CN108425960A - 用于机动车的驱动系的离合器装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于机动车的驱动系的离合器装置(1)，其包括：具有控制几何结构(3)的切换元件(2)，其中所述切换元件(2)抗相对转动地然而轴向可移动地、即以能选择性地移动到第一切换位置和第二切换位置中的方式设置在从动元件(5)上；执行器(6)，其中经由执行器(6)能够执行切换元件(2)从第一切换位置到第二切换位置的运动和/或相反的运动；操作元件(7)，所述执行器(6)经由所述操作元件执行所述切换元件(2)从第一切换位置到第二切换位置中的运动和/或相反的运动；和滚轮(8)，所述滚轮设置在操作元件(7)上。

Description

用于机动车的驱动系的离合器装置
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的驱动系的离合器装置，其包括：具有控制几何结构的切换元件，其中切换元件抗相对转动地然而轴向可移动地、即以能选择性地移动到第一切换位置和第二切换位置中的方式设置在从动元件上；执行器，其中经由执行器能够执行切换元件从第一切换位置到第二切换位置的运动和/或相反的运动；和操作元件，执行器经由所述操作元件执行切换元件从第一切换位置到第二切换位置中的运动和/或相反的运动。
背景技术
多种结构实施方案的离合器装置在机动车技术的领域中大量使用在驱动系中。所述离合器装置用于将驱动元件与从动元件选择性地以驱动有效的方式连接。开始提出类型的离合器装置尤其使用在全轮驱动机动车中和使用在具有混合驱动器的机动车中。在该情况下，所述离合器装置用作为选择性地停止驱动系的子区域，以便这样避免驱动系的需停止的子区域的不必要的共同转动进而不必要的能量消耗。
尤其在全轮驱动的机动车的应用领域中，期望在没有高的能量耗费的情况下进行驱动系的子区域可靠的分离以及按需且高动态地接通驱动系的相应的子区域。
文献DE 10 2011 085 839 A1例如描述具有两个可借助于接合套耦联的离合器部件、即第一离合器部件和第二离合器部件的离合器设备，所述第一和第二离合器部件在联接的状态下经由接合套形状配合地彼此耦联。接合套抗转动地且轴向可移动地安置在第一离合器部件上。接合套在其环周面上具有至少一个第一阶梯部，所述第一阶梯部具有第一阶梯侧壁并且以第一阶梯走向在接合套的环周面上延伸。第一阶梯走向也具有沿朝第一离合器部件的转动轴线的方向上的轴向的方向分量。调节机构在两个离合器部件脱耦过程期间在其调节机构脱耦位置中位于接合套的第一阶梯侧壁中，使得接合套在第一离合器部件旋转时轴向地远离第二离合器部件运动到套脱耦位置中，其中所述调节机构能够在调节机构耦联位置和调节机构脱耦位置之间往复移动。此外，接合套借助于轴向作用的弹簧被支撑，使得当调节机构处于其调节机构耦联位置中时，弹簧力将接合套保持在将第一和第二离合器部件机械地彼此耦联的套耦联位置中或者移动到该套耦联位置中。接合套在离合器设备的所描述的实施方案中经由调节机构在其调节机构脱耦位置中保持在脱耦位置中，由此产生提高的能量耗费。
发明内容
本发明的目的是：提出用于在机动车的驱动系中将驱动元件与从动元件选择性地连接的离合器装置，所述离合器装置的特征在于按需以及能量优化的运行。
所述目的的实现通过如下用于机动车的驱动系的离合器装置实现，其包括：具有控制几何结构的切换元件，其中切换元件抗相对转动地然而轴向能移动地、即以能选择性地移动到第一切换位置和第二切换位置中的方式设置在从动元件上，其中在切换元件的第一切换位置中，从动元件以驱动有效的方式与驱动元件连接，并且在切换元件的第二切换位置中从动元件不以驱动有效的方式与驱动元件连接；执行器，其中经由执行器能够执行切换元件从第一切换位置到第二切换位置的运动和/或相反的运动；操作元件，执行器经由所述操作元件执行切换元件从第一切换位置到第二切换位置中的运动和/或相反的运动；和滚轮，所述滚轮设置在操作元件上，其中在切换元件的第一切换位置中能够经由执行器操作操作元件，使得滚轮能够与切换元件的控制几何结构形成接合，以至于切换元件能够从第一切换位置转移到第二切换位置中。
