CN105026785B - 用于车辆的离合器设施和用于运行车辆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于车辆的、以能松开的方式连接两根轴(1、2)的离合器设施，其特征在于，至少一个布置成能在轴(1、2)上同轴地移动的换挡套筒(3)能够通过离心力操纵依赖于轴(1、2)的转速上升地从用于连接所述轴(1、2)而抗相对转动地联接的位置移动到使轴(1、2)脱开的位置中。本发明此外还涉及一种用于运行车辆的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的离合器设施和一种用于运行车辆的方法。
背景技术
这种离合器设施由DE 199 14 350 B4已知。在其中说明了一种用于运行带有内燃机和至少一个电动马达的车辆的方法。电动马达依赖其转速地可以通过自动闭合的力锁合的离心式离合器与车辆车桥的轮毂进行嵌接。离心式离合器上的力锁合仅在激活电动马达并且在电动马达有较高转速的情况下存在；而在非触发的电动马达或较低转速的情况下，离心式离合器是打开的。对离合器进行的力锁合的操纵造成了由离合器滑差所引起的摩擦损耗。
DE 198 09 302 A1示出了一种用于小型马达的离心式离合器，其带有随马达轴一起转动的通过离心力操纵的调整设备，调整设备布置在紧固在马达轴上的随动套筒的自由端部上。在确定的转速之上时调整设备将支承在随动套筒上的从动元件轴向地从能自由地在随动套筒上转动的位置移动到如下位置中，在这个位置中，在从动元件和随动套筒之间存在形状锁合和/或力锁合。调整设备在随动套筒上的构造在结构上是耗费的且此外在随动套筒的自由端部上占用轴向结构空间。
发明内容
因此本发明的任务在于，提出一种前述类型的离合器设施，在该离合器设施中避免了运行时的摩擦损耗并且该离合器设施是简单地构造的。此外，本发明的任务还在于说明一种用于运行带有这种离合器设施的车辆的方法。
建议了一种用于能松开地连接两根轴的离合器设施，在该离合器设施中，至少一个以能同轴移动的方式布置在其中一根轴上的换挡套筒通过离心力操纵依赖于轴转速上升地可以从为了连接轴而抗相对转动地联接的位置移动进入到使轴脱开的位置。由此在预先确定的转速之上时，轴能够受离心力操纵地无力矩地彼此脱离。此外，通过换挡套筒实现了轴的形状锁合的连接，由此可以通过轴的力锁合的联接来避免摩擦损耗。
在此优选为了以离心力操纵换挡套筒而设置一个或多个与其中一根轴以抗相对转动的方式连接地布置的离心力配重块用以产生离心力。离心力配重块以用于离心力操纵的同步件嵌接到换挡套筒中。以这种方式达到了一种构造简单且节省结构空间的受离心力操纵的离合器设施，两根轴可以通过该离合器设施与转速相关地自动联接。
在本发明的特别优选的设计方案中，换挡套筒以能同轴地移动的方式布置在第一轴的端部区域中并且在此至少局部地以能相对第二轴移动的方式包围第二轴的同轴布置的端部区域。在此优选将一个或多个离心力配重块布置成与第二轴的端部区域抗相对转动地连接。由此可以依赖于第二轴的转速地以离心力操纵的方式切换离合器设施。在此，为了离心力操纵，一个或多个离心力配重块以同步件嵌接到换挡套筒的面朝第二轴的端部区域的端部区段中。
