DE102008015742A1 - Clutch, has intermediate wheel arranged between guidance device and housing for transferring torque, and mechanism for producing and/or varying magnetic fields changing viscosity of magnetorheological liquid - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft eine Kupplung mit einer Führungsvorrichtung, einem Gehäuse und einem dazwischen angeordneten Zwischenrad zum Übertragen eines Drehmomentes von dem Zwischenrad, das mit einer Welle kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist, auf das Gehäuse, wobei das Zwischenrad in einen Formschluss mit dem Gehäuse verschiebbar ist.The Invention relates to a coupling with a guide device, a housing and an interposed intermediate wheel for transmitting a torque from the idler, the positively and / or positively connected with a shaft is on the housing, with the idler gear in a positive connection is displaceable with the housing.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Schalten einer solchen Kupplung.The The invention also relates to a method for switching such Clutch.
Aus
dem Stand der Technik sind bereits Kupplungen unterschiedlichster
Art bekannt. so offenbart die US-Patentanmeldung US 2006/0049018 A1
eine mit mehreren Lamellen ausgestaltete Kupplung und ein Verfahren
zum Synchronisieren der einzelnen Drehmomentübertragungselemente.
Die
Der Kolben wird durch Hydrauliköl, das durch das Kolbengehäuse zugeführt wird, vom Kolbengehäuse wegbewegt. Dabei gerät eine Verzahnung des Kolbens in Anlage mit einer Außenverzahnung einer Reibungsscheibe.Of the Piston is replaced by hydraulic oil passing through the piston housing is supplied, moved away from the piston housing. there gets a toothing of the piston in contact with an external toothing a friction disk.
Diese Reibungsscheibe weist auch eine Innenverzahnung auf, welche in Wirkeingriff mit der Außenverzahnung der Welle befindlich ist. Die Reibungsscheibe wird dann mittels des Kolbens auf ein Zwischenrad geschoben. Aufgrund der nun zwischen der Reibungsscheibe und dem Zwischenrad entstehenden Reibung, wird das Zwischenrad auf die am Kolben anliegende Geschwindigkeit beschleunigt. Erst zu diesem Zeitpunkt erfolgt ein Formschluss des weiterbewegten Kolbens über dessen Innenverzahnung zu einer Außenverzahnung des Zwischenrades.These Friction disc also has an internal toothing, which in operative engagement is located with the external teeth of the shaft. The friction disk is then pushed by means of the piston on an intermediate. by virtue of the now arising between the friction disc and the intermediate Friction, the idler gear is at the speed applied to the piston accelerated. Only at this time is a positive connection of moving on Piston on the internal teeth to an external toothing of the intermediate wheel.
Diese und ähnliche Kupplungsarten, die sich auch mehrerer Lamellen bedienen, sowie Viskokupplungen und elektromotorische Kupplungen, haben den Nachteil, dass sie viel axialen Bauraum benötigen. Für jeden einzelnen Gang, nämlich zur Gewährleistung einer Synchronisation, ist ein solcher erheblicher Bauraum zur Verfügung zu stellen. Ferner weisen die aus dem Stand der Technik bekannten Kupplungen den Nachteil auf, dass sie hohe Gesamtsystemkosten verursachen, hohem Verschleiß durch Festkörperreibung unterliegen und, insbesondere Viskokupplungen, hohe Leerlaufmomente bei hoher Drehzahl in Kauf nehmen müssen.These and similar types of couplings, which are also several lamellae and viscous couplings and electromotive couplings, have the disadvantage that they require a lot of axial space. For each individual gear, namely to guarantee a synchronization, such a considerable amount of space is available to deliver. Furthermore, those known from the prior art Clutches have the disadvantage of causing high overall system costs, subject to high wear due to solid friction and, in particular viscous couplings, high idling torques at high speed have to accept.