根据本发明，离合器装置包括切换元件、执行器、操作元件以及滚轮。
根据本发明，切换元件抗相对转动地然而轴向可移动地设置在从动元件、例如第一轴上。切换元件根据本发明具有轴向地起作用的控制几何结构。
术语“轴向”描述沿着或平行于从动元件的中央的转动轴线的方向。
根据本发明，切换元件轴向选择性地能够移动到第一切换位置和第二切换位置中，其中在切换元件的第一切换位置中，从动元件与驱动元件、例如第二轴驱动有效地连接，并且在切换元件的第二切换位置中从动元件不以驱动有效的方式与驱动元件连接。
根据本发明，经由离合器装置的执行器能够执行切换元件从第一切换位置到第二切换位置的运动和/或相反的运动。
此外，根据本发明，通过执行器经由操作元件进行切换元件从第一切换位置到第二切换位置和/或相反的轴向运动的执行。
根据本发明，在操作元件上位置固定地、即既不可轴向移动也不可径向移动地设置有滚轮。
根据本发明，操作元件在切换元件的第一切换位置中能够经由执行器被操作，使得滚轮能够与切换元件的控制几何结构形成接合。因此，切换元件能够从第一切换位置转移到第二切换位置中。
通过离合器装置的根据本发明的构成方案可行的是：以简单的方式和方法实现切换元件的有效的且高动态的切换。仅对于执行切换元件从第一切换位置到第二切换位置的和/或相反的轴向运动需要辅助电能。对于切换元件运动所需的能量的主要部分取自机动车的旋转的驱动系。
通过执行器的相应的实施方案，根据失效要求，能实现根据本发明的离合器装置的双稳态特性(“stay silent：保持无声”)或者无电流地闭合的特性(“normally closed：常闭”)。
本发明的改进形式在说明书中以及附图中说明。
在本发明的一个优选的实施变型形式中，离合器装置具有保持机构，所述保持机构在第一切换位置中以及在第二切换位置中机械地锁止切换元件。
由此确保将切换元件能量优化地保持在第一切换位置和第二切换位置中。
优选地，保持机构具有制动元件，所述制动元件设置在操作元件上，并且制动元件在执行切换元件从第二切换位置到第一切换位置中的运动时作用于保持机构上，使得解除切换元件在第二切换位置中的机械的锁止，进而导入切换元件从第二切换位置到第一切换位置中的运动。
制动元件能够摩擦配合地或形状配合地作用于保持机构上。
操作元件优选能够围绕转动轴线枢转，所述转动轴线平行于从动元件的中央的转动轴线伸展。
操作元件的经由执行器进行的操作以电子机械的方式、电子液压的方式或以电磁的方式进行。
操作元件优选基本上镰刀形地构成，即以镰刀的刀刃的形状构成。术语“镰刀形”在该情况下描述基本上半圆的造型。
操作元件的镰刀形的设计方案除了优化的结构空间利用之外实现：能量有效地触发切换元件从第一切换位置到第二切换位置和/或相反的轴向运动。
切换元件的控制几何结构优选具有至少一个侧凹部，使得滚轮在切换元件的第一切换位置中和/或在切换元件的第二切换位置中处于相对于控制几何结构处于全方位的释放中。
附图说明
下面示例性地参考附图描述本发明。
图1示出离合器装置以及输入元件和输出元件的一个立体图。
图2示出离合器装置以及输入元件和输出元件的另一立体图。
图3以从图2的点X观察的方式示出离合器装置以及输入元件和输出元件的纵向视图。
图4以从图2的点Y观察的方式示出离合器装置以及输入元件和输出元件的横向视图。
图5以从图2的点Z观察的方式示出离合器装置以及输入元件和输出元件的另一横向视图。
图6示出切换元件的立体图。
图7a示出切换元件的纵向视图。
