用於機動車輛變速器的變速器執行器的製作方法

2023-04-24 17:59:48

本發明涉及一種用於機動車輛變速器的構成為單馬達變速器執行器的執行器。單馬達變速器執行器藉助於唯一的馬達，典型為電動機，能夠實現執行車輛的換擋變速器中的選擇過程和換擋過程。單馬達變速器執行器能夠在純內燃機驅動的車輛中以及在混合動力車輛中使用。原則上，也能夠考慮在電動車輛中使用，只要所述電動車輛具有換擋變速器。

背景技術：

例如在DE 10 2006 054 901 A1中公開了一種用於機動車輛變速器的構造成單馬達變速器執行器的執行器以及相關的運行方法。所述變速器執行器的藉助於控制設備控制的電動機經由齒輪級驅動絲槓。相對於絲槓可轉動運動的偏心輪裝置構成為用於，引起機動車輛變速器的換擋軸的軸向運動。所謂的軸向運動為選擇過程。與此不同地，在換擋過程中，換擋軸樞轉。換擋軸的樞轉經由齒條傳動機構進行，所述齒條傳動機構通過螺杆傳動機構驅動。

DE 10 2004 038 955 A1同樣公開了一種用於機動車輛變速器的操縱裝置，所述操縱裝置在換擋時確保選擇功能和換擋功能。操縱裝置構成為用於，交替地接合至少三個不同的目標擋位，而在此期間沒有切換到中間擋位中。

例如在DE 10 2013 207 871 A1中公開了另一種單馬達變速器執行器。在該情況下，存在具有滑槽軌道的選擇罐，以將旋轉運動轉換成平移運動，即選擇運動。旋轉運動從螺杆傳動機構分出。

相同的螺杆傳動機構如也在DE 10 2006 054 901 A1中那樣用於，首先將螺杆的旋轉運動轉換成螺杆螺母的平移運動，並且從所述平移運動經由齒條傳動機構再次生成旋轉運動，即換擋軸的樞轉運動，即換擋運動。

技術實現要素：

本發明基於下述目的，相對於現有技術，尤其在安裝和檢查可能性方面改進一種單馬達變速器執行器。

根據本發明，所述目的通過一種具有權利要求1的特徵的變速器執行器以及通過一種根據權利要求10所述的用於安裝變速器執行器的方法來實現。下面，結合安裝方法闡述的設計方案和優點相應地也適用於設備、即變速器執行器，並且反之亦然。

完成安裝的變速器執行器具有兩個剛性地彼此連接的殼體組件，所述變速器執行器構成為用於執行尤其機動車輛的換擋變速器中的換擋和選擇過程的單馬達變速器執行器。在第一殼體組件中存在變速器執行器的馬達、尤其電動機，以及控制馬達的電子單元。馬達例如為電子換向式電機。替代電動機，原則上其他的馬達、例如液壓馬達也能夠設作為變速器執行器的唯一的馬達。在任何情況下，通過第一殼體組件提供單馬達變速器執行器的驅動單元。

在第二殼體組件中在任何情況下都存在執行器單元，所述執行器單元包括在換擋過程中使用的螺杆傳動機構以及在選擇過程中使用的凸輪傳動機構。螺杆傳動機構在此用於，將旋轉運動、即螺杆的旋轉經由直線運動、即螺杆螺母的移動再次轉換成旋轉運動、即換擋軸的樞轉。由變速器執行器驅動的驅動軸為螺杆傳動機構的和凸輪傳動機構的輸入軸。同螺杆傳動機構一樣，凸輪傳動機構也將旋轉運動轉換成直線運動，其中在凸輪傳動機構的情況下，直線運動為換擋軸沿其縱向方向的移動。凸輪傳動機構優選藉助於選擇罐實現，所述選擇罐構造成，使得藉助電動機的軸的旋轉沿特定的轉動方向進行的沿不變方向的旋轉運動轉換成方向改變的直線運動。以生產有益的方式，選擇罐優選兩件式地構成，其中分隔部沿著凸輪傳動機構的彎道伸展。藉助於電動機和凸輪傳動機構之間切換的自由輪引起：在電動機的旋轉方向反轉時，從選擇運動轉換成換擋運動。

