DE102015212239B4

DE102015212239B4 - Positive coupling

Info

Publication number: DE102015212239B4
Application number: DE102015212239.5A
Authority: DE
Inventors: Matthias NITSCH; Michael Pantke
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2021-09-16
Anticipated expiration: 2035-07-01
Also published as: DE102015212239A1

Abstract

Kupplung (100) zum formschlüssigen Verbinden oder Trennen zweier Maschinenelemente (110, 115), die um eine gemeinsame Drehachse (105) drehbar gelagert sind, wobei die Kupplung (100) folgendes umfasst ein Koppelelement (120) mit einer ersten Verzahnung (125) zum formschlüssigen Eingreifen in das erste Maschinenelement (110) und einer zweiten Verzahnung (130) zum formschlüssigen Eingreifen in das zweite Maschinenelement (115), wobei das Koppelelement (120) zwischen einer ersten axialen Position, in der es von einer der Verzahnungen (125, 130) getrennt ist, und einer zweiten axialen Position, in der es in beide Verzahnungen (125, 130) eingreift, axial verschiebbar ist, einen axial wirkenden elektromagnetischen Aktor (135) mit einer elektrischen Spule (140), einem Spulenkern (145) und einem Anker (150), um das Koppelelement (120) axial in die zweite Position zu ziehen, wenn die Spule (140) von einem Strom durchflossen ist, wobei der Anker (150) mittels eines elastischen Elements (155) axial auf das Koppelelement (120) wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass ein magnetischer Fluss (175) des Aktors (135) durch das Koppelelement (120) verläuft, wenn sich das Koppelelement (120) in der zweiten Position befindet, sodass der magnetische Widerstand des Aktors (135) davon abhängig ist, ob sich das Koppelelement (120) in der zweiten Position befindet oder nicht.Coupling (100) for the positive connection or separation of two machine elements (110, 115) which are rotatably mounted about a common axis of rotation (105), the coupling (100) comprising a coupling element (120) with a first toothing (125) for interlocking engagement in the first machine element (110) and a second toothing (130) for interlocking engagement in the second machine element (115), the coupling element (120) between a first axial position in which it is connected to one of the toothings (125, 130 ) is separated, and a second axial position, in which it engages in both toothings (125, 130), is axially displaceable, an axially acting electromagnetic actuator (135) with an electrical coil (140), a coil core (145) and a Armature (150) to pull the coupling element (120) axially into the second position when a current flows through the coil (140), the armature (150) axia by means of an elastic element (155) l acts on the coupling element (120), characterized in that a magnetic flux (175) of the actuator (135) runs through the coupling element (120) when the coupling element (120) is in the second position, so that the magnetic resistance of the Actuator (135) depends on whether the coupling element (120) is in the second position or not.

Description

Die Erfindung betrifft eine formschlüssige Kupplung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kupplung zum formschlüssigen Verbinden oder Trennen zweier Maschinenelemente, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert sind.The invention relates to a positive coupling. In particular, the invention relates to a coupling for the positive connection or disconnection of two machine elements which are rotatably mounted about a common axis of rotation.

Einem Fachmann ist ein im Folgenden beschriebenes Schaltgetriebe, beispielsweise in einem Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, bekannt. Das Schaltgetriebe umfasst ein Gangrad, das frei auf einer Welle läuft, und einen Klauenring, der mittels einer Verzahnung drehmomentschlüssig mit der Welle verbunden ist. Der Klauenring ist auf der Welle axial verschiebbar und trägt an einem axialen Ende eine Verzahnung zum Eingriff in das Gangrad. Wird der Klauenring auf das Gangrad zubewegt, bis die Verzahnung eingreift, so ist das Gangrad formschlüssig mit der Welle verbunden und ein korrespondierender Gang des Schaltgetriebes kann eingelegt sein. Zum Lösen der Verbindung zwischen dem Gangrad und der Welle bzw. zum Auslegen der Gangstufe wird der Klauenring axial vom Gangrad entfernt, bis kein Eingriff mehr zwischen den beiden Elementen gegeben ist.A manual transmission described below, for example in a drive train for a motor vehicle, is known to a person skilled in the art. The manual transmission comprises a gear wheel that runs freely on a shaft and a claw ring that is connected to the shaft in a torque-locking manner by means of a toothing. The claw ring is axially displaceable on the shaft and has a toothing at one axial end for engaging the gear wheel. If the claw ring is moved towards the gear wheel until the toothing engages, the gear wheel is positively connected to the shaft and a corresponding gear of the gearbox can be engaged. To release the connection between the gear wheel and the shaft or to disengage the gear stage, the claw ring is axially removed from the gear wheel until there is no longer any engagement between the two elements.

Um das Verbinden bzw. Trennen der beiden Elemente zu steuern, ist ein axial wirkender Aktor vorgesehen. Der Aktor umfasst einen bezüglich der Welle fest angebrachten Elektromagneten und einen Anker, der in axialer Richtung auf den Klauenring wirkt. Fließt ein Strom durch den Elektromagneten, so wird der Anker und über diesen der Klauenring axial bewegt, bis der formschlüssige Eingriff mit dem Gangrad erfolgt.In order to control the connection or disconnection of the two elements, an axially acting actuator is provided. The actuator comprises an electromagnet fixedly attached to the shaft and an armature which acts on the claw ring in the axial direction. If a current flows through the electromagnet, the armature and via this the claw ring are moved axially until the positive engagement with the gear wheel takes place.