图7b示出切换元件的另一纵向视图。
图8示出具有引入控制几何结构中的侧凹部的切换元件的等距细节图。
图9a-图9c示出处于不同的往复位置和转角位置中的切换元件的控制几何结构和滚轮的位置。
图10示出第一保持元件的立体图。
图11示出第二保持元件的立体图。
图12示出第一切换位置中的离合器装置的主要部件的立体图。
图13示出第一切换位置中的离合器装置的主要部件的另一立体图。
图14沿着根据图19的剖平面B-C-D示出第一切换位置中的离合器装置的主要部件的剖面图。
图15沿着根据图18的剖平面A-A示出第一切换位置中的离合器装置的主要部件的剖面图。
图16示出第一切换过程期间的离合器装置的主要部件的立体图。
图17示出第一切换过程期间的离合器装置的主要部件的另一立体图。
图18以从根据图17的点K观察的方式示出第一切换过程期间的离合器装置的主要部件的纵向视图。
图19以从根据图17的点L观察的方式示出第一切换过程期间的离合器装置的主要部件的横向视图。
图20以从根据图17的点M观察的方式示出第一切换过程期间的离合器装置的主要部件的另一横向视图。
图21沿着根据图19的剖平面B-C-D示出在第一切换过程期间的离合器装置的主要部件的剖面图。
图22沿着根据图18的剖平面A-A示出在第一切换过程期间的离合器装置的主要部件的剖面图。
图23示出第二切换位置中的离合器装置的主要部件的立体图。
图24示出第二切换位置中的离合器装置的主要部件的另一立体图。
图25沿着根据图19的剖平面B-C-D示出在第二切换位置中的离合器装置的主要部件的剖面图。
图26沿着根据图18的剖平面A-A示出在第二切换位置中的离合器装置的主要部件的剖面图。
图27示出具有离合器装置的示例性的机动车结构。
具体实施方式
在图1至图26中示出根据本发明的离合器装置1的示例性的实施变型形式的不同的细节、切换位置以及立体图。图27示出具有根据本发明的离合器装置1的示例性的机动车结构。
根据本发明的离合器装置1的图1至图26中示出的示例性的实施变型形式用于将从动元件5、在此第一轴选择性地与驱动元件4、在此第二轴连接，使得选择性地能够将转矩从驱动元件4传递到从动元件5上和/或相反。
离合器装置1包括具有控制几何结构3的切换元件2、执行器6、操作元件7、滚轮8、制动元件9以及保持机构16。
在图6至图9中示出切换元件2的不同的细节。在当前的实施例中，切换元件2构成为接合套。切换元件2经由局部构成在切换元件2的内环周面上的带动齿部41抗相对转动地然而轴向可移动地设置在从动元件5上(图1至图6)。切换元件2包括不同的轴向位置上的第一径向部段44、第二径向部段45和第三径向部段46(图8)。切换元件2具有轴向作用的控制几何结构3。切换元件的控制几何结构3具有用于在切换元件2的第一切换位置中将滚轮8相对于控制几何结构3全方位地释放的侧凹部12(图8，图9c)。控制几何结构3的轮廓能够有利地从加速度曲线中推导出。这通过根据转动角度经由二阶连续可微分函数来限定加速度来进行，例如通过预设立方样条函数的网格点来进行。这有利地作用于离合器装置1的动态的和声学的特性。能够考虑将要移动的切换元件2的最大加速度、例如10g的，和最大速度，例如1m/s的极限值作为边界条件。然而，起决定性作用的不仅是速度和加速度的最大值，而且首先是避免突变中的非连续性(加速度的一阶导数)。此外，前凸轮设计实现间隙的补偿和用于在行程开始时预紧系统。
术语“轴向”描述沿着或平行于从动元件4的中央的转动轴线11的方向。
切换元件2轴向选择性地能够移动到第一切换位置和第二切换位置中。
在切换元件2的第一切换位置中，从动元件5与驱动元件4、在此第二轴以驱动有效的方式连接。图12至图15示出具有第一切换位置中的切换元件2的离合器装置1的不同的视图。
