Getriebevorrichtunq mit mindestens einem über eine wenigstens eine elektrische Komponente aufweisende Aktuatorik betätiαbaren Schaltelement

Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung mit mindestens einem ü- ber eine wenigstens eine elektrische Komponente aufweisende Aktuatorik betägbaren Schaltelement.

Aus der Praxis bekannte Vorgelegegetriebe, wie Doppelkupplungsgetriebe, automatisierte Schaltgetriebe, Handschaltgetriebe oder dergleichen, sind üblicherweise mit auf einer Welle drehbar gelagerten Zahnrädern ausgeführt, welche mit einer weiteren Welle drehfest verbunden Zahnrädern in Eingriff stehen und so genannte Zahnradpaarungen ausbilden. Durch wechselweises drehfestes Verbinden der drehbar auf der Welle gelagerten Zahnräder sind die Zahnradpaarungen zur Darstellung unterschiedlicher Gangstufen eines Vorgelegegetriebes in den Kraftfluss eines Vorgelegegetriebes über entsprechende Schaltelemente, wie Synchronisierungen, Klauen oder Reibelemente, zuschaltbar.

Die Betätigung der zum Zuschalten der Zahnradpaarungen vorgesehenen Schaltelemente erfolgt dabei in Bezug auf die Welle, auf welcher die drehbar gelagerten Zahnräder bzw. Losräder eines Vorgelegegetriebes angeordnet sind, mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder magnetisch von außen oder von innen.

Die DE 102 06 584 A1 , die DE 43 25 964 A1 sowie die DE 103 02 502 A1 stellen hierbei allgemeinen Stand der Technik hinsichtlich der Betätigung von Schaltelementen aus dem Inneren einer Welle heraus zum Zu- bzw. Abschalten von Losrädern bzw. Zahnradpaarungen dar.

Eine Betätigung der Schaltelemente eines Vorgelegegetriebes von außen wird üblicherweise über Schaltgabeln oder ähnliches realisiert, wobei eine Betätigung der Schaltelemente aus dem Inneren der die Losräder tragenden Welle im Vergleich zu einer Betätigung der Losräder in Bezug auf die Wellenoberfläche von außen aufgrund der welleninternen Schaltmimik durch einen geringeren Bauraumbedarf in radialer Richtung gekennzeichnet ist. Im Gegensatz dazu weisen Vorgelegegetriebe mit innerer Betätigung der Losräder im Vergleich zu Vorgelegegetrieben mit äußerer Betätigung der Schaltelemente in axialer Richtung einen größeren Bauraumbedarf auf.

Dies resultiert aus der Tatsache, dass die Beaufschlagung der Schaltelemente mit der zum Betätigen der Losräder erforderlichen Betätigungskraft aus dem Inneren der die Losräder tragenden Welle heraus zu den ebenfalls auf der die Losräder tragenden Welle angeordneten Schaltelementen, die zwischen den Losrädern vorgesehen sind, zu führen ist. Da weder die Lagerbreiten der auf der Welle angeordneten Losräder noch der axiale Bauraumbedarf der Schaltelemente veränderbar ist und die Führung der Betätigungskraft durch die Welle in diesen Bereichen nur bedingt möglich ist, ist die Betätigung der Schaltelemente von innen in Bereichen der Welle vorzusehen, die nicht von den Losrädern oder den Schaltelementen funktionell beansprucht sind. Das bedeutet, dass freie Bereiche der Welle benötigt werden, die jedoch nur durch eine Verlängerung der Welle zur Verfügung gestellt werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Getriebevorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche im Vergleich zu herkömmlichen Getriebevorrichtungen durch einen geringeren Bauraumbedarf gekennzeichnet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Getriebevorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 2 gelöst.

