DE102015205421A1

DE102015205421A1 - Abschaltsystem für einen Antriebsstrang für einen Allradantrieb eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102015205421A1
Application number: DE102015205421.7A
Authority: DE
Inventors: Brian Lee; Carsten Ohr; Jeffrey Hemphill
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2015-10-22
Also published as: US20150300421A1; US9718354B2

Abstract

Die Erfindung stellt ein Abschaltsystem für einen Antriebsstrang für einen Allradantrieb eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung. Das Abschaltsystem weist eine erste Drehmomentübertragungseinheit, eine zweite Drehmomentübertragungseinheit und eine Kupplung auf, welche wahlweise die erste Drehmomentübertragungseinheit und die zweite Drehmomentübertragungseinheit aktiviert. Die Kupplung weist einen Eingriffsabschnitt und einen inneren Ring sowie einen äußeren Ring auf, welche Ringe den Eingriffsabschnitt abstützen. Der innere Ring ist derart angeordnet, dass er gegen den Eingriffsabschnitt gezwängt werden kann, um die Kupplung einzurücken und von dem Eingriffsabschnitt weg bewegt werden kann, um die Kupplung zu lösen.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht Rechte aus U.S. Provisional Application No. 61/980,974, eingereicht am 17. April 2014, welche durch Bezugnahme hierin in integriert ist.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich in Wesentlichen auf KFZ-Antriebe, und insbesondere auf Abschaltsysteme für Antriebsstränge für Allradantriebe von Kraftfahrzeugen.
Hintergrund der Erfindung
Das Abschalten einer sekundären Achse in einem Kraftfahrzeug mit Allradantrieb (AWD) kann die Kraftstoffeffizienz steigern. Bekannte Abschaltsysteme werden normalerweise in einer Abtriebseinheit (PTU) angeordnet und benötigen zusätzlichen Einbauvolumen für den Einbau in das Fahrzeug. Eine Anordnung des Abschaltsystems innerhalb des Leerraums eines klassischen Kegelraddifferentials ermöglicht eine einfachere Montage in das Kraftfahrzeug.
U.S. Patent 7,975,796 , U.S Veröffentlichung 2008/053780 , EP 2 181 011 , U.S. Patent 8,523,737 , U.S. Patent 8,382,633 und U.S. Patent 2012/0202636 offenbaren Systeme für das Abschalten einer sekundären Achse in einem KFZ mit Allradantrieb.
Zusammenfassung der Erfindung
Die in den oben genannten Patentdokumenten beschriebenen Systeme können allesamt ein zu großes Einbauvolumen und/oder zu viel Betätigungsenergie erforderlich machen. Die vorliegende Offenbarung stellt ein Abschaltsystem zur Verfügung, welches eine kompakte Kupplung mit geeigneter Betätigungsenergie aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Abschaltsystem für einen Antriebsstrang für einen Allradantrieb eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung. Dieses Abschaltsystem weist eine erste Drehmomentübertragungseinheit, eine zweite Drehmomentübertragungseinheit und eine Kupplung auf, welche wahlweise die erste Drehmomentübertragungseinheit und die zweite Drehmomentübertragungseinheit aktiviert. Die Kupplung weist einen Eingriffsabschnitt und einen inneren Ring sowie einen äußeren Ring auf, welche Ringe den Eingriffsabschnitt abstützen. Der innere Ring ist derart angeordnet, dass er gegen den Eingriffsabschnitt gezwängt werden kann, um die Kupplung einzurücken und von dem Eingriffsabschnitt weg bewegt werden kann, um die Kupplung zu auszurücken.
