CN103597233B - 带有离合器装置的换挡装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种换挡装置（56），该换挡装置带有至少一个离合器装置（58）、轴（3、67）、带有相对轴（3、67）能轴向移动地并且抗相对转动地布置的离合器装置（58）的换挡套筒（97），并且带有用于轴向移动换挡套筒（97）的离合器装置（58）的促动器系统（6），其中，至少一个离合器啮合部（4、5）抗相对转动地配属于能相对于轴（3、67）绕旋转轴线（18ˊ）转动的离合器元件（28、30），并且至少一个与离合器啮合部（4、5）相应的对应啮合部（7、8）抗相对转动地配属于换挡套筒（97），并且其中，促动器系统（6）的至少一个环状的促动元件绕旋转轴线（18ˊ）在周边侧上环绕换挡套筒（97）。

Description

带有离合器装置的换挡装置
技术领域
本发明涉及一种换挡装置，其带有至少一个离合器装置、轴、带有相对轴能轴向移动地并且抗相对转动地布置的离合器装置的换挡套筒，并且带有用于轴向移动换挡套筒的离合器装置的促动器系统，其中，至少一个离合器啮合部抗相对转动地配属于能相对于轴绕旋转轴线转动的离合器元件，并且至少一个与离合器啮合部相应的对应啮合部(Gegenverzahnung)抗相对转动地配属于换挡套筒，并且其中，促动器系统的至少一个环状的促动元件绕旋转轴线在周边侧上环绕换挡套筒。
背景技术
EP1977130B1说明了这种类型的换挡装置。换挡装置具有离合器元件，其以能相对于轴转动的方式支承在轴上。离合器元件应该在置入挡位时通过换挡套筒与轴抗相对转动地连接，并且在挡位变换时再次相对轴自由转动。此外，换挡套筒相对轴能轴向移动地并且抗相对转动地布置，并且因此可移动地安放在牢固地与轴连接的轮毂上。
这种在滑动套筒和离合器元件之间的抗相对转动的、可分开的连接通过齿啮合实现。此外，在离合器元件上构造有离合器啮合部，其与在滑动套筒上的对应啮合部相应。啮合部的齿以及齿槽是纵向取向的，从而在置入挡位时，对应啮合部的齿可以进入到离合器啮合部的齿槽中，直至沿周边方向啮合部的齿在周边方向上彼此交替地相对置并且因此抗相对转动地联接。用来操纵换挡套筒的电磁式的促动器系统或者促动器系统的环状元件在周边侧上环绕换挡套筒，从而换挡装置可以非常紧凑地设计。
离合器元件可以例如是挡位轮(所谓的空套轮)，离合器啮合部直接构造在其上。备选地，离合器元件是具有离合器啮合部的离合器体，其与挡位轮抗相对转动地联接。
通过这种类型的换挡装置所要求的结构空间取决于离合器元件和换挡套筒的径向的和轴向的规格。电磁式促动器的规格取决于换挡所需的力。因此，通过换挡装置所要求的结构空间还基本上受促动器系统的尺寸影响，并且因此在大功率要求的情况下可以是大的。
发明内容
本发明的任务是创建一种换挡装置，在其中所要求的结构空间基本上不取决于换挡力。
这个任务根据权利要求1的主题解决。
根据本发明，环状的促动元件是至少一个换挡鼓。对于换挡鼓理解为部分中空柱状地构造的或者完全中空柱状构造的构件，其优选由板材构成。
换挡鼓具有至少一个导轨，但是也可以具有两个或多个导轨。导轨例如是在换挡鼓中引入的导槽。这些导槽径向贯穿换挡鼓的壁或者具有封闭的导槽底部。导轨冲压或者滚压在由板材构成的换挡鼓中。冲制的导轨在部分周边上延伸并且构造在可绕枢摆轴线枢摆的换挡鼓上。该枢摆轴线相应于离合器元件的旋转轴线。滚压的导轨在部分周边上延伸并且构造在可枢摆的换挡鼓上。备选地，滚压的导轨在整个周边上延展，从而这些导轨还可以用在旋转的换挡鼓上。
