CN115461551A - 换挡装置 - Google Patents

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CN115461551A CN202180030476.8A CN202180030476A CN115461551A CN 115461551 A CN115461551 A CN 115461551A CN 202180030476 A CN202180030476 A CN 202180030476A CN 115461551 A CN115461551 A CN 115461551A
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约亨·洛菲尔曼
维克托·鲁德尔
费利斯·罗伊斯
托马斯·哈默
亚历山大·瓦格纳
亚历山大·沃斯
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的动力传动系的换挡装置(1)，其中，‑设置有控制轴(10)以用于调节控制元件(9)，‑所述控制轴(10)具有能够由致动器(36)驱动的第一子部分(15)以及设计成调节所述控制元件(9)的第二子部分(16)，并且‑所述第一子部分(15)相对于所述第二子部分(16)以可旋转的方式安装。在两个所述子部分(15、16)之间设置有弹簧元件(11)，所述第一子部分(15)的扭矩能够经由所述弹簧元件传递至所述第二子部分(16)。

Description

换挡装置
技术领域
本发明涉及根据独立权利要求1的前序部分的用于机动车辆的动力传动系的换挡装置。
背景技术
根据DE 10 2014 217 066 A1已知一种用于可换挡的全轮驱动的离合器，其中，两个对准的驱动轴通过离合器零件彼此连接，该离合器零件能够实现两个驱动轴之间的形状配合连接。离合器具有呈换挡叉形式的换挡元件，能够沿轴向方向移位的离合器零件利用该换挡元件移位使得建立起两个驱动轴之间的刚性连接。
根据WO 2011/098 595 A1已知一种用于机动车辆的动力传动系的联接组件，该联接组件包括至少一个离合器，至少一个离合器布置在旋转轴上以将旋转轴选择性地联接至动力传动系的驱动元件。联接组件还包括用于致动离合器的至少一个致动装置。致动装置被设计成使接合部段与随轴旋转的螺纹部段选择性地接合，以便引起接合部段和螺纹部段沿旋转轴的轴线的方向的相对运动，并且由此沿轴向方向致动离合器。
发明内容
本申请的目的是提供一种用于机动车辆的动力传动系的改进的换挡装置。
该目的通过独立权利要求的特征来实现。本发明的其他优选实施方式可以在从属权利要求、附图和相关联的描述中发现。
为了实现该目的，提供了一种用于机动车辆的动力传动系的换挡装置，该换挡装置包括：壳体，在该壳体中以可旋转的方式安装有第一驱动轴和第二驱动轴，其中，第一驱动轴和第二驱动轴彼此同轴布置使得第一驱动轴和第二驱动轴具有共同的旋转轴线；以及可换挡的离合器装置，该离合器装置布置在第一驱动轴与第二驱动轴之间，其中，离合器装置具有打开换挡位置，在该打开换挡位置中，第一驱动轴能够相对于第二驱动轴自由旋转，并且离合器装置具有关闭换挡位置，在该关闭换挡位置中，第一驱动轴经由离合器装置以旋转固定的方式连接至第二驱动轴，其中，离合器装置具有不能沿旋转轴线的方向移位的非可移位离合器元件以及能够借助于控制元件沿旋转轴线的方向移位的可移位离合器元件，其中，设置有控制轴以用于调节控制元件，其中，控制轴具有可以由致动器驱动的第一子部分以及设计成调节控制元件的第二子部分，其中，第一子部分相对于第二子部分以可旋转的方式安装，其中，在两个子部分之间设置有弹簧元件，第一子部分的扭矩可以经由该弹簧元件传递至第二子部分。
作用在两个离合器元件之间的力可以由弹簧元件以简化的方式设定，而不需要复杂的传感器系统。此外，由于换挡装置的各种部件之间、例如控制轴与控制元件之间的部件公差而可能存在的任何游隙或者同样驱动控制轴的致动器中的游隙可以得到补偿。由于根据本申请的弹簧元件集成在控制轴中，因此可以省去用于离合器装置的部件的其他弹簧和/或阻尼轴承装置，因此，简化结构成为可能。
