabschnitt vorliegt; und

Bilden einer zweiten Wicklung von einem zweiten Ende der Spule aus für jeden Spulenabschnitt in der dem jeweiligen Spulenabschnitt zugeordneten

Windungsrichtung, so dass der Draht an dem ersten Ende der Spule aus der Spule austritt.

Die Spule kann dabei entweder Teil des Stators oder Teil des Läufers des Tauch spulenaktors sein. In Ausführungsbeispielen ist die Spule Teil des Stators, und der Läufer umfasst einen Permanentmagneten, der ein Dipol-Magnetfeld ähn lich dem eines Stabmagneten mit Polen auf einer Achse des Läufers ausbildet. Vorteilhafterweise weist die Spule dann zwei Spulenabschnitte auf. Die erste Wicklung kann lediglich eine Lage umfassen. Andere Geometrien sind denkbar; insbesondere kann die Konstruktion des vorangehenden Ausführungsbeispiels auf mehrere Permanentmagneten und entsprechend mehrere Spulenabschnitte vervielfältigt werden.

Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Verfahren zur Montage eines Aktors, insbesondere eines Tauchspulenaktors, in einer Senke eines Gehäuses einer Vorrichtung, insbesondere einer Gangschaltung eines elektrischen An- triebs. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die Schritte:

Einspannen zumindest eines Teils des Aktors und des Gehäuses; und

Pressen des eingespannten Teils des Aktors in die Senke des Gehäuses, und dadurch Montieren des Aktors in der Senke.

Zur sicheren und schnellen Montage des Aktors kann dieser radial geführt und axial gehalten werden, so dass der Aktor vorteilhafterweise weder durch seine Gewichtskraft noch durch eine Reluktanzkraft (beispielsweise hervorgerufen durch eine Magnet einrichtung) aus seiner Führung gezogen wird. In einem automatisierten Fertigungsverfahren kann eine steife Fixierung des Aktors durch das axiale Pressen erreicht werden. In Ausführungsbeispielen dieses Verfahrens wird ein Tauchspulenaktor mon tiert, indem ein Stator des Tauchspulenaktors bzw. ein Teil des Tauchspulenak tors, der die Hülle und die Spule umfasst, mittels einer Übermaßpassung in eine Senke eines Getriebegehäuses gepresst wird, so dass ein durch eine Öffnung in der Senke des Getriebegehäuses geführtes bewegliches Bauelement einen Läufer des Tauchspulenaktors darstellt. Dieser Presssitz nimmt dann beim Schalten auftretende Axialkräfte auf. Der Tauchspulenaktor muss dabei nicht notwendi gerweise die vorangehend beschriebene Spulenwicklung aufweisen. Die Aktor hülle kann ein einfaches Drehteil sein. Optional kann das Einspannen des Aktors oder Tauchspulenaktors in Fällen, in denen der Aktor oder Tauchspulenaktor eine äußere Hülle mit einer vorzugswei se umlaufenden Nut wie vorangehend beschrieben aufweist, ein Einschieben des Aktors oder Tauchspulenaktors in eine Montagevorrichtung umfassen, die mit einem Riegel ausgebildet ist, der in die Nut eingreif en kann. Das Einspannen umfasst dann weiter ein Sichern des Aktors oder Tauchspulenaktors durch den Riegel, so dass der Aktor oder Tauchspulenaktor nicht herausfallen kann. Das Pressen kann dann ein Ausüben einer Einpresskraft auf die Montagevorrichtung umfassen, um so den Aktor in dem Gehäuse zu montieren. Dabei ist die Ein presskraft vorteilhafterweise höher als eine Kraft, die den Aktor oder Tauchspu- lenaktor aus seinem Sitz in dem Gehäuse zu lösen vermag.

Die Montagevorrichtung kann beispielsweise topfförmig ausgebildet sein, um den Aktor oder Tauchspulenaktor zumindest teilweise aufzunehmen. Das Ein pressen kann dann durch Einwirken der Einpresskraft etwa auf einen Boden der Montagevorrichtung erfolgen. So kann die Einpresskraft direkt auf den Aktor oder Tauchspulenaktor übertragen werden. Sobald der Aktor oder Tauchspulen aktor in das Gehäuse gepresst ist, kann der Riegel durch Ziehen wieder gelöst und die Montagevorrichtung von dem Aktor oder Tauchspulenaktor abgehoben werden.

Die Montagevorrichtung kann an beliebige lineare Presswerkzeuge montiert werden. Beispielsweise kann dazu eine einfache Handpresse verwendet werden. Möglich sind aber auch hydraulische oder pneumatische Pressen in automati sierten oder kollaborativen Fertigungsstraßen, wie sie im Getriebebau üblich sind. Die Bestückung der Montagevorrichtung mit dem Aktor oder Tauchspu lenaktor kann dabei ebenfalls manuell oder automatisiert, z.B. durch einen Ro boter, geschehen.

Insgesamt kann bei einer Montage nach diesem Verfahren auf eine Verschrau- bung vollständig verzichtet werden. Die Anzahl Arbeitsschritte kann so gegen über dem Verschrauben deutlich reduziert werden. Das Verfahren ermöglicht somit eine externe Montage eines Tauchspulenaktors in einer Senke um eine Öffnung eines Gehäuses, durch die ein von dem Tauchspulenaktor zu bewegen des Bauteil geführt wird. Das Bauteil kann dabei mit dem Läufer des Tauchspu- lenaktors fest verbunden oder identisch sein.

Vorteilhafterweise kann die Hülle des Aktors auf einer Außenseite ein Dich tungselement, insbesondere etwa einen O-Ring, aufweisen, der gegen ein Ein dringen von Luft und/oder Feuchtigkeit in das Gehäuse abdichtet.

Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Verfahren zur Demontage eines Aktors, insbesondere eines Tauchspulenaktors, der durch eine Übermaßpassung in einer Senke eines Gehäuses einer Vorrichtung, insbesondere einer Gangschal tung eines elektrischen Antriebs, fixiert ist. Der Aktor umfasst eine vorteilhaf terweise zylindrische äußere Hülle, die an einer Außenseite eine umlaufende Nut für ein Fixieren eines Wellensicherungsrings aufweist. Das Verfahren ist ge- kennzeichnet durch die Schritte:

Aufbringen eines Ringbauteils mit einer Mehrzahl von Gewindebohrun gen auf den Aktor;

Sichern des Ringbauteils auf dem Aktor durch Fixieren des Wellensiche rungsrings in der Nut; Einbringen jeweils einer Schraube in die Gewindebohrungen, so dass jede

Schraube sich an einem Ende auf dem Gehäuse abstützt;

Lösen des Aktors durch Drehen der Schrauben, um so über den Wellensi cherungsring den Aktor aus dem Gehäuse zu demontieren. In Ausführungsbeispielen wird dieses Verfahren auf einen Tauchspulenaktor angewendet, der in einer Senke eines Gehäuses einer Gangschaltung für einen elektrischen Antrieb durch eine Übermaßpassung fixiert ist. Die Spule des Tauchspulenaktors muss dabei nicht notwendigerweise die vorangehend be- schriebene Wicklung aufweisen.

Das Ringbauteil kann insbesondere ein Stahlring sein. In Ausführungsbeispielen weist das Ringbauteil drei Gewindebohrungen auf. Der Wellensicherungsring kann beispielsweise mit einer Sicherungszange montiert werden.

Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Verfahren zum sequentiellen Aktivieren von mindestens zwei Aktoren. Die Aktoren sind dabei jeweils mit einem elektronischen Schalter, der insbesondere einen MOSFET umfassen kann, verbunden, und die elektronischen Schalter sind ausgebildet, um den jeweiligen Aktor zu aktivieren oder zu deaktivieren. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die Schritte: paralleles Bestromen der elektronischen Schalter über eine Brückenschal tung;

Sequentielles Zulassen der Bestromung der Aktoren über die elektroni schen Schalter, um die Aktoren so sequentiell zu aktivieren.

In Ausführungsbeispielen sind die mindestens zwei Aktoren jeweils Tauchspu- lenaktoren. Die Tauchspulenaktoren müssen nicht notwendigerweise eine Spule mit der vorangehend beschriebenen Wicklung aufweisen.

Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Computerprogrammprodukt mit darauf gespeichertem Softwarecode, welches bei Ausführung des Software codes durch eine datenverarbeitende Maschine dazu vorgesehen ist, dass eines der vorangehend beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lassen sich wie folgt zusam menfassen. In einem Tauchspulenaktor wird anstelle zweier Einzelspulen eine Doppelspule mit einer speziellen Wickeltechnik gefertigt, die mit nur einem stirnseitigen Anschluss auskommt.

Eine Steuereinheit bzw. eine sequentielle Schalt elektronik nutzt eine Vollbrücke und einen Mikrocontroller zusammen mit ergänzten elektrischen Schaltern, um mehrere Tauchspulenaktoren sequentiell, also nacheinander, anzusteuern bzw. zubestromen. Die Steuereinheit bietet den Vorteil, dass eine Schalt elektronik zur Ansteuerung eines einzelnen Tauchspulenaktors nicht vervielfacht werden muss. Dabei ist vorteilhafterweise Voraussetzung, dass Stellungen der Tauch spulenaktoren bzw. Positionen der durch sie bewegten Bauteile selbständig, also ohne Bestromung der Tauchspulenaktoren, gehalten werden. Eine Logikschal tung kann genutzt werden, um zu vermeiden, dass mehrere Aktoren gleichzeitig bestromt werden, was einen Sicherheitsgewinn darstellt.

Anstelle einer Montage mittels Schrauben und Verschraubungsflansch kann das Gehäuse des Aktors in das Getriebe bzw. ein Gehäuse gepresst werden. Für eine eventuell notwendige Demontage kann ein Stahlring mit drei Gewinden über den Aktor gesteckt werden. Anschließend wird ein Wellensicherungsring in eine dafür vorgesehene Nut gebracht. Drei Schrauben werden in den Ring gedreht, dieser stützt sich am Wellensicherungsring ab, und der Tauchspulenaktor kann so aus dem Getriebegehäuse gezogen werden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bieten die folgenden Vorteile: Die Herstellung, Montage und Demontage eines Tauchspulenaktors für elektri sche Antriebe können vereinfacht werden. Zudem können Kosten, Komplexität und Bauraum der Elektronik für mehrere Tauchspulenaktoren in einem Antrieb reduziert werden. Ausführungsformen des Tauchspulenaktors und der Steuer- einheit können in einer Vielzahl von Systemen eingesetzt werden, bei denen formschlüssige Schaltelemente genutzt werden, wie etwa in zuschaltbaren All radantrieben, Differentialsperren, Motorsportgetrieben, Motorradgetrieben, in der Zerspanungstechnik oder in der Ventilansteuerung.

Durch das Verfahren zur Montage und das Verfahren zur Demontage sinken ebenfalls Produktions- und Materialkosten, und zudem der Bauraumbedarf des Schaltaktors. Die Verfahren können grundsätzlich eingesetzt werden, wenn ein topfförmiges Objekt mit der geöffneten Seite nach innen in eine Vorrichtung montiert werden soll und demontiert werden können soll.

Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Tauchspulenaktor, der einen Läufer mit einem darauf montierten Magnetbauteil und eine um einen

Spulenkörper gewickelte Spule umfasst. Auf den Spulenkörper ist an einer axia len Position ein sich in einer Umfangsrichtung erstreckendes Reluktanzbauteil aus einem ferro- oder ferrimagnetischen Material, etwa Eisen, aufgebracht. Die Umfangsrichtung kann dabei insbesondere durch einen Winkel in einer Ebene rechtwinklig zu einer Achse des Tauchspulenaktors, des Spulenkörpers oder einer Läuferbeweglichkeitsrichtung gegeben sein. Durch das Reluktanzbauteil ist an dieser axialen Position lokal ein magnetischer Widerstand reduziert, und es ergibt sich eine entsprechende Reluktanzkraft auf das Magnetbauteil und damit auf den Läufer. Auf diese Weise wird eine Arretierung des Läufers an einer axia- len Arretierposition bewirkt. Die Reluktanzkraft wirkt auf den Läufer in einem Bereich um die Arretierposition als Rückstellkraft in die Arretierposition. Die Reluktanzkraft überlagert sich der Kraft, die durch eine Bestromung der Spule auf das Magnetbauteil bzw. auf den Läufer ausgeübt wird. Die axiale Ausdeh nung bzw. Dicke des Reluktanzbauteils ist vorteilhafterweise gering im Vergleich zu der axialen Ausdehnung bzw. Länge des Tauchspulenaktors.

Lokale Unterschiede in dem magnetischen Widerstand können sich auch durch den Aufbau der Spule oder des Spulenkörpers, insbesondere etwa durch in axia ler Richtung lokalisierte Spalten, ergeben. Das sich in Umfangsrichtung erstre- ckende Reluktanzbauteil kann allerdings eine weitaus höhere Reluktanzkraft als eine solche Spalte oder eine Unterbrechung im Spulenkörper oder in der Spule bewirken, so dass die Arretierposition sicherer gehalten werden kann.

In solchen Ausführungsbeispielen bewirkt der Tauchspulenaktor somit eine Gangarretierung, allerdings nicht durch eine Lorentzkraft, sondern durch die Reluktanzkraft, die keine Bestromung der Spulen notwendig macht. Optional ist an mindestens einer weiteren axialen Position ein weiteres Re luktanzbauteil aus dem ferro- oder ferrimagnetischen Material auf den Spulen körper aufgebracht. Dabei erstrecken sich das Reluktanzbauteil und das weitere Reluktanzbauteil jeweils mindestens über einen Winkel von i8o° in der Um fangsrichtung, und sie sind zudem gegeneinander in der Umfangsrichtung um i8o° versetzt angeordnet. Das Reluktanzbauteil und das weitere Reluktanzbau teil können somit jeweils im Wesentlichen die Form eines Kreisbogens aufwei sen. Dadurch können die Reluktanzbauteile (insbesondere gegenüber einer Aus- führung als vollständige Ringe) besonders einfach auf den Spulenkörper aufge bracht werden.

In einigen dieser Ausführungsbeispiele umfasst der Tauchspulenaktor somit mehrere Reluktanzbauteile zur Bildung eines Verlaufs der Reluktanzkraft ent- lang einer Achse des Tauchspulenaktors, wobei einige Reluktanzbauteile gegen einander um i8o° versetzt bzw. verdreht angeordnet sind. Es hat sich ergeben, dass solche Anordnungen eine Radialkraft auf das Magnetbauteil ausgleichen können. Eine Radialkraft kann dabei insbesondere auftreten, weil die Re luktanzbauteile jeweils nicht in Umfangsrichtung rotationssymmetrisch ausge- führt sind. Der Ausgleich muss dabei nicht vollständig erfolgen; es können also noch lokal Kräfte in radialer Richtung auf das Magnetbauteil bzw. den Läufer wirken.

Optional sind die Reluktanzbauteile jeweils in eine Nut des Spulenkörpers, bzw. in eine Spulenkörpernut, eingefügt bzw. eingeklemmt und dadurch fixiert, ins besondere gegen axiale Bewegungen.

Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zu einer Herstel lung eines Tauchspulenaktors. Das Verfahren umfasst ein Fertigen eines Spu lenkörpers mit einer Spulenkörpernut an einer axialen Position des Spulenkör pers. Weiter umfasst das Verfahren ein Einfügen eines Reluktanzbauteils aus einem ferro- oder ferrimagnetischen Material in die Spulenkörpernut, wobei sich das Reluktanzbauteil nach dem Einfügen in einer Umfangsrichtung am bzw. um den Spulenkörper erstreckt.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeich nungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so ver standen werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausfüh rungsformen einschränken, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständ nis dienen.

Fig. l illustriert ein Ausführungsbeispiel eines Tauchspulenaktors mit einer Spulenwicklung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 illustriert ein Wickelschema einer Spule in dem Tauchspulenaktor der Fig. l.

Fig. 3 zeigt Aufnahmen eines Ausführungsbeispiels der Spule.

Fig. 4 illustriert ein Ausführungsbeispiel einer Steuereinheit gemäß der vorlie genden Erfindung.

Fig. 5 illustriert ein Ausführungsbeispiel der Steuereinheit mit einer Sicher heitsschaltung.

Fig. 6 zeigt Schritte eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zum Wickeln einer Spule für einen Tauchspulenaktor.

Fig. 7 illustriert das Verfahren zum Wickeln einer Spule.

Fig. 8 zeigt Schritte eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zum Montieren eines Tauchspulenaktors.

Fig. 9 illustriert das Verfahren zum Montieren eines Tauchspulenaktors.

Fig. io zeigt Schritte eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zum Demontieren eines Tauchspulenaktors.

Fig. li illustriert das Verfahren zum Demontieren des Tauchspulenaktors. Fig. 12 zeigt Schritte eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zum sequentiellen Aktivieren mehrere Tauchspulenaktoren.

Fig. 13 illustriert einen Verlauf einer Reluktanzkraft für einen Tauchspulenak tor mit Reluktanzbauteilen gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 14 zeigt weitere Ausführungsbeispiele für Anordnungen von Reluktanzbau teilen in dem Tauchspulenaktor.