Bei einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung mit mindestens einem über eine wenigstens eine elektrische Komponente aufweisende Aktuatorik betätigbaren Schaltelement, ist die elektrische Komponente mit einer Getriebewelle verbunden, rotiert im Betrieb mit der Drehzahl der Getriebewelle und steht über eine beispielsweise elektrische übertragungseinrichtung mit weiteren gehäusefest ausgeführten Komponenten der Getriebevorrichtung in Wirkverbindung, wobei die übertragungseinrichtung elektrische Energie und/oder Daten über Schleifringkontakte zwischen den gehäusefest ausgeführten Komponenten der Getriebevorrichtung und der wenigstens einen mit der Getriebewelle verbundenen elektrischen Komponente austauschbar ist.

Bei zu der ersten Ausführungsform alternativen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung sind elektrische Energie und/oder Daten mittels Induktion oder kapazitiv austauschbar.

Sowohl die erste Ausführungsform als auch die weiteren Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung bieten auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, eine elektrische Komponente einer zum Betätigen eines Schaltelementes vorgesehenen Aktuatorik mit einer Getriebewelle der Getriebevorrichtung zu verbinden, womit eine derart ausgeführte Getriebevorrichtung mit einer sehr kompakten bzw. bauraumgünstigen Anordnung der verschiedenen Bauteile der Getriebevorrichtung ausführbar ist.

Die erfindungsgemäße übertragung von elektrischer Energie und/oder Daten zwischen gehäusefesten Bauteilen der Getriebevorrichtung und einer elektrischen Komponente der zum Betätigen von mindestens einem Schaltelement vorgesehenen Aktuatorik bietet auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, bislang ungenutzte Bauräume im Inneren einer Getriebevorrichtung im Bereich einer Getriebewelle durch die Anordnung einer elektrischen Komponente zum Betätigen eines Schaltelementes zu nutzen und zusätzlich aufwen-

dige konstruktive Maßnahmen zum Betätigen des mindestens einen Schaltelementes zu vermeiden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine stark schematisierte Teillängsschnittansicht einer Getriebevorrichtung nach der Erfindung.

In der Figur ist ein Teil einer als Vorgelegegetriebe ausgeführten Getriebevorrichtung 1 in einer Längsschnittansicht gezeigt, welches eine Getriebehauptwelle 2 und eine parallel dazu angeordnete Vorgelegewelle 3 aufweist. Auf der Getriebehauptwelle 2 sind mehrere als Festräder ausgeführte Zahnräder 2A bis 2D angeordnet, welche mit mehreren drehbar auf der Vorgelegewelle 3 gelagerten und als Losräder ausgeführten Zahnrädern 3A bis 3D kämmen. Die Losräder 3A und 3B sind über eine erste Zuschalteinrichtung 4A einer Aktuatorik 4 zum Betätigen der Zahnräder 3A bis 3D zuschaltbar, während die Losräder 3C und 3D über eine zweite Zuschalteinrichtung 4B der Aktuatorik 4 zuschaltbar und damit drehfest mit der Vorgelegewelle 3 verbindbar sind.

Die Zuschalteinrichtungen 4A und 4B der Aktuatorik 4 weisen grundsätzlich den gleichen konstruktiven Aufbau auf, weshalb in der nachfolgenden Beschreibung im Wesentlichen auf die Zuschalteinrichtung 4A eingegangen wird.

Die Zuschalteinrichtung 4A ist mit einer elektrischen Komponente 5 ausgeführt, welche vorliegend als elektrische Maschine ausgebildet ist, der eine Steuer- und Leistungselektronik 6 zugeordnet ist und die drehfest mit der Vorgelegewelle 3 verbunden ist. Sowohl die einen elektrischen Aktor darstellende elektrische Maschine 5 als auch die Steuer- und Leistungselektronik 6 sind vorliegend drehfest mit der Vorgelelegewelle 3 verbunden und rotieren somit im

Betrieb der Getriebevorrichtung 1 mit der Drehzahl der Vorgelegewelle 3. Eine nicht näher dargestellte Motorausgangswelle der elektrischen Maschine 5 ist mir einer Spindel 8A, einer Spindel-Mutter-Anordnung 8 der Zuschalteinrichtung 4A drehfest verbunden, so dass bei einem elektromaschinenseitigen Antrieb der Spindel 8A diese in Rotation versetzt wird und eine in Eingriff mit der Spindel 8A stehende Mutter 8B, welche mit der Vorgelegewelle 3 drehfest verbunden ist, in axialer Richtung der Vorgelegewelle 3 von der elektrischen Maschine 5 weg oder auf diese zu bewegt wird.