在切换元件2的第二切换位置中，从动元件5与驱动元件4不以驱动有效的方式连接。图23至图26示出具有第二切换位置中的切换元件2的离合器装置1的不同的视图。
在当前的实施例中，执行器6构成为电磁体。执行器6具有线圈，根据实施方案，即根据执行器在无电流状态下的期望的特性，具有弹簧或永磁衔铁以及销13。
经由执行器6能够执行切换元件2的第一切换过程，即切换元件2从第一切换位置到第二切换位置的轴向运动(图16至图22)。
此外，经由执行器6能够执行第二切换过程，即切换元件2从第二切换位置到第一切换位置的轴向运动(未示出)。
离合器装置1的操作元件7基本上镰刀形地构成，并且能够围绕在当前的情况下相对壳体固定的转动轴线10枢转。
相对壳体固定的转动轴线10平行于从动元件5的中央的转动轴线11。
在操作元件7上位置固定地，即既不可轴向运动也不可径向运动地设置有滚轮8以及制动元件9。
术语“径向”描述正交于从动元件5的中央的转动轴线11的方向。
制动元件9是离合器装置1的保持机构16的一部分，并且经由关于中央的转动轴线11沿径向方向弹性的固定元件42与操作元件7连接。经由离合器装置1的保持机构16将切换元件2机械地保持在第一切换位置中以及机械地保持在第二切换位置中。
保持机构16包括第一弹性元件14、第一保持元件17和第二保持元件18。
第二弹性元件15构成为压缩弹簧并且在从动元件5上与切换元件2同轴地设置在构成在切换元件2上的止挡件和固定地设置在从动元件5上的止挡件(未示出)之间。借助于第二弹性元件15的力，将切换元件2轴向地压入到第一切换位置中并且机械地保持在第一切换位置中。
第一保持元件17在图10中示出。第一保持元件17具有至少一个第三弹性元件19，即弹性的保持舌板。在当前的实施例中，保持机构16包括多个构成为板成型件的第一保持元件17，所述第一保持元件具有弹性的保持舌板19，所述保持舌板抗相对转动地且在轴向固定限定的位置中与从动元件5形成连接。
第二保持元件18在图11中示出。第二保持元件18环形地构成并且轴向固定地以及可转动地支承地设置在切换元件2的外部的侧表面上。第二保持元件18具有构成为端侧的凸缘的保持几何结构20。保持几何结构20在内环周构成在第二保持元件18上。此外，在第二保持元件18的内环周面上构成内锥21。因此，第二保持元件18的内环周面部分地通过保持几何结构20和部分地通过内锥21构成。第二保持元件18的保持几何结构20由在内环周上伸展的齿部区域22和在内环周上伸展的接片23组成。
具有构成为板式弹簧元件的第三弹性元件19的一个或多个第一保持元件17经由在切换元件2中空出的穿引开口43向径向外部引导，并且与第二保持元件18的保持几何结构20形成接合，或者在第二保持件18扭转时经由设置在第二保持件18的内环周面上的齿部区域22向径向内部挤压。因此，能够实现闭锁功能和通过第二保持元件18相对于切换元件2的扭转实现切换元件2的解锁功能。
第一切换过程，即切换元件2从第一切换位置到第二切换位置中的过渡通过执行器6的状态变化(图16至图22)进行。用于将切换元件2从第一切换位置轴向运动到第二切换位置中的能量经由转动的从动元件5提供。
图12至图15示出第一切换位置中的切换元件2。通过对执行器6的线圈通电，将执行器6的销13从第一(移入的)末端位置移动到第二(移出的)末端位置中。借助于可围绕转动轴线10枢转的操作元件7将操作力克服第一弹性元件14的力作用传递到滚轮8上。通过切换元件2围绕从动元件5的中央的转动轴线11的旋转，滚轮8与切换元件2的控制几何结构3形成接合(图9a至图9c)。通过轴向作用的控制几何结构3的相应的造型(图6至图9c)，切换元件2在围绕中央的转动轴线11转动时经受轴向的往复运动。
在第一切换过程期间，第二弹性元件15张紧，并且切换元件2在第一切换过程结束时经由第一保持元件17的第三弹性元件19形状配合地锁止在第二切换位置中。执行器6的力作用在第一切换过程结束时克服预紧的第一弹性元件14的起作用的弹簧力固定操作元件7的末端位置(图23至图26)。
