机动车变速器，特别是多级变速器的制作方法

本发明涉及一种具有至少一个切换单元的机动车变速器。

背景技术：

由de102008055626a1已知一种具有至少一个切换单元的机动车变速器，特别是多级变速器，该切换单元具有两个能相对彼此扭转的且能以不可相对转动的方式相连的耦合元件。

技术实现要素：

本发明的目的尤其是在于，提供一种特别是在其损耗功率方面有所改进的机动车变速器。所述目的通过按照权利要求1的根据本发明的设计方案来实现。本发明的改良方案参阅从属权利要求。

本发明的出发点是一种机动车变速器，特别是多级变速器，所述机动车变速器具有：至少一个切换单元，其具有两个(一方面)能相对彼此扭转的、(另一方面)能以不可相对转动的方式相连的耦合元件，以及操纵致动器；和控制和/或调整单元，其设置为对所述至少一个操纵致动器进行控制。

本发明提出，所述机动车变速器具有至少一个感应式连接单元，所述至少一个感应式连接单元将所述控制和/或调整单元与所述操纵致动器彼此连接，且至少设置为给所述操纵致动器供给电能量。这样就能穿过各变速器构件为切换单元供给电能量，而不必在这些变速器构件上设置传送点。特别是能够穿过可以转动的变速器构件来简单地为操纵致动器供给能量，从而特别是与液压式操纵致动器相比可实现改进的能量传输。可取消要求耐压密封的传送点。特别是在切换单元采用内置式布置方案的情况下，即必须通过至少一个以可以转动的方式支承的变速器构件来供给能量的情况下，通过不设置传送点就能降低损耗功率。能够提供一种多级变速器，其损耗功率与手动档变速器的损耗功率相当。此外，由于不设置传送点，还能简化工作介质系统。这样就能提供一种特别是在其损耗功率方面有所改进的机动车变速器。“控制和/或调整单元”尤指具有至少一个控制器的单元。“控制器”尤指具有处理器单元和存储单元以及存储在该存储单元中的运行程序的单元。所述控制和/或调整单元原则上可以具有多个相连的控制器，这些控制器优选设置为，通过总线系统、特别是can总线系统来相互通信。“设置”尤指专门编程、设计和/或配置。

本发明进一步提出，所述感应式连接单元设置为传输用于控制和/或监测所述操纵致动器的控制信号。本发明特别是提出，所述感应式连接单元设置为双向传输用于控制和/或监测所述操纵致动器的控制信号。本发明能够通过连接单元来同时传输各控制信号，这样就可易于对操纵致动器进行控制。尤其是仅需将所述控制和/或调整单元设置为，提供用于对操纵致动器进行能量供给的功率。可以由操纵致动器的电子单元来调节操纵致动器所消耗的功率。在调节消耗的功率时，该连接单元所具有的传输损耗可以忽略不计。“传输控制信号”尤指通过调制连接单元内的电场来传输信号。

在一种设计方案中，所述感应式连接单元包括与所述控制和/或调整单元连接的位于壳体侧的初级线圈和与所述操纵致动器连接的位于离合器侧的次级线圈。这样就能实现连接单元的特别紧凑的结构。尤其是借助初级线圈和次级线圈就能简单地传输控制信号并且同时传输电功率。

本发明进一步提出，所述机动车变速器具有至少一个布置在所述初级线圈与所述次级线圈之间的变速器轴，所述变速器轴至少部分地由磁导率低的材料构成。这样就能将传输损耗保持在较低水平。作为替代或补充方案，在所述初级线圈与所述次级线圈之间也可以布置有另外的变速器构件，如变速器壳体的一部分，这些变速器构件优选同样具有低的磁导率。低的磁导率尤指以下情形：用来构成所述至少一个变速器构件的材料的相对磁导率小于300，优选小于200，特别优选小于100。优选地，所述变速器轴和/或所述变速器构件由非金属材料——如塑料或陶瓷——构成，这样也能实现相对磁导率小于1的磁导率。

在一种特别有利的设计方案中，所述操纵致动器采用机械自锁实施方案。这样就能将连接单元设置为仅用于传输调节切换单元所需的功率。无需将连接单元设置为用于传输将切换单元保持在断开位置或接合位置所需的功率。此外还能实现：在断开位置和接合位置中，操纵致动器的能量消耗为零或者至少近似零，从而进一步降低机动车变速器的损耗功率。“机械自锁”尤指以下情形：操纵致动器具有至少一个机械装置、如传动装置，其用来在能量输入中断的情况下使得操纵致动器保持其当前设定。特别是，这种机械自锁不是指仅在预设设定(如断开位置或接合位置)中可实现无能量固定的卡锁。本文中的“切换位置”尤指操纵致动器在切换单元的任一切换状态下的位置。