Fig. 15 illustriert ein Verfahren zu einer Herstellung eines Tauchspulenaktors gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 16 illustriert einen Tauchspulenaktor im Stand der Technik.

Fig. 17 illustriert weitere Aspekte des Tauchspulenaktors der Fig. 16.

Fig. 18 zeigt eine Topologie eines Antriebs und eine Klauenkupplung im Stand der Technik.

Fig. 19 zeigt ein System für eine Gangarretierung im Stand der Technik.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG Fig. 1 illustriert einen Schnitt durch einen Tauchspulenaktor 100 mit einem

Läufer 110, einem Magnetbauteil 120 und einer Spule 130, die eine Mehrzahl von Spulenabschnitten 131, 132 entlang einer Achse aufweist, die mit einer Achse des Läufers 110 identisch ist. Die Spule 130 ist gebildet durch einen Draht, der von einem ersten Ende der Spule 130 aus sukzessive und bis zu einem zweiten Ende der Spule 130 für jeden Spulenabschnitt 131, 132 eine erste Wicklung in einer jeweils einem Spulenabschnitt zugeordneten Windungsrichtung bildet (vgl. auch Fig. 2). Dabei liegt ein Wechsel der Windungsrichtung zwischen einem ersten Spulenabschnitt 131 und einem darauffolgenden zweiten Spulenabschnitt 132 vor. Der Draht bildet von dem zweiten Ende der Spule 130 aus sukzessive und bis zu dem ersten Ende der Spule 130 für jeden Spulenabschnitt 132, 131 eine zweite Wicklung in der dem jeweiligen Spulenabschnitt 131, 132 zugeordneten Windungsrichtung. Der Draht tritt somit an dem ersten Ende der Spule 130 ein und aus. Bei einer Bestromung des Drahts verstärkt jeder Spulenabschnitt 131, 132 eine Kraft auf das Magnetbauteil 120. Das Magnetbauteil 120 ist in diesem Ausfüh rungsbeispiel fest mit dem Läufer 110 verbunden; auf diese Weise bewegt ein Strom durch die Spule 130 den Läufer 110. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Tauchspulenaktor 100 eine Hül le 140, die eine Nut 145 zum Aufbringen eines Wellensicherungsrings für eine Montage oder Demontage aufweist. Der Tauchspulenaktor 100 ist in einem Ge häuse 310 montiert, das eine Öffnung 315 aufweist. Durch die Öffnung 315 ist der Läufer 110 geführt. Der Tauchspulenaktor 100 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Über maßpassung in einer Senke 316 um die Öffnung 315 des Gehäuses 310 montiert. Der Tauchspulenaktor 100 weist ein Dichtungselement 150 in Form eines O- Rings in einer weiteren Nut der Hülle 140 auf.

Fig. 2 illustriert das Wickelschema der Spule 130 in dem Tauchspulenaktor 100 der Fig. 1. Der Draht 135 wickelt von einem ersten Ende A der Spule 130 aus als erste Wicklung eine innerste Lage des ersten Spulenabschnitts 131 in einer ers ten Windungsrichtung. Dann wickelt der Draht 135 als erste Wicklung eine in nerste Lage des zweiten Spulenabschnitts 132 in einer der ersten Windungsrich tung entgegengesetzt orientierten zweiten Windungsrichtung. Anschließend bildet der Draht 135 von einem zweiten Ende B der Spule aus eine zweite Wicklung des zweiten Spulenabschnitts 132 in der zweiten Windungsrich tung. Dann bildet der Draht 135 eine zweite Wicklung des ersten Spulenab schnitts 131 in der ersten Windungsrichtung und tritt am ersten Ende A wieder aus der Spule 130 aus. Die zweite Wicklung umfasst in diesem Ausführungsbeispiel in jedem der beiden Spulenabschnitte 131, 132 jeweils eine Lage. Die Anzahl Lagen jeder einzelnen Wicklung ist jeweils ungerade, kann aber bis auf diese Einschränkung in jedem Spulenabschnitt 131, 132 und für jede Wicklung jeweils separat gewählt werden. Auf diese Weise kann unterschiedlichen Randbedingungen, z.B. einer Geometrie des Tauchspulenaktors 100 oder einer Form des Magnetbauteils 120, Rechnung getragen werden. Fig. 3 zeigt Aufnahmen eines Ausführungsbeispiels der Spule 130 des Tauch spulenaktors 100 aus Fig. 1, wobei die in Fig. 2 beschriebene Wicklung vorliegt. Zusammen mit entsprechenden Distanzstücken aus Aluminium kann die Spu le 130 insbesondere in einen Stator eines Tauchspulenaktors 100 eingelegt wer- den. Die Spule 130 kann in dem Stator auch vergossen werden.

Fig. 4 illustriert ein Ausführungsbeispiel einer Steuereinheit 200 zu einer Akti vierung von mindestens zwei Tauchspulenaktoren 100, 410. Insbesondere in Antrieben mit mehr als drei Gängen muss in der Regel mehr als nur ein Tauch spulenaktor 100, 410 eingesetzt werden. Die Tauchspulenaktoren 100, 410 müs- sen hier nicht notwendigerweise alle Merkmale des Tauchspulenaktors 100 aus Fig. 1 aufweisen.

Die Steuereinheit 200 umfasst im hier dargestellten Ausführungsbeispiel drei elektronischen Schalter 210 für jeweils einen Tauchspulenaktor 100, 410. Jeder elektronische Schalter 210 kann einen ersten Zustand und einen zweiten Zu- stand einnehmen. Im ersten Zustand lässt der elektronische Schalter 210 die

Aktivierung des jeweiligen Tauchspulenaktors 100, 410 bei einer Bestromung zu. Im zweiten Zustand unterbricht der elektronische Schalter 210 die Bestromung und somit die Aktivierung des jeweiligen Tauchspulenaktors 100, 410. Im vor liegenden Ausführungsbeispiel umfasst jeder elektronische Schalter 210 insbe- sondere einen MOSFET.