本申请的含义内的弹簧元件不一定必须与控制轴的第一子部分和/或第二子部分直接接触；其他部件；例如用于弹簧元件的接纳部或保持器可以插置在这些部件与弹簧元件之间。
在优选实施方式中，离合器装置由爪式离合器形成。弹簧元件可以以特别有利的方式与爪式离合器相互作用。在该类型的离合器中，离合器元件由爪式离合器元件形成。为了将爪式离合器从打开换挡位置转换至关闭换挡位置，一个离合器元件的爪部必须接合在由另一个相应的离合器元件的爪部形成的中间空间中。由于弹簧元件，因此在换挡过程期间实现了缓冲效果，这对换挡装置的使用寿命和耐久性具有利效果。
根据另一实施方式，第一子部分相对于第二子部分安装成使得，在第一子部分沿第一方向旋转时，扭矩由经由弹簧元件的力流传递至第二子部分。当使可移位离合器元件沿驱动轴的旋转轴线的方向移动至非可移位离合器元件时，可能出现爪部不同步、即，形状配合接合尚不可能。由于驱动控制轴的致动器和弹簧元件相对于控制力的传递串联连接，因此，在尚未同步的状态下或者在两个离合器元件的相对速度过高时可以有利地实现偏转功能。在这种状态下，通过控制轴作用在可移位离合器元件上的能量可以由弹簧元件吸收直到达到用于将非可移位离合器元件联接至可移位离合器元件的合适状态为止。一旦两个离合器元件同步，储存在弹簧元件中的能量就再次释放并且可移位离合器元件完全进入关闭换挡位置中。因此，可以省去驱动控制轴的致动器的控制或调节，该控制或调节将需要例如附加的传感器装置。在该构型中，弹簧元件因此能够实现在结构上简单的结构，通过该简单的结构可靠地转换到关闭换挡位置成为可能。在联接过程期间作用在可移位离合器元件上的冲击或振动也可以由弹簧元件吸收并且不影响其他元件、比如致动器，使得操作稳定性也因此增加。
优选地，第一子部分相对于第二子部分安装成使得，在第一子部分沿第二方向旋转时，扭矩在没有经由弹簧元件的力流的情况下传递至第二子部分。第一旋转方向与第二旋转方向相反。为了在旋转期间在没有经由弹簧元件的力流的情况下沿第二旋转方向传递扭矩，第一子部分和第二子部分优选地各自具有力传递表面，扭矩可以经由该力传递表面从第一子部分直接传递至第二子部分。已经证明有利的是，当转换到打开换挡位置中时，将驱动器的控制力施加至可移位离合器元件，而无需插置弹簧和/或阻尼元件，因为这能够实现瞬时断开联接。
根据优选实施方式，第一子部分沿第一方向的旋转使离合器装置转换到关闭换挡位置中，并且第一子部分沿相反的第二方向的旋转使离合器装置转换到打开换挡位置中。通过旋转方向的这种分配，弹簧元件的有利效果可以在转换至关闭换挡位置时使用并且可以在转换至打开换挡位置时实现瞬时转换，而无需弹簧元件参与。
弹簧元件优选为扭转弹簧。扭转弹簧是可以使用简单结构装置以旋转固定的方式连接至控制轴的第一子部分和第二子部分的价格便宜的弹簧元件。
根据另一实施方式，第一子部分或第二子部分的一个端部与相应的另一个子部分中的一个端部以可旋转的方式安装，其中，弹簧元件相对于控制轴的旋转轴线径向地安装在第一子部分与第二子部分之间。第二子部分优选地安装在第一子部分中。弹簧元件可以例如在其整个轴向延伸部上相对于控制轴的旋转轴线安装在第一子部分与第二子部分之间。这导致特别紧凑的结构。其他优点是例如在组装期间的改善的处理容易性以及改善的操作稳定性，因为弹簧元件由第一子部分和第二子部分保护而免受环境影响。
根据另一实施方式，第一子部分相对于第二子部分的最大相对旋转运动由第二子部分的轮廓限定，第一子部分的径向延伸部突出到第二子部分的轮廓中。以这种方式，可以防止子部分相对于彼此旋转。此外，轮廓和径向延伸部可以各自具有力传递表面，扭矩可以在第一子部分旋转时经由该力传递表面沿第二方向传递而不涉及弹簧元件。
优选地，控制轴是小齿轮轴。因此，小齿轮轴至少在一个区域中具有外齿部以便与控制元件的传递元件相互作用。以这种方式，控制力可以以结构上简单的方式从控制轴传递至控制元件。控制元件可以例如由滑动套筒形成，该滑动套筒封围两个驱动轴中的至少一者，其中，齿轮元件设置在滑动套筒的外周上。滑动套筒提供的优点是，可以实现特别简单且具有成本效益的控制元件，该控制元件由于其稳定性而允许特别高的定位精度。布置在滑动套筒的外周上的齿轮元件可以例如仅设置在滑动套筒的子部分中或者替代性地也在滑动套筒的整个圆周上设置。