為了測定與凸輪傳動機構有效連接的元件，設有測量軸，所述測量軸與傳感器共同作用，所述傳感器形成電子單元的部件。測量軸同驅動軸一樣從第一殼體組件延伸至第二殼體組件，經由所述驅動軸操縱螺杆傳動機構和凸輪傳動機構。在優選的設計方案中不設有將兩個殼體部件彼此耦聯的其他運動的部件。

替代直接地或儘可能靠近相關元件檢測執行器單元的機械元件的運動和/或角度位置和電學地轉發檢測到的信號，根據本發明，經由優選多件式的、用作為機械補償元件的測量軸，首先純機械地轉發信號，以便首先在集成到第一殼體組件中的電子單元中藉助於傳感器進行從機械信號到電信號的轉變。測量軸的通過相關的傳感器探測的部段優選——關於其軸向位置——在機械限定的位置中、尤其距傳感器限定的、小的間距地可轉動地支承在第一殼體組件中，其中該支承能夠實施成滑動支承。

在測量軸多件式地構成的情況下，也稱作為傳感器軸的測量軸的集成到第一殼體組件中的那部分優選構造成夾緊架。測量軸的分配給執行器單元的第二部分以插接齒部的形式插接到夾緊架中，其中測量軸的這兩個部分沿環周方向無間隙地彼此耦聯。因此，精確的角度信號能夠傳遞至驅動單元。

變速器執行器的驅動單元為全功能的子系統，所述子系統投入運行並且能夠完全針對功能被測試，而不與第二殼體組件裝配在一起。在此，在驅動單元中，所有需要的部件，如馬達、電子裝置、傳感器裝置和軟體共同作用。例如，在測試驅動單元的過程中，存儲和檢查馬達特性曲線，所述馬達特性曲線示出扭矩和轉速之間的關係。同樣地，可能的是，對電子的輸入端和輸出端、傳感器和安全功能進行測試，並且在此情況下例如記錄轉角。這種測試還能夠在驅動單元的各個部件上不在完整的環周上執行，因為在測試期間一起檢查在驅動單元之內的部件的共同作用。

與可單獨檢查的驅動單元不同地，當將兩個殼體組件裝配在一起時，通常才測試執行器單元。對此的原因尤其是，執行器單元的機械部件支撐在第一殼體組件上，由此不能夠類似於驅動單元獨立地檢查集成到第二殼體組件中的執行器單元。兩個殼體組件的拆卸在無損壞的情況下是可能的，以便例如更換有故障的驅動單元。

優選地，驅動軸和測量軸彼此平行地設置，其中電子單元包括相對於兩個軸法向設置的電路板，所述電路板設置成，使得所述電路板與兩個軸的旋轉軸線相交。以與同測量軸共同作用的傳感器相似的方式，在優選的設計方案中，與驅動軸共同作用的傳感器也設置在電路板上。每個傳感器構成為用於，測定相關的軸、即驅動軸或測量軸的角度位置和/或轉動，其中在相應的軸上優選設置有永磁體、尤其硬鐵氧體磁體，以便將信息傳遞給相應的傳感器。測定驅動軸的旋轉的傳感器優選用作為增量傳感器並且用於電動機的換向，而與測量軸共同作用的、也稱作為選擇行程傳感器的傳感器優選提供關於相應的軸、即測量軸的角度位置的絕對值信息，由此在單馬達變速器執行器的常規的運行中，能夠放棄使用參考位置。在實驗室條件下的學習階段中，藉助於外部的傳感器能夠確定在選擇行程傳感器的示出的絕對位置和執行器單元的相關的實際定位之間的關係。藉助在單馬達變速器執行器運行時快速可用的絕對的角度信息，在單馬達變速器執行器的其他狀態下，能夠檢測，在哪個狀態下，電動機的轉動方向反轉。如果驅動軸旋轉並且同時測量軸不旋轉，這與執行器單元的凸輪傳動機構的靜止狀態具有相同意義，那麼通過組合地評估由兩個傳感器提供的信號，例如能夠明確地推斷出換擋運動。以旋轉的方式，能夠在變速器執行器中分別使用構造相同的傳感器以及相關的磁體。磁體例如通過粘接和/或通過以注塑的方式由塑料製成的固持裝置固定在相關的軸上。