Die Steuereinheit 200 umfasst weiter eine Brückenschalteinrichtung 220, die ausgebildet ist, um an eine Versorgungsspannung angeschlossen zu werden und bei Anschluss an die Versorgungsspannung eine parallele Bestromung der elekt ronischen Schalter 210 bereitzustellen. Die Brückenschalteinrichtung 220 kann insbesondere eine Vollbrückenschaltung sein, die einen Brückenzweig aufweist, an den die elektronischen Schalter 210 und damit die Tauchspulenaktoren 100, 410 parallel angeschlossen sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Brücken schalteinrichtung 220 insbesondere mit einem Drain-Anschluss des jeweiligen elektronischen Schalters 210 verbunden. Brückenschalteinrichtungen zum Betreiben von Tauchspulenaktoren sind dem Fachmann bekannt; allerdings ist in den Ausführungsbeispielen der Steuerein- heit 200 anstatt einer individuellen Brückenschalteinrichtung (und jeweils einer individuellen Kontrolleinheit) für jeden Tauchspulenaktor 100, 410 lediglich die einzelne Brückenschalteinrichtung 220 ausreichend.

Die Steuereinheit 200 umfasst weiter eine elektronische Kontrolleinheit 230, die eine Verbindungseinrichtung 240 mit einer Verbindung 241, 242, 243 zu jedem der elektronischen Schalter 210 umfasst. Die Kontrolleinheit 230 kann insbe sondere ein Mikrocontroller sein. Die Kontrolleinheit 230 ist ausgebildet, um über die Brückenschalteinrichtung 220 die parallele Bestromung zu steuern. Zudem ist die Kontrolleinheit 230 ausgebildet, um über die Verbindungseinrich- tung 240 jeden der elektronischen Schalter 210 individuell in den geöffneten

Zustand oder den geschlossenen Zustand zu versetzen. In diesem Ausführungs beispiel ist die Kontrolleinheit 230 insbesondere jeweils mit einem Gate- Anschluss der elektronischen Schalter 210 verbunden.

Zu einem Einsatz der Steuereinheit 200 ist es vorteilhaft, wenn ein ständiges Bestromen jedes Tauchspulenaktors 100 nicht notwendig ist. Im Stand der

Technik sind Vorrichtungen für Gangwechsel in elektrischen Antrieben bekannt, bei denen von den Tauchspulenaktoren 100, 410 bewegte Schaltstangen 432 bzw. Schaltgabeln 434 eine mechanische Arretierung aufweisen und somit ein zuverlässiges Verharren in der gewählten Schaltstellung gewährleisten. Die Steuereinheit 200 bietet eine Vereinfachung der Schaltung mehrerer Tauch spulenaktoren 100, 410. Bekannte Vollbrücken weisen insbesondere vier MOS- FETs zur Steuerung eines Tauchspulenaktors 100, 410 auf. Wird jeder der drei Tauchspulenaktoren 100, 410 jeweils durch eine eigene Steuereinheit mit jeweils einem Mikrocontroller und einer Vollbrücke angesteuert, so werden insgesamt zwölf MOSFETs und drei Mikrocontroller benötigt. Dagegen kommt die Steuer einheit 200 im dargestellten Ausführungsbeispiel mit lediglich sieben MOSFETs und einem Mikrocontroller aus.

Fig. 5 illustriert ein Ausführungsbeispiel der Steuereinheit 200, bei der die Ver bindungseinrichtung 240 eine Sicherheitsschaltung 245 umfasst. Die Sicher- heitsschaltung 245 umfasst für jeden Tauchspulenaktor 100, 410 jeweils genau ein AND-Gatter und ein NOR-Gatter, und ansonsten keine Gatter. Die Sicher- heitsschaltung 245 ist ausgebildet, um zu jeder Zeit eine Aktivierung von höchs tens einem Tauchspulenaktor 100, 410 zuzulassen.

In mehrgängigen Fahrzeug antri eben besteht eine der größten Gefahren für die Fahrzeuginsassen in einem gleichzeitigen Einlegen von mehreren Gängen, was in der Regel ein Blockieren von Antriebsrädern zur Folge hat. Anstelle einer mechanischen Lösung oder einer Lösung in einer übergeordneten Schaltelektro nik bietet die Steuereinheit 200 einen Schutz vor einem gleichzeitigen Betätigen von zwei Tauchspulenaktoren 100, 410 mit Hilfe der dargestellten Logikschal tung 245. Die Kombination eines NOR und eines AND Gatters führt dazu, dass immer nur ein Tauchspulenaktor 100, 410 bestromt werden kann, unabhängig von einer Programmierung der Kontrolleinheit 230 (z.B. einer Software eines Mikrocontrollers). Dies stellt insbesondere einen Sicherheitsgewinn dar. Die Sicherheit, dass zu keinem Zeitpunkt zwei Tauchspulenaktoren 100, 410 gleich zeitig aktiviert werden, wird auf der niedrigsten Betriebsebene unmittelbar vor dem Anschluss der Tauchspulenaktoren 100, 410 gewährleistet.

Fig. 6 zeigt Schritte eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zum Wickeln eines Drahts 135 zu einer Spule 130 für einen Tauchspulenaktor 100. Das Verfahren umfasst ein Bilden einer ersten Wicklung S110 von einem ersten Ende A der Spule 130 aus für eine Mehrzahl von Spulenabschnitten 131, 132 in einer jeweils einem Spulenabschnitt 131, 132 zugeordneten Windungsrichtung, so dass mindestens ein Wechsel der Windungsrichtung zwischen einem ersten Spulenabschnitt 131 und einem darauffolgenden zweiten Spulenabschnitt 132 vorliegt.