Aus
dem Stand der Technik sind auch Kupplungen bekannt, die sich magnetorheologischer
Flüssigkeiten bedienen. Solche Kupplungen sind etwa aus
der
Allerdings weisen die aus dem Stand der Technik bekannten Kupplungen, welche magnetorheologische Flüssigkeiten benutzen, den Nachteil auf, dass nur begrenzt hohe Drehmomente übertragbar sind. Ein Einsatz in drehmomentstarken Dieselmotoren verbietet sich bei solchen Kupplungsarten.Indeed have the known from the prior art couplings, which use magnetorheological fluids, the disadvantage that only limited high torques are transferable. One Use in high-torque diesel engines prohibits such Coupling types.
Ferner
weist die
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung hier eine Verbesserung zur Verfügung zu stellen, so dass eine Kupplung erzielt wird, die nur einen kleinen Bauraum benötigt, die notwendigen Schaltzeiten verringert und dabei noch die Kosten für das Gesamtsystem reduziert. Auch sollen die Leerlaufmomente klein gehalten werden.It the object of the present invention is an improvement here to make available so that a clutch is achieved is needed, which requires only a small space, the necessary Switching times are reduced while the cost of the entire system reduced. The idling torques should also be kept small.
In dieser Anmeldung werden nachfolgend magnetorheologische Flüssigkeiten auch mit „MRF” abgekürzt. Solche magnetorheologischen Flüssigkeiten (MRF) stellen eine Alternative zu elektrorheologischen Flüssigkeiten dar. Diese auch als „ERF” bezeichnete Flüssigkeiten, sind allerdings im Rahmen dieser Erfindung anstelle magnetorheologischer Flüssigkeiten verwendbar.In This application will be hereinafter magnetorheological fluids also abbreviated to "MRF". Such magnetorheological Liquids (MRF) represent an alternative to electrorheological Liquids. This also known as "ERF" Liquids, however, are within the scope of this invention used in place of magnetorheological fluids.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die oben dargestellte Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Kupplung dadurch gelöst, dass eine in ihrer Viskosität veränderbare magnetorheologische Flüssigkeit in einem zwischen dem Zwischenrad und dem Gehäuse befindlichen Zwischenraum zum Übertragen eines Drehmomentes vorhanden ist und eine Einrichtung zum Erzeugen und/oder Variieren eines die Viskosität der magnetorheologische Flüssigkeit (MRF) verändernden Magnetfeldes aufweist.The The object shown above is by a generic Clutch solved by one in their viscosity changeable magnetorheological fluid in one located between the idler and the housing Space for transmitting a torque available is and means for generating and / or varying a Viscosity of the magnetorheological fluid (MRF) has changing magnetic field.
Dadurch, dass eine magnetorheologische Flüssigkeit in dem Zwischenraum vorhanden ist, lässt sich bei Aktivierung mittels eines Magnetfeldes, die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit erhöhen, was dazu führt, dass die Bewegung der Welle über das Zwischenrad mittels der hochviskosen Flüssig keit auf das Gehäuse übertragbar ist. Das Gehäuse wird dadurch beschleunigt. Dadurch, dass das Zwischenrad in Richtung des Gehäuses schiebbar ist, wird bei entsprechendem Schieben des Zwischenrades in Richtung des Gehäuses, über die dann hochviskose MRF ein Drehmoment noch stärker auf das Gehäuse übertragen. Selbst sehr große Drehmomente und Kräfte, sind bei Eintritt des Zwischenrades in Formschluss mit dem Gehäuse übertragbar, auch wenn aus Energiespargründen das Magnetfeld ausfällt oder abgeschalten wird. Eine stromsparendere und ausfallsicherere Kupplung ist die Folge.Characterized in that a magnetorheological fluid is present in the gap, when activated by means of a magnetic field, the viscosity of the magnetorheological fluid increase, which means that the movement of the shaft via the intermediate wheel by means of the high-viscosity liquid is transferable to the housing. The housing is thereby accelerated. Due to the fact that the intermediate wheel is slidable in the direction of the housing, with appropriate sliding of the intermediate wheel in the direction of the housing, on the then highly viscous MRF transmit torque even more to the case. Even very high torques and forces are transferable when the intermediate gear enters into positive engagement with the housing, even if the magnetic field fails or is switched off for energy saving reasons. A power-saving and fail-safe coupling is the result.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zum Schalten einer Kupplung gelöst, bei dem das Zwischenrad bei erhöhter Viskosität der MRF in Richtung einer Formschlussvorrichtung des Gehäuses verschoben wird und erst bei wieder verringerter Viskosität der MRF das Zwischenrad in Formschluss mit dem Gehäuse gebracht wird.The The object of the invention is also achieved by a method for switching solved a clutch in which the intermediate at elevated Viscosity of the MRF in the direction of a positive locking device of the housing is moved and only at reduced again Viscosity of the MRF the idler gear in positive connection with the Housing is brought.
