Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aktuatoreinrichtung zum Betätigen einer ersten Funktionseinheit und einer zweiten Funktionseinheit.

Derartige Aktuatoren können in einer Vielzahl von Bereichen, insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik zur Anwendung gelangen, beispielsweise bei Hybridfahrzeugen, deren Antriebsstrang einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor umfassen. Ab einer bestimmten Geschwindigkeit kann es vorteilhaft sein, den Antriebsstrang so zu konfigurieren, dass lediglich der Verbrennungsmotor das Kraftfahrzeug antreibt. Die Antriebsdrehbewegung des Verbrennungsmotors wird in dieser Konfiguration des Antriebsstrangs über ein Schaltgetriebe mit beispielsweise zwei Gangstufen auf ein Differentialgetriebe einer angetriebenen Achse übertragen, um die Drehzahl des Verbrennungsmotors in einem effizienten Bereich zu halten. Dem Schaltgetriebe kann eine Kupplung, insbesondere eine Trockenkupplung zugeordnet sein, um den Verbrennungsmotor selektiv mit dem

Schaltgetriebe zu verbinden. In vielen Fällen ist das Schaltgetriebe automatisiert, so dass ein Koppeln des Verbrennungsmotors mit dem Antriebsstrang und / oder ein Gangstufenwechsel bequem und einfach zu bewerkstelligen sind.

Eine besondere Bedeutung für einen zuverlässigen Betrieb des Hybridantriebs der vorstehend beschriebenen Art kommt einer Aktuatoreinrichtung zu, mit der die vorstehend beschriebene Kupplung aktuierbar ist. Außer- dem wird ein Aktuator benötigt, der einen Gangstufenwechsel bewirken kann. Die beiden Aktuatoren müssen zudem gut aufeinander abgestimmt sein, um einen automatisierten Betrieb zu ermöglichen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aktuatoreinrichtung zu schaffen, mit der eine erste Funktionseinheit und eine zweite Funktionseinheit zuverlässig betätigt werden können. Die Aktuatoreinrichtung soll außerdem einfach aufgebaut, robust und kostengünstig herstellbar sein. Die vorstehend dargestellte Aufgabe wird durch eine Aktuatoreinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß weist die Aktuatoreinrichtung einen Aktuatormotor zur Erzeugung einer Antriebsdrehbewegung, eine der ersten Funktionseinheit zugeordnete erste Schalteinrichtung, eine der zweiten Funktionseinheit zugeordnete zweite Schalteinrichtung und eine den Aktuatormotor und die Schalteinrichtung antriebswirksam koppelnde Schaltwalze auf. Die erste Schalteinrichtung ist mittels einer ersten Zwangssteuerung mit der

Schaltwalze gekoppelt und die zweite Schalteinrichtung ist mittels einer zweiten Zwangssteuerung mit der Schaltwalze gekoppelt. Durch die

Zwangssteuerungen ist eine durch die Antriebsdrehbewegung erzeugbare Drehbewegung der Schaltwalze in eine Translationsbewegung der ersten Schalteinrichtung und / oder in eine Translationsbewegung der zweiten Schalteinrichtung umsetzbar.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Aktuatoreinrichtung ist konstruktiv einfach und gleichzeitig zuverlässig, da die Umwandlung einer Eingangsdrehbewegung über die Schaltwalze durch die erste und die zweite

Zwangssteuerung in Translationsbewegungen der Schalteinrichtungen umgesetzt wird, die letztlich zur Aktuierung der Funktionseinheiten ge- nutzt werden können. Die jeweilige Ausgestaltung der beiden Zwangssteuerungen legt fest, in welcher Form die Drehbewegung der Schaltwalze in die jeweilige Translationsbewegung umgewandelt wird. Es ist möglich, dass die Zwangssteuerungen voneinander unabhängig unterschiedliche Translationsbewegungen erzeugen. Die Translationsbewegungen können beispielsweise durch unterschiedliche Amplituden, Geschwindigkeiten, Bewegungsdauern und/oder Beschleunigungen charakterisiert sein.

Gemäß einer besonders kompakten Ausführungsform sind die Schaltwal- ze, die erste Schalteinrichtung und/ oder die zweite Schalteinrichtung koaxial angeordnet. Die Schaltwalze kann in radialer Richtung zwischen der ersten Schalteinrichtung und der zweiten Schalteinrichtung angeordnet sein. Eine in axialer Richtung kompakte Bauweise ergibt sich, wenn sich die erste Schalteinrichtung und die zweite Schalteinrichtung in axia- 1er Richtung zumindest teilweise überlappen.