Das Verfahren umfasst zudem ein Bilden einer zweiten Wicklung S120 von dem zweiten Ende B der Spule 130 aus für jeden Spulenabschnitt 132, 131 in der dem jeweiligen Spulenabschnitt 131, 132 zugeordneten Windungsrichtung, so dass der Draht 135 an dem ersten Ende A der Spule 130 aus der Spule 130 austritt.

Fig. 7 zeigt die Spule 130 nach Fig. 2 oder Fig. 3 während eines Ausführungsbei spiels des Verfahrens zum Wickeln des Drahts 135. Die Figur illustriert insbe- sondere, wie der Wechsel der Windungsrichtung zwischen einem ersten Spulen abschnitt 131 und einem zweiten Spulenabschnitt 132 ausgeführt werden kann. Dabei wird mit dem Draht 135 zunächst in dem ersten Spulenabschnitt 131 eine erste Wicklung ausgeführt. Der Draht 135 wird dann weiter in den zweiten Spu lenabschnitt 132 geführt wobei erstmalig die Wicklungsrichtung umgekehrt wird. Dort wird ebenfalls zunächst eine erste Wicklung bis zu einem zweiten Ende B der Spule 130 und direkt anschließend eine zweite Wicklung durchge führt. Dabei ist eine Windungsrichtung der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung im zweiten Spulenabschnitt 132 entgegengesetzt zu einer Windungs richtung der ersten Wicklung des ersten Spulenabschnitts 131. Der Draht 135 wird dann von einem dem ersten Spulenabschnitt 131 nahe liegenden Ende des zweiten Spulenabschnitts 132 mit erneuter Umkehr der Wicklungsrichtung wie der in den ersten Spulenabschnitt 131 zurückgeführt. Dort wird der Draht zu einer zweiten Wicklung des ersten Spulenabschnitts 131 gewickelt, wobei die Windungsrichtung derjenigen der ersten Wicklung im ersten Spulenab schnitt 131 entspricht. Der Draht 135 tritt dann am ersten Ende A der Spule 130 wieder aus der Spule 130 aus.

Fig. 8 zeigt Schritte eines Verfahrens zu einer Montage eines Tauchspulenak tors 100, 410 in einer Senke 316 eines Gehäuses 310 einer Vorrichtung zu einem Wechseln von Gängen eines elektrischen Antriebs. Der Tauchspulenaktor 100, 410 muss für dieses Verfahren nicht notwendigerweise alle Merkmale des in Fig. 1 dargestellten Tauchspulenaktors 100 aufweisen. Das Verfahren umfasst ein Einspannen S210 des Tauchspulenaktors 100, 410 und des Gehäuses 310. Das Verfahren umfasst weiter ein Pressen S220 des Tauchspulenaktors 100, 410 in die Senke 316 des Gehäuses 310, durch das der Tauchspulenaktor 100, 410 in der Senke 316 fixiert wird. Fig. 9 illustriert ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Mon tieren eines Tauchspulenaktors 100, 410.

In einem Teil (a) der Figur ist eine Montagevorrichtung 600 dargestellt, die einen Schnitt für einen Riegel 610 aufweist. Die Montagevorrichtung 600 ist topfförmig ausgebildet und an Maße einer äußeren Hülle des Tauchspulenak tors 100, 410 angepasst, um den Tauchspulenaktor 100, 410 bzw. einen Teil des Tauchspulenaktors 100, 410 aufzunehmen. In den Teilen (b) und (c) der Figur sind zwei Ansichten einer Situation darge stellt, in der die Montageeinrichtung 6oo auf den Tauchspulenaktor 100, 410 bzw. auf einen Stator-Teil des Tauchspulenaktors 100, 410 aufgebracht ist. Der Tauchspulenaktor 100, 410 umfasst eine äußere Hülle mit einer vorzugsweise umlaufenden Nut 145.

Das Einspannen S210 umfasst ein Einschieben des Tauchspulenaktors 100, 410 in die Montagevorrichtung 600, die mit dem Riegel 610 ausgebildet ist, der in die Nut 145 eingreifen kann. Das Einspannen S210 umfasst weiter ein Sichern des Tauchspulenaktors 100, 410 durch den Riegel 610, so dass der Tauchspulen aktor 100, 410 nicht herausfallen kann. Das Pressen S220 umfasst ein Ausüben einer Einpresskraft auf die Montagevorrichtung 600, um so den Tauchspulenak tor 100, 410 in einer Senke 316 des Gehäuses 310 zu montieren.

Insbesondere wird der Tauchspulenaktor 100, 410 in die Montagevorrich tung 600 geschoben und durch den Riegel 610 gegen ein Herausfallen gesichert. Der Riegel 610 greift dabei in die Nut 145 ein; diese kann ebenfalls bei einer Demontage für einen Wellensicherungsring genutzt werden. Die eigentliche Einpresskraft, die höher sein wird, als die Kraft, die zum Herausfallen des Tauchspulenaktors 100, 410 führen könnte, wird über den Boden der Montage vorrichtung 600 direkt auf den Tauchspulenaktor 100, 410 übertragen. Sobald der Tauchspulenaktor 100, 410 in das Gehäuse 310 gepresst wurde, kann der Riegel 610 durch Ziehen wieder gelöst und die Montagevorrichtung 600 vom Tauchspulenaktor 100, 410 abgehoben werden.

Die Montagevorrichtung 600 kann an beliebige lineare Presswerkzeuge montiert werden. Als Beispiel dient eine einfache Handpresse. Möglich sind aber auch hydraulische oder pneumatische Pressen in automatisierten oder kollaborativen Fertigungsstraßen, wie sie im Getriebebau üblich sind. Die Bestückung der Mon tagevorrichtung mit dem Tauchspulenaktor 100, 410 kann dabei ebenfalls ma nuell oder automatisiert, z.B. durch einen Roboter, geschehen.

