DE102017204164A1 - Coupling arrangement for the torque and speed-dependent connection of a motor shaft of an electric machine with a torque-transmitting element - Google Patents

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Gerhard Hofer
Wolfgang Schweiger
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    • F16D43/10—Automatic clutches actuated entirely mechanically controlled by angular speed with centrifugal masses actuating axially a movable pressure ring or the like the pressure ring actuating friction plates, cones or similar axially-movable friction surfaces the centrifugal masses acting directly on the pressure ring, no other actuating mechanism for the pressure ring being provided

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Abstract

Kupplungsanordnung (1) zur drehmoment- und drehzahlabhängigen Verbindung einer Motorwelle (2) einer elektrischen Maschine mit einem drehmomentübertragenden Element (3) umfassend die Motorwelle (2) der elektrischen Maschine, das drehmomentübertragende Element (3), eine Kupplung (4), wobei das drehmomentübertragende Element (3) über die Kupplung (4) antriebswirksam mit der Motorwelle (2) verbindbar ist, und einen Fliehkraftmechanismus (5), wobei die Kupplung (4) über den Fliehkraftmechanismus (5) in Abhängigkeit von der Drehzahl der Motorwelle (2) derart betätigbar ist, dass das von der Motorwelle (2) auf das drehmomentübertragende Element (3) maximal übertragbare Drehmoment mit steigender Drehzahl der Motorwelle (2) bis hin zu einer Entkopplungsdrehzahl sinkt und dass die Motorwelle (2) ab Erreichen der Entkopplungsdrehzahl vollständig von dem drehmomentübertragenden Element (3) entkoppelt ist.Coupling arrangement (1) for the torque and speed-dependent connection of a motor shaft (2) of an electrical machine with a torque transmitting element (3) comprising the motor shaft (2) of the electric machine, the torque transmitting element (3), a coupling (4), wherein torque transmitting element (3) via the clutch (4) is drivingly connected to the motor shaft (2) connectable, and a centrifugal mechanism (5), wherein the clutch (4) via the centrifugal mechanism (5) in dependence on the rotational speed of the motor shaft (2) can be actuated such that the maximum of the motor shaft (2) on the torque transmitting element (3) torque decreases with increasing speed of the motor shaft (2) to a decoupling speed decreases and that the motor shaft (2) from reaching the decoupling speed completely from the torque transmitting element (3) is decoupled.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung zur drehmoment- und drehzahlabhängigen Verbindung einer Motorwelle einer elektrischen Maschine mit einem drehmomentübertragenden Element umfassend die Motorwelle der elektrischen Maschine, das drehmomentübertragende Element, eine Kupplung, wobei das drehmomentübertragende Element über die Kupplung antriebswirksam mit der Motorwelle verbindbar ist, sowie einen Fliehkraftmechanismus.The present invention relates to a coupling arrangement for the torque and speed-dependent connection of a motor shaft of an electric machine with a torque transmitting element comprising the motor shaft of the electric machine, the torque transmitting element, a clutch, wherein the torque transmitting member via the clutch is drivingly connectable to the motor shaft, and a centrifugal mechanism.

Stand der TechnikState of the art

In modernen Antriebssträngen kommen zusätzlich zur Verbrennungskraftmaschine immer häufiger auch elektrische Maschinen zur Unterstützung beim Beschleunigen („Boosten“) bzw. zum Rückgewinnen der Bewegungsenergie beim Verzögern („Rekuperieren“) zum Einsatz. Auch das rein elektrische Fahren im unteren Geschwindigkeitsbereich, zum Beispiel „eParking“, gewinnt zunehmend an Bedeutung.In modern drive trains, in addition to the internal combustion engine, electrical machines are increasingly being used to assist in accelerating ("boosting") or recovering the kinetic energy during deceleration ("recuperation"). Also, purely electric driving in the lower speed range, for example "eParking", is becoming increasingly important.