兩個與驅動軸或與測量軸共同作用的傳感器所位於的電路板優選在馬達的背離第二殼體組件的一側上設置在第一殼體組件的端側上，並且與變速器執行器的用於承載的金屬部件平面地粘接。電路板在此位於與換擋軸所處於其中的平面平行的平面中。除了提到的傳感器之外，在電路板上尤其存在作為單馬達變速器執行器的集成的控制設備的部件，例如微控制器、輸出級、電容器、線圈和/或變壓器。可選地，存儲在單馬達變速器執行器運行時記錄的數據。數據和能量傳遞例如能夠經由原則上已知的構造類型的插接連接在電子單元上進行。

與電動機的馬達軸相同的或固定連接的驅動軸要麼直接地、要麼經由傳動裝置驅動螺杆傳動機構。在後一種情況下，傳動裝置優選具有齒圈，其中驅動軸的外齒部與齒圈的內齒部嚙合。螺杆傳動機構的要麼直接地、即通過電動機、要麼間接地經由齒圈驅動的、尤其固定地與齒圈連接的螺杆傳動機構的螺杆驅動螺杆螺母，螺杆螺母沿軸向方向的移動優選經由齒條傳動機構轉換成換擋軸的樞轉運動。分配給執行器單元的齒條傳動機構在一個可能的設計方案中包括兩個齒條，所述齒條能夠與兩個在換擋運動中操縱換擋軸的齒輪耦聯，使得在電動機的一個且相同的驅動方向以及螺杆螺母的移動方向的情況下，換擋軸選擇性地以所述一個方向或者以相反的方向樞轉。

在另一個可能的、功能相似的設計方案中，齒條傳動機構僅包括唯一的齒條，所述齒條與螺杆傳動機構的螺杆螺母是相同的或者能夠固定連接。通過齒條圍繞螺杆軸線的樞轉，選擇性地驅動對換擋杆樞轉的所述齒輪中的一個或另一齒輪。形成齒條傳動機構的部件的螺杆螺母在螺杆的第一軸向區域中沿環周方向支撐在其上進而在螺杆被驅動的情況下——如在螺杆傳動機構中常見地——可移動，而在此不旋轉，而在螺杆的第二軸向區域中，螺杆螺母抗扭地與螺杆耦聯，尤其螺杆傳動機構作為直線驅動裝置是不起作用的。

凸輪傳動機構在所謂的第二軸向區域中優選經由中間輪與螺杆傳動機構的螺杆螺母耦聯。測量軸在此優選相對於中間輪抗扭地設置並且多件式地構成，使得所述測量軸能夠實現在殼體組件之間的有限的軸向偏移。術語「軸向」涉及電動機的旋轉軸線。通過變速器執行器可選擇性地轉動地或直線地驅動的換擋軸優選與變速器執行器的馬達的旋轉軸線正交地設置。單馬達變速器執行器優選包括與換擋軸同軸設置的具有滑槽的換擋鼓。所述滑槽或執行器單元的接合到滑槽中的指部在有利的設計方案中分別僅具有單側的倒稜。因此，避免指部與通過已經結合凸輪傳動機構提到的自由輪預設的方向相反地移入到滑槽中，進而也避免變速器執行器之內的夾緊。在接合擋位之前，螺杆傳動機構的螺杆和螺杆螺母優選置於靜止，這關於隨後的換擋運動的精確性、即指部移入到滑槽中是有利的。為了防止不期望的換擋運動，優選在螺杆傳動機構的背離第一殼體組件的區域中設有鎖緊裝置，所述鎖緊裝置例如包括鎖緊套筒。

執行器單元所處於其中的第二殼體組件能夠合理地例如藉助造型方法固定在換擋變速器的變速器殼體上。與此不同地，兩個殼體組件優選地通過螺接彼此固定地連接。作為用於製造第一殼體組件的材料，尤其適合的是鋁或也基於鎂的輕金屬合金，其中位於第一殼體組件中的電動機的定子優選壓入到輕金屬構件中，替選地：擰入和/或藉助附加構件夾入到輕金屬構件中。與定子相同地，電動機的滾動軸承的、尤其球軸承的軸承環能夠壓入到輕金屬構件中，藉此尤其能夠實現短的公差鏈，所述軸承環是電動機的轉子的進而驅動軸的支承裝置。