Die Mutter 8B ist vorliegend mit zwei die Vorgelegewelle 3 durchgreifenden Bolzen 9A und 9B derart wirkverbunden, dass die Bolzen 9A und 9B von der Mutter 8B in Langlöchern 1 OA, 1 OB der Vorgelegewelle 3 in axialer Richtung der Vorgelegewelle 3 verschoben werden. Die Bolzen 9A und 9B rotieren ebenso wie die Mutter 8B der Spindel-Mutter-Anordnung 8 im Betrieb der Getriebevorrichtung 1 mit der Drehzahl der Vorgelegewelle 3 um die Rotationsachse der Vorgelegewelle 3.

Um das Losrad 3A oder das Losrad 3B mit der Vorgelegewelle 3 drehfest verbinden zu können und somit aus einem abgeschalteten in einen zugeschalteten Zustand zu überführen, sind die Bolzen 9A und 9B an ihrem der Mutter 8B abgewandten Ende mit einem die Vorgelegewelle 3 umgebenden Hülsenelement 1 1 verbunden, das über eine formschlüssige Verbindung mit der Vorgelegewelle 3 drehfest verbunden ist und in axialer Richtung der Vorgelegewelle 3 auf dieser verschiebbar angeordnet ist. Zudem ist das Hülsenelement 1 1 im Bereich seiner der Vorgelegewelle 3 abgewandten Umfangsfläche mit einem Zahnprofil 1 1 A ausgebildet, welches in Abhängigkeit einer axialen Position mit einem mit dem Losrad 3A fest verbundenen Zahnprofil 12, einem mit dem Losrad 3B fest verbunden Zahnprofil 13 oder in einer neutralen Zwischenstellung zwischen diesen beiden Zahnprofilen 12 und 13 mit keinem der Zahnprofile 12 und 13 in Eingriff steht und weder das Losrad 3A noch das Losrad 3B drehfest mit der Vorgelegewelle 3 verbunden ist. Die Spindel-Mutter-

Anordnung 8 und eine Spindel-Mutter-Anordnung 14 der Zuschalteinrichtung 4B stellen jeweils eine Antriebswandlereinrichtung dar, mittels welcher ein rotatorischer Antrieb der elektrischen Maschine 5 sowie einer ebenfalls als elektrische Maschine ausgeführten elektrischen Komponente 17 der Zuschalteinrichtung 4B der Aktuatorik 4 in eine translatorische Antriebsbewegung zum Zu- oder Abschalten der Losräder 3A bis 3D umwandelbar ist.

Um ein selbsttätiges Zu- oder Abschalten eines der Losräder 3A bis 3D zu vermeiden, sind die Spindel-Mutter-Anordnungen 8 und 14 vorliegend selbsthemmend ausgeführt, so dass die Mutter 8B der Spindel-Mutter- Anordnung 8 bzw. die Mutter 14B der Spindel-Mutter-Anordnung 14 ohne elekt- romaschinenseitigen Antrieb ihre Position halten.

Alternativ hierzu ist es bei weiteren in der Zeichnung nicht näher dargestellten Ausführungsformen der Getriebevorrichtung vorgesehen, dass ein Schaltzustand eines Schaltelementes, d.h. vorliegend des Hülsenelementes 1 1 , durch eine entsprechende Ansteuerung der elektrischen Maschine der Zuschalteinrichtung mittels eines elektromaschinenseitig erzeugten Rastmomentes haltbar ist.

