DE102009001801A1 - Device for fixed connection of components, has drive transducer device and component connected with coupling device that is provided in effective connection with one other by magnetorheological liquid of coupling device - Google Patents

Device for fixed connection of components, has drive transducer device and component connected with coupling device that is provided in effective connection with one other by magnetorheological liquid of coupling device Download PDF

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Abstract

The device (1) has a switching element (4) switchable between an approximately opened and closed operating condition by a drive transducer device (5). Rotary drive energy for the transducer device is representable by a coupling device (6) depending on a rotational speed difference between components (2, 3). The transducer device and one of the components are connected with the coupling device that is provided in effective connection with one other by a magnetorheological liquid (7) of the coupling device. Viscosity of the magnetorheological liquid is variable by electromagnets (8).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum drehfesten Verbinden von Bauteilen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.The The invention relates to a device for non-rotatable connection of Components according to the preamble of claim 1 closer defined type.

Aus der DE 10 2006 028 645 A1 ist eine elektromagnetische Kupplung bekannt, die ein erstes und ein zweites Rotationselement und einen Elektromagneten umfasst. Der Elektromagnet weist eine Spule, ein Joch und einen Rotor auf, wobei der Rotor nahe eines Elektromagneten angeordnet ist und durch das Joch hindurch von Magnetfeldlinien durchdrungen wird. Zusätzlich ist die elektromagnetische Kupplung mit einer Reibungskupplung ausgebildet, die zum Übertragen von Antriebsdrehmoment zwischen dem ersten und dem zweiten Rotationselement vorgesehen ist. Darüber hinaus ist ein Anker vorgesehen, der von von dem Rotor kommenden Magnetfeldlinien durchdrungen wird, um ein Kuppeln der Reibungskupplung zu steuern. In Abhängigkeit der Bestromung des Elektromagneten wird die Reibungskupplung aus einem geöffneten Betriebszustand in einen geschlossenen Betriebszustand überführt.From the DE 10 2006 028 645 A1 For example, an electromagnetic clutch is known which comprises a first and a second rotary element and an electromagnet. The electromagnet comprises a coil, a yoke and a rotor, wherein the rotor is disposed near an electromagnet and is penetrated through the yoke by magnetic field lines. In addition, the electromagnetic clutch is formed with a friction clutch that is provided for transmitting driving torque between the first and second rotating members. In addition, an armature is provided which is penetrated by magnetic field lines coming from the rotor to control a coupling of the friction clutch. Depending on the energization of the electromagnet, the friction clutch is transferred from an open operating state to a closed operating state.

Eine mit der Reibungskupplung wirkverbundene Antriebswandlereinrichtung, in deren Bereich eine rotatorische Antriebsenergie in eine translatorische Betätigungsbewegung der Reibkupplung umwandelbar ist, wird in geschlossenem Betriebszustand bzw. bei Vorliegen einer Übertragungsfähigkeit einer Vorsteuerkupplung, zu der Drehmoment über die Vorsteuerkupplung führbar ist, und bei Vorliegen einer Differenzdrehzahl zwischen den drehfest miteinander zu verbindenden Rotationselementen betätigt und übt eine Schließkraft auf die Reibungskupplung bzw. die Hauptkupplung der elektromagnetischen Kupplung aus. Damit wird die rotatorische Antriebsenergie für die Antriebswandlereinrichtung über die mit einem der drehfest miteinander zu verbindenden Rota tionselemente in Wirkverbindung stehende Vorsteuerkupplung in Abhängigkeit einer Differenzdrehzahl zwischen den Bauteilen zur Verfügung gestellt.A drive converter device operatively connected to the friction clutch, in their area a rotary drive energy in a translational Actuating movement of the friction clutch is convertible, is in the closed operating state or in the presence of a transmission capability of a Pilot clutch, to the torque via the pilot clutch is feasible, and in the presence of a differential speed between the rotationally fixed to be connected to each other rotational elements actuates and exerts a closing force the friction clutch or the main clutch of the electromagnetic Clutch off. This turns the rotary drive energy for the drive converter device via the with one of the rotationally fixed Rota tion elements to be joined together in operative connection Standing pilot clutch in dependence of a differential speed provided between the components.

