Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum antriebsseitigen und abtriebsseitigen Koppeln oder Entkoppeln eines Achsgetriebes, insbesondere Vorder- oder Hinterachsgetriebe, eines Fahrzeuges gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.The present invention relates to a device for the drive-side and output-side coupling or decoupling of a transaxle, in particular front or rear axle, of a vehicle according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.
Aus der Fahrzeugtechnik ist es bekannt, dass insbesondere bei Allradfahrzeugen zeitweise beispielsweise das Hinterachsgetriebe von dem Antrieb und dem Abtrieb entkoppelt wird, um Verluste bei dem Fahrzeug zu verringern, wenn kein Allradbetrieb notwendig ist. Hierzu sind mehrere Schaltelemente erforderlich, wobei ein Schaltelement dem Getriebeausgang und ein Schaltelement dem Abtrieb zum Entkoppeln des Hinterachsgetriebes von den Fahrzeugrädern zugeordnet sind. Aufgrund der räumlich entfernten Anordnung der beiden Schaltelemente ist für jedes Schaltelement ein separater Betätigungsaktuator erforderlich.It is known from the automotive industry that, in particular in all-wheel drive vehicles, for example, the rear axle transmission is decoupled from the drive and the output at times in order to reduce losses in the vehicle when four-wheel drive operation is not necessary. For this purpose, a plurality of switching elements are required, wherein a switching element associated with the transmission output and a switching element the output for decoupling the rear axle of the vehicle wheels. Due to the spatially distant arrangement of the two switching elements, a separate Betätigungsaktuator is required for each switching element.
Darüber hinaus ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2010 039 444 A1 ein Fahrzeugantriebsstrang bekannt. Bei dem Fahrzeugantriebsstrang mit wenigstens zwei antreibbaren Fahrzeugachsen, einer Antriebsmaschine und einer Getriebeeinrichtung zum Darstellen verschiedener Übersetzungen steht eine erste antreibbare Fahrzeugachse im Bereich eines Achsdifferentialgetriebes mit der Antriebseinrichtung in Wirkverbindung. Eine zweite antreibbare Fahrzeugachse ist über eine Verteilereinrichtung mit der Antriebseinrichtung koppelbar, wobei ein der zweiten antreibbaren Fahrzeugachse zugeführtes Drehmoment mittels einer Getriebeeinheit zwischen Antriebsrädern in Fahrzeugherrichtung mit variierbarem Verteilungsgrad verteilbar ist. Die Getriebeeinheit weist ein mit der Verteilereinrichtung verbundenes Winkelgetriebe und jeweils ein zwischen dem Winkelgetriebe und einem Antriebsrad angeordnetes reibschlüssiges Schaltelement auf, deren Übertragungsfähigkeit stufenlos veränderbar sind. Zwischen dem Winkelgetriebe und den reibschlüssigen Schaltelementen oder zwischen den reibschlüssigen Schaltelementen und den Antriebsrädern ist jeweils ein formschlüssiges Schaltelement vorgesehen. Ferner ist eine Aktoreinrichtung zur gemeinsamen Betätigung des formschlüssigen und des reibschlüssigen Schaltelementes vorgesehen. Die Aktoreinrichtung umfasst einen Elektromotor, der ein Kugel-Rampen-System antreibt. Das Kugel-Rampen-System weist eine verdrehbare erste Kugelrampensegmentscheibe und eine drehfeste zweite Kugelrampensegmentscheibe auf. Die Kugelrampensegmentscheiben weisen mehrere Kugelbahnabschnitte auf, die über Kugelelemente in Wirkverbindung miteinander stehen. Ausgehend von dem geöffneten Betriebszustand des Schaltelementes wird bei einer entsprechenden Anforderung zum Ankoppeln des reibschlüssigen Schaltelementes die Druckscheibe über das Kugel-Rampen-System in Richtung der Schaltelemente translatorisch verschoben. Dabei wird das formschlüssige Schaltelement durch entsprechende Übertragung der Betätigungskraft in formschlüssigen Eingriff gebracht. Das reibschlüssige Schaltelement wird bis zur Herstellung des vollständigen Formschluss in einer geöffneten Position gehalten und erst bei vollständig hergestelltem Formschluss geschlossen.In addition, for example, from the document DE 10 2010 039 444 A1 a vehicle drive train known. In the vehicle drive train having at least two drivable vehicle axles, an engine and a transmission device for displaying various ratios, a first drivable vehicle axle is in operative connection with the drive device in the region of an axle differential gear. A second drivable vehicle axle can be coupled to the drive device via a distributor device, wherein a torque supplied to the second drivable vehicle axle can be distributed by means of a gear unit between drive wheels in the vehicle direction with a variable degree of distribution. The transmission unit has an angle gear connected to the distributor device and in each case one frictional switching element arranged between the angle gear and a drive wheel, the transmission capacity of which can be changed continuously. Between the angular gear and the frictional switching elements or between the frictional switching elements and the drive wheels a positive switching element is provided in each case. Furthermore, an actuator device is provided for the common actuation of the form-locking and the frictionally engaged switching element. The actuator device comprises an electric motor which drives a ball-ramp system. The ball-ramp system has a rotatable first ball ramp segment disc and a non-rotatable second ball ramp segment disc. The ball ramp segment discs have a plurality of ball track sections which are in operative connection with each other via ball elements. Starting from the open operating state of the switching element, the pressure plate is translationally moved in the direction of the switching elements in a corresponding request for coupling the frictional switching element via the ball-ramp system. In this case, the positive switching element is brought by appropriate transmission of the actuating force in positive engagement. The frictional switching element is held in an open position until the production of the complete positive locking and closed only when fully established positive locking.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum an- und abtriebsseitigen Koppeln oder Entkoppeln eines Achsgetriebes eines Fahrzeuges vorzuschlagen, welche eine optimierte Ansteuerung der Schaltelemente über den Betätigungsaktuator ermöglicht.The object of the present invention is to propose a device for coupling and decoupling an axle transmission of a vehicle on the driving and driven side, which device enables an optimized control of the shifting elements via the actuating actuator.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich insbesondere aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.The object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments will become apparent in particular from the dependent claims, the description and the drawings.
