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Title:
TRANSMISSION MODULE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/141442
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a transmission module, comprising an electric motor for driving an actuating element in the transmission, wherein: the actuating element is connected to the electric motor by means of a reduction gear; the electric motor drives the reduction gear by means of a shaft and the output of the reduction gear drives the actuating element; the shaft of the actuating element extends in extension of the shaft of the electric motor.

Inventors:
HINRICHS, Jan (Kleegartenstr. 34, Friedrichsdorf, 61381, DE)
SCHÄFER, Tilo (Im Bangert 15, Daubach, 55566, DE)
Application Number:
EP2018/084337
Publication Date:
July 25, 2019
Filing Date:
December 11, 2018
Export Citation:
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Assignee:
MAGNA POWERTRAIN BAD HOMBURG GMBH (Georg-Schaeffler-Straße 3, Bad Homburg, 61352, DE)
International Classes:
H02K5/15; H02K7/116; H02K15/14
Foreign References:
US20080224553A12008-09-18
GB2518209A2015-03-18
DE102005057462A12007-06-06
DE10154000A12002-05-16
DE102009014595A12010-09-30
GB2325036A1998-11-11
EP0654624A11995-05-24
US6893371B22005-05-17
DE102009015958A12010-09-30
DE102015206975A12016-10-20
US20150219187A12015-08-06
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Claims:
Ansprüche

1. Getriebemodul (1 ) mit einem Elektromotor (11 ) für den Antrieb eines Stellele ments (30) in einem Gehäuse (8), wobei das Stellelement (30) über ein Unterset- zungsgetriebe mit dem Elektromotor (11 ) verbunden ist, wobei der Elektromotor (11 ) mit einer Welle (5) das Untersetzungsgetriebe und der Abtrieb des Unterset- zungsgetriebes das Stellelement (30) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass i die Welle (5) des Elektromotors (11 ) einseitig mit einem Lager (17) am Gehäuse (8), das ein Gehäuse für ein Getriebe in einem Fahrzeug oder eine Befestigungswand im Gehäuse (8) des Getriebes ist, drehbar gelagert ist und wobei der Elektromo- tor (11 ) ein BLDC Motor ist, dessen Rotor (18) von einem glockenförmigen Gehäu- sedeckel (13) umgeben ist, der den Stator (6) enthält oder trägt.

2. Getriebemodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromo- tor (11 ) auf einer Seite (O) des Gehäuses (8) angeordnet ist und das Unterset- zungsgetriebe (24) auf der anderen Seite (I) des Gehäuses (8).

3. Getriebemodul nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Ge- häusedeckel (13) als Spritzgussteil mindestens den Stator (6) umschließt.

4. Getriebemodul nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Un- tersetzungsgetriebe als Exzentergetriebe mit mindestens mit einem Exzenter (2), einer Zahnscheibe (3), Bolzen (10) und einem Hohlrad (9) ausgebildet ist.

5. Getriebemodul nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Un- tersetzungsgetriebe über das Hohlrad (9) mit einer Welle (27) einer Schaltwalze (22) verbunden ist.

6. Verfahren zum Montieren eines Getriebemoduls, dadurch gekennzeichnet, dass ein Untersetzungsgetriebe (24) und eine Welle (5) eines Elektromotors (11 ) vor- montiert in eine Aussparung (25) eines Gehäuses (8) eines Getriebes von der in- neren Seite (I) her eingebracht wird, und der Elektromotor (11 ) mit dem Statorteil von der äußeren Seite (O) am Gehäuse montiert wird, wobei die Welle (5) mit dem Rotor des Elektromotors (11 ) durch die Aussparung (25) auf die innere Seite (I) der Gehäuses (8) ragt.

7. Verfahren zum Montieren eines Getriebemoduls nach Anspruch 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass ein Stellelement (30) mit dem Untersetzungsgetriebe (24) und der Welle (5) des Elektromotors (11 ) vormontiert an einen ersten Flansch (12) mit den Auskragungen (12a) des Flansches (12) in eine Aussparung (25) des Gehäu- ses (8) des Getriebes von der einen Seite (I) her angebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass auf die Welle (5) des Elektromotors (11 ) ein Rotor (18) aufgesteckt und drehfest verbunden wird und ein Stator (6) integrierte in einem Gehäusedeckel (13) als Glocke über den Rotor (18) gestülpt wird.