Eine der Schalteinrichtungen kann zumindest abschnittsweise als Schiebemuffe ausgebildet sein, die die Schaltwalze zumindest abschnittsweise umgibt. Alternativ oder zusätzlich kann eine der Schalteinrichtungen ei- nen Kolbenabschnitt aufweisen, der zumindest teilweise in einem hohlwellenartig ausgebildeten Abschnitt der Schaltwalze angeordnet ist.

Die erste Zwangssteuerung und die zweite Zwangssteuerung können derart ausgestaltet sein, dass entweder eine Translationsbewegung der ersten Schalteinrichtung oder eine Translationsbewegung der zweiten Schalteinrichtung erzeugbar ist. Beispielsweise wird durch die Ausgestaltung der Zwangssteuerungen zunächst die erste Funktionseinheit durch eine Translationsbewegung der ersten Schalteinrichtung betätigt. Erst nach Abschluss der Betätigung der ersten Funktionseinheit wird eine Betäti- gung der zweiten Funktionseinheit durch eine Translationsbewegung der zweiten Schalteinrichtung bewirkt. In bestimmten Anwendungsfällen kann es allerdings auch wünschenswert sein, dass die Zwangssteuerungen Translationsbewegungen der Schalteinrichtungen erzeugen, die sich zeitlich teilweise oder vollständig überlappen.

Gemäß einer konstruktiven einfachen und zuverlässigen Ausgestaltung der ersten und/oder der zweiten Zwangssteuerung weisen diese jeweils zumindest eine Steuernut und einen in die Steuernut eingreifenden Stift auf. Die Steuernut ist beispielsweise an der Schaltwalze angeordnet, wäh- rend der Stift an der Schalteinrichtung angeordnet ist, oder umgekehrt.

Die Steuernut kann in Umfangsrichtung der Schaltwalze oder der Schalteinrichtung - je nachdem, welcher der genannten Komponenten sie zugeordnet ist - abschnittsweise einen Rastgang aufweisen, dessen Durchfah- ren durch den Stift bei einer Drehbewegung der Schaltwalze eine Ruhelage der entsprechenden Schalteinrichtung in Bezug auf die Schaltwalze definiert. Während der Stift den Rastgang bei einer relativen Verdrehung der Schaltwalze und der Schalteinrichtung durchfährt, wird daher keine Translationsbewegung der entsprechenden Schalteinrichtung erzeugt.

In bestimmten Situationen ist ein für die Aktuatoreinrichtung vorgesehener Bauraum sehr beengt. In solchen Fällen kann es vorteilhaft sein, wenn die Drehachse des Antriebsmotors und die Drehachse der Schaltwalze senkrecht zueinander angeordnet sind. Beispielsweise ist die

Schaltwalze über ein Schneckengetriebe mit einer Antriebswelle des Aktu- atormotors gekoppelt.

Die erste Funktionseinheit kann eine Gangwechseleinrichtung, insbesondere eine Schaltgabel zum Bewirken eines Gangstufenwechsels eines Ge- triebes mit zumindest zwei Getriebegangstufen sein. Die zweite Funkti- onseinheit kann eine Kupplung sein. Die Aktuatoreinrichtung ermöglicht sowohl eine Aktuierung der Kupplung als auch einen Gangstufenwechsel. Die Zwangssteuerungen sind in diesem Fall so aufeinander abgestimmt, dass die zweite Schalteinrichtung für ein Öffnen der Kupplung sorgt, be- vor die erste Schalteinrichtung einen Gangstufenwechsel einleitet. Nach vollzogenem Gangstufenwechsel wird die Kupplung durch die zweite Schalteinrichtung wieder geschlossen. Es versteht sich, dass sich die Translationsbewegungen der ersten Schalteinrichtung und der zweiten Schalteinrichtung zeitlich überlappen können, sofern sichergestellt ist, dass die Kupplung bereits so weit geöffnet ist, dass ein problemloser

Gangstufenwechsel möglich ist bzw. dass ein Gangstufenwechsel bereits abgeschlossen ist, wenn die Kupplung beginnt, in Eingriff zu gelangen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang eines Kraft - fahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs umfassend eine Verbrennungskraftmaschine, ein Getriebe mit zumindest zwei Getriebegangstufen und eine Kupplung zur Trennung der antriebswirksamen Verbindung zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe, wobei eine Aktuatoreinrichtung gemäß zumindest einer der vorstehend beschriebe- nen Ausführungsformen vorgesehen ist, mit der sowohl eine Aktuierung der Kupplung als auch ein Wechsel zwischen den Getriebegangstufen des Getriebes bewirkbar ist.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind der Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen zu entnehmen.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Teil eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs,

Fig. 2 schematisch Gangstufenwechsel eines Getriebes des

Antriebsstrangs sowie einen zeitlichen Verlauf des Zustande einer dem Getriebe zugeordneten Kupplung und

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aktuatoreinrichtung.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Antriebsstrangs 10 eines Hybridfahrzeugs. Der Antriebsstrang 10 umfasst eine angetriebene Achse 12 mit Rädern 14a, 14b, die durch ein Differentialgetriebe 16 miteinander gekoppelt sind. Die angetriebene Achse 12 kann durch einen Elektromotor 18 angetrieben werden. Die hierfür erforderliche elektrische Energie wird einer nicht gezeigten Batterie entnommen.