Nachteilig dabei ist jedoch, dass die Zuschaltung der Antriebswandlereinrichtung bzw. das Schließen der Hauptkupplung über die über den Elektromagneten betätigbare und ebenfalls als reibschlüssiges Schaltelement ausgeführte Vorsteuerkupplung erfolgt und aufgrund der Reibbelastung einem unerwünschten Verschleiß unterliegt, der eine Verringerung der Lebensdauer zur Folge hat und zur Erhaltung der Funktionsweise der elektromagnetischen Kupplung einen hohen Wartungsaufwand erfordert.adversely However, it is that the connection of the drive converter device or closing the main clutch via the the electromagnet actuated and also as a frictional switching element executed pilot clutch takes place and due to the Friction load is subject to undesirable wear, which results in a reduction in life and conservation the operation of the electromagnetic clutch a high Maintenance required.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum drehfesten Verbinden von Bauteilen zur Verfügung zu stellen, die durch eine hohe Lebensdauer und einen geringen Wartungsaufwand gekennzeichnet ist.Of the The present invention is therefore based on the object, a device for non-rotatable connection of components available provide a long service life and low maintenance is marked.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.According to the invention This object with a device having the features of claim 1 solved.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum drehfesten Verbinden von Bauteilen ist mit einem Schaltelement ausgebildet, welches über eine Antriebswandlereinrichtung zwischen einem wenigstens annähernd geöffneten Betriebszustand und einem wenigstens annähernd geschlossenen Betriebszustand umschaltbar ist. Im Bereich der Antriebswandlereinrichtung ist eine rotatorische Antriebsenergie in eine translatorische Betätigungsbewegung des Schaltelementes umwandelbar, wobei die rotatorische Antriebsenergie für die Antriebswandlereinrichtung über eine mit einem der Bauteile in Wirkverbindung stehende Kupplungseinrichtung in Abhängigkeit einer Differenzdrehzahl zwischen den Bauteilen darstellbar ist.The Inventive device for non-rotatable connection of components is formed with a switching element, which via a drive converter means between one at least approximately open operating state and one at least approximately closed operating state is switchable. In the field of drive converter device is a rotational drive energy in a translational actuation movement of the Switching element convertible, wherein the rotational drive energy for the drive converter device via a with one of the components operatively connected coupling device depending on a differential speed between the components is representable.

Erfindungsgemäß steht die Antriebswandlereinrichtung und das mit der Kupplungseinrichtung verbundene Bauteil über eine magnetorheologische Flüssigkeit der Kupplungseinrichtung miteinander in Wirkverbindung, so dass eine Betätigung bzw. Zuschaltung der Antriebswandlereinrichtung weitestgehend verschleißfrei durchführbar ist und die Vorrichtung nach der Erfindung im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen durch eine höhere Lebensdauer gekennzeichnet ist und einen geringeren Wartungsaufwand verursacht.According to the invention the drive converter means and connected to the coupling means Component via a magnetorheological fluid the coupling device in operative connection with each other, so that an actuation or connection of the drive converter device as far as possible wear-free is feasible and the device according to the invention in comparison to the state of the art the technology known solutions by a higher Lifespan is characterized and lower maintenance caused.

Die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit wird bei einer Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung über einen Elektromagneten der Vorrichtung variiert, womit die Vorrichtung als vormontierbares Modul ausgebildet ist und während eines einzigen Montageschrittes beispielsweise in ein Getriebegehäuses eines Fahrzeuggetriebes einsetzbar ist.The Viscosity of the magnetorheological fluid is in one embodiment of the device according to the Invention varies over an electromagnet of the device, whereby the device is designed as a pre-assembled module and during a single assembly step, for example, in a transmission housing of a vehicle transmission can be used is.

Bei weiteren konstruktiv einfach ausgeführten und durch geringen Verschleiß gekennzeichneten Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung umfasst die Antriebswandlereinrichtung ein Kugel-Rampe-System oder eine Spindel-Mutter-Anordnung.at further structurally simple and by low Wear labeled embodiments The device according to the invention comprises the drive converter device a ball-ramp system or a spindle-nut arrangement.