Description:
Getriebemodul

Die Erfindung betrifft ein Getriebemodul mit einem Elektromotor für den Antrieb ei- nes Stellelements im Getriebe, wobei das Stellelement über ein Untersetzungsge- triebe mit dem Elektromotor verbunden ist

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Montieren eines Getriebemo- duls.

Stand der Technik

Schaltstellglieder und insbesondere Elektromotorstellglieder zur Steuerung eines Gangschaltmechanismus eines automatischen Getriebesystems eines Motorfahr- zeuges sind bekannt.

Elektromotorstellglieder, die zur Steuerung der Gangschaltmechanismen automa- tischer Getriebesysteme verwendet werden, verwenden beispielsweise einen Schnecken-und Schneckenradantriebsmechanismus, zur Verringerung eines ho- hen Übersetzungsverhältnisses, wie zum Beispiel in GB2325036A offenbart ist, um den Antrieb des Elektromotors bei hoher Drehzahl und relativ geringem Dreh- moment in ein relativ hohes Drehmoment bei geringer Drehzahl umzusetzen, das zur Betätigung eines Gangschaltmechanismus erforderlich ist. Für gewöhnlich sind die Antriebsverhältnisse solcher Mechanismen in der Größenordnung von 40 : 1 bis 60 : 1.

Diese Schneckenradantriebe haben den Nachteil, dass sie relativ groß sind und Schwierigkeiten in Bezug auf Einbaueinschränkungen bereiten, die bei automati- schen Getriebesystemen für Motorfahrzeuge vorliegen.

Solche Getriebe sind weiterhin durch die EP 0 654 624 A1 bekannt geworden. Diese Getriebe weisen als Antrieb einen Elektromotor auf, der außerhalb des Ge- triebes angeordnet ist und mittels Zahnradstufen die Schaltwalze zum Gangwech- sel antreibt. Dieser Bauraumbedarf erhöht sich noch, wenn mittels zweier oder mehrerer sogenannter Schaltwalzen beispielsweise auch Kupplungen von Getrie- ben betätigt werden sollen. Diese Betätigung ist beispielsweise bei Doppelkupp- lungsgetrieben oder Lastschaltgetrieben mit Lastschaltkupplungen vorteilhaft.

US6893371 B2 verwendet einen Antrieb mit hohem Übersetzungsverhältnis in ei- ner konzentrischen Konstruktion mit einer Schalttrommel, um ein kompaktes Elekt- romotor-Schaltstellglied bereitzustellen. In dem Stellglied sind der Elektromotor und der Oberwellenantriebsmechanismus koaxial innerhalb der Schalttrommel an- geordnet, wodurch ein kompaktes Stellglied entlang einer zentralen Achse ent- steht.

Aus der DE 10200901459581 ist ein Getriebemodul bekannt, bei dem der Elektro- motor sich außerhalb des Getriebegehäuses befindet. Dabei wird der Rotor direkt mit dem Getriebegehäuse verbunden. Der Elektromotor selbst wird von einem De- ckel verschlossen, der die Ansteuerungselektronik auf einer Leiterplatte enthält.

Die Welle des Elektromotors ist in der Wand des Getriebegehäuses einseitig gela- gert. Die Welle selbst wird durch das Getriebegehäuse geführt und ist nicht mit ei- nem Untersetzungsgetriebe verbunden.

Aus der DE 102015206975 A1 ist bekannt, einen Aktuator außerhalb eines Getrie- begehäuses anzubringen. Die elektrische Maschine enthält eine Welle, die sowohl am Getriebegehäuse als auch innerhalb des Getriebegehäuses gelagert ist.

Die US 20150219187 A1 zeigt ein Reduktionsgetriebe, das von einem Elektromo- tor angesteuert wird. Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Getriebemodul mit Elektromotor und Stell- glied bereitzustellen, das wenig Bauraum einnimmt und einfach und kostengünstig aufgebaut ist.

Beschreibung der Erfindung

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Getriebemodul mit einem Elektromotor für den Antrieb eines Stellelements in einem Gehäuse, wobei das Stellelement über ein Untersetzungsgetriebe mit dem Elektromotor verbunden ist, wobei der Elektromo- tor mit einer Welle das Untersetzungsgetriebe und der Abtrieb des Untersetzungs- getriebes das Stellelement antreibt, wobei die Welle des Elektromotors einseitig am Gehäuse drehbar gelagert ist.