在其他特别优选的设计方案中，第一轴由电动马达的马达轴形成并且第二轴由车辆变速器的变速器轴形成。在此，例如在混合动力车辆中，整合到传统的动力总成中的电动马达可以以其马达轴通过按本发明的离合器设施与变速器轴尤其是变速器输出轴形状锁合地联接并且可以依赖于变速器轴的转速地通过离心力自动与该变速器轴脱离。因此在变速器轴的较高的转速的情况下或在较高的车辆速度的情况下，通过将电动马达与动力总成脱离可以最小化牵引损耗。因为按本发明的离合器设施受离心力操纵地与转速相关地自动打开，所以免去了额外的执行机构和相应的控制机构。
在本发明的其他特别优选的设计方案中，换挡套筒在其内直径上以能在与第一轴形状锁合地抗相对转动地联接的位置与能在第一轴上自由转动的位置之间移动的方式布置在第一轴上，并且在其外直径上抗相对转动地与第二轴连接。
为了换挡套筒与第二轴的抗相对转动的连接，可以设置有同轴布置的离合器元件。换挡套筒优选通过离合器壳体与第二轴抗相对转动地连接。在此，离合器壳体优选具有呈轮毂形的端部区段，端部区段同轴地至少局部包围换挡套筒且换挡套筒与该端部区段形状锁合地抗相对转动地并且能轴向移动地连接。以这种方式，换挡套筒在移动时在其外直径上轴向地在离合器壳体上受导引。因此，在换挡套筒的与第一轴联接的位置中，可以通过该换挡套筒和离合器壳体在第一和第二轴之间传递驱动功率或转矩。
为此，例如在离合器元件呈轮毂形区段的内周上构造有径向凸起部，它们在换挡套筒的外直径上抗相对转动地且能纵向移动地嵌接在对应的轴向的长形凹部内。例如可以设置尤其是借助楔形齿部或渐开线形齿部的齿配合或齿插接。
为了与第一轴形状锁合地联接，在换挡套筒的内直径上优选设置有多个沿周向方向依次在径向上向内呈鼻形地延伸的凸起部。在换挡套筒的与第一轴联接的位置中，换挡套筒抗相对转动地且能沿轴向移动地嵌接到所对应的、在第一轴外直径上相对置的长形凹部中。凹部优选沿轴向方向通过在第一轴的外直径上环绕的环形槽来限定，凸起部可以在换挡套筒的能在第一轴上自由转动的位置中嵌接到该环形槽中。
优选的是，离心力配重块的同步件以及换挡套筒在对应的斜面上处于面接触中用以将轴向调整力传递到换挡套筒上。
有利的是，每个同步件都被实施为朝着其自由的端部逐渐变细的在离心力配重块上的轴向凸缘用以嵌接到换挡套筒的端部区段中。
斜面可以相应通过倒棱在同步件和换挡套筒上形成。
斜面优选实施为在同步件和换挡套筒上的锥形成形的接触面并且形成锥形连接。
优选多个能垂直于第一轴端部区域地运动的且沿周向方向依次地布置的离心力配重块整合在离合器元件的与第二轴端部区域同轴地布置的罐形的壳体区段中。因此可以以简单的方式将离心力配重块在与第二轴抗相对转动地连接的情况下以离心力运动的方式受导引地紧凑地布置。离心力配重块优选布置成沿周向方向均匀地分布。
当离合器壳体具有同轴于第二轴构造的法兰状的端部区段时(该端部区段至少区段式地包围第二轴的端部区域且抗相对转动地且轴向固定地与该第二轴连接)，实现了对离合器壳体的简单的紧固。为此，可以例如设置挤压配合。但也可以考虑形状锁合的连接。
为了换挡套筒的以离心力操纵的移动的复位，设置有复位装置。这个复位装置优选具有与第一轴同轴布置的复位弹簧器件。优选地，这些复位弹簧器件将换挡套筒相对离心力配重块的同步件预紧。由此确保了换挡套筒和同步件在斜面上处于持续的面接触。可以设置一个或多个压缩或拉伸弹簧作为复位弹簧器件。复位弹簧器件可以具有至少一个以区段的方式同轴地包围第一轴的螺旋弹簧。该螺旋弹簧可以在其中一个弹簧端部上轴向支撑在换挡套筒的端部上并且可以在另一弹簧端部上轴向支撑在第一轴上，例如支撑在与该第一轴连接的轴向止挡元件上或轴肩上。替选地，也可以设置有一个或多个节省结构空间的盘簧作为复位弹簧器件。复位弹簧器件优选通过轴向支承部支撑在换挡套筒上，以便必要时补偿换挡套筒和复位弹簧器件之间的转速差，尤其是当换挡套筒处于能在第一轴上自由转动的位置中时。