第二切换过程，即切换元件2从第二切换位置到第一切换位置中的过渡经由执行器6的重新的状态变化进行。在此，借助于存储在第一弹性元件14中的能量将执行器6的销13经由操作元件7从第二(移出的)末端位置移动到第一(移入的)末端位置中。这根据执行器6的实施方案通过对执行器6的线圈通电或无电流切换或反向通电来进行。因此，经由固定元件42设置在操作元件7上的制动元件9与构成在第二保持元件18上的内锥21形成接合。这引起第二保持元件18相对于切换元件2的扭转，由此，第一保持元件17的第三弹性元件19借助于构成在第二保持元件18上的齿部区域22的齿壁被径向向内挤压，并且导入解锁过程。借助于在第二弹性元件15中存储的能量，进行切换元件2从第二切换位置到第一切换位置中的运动。在第二切换过程结束时，第一弹性元件14、第二弹性元件15以及第三弹性元件19处于被卸载的末端位置中。
图9a、图9b和图9c示出处于切换元件2的不同的往复位置和转动角度位置中的滚轮8和控制几何结构3的位置。在第一切换位置(图9a)中，在滚轮支承栓25的端面和切换元件2的外部的侧表面26之间设有径向间隙24。在第一切换过程(图9b)期间，滚轮8与切换元件2的控制几何结构3形成接合。操作元件7围绕转动轴线10的最大可行的枢转运动经由滚轮支承栓25的关于从动元件5的中央的转动轴线11位于径向内部的端面限制，并且滚轮8能够沿着控制几何结构3滚动或滑动。在第一切换过程结束时(图9c)，即在切换元件2的第二切换位置中，滚轮支承栓25能够通过局部加工到控制几何件3的侧凹部12进一步向径向内部朝向驱动元件4的中央的转动轴线11枢转，直至操作元件7占据其优选经由固定在壳体上的止挡件限制的末端位置。这样，滚轮8达到其末端位置中，在该末端位置中可以全方位地释放滚轮8和控制几何结构3(径向间隙24，轴向间隙27)。仅短暂地在第一切换过程期间进行滚轮8和控制几何结构3的接触，并且能够在切换元件2的第一切换位置和第二切换位置中避免持续的摩擦损失。在第一切换位置以及第二切换位置中，在支承栓25和第一径向部段44或第三径向部段46之间存在径向间隙24，——因此确保支承栓25和第一径向部段44以及第二径向部段46之间的自由活动性。
图27示出具有沿着行驶方向设置的内燃机28的示例性的机动车结构，所述机动车结构除了内燃机28之外包括主变速器29、分配变速器30、前轴变速器31、后轴变速器32以及前部的侧轴33和后部的侧轴34作为主要的传递功率的部件。在全轮运行，即也称作为“4WD”运行中，经由分配变速器30进行将驱动力矩按需分配到前部的侧轴33和后部的侧轴34上。
术语“4WD”代表“四轮驱动”并且描述经由至少两个机动车轴进行的机动车的驱动，其中机动车轴为在图27中示出的实例中为前轴35和后轴36。
在“2WD”运行中，在此在经由后轴36进行的驱动中，通过分配变速器30整体将功率经由后部的万向轴37传递到机动车的后轮上。构成为耦联元件的分离单元38，也称作为“切断”单元在该运行状态下——借助于根据本发明的离合器装置1——实现前轴变速器31以及前部的万向轴39中的角传动装置的完全的停止，由此通过降低不必要的牵引损失确保经济的“2WD”运行。
术语“2WD”代表“双轮驱动”并且描述经由仅一个机动车轴进行的机动车的驱动，其中机动车轴为在图27中示出的实例中为前轴35或后轴36。
通过控制单元(未示出)经由电的控制线路40控制“切断”单元38进而根据本发明的离合器装置1。
附图标记列表
1 离合器装置
2 切换元件
3 控制几何结构
4 驱动元件
5 从动元件
6 执行器
7 操作元件
8 滚轮
9 制动元件
10 转动轴线
11 (从动元件的)中央的转动轴线