Es kann vorkommen, dass beim axialen Verschieben des Klauenrings dessen axiale Verzahnung derart ungünstig bezüglich der korrespondierenden Verzahnung des Gangrads liegt, dass der mechanische Eingriff nicht hergestellt werden kann. Diese Konstellation wird auch Zahn-auf-Zahn (ZaZ) genannt. Um einen sauberen Gangwechsel zu ermöglichen, muss sichergestellt werden, dass der Klauenring vollständig in Eingriff mit dem Gangrad gelangt ist.It can happen that when the claw ring is axially displaced, its axial toothing is so unfavorable with respect to the corresponding toothing of the gear wheel that the mechanical engagement cannot be established. This constellation is also called tooth-on-tooth (ZaZ). In order to enable a smooth gear change, it must be ensured that the claw ring has come fully into engagement with the gear wheel.

Üblicherweise wird in axialer Richtung zwischen dem Anker und dem Klauenring ein elastisches Element eingesetzt, sodass der Anker möglichst weit zum Elektromagnet gezogen werden kann, auch wenn die Stellung des Klauenrings bezüglich des Gangrads das axiale Verschieben bis zum formschlüssigen Eingreifen zunächst nicht erlaubt. Da zwischen dem Klauenring und dem Gangrad häufig eine Drehzahldifferenz vorliegt, wird der mechanische Eingriff häufig mit geringer Verzögerung automatisch hergestellt.Usually, an elastic element is used in the axial direction between the armature and the claw ring so that the armature can be pulled as far as possible to the electromagnet, even if the position of the claw ring with respect to the gear wheel initially does not allow axial displacement until form-fitting engagement. Since there is often a speed difference between the claw ring and the gear wheel, the mechanical engagement is often established automatically with little delay.

Allerdings kann bei dieser Technik das Erreichen des Formschlusses zwischen dem Klauenring und dem Gangrad nicht auf der Basis der Induktivität des Elektromagneten bestimmt werden, da der Anker auch dann bis zum Anschlag an den Elektromagneten gezogen wird, wenn sich die Schaltklaue bezüglich des Gangrads in einer ZaZ-Position befindet.However, with this technique, the achievement of the form fit between the claw ring and the gear wheel cannot be determined on the basis of the inductance of the electromagnet, since the armature is pulled up to the stop on the electromagnet even when the shift dog is in a ZaZ with respect to the gear wheel Position is located.

Aus WO 2014/ 147 844 A1 ist eine Einrastvorrichtung und eine Leistungsübertragungsvorrichtung bekannt. Eine Kupplungsanordnung umfassend ein um eine Drehachse drehend antreibbares Antriebsteil sowie ein relativ zum ersten Antriebsteil drehbares Abtriebsteil ist aus DE 20 2015 007 761 U1 bekannt.A latching device and a power transmission device are known from WO 2014/147 844 A1. A clutch arrangement comprising a drive part which can be driven to rotate about an axis of rotation and a driven part which can be rotated relative to the first drive part is from DE 20 2015 007 761 U1 known.

Aus DE 10 2007 048 261 A1 ist die Bestimmung der Position eines Ankers eines elektrischen Linearstellerglieds, insbesondere eines Linearstellers, das eine Spule aufweist, in der sich der Anker entlang eines Linearwegs bewegen kann, wobei die Spule mit einem elektrischen Pulsweitenmodulations-Signal angesteuert wird und die Position des Ankers aus dem Verlauf des Spulenstroms ermittelt wird, bekannt.the end DE 10 2007 048 261 A1 is the determination of the position of an armature of an electrical linear actuator element, in particular a linear actuator that has a coil in which the armature can move along a linear path, the coil being controlled with an electrical pulse width modulation signal and the position of the armature from the course the coil current is determined is known.

Eine magnetische synchronisierte Kupplungseinrichtung mit einer Klauenkupplung und einem elektromagnetischen Synchronisierer ist aus US 4 561 520 A bekannt.A magnetic synchronized clutch device with a dog clutch and an electromagnetic synchronizer is off U.S. 4,561,520 A known.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Kupplung zum formschlüssigen Verbinden oder Trennen zweier Maschinenelemente anzugeben, die ein Bestimmen des Erreichens einer vorbestimmten Position eines axial verschiebbaren Elements auf der Basis der Induktivität einer Spule auch dann erlaubt, wenn zwischen einem Anker eines elektromagnetischen Aktors und dem verschiebbaren Element ein elastisches Element vorgesehen ist. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.The present invention is based on the object of specifying an improved coupling for the positive connection or disconnection of two machine elements, which allows a determination of the reaching of a predetermined position of an axially displaceable element on the basis of the inductance of a coil even when between an armature of an electromagnetic actuator and the displaceable element is provided with an elastic element. The invention solves this problem by means of the subject matter of the independent claim. Subclaims reproduce preferred embodiments.

