Die Erfindung betrifft eine Aktorvorrichtung für ein Getriebe mit einem Schaltmuffeneinsatz zur Kopplung eines Synchronkörpers mit einem Losrad und mit einem Elektromotor zum axialen Verschieben des Schaltmuffeneinsatzes. Ferner betrifft die Erfindung ein Getriebe mit dieser Aktorvorrichtung.

In Gangwechselgetrieben werden zum Wechseln der Gänge Wellen über Kopplungseinrichtungen mit Losrädern selektiv gekoppelt. Die Kopplungseinrichtungen weisen meistens einen Körper auf, welcher drehfest mit der Welle verbunden ist. Zur Kopplung umfassen die Kopplungseinrichtungen üblicherweise eine Schiebemuffe, welche eine Innenaxialverzahnung aufweist, wobei die Schiebemuffe drehfest, jedoch axial verschiebbar mit dem Körper verbunden ist. Durch ein axiales Verschieben der Schiebemuffe wird diese auf einen Kopplungsabschnitt des Losrads gefahren, sodass das Losrad und der Körper über die Schiebemuffe drehfest verbunden sind. Optional kann zwischen dem Losrad und der Kopplungseinrichtung eine Synchroneinrichtung angeordnet sein, um die Drehzahl zwischen der Welle und dem Losrad anzugleichen.

Die Betätigung der Schiebemuffe erfolgt oftmals durch Schaltgabeln, welche in eine umlaufende Nut der Schiebemuffe eingreifen und welche die Schiebemuffe in axialer Richtung versetzen können. Die Schaltgabeln werden in Abhängigkeit der Ausgestaltung des Gangwechselgetriebes durch die von einem Fahrer aufgewandte Schaltkraft oder durch eine Aktorik bedient.

Die Druckschrift WO 2004/00 5769 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart eine Getriebeschaltung für Losräder mit Schiebemuffen, welche drehfest mit einer Hauptwelle verbunden und durch axiales Verschieben mit einem zu schaltenden Losrad in Formschluss bringbar sind, wobei die Betätigung der jeweiligen Schiebemuffe über zumindest eine Stelleinheit vorgesehen ist, wobei die Stelleinheit einen elektrischen Stellmotor aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aktorvorrichtung zum Schalten eines Getriebes vorzuschlagen, welche einfach zu integrieren ist. Diese Aufgabe wird durch eine Aktorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.

Gegenstand der Erfindung ist eine Aktorvorrichtung, welche für ein Getriebe geeignet und/oder ausgebildet ist. Insbesondere ist das Getriebe als ein Gangwechselgetriebe oder als ein Zahnradwechselgetriebe ausgebildet. Die Aktorvorrichung ist insbesondere zum Schalten ausgebildet, vorzugsweise hat die Aktorvorrichtung die Aufgabe, eine Kopplung und/oder Entkopplung zwischen einer Welle des Getriebes und einem Losrad, insbesondere eines Gangrads des Getriebes umzusetzen.

Die Aktorvorrichtung weist einen Schaltmuffeneinsatz auf, welcher zur Kopplung eines Synchronkörpers mit dem Losrad geeignet und/oder ausgebildet ist. Der Synchronkörper ist insbesondere auf der Welle drehfest angeordnet. Optional bildet der Synchronkörper einen Teil der Aktorvorrichtung. Das Losrad ist koaxial zu der Welle angeordnet und drehbar gelagert. Der Schaltmuffeneinsatz ist vorzugsweise hülsenförmig ausgebildet, wobei an dessen Innenwandung eine Axialinnenverzahnung angeordnet ist. Der Synchronkörper weist eine Axialaußenverzahnung auf, welche mit der Axialinnenverzahnung des Schaltmuffeneinsatzes in einem formschlüssigen Eingriff steht, sodass der Schaltmuffeneinsatz und der Synchron körper zueinander drehfest angeordnet sind.