附图说明

其他优点参阅下文中的附图描述。附图示出本发明的两个实施例。附图、附图描述和权利要求书包含大量组合特征。本领域技术人员视需要可以将这些特征予以单独考察以及归纳为合理的其他组合。图中：

图1为机动车变速器的变速器图，

图2为该机动车变速器的具有切换单元的一个局部的示意性视图，

图3为该切换单元的操纵致动器，

图4为该操纵致动器的扩张机构的视图，以及

图5为具有替代构建方案的扩张机构的操纵致动器。

具体实施方式

图1为一种已知机动车变速器的变速器图。这种机动车变速器构建为多级变速器。所示机动车变速器包括变速器壳体10a和四个行星齿轮级p1a、p2a、p3a、p4a，以及六个布置在变速器壳体10a内的切换单元s1a、s2a、s3a、s4a、s5a、s6a。该机动车变速器还包括多个变速器轴11a、12a、13a、14a、15a、16a。行星齿轮级p1a、p2a、p3a、p4a中的每个均包括一个太阳齿轮、一个齿圈和一个行星齿轮架以及若干行星齿轮。切换单元s1a、s2a、s3a、s4a、s5a、s6a分别包括两个耦合元件s11a、s12a、s21a、s22a、s31a、s32a、s41a、s42a、s51a、s52a、s61a、s62a。实施为离合器的切换单元s1a、s2a、s6a的耦合元件s11a、s12a、s21a、s22、s61a、s62均以可以转动的方式支承。构建为制动器的切换单元s3a、s4a、s5a的一耦合元件s31a、s41a、s51a以可以转动地支承的方式布置，而这些切换单元s3a、s4a、s5a的另一耦合元件s32a、s42a、s52a则与壳体固定地布置。这些耦合元件s11a、s12a、s21a、s22a、s31a、s41a、s51a、s61a、s62a部分地直接与这些太阳齿轮、齿圈和/或行星齿轮架中的至少一个连接。变速器轴11a、12a、13a、14a、15a、16a在耦合元件、太阳齿轮、齿圈和/或行星齿轮架彼此间隔布置的情况下将它们彼此连接。

该机动车变速器还包括多个被设置用来操纵切换单元s1a、s2a、s3a、s4a、s5a、s6a的操纵致动器。切换单元s1a、s2a、s3a、s4a、s5a、s6a中的每个分别包括这些操纵致动器中的一个被设置用来将相应切换单元s1a、s2a、s3a、s4a、s5a、s6a接合和/或断开的操纵致动器。这些操纵致动器可以采用不同的构建方案。这些操纵致动器原则上可以采用机电、液压和/或气动构建方案。在本实施例中，至少切换单元s3a、s6a的操纵致动器采用机电实施方案。下文仅对切换单元s3a的操纵致动器17a进行描述。切换单元s6a的未详细绘示的操纵致动器可采用类似构建方案。

为控制这些操纵致动器，该机动车变速器包括控制和调整单元18a。该控制和调整单元18a以与操纵致动器相应的方式构建。在这些操纵致动器中的至少一部分采用液压构建方案的情况下，控制和调整单元18a包括至少一个用于控制这些操纵致动器的液压组件。在这些操纵致动器中的至少一部分采用机电构建方案的情况下(例如在本实施例中)，控制和调整单元18a则设置用于控制这些操纵致动器。控制和调整单元18a还被设置用于为这些操纵致动器供给能量，其中，能量供给视操纵致动器的设计方案而定地构建为压力油供给或电能量供给。

这两个实施为离合器的切换单元s3a、s6a采用内置式布置方案。为这两个切换单元s3a、s6a设置的结构空间在轴向和径向上受到行星齿轮级p1a、p2a、p3a、p4a和/或变速器轴11a、12a、13a、14a、15a、16a的一部分的限制。为切换单元s3a、s6a设置的结构空间特别是并非仅被变速器壳体10a限制。在所示变速器图中，为切换单元s3a设置的结构空间被第一行星齿轮级p1a、变速器轴15a和变速器轴14a限制。第二内置式切换单元s6a的安装情形类似(参见图1)。