备选地，导轨是径向内周边侧地安装到换挡鼓上的构成物，或者是由换挡鼓的内周边面伸出的轨道式的构成物，这些构成物在任意的沿着旋转轴线的纵剖面中简单地构造成I字型或者U字型，并且这些构成物的支脚径向向内伸出。
安装的或者伸出的导轨在部分周边上延伸，并且构造在可枢摆的换挡鼓上。备选地，安装的或者伸出的导轨在整个周边上延展，从而这些导轨还可以用在旋转的换挡鼓上。
导轨基本上沿换挡鼓的周边方向排列，也就是说还沿绕旋转轴线或枢摆轴线的周边方向排列，然而导轨不在一个周缘线上延展，而是由假想的周缘线向轴向方向偏移，导轨可选地再次轴向返回地延展，等等。这种延展取决于换挡时间和换挡套筒应当经过的轴向的行程。
引导元件与换挡套筒如此地联接，使得换挡套筒能相对于引导元件绕旋转轴线旋转，但却可以被引导元件轴向带动。引导元件径向咬合到各自导轨中。带有导轨的换挡鼓能相对于引导元件移动，从而引导元件在导轨枢摆或旋转的情况下强迫性地轴向移动并且在这种情况下轴向带动换挡套筒。
换挡鼓的枢摆驱动机构或转动驱动机构是例如集成在换挡鼓中的并且优选地是电动的。然而优选地，换挡鼓的驱动机构是布置在换挡鼓之外的。后者具有以下优点，即如本发明的设计方案所设置的，离合器装置可以同轴地集成在换挡鼓中。换挡鼓本身在这种情况下仅要求径向的结构空间，其通过换挡鼓的中空柱体的壁厚以及可能伸出的导轨的高度确定。环状促动元件的规格因此基本上不取决于换挡力。在这种情况下换挡鼓可以通过传动连接与驱动机构连接。传动连接为皮带传动、链传动或齿轮级(Zahnradstufen)。例如是齿轮或者皮带轮的元件被紧固在换挡鼓上。备选地，这种元件是一体式的，例如作为圆柱齿轮级的啮合部集成在换挡鼓中。
本发明的一种设计方案设置为，换挡鼓具有径向的法兰，其径向凸出于换挡鼓的周边。在这种法兰上紧固有或构造有传动连接的至少一个元件。法兰可选地还用于换挡鼓相对于周边结构的可枢摆或可转动的支承。
本发明的其他设计方案涉及一种换挡装置，在其中，离合器装置至少部分地同轴地布置在换挡鼓之内。离合器装置具有换挡套筒以及至少一个离合器体，优选两个离合器体。在最后提到的情况下，换挡套筒双向作用式地实施，并且轴向上安放在两个离合器体之间。在每个离合器体上都构造有离合器啮合部。
换挡套筒可轴向移动地或者直接安放在轴上，或者安放在轮毂上，该轮毂与轴一起构造或者紧固在轴上。在两种情况下，滑动配合通过楔形啮合部或者其他合适的构型滑动支承式地或者滚动支承式地实施。
本发明的设计方案设置为，径向上在轮毂和换挡套筒之间布置有至少一个或多个卡锁元件。这个或这些卡锁元件由至少一个弹簧以及通过弹簧预张紧的销钉构成，备选地通过预张紧的球构成。在此，卡锁元件在轮毂中引导或保持，并且径向逆着弹簧力地受支撑。球或卡锁销钉在已置入挡位或者空挡的情况下在凹腔状凹陷部中卡锁，并且由此使换挡套筒相对于轴保持在期望的位置中。
本发明的设计方案设置为，离合器装置具有至少一个与轴抗相对扭转地联接的、但是借助于换挡套筒能相对轴轴向移动的摩擦面。为了摩擦对的目的，摩擦面能向与离合器元件抗相对扭转地联接的并且与摩擦面相应的对应摩擦面上移动。摩擦面构造在分开的摩擦体上。其中一个摩擦体与轴抗相对扭转地联接，并且可轴向通过换挡套筒移动。另一个摩擦体与离合器体抗相对转动地联接。备选地，摩擦面直接构造在换挡套筒或离合器体上。通过在轴和各个离合器体之间的这种类型的摩擦离合器，轴和各个离合器体可以相对彼此制动直至转速同步。如在同步离合器的情况下常见的那样，通过这种类型的布置，各个挡位的置入是舒适的。