Elektrische Maschinen, die in Fahrzeugen zur Traktion bzw. zur Traktionsverbesserung eingesetzt werden, sind hinsichtlich Leistungsdichte und benötigtem Bauraum optimiert. Um trotz kompakter Bauweise ausreichende Fahrleistungen zu erzielen, kommen hochdrehende Maschinenkonzepte zur Anwendung. Das dabei resultierende Drehzahlniveau muss entsprechend dem zur Fahrgeschwindigkeit proportionalen Drehzahlniveau der angetriebenen Radachse durch ein geeignetes Reduktionsgetriebe untersetzt werden. Diese mechanische Untersetzung verursacht ein großes Massenträgheitsmoment von elektrischer Maschine und Reduktionsgetriebe, welches auf Achsniveau wirkt. In hochdynamischen Fahrsituationen kann ein Bremseneingriff, zum Beispiel eine ABS-Bremsung, oder eine sprunghafte Änderung des Reibwertes zwischen Reifen und Straße durch das auf Achsniveau wirkende hohe Massenträgheitsmoment von elektrischer Maschine und Reduktionsgetriebe Komponenten im Antriebsstrang schädigen oder sogar zerstören.Electric machines used in vehicles for traction or traction improvement are optimized in terms of power density and required space. In order to achieve sufficient performance despite its compact design, high-revving machine concepts are used. The resulting speed level must be reduced in accordance with the speed of rotation proportional to the speed of the driven wheel axle by a suitable reduction gear. This mechanical reduction causes a large moment of inertia of electric machine and reduction gear, which acts on axle level. In highly dynamic driving situations, braking intervention, for example ABS braking, or a sudden change in the coefficient of friction between the tire and the road can damage or even destroy components in the drive train due to the high mass moment of inertia of the electric machine and reduction gear acting on the axle level.

Bei Hybrid-Kraftfahrzeugen werden neben einer Verbrennungskraftmaschine auch eine oder mehrere elektrische Maschinen zur Traktion verwendet. Abhängig vom Grad der Hybridisierung kann die elektrische Maschine oft nur einen Teil des Geschwindigkeitsbereichs abdecken. Dies bedeutet, bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten muss auch hier die elektrische Maschine entkoppelt werden um diese nicht zu schädigen.In hybrid motor vehicles, one or more electrical machines are used for traction in addition to an internal combustion engine. Depending on the degree of hybridization, the electric machine can often only cover part of the speed range. This means that at higher vehicle speeds, the electric machine must also be decoupled here in order not to damage it.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Kupplungsanordnung zur drehmoment- und drehzahlabhängigen Verbindung einer Motorwelle einer elektrischen Maschine mit einem drehmomentübertragenden Element anzugeben, die sich durch eine zuverlässige Funktionsweise ohne externe Ansteuerung sowie durch eine einfache und kompakte Bauweise und damit durch ein bauraum- und kostenoptimiertes Design auszeichnet.It is an object of the invention to provide an improved coupling arrangement for torque and speed-dependent connection of a motor shaft of an electric machine with a torque transmitting element, characterized by a reliable operation without external control and by a simple and compact design and thus by a space and cost-optimized Design distinguishes.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Kupplungsanordnung zur drehmoment- und drehzahlabhängigen Verbindung einer Motorwelle einer elektrischen Maschine mit einem drehmomentübertragenden Element umfassend die Motorwelle der elektrischen Maschine, das drehmomentübertragende Element, eine Kupplung, wobei das drehmomentübertragende Element über die Kupplung antriebswirksam mit der Motorwelle verbindbar ist, und einen Fliehkraftmechanismus, wobei die Kupplung über den Fliehkraftmechanismus in Abhängigkeit von der Drehzahl der Motorwelle derart betätigbar ist, dass das von der Motorwelle auf das drehmomentübertragende Element maximal übertragbare Drehmoment mit steigender Drehzahl der Motorwelle bis hin zu einer Entkopplungsdrehzahl sinkt und dass die Motorwelle ab Erreichen der Entkopplungsdrehzahl vollständig von dem drehmomentübertragenden Element entkoppelt ist.The object is achieved by a coupling arrangement for the torque and speed-dependent connection of a motor shaft of an electric machine with a torque transmitting element comprising the motor shaft of the electric machine, the torque transmitting element, a clutch, wherein the torque transmitting member via the clutch is drivingly connectable to the motor shaft , And a centrifugal mechanism, wherein the clutch via the centrifugal mechanism in response to the rotational speed of the motor shaft is operable such that the maximum torque transferable from the motor shaft to the torque transmitting member torque decreases with increasing speed of the motor shaft to a decoupling speed and that the motor shaft from Reaching the decoupling speed is completely decoupled from the torque transmitting element.

Die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung umfasst eine Motorwelle einer elektrischen Maschine, ein drehmomentübertragendes Element, eine Kupplung und einen Fliehkraftmechanismus.The clutch assembly according to the invention comprises a motor shaft of an electric machine, a torque-transmitting element, a clutch and a centrifugal mechanism.