Das Losrad, insbesondere ein Koppelabschnitt des Losrads, weist eine Axialaußenverzahnung auf, sodass das Losrad mit dem Schaltmuffeneinsatz und damit mit dem Synchronkörper in einen formschlüssigen Eingriff bringbar und damit drehfest koppelbar ist. In dem gekoppelten Zustand ist der Schaltmuffeneinsatz in einem formschlüssigen Eingriff mit dem Synchronkörper und zugleich mit dem Losrad, so dass der Synchronkörper und damit die Welle mit dem Losrad formschlüssig und/oder drehfest verbunden ist.

Die Aktorvorrichtung umfasst ferner einen Elektromotor zum axialen Verschieben des Schaltmuffeneinsatzes. Insbesondere bildet der Elektromotor einen Antrieb zum axialen Verschieben des Schaltmuffeneinsatzes. Vorzugsweise ist der Elektromotor dem Schaltmuffeneinsatz exklusiv zugeordnet. Der Elektromotor weist einen Rotor und einen Stator auf. Insbesondere ist der Elektromotor als ein Innenläufer ausgebildet. Vorzugsweise ist der Elektromotor und/oder dessen Integration so ausgeführt, dass der Schaltmuffeneinsatz derart verschoben werden kann, dass der Schaltmuffeneinsatz das Losrad koppeln und entkoppeln kann. Vorzugsweise ist der Elektromotor als ein Schrittmotor ausgebildet. Alternativ kann der Elektromotro als ein Servormotor mit einem Encoder, insbesondere einem Absolutencoder, für die Winkelstellung ausgebildet sein. Durch diese bevorzugte Ausgestaltung kann über die Winkelposition des Rotors die axiale Position des Schaltmuffeneinsatzes kontrolliert werden.

Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Schaltmuffeneinsatz und der Elektromotor koaxial zueinander angeordnet sind. Insbesondere erstreckt sich der Elektromotor, im Speziellen ein Stator und/oder Rotor des Elektromotors um den Schaltmuffeneinsatz herum. Alternativ oder ergänzend wird beansprucht, dass der Schaltmuffeneinsatz in dem Elektromotor, insbesondere in einem Rotorraum des Elektromotors zumindest abschnittsweise oder vollständig angeordnet, insbesondere integriert ist. Besonders bevorzugt sind Schaltmuffeneinsatz und Elektromotor zumindest abschnittsweise oder vollständig konzentrisch zueinander angeordnet.

Durch die Anordnung oder Integration des Schaltmuffeneinsatzes in das Innere des Elektromotors, insbesondere teilweise oder vollständig in den Rotorraum des Elektromotors, wird erreicht, dass der Bauraumbedarf für die Aktorvorrichtung sehr gering ausfällt. Insbesondere werden keine aufwendigen Hebelwerke benötigt, um eine Bewegung von dem Elektromotor zu dem Schaltmuffeneinsatz zu übertragen. Stattdessen sind Schaltmuffeneinsatz und Elektromotor sehr platzsparend zueinander angeordnet.

Insbesondere ist die Aktorvorrichtung als ein Direktantrieb für den Schaltmuffeneinsatz ausgebildet. Die Bezeichnungen axial und radial beziehen sich auf die Welle oder eine durch die Welle definierte Hauptachse, welche koaxial zu dem Schaltmuffeneinsatz und/oder zu dem Losrad und/oder zu dem Elektromotor ausgerichtet ist.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der Elektromotor und der Schaltmuffeneinsatz über einen Rotations-Linearwandler miteinander wirkverbunden. Der Rotations-Linearwandler hat die Funktion, eine Rotationsbewegung des Elektromotors, insbesondere des Rotors des Elektromotors, in eine Linearbewegung des Schaltmuffeneinsatzes in axialer Richtung zum Verschieben des Schaltmuffeneinsatzes umzusetzen.

Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Aktorvorrichtung einen Schubeinsatz und eine Rotoreinrichtung. Die Rotoreinrichtung umfasst den Rotor des Elektromotors oder ist durch diesen gebildet. Die Rotoreinrichtung kann einstückig oder aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein. Insbesondere ist die Rotoreinrichtung drehfest mit dem Rotor ausgebildet. Der Schubeinsatz ist koaxial zu der Rotoreinrichtung und/oder in der Rotoreinrichtung angeordnet. Der Schubkörper ist z.B. als eine Hülse ausgebildet. Vorzugsweise ist der Schubeinsatz drehfest in der Aktorvorrichtung angeordnet ist. Zum einen ist der Schubeinsatz mit der Rotoreinrichtung und zum anderen ist der Schubeinsatz mit dem Schaltmuffeneinsatz wirkverbunden. Die Wirkverbindungen sind so gestaltet, dass eine Rotation der Rotoreinrichtung zu einem axialen Verschieben des Schubeinsatzes und des Schaltmuffeneinsatzes führt.

Insbesondere bilden Rotoreinrichtung und der Schubeinsatz gemeinsam einen Spindeltrieb, welcher die Rotationsbewegung und die Linearbewegung umsetzt. Alternativ oder ergänzend sind die Rotoreinrichtung und der Schubeinsatz über ein Gewinde miteinander wirkverbunden. Dabei weist der Schubeinsatz ein Außengewinde und die Rotoreinrichtung ein Innengewinde auf, wobei das Außengewinde und das Innengewinde ineinandergreifen. Rotiert die Rotoreinrichtung, so wird der Schubeinsatz in axialer Richtung herausgedreht.

Vorzugsweise sind der Schaltmuffeneinsatz und der Schubeinsatz in axialer Richtung verschiebefest, vorzugsweise formschlüssig verschiebefest, miteinander gekoppelt sind. Jedoch sind Schubeinsatz und Schaltmuffeneinsatz in Umlaufrichtung entkoppelt, sodass der Schaltmuffeneinsatz, welcher drehfest mit der Welle gekoppelt oder koppelbar ist, im Betrieb rotieren kann und zwar unabhängig von dem Schubeinsatz.

Es ist besonders bevorzugt, dass der Schubeinsatz gegenüber dem Schaltmuffeneinsatz über eine Axiallageranordnung gelagert ist. Die radiale Lagerung des Schaltmuffeneinsatzes erfolgt vorzugsweise durch die Abstützung an dem Synchronkörper. Jedoch ist eine Axiallageranordnung vorteilhaft, da der Schubeinsatz den Schaltmuffeneinsatz in axialer Richtung bewegt, sodass dieser den Schaltmuffeneinsatz kontaktieren muss. Insbesondere im Betrieb wird die Welle, damit der Synchronkörper und mit diesem der Schaltmuffeneinsatz stark rotieren, sodass die Axiallageranordnung die Reibung in der Aktorvorrichtung herabsetzt.

Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung weist die Axiallageranordnung ein erstes und ein zweites Axialwälzlager auf. Ein Schulterabschnitt des Schaltmuffeneinsatzes ist zwischen den Axialwälzlagern angeordnet. Somit wird der Schaltmuffeneinsatz von den Axialwälzlagern in axialer Richtung beidseitig gelagert. Die Axialwälzlager werden von dem Schubeinsatz beidseitig umgriffen, sodass durch das Umgreifen ein Gegenlager gebildet ist. Für das Gegenlager kann beispielsweise eine Schulter in den Schubeinsatz eingesetzt werden, alternativ hierzu wird jedoch ein Ring in den Schubeinsatz eingesetzt. Ein derartiger Ring ist zudem vorteilhaft, um die Aktorvorrichtung montagegerecht auszubilden. Es ist besonders bevorzugt, dass in einem Neutralzustand der Aktorvorrichtung der Schaltmuffeneinsatz in dem Elektromotor bündig oder sogar nach innen versetzt angeordnet ist. Insbesondere ist der Schaltmuffeneinsatz in axialer Richtung so lang wie der Elektromotor, insbesondere der Rotor des Elektromotors, ausgebildet oder sogar kürzer realisiert. Dadurch wird erreicht, dass die Aktorvorrichtung sehr kompakt baut.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere ein Gangwechselgetriebe oder Zahnradwechselgetriebe, mit einer Welle, insbesondere einer Hauptwelle, einem Synchronkörper, wobei der Synchronkörper drehfest auf der Welle aufgesetzt ist, sowie mindestens ein Losrad, wobei das Losrad auf der Welle angeordnet ist. Ferner umfasst das Getriebe die Aktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Wie bereits erläutert, dient die Aktorvorrichtung dazu, mittels des Schaltmuffeneinsatzes den Synchronkörper mit dem Losrad formschlüssig zu koppeln oder zu entkoppeln.