Durch ein solches Verfahren wird zusätzlich zu den bereits bezüglich der Kupplung beschriebenen Vorteile auch ein verschleißfreies Einkuppeln ermöglicht, da ein Einpassen von den formschlussermöglichenden Elementen des Zwischenrades und des Gehäuses bei wieder verringerter Viskosität einfacher möglich ist, was den Verschleiß dieser Elemente erniedrigt. Als solche Elemente sind vorteilhafterweise Vorsprünge und Ausnehmungen, wie sie etwa bei Verzahnungen vorliegen, verwendbar.By Such a procedure is in addition to the already The coupling described advantages also a wear-free Engaging allows, as a fitting of the formschlussermöglichenden Elements of the idler and the housing at again reduced viscosity is easier, which lowers the wear of these elements. As such Elements are advantageously projections and recesses, as they are present in gears, usable.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Kupplung werden in den Unteransprüchen beansprucht und in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.advantageous Embodiments of the coupling are in the dependent claims claimed and in the following embodiments explained in more detail.
So ist es von besonderem Vorteil, wenn das Zwischenrad verschieblich über eine Verzahnung mit der Welle verbunden ist. Auf diese Art und Weise ist sichergestellt, dass in jeder Verschiebungsposition dasselbe Drehmoment von der Welle auf das Zwischenrad übertragen wird, also mit derselben Umdrehungszahl wie die Welle rotiert. Selbst beim Verschieben des Zwischenrades, bleibt immer dieselbe Kraftübertragung vorhanden.So It is particularly advantageous if the intermediate wheel slidably over a toothing is connected to the shaft. In this way it is ensured that in each shift position the same thing Transferring torque from the shaft to the idler gear is rotated, ie with the same number of revolutions as the shaft. Even when moving the idler, always the same power transmission remains available.
Eine besonders einfache und effiziente Verstellung des Zwischenrades, wird dann ermöglicht, wenn die Führungsvorrichtung eine Hülse mit einem Schaltgabelangriffsbereich aufweist und die Hülse formschlüssig über eine Verzahnung auf der Weile gelagert ist. Durch ein formschlüssiges Lagern der Hülse auf der Welle mittels einer Verzahnung ist auch sichergestellt, dass die Führungsvorrichtung mit derselben Umdrehungszahl wie die Welle und das Zwischenrad rotiert. Unnötiger Verschleiß zwischen diesen drei Elementen wird dadurch vermieden. Die Kupplung wird dadurch noch langlebiger. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Führungsvorrichtung, die Hülse und das Zwischenrad einteilig ausgebildet sind. Allerdings ist auch eine mehrteilige Ausführung möglich und erleichtert in speziellen Fällen dann die Montage.A particularly simple and efficient adjustment of the intermediate wheel, is then enabled when the guiding device a sleeve having a Schaltgabelangriffsbereich and the sleeve form fit over a Gearing is stored on the while. By a form-fitting Store the sleeve on the shaft by means of a toothing It is also ensured that the guide device with the same number of revolutions as the shaft and the idler wheel. Unnecessary wear between these three elements is avoided. The clutch will be even more durable. It is particularly advantageous if the guide device, the sleeve and the intermediate are formed integrally. However, a multi-part design is possible and facilitates the assembly in special cases.