Zwei Maschinenelemente sind um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert. Eine Kupplung zum formschlüssigen Verbinden oder Trennen der Maschinenelemente umfasst ein Koppelelement mit einer ersten Verzahnung zum formschlüssigen Eingreifen in das erste Maschinenelement und einer zweiten Verzahnung zum formschlüssigen Eingreifen in das zweite Maschinenelement, wobei das Koppelelement zwischen einer ersten axialen Position, in der es von einer der Verzahnungen getrennt ist, und einer zweiten axialen Position, in der es in beide Verzahnungen eingreift, axial verschiebbar ist. Ferner umfasst die Kupplung einen axial wirkenden elektromagnetischen Aktor mit einer elektrischen Spule, einem Spulenkern und einem Anker, um das Koppelelement axial in die zweite Position zu ziehen, wenn die Spule von einem Strom durchflossen ist. Der Anker wirkt mittels eines elastischen Elements axial auf das Koppelelement. Ein magnetischer Fluss des Aktors verläuft durch das Koppelelement, wenn sich das Koppelelement in der zweiten Position befindet, sodass der magnetische Widerstand des Aktors davon abhängig ist, ob sich das Koppelelement in der zweiten Position befindet oder nicht.Two machine elements are rotatably mounted about a common axis of rotation. A coupling for the positive connection or disconnection of the machine elements comprises a coupling element with a first toothing for the positive engagement in the first machine element and a second toothing for the positive engagement in the second machine element, the coupling element between a first axial position in which it is of one of the Teeth is separated, and a second axial position in which it engages in both teeth, is axially displaceable. Furthermore, the clutch comprises an axially acting electromagnetic actuator with an electrical coil, a coil core and an armature around the coupling element to pull axially into the second position when a current flows through the coil. The anchor acts axially on the coupling element by means of an elastic element. A magnetic flux of the actuator runs through the coupling element when the coupling element is in the second position, so that the magnetic resistance of the actuator depends on whether the coupling element is in the second position or not.

Vorteilhafterweise erlaubt es die beschriebene Kupplung, das Erreichen der zweiten Position durch das Koppelelement allein auf der Basis der Induktivität der Spule zu bestimmen. Gleichzeitig können die Vorteile des elastischen Elements genutzt werden, das zwischen dem Anker und dem Koppelelement angeordnet ist. Die vorgeschlagene Kupplung kann einfach und mit geringen Änderungen gegenüber einer bekannten Kupplung implementiert werden. Ein separater Sensor zum Abtasten der Position des Koppelelements kann entfallen. Ein Integrationsgrad der Kupplung kann dadurch erhöht sein. Kosten der Kupplung können entsprechend gesenkt sein.The described coupling advantageously makes it possible to determine whether the coupling element has reached the second position solely on the basis of the inductance of the coil. At the same time, the advantages of the elastic element can be used, which is arranged between the anchor and the coupling element. The proposed coupling can be implemented simply and with minor changes compared to a known coupling. A separate sensor for scanning the position of the coupling element can be omitted. A degree of integration of the coupling can be increased as a result. The cost of the coupling can be reduced accordingly.

In einer ersten Variante ist das Koppelelement magnetisch leitfähig, sodass der magnetische Widerstand verkleinert ist, wenn sich das Koppelelement in der zweiten Position befindet. Der magnetische Widerstand des Koppelelements bzw. eines Abschnitts des Koppelelements, durch den der magnetische Fluss verläuft, ist bevorzugterweise kleiner als der eines umgebenden Mediums, beispielsweise Luft.In a first variant, the coupling element is magnetically conductive, so that the magnetic resistance is reduced when the coupling element is in the second position. The magnetic resistance of the coupling element or of a section of the coupling element through which the magnetic flux runs is preferably smaller than that of a surrounding medium, for example air.

In einer anderen Variante wird die elektrische Spule mit einer Wechselspannung betrieben und das Koppelelement ist elektrisch leitfähig, sodass der magnetische Widerstand vergrößert ist, wenn sich das Koppelelement in der zweiten Position befindet. In dieser Variante erzeugt die Spule ein magnetisches Wechselfeld, das in dem leitfähigen Koppelelement einen elektrischen Wirbelstrom induzieren kann, der dem magnetischen Fluss entgegenwirkt, wie beispielsweise durch die Lenz'sche Regel ausgedrückt ist.In another variant, the electrical coil is operated with an alternating voltage and the coupling element is electrically conductive, so that the magnetic resistance is increased when the coupling element is in the second position. In this variant, the coil generates an alternating magnetic field that can induce an electrical eddy current in the conductive coupling element, which counteracts the magnetic flux, as expressed, for example, by Lenz's rule.

In beiden Varianten kann der magnetische Widerstand des magnetischen Flusses im Bereich der Spule sowohl durch die Form des magnetischen Flusses als auch durch die Größe des Anteils des magnetischen Flusses beeinflusst werden, der durch das Koppelelement fließt.In both variants, the magnetic resistance of the magnetic flux in the area of the coil can be influenced both by the shape of the magnetic flux and by the size of the portion of the magnetic flux that flows through the coupling element.