Es wird weiterhin ein Abschaltsystem für einen Allradantrieb eines Kraftfahrzeugs gemäß einer zweiten Ausführung der Erfindung zur Verfügung gestellt. Dieses Abschaltsystem weist eine erste Drehmomentübertragungseinheit, eine zweite Drehmomentübertragungseinheit sowie eine Keilkupplung auf, welche wahlweise die erste Drehmomentübertragungseinheit und die zweite Drehmomentübertragungseinheit aktiviert, und weiterhin einen Elektromagneten aufweist, der gesteuert werden kann, um die selektive Aktivierung der ersten Drehmomentübertragungseinheit und der zweiten Drehmomentübertragungseinheit über die Keilkupplung zu bewirken.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zur Bildung eines Abschaltsystems für einen Antriebsstrang für einen Allradantrieb eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung. Das Verfahren beinhaltet: das Vorsehen eines inneren Rings einer Kupplung an einer Zwischenwelle, das Vorsehen eines äußeren Rings der Kupplung an einem Differential und das Vorsehen eines Aktuators an der Zwischenwelle. Der Aktuator kann derart betrieben werden, dass er für das selektive Einrücken der Kupplung, den inneren Ring in axiale Richtung verschiebt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Figuren zeigen:
1 einen Antriebsstrang eines Allradantriebs eines Kraftfahrzeugs mit einem Abschaltsystem, gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
2 einen Querschnitt durch eine Seitenansicht eines Abschaltsystems gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
3a und 3b Querschnitte durch Seitenansichten des in 1 gezeigten Abschaltsystems, welche die eingerückten und die ausgerückten Stellungen einer Kupplung des Abschaltsystems darstellen, und
4 eine Sprengdarstellung eines Querschnitts durch eine Seitenansicht des in 1 gezeigten Abschaltsystems.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Offenbarung sieht eine Kombination aus einem Abtriebs-Abschaltvorrichtung und einem Planetendifferential. Die Abschaltkupplung kommt mit einer Feder in Eingriff, welche Feder einen konischen inneren Ring gegen eine Keilkupplungsscheibe vorgespannt. Ein Elektromagnet zieht den inneren Ring weg, so dass die Abtriebseinheit loskommt. Der durch die Einheit in Anspruch genommener Raum ist gleich groß wie für ein konventionelles Kegelraddifferential. Es ist möglich in alternativen Ausführungen andere Arten von Kupplungen (d. h. eine Klauenkupplung oder eine Synchronisier-Kegelkupplung) und/oder andere Betätigungsmethoden (d. h. hydraulische, pneumatische, elektromechanische) zu verwenden.
1 zeigt einen Antriebsstrang 10 eines Allradantriebs eines Kraftfahrzeugs mit einem Abschaltsystem 15 gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Der Antriebsstrang 10 weist einen Motor 12 auf, der ein Paar von vorderen Rädern 14, 16 über eine Übertragungseinheit 18 antreibt. Das Abschaltsystem 15 weist ein vorderes Differential 20 (2) auf, das zwischen der Übertragungseinheit 18 und jeweiligen Achsen 22, 24 der vorderen Räder 14, 16 angeordnet ist, um Geschwindigkeitsabweichungen zwischen den vorderen Rädern 14, 16 zu berücksichtigen. Eine Abtriebseinheit 26 ist mit dem vorderen Differential 20 verbunden, um über eine Hinterradantriebswelle 28 Antrieb über die jeweiligen hinteren Achsen 34, 36 auf die hinteren Räder 35, 37 zu übertragen. Die Hinterradantriebswelle 28 ist mit einem hinteren Differential 30 verbunden, von dem sich die hinteren Achsen 34, 36 erstrecken. Das Abschaltsystem 15 weist eine Kupplung 40 (2) auf, um die Abtriebseinheit 26 mit dem vorderen Differential 20 zu verbinden, so dass, unter Allradantriebsbedingungen, die hinteren Räder 35, 37 zusammen mit den vorderen Räder 14, 16 angetrieben werden können.