Wenn der Schaltgabelangriffsbereich als Ausnehmung ausgebildet ist, in die eine Schaltgabel vorzugsweise formschlüssig eingreift, so kann auf bestehende Verschiebemittel für das Zwischenrad zurückgegriffen werden, was den Erprobungsaufwand verringert und die Ausfallsicherheit weiter erhöht.If the shift fork attack area is formed as a recess, in which preferably interlocks a shift fork, so can rely on existing displacement means for the idler which reduces the testing effort and the reliability further increased.
In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel, hat es sich als positiv herausgestellt, wenn eine Magnetspule so angeordnet ist, dass bei Bestromung der Spule eine Viskositätszunahme der magnetorheologischen Flüssigkeit auftritt. So ist durch eine entsprechende Anordnung der Magnetspule die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit zeitnah veränderbar, so dass präzises Schalten ermöglicht ist.In a further advantageous embodiment, it has turned out to be positive when arranged a solenoid so is that when energizing the coil, an increase in viscosity the magnetorheological fluid occurs. So is by one corresponding arrangement of the solenoid the viscosity the magnetorheological fluid can be changed in a timely manner, so that precise shifting is possible.
Falls in dem Zwischenrad, das vorzugsweise als Zwischenscheibe ausgestaltet ist, Durchgangsöffnungen enthalten sind, die ein Durchtreten der magnetorheologischen Flüssigkeit durch das Zwischenrad ermöglichen, so stellt sich ein weiterer Vorteil ein. Dieser Vorteil besteht darin, dass Drücke im Zwischenbereich von Führungsvorrichtung und Gehäuse ausgleichbar sind und beim Schieben des Zwischenrades in Richtung der von der Führungsvorrichtung abgewandten Gehäuseseite, keine unnötigen Widerstände aufgrund der zu erwartenden Kompression der MRF auftreten. Die Präzision der Kupplung beim Schalten wird erhöht. Auch muss nicht so viel Wärme abgeführt werden, was wiederum die Lebensdauer erhöht.If in the intermediate wheel, which is preferably designed as an intermediate disc is, passages are included, which pass through the magnetorheological fluid through the intermediate wheel allow, so there is another advantage. This The advantage is that pressures in the intermediate range of Guide device and housing are compensated and when pushing the intermediate wheel in the direction of the guide device facing away from the housing, no unnecessary resistance due to the expected compression of the MRF. The precision the clutch when shifting is increased. Also does not have to so much heat is dissipated, which in turn the Lifespan increased.
Als besonders effizient hat sich erwiesen, wenn in einem Ausführungsbeispiel das an dessen Außenrand eine Außenverzahnung aufweisende Zwischenrad in Wirkeingriff mit einer Innenverzahnung des Gehäuses schiebbar ist. Besonders große Drehmomente lassen sich auf diese Art übertragen. Auch lassen sich die entsprechenden Außen- und Innenverzahnungen hochpräzise fertigen, wodurch die Schaltgenauigkeit erhöht wird.When has proven particularly efficient, if in one embodiment at the outer edge of an external gear having intermediate in operative engagement with an internal toothing of the housing slidable. Particularly high torques can be transferred in this way. Also, the corresponding can be Manufacture external and internal gears with high precision, whereby the switching accuracy is increased.
Leckage-Verluste lassen sich dann dauerhaft und wirkungsvoll vermeiden, wenn an einem Übergangsbereich zwischen dem Gehäuse und der Führungsvorrichtung eine Dichtung gegen einen Austritt der MRF in Form einer Permanentmagnetabdichtung angebracht ist. Die Permanentmagnetabdichtung erhöht im Übergangsbereich, also einem Dichtungsbereich der im Spalt zwischen dem Gehäuse und der Führungsvorrichtung auftritt, die Viskosität der MRF derart, dass sie nicht mehr durch diesen Spalt hindurchtreten kann. Das Verwenden eines Permanentmagneten, insbesondere an dieser Stelle, verringert den Verschleiß, da nicht mehr sonst übliche mechanische Dichtungen verwendet werden müssen. Auch benötigt eine solche Dichtung keine dauerhafte oder intermittierende Energiezufuhr. eine große Wartungsfreiheit ist dadurch gewährleistet.Leakage losses can then be permanently and effectively avoided if a seal against an exit of the MRF in the form of a permanent magnet seal is attached to a transition region between the housing and the guide device. The permanent magnet seal increases the viscosity of the MRF in the transition region, ie a sealing region that occurs in the gap between the housing and the guide device, such that it can no longer pass through this gap. The use of a permanent magnet, especially at this point, reduces wear, since no longer usual mechanical seals must be used. Also, such a seal does not require a permanent or intermittent energy supply. a great freedom from maintenance is guaranteed.