Über die Kupplung sind das drehmomentübertragende Element und die Motorwelle antriebswirksam verbindbar. Die Motorwelle kann dabei direkt über die Kupplungsanordnung mit dem drehmomentübertragenden Element verbindbar sein. Die Motorwelle kann jedoch auch indirekt über die Kupplungsanordnung mit dem drehmomentübertragenden Element verbindbar sein. Dies erfolgt beispielsweise indem die Kupplungsanordnung an einer Zwischenwelle, zum Beispiel nach einer Reduktionsgetriebestufe, im Antriebsstrang zwischen der elektrischen Maschine und einer Antriebsachse angeordnet ist, also im Allgemeinen zwischen einer ersten Welle und einer zweiten Welle.The torque-transmitting element and the motor shaft can be drive-connected via the coupling. The motor shaft can be connected directly via the coupling arrangement with the torque-transmitting element. However, the motor shaft can also be connected indirectly via the coupling arrangement with the torque-transmitting element. This is done for example by the clutch assembly is arranged on an intermediate shaft, for example, after a reduction gear stage, in the drive train between the electric machine and a drive axle, that is generally between a first shaft and a second shaft.

Die Kupplung ist über den Fliehkraftmechanismus in Abhängigkeit von der Drehzahl der Welle derart betätigbar, dass das von der Welle auf das drehmomentübertragende Element, oder umgekehrt das von dem drehmomentübertragenden Element auf die Welle maximal übertragbare Drehmoment mit steigender Drehzahl der Welle bis hin zu einer Entkopplungsdrehzahl sinkt und dass die Welle ab Erreichen der Entkopplungsdrehzahl vollständig von dem drehmomentübertragenden Element entkoppelt ist. Zusätzlich ist derart bei konstanter Drehzahl das maximal übertragbare Drehmoment begrenzbar.The clutch can be actuated via the centrifugal force mechanism as a function of the rotational speed of the shaft such that the maximum torque which can be transmitted by the shaft to the torque transmitting element, or conversely the torque which can be transmitted by the torque transmitting element to the shaft, decreases as the rotational speed of the shaft increases up to a decoupling rotational speed and that the shaft is off Reaching the decoupling speed is completely decoupled from the torque transmitting element. In addition, the maximum transmittable torque can be limited at constant speed.

Der Fliehkraftmechanismus ist mit der Kupplung somit in solcher Art und Weise verbunden, dass das maximal von der Welle auf das drehmomentübertragende Element, oder umgekehrt, übertragbare Drehmoment mit steigender Drehzahl der Welle sinkt, bis hin zu einer Maximaldrehzahl, nämlich der Entkopplungsdrehzahl, bei der sich die Welle schließlich vollständig von dem drehmomentübertragenden Element entkoppelt. Die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung dient somit als Schutzvorrichtung zur Begrenzung unzulässig hoher Drehmomente und Drehzahlen.The centrifugal mechanism is thus connected to the clutch in such a way that the maximum of the shaft on the torque transmitting element, or vice versa, transferable torque decreases with increasing speed of the shaft, up to a maximum speed, namely the decoupling speed at which Finally, the shaft completely decoupled from the torque transmitting element. The coupling arrangement according to the invention thus serves as a protective device for limiting unacceptably high torques and speeds.

Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung kann eine elektrische Maschine vor dem Überschreiten einer maximal zulässigen Grenzdrehzahl (Entkopplungsdrehzahl) geschützt werden. Durch die drehmoment- und drehzahlabhängige Entkopplung der Motorwelle werden zudem alle Komponenten des Antriebsstranges, von der elektrischen Maschine bis hin zur Achse des Kraftfahrzeugs vor unzulässig hohen Belastungen geschützt.By using the coupling arrangement according to the invention, an electrical machine can be protected from exceeding a maximum permissible limit speed (decoupling speed). Due to the torque and speed-dependent decoupling of the motor shaft also all components of the drive train, are protected from the electric machine to the axis of the motor vehicle against unacceptably high loads.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.Further developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the accompanying drawings.

Die Kupplung kann als eine reibschlüssige Kupplung oder als eine formschlüssige Kupplung ausgebildet sein.The clutch may be designed as a frictional clutch or as a positive coupling.

Der Fliehkraftmechanismus weist bevorzugt ein Druckelement auf, wobei das Druckelement axial bewegbar ist und über eine Vorspanneinrichtung axial gegen die Kupplung vorgespannt ist.The centrifugal mechanism preferably has a pressure element, wherein the pressure element is axially movable and is biased by a biasing means axially against the coupling.

Die Begrifflichkeit „axial“ beschreibt eine Richtung parallel oder entlang einer Drehachse der Motorwelle.The term "axial" describes a direction parallel or along a rotation axis of the motor shaft.