Zusätzlich oder alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein, dass einer elektrischen Maschine der Aktuatorik zum Halten des Schaltzustandes eines einem Losrad zugeordneten Schaltelementes eine elektrisch ansteuerbare Bremse zugeordnet ist, welche im stromlosen Zustand eine Veränderung des Schaltzustandes des Schaltelementes bzw. des Losrades sperrt. Dabei ist die Bremse bei der Ausführung einer elektrischen Komponente als elektrische Maschine mit der Motorausgangswelle der elektrischen Maschine verbunden, so dass eine Drehbewegung einer mit der Motorausgangswelle verbundenen Spindel einer Spindel-Mutter-Anordnung in unbestromtem Zustand der elektrischen Maschine vermieden wird.

Im Inneren der Vorgelegewelle 3 ist neben der elektrischen Maschine 5 und der zugeordneten Steuer- und Leistungselektronik 6 zudem auch ein Energiespeicher 7 zum Speichern von elektrischer Energie vorgesehen, der vorliegend als Kondensator ausgeführt ist, mittels welchem eine dem elektrischen Aktor 5 zugeführte Spannung geglättet wird. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist der vorzugsweise als Kondensator ausgeführte Energiespeicher 7 auch zum Zwischenspeichern von für den Betrieb der elektrischen Maschine 5 erforderlicher elektrischer Energie verwendbar.

Darüber hinaus ist die ein Modul darstellende und den Energiespeicher 7, die Steuer- und Leistungselektronik 6 sowie die elektrische Maschine 5 umfassende Baueinheit mit ölkanälen ausgeführt, durch welche im Inneren der Vorgelegewelle 3 Hydraulikfluid zum Schmieren, Kühlen oder Betätigen verschiedener Bauteile der Getriebevorrichtung 1 zu den jeweils betreffenden Bauteilen führbar ist.

Bei einer Weiterbildung der in der Figur dargestellten Getriebevorrichtung 1 ist die Aktuatorik 4 zum Betätigen der Losräder 3A bis 3D im Bereich zwischen der elektrischen Maschine 5 und der Spindel-Mutter-Anordnung 8 sowie der elektrischen Maschine 17 und der Spindel-Mutter-Anordnung 14 in nicht näher dargestellter Art und Weise jeweils mit einer Getriebeeinrichtung ausgebildet, um eine Antriebsleistung der elektrischen Maschine 5 in erforderlichem Umfang transformieren zu können und die Spindel 8A bzw. eine Spindel 14A der Spindel-Mutter-Anordnung 14 mit der zum axialen Verschieben der Spindelmutter 8B bzw. 14B erforderlichen Drehmoment antreiben zu können.

Eine Energie- und Steuersignalübertragung bzw. eine Datenübertragung zwischen extern der Vorgelegewelle 3 vorgesehenen und gehäusefest ausgeführten Bauteilen der Getriebevorrichtung 1 und dem drehfest mit der Vorgelegewelle 3 verbundenen elektrischen Maschinen 5 und 17 wird vorliegend über eine auf Induktionsbasis arbeitende übertragungseinrichtung 15 durchgeführt.

Das bedeutet, dass über die induktive Ubertragungseinrichtung 15 sowohl die zum Antreiben der elektrischen Maschinen 5 und 17 erforderliche Antriebsenergie als auch bidirektional die erforderlichen Steuersignale, d. h. Soll- und Istwerte, berührungslos mit gehäusefesten Bauteilen der Getriebevorrichtung 1 ausgetauscht werden. Alternativ zu der induktiven übertragung der Energie und der Steuersignale sind diese auch über eine entsprechende Schleifkontaktie- rung oder kapazitiv, d. h. über ein elektrisches Feld, zwischen den mit der Getriebewelle rotierenden elektrischen Komponenten der Aktuatorik und den gehäusefesten Bauteilen übertragbar.

Die übertragungseinrichtung 15 ist koaxial zur Vorgelegewelle bzw. Getriebewelle 3 angeordnet, wobei eine gehäusefest ausgeführte Spulenanordnung 15A der übertragungseinrichtung 15 innerhalb der Vorgelegewelle 3 angeordnet ist. Diese Ausgestaltung bietet auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, eine Getriebevorrichtung mit einer geringen Baulänge auszuführen, wenn ein entsprechend freies Wellenende zur Verfügung steht.