内置式切换单元s3a、s6a均包括机电式操纵致动器。这两个操纵致动器以类似方式连接至控制和调整单元18a。有鉴于此，下文主要对控制和调整单元18a与第一内置式切换单元s3a的操纵致动器17a间的连接进行说明。控制和调整单元18a与第二内置式切换单元s6a的未详细绘示的操纵致动器间的连接可以采用类似的构建方案。

为将控制和调整单元18a与操纵致动器17a彼此连接，该机动车变速器包括感应式连接单元19a(参见图2)。控制和调整单元18a形成一个能量供给装置，其被设置用于为切换单元s3a的操纵致动器17a供给电能量。感应式连接单元19a被设置用于传输该电能量。连接单元19a所能传输的最大电功率相当于操纵致动器17a最大所需的功率。操纵致动器17a在此仅通过感应式连接单元19a与控制和调整单元18a连接。不需要增设任何用来将功率传输给操纵致动器17a的附加连接。操纵致动器17a在运行中的功率消耗为最大50瓦。感应式连接单元19a被设置用于传输可达100瓦的功率。

感应式连接单元19a还设置为传输用于控制操纵致动器17a的控制信号。操纵致动器17a包括电子单元20a，其通过连接单元19a而连接至控制和调整单元18a。电子单元20a设置为，对控制和调整单元18a所提供的控制信号进行分析处理并转换为相应的切换操作。

连接单元19a设置为实施双向信号传输。操纵致动器17a的电子单元20a设置为，提供由连接单元19a传输给控制和调整单元18a的状态信号。操纵致动器17a包括连接至电子单元20a的传感器单元21a，其设置为，检测工作期间和/或切换操作期间的不同参数。传感器单元21a例如可以设置为，特别是在切换单元s3a(例如在本实施例中)设置为将耦合元件s31a、s32a摩擦配合地彼此连接的情况下，检测切换单元s3a的温度。此外，传感器单元21a例如可以设置为，检测耦合元件s31a、s32a的当前的切换位置和/或转速。

感应式连接单元19a包括与控制和/或调整单元18a连接的位于壳体侧的初级线圈22a，和与操纵致动器17a的电子单元20a连接的位于离合器侧的次级线圈23a。初级线圈22a与壳体固定地布置。次级线圈23a相对电子单元20a位置固定地布置。电子单元20a和次级线圈23a优选与耦合元件s31a、s32a中的一个固定连接，或者相对耦合元件s31a、s32a中的一个至少位置固定地布置。

切换单元s3a在本实施例中构建为多片式离合器。该切换单元包括片组，该片组具有分别交替布置的设置为摩擦配合地彼此连接的离合器片24a、25a。切换单元s3a包括至少部分地构成第一耦合元件s31a的内片架26a，和至少部分地构成第二耦合元件s32a的外片架27a。第一耦合元件s31a永久性以不能相对转动的方式与第二行星齿轮级p2a的齿圈和变速器轴15a连接。第二耦合元件s32a永久性以不能相对转动的方式与第一行星齿轮级p1a的行星齿轮架连接。

外片架27a构成用于次级线圈23a的线圈架。因此，次级线圈23a与外片架27a固定连接。初级线圈22a与变速器壳体10a连接。初级线圈22a与次级线圈23a彼此间隔布置。在本实施例中将第一行星齿轮级p1a的齿圈与第二行星齿轮级p2a的行星齿轮架彼此连接的变速器轴14a贯穿初级线圈22a与次级线圈23a间的间隙。

变速器轴14a由磁导率低的材料构成。这种材料的磁导率特别是小于软金属的磁导率。在本实施例中，变速器轴14a由碳纤维复合材料构成。变速器轴14a原则上也可以由其他材料构成，优选由塑料材料或塑料复合材料构成。尤其是可考虑，特别是在变速器轴14a采用多件式方案的情况下，变速器轴14a仅部分地由磁导率低的材料构成。优选地，变速器轴14a至少在位于初级线圈22a和次级线圈23a之间的区域内由磁导率低的材料构成。

机电式操纵致动器17a采用机械自锁实施方案。操纵致动器17a的能量供给特别是用于调节切换单元s3a。无需将电功率输入操纵致动器17a就能保持切换单元s3a的当前切换状态。操纵致动器17a纯机械式地保持该切换状态。通过操纵致动器17a的内部摩擦来提供用于保持切换状态的保持力。操纵致动器17a特别是不具有任何形状配合的锁止或卡锁。