Weiterhin bevorzugt weist der Fliehkraftmechanismus mehrere Fliehkraftelemente auf, die in einem Führungselement im Inneren des Druckelements jeweils radial geführt sind. Des Weiteren weist der Fliehkraftmechanismus vorzugsweise eine axial feste Steuergeometrie und eine axial bewegbare Steuergeometrie auf.Furthermore, the centrifugal force mechanism preferably has a plurality of centrifugal force elements, which are each radially guided in a guide element in the interior of the pressure element. Furthermore, the centrifugal mechanism preferably has an axially fixed control geometry and an axially movable control geometry.

Die Begrifflichkeit „radial“ beschreibt eine Richtung normal auf die Drehachse der Motorwelle.The term "radial" describes a direction normal to the axis of rotation of the motor shaft.

Das drehmomentübertragende Element, die Kupplung und der Fliehkraftmechanismus sind in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf einer Nabe angeordnet, die mit der Motorwelle fest verbunden ist.The torque transmitting member, the clutch and the centrifugal mechanism are arranged in a preferred embodiment of the present invention on a hub which is fixedly connected to the motor shaft.

Figurenlistelist of figures

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

  • 1 zeigt einen Längsschnitt einer erfindungsgemäße Kupplungsanordnung bei Stillstand der Motorwelle oder einer Drehzahl unterhalb der Entkopplungsdrehzahl.
  • 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Schnittebene A-A einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung gemäß 1.
  • 3 zeigt einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung in einem entkoppelten Zustand, d.h. nach Überschreitung der Entkopplungsdrehzahl.
  • 4 zeigt einen Querschnitt entlang der Schnittebene B-B einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung gemäß 3.
  • 5 zeigt isometrische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung.
  • 6 zeigt eine beispielhafte Drehzahl- und Drehmomentcharakteristik, für welche die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung adaptierbar ist.
  • 7 zeigt eine weitere beispielhafte Drehzahl- und Drehmomentcharakteristik, für welche die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung adaptierbar ist.
The invention will now be described by way of example with reference to the drawings.
  • 1 shows a longitudinal section of a clutch assembly according to the invention at standstill of the motor shaft or a speed below the decoupling speed.
  • 2 shows a cross section along the sectional plane AA of a coupling arrangement according to the invention according to 1 ,
  • 3 shows a longitudinal section of a clutch assembly according to the invention in a decoupled state, ie after exceeding the decoupling speed.
  • 4 shows a cross section along the sectional plane BB of a clutch assembly according to the invention according to 3 ,
  • 5 shows isometric view of a clutch assembly according to the invention.
  • 6 shows an exemplary speed and torque characteristics for which the clutch assembly according to the invention is adaptable.
  • 7 shows a further exemplary speed and torque characteristics for which the clutch assembly according to the invention is adaptable.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

1 bis 4 zeigen eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 1 in einem gekoppelten Zustand (1, 2) wie auch in einem entkoppelten Zustand ( 3, 4). 1 to 4 show a coupling arrangement according to the invention 1 in a coupled state ( 1 . 2 ) as well as in a decoupled state ( 3 . 4 ).

Die Kupplungsanordnung 1 umfasst eine Motorwelle 2, ein drehmomentübertragendes Element 3, eine Kupplung 4 sowie einen Fliehkraftmechanismus 5. Die Kupplungsanordnung 1 ist auf einer Nabe 11 angeordnet. Die Nabe 11 ist fest mit der Motorwelle 2 verbunden. Die genaue Art der Motorwelle-Nabe-Verbindung spielt für die Funktion der Kupplungsanordnung 1 keine Rolle - alle derzeit dem Stand der Technik entsprechenden Verbindungsmethoden sind hier anwendbar. Es ist auch möglich die Kupplungsanordnung 1 ohne Nabe direkt auf die Motorwelle 2 zu setzen.The coupling arrangement 1 includes a motor shaft 2 , a torque transmitting element 3 , a clutch 4 as well as a centrifugal mechanism 5 , The clutch assembly 1 is on a hub 11 arranged. The hub 11 is fixed to the motor shaft 2 connected. The exact nature of the motor shaft-hub connection plays for the function of the clutch assembly 1 not relevant - all current state of the art connection methods are applicable here. It is also possible the coupling arrangement 1 Without hub directly on the motor shaft 2 to put.

Die Motorwelle 2 stellt die Motorwelle 2 einer elektrischen Maschine (nicht dargestellt) dar.The motor shaft 2 puts the motor shaft 2 an electric machine (not shown).

Der Fliehkraftmechanismus 5 ist axial zwischen der Vorspanneinrichtung 7 und der Kupplung 4 sowie dem drehmomentübertragenden Element 3 auf der Nabe 11 angeordnet (1, 3). The centrifugal mechanism 5 is axial between the pretensioner 7 and the clutch 4 and the torque transmitting element 3 on the hub 11 arranged ( 1 . 3 ).