Die Bauteile sind bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung nach der Erfindung über ein reibschlüssiges Schaltelement drehfest miteinander verbindbar, wobei wenigstens eines der drehfest miteinander zu verbindenden Bauteile oder alle miteinander drehfest zu verbindenden Bauteile drehbar ausgebildet sein können und das Schaltelement entweder als Kupplung oder Bremse ausgeführt ist.The Components are in an advantageous development of the device according to the invention via a frictional switching element rotatably connected to each other, at least one of the rotationally fixed to each other to be connected components or all to be connected with each other in a rotationally fixed manner Components may be rotatable and the switching element is designed either as a clutch or brake.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.Further Advantages and advantageous developments of the invention result itself from the claims and the reference to the drawing principle described embodiment.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine stark schematisierte Längsschnittansicht der Vorrichtung nach der Erfindung.The single figure of the drawing shows a highly schematic longitudinal section view the device according to the invention.

In der Figur ist eine Vorrichtung 1 zum drehfesten Verbinden von Bauteilen 2, 3 mit einem vorliegend als reibschlüssige Lamellenkupplung ausgebildeten Schaltelement 4 einer Getriebeeinrichtung eines Fahrzeuges dargestellt, wobei über die Vorrichtung 1 generell zueinander verdrehbare Bauteile miteinander verbindbar sind. Das Schaltelement 4 ist über eine Antriebswandlereinrichtung 5, in deren Bereich eine rotatorische Antriebsenergie in eine translatorische Betätigungsbewegung des Schaltelementes 4 umwandelbar ist, aus einem wenigstens annähernd geöffneten Betriebszustand in einen wenigstens annähernd geschlossenen Betriebszustand überführbar.In the figure is a device 1 for non-rotatable connection of components 2 . 3 with a presently designed as a frictional multi-plate clutch switching element 4 a transmission device of a vehicle, wherein on the device 1 generally mutually rotatable components are connected to each other. The switching element 4 is via a drive converter device 5 in which a rotational drive energy in a translational actuating movement of the switching element 4 is convertible, from an at least approximately open operating state into an at least approximately closed operating state can be transferred.

Die rotatorische Antriebsenergie für die Antriebswandlereinrichtung 5 ist über eine mit dem Bauteil 3 in Wirkverbindung stehende Kupplungseinrichtung 6 in Abhängigkeit einer Differenzdrehzahl zwischen den Bauteilen 2 und 3 dar stellbar. Die Antriebswandlereinrichtung 5, welche vorliegend als Kugel-Rampe-System ausgebildet ist, und das mit der Kupplungseinrichtung 6 verbundene Bauteil 3 stehen über eine magnetorheologische Flüssigkeit 7 der Kupplungseinrichtung 6 miteinander in Wirkverbindung. Die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit 7 ist über einen Elektromagneten 8 variierbar, wobei über die Kupplungseinrichtung 6 in unbestromtem Zustand des Elektromagneten 8 im Wesentlichen kein Drehmoment führbar ist.The rotational drive energy for the drive converter device 5 is about one with the component 3 operatively connected coupling device 6 depending on a differential speed between the components 2 and 3 adjustable. The drive converter device 5 , Which in the present case is designed as a ball-ramp system, and that with the coupling device 6 connected component 3 are over a magnetorheological fluid 7 the coupling device 6 in operative connection with each other. The viscosity of the magnetorheological fluid 7 is via an electromagnet 8th variable, via the coupling device 6 in the de-energized state of the electromagnet 8th essentially no torque is feasible.