Alternativ hierzu ist die gehäusefeste Spulenanordnung der übertragungseinrichtung in nicht näher dargestellter Art und Weise auch radial außerhalb der Getriebewelle anordenbar, wenn kein freies Wellenende zur Verfügung steht, wobei eine derartige Ausgestaltung einer Getriebevorrichtung in axialer Richtung der Getriebevorrichtung einen höheren Bauraumbedarf aufweist.

Die induktive übertragungseinrichtung 15 überträgt die zum Antreiben der elektrischen Maschinen 5 und 17 erforderliche elektrische Energie und die zum Ansteuern der elektrischen Maschinen 5 und 17 erforderlichen Daten innerhalb verschiedener Frequenzbereiche, wobei die Energie im Bereich zwischen 20 kHz bis maximal 200 kHz übertragen wird, während die Daten im Bereich von 100 MHz oder im Gigahertzbereich bidirektional zwischen den elektrischen Maschinen 5 und 17 und gehäusefesten Bauteilen der Getriebe-

Vorrichtung 1 , wie beispielsweise einem Getriebesteuergerät ausgetauscht werden.

Die übertragungseinrichtung 15 stellt somit eine Art Transformator dar, bei dem eine weitere mit der gehäusefesten Spulenanordnung 15A zusammenwirkende Spulenanordnung 15B mit der Vorgelegewelle rotiert, die wiederum mit einem einen Gleichrichter aufweisenden Elektronikmodul verbunden ist. Mittels des Gleichrichters wird eine Wechselspannung gleichgerichtet und in einer anschließenden Glättungsstufe geglättet, wobei sich an die Glättungsstu- fe ein Bauteil anschließt, welches die übertragenen Signale ausliest und aufmoduliert, um hohe Frequenzen auf ein Signal einer Sekundärspannung zu überlagern und damit Istwerte des elektrischen Teils der Aktuatorik 4 in Richtung eines elektrischen Getriebesteuergerätes übertragen zu können. Somit sind verschiedene Betriebszustände der elektrischen Maschinen 5 und 17, wie beispielsweise ein Stillstand oder eine Drehstellung der elektrischen Maschinen 5 und 17 an gehäusefeste Bauteile der Getriebevorrichtung übermittelbar, um im Bereich des elektrischen Getriebesteuergerätes feststellen zu können, ob ein Losrad 3A bis 3D zugeschaltet ist oder nicht.

Damit stellen die von den gehäusefesten Komponenten der Getriebevorrichtung 1 zu der mit der Vorgelegewelle 3 verbundenen elektrischen Komponente bzw. elektrischen Maschine 5 bzw. 17 zu übermittelnden Daten Sollwertvorgaben für eine Betätigung der Losräder 3A bis 3D bzw. den Losrädern 3A bis 3D zugeordneten Schaltelementen dar.

Die von der mit der Getriebewelle 3 verbundenen elektrischen Komponenten der Aktuatorik 4, d. h. den elektrischen Maschinen 5 und 17, zu den gehäusefesten Komponenten der Getriebevorrichtung 1 zu übermittelnden Daten stellen somit eine Rückmeldung hinsichtlich eines aktuellen Betriebszustandes der Aktuatorik 4 und damit Istwerte der Aktuatorik dar.

Abweichend von den vorbeschriebenen alternativen übertragungsarten der Daten zwischen der vorgelegewellenfesten Komponenten der Aktuatorik 4 und den gethebegehäusefesten Komponenten der Getriebevorrichtung 1 sind die Daten über die übermittlungseinrichtung auch optisch und/oder per Funk übertragbar, während die Energie induktiv, kapazitiv oder über entsprechende Schleifringkontaktierung übertragbar ist.