根据另一示例性实施方式，针对可移位离合器元件设置有端部止挡件，该端部止挡件在驱动轴的旋转轴线的方向上确定可移位离合器元件在打开换挡位置中的端部位置。端部止挡件优选为具有弹性特性的材料；例如，橡胶缓冲件，使得能量在可移位离合器元件碰撞端部止挡件时被吸收。端部止挡件消除了对传感器元件或更复杂的控制电子装置的需要。
附图说明
在下文中，参照附图借助于优选实施方式来解释本发明。在附图中：
图1示出了换挡装置的截面图；
图2示出了换挡装置的示意图；
图3从两个视角示出了控制轴的示意图；
图4示出了弹簧元件的立体图；以及
图5示出了控制轴的立体图。
具体实施方式
图1示出了具有第一驱动轴3和第二驱动轴4的换挡装置1，第一驱动轴和第二驱动轴可以经由离合器装置6以旋转固定的方式彼此连接。
第二驱动轴4包括经由齿部18以不可旋转的方式彼此连接的两个子轴。第二驱动轴4在一个端部处安装在第一驱动轴3的接纳部19中并且经由滚珠轴承20相对于壳体2安装。第一驱动轴3由滚珠轴承21和第二驱动轴4的突出到第一驱动轴3的接纳部19中的延伸部支承在壳体2内。第一驱动轴3和第二驱动轴4彼此同轴地对准并且因此绕共同的旋转轴线5旋转。
第一驱动轴3和第二驱动轴4中的每一者的一个端部从壳体2突出。在安装状态下，第一驱动轴3则可以以旋转固定的方式连接至例如差动齿轮，并且第二驱动轴4连接至例如驱动轮，或者第一驱动轴连接至例如驱动轮，并且第二驱动轴连接至例如差动齿轮。在第一驱动轴3和第二驱动轴4的彼此面对的端部处设置有离合器装置6，离合器装置包括分配至第一驱动轴3的第一非可移位离合器元件7和分配至第二驱动轴4的可移位离合器元件8。离合器装置6可以转换到打开换挡位置中，在打开换挡位置中，第一驱动轴3和第二驱动轴4没有以旋转固定的方式彼此连接。此外，离合器装置6可以转换到关闭换挡位置中，在关闭换挡位置中，第一驱动轴3以旋转固定的方式连接至第二驱动轴4。离合器装置6借助于控制元件9被控制，控制元件以可轴向移位的方式、即，沿旋转轴线5的方向安装在第二驱动轴4上。控制元件9例如被设计为滑动套筒，其中，套筒从齿轮元件17延伸至控制力经由滚子轴承12引入到可移位离合器元件8中的点。齿轮元件17优选地由外齿部形成。
当离合器装置6从打开换挡位置转换至关闭换挡位置时，由小齿轮轴形成的控制轴10由致动器36驱动(参见图2)，使得控制轴绕旋转轴线13旋转。然后，控制轴10经由控制元件9和滚子轴承12将控制力传递至可移位离合器元件8。
当控制轴11沿第一方向31(参见图2)旋转时，图1中的控制元件9并且因此可移位离合器元件8也沿非可移位离合器元件7的方向移动，使得离合器装置6转换到关闭换挡位置中。
如果控制轴10沿第二方向32(参见图2)旋转，则控制元件9和可移位离合器元件8沿相反方向移动，使得离合器装置6转换到打开换挡位置中。在打开换挡位置中，可移位离合器元件8则抵靠端部止挡件14搁置，端部止挡件优选地由橡胶缓冲件形成。
图2示出了根据从图1中已知的第一实施方式的换挡装置1的示意图。因此，下面将仅讨论另外提出的特征。图2示出了关闭换挡位置，在关闭换挡位置中，离合器元件7和8的爪部24(示意性地示出)接合。设置有与旋转轴线5平行对准的轴承元件22以用于控制元件9的可移位安装。轴承元件22优选地由以不可移动的方式安装在壳体2中的销形成。控制元件9具有用于轴承元件22的接纳部23，使得控制元件9沿旋转轴线5的方向的可移位运动能够实现。接纳部23优选地设计成使得控制元件9在切线方向上固定、即，控制元件不能旋转。这是有利的，因为尽管存在滚子轴承12，但是当可移位离合器元件8旋转时，绕旋转轴线5的扭矩可能会作用在控制元件9上。
图2示出了包括第一子部分15、第二子部分16和弹簧元件11的控制轴10，其中，扭矩从第一子部分15经由弹簧元件11传递至第二子部分16。
如图3所述，弹簧元件11相对于控制轴10的旋转轴线13径向地布置在第一子部分15与第二子部分16之间。此外，弹簧元件11还相对于旋转轴线13被第一子部分15完全轴向包围并且完全轴向包围在第二子部分16中，使得弹簧元件11集成在控制轴10中。