Fig. 10 zeigt Schritte eines Verfahrens zu einer Demontage eines Tauchspulen aktors 100, der durch eine Übermaßpassung in einer Senke (316) eines Gehäu ses 310 einer Vorrichtung zu einem Wechseln von Gängen eines elektrischen Antriebs fixiert ist. Der Tauchspulenaktor 100 muss nicht notwendigerweise alle Merkmale des Tauchspulenaktors 100 aus Fig. 1 aufweisen. Der Tauchspulenak tor loo, auf den dieses Verfahren angewendet wird, umfasst jedoch eine zylind rische äußere Hülle 140, die an einer Außenseite zumindest die umlaufende Nut 145 für ein Aufbringen eines Wellensicherungsrings aufweist.

Das Verfahren umfasst ein Aufbringen S310 eines Ringbauteils, z. B. eines Stahl rings, mit einer Mehrzahl von Gewindebohrungen auf den Tauchspulenak tor 100. Das Verfahren umfasst weiter ein Sichern S320 des Stahlrings durch ein Fixieren des Wellensicherungsrings in der Nut 145. Das Verfahren umfasst wei- ter ein Einbringen S330 jeweils einer Schraube in die Gewindebohrungen, so dass jede Schraube sich an einem Ende auf dem Gehäuse 310 abstützt. Das Ver fahren umfasst weiter ein Lösen S340 des Tauchspulenaktors 100 durch Eindre hen der Schrauben, um so über den Stahlring und den Wellensicherungsring den Tauchspulenaktor 100 aus dem Gehäuse 310 zu demontieren. Fig. 11 illustriert das Verfahren zum Demontieren des Tauchspulenaktors 100 aus Fig. 10. Dargestellt ist ein Teil eines Gehäuses 310, in dem der Tauchspulen aktor 100 in einer Senke 316 (nicht sichtbar) eingepresst ist. Ein Ringbauteil, hier ein Stahlring 710, ist bereits auf den Tauchspulenaktor 100 aufgebracht. Ein Wellensicherungsring 730 sichert den Stahlring 710, indem er in der Nut 145 (nicht sichtbar) in der Hülle 140 des Tauchspulenaktors 100 eingreift. Der Stahl ring 710 weist in diesem Ausführungsbeispiel drei Gewindebohrungen 715 auf. Drei Schrauben 720 sind in die Gewindebohrungen 715 eingedreht und stützen sich an dem Gehäuse 310 ab. Durch Weiterdrehen der Schrauben 715 wird eine Axialkraft zwischen Gehäuse 310 und dem Wellensicherungsring 710 aufge- bracht, die schließlich den Tauchspulenaktor 100 aus dem Gehäuse 310 zieht.

Eine Führung des Tauchspulenaktors 100 kann bei Bedarf ergänzt werden, wird aber zumindest teilweise durch dieses Verfahren bereits erzielt.

Fig. 12 zeigt Schritte eines Verfahrens zu einem sequentiellen Aktivieren von mindestens zwei Tauchspulenaktoren 100, 410. Die Tauchspulenaktoren müssen nicht notwendigerweise alle Merkmale des Tauchspulenaktors nach Fig 1 auf weisen. Die Tauchspulenaktoren 100, 410 sind jeweils an einen elektronischen Schal ter 210 angeschlossen. Die elektronischen Schalter 210 sind ausgebildet, um in einem offenen Zustand die Aktivierung des jeweiligen Tauchspulenaktors 100, 410 zuzulassen und in einem geschlossenen Zustand die Aktivierung zu unter- binden. Die elektronischen Schalter 210 können insbesondere jeweils einen MOSFET aufweisen.

Das Verfahren umfasst ein paralleles Bestromen S410 der elektronischen Schal ter 210 über eine Brückenschaltung. Das Verfahren umfasst weiter ein sequenti elles Zulassen S420 der Bestromung der Tauchspulenaktoren 100, 410 über die elektronischen Schalter 210, um die Tauchspulenaktoren 100, 410 so sequentiell zu aktivieren.

Fig. 13 illustriert eine Reluktanzkraft für den Fall eines unbestromten Tauch spulenaktors 100, bei dem auf einen Spulenkörper 160 an mehreren axialen Positionen jeweils ein sich in einer Umfangsrichtung erstreckendes Reluktanz- baut eil 162 aus einem ferro- oder ferrimagnetischen Material, insbesondere Eisen, aufgebracht ist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt sechs solcher Reluktanz bauteile 162 vorhanden, wie in einem unteren Teil der Figur für drei Arretierpo- sitionen Pi, P2, P3 des Läufers 110 dargestellt. Die Reluktanzbauteile 162 um spannen jeweils in Umfangsrichtung ein Winkelintervall von etwas über 18 o°. Sie können auch als Halbringe ausgeführt sein. Die Reluktanzbauteile 162 sind zudem abwechselnd um 180 ⁰ in Umfangsrichtung versetzt auf den Spulenkör per 160 aufgebracht. Die Reluktanzbauteile 162 sind dabei auf dem Spulenkör- per 160 in entsprechenden Nuten des Spulenkörpers (Spulenkörpernuten) fi xiert.

Durch die Reluktanzbauteile 162 ergibt sich ein Verlauf 60 der Reluktanzkraft über eine axiale Position, bzw. über eine Länge des Spulenkörpers 160 oder des Tauchspulenaktors 100. Der Verlauf 60 ist in einem oberen Teil des Bildes dar gestellt. Der Läufer 110 ist entlang einer Achse in zwei entgegengesetzte Rich tungen beweglich. Die dargestellte Kraft bewegt den Läufer 110 für positive Wer- te in die eine, für negative Werte in die andere Richtung. An drei Arretierpositi onen Pi, P2, P3 entlang der Achse wird der Läufer 110 jeweils stabil gehalten; jede dieser Positionen stellt also einen lokalen attraktiven Fixpunkt mit ver schwindender Reluktanzkraft dar. Für das bewegliche Bauteil bzw. die Schaltstange können die drei Arretierpositionen Pi, P2, P3 etwa Stellungen für einen ersten Gang, eine neutrale Position und einen zweiten Gang entsprechen.