Es wird eine Vorrichtung zum an- und abtriebsseitigen Koppeln oder Entkoppeln eines Achsgetriebes, insbesondere Vorder- oder Hinterachsgetriebes, eines Fahrzeuges, insbesondere eines Allradfahrzeuges, vorgeschlagen, wobei beispielsweise zumindest ein formschlüssiges Schaltelement und beispielsweise zumindest ein reibschlüssiges oder kraftschlüssige Schaltelement zum abtriebsseitigen Koppeln oder Entkoppeln zwischen Antrieb und Achsgetriebe vorgesehen sind. Es sind sowohl das formschlüssige als auch das reibschlüssige Schaltelement derart dem Achsgetriebe zugeordnet, dass ein gemeinsamer Betätigungsaktuator zum Betätigen beider Schaltelemente vorgesehen ist. Eine elektromechanische Aktuierung der Schaltelemente kann zum Beispiel über einen Elektromotor oder dergleichen ermöglicht werden, welcher mit einem geeigneten Wälzkörperrampenmechanismus oder dergleichen gekoppelt ist, wobei der Wälzkörperrampenmechanismus sowohl mit dem zum Beispiel als Lamellenkupplung oder Lamellenbremse ausgebildeten reibschlüssigen Schaltelement als auch mit dem als Klauenkupplung oder Klauenbremse oder dergleichen ausgebildeten formschlüssigen Schaltelement in Wirkverbindung steht.It is a device for on- and driven-side coupling or decoupling of a transaxle, in particular front or rear axle, a vehicle, especially a four-wheel vehicle, proposed, for example, at least one positive switching element and, for example, at least one frictional or non-positive switching element for output-side coupling or decoupling between Drive and axle are provided. There are both the positive and the frictional switching element associated with the axle drive, that a common Betätigungsaktuator is provided for actuating both switching elements. An electromechanical actuation of the switching elements can be made possible, for example, via an electric motor or the like, which is coupled to a suitable Wälzkörperrampenmechanismus or the like, the Wälzkörperrampenmechanismus both with the example designed as a multi-plate clutch or multi-disc clutch frictional switching element as well as with the dog clutch or dog brake or the like trained form-fitting switching element is in operative connection.
Als Wälzkörperrampenmechanismus können beliebige Einrichtungen eingesetzt werden, die eine Aktuierung beider Schaltelemente erlauben, obwohl diese jeweils unterschiedlichen Achsen zugeordnet sein können. Ein Wälzkörperrampenmechanismus ist insbesondere ein Kugelrampenmechanismus, wobei statt Kugeln auch andere Wälzkörper einsetzbar sind, beispielsweise kegel- oder tonnenförmige Wälzkörper. Hierbei bewirkt der Wälzkörperrampenmechanismus durch eine vom Aktuator erzeugte Drehbewegung zunächst das Synchronisieren zwischen Antrieb und Hinterachsgetriebe. Nach erfolgter Synchronisierung über das Lamellenschaltelement kann das Klauenschaltelement eingelegt werden, um danach das Antriebsmoment über das Lamellenschaltelement übertragen zu können. Zum Entkoppeln wird das Klauenschaltelement bzw. das formschlüssige Schaltelement zunächst über das reibschlüssige Schaltelement entlastet, um danach die Verbindung zwischen Achsgetriebe und Antrieb zu trennen.As Wälzkörperrampenmechanismus any means may be used which allow actuation of both switching elements, although they may each be assigned to different axes. A Wälzkörperrampenmechanismus is in particular a ball ramp mechanism, wherein instead of balls and other rolling elements are used, for example, cone-shaped or barrel-shaped rolling elements. This causes the Wälzkörperrampenmechanismus by a rotational movement generated by the actuator, first synchronizing between the drive and Hinterachsgetriebe. After synchronization via the lamellae switching element, the jaw switching element can be inserted in order to then transmit the drive torque via the lamellar switching element can. To decouple the claw switching element or the positive switching element is first relieved via the frictional switching element, to then disconnect the connection between the axle and drive.