Es ist vorgesehen, dass in einem Neutralzustand der Schaltmuffeneinsatz in dem Elektromotor angeordnet ist und das Losrad von dem Schaltmuffeneinsatz entkoppelt ist. Ferner kann das Getriebe mindestens oder genau einen Kopplungszustand einnehmen, wobei der Synchronkörper mit dem Losrad durch den Schaltmuffeneinsatz in Umlaufrichtung formschlüssig gekoppelt ist.

Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:

Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Aktorvorrichtung zusammen mit einer Detaildarstellung der Aktorvorrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Figur 2 die Aktorvorrichtung in der Figur 1 in einer Explosionsdarstellung; Die Figuren 3a-c ein Getriebe mit der Aktorvorrichtung der vorhergehenden Figuren in verschiedenen Betriebszuständen.

Die Figur 1 zeigt eine Aktorvorrichtung 1 für ein Getriebe 2 (Figuren 3a, b, c) als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem schematischen Längsschnitt entlang einer Hauptachse H der Aktorvorrichtung 1 . Das Getriebe 2 ist als ein Zahnrad- oder Gangwechselgetriebe ausgebildet. Die Aktorvorrichtung 1 ist ausgebildet, gesteuert einen Zahnrad- oder Gangwechsel durchzuführen.

Die Aktorvorrichtung 1 weist einen Schaltmuffeneinsatz 3 auf. Der Schaltmuffeneinsatz 3 ist als eine Hülse ausgebildet, wobei an dessen inneren Umfangsfläche eine Axialverzahnung 4 mit einer Mehrzahl in axialer Richtung oder parallel zu der Hauptachse H verlaufende Zähne angeordnet, insbesondere angeformt ist. Insbesondere ist die Axialverzahnung 4 als eine Dachverzahnung ausgebildet.

Die Aktorvorrichtung weist einen Elektromotor 5 auf, welcher als ein Innenläufer ausgebildet ist. Der Elektromotor 5 weist einen Stator 6 sowie einen innenlaufenden Rotor 7 auf. Der Rotor 7 definiert durch seine Innenumfangsfläche und seiner axialen Erstreckung einen Rotorraum, wobei in dem Rotorraum der Schaltmuffeneinsatz 3 angeordnet ist. Insbesondere sind der Elektromotor 5, der Stator 6, der Rotor 7 und der Schaltmuffeneinsatz 3 koaxial zueinander angeordnet. In der Darstellung in der Figur 1 befindet sich die Aktorvorrichtung in einem Neutralzustand, wobei der Schaltmuffeneinsatz 3 konzentrisch zu dem Elektromotor 5, dem Stator 6 und/oder dem Rotor 7 angeordnet ist. Die Aktorvorrichtung 1 ist sehr kompakt ausgebildet, wobei die axiale Breite der Aktorvorrichtung 1 in dem Neutralzustand durch die axiale Breite des Stators 6 beziehungsweise des Rotors 7 festgelegt ist. Die axialen Seiten des Schaltmuffeneinsatzes 3 sind innerhalb des Rotorraums angeordnet.

