Die Erfindung betrifft eine Steileinrichtung zur Betätigung eines Stell¬ oder Schaltelements eines automatisierten Fahrzeuggetriebes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Betätigung einer erfindungsgemäßen Stelleinrichtung entsprechend Anspruch 7.

Stelleinrichtungen für die Betätigung von Schaitelementen in automati¬ sierten Getrieben besitzen meist einen Stellantrieb, ein Abtriebsglied und ein Übertragungsglied, durch welches ein vom Stellantrieb erzeugtes Moment in eine Stellkraft umgesetzt wird. Dabei werden als Stellantrieb meist Gleich¬ strommotoren verwendet. Bei einem Gleichstrommotor wird durch einen Stator ein Magnetfeld erzeugt, welches in dem stromdurchflossenen Leiter eines Rotors eine Kraftwirkung erzeugt. Der Strom wird vom Stator meist über Bürs¬ ten aus einem Kohlewerkstoff zum Rotor übertragen, weshalb solche Motoren auch Bürstenmotoren genannt werden.

Die DE 10222 339 A1 beschreibt eine solche Anordnung zur Betätigung einer Kupplung. Ein Gleichstrommotor treibt ein Ausgangselement an, welches über eine Kugelspindel eine Axialbewegung eines Kolbens erzeugt. Dadurch wird eine Steuerung des Einrückens und Ausrückens einer Kupplung ermög¬ licht. Der Gleichstrommotor wird durch einen Kraftspeicher beim öffnen der Kupplung unterstützt.

Gleichstrommotoren besitzen eine mit der Drehzahl linear abfallende Momentenkennlinie. Bei einer hohen Drehzahl, die eine schnelle Bewegung zulassen würde, sinkt also das maximale Moment. Außerdem ist der Momen¬ tenverlauf solcher Motoren temperaturabhängig. Bei steigender Temperatur steigen nämlich die Widerstände in den Wicklungen, es fällt die Magnetisie- rung duch die Permanentmagnete und es kann immer weniger Strom in den Rotor übertragen werden, wodurch dann das Motormoment sinkt. Insbesondere im Fall der Kupplungsbetätigung ist der schlecht gekühlte Rotor mit der Anker¬ wicklung, in der die Verluste entstehen, ein weiterer Nachteil des Bürstenmo¬ tors. Durch die auftretenden Verluste bei einer Anwendung zur Betätigung von Schaltelementen ist meist ein Kraftspeicher notwendig, um den Bürstenmotor für die Steilaufgabe zu entlasten.

Gleichstrommotoren haben bauartbedingt Rotoren mit einer Vielzahl an Wicklungen. Die Anzahl der Wicklungen steht dabei direkt in Zusammenhang mit dem maximalen Moment eines Gleichstrommotors. Um ein bestimmtes Moment erreichen zu können, benötigen Gleichstrommotoren also einen bau¬ artbedingten Mindestdurchmesser des Rotors. Dabei fließt der Abstand des Schwerpunktes des Rotors von seiner Drehachse in der 4. Potenz in das Träg¬ heitsmoment ein, wodurch Gleichstrommotoren ein relativ hohes Massenträg¬ heitsmoment besitzen. Wenn das Massenträgheitsmoment verringert werden soll, muss der Rotordurchmesser verringert werden, wodurch dann der Wir¬ kungsgrad des Motors sinkt. Der oben beschriebene Kraftspeicher dient also auch dazu, das Bordnetz zu entlasten, was durch den geringen Wirkungsgrad des Bürstenmotors nötig ist.

Auch besitzt das Bürstensystem von Gleichstrommotoren besitzt eine begrenzte Lebensdauer; Insbesondere für langlebige NKW -Anwendungen ist die ausreichende Lebensdauer des Bürstenmotors nicht immer sichergestellt. Mit Rücksicht auf die Lebensdauer des Bürstensytems kann auch nur ein be¬ schränktes Bremsmoment des Stellmotors entwickelt werden. Dieses führt zu verlängerten Stetteeiten.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Stelleinrichtung für ein Stell- oder Schaltelement zu ermöglichen, welche robust ist, gut gekühlt werden kann und einen hohen Wirkungsgrad besitzt. Zudem soll die erfindungsgemäße Stellein¬ richtung eine hohe Betätigungsgeschwindigkeit ermöglichen. Um hohe Ge¬ schwindigkeiten zu realisieren ist die Verfügbarkeit eines hohen Beschleuni¬ gungsmomentes, einer hohen maximalen Drehzahl und eines hohen Verzöge¬ rungsmomentes von entscheidender Bedeutung. Hinzu kommt die Anforderung nach einem kleinen Massenträgheitsmoment des Antriebsmotors