2 zeigt ein Abschaltsystem 15. Das Abschaltsystem 15 weist eine Kupplung 40 für eine wahlweise Aktivierung einer ersten Drehmomentübertragungseinheit 48 und einer zweiten Drehmomentübertragungseinheit 44 auf. In dieser Ausführung ist die erste Drehmomentübertragungseinheit 48 ein Eingangsteil in Form eines Antriebstellerrads ausgebildet, um Drehmoment vom Motor 12 zu empfangen, und die zweite Drehmomentübertragungseinheit 44 ist eine Zwischenwelle für die Verbindung mit der Abtriebseinheit 26. Das Abschaltsystem 15 weist weiterhin eine radseitige Ausgangswelle 42 auf, die derart gestaltet ist, dass sie mit der Vorderradachse 22 verbunden werden kann. Die Ausgangswelle 42, welche an einer ersten axialen Seite 50 des Systems 15 angeordnet ist, ist ein Teil des vorderen Differentials 20, das in dieser Ausführung ein Planetendifferential ist und in einem Stück mit einem Sonnenrad 46 ausgebildet ist. Das Antriebstellerrad 48 umgibt die Ausgangswelle 42. Eine Nabe des Tellerrads 48 stützt ein Stützlager 51 des Differentials an dessen äußeren Radialfläche ab. An einer zweiten, gegenüber der ersten Seite 50 liegenden axialen Seite 52 weist das Planetendifferential 20 einen Differentialträger 53, welcher eine zweite Ausgangswelle 54 umgibt. Die zweite Ausgangswelle 54, welche in einem Stück mit einem Sonnenrad 56 ausgebildet ist, ist derart gestaltet, dass sie mit der Vorderradachse 24 verbunden werden kann.
Ein Aktuator 58 für die wahlweise Verbindung der Zwischenwelle 44 mit dem Planetendifferential 20 über die Kupplung 40 ist in das Getriebegehäuse eingepresst. Der Aktuator 58 besteht aus einem mit einer Steuerung 62 ausgestatteten Elektromagneten 60, welche Steuerung 62 die Einspeisung von elektrischem Strom in den Elektromagneten 60 reguliert. Radial innerhalb des Aktuators 58 und an einer radial äußeren Fläche der Zwischenwelle 44 angeordnete Wälzlager 64 stützen die Zwischenwelle 44 drehbeweglich ab.
In dieser Ausführung ist die Kupplung 40 als Keilkupplung ausgebildet und weist einen inneren Ring 66, einen äußeren Ring 68 und einen Eingriffsabschnitt in Form einer Keilscheibe 70 auf, welche sich wahlweise zwischen den inneren und äußeren Ringen 66, 68 verkeilen kann. Der innere Ring 66 ist derart mit einer äußeren Fläche der Zwischenwelle 44 verbunden, dass er durch Keilwellennuten drehfest mit der Zwischenwelle 44 verbunden ist, so dass er zusammen mit der Zwischenwelle 44 rotieren und in axialer Richtung an der Zwischenwelle 44 gleiten kann. Der äußere Ring 68 ist durch einen axialen Vorsprung 71 des Differentialträgers 53 gebildet. Am Vorsprung 71 ist der Differentialträger 53, unabhängig von der Zwischenwelle 44 drehbar, durch ein an einer äußeren radialen Fläche des Elektromagneten 60 angeordnetes Differentialstützlager 72 abgestützt. Ein elastisches Element 74, welches in dieser Ausführung in Form einer Tellerfeder ausgebildet ist, ist an der äußeren radialen Fläche der Zwischenwelle 44 vorgesehen, um den inneren Ring 66 in axiale Richtung von dem Elektromagnet 60 weg und zum Planetendifferential 20 hin zu drücken.
Der innere Ring 66 weist eine sich verjüngende äußere radiale Fläche 76 auf, die mit einer sich verjüngenden inneren radialen Fläche 78 der Keilscheibe 70 zusammenwirkt. In dieser Ausführung sind beide sich verjüngende Flächen kegelstumpfförmig ausgebildet, um miteinander paaren zu können. Wenn der Elektromagnet 60 keinen Strom über die Steuerung 62 erhält, zwängt die Tellerfeder 74 den inneren Ring 66 gegen die Keilscheibe 70 mit einer ausreichenden Kraft, so dass die Keilscheibe 70, auf Grund des Zusammenwirkens der sich verjüngenden Flächen 76, 78, durch den inneren Ring 66 radial nach außen gegen den äußeren Ring 68 gedrückt wird und die Zwischenwelle 44 durch den Differentialträger 53 über die Kupplung 40 in Umfangsrichtung angetrieben wird. In diesem eingerückten Zustand der Kupplung 40 wird die Keilscheibe 70 radial zwischen dem inneren Ring 66 und dem äußeren Ring 68 zusammengedrückt. Bei einem Stromzufluss an den Elektromagneten 60 über die Steuerung 62 wird der innere Ring 66 durch den Elektromagneten 60 in axiale Richtung zum Elektromagneten 60 hin und vom Planetendifferential 20 weg gezogen, so dass der Elektromagnet 60 die Feder 74 in ausreichendem Maße zusammendrückt, um die radiale Dekompression der Keilscheibe 70 zu bewirken. Als Ergebnis dieser radialen Dekompression der Keilscheibe 70 kommt die Kupplung 40 in einen gelösten Zustand, in dem der Differentialträger 53 sich dreht, ohne die Zwischenwelle 44 in Umfangsrichtung anzutreiben.