按照本发明的另一个方面，建议了一种用于运行带有用于能松开地连接两根轴的离合器设施的车辆的方法。在此，离合器设施依赖于轴的转速上升到预先确定的转速地通过离心力操纵从形状锁合地抗相对转动地联接了轴的状态中转变到使轴彼此脱离的状态中。以这种方式可以实现，离合器设施在车辆停车时或在较低转速下保持闭合并且在较高的转速下以离心力操纵的方式打开。
在此，可以例如依赖于变速器轴的转速地在较高的变速器轴转速下或在较高的车辆速度下以离心力操纵的方式使电动马达的马达轴与车辆变速器的变速器轴脱离。在与变速器轴脱离的状态下，可以通过电动马达尤其在较高的车辆速度下不依赖于变速器轴的转速或车辆速度地驱动或进一步运行附属机组传动装置。
有利的是，为了闭合离合器设施而执行轴的转速同步以避免在形状锁合地联接轴时的摩擦损耗。例如可以为了电动马达的马达轴与变速器轴的形状锁合的联接而通过电动马达来实现马达轴的转速与变速器轴的转速的同步。同步在此可以借助电动马达的电子转速调节器实现。
附图说明
从下面的说明和附图得出本发明的其他的特征，在附图中简化示出了本发明的实施例。其中：
图1示出按本发明的离合器设施的立体图；
图2示出来自图1的离合器设施在第一种运行状态下的纵剖图；
图3示出来自图2的放大的局部图；
图4示出离合器设施沿图2中的线A-A的横截面；
图5示出在第二种运行状态下的离合器设施的局部纵剖图；
图6示出在第三种运行状态下的离合器设施的局部纵剖图。
具体实施方式
图1至4示出了按本发明的用于车辆的离合器设施的示例性设计方案，离合器设施用于两根轴的能松开的连接。第一和第二轴1、2在它们的端部区域上同轴相对置地布置。第一轴1在此例如由未示出的电动马达的马达轴形成，并且第二轴2由未示出的车辆变速器的变速器轴，尤其是变速器输出轴形成。
离合器设施具有换挡套筒3，其以能同轴地移动的方式布置在第一轴1的端部区域上，并且以能相对第二轴移动的方式同轴地在一区段上包围第二轴2的端部区域。在此，换挡套筒3在其内直径上被构造成可以与第一轴1形状锁合地、抗相对转动地联接，并且同时在其外直径上通过离合器壳体与第二轴2形状锁合地、抗相对转动地能移动地连接。离合器壳体同轴地包围轴1、2的端部区域。在离合器壳体的面朝第二轴2的轴向侧上，该离合器壳体形成了构造为环形法兰的用于紧固的端部区段4，离合器壳体在第二轴2的端部区域处以挤压配合的方式抗相对转动地且轴向固定地压装在该端部区段上(图1和2)。但也可以考虑在离合器壳体和第二轴2之间的形状锁合(formschlüssig) 的或形状/力锁合(kraftschlüssig)的或材料锁合(stoffschlüssig)的连接。
在离合器壳体的面朝第一轴1的轴向侧上，该离合器壳体形成了呈轮毂形的端部区段5，该呈轮毂形的端部区段在其外直径处同轴地包围换挡套筒3。在此，换挡套筒3在呈轮毂形的端部区段5上与离合器壳体形状锁合地抗相对转动地并且能轴向移动地连接。为此，在呈轮毂形的端部区段5的内周上构造有径向凸起部6，径向凸起部6在换挡套筒3的外直径上抗相对转动地并且能纵向移动地嵌接到对应的沿轴向延伸的长形的凹部7或者说长形槽中(图4)。凸起部6和凹部7分别轴向连贯地构造，也就是说，构造在呈轮毂形的端部区段5或换挡套筒3的整个轴向长度上。由此在换挡套筒3上在其外直径的整个轴向长度上实现了轴向的导引以及沿周向方向在离合器壳体上的形状锁合，用于传递驱动功率。凹部7和凸起部6分别均匀地分布在圆周上地布置。它们各自具有矩形的横截面轮廓并且形成了在离合器壳体和换挡套筒3之间的楔形咬合。