Wenn der Übergangsbereich auf der der Welle zugewandten Seite des Zwischenrades angeordnet ist, so treten keine hohen Zentripetalkräfte durch die magnetorheologische Flüssigkeit auf, wodurch die Belastung der Dichtung verringert wird. Die Austrittswahrscheinlichkeit von Flüssigkeit aus der Kupplung wird verringert, was die Betriebskosten einer solchen Kupplung verringert.If the transition region on the side facing the shaft is arranged of the idler, so do not occur high centripetal forces the magnetorheological fluid on, thereby reducing the burden the seal is reduced. The probability of leaving Fluid from the clutch is reduced, resulting in operating costs reduced such a coupling.
Damit auch entsprechende Abstützkräfte aufbringbar sind, ohne unnötigen Verschleiß hervorzurufen ist es von Vorteil, wenn in einem weiteren Ausführungsbeispiel in dem Übergangsbereich ein Gleit- oder Wälzlager angeordnet ist. Als solches Lager bietet sich ein Radialnadellager an, da dieses nur gerin gen Platzbedarf benötigt. Allerdings sind auch andere Lager, wie etwa Tonnen- und/oder Kegellager verwendbar.In order to also appropriate support forces can be applied, without causing unnecessary wear it is advantageous if in a further embodiment in the transition region a sliding or rolling bearing is arranged. As such camp offers a radial needle bearing because this requires only small space requirements. Indeed Other bearings such as barrel and / or taper bearings are also usable.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Die Erfindung wird mittels einer Zeichnung näher erläutert, wobei die einzelnen Figuren folgendes zeigen:The Invention will be explained in more detail by means of a drawing, the individual figures show the following:
Ausführungsbeispieleembodiments
Die dargestellten Ausführungsformen dienen lediglich als Beispiel der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung, deren Anwendungsbereich oder Verwendung.The Illustrated embodiments serve only as an example the realization of the present invention, its scope or use.
Zwischen
der Führungsvorrichtung
In
dem Zwischenraum, zwischen der Führungsvorrichtung
Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Führungsvorrichtung
Der
Schaltgabelangriffsbereich
Im
in
Die
nicht dargestellte Welle, welches ein Drehmoment auf das Zwischenrad
Das
Zwischenrad
Im
noch nicht in Formschluss befindlichen Zustand des Zwischenrades
Im Übergangsbereich
zwischen Gehäuse
Die
Permanentmagnetdichtung
In
Das
Zwischenrad
Das
Zwischenrad
Die
dem Zwischenrad
Das
in
In
dieser
In
dem Übergangsbereich
In
In
Die Wirkungsweise der Kupplung ist nachfolgend erläutert.The Operation of the coupling is explained below.
Eine
Schaltgabel greift in der Ausnehmung
Die
Magnetspule muss also nur für einen kurzen Augenblick aktiviert
sein, nämlich so lange, bis die Beschleunigung des Gehäuses
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- - DE 112005000727 T5 [0007] - DE 112005000727 T5 [0007]
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DE200810015742 DE102008015742A1 (en) | 2008-03-26 | 2008-03-26 | Clutch, has intermediate wheel arranged between guidance device and housing for transferring torque, and mechanism for producing and/or varying magnetic fields changing viscosity of magnetorheological liquid |
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---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, 91074 H, DE |
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