12 侧凹部
13 销
14 第一弹性元件
15 第二弹性元件
16 保持机构
17 第一保持元件
18 第二保持元件
19 第三弹性元件
20 保持几何结构
21 内锥
22 齿部区域
23 接片
24 径向间隙
25 (滚轮的)支承栓
26 外部的侧表面
27 轴向间隙
28 内燃机
29 主变速器
30 分配变速器
31 前轴变速器
32 后轴变速器
33 前部的侧轴
34 后部的侧轴
35 前轴
36 后轴
37 后部的万向轴
38 分离单元(“切断”单元)
39 前部的万向轴
40 电的控制线路
41 带动齿部
42 固定元件
43 穿引开口
44 第一径向部段
45 第二径向部段
46 第三径向部段

Claims (8)

1.一种用于机动车的驱动系的离合器装置(1)，其包括：
-具有控制几何结构(3)的切换元件(2)，其中所述切换元件(2)抗相对转动地然而轴向能移动地、即以能选择性地移动到第一切换位置和第二切换位置中的方式设置在从动元件(5)上，其中在所述切换元件(2)的第一切换位置中，所述从动元件(5)以驱动有效的方式与所述驱动元件(4)连接，并且在所述切换元件(2)的第二切换位置中所述从动元件(5)不以驱动有效的方式与所述驱动元件(4)连接，
-执行器(6)，其中经由所述执行器(6)能够执行所述切换元件(2)从所述第一切换位置到所述第二切换位置的运动和/或相反的运动；
-操作元件(7)，所述执行器(6)经由所述操作元件执行所述切换元件(2)从所述第一切换位置到所述第二切换位置中的运动和/或相反的运动；和
-滚轮(8)，所述滚轮设置在所述操作元件(7)上，
其中在所述切换元件(2)的所述第一切换位置中能够经由所述执行器(6)操作所述操作元件(7)，使得所述滚轮(8)能够与所述切换元件(2)的所述控制几何结构(3)形成接合，以至于所述切换元件(2)能够从所述第一切换位置转移到所述第二切换位置中。
2.根据权利要求1所述的离合器装置(1)，其特征在于，所述离合器装置(1)具有保持机构(16)，所述保持机构将所述切换元件(2)机械地锁止在所述第一切换位置中以及所述第二切换位置中。
3.根据权利要求2所述的离合器装置(1)，其特征在于，所述保持机构(16)具有制动元件(9)，所述制动元件设置在所述操作元件(7)上，并且所述制动元件在执行所述切换元件(2)从所述第二切换位置到所述第一切换位置中的运动时作用于所述保持机构(16)上，使得解除所述切换元件(2)在所述第二切换位置中的机械的锁止，进而导入所述切换元件(2)从所述第二切换位置到所述第一切换位置中的运动。
4.根据权利要求3所述的离合器装置(1)，其特征在于，所述制动元件(9)摩擦配合地或形状配合地作用于所述保持机构(16)上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的离合器装置(1)，其特征在于，所述操作元件(7)能够围绕转动轴线(10)枢转，所述转动轴线平行于所述从动元件(5)的中央的转动轴线(11)伸展。
6.根据上述权利要求中任一项所述的离合器装置(1)，其特征在于，所述操作元件(7)的经由所述执行器(6)进行的操作以电子机械的方式、电子液压的方式或电磁的方式进行。
7.根据上述权利要求中任一项所述的离合器装置(1)，其特征在于，所述操作元件(7)镰刀形地构成。
8.根据上述权利要求中任一项所述的离合器装置(1)，其特征在于，所述切换元件(2)的所述控制几何结构(3)具有至少一个侧凹部(12)，使得所述滚轮(8)在所述切换元件(2)的所述第一切换位置中和/或在所述切换元件(2)的所述第二切换位置中相对于所述控制几何结构(3)处于全方位的释放中。
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