所示的第一种运行状态示出在闭合的也就是联接了轴1、2的起始状态中的离合器设施。在此，在第一和第二轴1、2之间能通过换挡套筒3和离合器壳体传递转矩或驱动功率。在起始状态中，换挡套筒3 在其内直径上处于与第一轴1形状锁合地抗相对转动地联接的位置中。为此，换挡套筒3在其面朝第一轴1的端部区域的端部上在内直径上形成了多个沿周向方向依次径向向内地呈鼻形延伸的凸起部8。这些凸起部抗相对转动地且能轴向移动地嵌接到所对应的、在第一轴1的端部区域的外直径上相对置的长形的凹部9或长形槽中(图3)。凹部9 从第一轴1的端部起沿着轴向方向延伸。因此在沿轴向从起始位置移出时，换挡套筒3在其内直径上以凸起部8在第一轴1上的凹部9中被导引。
在换挡套筒的面朝第二轴2的端部区域的端部上，该换挡套筒3 与多个能垂直于第二轴的端部区域地运动且抗相对转动地布置的离心力配重块10处于作用连接。这些离心力配重块用于依赖于由于第二轴 2的旋转而在离心力配重块10上所产生的离心力地对换挡套筒3进行离心力操纵。离心力配重块10布置成在第一轴1的圆周上均匀地分布且抗相对转动地整合在离合器壳体的罐状的区段11中并且能径向运动。离心力配重块10在此分别在离合器壳体的轴向内壁上并且通过未示出的保持装置沿着周向方向受导引。在所示的第一种运行状态中，第二轴2不旋转或仅具有很小的转速。在此，离心力配重块10分别径向靠内地置放在第二轴2的外直径上。为此，离心力配重块10的径向靠内的端侧与第二轴2的外直径相匹配地呈凹形向内弯曲地成形。离心力配重块10分别以长方体的方式实施成具有在轴向和径向方向上相应狭长的且在周向方向上很宽的侧。离心力配重块10在其面朝第一轴 1的狭长的轴向侧上具有径向靠内的用于对换挡套筒3进行离心力操纵的同步件12。同步件12分别以与离心力配重块10一体式的方式构造为轴向的凸缘或凸起部。在此，换挡套筒3在其同轴地包围第二轴2 的端部区域的端部区段上布置成在径向与第二轴2的外直径相间隔并且因此形成相对第二轴的径向气隙。同步件12以凸缘或凸起部嵌接在该径向气隙中。为此，同步件12与换挡套筒同轴地布置。形成同步件 12的凸缘设计成在其径向靠外的侧上朝着其面朝第一轴1的端部逐渐变细地实施。在此，凸缘与换挡套筒3的内直径在对应的、倾斜于转动轴线13取向的斜面14、15上处于面接触。这些斜面以如下方式取向，即，从离心力配重块10的传递给同步件12的离心力中将沿着背离第二轴2的轴向方向起作用的调整力在斜面14、15处传递到换挡套筒3上。在此，换挡套筒3和同步件12在斜面14、15处利用在换挡套筒3内直径上的内锥形以及在同步件12上的对应的形成外锥形的接触面形成了锥形连接。
为了换挡套筒3的复位，设置了轴向的复位弹簧器件16(图1至 3)。这些复位弹簧器件在换挡套筒3从起始位置以离心力操纵的方式进行轴向移动时产生了抵抗该移动的复位弹簧力。在此，例如设置有同轴于第一轴1布置的螺旋弹簧作为用于换挡套筒3复位的压力弹簧。该螺旋弹簧以其中一个弹簧端部通过轴向轴承17支撑在换挡套筒3的面朝第一轴1的端部区域的端部上并且以另一弹簧端部支撑在轴向的止挡元件18上，在此是压装在第一轴1上的止挡圈。复位弹簧器件16 在轴向将换挡套筒3相对离心力配重块10的同步件12预紧。由此，不仅在以离心力操纵的方式移动用以打开离合器设施期间而且在换挡套筒3复位用以通过由复位弹簧器件16产生的复位弹簧力来闭合离合器设施期间确保了同步件12和换挡套筒3在斜面14、15处的持续的面接触。