Durch den einfachen Aufbau wird Bauraum eingespart und die Montage verein- facht.

Dabei ist von Vorteil, dass die Welle des Elektromotors einseitig am Gehäuse des Getriebes drehbar gelagert ist. Dadurch entfällt eine mechanische Lagerung des Rotors im Gehäuse des Elektromotors.

Vorteilhafterweise ist der Elektromotor auf einer Seite des Gehäuses angeordnet und das Untersetzungsgetriebe auf der anderen Seite des Gehäuses, sodass die Montage vereinfacht ist.

Es ist von Vorteil, dass der Elektromotor auf einer Seite des Gehäuses des Getrie- bes angeordnet ist und das Untersetzungsgetriebe zur Anbindung eines Stellele ments auf der anderen Seite des Gehäuses. Durch die Aufteilung der Komponen- ten des Getriebemoduls auf zwei Seiten des Gehäuses ist es möglich die Mon- tage zu vereinfachen und vorgefertigte Baugruppen einfach zusammenzusetzen.

Vorteilhafterweise ist der Elektromotor ein BLDC Motor, dessen Rotor von einem glockenförmigen Gehäusedeckel umgeben ist, der den Stator enthält oder trägt. Vorteilhafterweise ist der Elektromotor ein BLDC Motor, dessen Rotor von einem Gehäusedeckel umgeben ist, der den Stator enthält oder trägt. Das Magnetfeld im Stator/Rotor Luftspalt ist das Kupplungselement zwischen den zwei mechanischen Einheiten, wodurch gröbere Toleranzen zwischen Motor und Getriebeachse im Vergleich zu bekannten Designs möglich werden.

Bevorzugt wird eine Ausführungsform verwendet, bei der der Gehäusedeckel als Spritzgussteil mindestens den Stator umschließt. Durch die Umspritzung des Sta- tors entfallen Wellendichtungen, so dass der Elektromotor auch von innen mit Öl gekühlt werden kann.

Als besonders bevorzugte Ausführung ist das Untersetzungsgetriebe ein Exzen- tergetriebe mindestens mit einem Exzenter, einer Zahnscheibe, Bolzen und einem Hohlrad. Ein solches Exzentergetriebe kann besonders platzsparend verbaut wer- den.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist im Getriebe die Anbindung einer Schaltwalze

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren zum Montieren eines Ge- triebemoduls, wobei ein Untersetzungsgetriebe und eine Welle mit Rotor eines Elektromotors vormontiert in eine Aussparung eines Gehäuses eines Getriebes von der inneren Seite her eingebracht wird, und der Elektromotor mit Stator und Gehäusedeckel von der äußeren Seite am Gehäuse montiert wird, wobei die Welle des Elektromotors durch die Aussparung auf die innere Seite der Gehäuses ragt.

Vorteilhafterweise wir auch ein Stellelement mit dem Untersetzungsgetriebe und der Welle des Elektromotors vormontiert an einen ersten Flansch mit den Auskra- gungen des Flansches in einer Aussparung des Gehäuses des Getriebes von der inneren Seite her angebracht. Es ist von Vorteil, dass auf die Welle des Elektromotors ein Rotor aufgesteckt und drehfest verbunden wird und ein Stator integrierte in einem Gehäusedeckel als Glocke über den Rotor gestülpt wird.

Beschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform entlang der Achse ge- schnitten,

Figur 2 zeigt einen Schnitt entlang B-B

Figur 1 zeigt ein beispielhaftes Getriebemodul 1 , das in diesem Beispiel direkt an einem Gehäuse 8 eines Getriebes eines Fahrzeugs angebracht ist. Das Getriebe- modul 1 zeigt Flauptkomponenten, bestehend aus einem Gehäuse 20 für den Elektromotor, einem Elektromotor 11 , einem Exzentergetriebe 24. Das Getriebe- modul ist geeignet ein Stellelement 30 anzutreiben, beispielsweise eine Schalt- walze 22. Diese Komponenten sind entlang einer Achse A angeordnet. Das Ge- häuse 20 für den Elektromotor ist dabei am Gehäuse 8 des Getriebes von außen angebracht, wobei das Gehäuse 8 einen Gehäuseboden 14 für das Gehäuse 20 des Elektromotors darstellt. Das Gehäuse 20 des Elektromotors besteht maßgeb- lich aus dem Gehäuseboden 14 sowie einem Gehäusedeckel 13, der die Form ei- ner Glocke aufweist. Der glockenförmige Gehäusedeckel 13 weist einen zylindri- schen Innenraum auf, in dem ein Rotor 18 mit einer Welle 5 drehbar gelagert ist. Der Gehäusedeckel 13 umfasst einen Stator 6 mit seinen Wicklungen 7, die in die sem Ausführungsbeispiel komplett mit Kunststoff umspritzt oder umgossen sind. Zusätzlich zum Stator sind in dieser Ausführungsform weitere elektrische Kompo- nenten wie Leiterplatten 23 vollständig in Kunststoff eingebettet. Ein Stecker 26 ist dabei ebenfalls in das Gehäuse 20 integriert. Allerdings sind auch alternative Ausführungen mit getrennt montierten Leiterplat- ten und ECUs, sowie Steckern möglich. Auch Ausführungsformen ohne komplette Statorumspritzungen sind einsetzbar.