Diese optimierte Ansteuerung der Schaltelemente über den Wälzkörperrampenmechanismus wird durch die spezielle Ausführung der mehrstufigen Wälzkörperrampenbahnen realisiert, die abschnittsweise hinsichtlich Steigungsbetrag und -richtung unterschiedliche Steigungsverläufe ermöglicht. Auf diese Weise werden das Drehmoment und die Drehzahl des Betätigungsaktors in entsprechende Schaltkraft und axialen Weg übersetzt. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass jede Wälzkörperrampenbahn der Wälzkörperrampenscheiben zumindest einen ersten Abschnitt I mit negativer Steigung zur Synchronisierung und einen zweiten Abschnitt II mit positiver Steigung zum Überwinden des Kupplungsspiels bei dem reibschlüssigen Schaltelement und zum Einlegen des formschlüssigen Schaltelementes sowie einen dritten Abschnitt III mit bezogen auf den zweiten Abschnitt II geringerer positiver Steigung zum Schließen des reibschlüssigen Schaltelementes umfasst. Demzufolge wird die gekoppelte Aktuierung sequenziell durchgeführt, d. h. zum Koppeln des Achsgetriebes mit dem Antrieb wird zuerst das formschlüssige Schaltelement über die Lamellenkupplung bzw. das reibschlüssige Schaltelement synchronisiert bevor die Klauenkupplung geschaltet werden kann. Anschließend wird die Regelung des zu übertragenen Antriebsmoments über die Lamellenkupplung realisiert. Die Synchronisierung des formschlüssigen Schaltelements erfolgt bevorzugt dergestalt, dass durch Schließen oder Einstellen eines schlupfenden Betriebs des reibschlüssigen Schaltelements die Drehzahlen der zueinander drehbaren Hälften des formschlüssigen Schaltelements vollständig oder zumindest bis zu einem ausreichend kleinen Differenzbetrag aneinander angeglichen werden.This optimized control of the switching elements via the Wälzkörperrampenmechanismus is realized by the special design of the multi-stage Wälzkörperrampenbahnen that allows sections in terms of slope amount and direction different gradients. In this way, the torque and the rotational speed of the actuating actuator are translated into corresponding shifting force and axial travel. For this purpose, the invention provides that each Wälzkörperrampenbahn the Wälzkörperrampenscheiben at least a first section I with negative slope for synchronization and a second section II with positive slope to overcome the coupling clearance in the frictional engagement element and to insert the positive switching element and a third section III with respect to the second section II lower positive slope for closing the frictional switching element comprises. Consequently, the coupled actuation is carried out sequentially, ie for coupling the axle drive with the drive, first the positive shift element is synchronized via the multi-plate clutch or the frictionally engaged shift element before the dog clutch can be switched. Subsequently, the regulation of the drive torque to be transmitted via the multi-plate clutch is realized. The synchronization of the positive switching element is preferably carried out such that by closing or adjusting a slipping operation of the frictional engagement element, the rotational speeds of the mutually rotatable halves of the positive switching element are completely or at least equal to each other to a sufficiently small difference.
Die Anordnung der Abschnitte auf den Wälzkörperrampenscheiben ist bevorzugt dergestalt, dass ausgehend von einer Ruhestellung der Wälzkörperrampenscheiben, in welcher das formschlüssige Schaltelement und das reibschlüssige Schaltelement jeweils entkoppelt sind, bei einer Relativdrehung der Wälzkörperrampenscheiben in eine erste Drehrichtung der erste Abschnitt I erreicht wird und dass ausgehend von der Ruhestellung der Wälzkörperrampenscheiben, bei einer Relativdrehung der Wälzkörperrampenscheiben in eine zweite Drehrichtung (entgegengesetzt zur ersten Drehrichtung) zunächst der zweite Abschnitt II erreicht wird und bei einer weiteren Relativdrehung in die zweite Drehrichtung der dritte Abschnitt III erreicht wird. Hierdurch lässt sich einfach und schnell zunächst die Synchronisierung des formschlüssigen Schaltelements und anschließend die Regelung des zu übertragenen Antriebsmoments über die Lamellenkupplung verwirklichen.The arrangement of the sections on the Wälzkörperrampenscheiben is preferably such that starting from a rest position of the Wälzkörperrampenscheiben in which the interlocking switching element and the frictional switching element are respectively decoupled, in a relative rotation of the Wälzkörperrampenscheiben in a first direction of rotation of the first section I is achieved and that starting from the rest position of the Wälzkörperrampenscheiben, in a relative rotation of the Wälzkörperrampenscheiben in a second direction of rotation (opposite to the first direction of rotation), first, the second section II is reached and in a further relative rotation in the second direction of rotation of the third section III is reached. As a result, the synchronization of the positive-locking switching element and then the regulation of the drive torque to be transmitted via the multi-plate clutch can be realized simply and quickly first.
In einer Ausführungsvariante ist zwischen dem zweiten und dritten Abschnitt ein weiterer Abschnitt (Rastabschnitt) vorgesehen, bei welchem die Wälzkörperrampenbahnen der Wälzkörperrampenscheiben keine Steigung (Steigung = 0) oder eine Rastmulde aufweisen. Hierdurch kann das reibschlüssige Schaltelement sicher in einer vorgespannten Position gehalten werden, wobei das formschlüssige Schaltelement bereits geschlossen ist, jedoch im Wesentlichen noch kein Drehmoment über das reibschlüssige Schaltelement übertragen wird, und dies ohne dass der Betätigungsaktuator elektrisch bestromt oder mit sonstiger Betätigungsenergie versorgt werden braucht.In one embodiment variant, a further section (latching section) is provided between the second and third sections, in which case the rolling element ramp tracks of the rolling element ramp disks have no pitch (pitch = 0) or a detent recess. In this way, the frictional engagement element can be securely held in a biased position, wherein the positive switching element is already closed, but substantially no torque is transmitted via the frictional switching element, and this without the Betätigungsaktuator needs to be electrically energized or supplied with other actuation energy.