图4示出了由扭转弹簧形成的弹簧元件11的立体图。弹簧元件11具有以旋转固定的方式连接至第二子部分16的第一弹簧端部29以及以旋转固定的方式连接至第一子部分15的第二弹簧端部30。
在图3中的左侧图示中，以前视图示出了控制轴10，其中，第一子部分15具有相对于旋转轴线13径向向内打开的轮廓25。第二子部分16的径向延伸部26接合在轮廓25中，使得子部分15和16相对于彼此的扭转运动受限。
当第一子部分15沿第一方向31旋转时，扭矩经由弹簧元件11作用在第二子部分16上，使得第二子部分也沿第一方向31旋转。弹簧元件11的最大弹簧变形量27由轮廓25和延伸部26相对彼此的尺寸确定。第一子部分15可以优选地相对于第二子部分16旋转10°至180°，更优选地旋转45°至135°，特别优选地旋转70°至110°。
当离合器装置6从打开换挡位置转换至关闭换挡位置时，第一子部分15由不是换挡装置1的部件的致动器36沿第一方向31驱动。致动器36经由第一子部分15的连接装置28(参见图5)将扭矩传递至控制轴10。第一子部分15的扭矩经由弹簧元件11传递至第二子部分16，使得扭矩经由第二子部分16的外齿部34传递至控制元件9的传递元件17。然后，控制元件9使可移位离合器元件8沿非可移位离合器元件7的方向移动，使得达到关闭换挡位置。
进入到关闭换挡位置中的这种转换过程借助于弹簧元件11的弹簧效果进行。离合器装置6是爪式离合器，使得离合器装置6的关闭换挡位置仅在相应的离合器元件7和8的爪部24彼此完全接合时达到。弹簧元件11的弹簧力以预先限定的力将可移位离合器元件8压靠在非可移位离合器元件7上。如果两个离合器元件7和8的也在图2中示意性地示出的爪部24不同步，则尚不可能接合在关闭换挡位置中。由于弹簧元件11，控制轴10仍然可以继续在控制元件9上施加致动力或致动运动，因为弹簧元件11可以补偿该运动。只要两个离合器装置7和8的爪部24通过第一驱动轴3相对于第二驱动轴4的相对运动而同步，弹簧元件11就可以经由第二子部分16、控制元件9和滚子轴承12将储存的控制能量释放至可移位离合器元件8，使得可移位离合器元件完全进入到关闭换挡位置中。因此，驱动控制轴10的致动器36不必以复杂的方式进行控制或者不必在传感器的帮助下进行调节。
当离合器装置6从关闭换挡位置转换至打开换挡位置时，控制轴10的第一子部分15经由致动器36沿第二方向32旋转。第一子部分15的轮廓25相对于延伸部26移动直到延伸部26搁置在轮廓25的力传递表面35上为止。因此，第一子部分15的扭矩可以经由位于轮廓25的力传递表面35上的直接相邻的延伸部传递至第二子部分16。因此，第一子部分15的扭矩在没有弹簧作用的情况下传递至第二子部分16。然后，致动力可以经由第二子部分16的外齿部34传递至控制元件9的齿轮元件17(参见图1和图2)。然后，控制元件9与可移位离合器元件8一起移动远离非可移位离合器元件7，使得离合器装置6转换到打开换挡位置中。通过在进入打开换挡位置的转换过程期间避免经由弹簧元件11的力流，可以实现有效且瞬时的断开联接。在打开换挡位置中，可移位力传递元件8然后与端部止挡件14接触。
附图标记列表
1 换挡装置
2 壳体
3 第一驱动轴
4 第二驱动轴
5 (驱动轴的)旋转轴线
6 离合器装置
7 非可移位离合器元件
8 可移位离合器元件
9 控制元件
10 控制轴
11 弹簧元件
12 滚动轴承
13 (控制轴的)旋转轴线
14 端部止挡件
15 (控制轴的)第一子部分
16 (控制轴的)第二子部分
17 齿轮元件
18 齿部
19 接纳部
20 滚珠轴承
21 滚珠轴承
22 轴承元件
23 (用于轴承元件的)接纳部
24 爪部
25 轮廓
26 延伸部
27 弹簧变形量
28 连接装置
29 第一弹簧端部
30 第二弹簧端部
31 (控制轴的旋转的)第一方向
32 (控制轴的旋转的)第二方向
33 (第二子部分的)端部
34 外齿部
35 力传递表面
36 致动器。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆的动力传动系的换挡装置(1)，所述换挡装置包括：