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des An¬ spruchs 1 und dem Verfahren nach Anspruch 7, während vorteilhafte Ausges¬ taltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen zu ent¬ nehmen sind.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen eine Stelleinrichtung zu realisie¬ ren, welche die Betätigung eines Schaltelementes eines automatisierten Ge¬ triebes ermöglicht, mit einem Stellantrieb, einem Abtriebsglied, und einem Übertragungsgited, durch welches ein vom Stellantrieb erzeugtes Moment in eine Stellkraft umsetzbar ist. Weiterhin ist die Stelleinrichtung mit einer Steuer¬ einrichtung zum Ansteuern des Stellantriebs verbunden und der Stellantrieb ist als Drehstrommotor ausgebildet. Dabei können Synchron- wie Asynchronmoto¬ ren verwendet werden.

Bei einem Drehstrommotor wird durch den Stator mit seinen Wicklungen ein Drehfefd erzeugt. Dieses induziert im Falle eines Asynchronmotors im Ro¬ tor eine Spannung oder im Falle eines Synchronmotors eine Wechselwirkung mit dem Magnetfeld des Rotors.

Bei einem Asynchronmotor kann der Rotor oder Läufer besonders vor¬ teilhaft als Käfigläufer ausgebildet sein. Hier besitzt der Rotor statt einer Viel¬ zahl an Wicklungen nur einzelne Profilstäbe, welche beispielsweise aus Kup¬ fer, Bronze oder Aluminium bestehen. Dies ist möglich, da der Rotor bei Asyn- chronmotoren 'nur1 die Aufgabe hat einen kräftigen fnduktionsstrom zu erzeu¬ gen. Ursache für die Induktion ist dabei eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Drehfeld und dem Rotor, was bedeutet, dass die Motordrβhzahl immer kleiner als die Drehfelddrehzahl ist. Die Ausführung mit Käfigläufer ist beson¬ ders robust und unempfindlich gegen Verunreinigungen. Dadurch kann ein Asynchronmotor in vorteilhafter Weise auch innerhalb eines Ölraumes ange¬ bracht werden. Da das Öl durch den Spalt zwischen Rotor und Stator fließen kann, kann solch ein Motor besonders gut gekühlt werden.

Bei Synchronmotoren muss das Feld des Rotors nicht erst durch Induk¬ tion hergestellt werden, da der Rotor an sich als Magnet ausgebildet ist. Durch das Drehfeld des Stators bewegt sich der Läufer des Synchronmotors ohne Drehzahldifferenz.

Um ein erforderliches Moment schnell zu erreichen, ist eine hohe Be¬ schleunigung wichtig. Dafür ist es von Vorteil, wenn das Drehmoment des Stel¬ lantriebs über der Drehzahl möglichst konstant verläuft. Bei Drehstrommotoren ist es über Steuereinrichtungen möglich, den Verlauf des Drehmoments über der Drehzahl in weiten Bereichen konstant zu halten.

Bei Drehstrommotoren liegt die isolierte Wicklung im Stator. Der Rotor ist entweder ein Permanentmagnet oder besitzt eine einfache unisolierte Wick¬ lung. Aus diesem Grund kann der Rotordurchmesser bauartbedingt kleiner ausgeführt werden als bei Gleichstrommotoren. Dadurch ist das Massenträg¬ heitsmoment bauartbedingt geringer, was sich auch positiv auf die maximale Beschleunigung auswirkt.

Der überaus größte Veriustleistungsanteil bei Drehstrommotoren ent¬ steht im Stator, der vorteilhafter Weise außen liegt. An dieser Stelle ist der Stator sehr gut kühlbar, wie z.B. durch Kühlrippen oder thermischen Kontakt mit anderen Bauteilen. Im Gegensatz dazu entstehen die meisten Verluste bei den üblichen Gleichstrommotoren in ihren Rotoren, welche innerhalb des Sta¬ tors liegen und nur schlecht gekühlt werden können. Bei Drehstrommotoren kann auch über die Steuerung eine Temperaturkompensation vorgenommen werden. Dadurch kann der Temperatureinfluss auf das Motormoment eliminiert werden. Sofern als Stellantrieb ein Asynchronmotor verwendet wird, kann die¬ ser sogar innerhalb eines Ölraumes angebracht werden, wodurch die Kühlung weiter verbessert werden kann. Asynchronmotoren sind viel schmutzu¬ nempfindlicher als Gleichstrommotoren mit Bürsten. Bei Asynchronmotoren ist es möglich, dass eine Kühlflüssigkeit zwischen dem Rotor und dem Stator fließt.