Im Rahmen von besonders vorteilhaften Ausführungsvarianten der Erfindung ist vorgesehen, dass die Übertragung der Drehbewegung des Wälzkörperrampenmechanismus in eine translatorische Bewegung zum Betätigen des formschlüssigen Schaltelementes auf verschiedene Arten und Weisen ermöglicht wird. Beispielsweise kann diese Übertragung über eine Kurvenscheibe mit radialem Profilverlauf, beispielsweise durch eine Nocke auf der Kurvenscheibe, erfolgen, wobei die Kurvenstange eine Schaltstange betätigt, um das Schaltelement in die gewünschte Position zu bewegen. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass zur Übertragung der Betätigungsbewegung ein Bowdenzug oder dergleichen eingesetzt wird. Ferner ist es denkbar, dass die Umwandlung von Drehbewegung in eine translatorische Bewegung über eine Zahnstange oder dergleichen erfolgt, um das formschlüssige Schaltelement zu betätigen. Es sind auch andere Übertragungsmöglichkeiten denkbar.In the context of particularly advantageous embodiments of the invention, it is provided that the transmission of the rotational movement of the Wälzkörperrampenmechanismus is made possible in a translational movement for actuating the interlocking switching element in various ways. For example, this transmission via a cam with radial profile profile, for example by a cam on the cam, take place, wherein the cam bar actuates a shift rod to move the switching element in the desired position. In addition, it is also conceivable that a Bowden cable or the like is used to transmit the actuating movement. Further, it is conceivable that the conversion of rotational movement into a translational movement via a rack or the like takes place in order to actuate the form-locking switching element. There are also other transmission options conceivable.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand einer beispielhaft dargestellten Ausführungsvariante weiter erläutert. Es zeigen:Hereinafter, the present invention will be further explained with reference to an embodiment variant shown by way of example. Show it:
1 eine schematische, geschnittene Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Koppeln oder Entkoppeln eines Achsgetriebes eines Fahrzeuges; 1 a schematic, sectional view of a possible embodiment of a device according to the invention for coupling or decoupling a transaxle of a vehicle;
2 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 2 a schematic diagram of the device according to the invention;
3 eine weitere Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung bei vom Antrieb entkoppeltem Achsgetriebe; 3 a further schematic diagram of a first embodiment of the device in the decoupled from the drive axle drive;
3A eine weitere Prinzipdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung bei mit dem Antrieb gekoppeltem Achsgetriebe; 3A a further schematic diagram of the first embodiment of the device coupled to the drive axle drive;
4 eine schematische Teilansicht des ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung im entkoppelten Zustand; 4 a schematic partial view of the first embodiment of the device in the decoupled state;
4A eine schematische Teilansicht des ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung im gekoppelten Zustand; 4A a schematic partial view of the first embodiment of the device in the coupled state;
5 eine weitere Prinzipdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung bei vom Antrieb entkoppeltem Achsgetriebe; 5 a further schematic diagram of a second embodiment of the device in decoupled from the drive axle drive;
5A eine weitere Prinzipdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung bei mit dem Antrieb gekoppeltem Achsgetriebe; 5A a further schematic diagram of the second embodiment of the device coupled to the drive axle drive;
6 eine schematische Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung; 6 a schematic view of the second embodiment of the device;
6A eine schematische Teilansicht des zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung; 6A a schematic partial view of the second embodiment of the device;
7 eine weitere Prinzipdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung bei vom Antrieb entkoppeltem Achsgetriebe; 7 a further schematic diagram of a third embodiment of the device in the decoupled from the drive axle drive;
7A eine weitere Prinzipdarstellung des dritten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung bei mit dem Antrieb gekoppeltem Achsgetriebe; 7A a further schematic diagram of the third embodiment of the device coupled to the drive axle drive;
8 eine schematische Ansicht des dritten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung; 8th a schematic view of the third embodiment of the device;
8A eine schematische Teilansicht des zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung; 8A a schematic partial view of the second embodiment of the device;
9 eine schematische Ansicht eines in die Zeichnungsebene projizierten Steigungsverlaufes einer Kugelrampenbahn eines als Kugelrampenmechanismus ausgeführten Wälzkörperrampenmechanismus der Vorrichtung; 9 a schematic view of a projected into the plane of the gradient slope of a ball ramp path of a designed as a ball ramp mechanism Wälzkörperrampenmechanismus the device;
10 eine schematische Einzelteilansicht einer ersten Kugelrampenscheibe des Kugelrampenmechanismus mit vier über den Umfang verteilt angeordneten Kugelrampenbahnen; und 10 a schematic single-part view of a first ball ramp disc of the ball ramp mechanism with four distributed over the circumference arranged ball ramp paths; and
10A eine schematische, geschnittene Teilansicht der Kugelrampenscheibe gemäß 10. 10A a schematic, partial sectional view of the ball ramp disc according to 10 ,
In 1 ist eine Vorrichtung zum an- und abtriebsseitigen Koppeln oder Entkoppeln eines Achsgetriebes 1 eines Allradfahrzeuges beispielhaft dargestellt. Bei dem Achsgetriebe 1 kann es sich insbesondere um ein Hinterachsgetriebe, aber auch um ein Vorderachsgetriebe handeln. Das Achsgetriebe 1 umfasst einen Differenzialkorb, der über eine Ritzelwelle 2 und über ein als Klauenkupplung 4 ausgebildetes formschlüssiges Schaltelement mit einer Antriebswelle 3, beispielsweise eine Allrad- oder Kardanwelle, antriebsseitig verbindbar ist. Des Weiteren ist der Differenzialkorb des Achsgetriebes 1 über einen Innenlamellenträger 5 und einen Außenlamellenträger 6 einer Lamellenkupplung 7 als reibschlüssiges Schaltelement mit einem der Antriebsräder des Achsgetriebes 1 verbunden. Dadurch sind sowohl die Klauenkupplung 4 als auch die Lamellenkupplung 7 dem Achsgetriebe 1 zugeordnet. Zum antriebsseitigen Koppeln oder Entkoppeln von Antriebswelle 3 und Achsgetriebe 1 ist die Klauenkupplung 4 vorgesehen, wobei zum abtriebsseitigen Koppeln oder Entkoppeln von Fahrzeugrädern und Achsgetriebe 1 die Lamellenkupplung 7 vorgesehen ist. Dadurch, dass beide Schaltelemente 4, 7 dem Achsgetriebe 1 zugeordnet sind, kann ein gemeinsamer Betätigungsaktuator zum gemeinsamen sequenziellen Betätigen der Klauenkupplung 4 und der Lamellenkupplung 7 verwendet werden.In 1 is a device for the input and output side coupling or decoupling of a transaxle 1 a four-wheeled vehicle exemplified. At the axle drive 1 it may in particular be a Hinterachsgetriebe, but also a Vorderachsgetriebe. The axle drive 1 includes a differential cage, via a pinion shaft 2 and over as a dog clutch 4 trained form-fitting switching element with a drive shaft 3 , For example, a four-wheel drive or cardan shaft, drive side is connectable. Furthermore, the differential cage of the transaxle 1 via an inner disk carrier 5 and an outer disc carrier 6 a multi-plate clutch 7 as frictional switching element with one of the drive wheels of the transaxle 1 connected. As a result, both the dog clutch 4 as well as the multi-plate clutch 7 the axle drive 1 assigned. For drive-side coupling or decoupling of drive shaft 3 and axle drive 1 is the dog clutch 4 provided, wherein the output side coupling or decoupling of vehicle wheels and axle drive 1 the multi-plate clutch 7 is provided. As a result, both switching elements 4 . 7 the axle drive 1 may be assigned a common Betätigungsaktuator for common sequential actuation of the dog clutch 4 and the multi-plate clutch 7 be used.