附图说明
图1在沿着驱动单元1的主轴线18的纵剖图中示出了电动运行的驱动单元1，其由电机19和换挡变速器55构成。换挡变速器55具有换挡装置56和行星传动机构59。换挡装置56由离合器装置25和带有传动连接24的驱动机构23构成。
图2以总图示出了带有驱动机构23和传动连接24的换挡装置56。
图3在沿着根据图2的主轴线18的纵剖图中示出了离合器装置58。
图4、5示意出了换挡装置56的另一变形方案的立体图和纵剖图。
具体实施方式
图1：离合器装置25具有换挡鼓22、离合器元件26、28和30、换挡套筒97和引导元件42。换挡套筒97可轴向移动地并且抗相对转动地安放在构造为轮毂2的离合器元件26上。轮毂2抗相对转动地布置在轴3上，该轴3是行星传动机构59的连接轴67的部分并且与行星传动机构59的齿圈64连接。在图2中完整地示出了离合器装置58的促动器系统6。
离合器元件28相对于轴103以能绕位于主轴线18上的旋转轴线18'转动的方式布置在电机19的转子轴29上，并且具有离合器啮合部4。离合器元件30紧固在壳体39上，而轴3能相对于离合器元件30绕旋转轴线18'转动。离合器元件30设置有离合器啮合部5。换挡套筒97轴向上在每一侧上具有对应啮合部7或8。啮合部7或8与各自的离合器啮合部4或5相应，离合器啮合部4或5与啮合部7或8分别轴向对置。
构造为换挡鼓22的环状促动元件中空柱形地环绕换挡套筒97和离合器元件26、28和30在周边侧上围绕旋转轴线18'延伸。
图2和图3：如特别是由图2和图3得知的那样，换挡鼓22具有中空柱形的区段9以及径向的法兰10。中空柱形的区段9以及径向的法兰10彼此一体式构造。在区段9中构造有导轨41。每个导轨41均基本上沿周边方向但不是在一个周缘线上排列，而是轴向向左和向右偏移。相应地，各个导轨41具有曲线形的走向。
咬合在导轨41中的各个引导元件42，牢固地插在外轴承圈11中。外轴承圈11是滚动轴承12的构件，该滚动轴承此外由内轴承圈14和滚动体13构成。滚动体13为球体，并且径向上布置在内轴承圈14和外轴承圈11之间。内轴承圈14牢固地安放在换挡套筒97上。在换挡套筒97和换挡鼓22之间，通过咬合在导轨41中的引导元件42以及滚动轴承12制造轴向牢固的连接，从而换挡套筒97在换挡鼓22绕旋转轴线18'枢摆时被轴向带动。然而在此，换挡套筒97相对换挡鼓22基于滚动轴承12而可相对运动。
换挡套筒97与轮毂2经由楔形啮合部或者类似的轴-轮毂连接可轴向移动地连接，并且根据在图3中的图示处在构造为离合器体16和17的离合器元件28和30上的啮合部4和5之间的中间位置中。在轮毂2中容纳有卡锁元件15。卡锁元件115通过螺旋弹簧径向相对换挡套筒97预张紧，并且在换挡套筒97上被卡锁在凹陷部20中。
离合器装置58具有与轮毂2抗相对扭转地联接的、但是借助于换挡套筒97相对轮毂2可轴向移动的摩擦体25和43。在摩擦体25和43上，分别形成内锥形的摩擦面44或45。在离合器体16和17上，分别形成相对各自摩擦面44或45的外锥形的对应摩擦面21或46。通过换挡套筒97的轴向移动，摩擦面44可以与对应摩擦面21造成摩擦锁合，并且摩擦面45可以与对应摩擦面46造成摩擦锁合。