In einer Ausführungsform umfasst die Kupplung ferner eine Vorrichtung zur Bestimmung der Induktivität der Spule auf der Basis eines durch die Spule fließenden Stroms. In der oben genannten ersten Variante kann das Erreichen der zweiten Position durch das Koppelelement dadurch bestimmt werden, dass die Induktivität der Spule einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. In der zweiten Variante kann die Bestimmung dadurch erfolgen, dass die Induktivität einen anderen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet.In one embodiment, the coupling further comprises a device for determining the inductance of the coil on the basis of a current flowing through the coil. In the first variant mentioned above, reaching the second position by the coupling element can be determined in that the inductance of the coil exceeds a predetermined threshold value. In the second variant, the determination can take place in that the inductance falls below another predetermined threshold value.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass das elastische Element eine progressive Kennlinie aufweist. Insbesondere kann die durch das elastische Element ausgeübte Kraft mit steigender Kompression überproportional ansteigen. Da die zwischen dem Anker und der Spule bzw. dem Spulenkern wirkende magnetische Kraft mit sinkendem Abstand ebenfalls überproportional ansteigt, kann die durch den Aktor bereitgestellte Kraft unabhängig von der tatsächlichen Position des Koppelelements verbessert auf dieses übertragen werden. Das Einspuren des Koppelelements in eine der beiden Verzahnungen beim Anlaufen der zweiten Position kann dadurch erleichtert sein. It is further preferred that the elastic element has a progressive characteristic curve. In particular, the force exerted by the elastic element can increase disproportionately with increasing compression. Since the magnetic force acting between the armature and the coil or the coil core also increases disproportionately with decreasing distance, the force provided by the actuator can be transferred to the coupling element in an improved manner regardless of the actual position of the coupling element. The engagement of the coupling element in one of the two toothings when approaching the second position can thereby be facilitated.

Der magnetische Fluss durch das Koppelelement verläuft bevorzugterweise in axialer Richtung. Da sich das Koppelelement zwischen den beiden Maschinenelementen in axialer Richtung erstreckt und der Aktor ebenfalls in axialer Richtung wirkt, muss auf diese Weise die Form des Koppelelements nicht weiter angepasst werden, um einen verbesserten Durchfluss durch den magnetischen Fluss zu erzielen.The magnetic flux through the coupling element preferably runs in the axial direction. Since the coupling element extends between the two machine elements in the axial direction and the actuator also acts in the axial direction, the shape of the coupling element does not have to be further adapted in this way in order to achieve an improved flow through the magnetic flux.

In einer weiteren Ausführungsform wird der magnetische Fluss in radialer Richtung in das Koppelelement eingekoppelt. Die radiale Einkopplung kann es in verbesserter Weise ermöglichen, das Koppelelement bezüglich des Aktors axial beweglich vorzusehen.In a further embodiment, the magnetic flux is coupled into the coupling element in the radial direction. The radial coupling can make it possible in an improved manner to provide the coupling element to be axially movable with respect to the actuator.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Koppelelement einen radialen Bund aufweist, wobei der magnetische Fluss durch den radialen Bund axial in den Spulenkern eingekoppelt wird. Der radiale Bund kann einerseits als axialer Anschlag wirken, um die zweite Position des Koppelelements zu begrenzen, andererseits kann durch den axialen Bund in verbesserter Weise das elastische Element eingreifen. Das Einkoppeln des magnetischen Flusses durch den radialen Bund in axialer Richtung kann günstig bezüglich des magnetischen Widerstands des durch das Koppelelement fließenden magnetischen Flusses sein.It is further preferred that the coupling element has a radial collar, the magnetic flux being axially coupled into the coil core through the radial collar. On the one hand, the radial collar can act as an axial stop in order to limit the second position of the coupling element; on the other hand, the elastic element can engage in an improved manner through the axial collar. The coupling of the magnetic flux through the radial collar in the axial direction can be favorable with regard to the magnetic resistance of the magnetic flux flowing through the coupling element.

Ein Verfahren zur Steuerung der oben beschriebenen Kupplung umfasst Schritte des Bestromens der Spule, des Bestimmens der Induktivität der Spule auf der Basis des durch die Spule fließenden Stroms, und des Bestimmens, auf der Basis der bestimmten Induktivität, ob sich das Koppelelement in der zweiten Position befindet oder nicht.A method for controlling the coupling described above comprises steps of energizing the coil, determining the inductance of the coil on the basis of the current flowing through the coil, and determining, on the basis of the determined inductance, whether the coupling element is in the second position is located or not.

In einer weiteren Ausführungsform kann, wenn das Koppelelement länger als eine vorbestimmte Zeit die zweite Position nicht erreicht hat, die Spule abgeschaltet und erneut bestromt werden. Anders ausgedrückt kann ein zweiter Einkuppelversuch unternommen werden, nachdem ein erster Einkuppelversuch, beispielsweise wegen einer ZaZ-Stellung, erfolglos war. Der wiederholte Einkuppelversuch kann sehr rasch ablaufen, sodass beispielsweise ein Fahrer eines Kraftfahrzeugs, in dem die Kupplung angebracht ist, von dem ersten erfolglosen Einkuppeln nichts bemerken kann.In a further embodiment, if the coupling element is longer than one has not reached the second position for a predetermined time, the coil must be switched off and energized again. In other words, a second coupling attempt can be made after a first coupling attempt, for example because of a ZaZ position, was unsuccessful. The repeated attempt to engage the clutch can take place very quickly, so that, for example, a driver of a motor vehicle in which the clutch is mounted cannot notice the first unsuccessful clutch.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:

1 eine formschlüssige Kupplung zwischen zwei Maschinenelementen in einer unbetätigten Stellung;
2 die Kupplung von 1 in einer teilbetätigten Stellung; und
3 die Kupplung von 1 in einer vollbetätigten Stellung

darstellt.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying figures, in which:

1 a positive coupling between two machine elements in a non-actuated position;
2 the clutch of 1 in a partially operated position; and
3 the clutch of 1 in a fully actuated position

represents.