Als Betätigungsaktuator ist, wie in 2 dargestellt, ein Elektromotor 8 vorgesehen, der mit einem als Kugelrampenmechanismus 9 ausgeführten Wälzkörperrampenmechanismus gekoppelt ist, der mit der Klauenkupplung 4 und der Lamellenkupplung 7 in Wirkverbindung steht. Die elektromechanische Aktuierung der Lamellenkupplung 7 und der Klauenkupplung 4 erfolgt somit über den Elektromotor 8, wobei die Klauenkupplung 4 und die Lamellenkupplung 7 auf unterschiedlichen Achsen angeordnet sind. Die Klauenkupplung 4 befindet sich auf der Ritzelachse 10 und die Lamellenkupplung 7 befindet sich auf der Tellerradachse 11 des Achsgetriebes 1.As Betätigungsaktuator is, as in 2 represented, an electric motor 8th provided with a ball ramp mechanism 9 executed rolling body ramp mechanism coupled with the dog clutch 4 and the multi-plate clutch 7 is in active connection. The electromechanical actuation of the multi-plate clutch 7 and the dog clutch 4 thus takes place via the electric motor 8th , where the dog clutch 4 and the multi-plate clutch 7 are arranged on different axes. The claw clutch 4 is located on the pinion axis 10 and the multi-plate clutch 7 is located on the crown gear axle 11 of the axle drive 1 ,
Unabhängig von den drei beispielhaft dargestellten Ausführungsbeispielen gemäß 3, 3A, 4, 4A; 5, 5A, 6, 6A; 7, 7A, 8, 8A umfasst der Kugelrampenmechanismus 9 (= Wälzkörperrampenmechanismus) eine erste, verdrehbare von dem Elektromotor 8 angetriebene Kugelrampenscheibe 12 (= Wälzkörperrampenscheibe) und eine zweite, drehfest und axial bewegbare Kugelrampenscheibe 13 (= Wälzkörperrampenscheibe), wobei die beiden Kugelrampenscheiben 12, 13 über eine Lagerung 18 zur Abkoppelung der Drehbewegung der Kupplungswellen von der Aktuatorik gelagert sind. Die erste Kugelrampenscheibe 12 wird über eine Übersetzungsstufe 14 über den Elektromotor 8 in Drehung versetzt. Die zweite Kugelrampenscheibe 13 steht über eine Druckscheibe 15 und einen Druckbolzen 16 mit dem Außenlamellenträger 6 der Lamellenkupplung 7 in Wirkverbindung. Jede der Kugelrampenscheiben 12, 13 umfasst mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Kugelrampenbahnen 17 (= Wälzkörperrampenbahnen), wobei die jeweiligen Kugelrampenbahnen 17 der Kugelrampenscheiben 12, 13 derart miteinander korrespondieren, dass über die darin geführten Wälzkörper 29 bzw. Kugeln oder dergleichen eine Drehbewegung der ersten Kugelrampenscheibe 12 in eine axiale Bewegung bzw. in einen axialen Hub der zweiten Kugelrampenscheibe 13 umgesetzt wird, wobei jeder Kugelrampenbahn 17 zumindest ein Wälzkörper 29 zugeordnet ist. Durch die Axialbewegung wird eine entsprechende Kraft auf das Lamellenpaket und somit ein Kupplungsmoment aufgebaut. Der Innenlamellenträger 5 ist über eine Feder 32 zum Realisieren einer sogenannten Fail-Safe-Federkraftfunktion abgestützt.Regardless of the three exemplary embodiments illustrated according to 3 . 3A . 4 . 4A ; 5 . 5A . 6 . 6A ; 7 . 7A . 8th . 8A includes the ball ramp mechanism 9 (= Wälzkörperrampenmechanismus) a first, rotatable from the electric motor 8th driven ball ramp disc 12 (= Wälzkörperrampenscheibe) and a second, rotatably and axially movable ball ramp disc 13 (= Wälzkörperrampenscheibe), the two ball ramp discs 12 . 13 about a storage 18 are stored to decouple the rotational movement of the clutch shafts of the actuator. The first ball ramp disc 12 is about a translation level 14 over the electric motor 8th set in rotation. The second ball ramp disc 13 is above a pressure disc 15 and a pressure pin 16 with the outer disk carrier 6 the multi-plate clutch 7 in active connection. Each of the ball ramp discs 12 . 13 includes a plurality of circumferentially spaced ball ramp webs 17 (= Wälzkörperrampenbahnen), wherein the respective ball ramp paths 17 the ball ramp discs 12 . 13 so correspond to each other that about the rolling elements guided therein 29 or balls or the like a rotational movement of the first ball ramp disc 12 in an axial movement or in an axial stroke of the second ball ramp disc 13 is implemented, with each ball ramp 17 at least one rolling element 29 assigned. Due to the axial movement, a corresponding force is built up on the disk pack and thus a clutch torque. The inner disc carrier 5 is about a spring 32 supported for realizing a so-called fail-safe spring force function.