Auf der rechten Seite ist ein Detailausschnitt der Aktorvorrichtung 1 dargestellt, aus dem zu erkennen ist, dass der Stator 6 als eine umlaufende Hülse oder Ring ausgebildet ist. Der Rotor 7 ist als eine Rotoreinrichtung 8 ausgebildet und trägt an dessen radial innenliegenden Umlauffläche ein Innengewinde 9. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das Innengewinde 9 auch als ein separates Teil auf den Rotor 7 aufgesetzt sein, sodass Rotor 7 und Innengewinde 9 gemeinsam die Rotoreinrichtung 8 bilden.

Ferner ist ein Schubeinsatz 10 koaxial zu der Hauptachse H vorgesehen. Der Schubeinsatz 10 trägt an seiner radialen Außenfläche ein Außengewinde 1 1 . Das Außengewinde 1 1 steht im Eingriff mit dem Innengewinde 9. Der Schubeinsatz 10 und die Rotoreinrichtung 8 bilden gemeinsam einen Spindeltrieb und/oder einen Rotations- Linearwandler. Bei einer Drehung der Rotoreinrichtung 8 wird über das Innengewinde 9 und das Außengewinde 1 1 der Schubeinsatz 10 in axialer Richtung zu der Hauptdrehachse H bewegt. Dabei ist vorzugsweise sichergestellt, dass der Schubeinsatz 10 sich nicht drehen kann.

Der Schubeinsatz 10 ist wiederum über eine Axiallageranordnung 12 mit dem Schaltmuffeneinsatz 3 verbunden, und zwar derart, dass der Schaltmuffeneinsatz 3 unabhängig von dem Schubeinsatz 10 rotieren kann, jedoch bei der Axialbewegung in beiden axialen Richtungen von dem Schubeinsatz 10 mitgenommen wird.

Die Axiallageranordnung weist ein erstes und ein zweites Axialwälzlager 13a, b auf. Der Schaltmuffeneinsatz 3 weist einen Schulterabschnitt 14 auf, welcher in diesem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen Nutabschnitt 15 in zwei Einzelstege 16a, b unterteilt ist. An den axialen Außenseiten der Einzelstege 16 a, b bzw. des Schulterabschnitts 14 liegt jeweils eines der Axialwälzlager 13a, b an. Insbesondere ist jeweils ein Lagerring des Axialwälzlagers 13a, b mit dem Schaltmuffeneinsatz 3 drehfest verbunden.

Der jeweils andere Lagerring der Axialwälzlager 13a, b ist dagegen mit dem Schubeinsatz 10 drehfest gekoppelt. Hierfür weist der Schubeinsatz 10 an seiner radial inneren Umfangsfläche eine Anlageschulter 17 auf, an der das Axialwälzlager 13a gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Dichtung anliegt. Auf der gegenüberliegenden Seite ist in dem Schubeinsatz 10 eine umlaufende Nut 18 zur Aufnahme eines Halterings 19 angebracht, wobei sich der zweite Lagerring des zweiten Axialwälzlagers 13b an dem Haltering 19 in axialer Richtung abstützt. Auch bei dem zweiten Axialwälzlager 13b kann vorgesehen sein, dass eine Dichtung zwischengeschalten ist. Wird nun der Schubeinsatz 10 durch Drehung der Rotoreinrichtung 8 in dem Bild in der Figur 1 nach rechts verschoben, so drückt die Anlageschulter 17 auf das erste Axialwälzlager 13a und drängt damit den Schaltmuffeneinsatz 3 in die gewünschte Richtung. Wird der Schubeinsatz 10 nach links gefahren, so drückt der Haltering 19 gegen das zweite Axialwälzlager 13b, sodass der Schaltmuffeneinsatz 3 in die gewünschte Richtung gefahren wird.

In der Figur 2 ist die Aktorvorrichtung 1 in einer Explosionsdarstellung gezeigt, wobei zu erkennen ist, dass der Elektromotor 5 mit dem Stator 6 und dem Rotor 7 eine sehr große Durchgangsöffnungen bildet. Die axiale Breite des Elektromotors 5 ist größer als die einfache Ringbreite des Elektromotors 5 in radialer Richtung. Der freie Durchmesser des Elektromotors 5 ist mindestens fünfmal so groß wie die einfache einfache Ringbreite des Elektromotors 5 in radialer Richtung.