Zum Aufladen der Batterie ist ein Generator 20 vorgesehen, der bei Bedarf zur Erzeugung elektrischer Energie von einem Verbrennungsmotor 22 angetrieben wird. Zur Dämpfung von Drehschwingungen des Verbrennungsmotors 22 ist ein Zweimassenschwungrad 24 vorgesehen. Außerdem kann der Verbrennungsmotor 22 durch eine Kupplung 26 von den restlichen Komponenten des Antriebsstrangs 10 getrennt werden.

Bei höheren Geschwindigkeiten des Hybridfahrzeugs, beispielsweise bei Geschwindigkeiten über 70 km/h, kann es vorteilhaft sein, anstelle eines Antriebs durch den Elektromotor 18 einen Antrieb der angetriebenen Achse 12 durch den Verbrennungsmotor 22 vorzusehen. Dadurch wird der Gesamtwirkungsgrad des Antriebsstrangs 10 erhöht, da bei höheren Ge- schwindigkeiten und den damit zusammenhängenden Drehmomentanforderungen ein effizienter Betrieb des Verbrennungsmotors 22 möglich ist. Ein in derartigen Situationen den Wirkungsgrad verringernder "Umweg" - nämlich eine Umwandlung des Antriebsdrehmoments des Verbrennungs- motors 22 in elektrische Energie gefolgt von einer Umwandlung der elektrischen Energie in ein Antriebsdrehmoment durch den Elektromotor 18 - wird dadurch vermieden.

Zum effizienten Betrieb des Verbrennungsmotors 22 kann dieser über ein Getriebe 28 mit zwei oder mehr Gangstufen mit dem Differentialgetriebe 16 der angetriebenen Achse 12 antriebswirksam gekoppelt werden. Je nach Leistungsanforderung wird die geeignete Getriebegangstufe gewählt, um den Verbrennungsmotor 22 stets möglichst effizient betreiben zu können.

Ein zuverlässiger Betrieb des Antriebsstrangs 10 setzt voraus, dass ein Gangstufenwechsel in dem Getriebe 28 zuverlässig durchgeführt werden kann. Da der Gangstufenwechsel automatisiert erfolgen soll, ist ein geeigneter Aktuator erforderlich, der sowohl die Kupplung 26 als auch eine Gangwechseleinrichtung des Getriebes 28 betätigt. Der genannte Aktuator soll jedoch nicht nur zuverlässig sein, sondern er muss auch kompakt und kostengünstig herstellbar sein.

Fig. 2 zeigt im oberen Bereich den zeitlichen Verlauf eines Zustande 30 der Kupplung 26. Im unteren Bereich der Fig. 2 ist zu sehen, dass die

Gangstufenwechsel zwischen einer ersten Gangstufe G 1 und einem neutralen Zustand N bzw. dem neutralen Zustand N und einer zweiten Gangstufe G2 jeweils dann erfolgen, wenn sich die Kupplung 26 in einem geöffneten Zustand O befindet. Während einer Zustandsänderung der Kupp- lung 26 von einem geschlossenen Zustand C in den offenen Zustand O - oder umgekehrt - erfolgt kein Gangstufenwechsel. Mit anderen Worten finden ein Öffnen und ein Schließen der Kupplung 26 und die Aktuierung einer Gangwechseleinrichtung nicht gleichzeitig statt. Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform 32 eines Aktuators, mit dem sowohl die Kupplung 26 als auch die bereits genannte Gangwechseleinrichtung betätigt werden können. Der Aktuator 32 umfasst einen Motor 34, dessen Drehachse R senkrecht zur Bildebene angeordnet ist. Über ein Schneckengetriebe 36 wird eine Antriebsdrehbewegung des Motors 34 auf eine Schaltwalze 38 übertragen, deren Drehachse R' senkrecht zur Drehachse R angeordnet ist. Die Schaltwalze 38 ist durch Lager 40, 40' in einem Gehäuse drehbar und axialfest gelagert.