Gemäß 4 und 4A wird verdeutlicht, dass bei dem ersten Ausführungsbeispiel an der ersten Kugelrampenscheibe 12 eine Kurvenscheibe 20 mit einem vorbestimmten radialen Profilverlauf zumindest drehfest vorgesehen ist. Der Profilverlauf der Kurvenscheibe 20 steht direkt oder wie bei dem gezeigten ersten Ausführungsbeispiel indirekt über ein Hebelelement 21 mit einer über eine Schaltgabel 23 die Klauenkupplung 4 betätigenden Schaltstange 22 in Wirkverbindung. Auf diese Weise kann die Klauenkupplung 4 durch das Drehen bzw. Weiterdrehen der ersten Kugelrampenscheibe 12 über die translatorische Bewegung der Schaltstange 22 und der Schaltgabel 23 entsprechend betätigt werden, wobei die translatorische Bewegung der Schaltstange 22 gegen die Kraft einer Feder 24 vorgenommen wird. Die Bewegung ist als Schaltweg in 2 bezeichnet.According to 4 and 4A it is clarified that in the first embodiment of the first ball ramp disk 12 a cam 20 is provided with a predetermined radial profile profile at least rotationally fixed. The profile of the cam 20 is directly or as in the first embodiment shown indirectly via a lever element 21 with a via a shift fork 23 the dog clutch 4 actuating shift rod 22 in active connection. In this way, the dog clutch 4 by turning or further rotation of the first ball ramp disc 12 via the translatory movement of the shift rod 22 and the shift fork 23 be actuated accordingly, the translational movement of the shift rod 22 against the force of a spring 24 is made. The movement is called switching in 2 designated.
Wie insbesondere aus 3 und 3A ersichtlich ist, besteht die Klauenkupplung 4 aus einer Schaltklaue 25 und einer Klauenverzahnung 26 an der Antriebswelle 3, wobei eine mehrreihige Klauengeometrie vorgesehen ist, bei der die Zahnbreite auf die Reihen aufgeteilt wird und die Zahnreihen der Schaltklaue 25 und der Klauenverzahnung 26 in axialer Richtung abwechselnd geschichtet sind. Auf diese Weise kann der erforderliche Klauen-Schaltweg in vorteilhafter Weise begrenzt werden.As in particular from 3 and 3A it can be seen, there is the dog clutch 4 from a shift claw 25 and a dog tooth system 26 on the drive shaft 3 , wherein a multi-row claw geometry is provided in which the tooth width is divided into rows and the rows of teeth of the shift claw 25 and the dog teeth 26 are alternately layered in the axial direction. In this way, the required jaw switching path can be limited in an advantageous manner.
Aus 4 und 4A geht hervor, dass der Elektromotors 8 mit seinem Antriebsritzel 27 mit einem Rad 28 der Übersetzungsstufe 14 in Eingriff steht, während ein zweites Rad, welches in 4 und 4A nicht sichtbar ist, mit der Segmentverzahnung 19 der ersten Kugelrampenscheibe 12 kämmt.Out 4 and 4A it turns out that the electric motor 8th with its drive pinion 27 with a wheel 28 the translation level 14 engages while a second wheel, which in 4 and 4A is not visible, with the segment toothing 19 the first ball ramp disc 12 combs.
Der Unterschied zwischen den Darstellungen gemäß 3 bzw. 4 und 3A bzw. 4A ergibt sich daraus, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß 3 bzw. 4 bei nicht betätigter Klauenkupplung 4 dargestellt ist, während die Vorrichtung gemäß 3A bzw. 4A bei eingelegter, betätigter Klauenkupplung 4 gezeigt ist.The difference between the representations according to 3 respectively. 4 and 3A respectively. 4A results from the fact that the inventive device according to 3 respectively. 4 with non-actuated dog clutch 4 is shown while the device according to 3A respectively. 4A with inserted, actuated dog clutch 4 is shown.
Gemäß 5, 5A, 6 und 6A ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die erste Kugelrampenscheibe 12 ein Zahnsegment 33 aufweist, welches direkt mit einer das formschlüssige Schaltelement 4 betätigenden Zahnstange 30 in Eingriff steht, so dass das formschlüssige Schaltelement 4 durch eine Drehbewegung der ersten Kugelrampenscheibe 12 betätigt wird.According to 5 . 5A . 6 and 6A a second embodiment is shown, in which the first ball ramp disc 12 a toothed segment 33 having, which directly with a form-locking switching element 4 actuating rack 30 is engaged, so that the positive switching element 4 by a rotational movement of the first ball ramp disc 12 is pressed.
Gemäß 7, 7A, 8 und 8A ist ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die erste Kugelrampenscheibe 12 direkt mit einem das formschlüssige Schaltelement betätigenden Bowdenzug 31 in Wirkverbindung steht. Auf diese Weise kann das formschlüssige Schaltelement 4 durch eine Drehbewegung der ersten Kugelrampenscheibe 12 über den Bowdenzug 31 betätigt werden. Der Bowdenzug 31 kann direkt, also über Kugelrampenscheibe 12, oder indirekt über die Kurvenscheibe 20 betätigt werden.According to 7 . 7A . 8th and 8A a third embodiment is shown, in which the first ball ramp disc 12 directly with a positive switching element actuating Bowden cable 31 is in active connection. In this way, the positive switching element 4 by a rotational movement of the first ball ramp disc 12 over the Bowden cable 31 be operated. The Bowden cable 31 can directly, so over ball ramp 12 , or indirectly via the cam 20 be operated.