Das drehmomentübertragende Element 3 ist in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung 1 als Zahnrad 3' ausgebildet. Das Zahnrad 3' ist auf der Nabe 11 zentriert gelagert. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel (1 - 5) ist eine Gleitlagerung zur Lagerung des Zahnrads 3' vorgesehen, jedoch kann eine Wälzlagerung ebenso eingesetzt werden.The torque transmitting element 3 is in the present exemplary embodiment of the clutch assembly according to the invention 1 as a gear 3. ' educated. The gear 3. ' is on the hub 11 centered stored. In the present embodiment ( 1 - 5 ) is a plain bearing for supporting the gear 3. ' provided, however, a rolling bearing can also be used.

Im gekoppelten Zustand der Kupplungsanordnung 1 ist die Motorwelle 2 mit dem Zahnrad 3' antriebswirksam gekoppelt und es kann so eine Antriebsleistung von der Motorwelle 2 auf das Zahnrad 3', oder umgekehrt, übertragen werden. Dies ist bei Stillstand eines Kraftfahrzeugs oder einer Drehzahl unterhalb einer Entkopplungsdrehzahl der Fall.In the coupled state of the clutch assembly 1 is the motor shaft 2 drivingly coupled to the gear 3 'and thus can drive power from the motor shaft 2 on the gear 3. ' , or vice versa. This is the case at standstill of a motor vehicle or a speed below a decoupling speed.

Im entkoppelten Zustand der Kupplungsanordnung 1 ist die Motorwelle 2 mit dem Zahnrad 3' antriebswirksam nicht gekoppelt und es kann so keine Antriebsleistung von der Motorwelle 2 auf das Zahnrad 3', oder umgekehrt, übertragen werden. Dies ist bei Überschreitung der Entkopplungsdrehzahl der Fall.In the decoupled state of the clutch assembly 1 is the motor shaft 2 not effectively coupled to the gear 3 'and thus it can not drive power from the motor shaft 2 on the gear 3. ' , or vice versa. This is the case when the decoupling speed is exceeded.

Die Kupplung 4 der Kupplungsanordnung 1 ist als reibschlüssige Kupplung 4' ausgebildet. Die reibschlüssige Kupplung 4' umfasst in der beispielhaften Ausführungsvariante zwei Reibscheiben, nämlich eine erste Reibscheibe 13' und eine zweite Reibscheibe 13". Die erste Reibscheibe 13' ist in Bezug auf 1 und 3 links neben dem Zahnrad 3', genauer axial zwischen dem Fliehkraftmechanismus 5 und dem Zahnrad 3', drehfest jedoch axial verschiebbar auf der Nabe 11 angeordnet. Die zweite Reibscheibe 13" ist in Bezug auf 1 und 3 rechts neben dem Zahnrad 3', genauer axial zwischen dem Zahnrad 3' und einem axialen Anschlag 16, drehfest jedoch axial verschiebbar auf der Nabe 11 angeordnet. Das Zahnrad 3' ist über die beiden Reibscheiben 13', 13" reibschlüssig mit der Nabe 11 antriebswirksam verbindbar. Der axiale Anschlag 16 ist einteilig mit der Nabe 11 ausgebildet.The coupling 4 the clutch assembly 1 is as a friction clutch 4 ' educated. The frictional coupling 4 ' comprises in the exemplary embodiment, two friction plates, namely a first friction disc 13 ' and a second friction disc 13 " , The first friction disc 13 ' is in relation to 1 and 3 to the left of the gear 3. ' , more precisely axially between the centrifugal mechanism 5 and the gear 3. ' , non-rotatably but axially displaceable on the hub 11 arranged. The second friction disc 13 " is in relation to 1 and 3 right next to the gear 3. ' , more precisely axially between the gear 3. ' and an axial stop 16 , non-rotatably but axially displaceable on the hub 11 arranged. The gear 3. ' is over the two friction discs 13 ' . 13 " frictionally engaged with the hub 11 drive effective. The axial stop 16 is formed integrally with the hub 11.

Der Fliehkraftmechanismus 5 weist ein im Wesentlichen ringförmig ausgebildetes Druckelement 6 auf, wobei das Druckelement 6 axial bewegbar ist und über eine Vorspanneinrichtung 7 axial gegen die reibschlüssige Kupplung 4' vorgespannt ist. Das Druckelement 6 weist eine axial bewegbare Steuergeometrie 6' auf.The centrifugal mechanism 5 has a substantially ring-shaped pressure element 6, wherein the pressure element 6 is axially movable and via a biasing device 7 axially against the frictional coupling 4 ' is biased. The pressure element 6 has an axially movable control geometry 6 ' on.