變速器執行器的兩個殼體組件相互間的準確定向通過兩個殼體組件的連接側上的定心輪廓來實現。尤其通過不過多的5點定心，其中第一殼體組件的輪廓接合到第二殼體組件的輪廓中，確保精確的耦聯。第一殼體組件所連接的第二殼體組件的開口面在優選的、在安裝技術方面尤其有益的設計方案中是第二殼體組件的多個開口面中的最大的開口面。第二殼體組件的每個所述開口面在單馬達變速器執行器運行時要麼通過另一包含功能元件的組件——尤其第一殼體組件——要麼通過純的覆蓋元件封閉。在唯一的工作步驟中，在安裝時，不僅能夠建立殼體組件之間的幾何形狀限定的耦聯，而且也能夠建立兩個殼體組件之間的傳遞扭矩的連接以及測量技術上的、即測定角度位置的耦聯。

特別有利的是，第一殼體組件、即電動機以及相關的電子單元所處於其中的殼體組件是完整的並且能夠在其安裝到第二殼體組件上之前經受功能測試。在此，特定的同一構造的類型的第一殼體組件能夠設為用於，選擇性地與不同類型的第二殼體組件裝配到一起。因此，能夠實現殼體組件的可多側組合的結構組，所述結構組的特徵在於部件的、即殼體組件的簡單的可更換性以及標準化的檢查和安裝步驟。電子單元在全部情況下在殼體組件裝配到一起之前是可檢查的。單馬達變速器執行器例如作為外部變速器換擋裝置的一部分適合於用在雙離合變速器或其他自動的換擋變速器中。在雙離合變速器的情況下，它的可通過單馬達變速器執行器操縱的換擋軸優選在兩個子變速器之間提供，使得換擋軸的第一運動引起第一子變速器的擋位的接合，並且換擋軸的同樣可通過單馬達變速器執行器實施的運動引起第二子變速器的擋位的接合。

只要在其他的應用情況下、例如在制動執行器、離合器執行器或行駛機構執行器或靜止的機器中選擇性地執行相同的軸的樞轉運動或直線運動，對此同樣能夠使用單馬達變速器執行器。

附圖說明

隨後，根據附圖詳細闡述本發明的實施例。在此示出：

圖1和2分別示出變速器執行器的兩個殼體組件的立體圖，

圖3示出變速器執行器的剖面圖，

圖4示出變速器執行器的殼體組件的立體剖面圖，

圖5示出變速器執行器的密封件、即形狀密封件。

具體實施方式

整體上用附圖標記1表示的變速器執行器構成為單馬達變速器執行器並且設為用於執行機動車輛的沒有示出的變速器中的換擋運動和選擇運動。在單馬達變速器執行器1的原理功能方面，參考前面引用的現有技術。

適合於在具有混合驅動裝置的機動車輛中使用以及適合於在純內燃機驅動的車輛中使用的變速器執行器1由兩個殼體組件2、3組成，所述殼體組件在圖2中或在圖1中單獨地並且在圖3中以組裝的狀態示出。第一殼體組件2也稱作為驅動單元，第二殼體組件3也稱作為執行機構。馬達4、即電動機以及相關的電子單元5是驅動單元2的部件。僅基本地在圖1中示出換擋變速器的換擋軸6。換擋軸6可通過變速器執行器1沿直線方向L移動以及可沿環周方向U樞轉。換擋軸6的移動為選擇運動，樞轉為換擋運動。原則上，變速器執行器1構成為用於執行樞轉運動或換擋運動，其中也能夠提供兩個運動類型之間的過渡，即如下運動階段，在所述運動階段中，換擋軸6同時沿直線方向L移動和沿環周方向U樞轉。

為了執行換擋軸6的所描述的調節運動，在第二殼體組件2中集成有執行器單元7，所述執行器單元包括各種變速器部件，尤其螺杆傳動機構8以及凸輪傳動機構9。在換擋過程中使用螺杆傳動機構8，在選擇過程中也使用凸輪傳動機構9。