Die Kugelrampenbahnen 17, die insbesondere in 9, 10, 10A dargestellt sind, sind mehrstufig ausgeführt, d. h. diese umfassen mehrere Abschnitte I, II, III mit unterschiedlichem Steigungsbetrag und Steigungsrichtung. Beispielsweise können die Steigungen der Kugelrampenbahnen 17 auch innerhalb eines Abschnittes veränderlich bzw. variabel verlaufen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst jede Kugelrampenbahn 17 einen ersten Abschnitt I mit z. B. konstanter negativer Steigung als Gefälle bzw. Gegensteigung zur Synchronisierung und einen zweiten Abschnitt II mit z. B. konstanter positiver Steigung als Anstieg zum Überwinden des Lamellenspiels der Lamellenkupplung 7 und zum Einlegen der Klauenkupplung 4 nach erfolgter Synchronisierung sowie einen dritten Abschnitt III mit bezogen auf den zweiten Abschnitt geringerer z. B. konstanter positiver Steigung als Anstieg zum Schließen der Lamellenkupplung 7 um ein entsprechendes Antriebsmoment zu übertragen. Der erste Abschnitt I als Gegensteigung der Kugelrampenbahn 17 dient zur Synchronisation der Klauenkupplung 4, während der zweite Abschnitt II der Kugelrampenbahn 17 durch die steile positive Steigung eine geringe Übersetzung für das schnelle Überwinden des Lamellenspiels und zum Einlegen der Klauenkupplung 4 aufweist. Schließlich umfasst der dritte Abschnitt III der Kugelrampenbahn 17 eine flachere positive Steigung, welches eine hohe Übersetzung für die Lamellenkupplung 7 realisiert, um diese zu schließen. Es ist auch möglich, dass beispielsweise der zweite Abschnitt II zunächst eine steile positive Steigung aufweist, die dann in eine flachere positive Steigung übergeht. Durch die flachere Steigung in Abschnitt III gegenüber der Steigung in Abschnitt II ist eine feinfühlige Regelbarkeit der Drehmomentübertragungsfähigkeit der Lamellenkupplung 7 sichergestellt. Diese Feinfühligkeit ist in Abschnitt II nicht erforderlich, da in diesem Abschnitt lediglich ein Spiel der Lamellenkupplung 7 bis zum sogenannten Anlegepunkt der Lamellenkupplung 7 schnellstmöglich überwunden werden soll.The ball ramp trains 17 especially in 9 . 10 . 10A are shown in multiple stages, ie, these comprise several sections I . II . III with different slope amount and slope direction. For example, the slopes of the ball ramp webs 17 also variable within a section. In the illustrated embodiment, each ball ramp track comprises 17 a first section I with z. B. constant negative slope as a slope or pitch for synchronization and a second section II with z. B. constant positive slope as an increase to overcome the slat clearance of the multi-plate clutch 7 and for inserting the dog clutch 4 after synchronization and a third section III with respect to the second section lesser z. B. constant positive slope as an increase to close the multi-plate clutch 7 to transmit a corresponding drive torque. The first paragraph I as a counter slope of the ball ramp train 17 is used to synchronize the dog clutch 4 while the second section II the ball ramp train 17 by the steep positive slope a low ratio for quickly overcoming the slat play and for inserting the dog clutch 4 having. Finally, the third section includes III the ball ramp train 17 a flatter positive slope, which is a high ratio for the multi-plate clutch 7 realized to close this. It is also possible that, for example, the second section II initially has a steep positive slope, which then merges into a flatter positive slope. Due to the shallower slope in section III opposite the slope in section II is a sensitive controllability of the torque transmission capability of the multi-plate clutch 7 ensured. This sensitivity is in section II not necessary, as in this section only a game of multi-plate clutch 7 until the so-called contact point of the multi-plate clutch 7 should be overcome as soon as possible.