在第二轴2旋转时，随同转动的离心力配重块10由于离心力而在径向上向外地受压挤，从而在离心力配重块10的径向靠内的端侧和第二轴2的外直径之间产生了径向气隙(图5)。在此，依赖于由第二轴 2的转速在离心力配重块10上产生的离心力地在同步件12上将轴向调整力在斜面14、15处传递到换挡套筒3上。由此使这个换挡套筒沿着第一轴1克服复位弹簧器件16的复位弹簧力地轴向移动直至达到在换挡套筒3上的轴向调整力和复位弹簧力之间的力平衡。在换挡套筒3 轴向移动时，该换挡套筒3以其内直径上的凸起部8处在第一轴1外直径上的长形槽9中地被轴向导引且以离合器壳体呈轮毂形的端部区段5的内直径上的凸起部6处在该换挡套筒3外直径上的长形槽7中地被轴向导引。
在进一步提高第二轴2的转速时，换挡套筒3始终进一步沿着第一轴1地在背离其端部或背离第二轴2的方向上移动，直至第二轴2 的转速上升到预先确定的转速并到达了换挡套筒3的最终位置(图6)。在此，换挡套筒3内直径上的呈鼻形的凸起部8到达轴向限定第一轴1 外直径上的长形槽9的环形环绕的凹部19或环形槽中。由此取消了在第一轴1和换挡套筒3之间的沿周向方向的形状锁合，因此使换挡套筒到达能在第一轴1上自由转动的位置中。由此使第一和第二轴1、2 脱开并且离合器设施处在打开的状态中。
随着第二轴2的转速变小，作用在离心力配重块10上的离心力变小并且进而传递到换挡套筒3的轴向调整力变小。换挡套筒3沿着第二轴的方向回移直至达到轴向调整力和复位弹簧器件16的复位弹簧力之间的力平衡并由此使离合器设施又转变到其闭合的状态中。在此，在换挡套筒内直径上的凸起部8通过复位弹簧器件16的复位弹簧力从第一轴1外直径上的环形的凹部19中又被压挤到长形槽9中。在此，离合器设施的闭合在调节技术上可以由对作为马达轴的第一轴1进行驱动的电动马达来支持。为此，马达轴的转速通过电动马达的转速调节与形成变速器轴的第二轴2的转速相匹配。在马达轴和变速器轴的转速相同时，这些轴相对彼此地处在无力矩的状态中。由此，在换挡套筒3内直径上的凸起部8从马达轴外直径上的环形的凹部19中无需力作用地并因此无摩擦地通过复位弹簧力被压挤到长形槽9中。
附图标记列表
1 轴
2 轴
3 换挡套筒
4 端部区段
5 端部区段
6 凸起部
7 凹部
8 凸起部
9 凹部
10 离心力配重块
11 区段
12 同步件
13 转动轴线
14 斜面
15 斜面
16 复位弹簧器件
17 轴向轴承
18 止挡元件
19 凹部
Claims (11)
1.一种用于车辆的、以能松开的方式连接第一轴(1)、第二轴(2)的离合器设施，其特征在于，至少一个布置成能在所述第一轴(1)和所述第二轴(2)上同轴地移动的换挡套筒(3)能够通过离心力操纵依赖于所述第一轴(1)和所述第二轴(2)的转速上升地从用于连接所述第一轴(1)和所述第二轴(2)而抗相对转动地联接的位置移动到使所述第一轴(1)和所述第二轴(2)脱开的位置中，当所述换挡套筒(3)处于联接的位置时，其与所述第一轴(1)抗转动连接且可以轴向移动，以使动力从所述第一轴(1)通过所述换挡套筒(3)传递到所述第二轴(2)，当所述换挡套筒处于脱开的位置时，其可以相对所述第一轴(1)自由转动。