Die 3a und 3b zeigen Querschnitte durch Seitenansichten des Abschaltsystems 15, welche die eingerückten und die gelösten Stellungen der Kupplung 40 darstellen. In 3a wird gezeigt, dass der Elektromagnet 60 über die Steuerung 62 vom Strom abgeschnitten ist, und die Tellerfeder 74 den inneren Ring 66 mit einer ausreichenden Kraft derart gegen die Keilscheibe 70, dass der innere Ring 66 die Keilscheibe 70 gegen den äußeren Ring 68 drückt, so dass die Keilscheibe 70 sich zwischen dem inneren Ring 66 und dem äußeren Ring 68 verkeilt und ein Drehmoment von dem Differential 20 an die Zwischenwelle 44 überträgt. Wie in 3a gezeigt, wird der innere Ring 66 mit Abstand von dem Elektromagneten 60 gehalten. In 3b wird gezeigt, dass der Elektromagnet 60 über die Steuerung 62 mit Strom versorgt wird, und die magnetischen Kräfte des Elektromagneten 60 überwinden die Kräfte der Tellerfeder 74, um die Tellerfeder 74 zusammenzudrücken und den inneren Ring 66 gegen eine axiale Fläche des Elektromagneten 60 zu ziehen. Bei einem Ziehen des inneren Rings 66 durch den Elektromagneten 60 wird das Zusammenwirken zwischen den sich verjüngenden Flächen 76, 78 minimiert und das Planetendifferential 20 dreht die Zwischenwelle 44 über die Kupplung 40 nicht. In einer alternativen Ausführung kann auf die Feder 74 verzichtet werden, und der Elektromagnet 60 kann derart gestaltet werden, dass er den inneren Ring 66 sowohl in Eingriff mit der Keilscheibe 70 bringt als auch den inneren Ring aus dem Eingriff mit der Keilscheibe 70 heraus zieht.
4 zeigt eine Sprengdarstellung eines Querschnitts durch eine Seitenansicht des Abschaltsystems 15. In 4 wird dargestellt, dass das Abschaltsystem 15 durch zwei Untereinheiten 80, 82 gebildet werden kann. Die erste Untereinheit 80 wird durch das Planetendifferential 20 und die Keilscheibe 70 gebildet, und die zweite Untereinheit 82 wird durch die Zwischenwelle 44 und die darauf montierten Teile gebildet einschließlich des inneren Rings 66, der Tellerfeder 74, und der Lager 64, 72, so dass beide Untereinheiten Teile der Kupplung 40 aufweisen. Die Keilscheibe 70 kann dadurch mit dem Planetendifferential 20 verbunden werden, dass die Keilscheibe 70, die ringförmig ist, in eine radial vorstehende Lippe 84 des axialen Vorsprungs 71 einrastet. Dementsprechend, kann das Abschaltsystem 15 dadurch gebildet werden, dass die Untereinheiten 80, 82 getrennt anfertigt werden, dann die zweite Untereinheit 82 derart durch axiales Gleiten der Zwischenwelle 44 auf die Welle 52 axial auf die erste Untereinheit 80 montiert wird, dass die sich verjüngende Fläche 76 des inneren Rings 66 radial innerhalb der Keilscheibe 70 aufgenommen wird.