Durch die in 9 in eine Zeichnungsebene projiziert dargestellte Kugelrampenbahn 17 ist der beispielhaft gezeigte Steigungsverlauf der verschiedenen Abschnitte I, II, III ersichtlich. Hieraus geht hervor, dass ein tiefster Punkt der Kugelrampenbahnen 17 zwischen Abschnitt I und Abschnitt II liegt. Dieser tiefste Punkt bildet ein Rastpunkt der Kugelrampenbahnen 17. Wenn sich die Wälzkörper 29 in dem Rastpunkt befinden, befinden sich die Kugelrampenscheiben 12, 13 in einer Ruhestellung, da dem Elektromotor 8 keine elektrische Energie (= stromlos) zum Halten dieser Position zugeführt werden braucht. Somit wird ausgehend von der Ruhestellung bzw. dem Rastpunkt bei einer Relativdrehung der Kugelrampenscheiben 12, 13 in eine erste Richtung der erste Abschnitt I erreicht und bei einer Relativdrehung in eine entgegengesetzte zweite Richtung der zweite Abschnitt II erreicht. Wenn die Kugelrampenscheiben 12, 13 dann weiter in die zweite Richtung relativ zueinander gedreht werden, wird schließlich der dritte Abschnitt III erreicht. Zwischen zweitem und drittem Abschnitt II, III kann ein weiterer Abschnitt in der Kugelrampenbahn 17 eingefügt sein, der keine Steigung aufweist (Steigung = 0) oder der aus einem weiteren, höher gelegenen Rastpunkt bzw. Rastmulde besteht („höher” im Bezug zum Rastpunkt zwischen Abschnitt I und II). Hierdurch können die Kugelrampenscheiben 12, 13 stromlos in einem vorgespannten Zustand gehalten werden. Ausgehend von diesem vorgespannten Zustand kann sehr schnell die Drehmomentübertragungsfähigkeit der Lamellenkupplung 7 und damit des Achsgetriebes 1 eingestellt werden. Aus 9 geht klar hervor, dass einerseits die Abschnitte I und II und andererseits die Abschnitte II und III jeweils bevorzugt direkt aneinander anliegen bzw. direkt ineinander übergegen können. By the in 9 projected in a plane of the drawing ball ramp 17 is the slope gradient shown as an example of the various sections I . II . III seen. It can be seen that a deepest point of the ball ramp paths 17 between section I and section II lies. This lowest point forms a resting point of the ball ramp paths 17 , When the rolling elements 29 are located in the detent point, there are the ball ramp discs 12 . 13 in a rest position, since the electric motor 8th no electrical energy (= de-energized) needs to be supplied to hold this position. Thus, starting from the rest position or the locking point during a relative rotation of the ball ramp discs 12 . 13 in a first direction the first section I achieved and with a relative rotation in an opposite second direction of the second section II reached. When the ball ramp discs 12 . 13 then further rotated in the second direction relative to each other, finally becomes the third section III reached. Between second and third section II . III may be another section in the ball ramp path 17 be inserted, which has no slope (slope = 0) or consists of a further, higher-lying detent point or detent recess ("higher" in relation to the detent point between section I and II ). This allows the ball ramp discs 12 . 13 be kept energized in a prestressed state. Starting from this preloaded state can very quickly the torque transmission capability of the multi-plate clutch 7 and thus the axle drive 1 be set. Out 9 it is clear that on the one hand the sections I and II and on the other hand the sections II and III each preferably directly abut each other or can be transferred directly into each other.
Aus den in 10 und 10A dargestellten räumlichen Ansichten der ersten Kugelrampenscheibe 12 ergibt sich, dass vier über den Umfang der ersten und zweiten Kugelrampenscheiben 12, 13 verteilt angeordnete Kugelrampenbahnen 17 vorgesehen sind. Des Weiteren wird verdeutlicht, dass am Außenumfang der ersten Kugelrampenscheibe 12 eine Segmentverzahnung 19 vorgesehen ist, welche direkt oder indirekt mit dem Elektromotor 8 gekoppelt ist. Es ist klar, dass statt der Kugeln 29 als Wälzkörper auch anders geeignet geformte Wälzkörper einsetzbar sind, beispielsweise kegelförmige oder tonnenförmige Wälzkörper. Selbstverständlich sind dann die Rampenbahnen 17 an die geänderte Form der Wälzkörper angepasst.From the in 10 and 10A illustrated spatial views of the first ball ramp disc 12 it turns out that four over the circumference of the first and second ball ramp discs 12 . 13 distributed arranged ball ramps 17 are provided. Furthermore, it is clarified that on the outer circumference of the first ball ramp disc 12 a segment toothing 19 is provided, which directly or indirectly with the electric motor 8th is coupled. It is clear that instead of the bullets 29 as rolling elements also differently suitably shaped rolling elements are used, for example, conical or barrel-shaped rolling elements. Of course, then the ramps 17 adapted to the changed shape of the rolling elements.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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Achsgetriebetransaxles
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22
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Ritzelwellepinion shaft
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33
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Antriebswelledrive shaft
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44
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Klauenkupplung bzw. formschlüssige SchaltelementClaw coupling or positive switching element
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55
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InnenlamellenträgerInner disk carrier
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66
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AußenlamellenträgerExternal disk carrier
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77
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Lamellenkupplung bzw. reibschlüssiges SchaltelementMulti-plate clutch or frictional switching element
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88th
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Elektromotorelectric motor
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99
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Kugelrampenmechanismus, WälzkörperrampenmechanismusBall ramp mechanism, rolling element ramp mechanism
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1010
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Ritzelachsepinion axis
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1111
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Tellerradachsecrown wheel
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1212
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erste Kugelrampenscheibe, erste Wälzkörperrampenscheibefirst ball ramp disc, first rolling element ramp disc
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1313
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zweite Kugelrampenscheibe, zweite Wälzkörperrampenscheibesecond ball ramp disc, second rolling element ramp disc
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1414
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Übersetzungsstufetranslation stage
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1515
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Druckscheibethrust washer
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1616
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Druckbolzenpushpin
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1717
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Kugelrampenbahn, WälzkörperrampenbahnBall ramp track, Wälzkörperrampenbahn
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1818
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Lagerungstorage
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1919
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Segmentverzahnungsegment teeth
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2020
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Kurvenscheibecam
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2121
-
Hebelelementlever member
-
2222
-
Schaltstangeshift rod
-
2323
-
Schaltgabelshift fork
-
2424
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Federfeather
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2525
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Schaltklaueshifting claw
-
2626
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Klauenverzahnungdog-tooth
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2727
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Antriebsritzelpinion
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2828
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erstes Rad der Übersetzungsstufefirst wheel of the translation stage
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2929
-
Wälzkörper, KugelRolling element, ball
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3030
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Zahnstangerack
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3131
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BowdenzugBowden
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3232
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Federfeather
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3333
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Zahnsegmenttoothed segment
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II
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erster Abschnitt der Kugelrampenbahnfirst section of the ball ramp track
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IIII
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zweiter Abschnitt der Kugelrampenbahnsecond section of the ball ramp track
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IIIIII
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dritter Abschnitt der Kugelrampenbahnthird section of the ball ramp path
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 102010039444 A1 [0003] DE 102010039444 A1 [0003]