Über die Vorrichtung 1 bzw. mittels dessen Schaltelement 4, die als reibschlüssige Lamellenkupplung ausgebildet ist, ist vorliegend eine Fahrzeugachse 9 eines Allradfahrzeuges an einen eine Antriebsmaschine umfassenden Teil eines Antriebsstranges 10 anbindbar, wobei die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 4 in der nachfolgend beschriebenen Art und Weise über die Kupplungseinrichtung 7 und die damit wirkverbundene Antriebswandlereinrichtung 5 in der dafür erforderlichen Art und Weise einstellbar ist.About the device 1 or by means of its switching element 4 , Which is designed as a frictional multi-plate clutch, in the present case is a vehicle axle 9 an all-wheel drive vehicle to a drive unit comprising a part of a drive train 10 attachable, wherein the transmission capability of the switching element 4 in the manner described below via the coupling device 7 and the drive converter means operatively connected thereto 5 is adjustable in the required manner.

Bei Vorliegen einer Anforderung zum Verbinden der Fahrzeugachse 9 mit dem restlichen Teil des Allradantriebsstranges 10 wird der Elektromagnet 8 bestromt und die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit 7 entsprechend angehoben. Dies führt dazu, dass ein am Bauteil 2 anliegendes Drehmoment in zunehmendem Umfang über die Kupplungseinrichtung 6 in die Antriebswandlereinrichtung 5 eingeleitet wird. Ein Bereich 11 der Antriebswandlereinrichtung 5 wird in Abhängigkeit der Übertragungsfähigkeit der Kupplungseinrichtung 6 in Bezug auf ein mit dem Bauteil 3 verbundenes Element bei Vorliegen einer Differenzdrehzahl zwischen den Bauteilen 2 und 3 verdreht.In the presence of a request to connect the vehicle axle 9 with the remaining part of the four-wheel drive train 10 becomes the electromagnet 8th energized and the viscosity of the magnetorheological fluid 7 raised accordingly. This causes one on the component 2 applied torque increasingly on the coupling device 6 in the drive converter device 5 is initiated. An area 11 the drive converter device 5 becomes dependent on the transmission capability of the coupling device 6 in terms of one with the component 3 connected element in the presence of a differential speed between the components 2 and 3 twisted.

Die Verdrehung zwischen dem Bereich 11 der Antriebswandlereinrichtung 5 und dem Element der Antriebswandlereinrichtung 5 führt zu einer ein Lamellenpaket 12 des Schaltelementes 4 mit einer Anpresskraft beaufschlagenden axialen bzw. translatorischen Betätigungsbewegung des Elementes der Antriebswandlereinrichtung 5. Dies führt wiederum dazu, dass die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 4 ansteigt und die beiden Bauteile 2 und 3 zunehmend miteinander verbunden werden, wobei die Bauteile 2 und 3 in vollständig geschlossenem Betriebszustand des Schaltelementes 4 drehfest miteinander verbunden sind und zwischen der Fahrzeugachse 9 und dem Antriebsstrang 10 ein gewünschtes Drehmoment in vollem Umfang übertragbar ist.The twist between the area 11 the drive converter device 5 and the element of the drive converter device 5 leads to a disc pack 12 of the switching element 4 acted upon by a contact force axial or translational actuating movement of the element of the drive converter device 5 , This in turn leads to the transmission capability of the switching element 4 rises and the two components 2 and 3 increasingly be interconnected, with the components 2 and 3 in completely closed operating state of the switching element 4 rotatably connected to each other and between the vehicle axle 9 and the powertrain 10 a desired torque is fully transferable.

Die Vorrichtung 1 ist im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen durch eine schnellere Ansprechzeit gekennzeichnet, da im Bereich der Kupplungseinrichtung 6 zum Betätigen des Schaltelementes 4 keine Teile zu bewegen sind, sondern die Übertragungsfähigkeit der Kupplungseinrichtung 6 lediglich durch Erhöhen der Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit 7 verändert wird.The device 1 Compared to known from the prior art solutions characterized by a faster response time, as in the region of the coupling device 6 for actuating the switching element 4 no parts are to move, but the transmission capacity of the coupling device 6 merely by increasing the viscosity of the magnetorheological fluid 7 is changed.