促动器系统6具有作为驱动机构23的电动马达80，其平行于电机19布置。传动连接24通过中间轴47以及两个齿轮级48和49构成。齿轮级48具有：小齿轮50，其构造在电动马达180的枢转轴51上；以及在中间轴47上的圆柱齿轮52，小齿轮50和圆柱齿轮52彼此形成齿啮合。齿轮级49设置有小齿轮53，其构造在中间轴47上并且该小齿轮53与齿弧54形成齿啮合。齿弧54构造在法兰10上或者备选地紧固在法兰10上。
图1和图3：法兰10通过两个滚动轴承60和62可转动地在周边结构63上以能绕旋转轴线18'枢摆的方式受支承。周边结构63为轴承盖66以及隔板68，它们紧固在壳体39上。轴承盖66把电机19带有定子40并且带有转子38以及转子轴29的内部空间与离合器装置58分隔开。外此，转子轴29被支承在轴承盖66上。离合器装置58与行星传动机构59通过隔板68彼此分隔开。
图3：滚动轴承60具有在周边方向中取向的滚道69，其例如通过压印直接构造在法兰10中。此外，在隔板68中对称地构造有另外的滚道70。滚动轴承62具有在周边方向中取向的滚道71，其直接构造在法兰10中。与滚道71对称地构造有滚道72，其构造在弹性元件73上。在滚道69和70之间，布置有作为滚动体的多个球体77。
弹性元件73或者紧固在，或者至少轴向支撑在轴承盖66上。通过可弹性伸缩的弹性元件73，滚动轴承系统轴向上在轴承盖66和隔板68之间预张紧。滚道69、70、71和72或者全周边地作为环形轨道延伸，或者是其圆弧角相应于换挡鼓22的最大枢摆角度的圆弧片段轨道。在最后提到的布置中，在周边侧上布置有至少两个同样的圆弧片段轨道。此外，滚道69、70、71和72构造为球体滚动凹槽/滚动凹槽，其在纵向剖面中观察，构成与球体77匹配的凹腔。
滚道69和70径向上与滚道71和72错开。其中之一的滚道69构造在法兰10的轴向取向的端面74上，并且另外的滚道71构造在法兰10的相反于端面74取向的端面75上。通过法兰10中径向上在滚道69之间实施的曲柄76和滚动凹槽的在纵向剖面中凹腔状的成型，球体滚动凹槽在其轴向最深的位置上触及共同的假想的径向平面78，其在轴向上由旋转轴线18'垂直地穿过，并且该径向平面相应地在凹槽底部与两个滚道71和72相交。滚动轴承系统因此需要较少地轴向的结构空间。
图4和图5示出了基本上与图2和图3所描述的换挡装置56相应的换挡装置56，然而它的促动器系统79配备有驱动机构23的和传动连接24的变型方案。促动器系统79的电动马达90具有枢转轴81，小齿轮82构造在该枢转轴上。小齿轮82与换向齿轮(Umkehrzahnrad)83形成齿啮合，该换向齿轮通过轮毂85可转动地支承在中间轴84上。中间轴84紧固在隔板85上。
附图标记列表：
1 驱动单元 53 小齿轮
2 轮毂 54 齿弧
3 轴 55 换挡变速器
4 离合器啮合部 56 换挡装置
5 离合器啮合部 57 传动连接
6 促动器系统 58 离合器装置
7 对应啮合部 59 行星传动机构
8 对应啮合部 60 滚动轴承
9 中空柱形的区段 61 太阳轮
10 法兰 62 滚动轴承
11 外轴承圈 63 周边结构
12 滚动轴承 64 齿圈
13 滚动体 65 连接轴
14 内轴承圈 66 轴承盖
15 卡锁元件 67 连接轴
16 离合器体 68 隔板
17 离合器体 69 滚道
18 主轴线 70 滚道
19 电机 71 滚道
20 凹陷部 72 滚道
21 对应摩擦面 73 弹性元件
22 换挡鼓 74 端面
23 换挡鼓的驱动机构 75 端面
24 传动连接 76 曲柄
25 摩擦体 77 球体
26 离合器元件 78 径向平面
27 从动轴 79 促动器系统
28 离合器元件 80 电动马达