Insgesamt besitzen Drehstrommotoren einen guten Wirkungsgrad und belasten das Bordnetz nur gering. Die Gleichspannung des Bordnetzes wird nämlich erst durch Wechselrichter in Drehstrom gewandelt und erst dort ent¬ stehen die Blindströme - also außerhalb des Bordnetzes. Bei Gleichstrommoto¬ ren wird das maximale Moment bei Stillstand des Ankers erreicht. In diesem Zustand muss dann die Nennspannung des Motors an den Bürsten anliegen, wodurch das Bordnetz direkt belastet wird und der Motor hohe Verluste auf¬ nimmt. Zudem sind die Wicklungswiderstände von Drehstrommotoren wesent¬ lich geringer. Somit treten in einem Drehstrommotor bei gleichem Moment wie bei einem Gleichstrommotor wesentlich weniger Verluste auf. Das maximale Moment kann dann wegen der kleineren Verlustleistung auch länger beibehal¬ ten werden. Das Bordnetz wird signifikant geringer belastet.

Bei der Verwendung bekannter Stelleinrichtungen mit Gleichstrommotor für die Betätigung eines Schaltelementes wie z. B. eine Kupplung oder eine Bremse ist eine Kraftkompensatioh notwendig. Die Kraftkompensation unter¬ stützt den Gleichstrommotor beim Öffnen oder Schließen des Schaltelementes. Z. B. wird durch eine vorgespannte Feder die Dynamik einer solchen Stellein- richtung verstärkt. Dabei fordern bestimmte Konzepte der Kraftkompensation zusätzlich eine Wegkompensation. Die Wegkompensation gleicht Abweichun¬ gen durch Toleranzen, und Abnutzungserscheinungen innerhalb der Stellein¬ richtung aus. Mit der Wegkompensation wird sichergestellt, dass sich der Null¬ punkt des Ein- und Ausrückens des Schaltelements nicht verschiebt.

Durch die vorteilhaften Eigenschaften von Drehstrommaschinen kann im Abtriebsglied ohne Kraftkompensation eine für den Stell- oder Schaltvorgang ausreichende Stellkraft erzeugt werden, und es kann auf eine Kraftkompensa¬ tion verzichtet werden. Ohne Kraftkompensation ist auch keine Wegkompensa¬ tion mehr notwendig. Damit kann durch die Verwendung einer erfindungsge¬ mäßen Stelleinrichtung auf viele Bauteile und einen komplizierten Aufbau ver¬ zichtet werden.

Mit der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung können Toleranzen und Abnutzungserscheinungen von Schaltelementen direkt ausgleichen werden. Um dies zu ermöglichen wird vom Stellantrieb ein Drehmoment aufgebracht, welches eine geringe Stellkraft erzeugt. Diese SteHkraft ist unterhalb des Grenzwertes, welcher mindestens aufgebracht werden muß, damit das Schalt¬ element ein- beziehungsweise ausgerückt werden kann. Dadurch wird das Betätigungselements zwar mit einer geringen SteHkraft beaufschlagt, die Funk¬ tion des Schaltelements aber noch nicht beeinflusst. Durch diese Belastung des Betätigungselements werden Toleranzen oder Abnutzungserscheinungen in der Betätigungsrichtung des Schaltelementes ausgeglichen. Dies könnte z. B. der Ausgleich der Abnutzung einer Kupplungsscheibe sein. Dadurch wird sichergestellt, dass immer der gesamte notwendige Stellweg für das ein- oder ausrücken des Schaltelementes aufgebracht wird und nicht durch den Aus¬ gleich von Toleranzen verwendet wird. Das Betätigungselement besitzt üblicherweise mindestens ein Wälzla¬ ger. Durch die Belastung des Betätigungselementes werden vorteilhafter Wei¬ se auch die Wälzkörper des Lagers mit einer geringen Last beaufschlagt. Da¬ durch werden die Wälzkörper so belastet, dass sie sich gleitfrei im Lagerring abwälzen. Würden sie nicht belastet werden, würden sie in einer bestimmten Position stehen bleiben und der sich drehende Lagerring an den Wälzkörpern schleifen. Durch die Belastung des Lagers wird also der Verschleiß der Wälz¬ körper verringert.

Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung sowie dessen Ausführungs¬ formen ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt:

Fig. 1 Einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Stelleinrichtung zur Betätigung eines Schaltelements, Fig. 2 einen weiteren schematischen Aufbau einer erfindungsge¬ mäßen Stelleinrichtung zur Betätigung eines Stellelements, Fig. 3 ein Prinzipbild eines Belastungszustandes Fig. 4 ein Prinzipbild eines Belastungszustandes Fig. 5 ein Prinzipbild eines Belastungszustandes Fig. 6 Schaubild der notwendigen Stellkraft

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Stell¬ einrichtung für eine Kupplungsfunktion. Eine Batterie 1 versorgt die Wechsel¬ richter 2 mit einer Gleichspannung. Aus dieser Gleichspannung wird über die Wechselrichter 2 eine Wechselspannung erzeugt. Der Wechselrichter 2 wird über die Steuereinrichtung 4 angesteuert und leitet die Wechselspannung an den Stellantrieb 3 weiter. Der Stellantrieb 3 wird mit der Wechselspannung angetrieben und erzeugt an seinem Ausgang ein Moment M. Dieses Moment M wird in dem Übertragungsglied 6 direkt in eine Stellkraft S übertragen. Über das Übertragungsglied 6 wird ein Abtriebsglied 8 mit der Stellkraft S beauf¬ schlagt. Das Abtriebsglied 8 beaufschlagt damit ein Betätigungselement 10, welches die Stetlkraft an ein Schaltelement 11 weiterleitet Das Schaltele¬ ment 11 kann beispielsweise eine Kupplung oder eine Bremse sein.

Fig. 2 zeigt einen schematischen Aufbau einer Stelleinrichtung für eine Schaltfunktion. Gleiche Ziffern wie in Fig. 1 bezeichnen dabei gleiche Bauteile. Die axiale Kraft S wird hier auf ein Abtriebsglied 9, wie beispielsweise eine Schaltschwinge oder Schaltgabel, übertragen. Die Schaltschwinge oder Schaltgabel 9 wählt dann über ein Stellelement 12 beispielsweise einen Gang in einem Fahrzeuggetriebe aus. Dies könnte beispielsweise einer Schaltmuffe in einem klauengeschalteten Fahrzeuggetriebe entsprechen.

Fig. 3 zeigt das Übertragungsglied 6 mit dem Abtriebsglied 8, dem Betä¬ tigungselement 12 sowie das Schaltelement 11. Die Darstellung zeigt bei¬ spielsweise den Montagezustand einer Stelleinrichtung für eine trockene An¬ fahrkupplung. Dabei wird noch keine Stellkraft S vom Übertragungsglied 6 auf das Abtriebsglied 8 übertragen. Dadurch gibt es noch keine Kraftübertragung zwischen dem Abtriebsglied 8 und dem Betätigungselement 10.

Fig. 4 zeigt eine Stelleinrichtung entsprechend Fig. 3, wobei hier vom Übertragungsglied eine SteHkraft S_1 auf das Abtriebsglied 8 übertragen wird. Die Stellkraft S_1 ist dabei geringer als eine Grenzstellkraft S_g, welche not¬ wendig ist um ein Schaltefement 11 ein- beziehungseise auszurücken. Dadurch wird das Betätigungselement 10 belastet, das Schaltelement 11 in seiner Funk¬ tion aber noch nicht beeinflußt. Dieser Zustand kann sich erfindungsgemäß permanent während des Betriebes des Fahrzeuges einstellen. Durch diese Belastung können zum einen Toleranzen und Abnutzungserscheinungen aus¬ geglichen werden. Zum anderen können die Lager des Betätigungsele- ments 10, wie z.B. ein Ausrücktager, belastet werden. Dadurch kann eine ver¬ schleißfreie Bewegung des Ausrücklagers sichergestellt werden.

Fig. 5 zeigt auch eine Stelleinrichtung entsprechend der Fig. 3, wobei hier eine Stellkraft S auf das Abtriebsglied 8 wirkt, welche über der Grenzstell¬ kraft S_g liegt, welche mindestens notwendig ist um ein Schaltelement 11 ein¬ beziehungsweise auszurücken. Dadurch erst wird das Schaltelement 11 betä¬ tigt.

Fig. 6 zeigt den Verlauf f der notwendigen Stellkraft S für die Betätigung des Schattelementes 11 über den Verstellweg. Die erste Stellkraft S_1 stellt dabei eine Stellkraft S dar, welche zwar das Betätigungselement 10 belastet, aber noch keine Auswirkung auf die Funktion des Schaltelementes 11 hat. Der Wert der Grenzstellkraft S_g bezeichnet den Wert der Stellkraft S1 der mindes¬ tens aufgebracht werden muß, damit das Schaltelement 11 ein- beziehungs¬ weise ausgerückt wird. Bezuαszeichen

1 Batterie 2 Wechselrichter 3 Stellantrieb 4 Steuereinrichtung

6 Übertragungsglied

8 Abtriebsglied 9 Abtriebsglied 10 Betätigungselement 11 Schaltelement 12 Stellelement

M Moment 5 Stellkraft SJ Stellkraft S_g Grenzstellkraft