Die Begrifflichkeit „axial“ beschreibt eine Richtung parallel oder entlang einer Drehachse 12 der Motorwelle 2.The term "axial" describes a direction parallel or along a rotation axis 12 of the motor shaft 2 ,

Die Vorspanneinrichtung 7 umfasst eine axiale Sicherung 14 und Tellerfedern 15, wobei die Tellerfedern 15 zwischen der axialen Sicherung 14 und dem Druckelement 6 derart angeordnet sind, dass sie das Druckelement 6 in Richtung der reibschlüssigen Kupplung 4' vorspannen. Derart erhalten die beiden Reibscheiben 13', 13" der reibschlüssigen Kupplung 4' die notwendige axiale Vorspannung über das Druckelement 6. Die Ausbildung der Vorspanneinrichtung 7 spielt hierbei für die Funktion der Kupplungsanordnung 1 keine Rolle. Es können beispielsweise andere Federelemente, wie beispielsweise eine Spiralfeder, ein Wellenfederpaket etc., verwendet werden oder zum Beispiel auch eine hydraulische Vorspanneinrichtung 7 eingesetzt werden.The pretensioner 7 includes an axial fuse 14 and disc springs 15 , where the disc springs 15 between the axial fuse 14 and the pressure element 6 are arranged such that they the pressure element 6 in the direction of the frictional coupling 4 ' Pretension. Thus, the two friction discs get 13 ' . 13 " the frictional coupling 4 ' the necessary axial preload on the pressure element 6 , The formation of the pretensioner 7 plays here for the function of the clutch assembly 1 not matter. It can, for example, other spring elements, such as a coil spring, a wave spring package, etc., are used or, for example, a hydraulic biasing device 7 can be used.

Der Fliehkraftmechanismus 5 weist weiterhin mehrere Fliehkraftelemente 8 in Form von Kugeln 8' auf, die in einem Führungselement 9 im Inneren des Druckelements 6 jeweils radial geführt sind. Die Fliehkraftelemente 8 können jedoch auch als Hebel ausgeführt sein. Des Weiteren weist der Fliehkraftmechanismus 5 eine axial feste Steuergeometrie 10 auf, die axial nicht bewegbar auf der Nabe 11 angeordnet ist - die axial feste Steuergeometrie 10 ist über eine weitere axiale Sicherung 18 axial auf der Nabe 11 festgelegt.The centrifugal mechanism 5 also has several centrifugal elements 8th in the form of balls 8th' on that in a guide element 9 are each guided radially in the interior of the pressure element 6. The centrifugal elements 8th However, they can also be designed as levers. Furthermore, the centrifugal mechanism 5 an axially fixed control geometry 10 on, which can not be moved axially on the hub 11 is arranged - the axially fixed control geometry 10 is via a further axial securing 18 axially on the hub 11 established.

Die Begrifflichkeit „radial“ beschreibt eine Richtung normal auf die Drehachse 12 der Motorwelle 2.The term "radial" describes a direction normal to the axis of rotation 12 the motor shaft 2 ,

Bei steigender Drehzahl werden die Kugeln 8' durch die Zentrifugalkraft immer stärker radial nach außen gedrückt. Die Richtung in der die Fliehkraft wirkt und somit die Bewegungsrichtung der Kugeln 8' wird durch die Richtungspfeile 17 in 3 und 4 angezeigt. Die als Kugeln 8' ausgeführten und in radialer Richtung über ein Führungselement 9 beweglich geführten Fliehkraftelemente 8 bewirken zufolge der quadratisch mit der Drehzahl der Motorwelle 2 steigenden Zentrifugalkraft über die axial bewegbare Steuergeometrie 6' eine Verschiebung des Druckelements 6 relativ zur axial festen Steuergeometrie 10. Dies bewirkt eine Verringerung der axialen Vorspannung auf die Reibscheiben 13', 13" der reibschlüssigen Kupplung 4' und führt zu einer Reduktion des maximal übertragbaren Drehmoments.As the speed increases, the balls become 8th' pressed by the centrifugal force more and more radially outward. The direction in which the centrifugal force acts and thus the direction of movement of the balls 8th' is through the directional arrows 17 in 3 and 4 displayed. The as balls 8th' executed and in the radial direction via a guide element 9 movably guided centrifugal elements 8th cause the square with the speed of the motor shaft 2 increasing centrifugal force on the axially movable control geometry 6 ' a displacement of the pressure element 6 relative to the axially fixed control geometry 10 , This causes a reduction of the axial preload on the friction plates 13 ' . 13 " the frictional coupling 4 ' and leads to a reduction of the maximum transmittable torque.