為了在殼體組件2、3之間的傳遞扭矩的以及測量技術上的耦聯，設有兩個軸10、11，即驅動軸10和測量軸11。與電動機4的軸相同並且通過兩個滾動軸承12、13支承的驅動軸10具有外齒部14，所述外齒部與齒圈16的內齒部15嚙合，所述齒圈為執行器單元7的一部分。因此，通過驅動軸10和齒圈16，在第一殼體組件2和第二殼體組件3之間形成傳動裝置17、即減速器。驅動軸10為螺杆傳動機構8的和凸輪傳動機構9的輸入軸，其中功率從輸入軸10經由中間接入的變速器元件導入到相應的變速器中，即導入到螺杆傳動機構8或凸輪傳動機構9中。驅動軸10以及齒圈16的尺寸確定成，使得——只要不超過特定的公差範圍——即使在殼體組件2、3之間存在軸向偏移的情況下也確保保持殼體組件2、3之間的傳遞扭矩的耦聯。術語「軸向偏移」在此涉及驅動軸10的旋轉軸線，即電動機4的軸線。齒圈16與螺杆傳動機構8的螺杆18固定地連接；相關的螺杆螺母藉助附圖標記19表示。螺杆18藉助於滾動軸承20支承在第二殼體組件3中，所述滾動軸承——關於螺杆18——軸向地設置在齒圈16和螺杆螺母19之間。兩個殼體組件2、3之間的彼此相向的輪廓構成為，使得滾動軸承20、即構成為球軸承的螺杆軸承通過第一殼體組件2沿軸向方向固定在第二殼體組件3中。因此，不需要單獨的固定元件，例如固定環或螺釘，用於將滾動軸承20固定在執行機構3中。

不同於驅動軸10，測量軸11多件式地、即由輔助軸21和呈夾緊架形式的磁體承載件22構成。輔助軸21與中間齒輪23固定地連接，所述中間齒輪設置在第二殼體組件3中並且形成在螺杆傳動機構8和凸輪傳動機構9之間的變速器部件。中間齒輪23在選擇運動時直接地或間接地使在圖3中僅基本示出的選擇罐24轉動，所述選擇罐是凸輪傳動機構9的一部分。因此，中間齒輪23是與凸輪傳動機構9有效連接的元件。

選擇罐24的樞轉軸線與換擋軸6的對稱軸線一致進而與驅動軸10以及螺杆18正交地定向。在選擇罐24和凸輪傳動機構9的另一沒有示出的部件之間構成用於滾動體的彎道，所述彎道用於，將選擇罐24的旋轉轉換成換擋軸6的直線運動。與此相反地，在螺杆傳動機構8之內不存在傳遞到換擋軸6的直線運動上的直線運動。更確切地說，在經由螺杆傳動機構8驅動中間齒輪23時，螺杆螺母19抗扭地與螺杆18耦聯，以便在此驅動中間齒輪23。螺杆傳動機構8因此在如下過程中不用作為用於在旋轉和直線運動之間進行轉換的傳動裝置，所述過程在選擇過程、即移動換擋軸6的過程中實施。

輔助軸21在其朝向第一殼體組件3的端部上具有外齒部25，所述外齒部與套筒形的磁體承載件22的內齒部26對應，藉此形成關於角度位無間隙的插接連接27，所述插接連接允許在殼體組件2、3之間的受限的軸向偏移。磁體承載件22在其朝向電子單元5的一側上承載磁體28，即硬鐵氧體磁體。類似地，驅動軸10在相應側上、即在背離第二殼體組件2的一側上承載磁體29，所述磁體同樣為硬鐵氧體磁體。磁體28、29與傳感器30、31共同作用，所述傳感器設置在電子單元5的電路板32上。與傳感器30、31的尺寸相比，磁體28、29具有大的直徑，例如大於10mm的直徑，尤其分別為15mm的直徑。

兩個設置在電路板32上的平面中的傳感器30、31與整個電路板32一樣設置在馬達4的背離第二殼體組件3的一側上。電子單元5所處於的第一殼體組2在端側、即在電子單元5的一側上通過蓋33封閉，其中為了其密封，設有粘合密封件34。在相對側上，在殼體組件2、3之間存在構成為形狀密封件的密封件35。