Der sich im Inneren des glockenförmige Gehäusedeckels 13 drehende Rotor 18 weist Permanentmagnete 4 auf, die in Blechpaketen 19 eingelassen sind. Der Ro- tor 18 ist auf der Welle 5 drehfest gelagert. Die Welle 5 ist dazu einseitig über ein Lager 17 an einem ersten Flansch 12 am Gehäuse 8 des Getriebes 1 gelagert.

Das Lager 17 ist im Ausführungsbeispiel als zwei einreihige Lager dargestellt, kann aber auch ein zweireihiges Lager sein und sowohl als Gleitlager oder Wälzla- ger ausgebildet werden.

Der Rotor 18 wird am Wellenstumpf 5A befestigt, was man beispielsweise durch Aufpressen erreichen kann.

Der das magnetische Feld erzeugende Stator 6 wird in dem einseitig offenen Ge- häuse 20 als Glocke über den magnetischen Rotor 18 gestülpt und hat keine me- chanische Verbindung zu diesem. Der Stator 6 kann auch am Gehäusedeckel 13 angebracht sein, wenn der Stator nicht komplett umgossen wird. Zwischen Rotor 18 und Gehäusedeckel 13 mit integriertem Stator 6 befindet sich ein Luftspalt, so dass nur eine magnetische Kopplung und keine mechanische Verbindung mit dem Stator 6 erfolgt.

Der Gehäusedeckel 13 wird am Gehäuse 8 mit Dichtungen 16 abgedichtet und auf geeignete Weise verbunden. Das Gehäuse 8 kann sowohl ein Teil des äußeren Gehäuses des Getriebes des Fahrzeugs sein, oder ein Bauteil im Inneren des Ge- triebes, beispielsweise eine Gehäuserippe, die als Befestigung dient.

Das Lager 17 der Welle 5 ist in einem ersten Flansch 12 angebracht, der fest mit dem Gehäuse 8 des Getriebes des Fahrzeugs verbunden ist. Der erste Flansch 12 weist Bolzen 10 auf, die als feststehende Komponenten und Stützelemente für das Exzentergetriebe 24 dienen.

Im Exzentergetriebe 24 greift ein Exzenter 2, der auf der Welle 5 drehfest ange- bracht ist, in eine Zahnscheibe 3 ein. Die Zahnscheibe 3 überträgt Drehmomente wälzend.

Ein Exzenter 2 treibt die Zahnscheibe 3 mit Zähnen der Anzahl n an, die sich in ei- nem Hohlrad 9 abwälzt. Die Zahnscheibe 3 wälzt sich über die Bolzen 10 des ers- ten Flansches 12 ab. So entstehen kleinere Drehzahlen entgegen der Antriebsro- tation mit hoher Genauigkeit und mit einer hohen Untersetzung.

Das Exzentergetriebe stellt eine Ausführungsform für ein Untersetzungsgetriebe dar, das in der Erfindung verwendet werden kann. Alternativ dazu sind weitere Zykloidgetriebe einsetzbar.

Über das Hohlrad wird Drehmoment für einen beliebigen Stellmechanismus bereit- gestellt, der geeignet angebunden sein muss.

Die Anbindung kann dabei auf unterschiedlicher Weise realisiert sein.

Das Exzentergetriebe 24 ist zwischen dem ersten Flansch 12 und dem zweiten Flansch 15 verbaut, wobei der zweite Flansch 15 nicht zwingend ein Bauteil des Stellelements 30 sein muss.