29 转子轴 81 枢转轴
30 离合器元件 82 小齿轮
39 壳体 83 换向齿轮
40 定子 84 中间轴
41 导轨 85 隔板
42 引导元件 86-89 -
43 摩擦体 90 电动马达
44 摩擦面 91-96 -
45 摩擦面 97 换挡套筒
46 对应摩擦面
47 中间轴
48 齿轮级
49 齿轮级
50 小齿轮
51 枢转轴
52 圆柱齿轮

Claims (9)

1.一种换挡装置(56)，所述换挡装置带有至少一个离合器装置(58)、轴(3、67)、带有相对所述轴(3、67)能轴向移动地并且抗相对转动地布置的所述离合器装置(58)的换挡套筒(97)，并且带有用于轴向移动所述换挡套筒(97)的所述离合器装置(58)的促动器系统(6)，其中，至少一个离合器啮合部(4、5)抗相对转动地配属于能相对于所述轴(3、67)绕旋转轴线(18')转动的离合器元件(28、30)，并且至少一个与所述离合器啮合部(4、5)相应的对应啮合部(7、8)抗相对转动地配属于所述换挡套筒(97)，并且其中，所述促动器系统(6)的至少一个环状的促动元件绕所述旋转轴线(18')在周边侧上环绕所述换挡套筒(97)，其特征在于，所述环状的促动元件是至少一个带有至少一个曲线形走向的导轨(41)的换挡鼓(22)，其中，与所述换挡套筒(97)形成连接的引导元件(42)径向咬合到所述导轨(41)中，并且其中，所述换挡鼓(22)至少能绕所述旋转轴线(18')枢摆，并且在此，能通过所述导轨(41)相对于所述引导元件(42)运动，所述引导元件轴向带动所述换挡套筒。
2.根据权利要求1所述的换挡装置，其特征在于，所述离合器啮合部(4、5)构造在离合器体(16、17)上。
3.根据权利要求1所述的换挡装置，其特征在于，所述换挡套筒(97)能轴向移动地安放在与所述轴(3、67)连接的轮毂(2)上。
4.根据权利要求3所述的换挡装置，其特征在于，在所述轮毂(2)上支撑有弹簧弹性地相对所述换挡套筒(97)预张紧的卡锁元件(15)，其中，所述换挡套筒(97)具有至少一个与所述卡锁元件(15)相应的径向凹陷部(20)。
5.根据权利要求1所述的换挡装置，其特征在于，所述离合器装置(58)具有至少一个与所述轴(3、67)抗相对扭转地联接的、但是借助于所述换挡套筒(97)能相对所述轴(3、67)轴向移动的摩擦面(44、45)，所述摩擦面能向与所述离合器元件(28、30)抗相对扭转地联接的并且与所述摩擦面(44、45)相应的对应摩擦面(21、46)上移动。
6.根据权利要求5所述的换挡装置，其特征在于，所述对应摩擦面(21、46)锥形地构造在摩擦体(25、43)上。
7.根据权利要求5或6所述的换挡装置，其特征在于，所述对应摩擦面(21、46)构造在实施为带有离合器啮合部(4、5)的离合器体(16、17)的离合器元件(28、30)上。
8.根据权利要求1或5所述的换挡装置，其特征在于，所述离合器装置(58)具有其他的离合器元件(26)，其中，所述轴(21、46)和所述其他的离合器元件(26)能绕所述旋转轴线(18')相对彼此运动，并且其中，所述换挡套筒(97)以能轴向移动的方式布置在两个离合器元件(28、30)之间。
9.根据权利要求1所述的换挡装置，其特征在于，所述促动器系统(6)具有至少一个带有马达(80)的驱动机构(23)，其中，所述马达(80)与所述换挡鼓(22)传动连接。
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