Bei Überschreiten der Entkopplungsdrehzahl (3, 4) führen die durch die Fliehkraft nach außen gedrückten Kugeln 8' zu einem vollständigen Abheben des Druckelements 6 von der der formschlüssigen Kupplung 4', genauer der ersten Reibscheibe 13' der reibschlüssigen Kupplung 4', und damit zu einer Entkoppelung von Zahnrades 3' und Motorwelle 2.When the decoupling speed ( 3 . 4 ) lead the balls pushed by the centrifugal force to the outside 8th' to a complete lifting of the pressure element 6 of the positive clutch 4 ' , more precisely, the first friction disc 13 'of the frictionally engaged clutch 4 ' , and thus to a decoupling of gear 3. ' and motor shaft 2 ,

Die Entkopplungsdrehzahl wird im Wesentlichen von den Parametern Anzahl, Größe und Dichte der Kugeln 8', dem Durchmesser und den Druckwinkeln der axial bewegbaren Steuergeometrie 6' sowie der axial festen Steuergeometrie 10 und der Vorspannkraft sowie der Federrate des Federpakets 15 gesteuert.The decoupling speed is essentially determined by the parameters number, size and density of the balls 8th' , the diameter and the pressure angles of the axially movable control geometry 6 ' and the axially fixed control geometry 10 and the biasing force and the spring rate of the spring assembly 15 controlled.

In den Diagrammen in 6 und 7 ist jeweils das Drehmoment 21 über der Drehzahl 22 aufgetragen. Die Unterschiede in den beiden Diagrammen zueinander ergeben sich lediglich aus der unterschiedlichen Wahl einer elektrischen Maschine und der unterschiedlichen Dimensionierung der Kupplungsanordnung 1 in Abhängigkeit von der elektrischen Maschine. Die Diagramme zeigen jeweils zwei Kennlinien, nämlich eine erste Kennlinie 19 und eine zweite Kennlinie 20. Die erste Kennlinie 19, nämlich die gestrichelte Linie, beschreibt jeweils die Grenzkurve der Drehmoment-Drehzahl Charakteristik der elektrischen Maschine. Mit steigender Drehzahl 22 sinkt das maximale Drehmoment 21. Die zweite Kennlinie 20, nämlich die durchgezogene Linie, beschreibt jeweils die Charakteristik der elektrischen Maschine in Kombination mit der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung 1. Das von der Kupplungsanordnung 1 maximal übertragbare Drehmoment 21 ist drehzahlabhängig und sinkt mit steigender Drehzahl 22. Dabei ist das von der Kupplungsanordnung 1 maximal übertragbare Drehmoment 21 im aktiven Drehzahlbereich der elektrischen Maschine stets höher als das maximale Drehmoment 21 der elektrischen Maschine. Oberhalb der Drehzahl 22 des aktiven Betriebsbereichs der elektrischen Maschine sinkt das übertragbare Drehmoment 21 der Kupplungsanordnung 1 auf Null und verhindert somit ein Überschreiten der zulässigen Grenzdrehzahl der elektrischen Maschine.In the diagrams in 6 and 7 is the torque 21 applied over the speed 22. The differences in the two diagrams to each other arise only from the different choice of an electric machine and the different dimensions of the clutch assembly 1 depending on the electrical machine. The diagrams each show two characteristics, namely a first characteristic 19 and a second characteristic 20 , The first characteristic 19 , namely the dashed line, respectively describes the limit curve of the torque-speed characteristic of the electric machine. With increasing speed 22 the maximum torque decreases 21 , The second characteristic 20 , namely the solid line, describes in each case the characteristic of the electric machine in combination with the clutch assembly according to the invention 1 , That of the clutch assembly 1 maximum transmittable torque 21 is speed dependent and decreases with increasing speed 22 , It is the maximum transferable torque of the clutch assembly 1 21 in the active speed range of the electric machine always higher than the maximum torque 21 the electric machine. Above the speed 22 of the active operating range of the electric machine, the transmittable torque decreases 21 the clutch assembly 1 to zero and thus prevents exceeding the permissible limit speed of the electric machine.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Kupplungsanordnungclutch assembly
22
Motorwelle (einer elektrischen Maschine)Motor shaft (an electric machine)
33
Drehmomentübertragendes ElementTorque-transmitting element
3'3 '
Zahnradgear
44
Kupplungclutch
4'4 '
Reibschlüssige KupplungFrictionally engaged coupling
55
Fliehkraftmechanismuscentrifugal mechanism
66
Druckelementpressure element
6'6 '
Axial bewegbare SteuergeometrieAxially movable control geometry
77
Vorspanneinrichtungbiasing means
88th
Fliehkraftelementcentrifugal force element
8'8th'
KugelBullet
99
Führungselementguide element
1010
Axial feste SteuergeometrieAxially fixed control geometry
1111
Nabehub
1212
Drehachse (der Motorwelle)Rotary axis (the motor shaft)
13', 13"13 ', 13 "
Reibscheibefriction
1414
Axiale SicherungAxial fuse
1515
TellerfederBelleville spring
1616
Axialer AnschlagAxial stop
1717
Richtungspfeilarrow
1818
Weitere axiale SicherungFurther axial securing
1919
Erste KennlinieFirst characteristic
2020
Zweite KennlinieSecond characteristic
2121
Drehmomenttorque
2222
Drehzahlrotation speed