因此，變速器執行器1通過多個靜態密封件34、35密封，其中所述變速器執行器朝向換擋變速器是敞開的，這能夠通過換擋變速器的潤滑劑實現簡單地潤滑變速器執行器1。密封件35作為形狀密封件具有非圓形的、即大部分近似矩形的、倒圓的橫截面並且位於密封面上，所述密封面位於連接側36、37上。根據連接側36、37的構造，密封件35具有基本上橢圓形的形狀，所述橢圓形的形狀具有平滑的外部輪廓。密封件35的外部輪廓由兩個彼此平行的縱向側42、43形成，所述縱向側分別通過半圓形的弧形部44、45彼此連接，藉此密封件35的橢圓形的基本形狀是閉合的。

藉助於密封件35密封變速器執行器1的內部空間，所述內部空間部分地位於第一殼體組件2之內並且部分地位於第二殼體組件3之內。因此，不需要每個殼體組件2、3的單獨的密封。變速器執行器1的內部空間過渡到換擋變速器的內部空間中並且通過藉助於變速器執行器1操縱的換擋變速器的變速器油來潤滑。在電子單元5中和在馬達4中在變速器執行器1運行時出現的熱量尤其能夠經由在連接側36、37之間的平面的接觸穿過第二殼體組件3流出到藉助於變速器執行器1操縱的換擋變速器的殼體中。變速器執行器1的產生大量熱量的所有部件要麼直接地、要麼間接地尤其經由導熱粘合劑平面地貼靠在良好導熱的金屬件上。第一殼體組件2作為整體朝外密封第二殼體組件3。

在彼此相向的連接側36、37上，殼體組件2、3具有閉合的定心輪廓38、39，所述定心輪廓在組裝殼體組件2、3時彼此接合併且支持變速器執行器1的簡單的、正確的組裝。密封件35在兩個縱向側42、43的內側上具有指向內的突起46、47，所述突起匹配於在定心輪廓38、39的中間區域中的狹窄部的形狀並且也簡化密封件35的安裝。

在安裝變速器執行器1時，在唯一的工作步驟中將第一殼體組件2相對於第二殼體組件3幾何形狀正確地定位，其中通過軸10、11同時建立在驅動單元2和執行機構3之間的傳遞扭矩的或傳遞角度信息的連接。在圖1和2中此外分別可見四個螺接部位40、41，所述螺接部位能夠實現第二殼體組件3擰緊在第一殼體組件2上。螺接部位40、41在矩形的圖案中設置在定心輪廓38、39之外並且能夠以簡單的方式實現到密封件35上的均勻的擠壓壓力。

可行的是，如果第二殼體組件3已經固定地與換擋變速器連接，那麼第一殼體組件2在安裝變速器執行器1時才安置到第二殼體組件3上並且與其擰緊。之前驅動單元2經受功能測試，其中所述驅動單元藉助於螺接部位40擰緊到檢查設備上。以原理相似的方式，執行機構3也能夠經受單獨的功能測試，只要在此使用的檢查設備具有對應於第一殼體組件2的連接輪廓。對第二殼體組件3替選地，驅動單元2也能夠與另一執行機構連接，只要所述另一執行機構具有與第二殼體組件3相同的定心輪廓39和螺接部位41。變速器執行器1的由殼體組件2、3構成的模塊化的構造除了簡單的安裝和對兩個殼體組件2、3的單獨的功能檢查之外也能夠在相應的殼體組件2、3有故障的情況下實現殼體組件2、3之一的、尤其驅動單元2的簡單更換。

附圖標記列表：

1 變速器執行器

2 第一殼體組件，驅動單元

3 第二殼體組件，執行機構

4 馬達，電動機

5 電子單元

6 換擋軸

7 執行器單元

8 螺杆傳動機構

9 凸輪傳動機構

10 驅動軸

11 測量軸

12 滾動軸承

13 滾動軸承

14 外齒部

15 內齒部

16 齒圈

17 減速器

18 螺杆

19 螺杆螺母

20 滾動軸承

21 輔助軸

22 磁體承載件，夾緊架

23 中間齒輪

24 選擇罐

25 外齒部

26 內齒部

27 插接連接裝置

28 磁體

29 磁體

30 傳感器

31 傳感器

32 電路板

33 蓋

34 粘合密封件

35 密封件

36 連接側

37 連接側

38 定心輪廓

39 定心輪廓

40 螺接部位

41 螺接部位

42 縱向側

43 縱向側

44 弧形部

45 弧形部

46 突起

47 突起

L 直線方向

U 環周方向