Die in dieser Figur gezeigte Anordnung der Reluktanzbauteile 162 hat den be sonderen Vorteil, dass eine Summe von Radialkräften auf den Läufer 110 gerade Null ist, da die Reluktanzbauteile 162 gerade um 180 ⁰ verdreht eingebaut sind und sich so die Radialkräfte aufheben. Lediglich ein Drehmoment und die ge wünschte Axialkraft wird auf den Läufer 110 aufgebracht.

Fig. 14 zeigt Ausführungsbeispiele für zwei weitere Anordnungen der Re- luktanzbauteile 162 auf dem Spulenkörper 160.

In dem Ausführungsbeispiel links sind lediglich vier Reluktanzbauteile 162 an vier verschiedenen axialen Positionen aufgebracht. Die Reluktanzbauteile 162 umspannen jeweils wieder etwa 180 ⁰ des Winkels in Umfangsrichtung. Wiede- rum bilden die Reluktanzbauteile 162 Paare, deren Partner gegeneinander um 180 ⁰ versetzt angebracht sind. Allerdings erfolgt die Versetzung im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 13 nicht in entlang der Achse strikt alter nierender Reihenfolge. Auch in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ergeben sich aber drei Arretierpositionen Pi, P2, P3, wobei in der Figur die Reluktanz- baut eile 162 bezeichnet sind, welche die entsprechende Arretierposition bewir ken. Die Arretierpositionen Pi, P2, P3 können wieder etwa einem ersten Gang, einer neutralen Position und einem zweiten Gang entsprechen.

Das Ausführungsbeispiel rechts weist wie das Ausführungsbeispiel in Fig. 13 sechs Reluktanzbauteile 162 auf. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Re luktanzbauteile 162 allerdings in axialer Richtung nicht strikt alternierend um 180 ⁰ versetzt aufgebracht. Wiederum ergeben sich drei Arretierpositionen Pi, P2, P3, wobei in der Figur die jeweils verantwortlichen Reluktanzbauteile 162 markiert sind. Der erste Gang (Arretierposition Pi) und der zweite Gang (Arre tierposition P3) ergeben sich durch die oberen, und die neutrale Position (Arre tierposition P2) durch die unteren Reluktanzbauteile 162.

Durch die in dieser Figur gezeigten Anordnungen der Reluktanzbauteile 162 erfährt der Läufer 110 in den Arretierpositionen Pi, P2, P3 jeweils eine Radial kraft. Dies kann vorteilhaft sein, weil die Radialkraft den Läufer 110 in eine be stimmte Richtung gegen den Spulenkörper 160 drücken und so zusätzliche Haft- reibung bewirken kann.

Fig. 15 illustriert ein Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens für einen Tauchspulenaktor 100. Es erfolgt zunächst ein Fertigen S510 des Spulenkör pers 160, der mehrere Spulenkörpernuten 165 an bestimmten axialen Positionen aufweist. Danach erfolgt ein Einbringen S520 von Reluktanzbauteilen 162, hier im Wesentlichen halbkreisförmige (in Umfangsrichtung 180 ⁰ oder etwas mehr umspannende) Ringelemente aus Eisen, in die Spulenkörpernuten 165. Die Re luktanzbauteile 162 werden durch die Spulenkörpernuten 165 axial positioniert und durch ihre Klemmvorrichtung verliersicher gehalten. Anschließend wird die Spule 130 vollautomatisiert beispielsweise nach dem in Fig. 6 dargestellten Ver fahren gewickelt S110, S120.

Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merk male der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

BEZUGSZEICHENLISTE

60 Verlauf einer Kraft loo Tauchspulenaktor lio Läufer 120 Magnetbauteil

130 Spule

131, 132 Spulenabschnitte 135 Draht

140 Hülle 145 Nut

150 Dichtungselement

160 Spulenkörper

162 Reluktanzbauteil

165 Spulenkörpernut 200 Steuereinheit

210 elektronischer Schalter

220 Brückenschalteinrichtung

230 elektronische Kontrolleinheit

240 Verbindungseinrichtung 241, 242, 243 Verbindungen

245 Sicherheitsschaltung

300 Vorrichtung zum Wechseln von Gängen eines elektrischen Antriebs

310 Gehäuse

315 Öffnung 316 Senke

410 herkömmlicher Tauchspulenaktor

411 Läufer

412 Permanentmagnet 4131, 4132 Spulen 414 Hülle

415 Schraubenflansch 416 Schrauben

420 herkömmliche Steuereinheit

430 Vorrichtung zum Wechseln von Gängen

431 Gehäuse

432 Schaltstange

434 Schaltgabel

440 Arretiervorrichtung

442 Kugel-Feder- Einheit

501, 502 Elektromotoren 510, 520 Teilgetriebe 530 Differentialgetriebe

540 Radachsen

550 Schaltmechanismus

555 Klauenkupplung

600 Montagevorrichtung

610 Riegel

710 Stahlring

715 Gewindebohrungen

720 Schrauben

730 Wellensicherungsring

A, B Enden einer Spule

Pi, P2, P3 Arretierpositionen

S110, S120 Schritte eines Verfahrens zur Wickelung eines Drahts für einen T auchspul enaktor

S210, S220 Schritte eines Verfahrens zur Montage eines Tauchspulenaktors S310, S320, S330, S340 Schritte eines Verfahrens zur Demontage eines Tauch spulenaktors

S410, S420 Schritte eines Verfahrens zum sequentiellen Aktivieren mehrerer T auchspulenaktor en

S510, S520 Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Tauchspulenaktors