1 zeigt eine formschlüssige Kupplung 100. Um eine gemeinsame Drehachse 105 sind ein erstes Maschinenelement 110 und ein zweites Maschinenelement 115 drehbar gelagert. Die Kupplung 100 hat zur Aufgabe, die Maschinenelemente 110, 115 bezüglich einer Drehbewegung um die Drehachse 105 formschlüssig miteinander zu verbinden oder voneinander freizugeben. Die Maschinenelemente 110, 115 können insbesondere ein Gangrad, einen Klauenring oder ein Zwischenrad umfassen. Dabei können die Maschinenelemente 110, 115 beispielsweise in einem Drehmomentfluss eines Antriebsstrangs, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, liegen. Dadurch ist die Kupplung 100 insbesondere zum Einsatz in einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs eingerichtet. 1 shows a positive coupling 100 . Around a common axis of rotation 105 are a first machine element 110 and a second machine element 115 rotatably mounted. The coupling 100 has the task of the machine elements 110 , 115 with respect to a rotary movement about the axis of rotation 105 to connect positively with each other or to release from each other. The machine elements 110 , 115 can in particular comprise a gear wheel, a claw ring or an intermediate wheel. The machine elements 110 , 115 for example in a torque flow of a drive train, in particular for a motor vehicle. This is the clutch 100 set up in particular for use in a transmission of a motor vehicle.

Die Kupplung 100 umfasst ferner ein Koppelelement 120, das mittels einer ersten Verzahnung 125 mit dem ersten Maschinenelement 110 und mittels einer zweiten Verzahnung 130 mit dem zweiten Maschinenelement 115 formschlüssig koppelbar ist. Dabei ist das Koppelelement 120 axial bezüglich der Drehachse 105 verschiebbar, sodass es sich wie in 1 dargestellt ist in einer ersten Position befinden kann, in der es von wenigstens einer der Verzahnungen 125, 130 getrennt ist, oder in einer zweiten Position, die unten mit Bezug auf 3 noch genauer beschrieben wird, in der das Koppelelement 120 in beide Verzahnungen 125, 130 eingreift.The coupling 100 further comprises a coupling element 120 , that by means of a first toothing 125 with the first machine element 110 and by means of a second toothing 130 with the second machine element 115 is positively coupled. Here is the coupling element 120 axially with respect to the axis of rotation 105 can be moved so that it can be moved like in 1 is shown in a first position in which there is at least one of the gears 125 , 130 separated, or in a second position, referring to below 3 will be described in more detail in which the coupling element 120 in both gears 125 , 130 intervenes.

Üblicherweise bleibt das Koppelelement 120 in beiden Positionen mit einer der beiden Verzahnungen, in der dargestellten Ausführungsform mit der zweiten Verzahnung 130, in Eingriff. Die zweite Verzahnung 130 ist daher eine Radialverzahnung. Die erste Verzahnung 125 ist zwar ebenfalls als Radialverzahnung dargestellt, es kann jedoch auch eine Axialverzahnung eingesetzt werden.Usually the coupling element remains 120 in both positions with one of the two toothings, in the embodiment shown with the second toothing 130 , engaged. The second interlocking 130 is therefore a radial toothing. The first interlocking 125 is also shown as radial gearing, but axial gearing can also be used.

Um das Koppelelement 120 in Richtung der zweiten Position zu bewegen, ist ein elektromagnetischer Aktor 135 vorgesehen, der eine Spule 140, einen Spulenkern 145 und einen Anker 150 umfasst. Die Spule 140 umfasst üblicherweise eine Vielzahl Windungen eines leitfähigen Materials um eine Längsachse, die zur Drehachse 105 vorzugsweise parallel ist, und der Spulenkern 145 umfasst üblicherweise Eisen. Der Anker 150 kann ebenfalls Eisen umfassen und ist axial beweglich gelagert. Mittels eines elastischen Elements 155 wirkt der Anker 150 axial auf das Koppelelement 120. Durch das Entkoppeln des Ankers 150 vom Koppelelement 120 mittels des elastischen Elements 155 ist es möglich, dass bei stromdurchflossener Spule 140 der Anker 150 sehr nahe an die Spule 140 bzw. den Spulenkern 145 herangezogen wird, auch wenn das Koppelelement 120 sich aus seiner dargestellten, ersten Position nicht bewegt. Je kleiner der axiale Abstand zwischen dem Anker 150 und der Spule 140 bzw. dem Spulenkern 145 ist, desto größer ist die auf ihn ausgeübte axiale Kraft. Es ist daher bevorzugt, dass das elastische Element 155 eine progressive Kennlinie aufweist, sodass die in ihm gespeicherte Kraft bevorzugterweise in gleichem Maße ansteigt wie die auf den Anker 150 wirkende axiale Kraft.To the coupling element 120 Moving towards the second position is an electromagnetic actuator 135 provided of a coil 140 , a coil core 145 and an anchor 150 includes. The sink 140 typically comprises a plurality of turns of conductive material about a longitudinal axis that is the axis of rotation 105 is preferably parallel, and the coil core 145 usually includes iron. The anchor 150 can also include iron and is axially moveable. By means of an elastic element 155 acts the anchor 150 axially on the coupling element 120 . By decoupling the anchor 150 from the coupling element 120 by means of the elastic element 155 it is possible that when the coil is energized 140 the anchor 150 very close to the coil 140 or the coil core 145 is used, even if the coupling element 120 does not move from its illustrated first position. The smaller the axial distance between the armature 150 and the coil 140 or the coil core 145 is, the greater the axial force exerted on it. It is therefore preferred that the elastic element 155 has a progressive characteristic curve, so that the force stored in it preferably increases to the same extent as that on the armature 150 acting axial force.