-壳体(2)，在所述壳体中以可旋转的方式安装有第一驱动轴(3)和第二驱动轴(4)，其中，所述第一驱动轴(3)和所述第二驱动轴(4)彼此同轴布置使得所述第一驱动轴和所述第二驱动轴具有共同的旋转轴线(5)，以及
-可换挡的离合器装置(6)，所述离合器装置布置在所述第一驱动轴(3)与所述第二驱动轴(4)之间，其中，
-所述离合器装置(6)具有打开换挡位置，在所述打开换挡位置中，所述第一驱动轴(3)能够相对于所述第二驱动轴(4)自由旋转，并且
-所述离合器装置(6)具有关闭换挡位置，在所述关闭换挡位置中，所述第一驱动轴(3)经由所述离合器装置(6)以旋转固定的方式连接至所述第二驱动轴(4)，其中，
-所述离合器装置(6)具有不能沿所述旋转轴线(5)的方向移位的非可移位离合器元件(7)以及能够借助于控制元件(9)沿所述旋转轴线(5)的方向移位的可移位离合器元件(8)，其中，
-设置有控制轴(10)以用于调节所述控制元件(9)，其中，
-所述控制轴(10)具有能够由致动器(36)驱动的第一子部分(15)以及设计成调节所述控制元件(9)的第二子部分(16)，其特征在于，
-所述第一子部分(15)相对于所述第二子部分(16)以可旋转的方式安装，其中，在两个所述子部分(15、16)之间设置有弹簧元件(11)，所述第一子部分(15)的扭矩能够经由所述弹簧元件传递至所述第二子部分(16)。
2.根据权利要求1所述的换挡装置(1)，其特征在于，
-所述离合器装置(6)由爪式离合器形成。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的换挡装置(1)，其特征在于，
-所述第一子部分(15)相对于所述第二子部分(16)安装成使得，在所述第一子部分(15)沿第一方向(31)旋转时，所述扭矩由经由所述弹簧元件(11)的力流传递至所述第二子部分(16)。
4.根据权利要求3所述的换挡装置(1)，其特征在于，
-所述第一子部分(15)相对于所述第二子部分(16)安装成使得，在所述第一子部分(15)沿第二方向(32)旋转时，所述扭矩在没有经由所述弹簧元件(11)的力流的情况下传递至所述第二子部分(16)。
5.根据权利要求4所述的换挡装置(1)，其特征在于，
-所述第一子部分(15)沿所述第一方向(31)的旋转使所述离合器装置(6)转换到所述关闭换挡位置中，并且
-所述第一子部分(15)沿相反的所述第二方向(32)的旋转使所述离合器装置(6)转换到所述打开换挡位置中。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的换挡装置(1)，其特征在于，
-所述弹簧元件(11)是扭转弹簧。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的换挡装置(1)，其特征在于，
-所述第一子部分(15)或所述第二子部分(16)与相应的另一个子部分(16、15)中的一个端部(33)以可旋转的方式安装，其中，
-所述弹簧元件(11)相对于所述控制轴(10)的旋转轴线(13)径向地安装在所述第一子部分(15)与所述第二子部分(16)之间。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的换挡装置(1)，其特征在于，
-所述第一子部分(15)相对于所述第二子部分(16)的最大相对旋转运动由所述第一子部分(15)的轮廓(25)限定，所述第二子部分(16)的径向延伸部(26)突出到所述第一子部分的所述轮廓中。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的换挡装置(1)，其特征在于，
-所述控制轴(10)是小齿轮轴。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的换挡装置(1)，其特征在于，
-针对所述可移位离合器元件(8)设置有端部止挡件(14)，所述端部止挡件在所述驱动轴(3、4)的所述旋转轴线(5)的方向上确定所述可移位离合器元件(8)在所述打开换挡位置中的端部位置。
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