Auf der Innenumfangsfläche des Rotors 7 ist das Innengewinde 9 erkennbar, welches vorliegend nur drei Gewindegänge aufweist. Durch die geringe Anzahl der Gewindegänge des Innengewindes 9 wird mit wenigen Umdrehungen des Rotors 7 ein großer axialer Hub erreicht.

Auf der linken Seite in der Figur 2 ist der Schubeinsatz 10 dargestellt, welcher als eine Hülse ausgebildet ist. Der Schubeinsatz 10 weist ein Außengewinde 1 1 auf, welches komplementär zu dem Innengewinde 9 ausgebildet ist.

In einem mittleren Bereich ist der Schaltmuffeneinsatz 3 gezeigt, wobei die Stege 16a, b zu sehen sind, welche den Schaltmuffeneinsatz 3 umlaufen und den Schulterabschnitt 14 bilden. Links und rechts neben dem Schaltmuffeneinsatz 3 sind die Axialwälzlager 13a, 13b dargestellt, welche jeweils einen Dichtungsvorsatz aufweisen. Zudem ist der Haltering 19 gezeigt. Die Figuren 3a, b, c zeigen jeweils das Getriebe 2 beziehungsweise einen Abschnitt davon mit einer Welle 21 , auf der zwei Losräder 22a, 22b aufgesetzt sind. Zwischen den Losrädern 22a, b ist die Aktorvorrichtung 1 angeordnet. Auf der Welle 21 sitzt ferner ein Synchronkörper 23, der mit der Welle 21 drehfest verbunden ist. Zwischen dem Synchronkörper 23 und den Losrädern 22a, b ist jeweils ein Synchronring oder Snychronringpaket 24a, b angeordnet. Der Schaltmuffeneinsatz 3 steht mit der Axialinnenverzahnung 4 in Eingriff mit einer Axialaußenverzahnung 25 des Synchronkörpers 23. Bei einer Betätigung der Aktorvorrichtung 1 wird der Schubeinsatz 10 und damit der Schaltmuffeneinsatz 3 in axialer Richtung zu dem Losrad 24a verschoben. Sobald der Schaltmuffeneinsatz 3 einen Kopplungsabschnitt 26a, b des ersten beziehungsweise zweiten Losrads 22a, b übergreift beziehungsweise eingreift, sind der Synchronkörper 23 und das jeweilige Losrad 22a, b miteinander formschlüssig drehfest gekoppelt.

In der Figur 3b ist das Getriebe 20 in einem Neutralzustand gezeigt, wobei der Schaltmuffeneinsatz 3 vollständig in dem Rotorraum des Rotors 7 angeordnet ist. In der Figur 3a ist ein erster Schaltzustand gezeigt, wobei der Schaltmuffeneinsatz 3 nach links ausgefahren ist und mit dem Losrad 22a drehfest verbunden ist. In der Figur 3c ist ein zweiter Schaltzustand gezeigt, wobei der Schaltmuffeneinsatz 3 nach rechts ausgefahren ist und mit dem zweiten Losrad 22b drehfest gekoppelt ist.

Bezuqszeichenliste

Aktorvorrichtung

Getriebe

Schaltmuffeneinsatz

Axialinnenverzahnung

Elektromotor

Stator

Rotor

Rotoreinrichtung

Innengewinde

Schubeinsatz

Außengewinde

Axiallageranordnung

a, b Axialwälzlager

Schulterabschnitt

Nutabschnitt

a, b Einzelstege

Anlageschulter

Nut

Haltering

Welle

a, b Losräder

Synchronkörper

a, b Synchronring / Synchronringpaket

Axialaußenverzahnung

a, b Kopplungsabschnitte

Hauptachse