In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform ist ein erster Anschlag 160 vorgesehen, um den axialen Abstand zwischen dem Anker 150 und der entfernten axialen Begrenzung des Koppelelements 120 zu begrenzen. Ebenfalls optional können ein zweiter Anschlag 165 und ein weiteres elastisches Element 170 vorgesehen sein, um das Koppelelement 120 axial in die in 1 dargestellte erste Position zurückzudrängen. Der zweite Anschlag 165 ist vorliegend am ersten Maschinenelement 110 angebracht; in einer anderen Ausführungsform kann der zweite Anschlag 165 jedoch auch gegenüber einem anderen Element der Kupplung 100, beispielsweise gegenüber dem Spulenkern 145, axial fixiert sein. Eine Federkonstante des Weiteren elastischen Elements 170 ist üblicherweise linear und im Allgemeinen geringer als die des elastischen Elements 155.In the preferred embodiment shown, there is a first stop 160 provided to the axial distance between the armature 150 and the remote axial limitation of the coupling element 120 to limit. A second stop can also be used as an option 165 and another elastic element 170 be provided to the coupling element 120 axially into the in 1 to push back the first position shown. The second attack 165 is present on the first machine element 110 appropriate; in another embodiment, the second stop 165 but also with respect to another element of the coupling 100 , for example opposite the coil core 145 , be axially fixed. A spring constant of the further elastic element 170 is usually linear and generally less than that of the elastic element 155 .

Wird die Spule 140 bestromt, fließt also ein Strom durch die Spule 140, so entsteht ein magnetischer Fluss 175, der den axialen Spalt zwischen der Spule 140 bzw. dem Spulenkern 145 und dem Anker 150 überbrückt. Dabei kann ein Teil des magnetischen Flusses 175 auch durch einen Abschnitt des Koppelelements 120 oder durch das elastische Element 155 fließen. Üblicherweise ist der magnetische Fluss 175, bedingt durch den Spalt, relativ klein.Will the coil 140 when energized, a current flows through the coil 140 , this creates a magnetic flux 175 that is the axial gap between the coil 140 or the coil core 145 and the anchor 150 bridged. A part of the magnetic flux can thereby 175 also through a section of the coupling element 120 or by the elastic element 155 flow. Usually the magnetic flux 175 , due to the gap, relatively small.

Der durch die Spule 140 fließende elektrische Strom kann durch eine Auswerteeinrichtung 180 fließen, die in einer Ausführungsform gleichzeitig auch eine Ansteuereinrichtung für die Spule 140 umfasst. Die Auswerteeinrichtung 180 ist dazu eingerichtet, eine Induktivität der Spule 140 auf der Basis des durch die Spule 140 fließenden Stroms zu bestimmen. Dabei können in unterschiedlichen Ausführungsformen sowohl ein Gleichstrom als auch ein Wechselstrom verwendet werden. Der Wechselstrom kann insbesondere ein pulsweitenmodulierter Strom sein. Die durch die Auswerteeinrichtung 180 bestimmte Induktivität der Spule 140 ist im Allgemeinen umso größer, je stärker der magnetische Fluss 175 ist.The one through the coil 140 flowing electrical current can through an evaluation device 180 flow, which in one embodiment simultaneously also a control device for the coil 140 includes. The evaluation device 180 is set up to have an inductance of the coil 140 on the basis of the by the coil 140 to determine the flowing current. Both a direct current and an alternating current can be used in different embodiments. The alternating current can in particular be a pulse-width modulated current. The by the evaluation device 180 certain inductance of the coil 140 is generally greater, the stronger the magnetic flux 175 is.

2 zeigt die Kupplung 100 von 1 in einer teilbetätigten Stellung. Der Anker 150 ist maximal an die Spule 140 bzw. den Spulenkern 145 herangezogen worden, jedoch wurde das Koppelelement 120 nur wenig oder gar nicht aus der oben mit Bezug auf 1 beschriebenen ersten Position herausbewegt. Ursache hierfür kann insbesondere sein, dass die zueinander korrespondierenden ersten Verzahnungen 125 des Koppelelements 120 bzw. des ersten Maschinenelements 110 sich in einer Zahn-auf-Zahn (ZaZ)-Position befinden, sodass das Koppelelement 120 an einer axialen Bewegung in Richtung des ersten Maschinenelements 110 zunächst gehindert ist. Durch das elastische Element 155 wirkt jedoch weiter eine axiale Kraft auf das Koppelelement 120 in Richtung des ersten Maschinenelements 110. Um das weitere axiale Verfahren des Koppelelements 120 in die unten mit Bezug auf 3 beschriebene zweite Position zu ermöglichen, ist eine üblicherweise nur geringe relative Verdrehung des Koppelelements 120 bezüglich des ersten Maschinenelements 110 erforderlich. Dadurch kann die ZaZ-Stellung aufgelöst werden, sodass das Koppelelement 120 ohne Weiteres in die zweite Position verschoben werden kann. 2 shows the clutch 100 from 1 in a partially operated position. The anchor 150 is maximum to the coil 140 or the coil core 145 been used, however, the coupling element 120 little or none of the above with respect to 1 described first position moved out. The reason for this can in particular be that the first toothings that correspond to one another 125 of the coupling element 120 or the first machine element 110 are in a tooth-on-tooth (ZaZ) position so that the coupling element 120 an axial movement in the direction of the first machine element 110 is initially prevented. Through the elastic element 155 however, an axial force continues to act on the coupling element 120 in the direction of the first machine element 110 . To the further axial movement of the coupling element 120 in the below with reference to 3 To enable the second position described is usually only a slight relative rotation of the coupling element 120 with respect to the first machine element 110 necessary. This allows the ZaZ position to be resolved, so that the coupling element 120 can easily be moved to the second position.