In der vorhergehenden Beschreibung ist die Erfindung mit Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungen und Beispiele der Erfindung erläutert worden. Es wird jedoch offensichtlich sein, dass verschiedene Modifizierungen und Änderungen an der Erfindung vorgenommen werden können, ohne dass man sich vom in den nun folgenden Ansprüchen aufgeführten breiterem Geist und Geltungsbereich der Erfindung entfernt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind dementsprechend lediglich als erläuternd zu betrachten und nicht im restriktiven Sinne zu verstehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7975796 [0004]
US 2008/053780 [0004]
EP 2181011 [0004]
US 8523737 [0004]
US 8382633 [0004]
US 2012/0202636 [0004]

Claims

Abschaltsystem für einen Antriebsstrang für einen Allradantrieb eines Kraftfahrzeugs, aufweisend: eine erste Drehmomentübertragungseinheit; eine zweite Drehmomentübertragungseinheit; eine Kupplung, welche wahlweise die erste Drehmomentübertragungseinheit und die zweite Drehmomentübertragungseinheit aktiviert, wobei die Kupplung einen Eingriffsabschnitt und einen inneren Ring sowie einen äußeren Ring aufweist, welche Ringe den Eingriffsabschnitt abstützen, und der innere Ring derart angeordnet ist, dass er gegen den Eingriffsabschnitt gezwängt werden kann, um die Kupplung einzurücken und von dem Eingriffsabschnitt weg bewegt werden kann, um die Kupplung zu lösen.
Abschaltsystem nach Anspruch 1, das weiterhin einen Aktuator aufweist, um den inneren Ring in axiale Richtung zu bewegen und somit die wahlweise Aktivierung der ersten Drehmomentübertragungseinheit und der zweiten Drehmomentübertragungseinheit über die Kupplung zu bewirken.
Abschaltsystem nach Anspruch 2, wobei der Aktuator einen Elektromagneten aufweist, der bei Stromzufuhr den inneren Ring in axiale Richtung von dem Eingriffsabschnitt weg bewegt, um die Kupplung zu lösen.
Abschaltsystem nach Anspruch 3, wobei in einem ausgerückten Zustand der Kupplung der innere Ring gegen dem Elektromagneten gehalten wird, und in einem eingerückten Zustand der Kupplung der innere Ring durch das elastische Element in Abstand von dem Elektromagneten gehalten wird.
Abschaltsystem nach Anspruch 2, das weiterhin ein elastisches Element aufweist, das ein elastisches Element ist, das den inneren Ring gegen den Eingriffsabschnitt zwängt, um die Kupplung einzurücken, und der Aktuator bewirkt die axiale Bewegung des inneren Rings weg von dem Eingriffsabschnitt, um die Kupplung zu lösen.
Abschaltsystem nach Anspruch 1, wobei der innere Ring eine sich verjüngende äußere Fläche aufweist, und wobei der Eingriffsabschnitt durch die sich verjüngende äußere Fläche radial zusammengedrückt wird, wenn der innere Ring, um die Kupplung einzurücken, gegen den Eingriffsabschnitt gezwängt wird.
Abschaltsystem nach Anspruch 1, wobei die erste Drehmomentübertragungseinheit ein Eingangsteil ist, das derart ausgebildet ist, das es ein Drehmoment von dem Motor aufnehmen kann, und die zweite Drehmomentübertragungseinheit eine abtriebsseitige Welle ist.
Verfahren zur Bildung eines Abschaltsystems für einen Antriebsstrang für einen Allradantrieb eines Kraftfahrzeugs, aufweisend: das Vorsehen eines inneren Rings einer Kupplung an einer Zwischenwelle; das Vorsehen eines äußeren Rings der Kupplung an einem Differential, und das Vorsehen eines Aktuators an der Zwischenwelle, wobei der Aktuator derart betrieben werden kann, dass er für eine selektive Einrückung der Kupplung, den inneren Ring in axiale Richtung bewegen kann.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Aktuator einen Elektromagneten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Kupplung eine Keilkupplung ist, die eine radial zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring angeordnete Keilscheibe aufweist, wobei der innere Ring eine sich verjüngende äußere Fläche aufweist und die Keilscheibe durch die sich verjüngende äußere Fläche in radialer Richtung zusammengedrückt wird, wenn, um die Kupplung einzurücken, ein elastisches Element den inneren Ring gegen die Keilscheibe zwängt.