Claims (5)

Kupplungsanordnung (1) zur drehmoment- und drehzahlabhängigen Verbindung einer Motorwelle (2) einer elektrischen Maschine mit einem drehmomentübertragenden Element (3) umfassend - die Motorwelle (2) der elektrischen Maschine, - das drehmomentübertragende Element (3), - eine Kupplung (4), wobei das drehmomentübertragende Element (3) über die Kupplung (4) antriebswirksam mit der Motorwelle (2) verbindbar ist, und - einen Fliehkraftmechanismus (5), wobei die Kupplung (4) über den Fliehkraftmechanismus (5) in Abhängigkeit von der Drehzahl der Motorwelle (2) derart betätigbar ist, dass das von der Motorwelle (2) auf das drehmomentübertragende Element (3) maximal übertragbare Drehmoment mit steigender Drehzahl der Motorwelle (2) bis hin zu einer Entkopplungsdrehzahl sinkt und dass die Motorwelle (2) ab Erreichen der Entkopplungsdrehzahl vollständig von dem drehmomentübertragenden Element (3) entkoppelt ist.Coupling arrangement (1) for the torque and speed-dependent connection of a motor shaft (2) of an electrical machine with a torque transmitting element (3) comprising the motor shaft (2) of the electric machine, the torque transmitting element (3), - A clutch (4), wherein the torque transmitting element (3) via the clutch (4) is drivingly connected to the motor shaft (2), and - A centrifugal mechanism (5), wherein the coupling (4) via the centrifugal mechanism (5) in response to the rotational speed of the motor shaft (2) is operable such that the maximum of the motor shaft (2) on the torque transmitting element (3) Torque decreases with increasing speed of the motor shaft (2) up to a decoupling speed and that the motor shaft (2) is completely decoupled from reaching the decoupling speed of the torque transmitting element (3). Kupplungsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (4) eine reibschlüssige Kupplung (4') oder eine formschlüssige Kupplung ist.Coupling arrangement (1) according to Claim 1 , characterized in that the coupling (4) is a frictional coupling (4 ') or a positive coupling. Kupplungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fliehkraftmechanismus (5) ein Druckelement (6) aufweist, wobei das Druckelement (6) axial bewegbar ist und über eine Vorspanneinrichtung (7) axial gegen die Kupplung (4) vorgespannt ist.Coupling arrangement (1) according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the centrifugal force mechanism (5) comprises a pressure element (6), wherein the pressure element (6) is axially movable and via a biasing means (7) is axially biased against the coupling (4). Kupplungsanordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fliehkraftmechanismus (5) mehrere Fliehkraftelemente (8) aufweist, die in einer Führungselement (9) im Inneren des Druckelements (6) jeweils radial geführt sind und dass der Fliehkraftmechanismus (5) eine axial feste Steuergeometrie (10) und eine axial bewegbare Steuergeometrie (6') aufweist.Coupling arrangement (1) according to Claim 3 , characterized in that the Centrifugal force mechanism (5) comprises a plurality of centrifugal force elements (8) which are radially guided in a guide element (9) inside the pressure element (6) and in that the centrifugal force mechanism (5) has an axially fixed control geometry (10) and an axially movable control geometry (6 ') having. Kupplungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das drehmomentübertragende Element (3), die Kupplung (4) und der Fliehkraftmechanismus (5) auf einer Nabe (11) angeordnet sind, die mit der Motorwelle (2) verbunden ist.Coupling arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the torque-transmitting element (3), the coupling (4) and the centrifugal mechanism (5) are arranged on a hub (11) which is connected to the motor shaft (2) ,
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