In der dargestellten Zwischenposition des Koppelelements 120 zwischen der ersten Position von 1 und der zweiten Position von 3 ist der axiale Abstand zwischen dem Anker 150 und der Spule 140 bzw. dem Spulenkern 145 erheblich reduziert, bevorzugterweise bis auf null, sodass der magnetische Fluss 175 gegenüber dem in der ersten Position von 1 üblicherweise bereits verstärkt ist.In the shown intermediate position of the coupling element 120 between the first position of 1 and the second position of 3 is the axial distance between the armature 150 and the coil 140 or the coil core 145 considerably reduced, preferably down to zero, so that the magnetic flux 175 compared to that in the first position of 1 is usually already reinforced.

3 zeigt die Kupplung 100 von 1 in einer vollbetätigten Stellung. Das Koppelelement 120 hat eine zweite Position eingenommen, in der beide Verzahnungen 125 und 130 jeweils geschlossen sind. Der magnetische Fluss 175 verläuft zumindest teilweise durch das Koppelelement 120. In der dargestellten Ausführungsform ist das Koppelelement 120 magnetisch leitfähig, sodass der magnetische Widerstand des Aktors 135, insbesondere zwischen dem Anker 150 und der Spule 140 bzw. dem Spulenkern 145, verringert ist. Dementsprechend ist der magnetische Fluss 175 größer als in den beiden in 1 bzw. 2 gezeigten Positionen des Koppelelements 120. Die Auswerteeinrichtung 180 kann den erhöhten magnetischen Fluss 175 anhand einer gesteigerten Induktivität der Spule 140 bestimmen. Liegt die Induktivität der Spule 140 über einem vorbestimmten Schwellenwert, so kann die Auswerteeinrichtung 180 bestimmen, dass das Koppelelement 120 die in 3 dargestellte zweite Position vollständig erreicht hat. 3 shows the clutch 100 from 1 in a fully actuated position. The coupling element 120 has taken up a second position in which both gears 125 and 130 are each closed. The magnetic flux 175 runs at least partially through the coupling element 120 . In the embodiment shown, the coupling element is 120 magnetically conductive, so that the magnetic resistance of the actuator 135 , especially between the anchor 150 and the coil 140 or the coil core 145 , is decreased. The magnetic flux is accordingly 175 larger than the two in 1 respectively. 2 shown positions of the coupling element 120 . The evaluation device 180 can increase the magnetic flux 175 based on an increased inductance of the coil 140 determine. Is the inductance of the coil 140 above a predetermined threshold value, the evaluation device 180 determine that the coupling element 120 in the 3 has fully reached the second position shown.

In einer anderen Ausführungsform ist das Koppelelement 120 elektrisch leitfähig, sodass der magnetische Widerstand des Aktors 135 vergrößert ist, wenn sich das Koppelelement 120 in der zweiten Position befindet. In diesem Fall ist der magnetische Fluss 175 gegenüber den Positionen des Koppelelements 120 der 1 oder 2 erhöht und die Induktivität der Spule 140 verringert. Die Auswerteeinrichtung 180 kann bestimmen, dass sich das Koppelelement 120 vollständig in der zweiten Position befindet, wenn die bestimmte Induktivität der Spule 140 unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt.In another embodiment, the coupling element is 120 electrically conductive, so that the magnetic resistance of the actuator 135 is enlarged when the coupling element 120 is in the second position. In this case it is the magnetic flux 175 compared to the positions of the coupling element 120 the 1 or 2 increases and the inductance of the coil 140 decreased. The evaluation device 180 can determine that the coupling element 120 located completely in the second position when the certain inductance of the coil 140 is below a predetermined threshold.

Wurde bestimmt, dass das Koppelelement 120 länger als eine vorbestimmte Zeit nach dem Einschalten eines Stroms durch die Spule 140 die zweite Position nicht erreicht hat, so kann der durch die Spule 140 fließende Strom abgestellt und erneut angestellt werden, um es dem Koppelelement 120 zu erlauben, in die erste Position zurückzufahren und das erste Maschinenelement 110 dadurch vollständig freizugeben, bevor der Strom durch die Spule 140 wieder eingeschaltet wird, um erneut zu versuchen, das Koppelelement 120 in die zweite Position zu bringen. Die ZaZ-Stellung von 2 kann dadurch aufgelöst werden.Was determined that the coupling element 120 longer than a predetermined time after switching on a current through the coil 140 has not reached the second position, the coil can 140 flowing current can be turned off and turned on again to give it to the coupling element 120 to allow to move back to the first position and the first machine element 110 thereby fully releasing the current before the coil 140 is switched on again to retry the coupling element 120 in the second position. The ZaZ position of 2 can thereby be resolved.