操纵致动器17a包括按wolfrom原理工作的行星齿轮传动装置28a(参见图3)。行星齿轮传动装置28a包括太阳齿轮29a、行星齿轮架30a、行星齿轮31a、32a以及两个齿圈33a、34a。该机动车变速器具有主旋转轴线35a，太阳齿轮29a、行星齿轮架30a以及齿圈33a、34a相对该主旋转轴线彼此同轴布置。太阳齿轮29a、行星齿轮架30a和第二齿圈34a以可以转动的方式支承。它们特别是相对贯穿切换单元s3a的变速器轴11a以及相对切换单元s3a的耦合元件s31a、s32a是可以转动的。第一齿圈33a以不能相对转动的方式支撑。在本实施例中，第一齿圈33a以不能相对转动的方式与第二耦合元件s32a连接。行星齿轮架30a和太阳齿轮29a可以借助齿圈33a、34a而被支承。

行星齿轮31a、32a以可以转动的方式支承在行星齿轮架30a上。行星齿轮31a、32a中的每两个彼此同轴布置且形成一个行星齿轮对。在图2中仅示出一行星齿轮对的两个行星齿轮31a、32a。其他行星齿轮可以采用类似的布置方案。该行星齿轮对的行星齿轮31a、32a彼此成一体。作为替代方案，也可以采用多件式方案，其中，行星齿轮31a、32a成对地以不能相对转动的方式相连。行星齿轮对的第一行星齿轮31a与太阳齿轮29a和第一齿圈33a啮合。行星齿轮对的第二行星齿轮32a与第二齿圈34a啮合。第一行星齿轮31a与第二行星齿轮32a的齿数相同。

行星齿轮传动装置28a具有尤其是与齿圈33a、34a的齿数差相关的传动比。在本实施例中，第二齿圈34a比第一齿圈33a多一个齿。行星齿轮传动装置28a的传动比为200至250，其中太阳齿轮29a的转动运动被转换为第二齿圈34a的较慢的转动运动。

操纵致动器17a具有电动马达36a，其整合在行星齿轮传动装置28a中。电动马达36a具有相对第一齿圈33a位置固定的定子37a和以不能相对转动的方式与太阳齿轮29a连接的转子38a。定子37a以不能相对转动的方式与第二耦合元件s32a连接。转子38a部分地与太阳齿轮29a成一体。定子37a包括多个被设置用于产生电磁场的线圈39a。转子38a包括多个永磁体40a，这些永磁体在与线圈39a所产生的电磁场的交互作用中引起驱动力矩。电动马达36a构建为步进马达。可考虑，使用与电动马达36a不同类型的电动马达。

太阳齿轮29a在其外周缘上具有与行星齿轮31a、32a作用性连接的齿部。太阳齿轮29a在其内周缘上形成用于转子38a的永磁体40a的容置部。太阳齿轮29a成一体。永磁体40a均匀分布在太阳齿轮29a的内周缘上。永磁体40a的布置方案与线圈39a的布置方案相匹配。

太阳齿轮29a容置电动马达36a。太阳齿轮29a形成一个结构空间，带永磁体40a的转子38a和带线圈39a的定子37a布置在该结构空间中。电动马达36a的轴向宽度小于太阳齿轮29a的轴向宽度，该电动马达的轴向宽度被线圈39a和/或永磁体40a沿主旋转轴线35a的尺寸所定义。电动马达36a完全布置在太阳齿轮29a内。

操纵致动器17a的电子单元20a与电动马达36a相邻布置。相对电动马达36a的定子37a而言，电子单元20a位置固定地布置。该电子单元也与第二耦合元件s32a固定连接。电子单元20a被设置用于，调节用于电动马达36a的馈电。电动马达36a的线圈39a连接至电子单元20a。在运行中，电子单元20a接收控制和调整单元18a所提供的由连接单元19a传输的控制信号，并调节与所述控制信号相应的馈电。通过该馈电，电子单元20a特别是规定电动马达36a的转动方向和转动速度。电动马达36a构建为步进马达，这样就无需设置用来确定电动马达36a的当前角位置的传感器。电子单元20a将当前角位置作为状态信号传输给控制和调整单元18a。

为对离合器片24a、25a施加沿主旋转轴线35a作用的操纵力，操纵致动器17a包括扩张机构41a。扩张机构41a设置为，将第二耦合元件s32a与第二齿圈34a间的相对转动运动转换为线性运动。在本实施例中，扩张机构41a包括两个扩张体42a、43a和至少一个布置在扩张体42a、43a之间的滚动体44a。扩张体42a、43a分别具有至少一个工作面45a、46a，滚动体44a在所述工作面上滚动。工作面45a、46a互为锐角地布置。在相对转动运动时，所述至少一个滚动体44a将扩张体42a、43a彼此压开。