2.按权利要求1所述的离合器设施，其特征在于，为了以离心力操纵所述换挡套筒(3)而设置有一个或多个与所述第二轴(2)以抗相对转动地连接的方式布置的用于产生离心力的离心力配重块(10)并且所述离心力配重块以同步件(12)嵌接到所述换挡套筒(3)中。
3.按权利要求2所述的离合器设施，其特征在于，所述换挡套筒(3)能同轴移动地布置在第一轴(1)的端部区域上并且能相对第二轴移动地同轴地至少局部包围第二轴(2)的同轴布置的端部区域，并且一个或多个离心力配重块(10)布置成与所述第二轴(2)的端部区域抗相对转动地连接，并且，以所述同步件(12)同轴地嵌接到所述换挡套筒(3)的包围所述第二轴(2)的端部区域的端部区段中用以离心力操纵。
4.按权利要求1所述的离合器设施，其特征在于，第一轴(1)由电动马达的马达轴形成并且第二轴(2)由车辆变速器的变速器轴形成。
5.按权利要求1至4中任一项所述的离合器设施，其特征在于，所述换挡套筒(3)在其内直径上以能在和第一轴形状锁合地抗相对转动地联接的位置与能在所述第一轴上自由转动的位置之间移动的方式布置在第一轴(1)上，并且在其外直径上抗相对转动地与第二轴(2)连接。
6.按权利要求3所述的离合器设施，其特征在于，所述换挡套筒(3)在其外直径上与和所述第二轴(2)抗相对转动地连接的离合器壳体的呈鼻形的端部区段(5)形状锁合地抗相对转动地且能轴向移动地连接。
7.按权利要求3所述的离合器设施，其特征在于，所述换挡套筒(3)在内直径上具有多个沿周向方向依次在径向上向内地呈鼻形延伸的凸起部(8)，所述凸起部在所述换挡套筒(3)的与所述第一轴(1)联接的位置中抗相对转动地且能轴向移动地嵌接到对应的、在所述第一轴(1)外直径上相对置的长形凹部(9)中，所述长形凹部沿着轴向方向由在所述第一轴(1)的外直径上环绕的环形凹部(19)限定，所述凸起部(8)在所述换挡套筒(3)的能在所述第一轴(1)上自由转动的位置中能够嵌接到所述环形凹部中。
8.按权利要求2至4中任一项所述的离合器设施，其特征在于，所述离心力配重块(10)的同步件(12)和所述换挡套筒(3)在对应的斜面(14、15)上处于面接触用以传递轴向调整力。
9.按权利要求6所述的离合器设施，其特征在于，多个能垂直于所述第二轴(1)的端部区域地运动的且沿周向方向依次布置的离心力配重块(10)是整合在所述离合器壳体的与所述第二轴(2)的端部区域同轴地布置的罐状的区段(11)中的。
10.按权利要求3所述的离合器设施，其特征在于，设置有与第一轴(1)同轴地布置的复位弹簧器件(16)用以所述换挡套筒(3)的以离心力操纵的方式移动的复位，所述复位弹簧器件将所述换挡套筒(3)相对所述离心力配重块(10)的同步件(12)轴向预紧。
11.一种用于运行带有以能松开的方式连接两根轴(1、2)的离合器设施的车辆的方法，其特征在于，所述离合器设施依赖于轴(1、2)的转速上升到预先确定的转速地通过离心力操纵从抗相对转动地联接所述轴(1、2)的状态转变到使所述轴(1、2)脱开的状态中，其中第一轴(1)由电动马达的马达轴形成并且第二轴(2)由车辆变速器的变速器轴形成，当所述第二轴的转速超过预设值的时候，所述第一轴与所述第二轴脱开，并被所述电动马达驱动地进行脱开状态的运转。
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