In der dargestellten Ausführungsform liegt die Spule 140 radial außerhalb des Koppelelements 120. Das Koppelelement 120 weist einen axialen Abschnitt mit einem radialen Bund auf. Der radiale Bund grenzt bevorzugterweise an eine radial innere Kontur des Spulenkerns 145 an. Das elastische Element 155 ist in einem Bereich vorgesehen, der zwischen dem axialen Abschnitt, dem radialen Bund, dem Spulenkern 145 und dem Anker 150 liegt.In the embodiment shown, the coil is located 140 radially outside of the coupling element 120 . The coupling element 120 has an axial section with a radial collar. The radial collar preferably adjoins a radially inner contour of the coil core 145 at. The elastic element 155 is provided in an area between the axial section, the radial collar, the coil core 145 and the anchor 150 lies.

Gegenüber einer bekannten Ausführungsform eines elektromagnetischen Aktors 135 ist der Anker 150 in axialer Richtung verlängert und endet an einer radialen Außenseite des axialen Abschnitts des Koppelelements 120. Auf der dem Anker 150 entgegengesetzten axialen Seite ist der Spulenkern 145 radial nach innen verlängert, sodass ein Absatz entsteht, an dem der radiale Bund des Koppelelements 120 anliegen kann, wenn sich das Koppelelement 120 in der in 3 gezeigten zweiten Position befindet. Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen möglich, die es erlauben, dass der magnetische Widerstand, dem der magnetische Fluss 175 des Aktors 135 ausgesetzt ist, abhängig davon ist, ob das Koppelelement 120 die zweite Position erreicht hat oder nicht. Dabei entscheidet in erster Linie das Material des Koppelelements 120, ob durch das Erreichen der zweiten Position der magnetische Widerstand verringert oder erhöht wird.Compared to a known embodiment of an electromagnetic actuator 135 is the anchor 150 extended in the axial direction and ends on a radial outside of the axial section of the coupling element 120 . On the anchor 150 opposite axial side is the coil core 145 Radially extended inwards, so that a shoulder is created on which the radial collar of the coupling element 120 can be applied when the coupling element 120 in the in 3 second position shown. However, other embodiments are also possible which allow the magnetic resistance to which the magnetic flux 175 of the actuator 135 is exposed, depends on whether the coupling element 120 reached the second position or not. It is primarily the material of the coupling element that decides 120 whether the magnetic resistance is reduced or increased by reaching the second position.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

100100: Kupplungcoupling
105105: DrehachseAxis of rotation
110110: erstes Maschinenelementfirst machine element
115115: zweites Maschinenelementsecond machine element
120120: KoppelelementCoupling element
125125: erste Verzahnungfirst toothing
130130: zweite Verzahnungsecond toothing
135135: elektromagnetischer Aktorelectromagnetic actuator
140140: SpuleKitchen sink
145145: SpulenkernCoil core
150150: Ankeranchor
155155: elastisches Elementelastic element
160160: erster Anschlagfirst stop
165165: zweiter Anschlagsecond stop
170170: weiteres elastisches Elementanother elastic element
175175: magnetischer Flussmagnetic river
180180: AuswerteeinrichtungEvaluation device

Claims

Coupling (100) for the positive connection or separation of two machine elements (110, 115) which are rotatably mounted about a common axis of rotation (105), the coupling (100) comprising a coupling element (120) with a first toothing (125) for interlocking engagement in the first machine element (110) and a second toothing (130) for interlocking engagement in the second machine element (115), the coupling element (120) between a first axial position in which it is connected to one of the toothings (125, 130 ) is separated, and a second axial position, in which it engages in both toothings (125, 130), is axially displaceable, an axially acting electromagnetic actuator (135) with an electrical coil (140), a coil core (145) and a Armature (150) to pull the coupling element (120) axially into the second position when a current flows through the coil (140), the armature (150) axia by means of an elastic element (155) l acts on the coupling element (120), characterized in that a magnetic flux (175) of the actuator (135) runs through the coupling element (120) when the coupling element (120) is in the second position, so that the magnetic resistance of the Actuator (135) depends on whether the coupling element (120) is in the second position or not.

Coupling (100) Claim 1 , wherein the coupling element (120) is magnetically conductive, so that the magnetic resistance of the coupling element (120) is reduced when the coupling element (120) is in the second position.

Coupling (100) Claim 1 , wherein the coupling element (120) is electrically conductive, so that the magnetic resistance of the coupling element (120) is increased when the electrical coil (14) is operated with an alternating voltage and the coupling element (120) is in the second position.

Coupling (100) according to one of the preceding claims, further comprising a device (180) for determining the inductance of the coil (140) on the basis of a current flowing through the coil (140).

Coupling (100) according to one of the preceding claims, wherein the elastic element (155) has a progressive characteristic.

Coupling (100) according to one of the preceding claims, wherein the magnetic flux (175) runs through the coupling element (120) in the axial direction.

Coupling (100) according to one of the preceding claims, wherein the magnetic flux (175) is coupled into the coupling element (120) in the radial direction.

Coupling (100) according to one of the preceding claims, wherein the coupling element (120) has a radial collar and the magnetic flux (175) is axially coupled into the coil core (145) through the radial collar.