在本实施例中，第一扩张体42a的工作面45a形成递减坡道(参见图4)。工作面45a的形状相应于凸曲面。第二扩张体43a的工作面46a形成直线坡道。作为替代方案，也可以仅将工作面45a、46a中的一个构建为坡道。原则上在此可以采用具有一或两个坡道和/或坡道的不同形状的不同设计方案。工作面45a、46a不具有任何被设置用于将滚动体44a卡锁的凹部。用于将离合器片24a、25a分开的未详细绘示的扩张弹簧为扩张体42a、43a与滚动体44a间的永久性接触提供压紧力。

在运行中，电动马达36a驱动太阳齿轮29a。太阳齿轮29a的转动运动被行星齿轮31a、32a转换为第二齿圈34a的较慢的转动运动。扩张机构41a将第二齿圈34a的转动运动转化为线性运动，该线性运动提供用于切换单元s3a的操纵力。行星齿轮传动装置28a的传动比在此这样大，使得扩张机构41a在保持任一切换状态时所作用于第二齿圈34a的转矩被行星齿轮传动装置28a的内部摩擦支撑。电动马达36a在保持任一切换状态时是无作用力的。

图5示出本发明的另一实施例。以下描述基本限于各实施例间的不同之处，其中，相同的构件、特征和功能可以参照对图1至4所示实施例的描述。为将各实施例区别开来，图1至4所示实施例的参考符号中的字母a替换成图5所示实施例的参考符号中的字母b。对于标记相同的构件，特别是具有同一参考符号的构件，原则上也可以参照图1至4所示实施例的附图和/或相关描述。

图5示出机动车变速器的切换单元s3b的替代设计方案。切换单元s3b包括两个可相对彼此扭转的、可以不能相对转动的方式相连的耦合元件s31b、s32b，以及机电式操纵致动器17b，该操纵致动器采用机械自锁实施方案。操纵致动器17b具有按wolfrom原理工作的行星齿轮传动装置28b。行星齿轮传动装置28b包括太阳齿轮29b、行星齿轮架30b、在该行星齿轮架30b上分别成对地布置的行星齿轮31b、32b以及两个齿圈33b、34b，这两个齿圈中的一个以不能相对转动的方式与耦合元件s31b、s32b中的一个连接。

操纵致动器17b还具有电动马达36b，其至少部分地整合在行星齿轮传动装置28b中。为操纵切换单元s3b，操纵致动器17b具有扩张机构41b，该扩张机构设置为，将与齿圈33b固定连接的耦合元件s32b与第二齿圈34b间的相对转动运动转换为线性运动。

与上一实施例不同，扩张机构41b布置在两个齿圈33b、34b之间。扩张机构41b具有两个扩张体42b、43b，其由齿圈33b、34b构成。扩张机构41b还包括至少一个滚动体44b，其布置在扩张体42b、43b之间。扩张体42b、43b分别具有至少一个工作面45b、46b。工作面45b、46b直接加工在齿圈33b、34b中。工作面45b、46b中的至少一个形成坡道。扩张机构41b同时形成这两个齿圈33b、34b的相对彼此的支承。

附图标记表

10变速器壳体

11变速器轴

12变速器轴

13变速器轴

14变速器轴

15变速器轴

16变速器轴

17操纵致动器

18控制和/或调整单元

19连接单元

20电子单元

21传感器单元

22初级线圈

23次级线圈

24离合器片

25离合器片

26内片架

27外片架

28行星齿轮传动装置

29太阳齿轮

30行星齿轮架

31行星齿轮

32行星齿轮

33齿圈

34齿圈

35主旋转轴线

36电动马达

37定子

38转子

39线圈

40永磁体

41扩张机构

42扩张体

43扩张体

44滚动体

45工作面

46工作面

p1行星齿轮级

p2行星齿轮级

p3行星齿轮级

p4行星齿轮级

s1切换单元

s2切换单元

s3切换单元

s4切换单元

s5切换单元

s6切换单元

s11耦合元件

s12耦合元件

s21耦合元件

s22耦合元件

s31耦合元件

s32耦合元件

s41耦合元件

s42耦合元件

s51耦合元件

s52耦合元件

s61耦合元件

s62耦合元件