Die mit der Vorgelegewelle 3 verbundene Spulenanordnung 15B der übertragungseinrichtung 15 bildet mit der Vorgelegewelle verbundenen elektrischen Maschinen 5 und 17 der Aktuatorik 4 ein gemeinsames Modul aus, womit eine Montage einer erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung 1 im Vergleich zu herkömmlich ausgeführten Getriebevorrichtung vereinfacht ist.

Eine weitere Vereinfachung der Montage eine Getriebevorrichtung nach der Erfindung wird dadurch erzielt, wenn ein gehäusefester Teil der übertragungseinrichtung, d. h. vorliegend die Spulenanordnung 15A, in nicht näher dargestellter Art und Weise mit einem Getriebesteuergerät der Getriebevorrichtung und/oder mit Getriebesteckern ein gemeinsames Modul ausbildet.

Da sowohl die Zuschalteinrichtung 4A als auch die Zuschalteinrichtung 4B Teil eines Moduls sind, welches sich während der Montage der Getriebevorrichtung 1 als Ganzes in das Innere der Vorgelegewelle 3 einschieben lässt, ist während der Montage des Moduls eine Verdrehung des Moduls in seiner axialen Endposition, vorzugsweise um 90° vorgesehen, um eine Verbindung zwischen den Spindelmuttern 8B und 14B und den Bolzen 9A, 9B sowie Bolzen 16A und 16B der Zuschalteinrichtung 4B zu schaffen. Anschließend wird das Modul durch entsprechende Maßnahmen, wie einer Klipsverbindung, einer Schraubenverbindung, einer Stiftverbindung, einer Klebeverbindung oder einem Verstemmen drehfest mit der Vorgelegewelle 3 verbunden.

Zusätzlich ist die übertragungseinrichtung 15 auch als Drehölzuführung ausgeführt, über welche Hydraulikfluid eines Hydrauliksystems der Getriebevorrichtung 1 in das Innere der Vorgelegewelle 3 einleitbar und zum Schmieren, Kühlen und/oder Betätigen verschiedener Bauteile der Getriebevorrichtung 1 weiterleitbar ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist diese lediglich mit einem elektrischen Aktor bzw. einer elektrischen Maschine zum Aufbringen der Betätigungskraft zum Zu- bzw. Abschalten eines Bauteiles bzw. eines Zahnrades ausgeführt, dem ein so genannter Auswählaktor zugeordnet ist. Mittels des Auswählaktors ist zwischen den verschiedenen zu betätigenden Bauteilen bzw. Losrädern der Getriebevorrichtung eine Auswahl durchführbar, so dass das über den Auswählaktor ausgewählte Zahnrad oder Bauteil bzw. das diesem zugeordnete Schaltelement mit der von der elektrischen Maschine erzeugten Betätigungsenergie beaufschlagt wird.

Dabei ist der Auswählaktor vorzugsweise als Schaltmagnet ausgeführt, der zwischen dem elektrischen Aktor der Vorrichtung und dem über die Vorrichtung zu betätigenden Bauteil bzw. Zahnrad jeweils eine für die Betätigung des Bauteiles oder des Zahnrades bzw. diesem zugeordneten Schaltelement erforderliche Verbindung herstellt.

Bezuqszeichen

1 Getriebeeinrichtung

2 Getriebehauptwelle

2A bis 2D Zahnräder

3 Vorgelegewelle

3A bis 3D Zahnräder

4 Vorrichtung

4A,B Zuschalteinrichtung

5 elektrischer Aktor

6 Steuer- und Leistungselektronik

7 Gehäusebauteil

7A Energiespeicher

8 Spindel-Mutter-Anordnung

8A Spindel

8B Mutter

9A,B Bolzen

1 OA ₁ B Langloch

1 1 Hülsenelement

1 1 A Zahnprofil

12 Zahnprofil

13 Zahnprofil

14 Spindel-Mutter-Anordnung

14A Spindel

14B Mutter

15 Drehübertrager

15A, 15B Spulenanordnung

1 6A.B Bolzen

17 Aktor