Beispielhaft wird eine Ausführungsform für die Anbindung einer nur schematisch dargestellten Schaltwalze in einem Getriebe nach Figur 1 beschreiben.

Das Hohlrad 9 ist mit der Welle 27 einer Schaltwalze 22 verbunden und treibt die Schaltwalze 22 an. Die Schaltwalze 22 ist auf Wälzlagern 21 auf einem zweiten Flansch 15 gelagert. Der zweite Flansch 15 ist am ersten Flansch 12 und am Ge- häuse 8 des Exzentergetriebes 24 angebracht. Im Ausführungsbeispiel sind die Wellen, die Rotorwelle 5 und die Welle 27 der Schaltwalze in Verlängerung zuei- nander auf der Achse A angeordnet.

In Figur 2, dem Schnittbild entlang der Linie B-B ist das Hohlrad 9 zu erkennen, in dem die Zahnscheibe 3 läuft. Die Bolzen 10 bilden Stützelemente für den Exzen- terantrieb.

Dabei ist der Exzenter 2 gegen die Mitte des Hohlrings 9 leicht versetzt, exzent- risch angebracht.

Um das Getriebemodul aufzubauen kann das Stellelement 30 selbst vormontiert und auf dem zweiten Flansch 15 befestigt werden. In den vom zweiten Flansch 15 gebildeten zylindrischen Hohlraum wird das Exzentergetriebe 24 montiert. Die Welle 5 des Elektromotors 11 wird mit dem Exzentergetriebe 24, nämlich dem Ex- zenter 2 verbunden und mit den Lagern 17 im ersten Flansch 12 im Bereich einer Auskragung 12a montiert.

Die beiden Flansche 12 und 15 werden aufeinander befestigt und die Auskragung 12a des ersten Flansches 12 wird in eine Aussparung des Gehäuses 8 gesteckt. Anschließend werden die Flansche mit dem Gehäuse 8 verbunden.

Damit sitzt das Stellelement 30 und das Exzentergetriebe 24 im inneren Bereich I des Gehäuses des Getriebes, während die Welle 5 des Elektromotors 11 sich durch die Wand des Gehäuses 8 in den äußeren Bereich O erstreckt.

Die Definition von innerer und äußerer Seite beschreibt die beiden Seiten einer Baueinheit, die durch eine Anbauwand voneinander separiert sind und nicht zwin- gend den Innenraum einer Baugruppe zur Umgebung.

Der Rotor 18 wird auf die Welle 5 gesteckt und verpresst. Ansonsten ist der Rotor auf der Welle 5 vormontiert und mit einem Verschieben auf die Aussparung 25 hin befestigt. Anschließend wird der Gehäusedeckel 13 des Elektromotors 11 über den an der Welle 5 befestigten Rotor 18 gestülpt und am Gehäuse 8, das den Gehäuseboden 14 bildet, befestigt. Für den Zusammenbau der Pumpe ist die Lösung besonders vorteilhaft, dass der Gehäusedeckel 13 mindestens einen Stator 6 enthält, der vollständig mit Kunststoff umgossen oder umspritzt wird.

Auch die ECU, Leiterplatten, sowie weitere elektrische oder elektronischen Kom- ponenten können mit umspritzt oder umgossen sein und eine Einheit mit dem Ge- häusedeckel 13 bilden.

Dadurch ist der Gehäusedeckel mit allen elektrischen Bauteilen vergossen und als ein einziges Bauteil zu montieren.

Alle Komponenten des Elektromotors werden durch das im Inneren des glocken- förmigen Gehäusedeckels 13 befindliche Öl gekühlt.

Bezugszeichenliste

1 Getriebemodul

2 Exzenter

3 Zahnscheibe

Magnet

5 Welle

5A Wellenstumpf

6 Stator

7 Wicklung

8 Gehäuse Getriebe

9 Hohlrad

10 Bolzen

1 1 Elektromotor

12 erster Flansch

12a Auskragung

13 Gehäusedeckel

14 Gehäuseboden

15 zweiter Flansch

16 Dichtung

17 Lager Welle

18 Rotor

19 Rotor-Blechpaket

20 Gehäuse Elektromotor

21 Wälzlager Schaltwalze

22 Schaltwalze

23 Leiterplatte

24 Exzentergetriebe

25 Aussparung

26 Stecker

27 Welle Schaltwalze

A Achse