Die Schaltwalze 38 ist mit einer Schaltgabel 42 gekoppelt. Durch die Schaltgabel 42 kann zwischen zwei Gangstufen Gl, G2 des Getriebes 28 gewählt werden. Das Getriebe 28 kann auch in den neutralen Zustand N versetzt werden, in dem keine Drehmomentübertrag von dem Verbrennungsmotor 22 auf das Differentialgetriebe 16 erfolgt. Die Kopplung zwischen der Schaltwalze 38 und der Schaltgabel 42 erfolgt mittels einer Zwangssteuerung 44, die einen an einem als Schiebemuffe 46 ausgebildeten Abschnitt der Schaltgabel 42 angeordneten Stift 48 umfasst. Der Stift 48 greift wiederum in eine komplementär ausgebildete Steuernut 50 ein, die an einem Außenumfang der Schaltwalze 38 ausge- bildet ist. Da ein Verlauf der Steuernut 50 in Umfangsrichtung zumindest abschnittsweise variiert, führt eine Drehung der Schaltwalze 38 zu einer Translationsbewegung der Schiebehülse 46 und damit letztlich der

Schaltgabel 42, wodurch eine der Gangstufen Gl, G2 oder eine neutrale Stellung N des Getriebes 28 gewählt werden kann. Eine Drehung der Schaltwalze 38 führt jedoch nicht nur zu einer Translationsbewegung der Schaltgabel 42. Über eine Zwangssteuerung 44' wird nämlich ein Betätigungskolben 52 in axialer Richtung - d.h. entlang der Drehachse R' - bewegt. Der Betätigungskolben 52 ist in einem als Hohl- welle ausgebildeten Abschnitt 54 der Schaltwalze 38 angeordnet. Die

Zwangssteuerung 44' weist einen an der Schaltwalze 38 angeordneten und in das Innere des Hohlwellenabschnitts 54 weisenden Stift 48' auf, der in eine an dem Außenumfang des Betätigungskolbens 52 angeordnete Steuernut 50' eingreift. Durch den Verlauf der Steuernut 50' wird - analog wie bei der Zwangssteuerung 44 - eine Translationsbewegungscharakteristik des Betätigungskolbens 52 als Funktion einer Drehbewegung der Schaltwalze 38 festgelegt. Eine Translation des Betätigungskolbens 52 führt über einen Betätigungshebel 56 zu einer Aktuierung der Kupplung 26. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass lediglich ein Motor 34 erforderlich ist, um auf zuverlässige Art und Weise eine Betätigung sowohl der Kupplung 26 als auch einen automatisierten Gangstufenwechsel zu bewirken. Dies wird durch die Schaltwalze 38 ermöglicht, die mittels der Zwangssteuerungen 44, 44' mit der Schaltgabel 42 bzw. mit dem Betäti- gungskolben 52 zusammenwirkt und diese zu einer jeweiligen Translationsbewegung anregt. Eine geeignete Ausgestaltung der Steuernuten 50, 50' der Zwangssteuerungen 44, 44' ermöglicht eine zuverlässige Charakterisierung der Translationsbewegungen der Schaltgabel 42 bzw. des Betätigungskolbens 52 in Abhängigkeit von einer Drehwinkeländerung der Schaltwalze 38. Mit anderen Worten ist in jeder Drehstellung der Schaltwalze 38 festgelegt, in welcher Position sich die Schaltgabel 42 bzw. der Betätigungskolben 52 befinden.

Der Aktuator 32 weist eine kompakte Bauweise auf. Das radiale "Ineinan- derschachteln" der Schiebehülse 46, der Schaltwalze 38 und des Betäti- gungskolbens 52 ermöglicht eine insbesondere in axialer Richtung kurze Bauform, die überdies sehr robust ist. Reibungsarme Relativbewegungen zwischen den genannten Komponenten 46, 38, 52 werden durch Gleitlagerbuchsen 58 sichergestellt.

Zwar wurde der Aktuator 32 beispielhaft in Zusammenhang mit einem Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs beschrieben, es versteht sich jedoch, dass der Aktuator 32 auch in anderen Gebieten zum Einsatz gelangen kann, in denen zwei Funktionseinheiten zuverlässig betätigt werden müssen.

Bezugszeichenliste

10 Antriebsstrang

12 angetriebene Achse

14a, 14b Rad

16 Differentialgetriebe

18 Elektromotor

20 Generator

22 Verbrennungsmotor

24 Zweimassenschwungrad

26 Kupplung

28 Getriebe

30 zeitlicher Verlauf eines Zustands der Kupplung 26

32 Aktuator

34 Motor

36 Schneckengetriebe

38 Schaltwalze

40, 40' Lager

42 Schaltgabel

44, 44' Zwangssteuerung

46 Schiebemuffe

48, 48' Stift

50, 50' Steuernut

52 Betätigungskolben

54 Hohlwellenabschnitt

56 Betätigungshebel

58 Gleitlagerbuchse

O offener Zustand

C geschlossener Zustand

N neutraler Zustand

R, R' Drehachse

Gl, G2 Gangstufe