Zusätzlich ist bei der Vorrichtung 1 nach Ablauf einer vordefinierten Betriebsdauer bzw. nach Ablauf eines Wartungsintervalles lediglich die magnetorheologische Flüssigkeit 7 der Kupplungseinrichtung 6 zu wechseln, während bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösung die Reiblamellen der Vorsteuerkupplung über einen aufwendigen Instandsetzungsvorgang zu wechseln sind, was jedoch unerwünscht hohe Wartungskosten verursacht.In addition, in the device 1 after expiry of a predefined operating time or after expiry of a maintenance interval, only the magnetorheological fluid 7 the coupling device 6 to change, while in the known from the prior art solution, the friction plates of the pilot clutch to change over a complex repair process, but this causes undesirably high maintenance costs.

11
Vorrichtungcontraption
2, 32, 3
Bauteilcomponent
44
Schaltelementswitching element
55
AntriebswandlereinrichtungDrive converter device
66
Kupplungseinrichtungcoupling device
77
magnetorheologische Flüssigkeitmagnetorheological liquid
88th
Elektromagnetelectromagnet
99
Fahrzeugachsevehicle axle
1010
Antriebsstrangpowertrain
1111
Bereich der AntriebswandlereinrichtungArea the drive converter device
1212
Lamellenpaket des Schaltelementesdisk pack of the switching element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102006028645 A1 [0002] DE 102006028645 A1 [0002]

Claims (7)

Vorrichtung (1) zum drehfesten Verbinden von Bauteilen (2, 3) mit einem Schaltelement (4), welches über eine Antriebswandlereinrichtung (5), in deren Bereich eine rotatorische Antriebsenergie in eine translatorische Betätigungsbewegung des Schaltelementes (4) umwandelbar ist, zwischen einem wenigstens annähernd geöffneten Betriebszustand und einem wenigstens annähernd geschlossenen Betriebszustand umschaltbar ist, wobei die rotatorische Antriebsenergie für die Antriebswandlereinrichtung (5) über eine wenigstens mit einem der Bauteile (2, 3) in Wirkverbindung stehende Kupplungseinrichtung (6) in Abhängigkeit einer Differenzdrehzahl zwischen den Bauteilen (2, 3) darstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswandlereinrichtung (5) und das mit der Kupplungseinrichtung (6) verbundene Bauteil (3) über eine magnetorheologische Flüssigkeit (7) der Kupplungseinrichtung (6) miteinander in Wirkverbindung stehen.Contraption ( 1 ) for non-rotatable connection of components ( 2 . 3 ) with a switching element ( 4 ), which via a drive converter device ( 5 ), in whose region a rotational drive energy into a translatory actuating movement of the switching element ( 4 ) is convertible, between an at least approximately open operating state and an at least approximately closed operating state is switchable, wherein the rotational drive energy for the drive converter device ( 5 ) via at least one of the components ( 2 . 3 ) operatively connected coupling device ( 6 ) as a function of a differential speed between the components ( 2 . 3 ), characterized in that the drive converter device ( 5 ) and with the coupling device ( 6 ) connected component ( 3 ) via a magnetorheological fluid ( 7 ) of the coupling device ( 6 ) are in operative connection with each other. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit (7) über einen Elektromagneten (8) variierbar ist.Device according to claim 1, characterized in that the viscosity of the magnetorheological fluid ( 7 ) via an electromagnet ( 8th ) is variable. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswandlereinrichtung (5) ein Kugel-Rampe-System umfasst.Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the drive converter device ( 5 ) comprises a ball-ramp system. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswandlereinrichtung eine Spindel-Mutter-Anordnung aufweist.Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the drive converter device is a spindle-nut arrangement having. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (2, 3) über ein reibschlüssiges Schaltelement (4) drehfest verbindbar sind.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the components ( 2 . 3 ) via a frictional switching element ( 4 ) are rotatably connected. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der drehfest miteinander zu verbindenden Bauteile (2, 3) drehbar ausgebildet ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one of the rotationally fixed to be interconnected components ( 2 . 3 ) is rotatably formed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle miteinander drehfest zu verbindenden Bauteile (2, 3) drehbar ausgebildet sind.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that all non-rotatably connected components ( 2 . 3 ) are rotatably formed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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