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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Überholkupplungsvorrichtungen, wie zum Beispiel Freilaufkupplungen oder Bremsen, und insbesondere auswählbare Freilaufkupplungsvorrichtungen (auswählbare SOWC-Vorrichtungen, SOWC – selectable one-way coupling) mit einem elektromagnetischen Aktor.
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HINTERGRUND
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Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung bereit, bei denen es sich nicht notwendigerweise um den Stand der Technik handelt. Automatikgetriebe stellen mehrere Vorwärts- und Rückwärtsgangübersetzungen oder -gangstufen durch selektives Betätigen einer oder mehrerer Kupplungen und/oder Bremsen zur Herstellung einer Drehmoment übertragenden Antriebsverbindung zwischen einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang zur Zuführung von Antriebskraft (das heißt Antriebsmoment) von einem Antriebsstrang zu einem Triebstrang in einem Kraftfahrzeug bereit. Eine bei modernen Automatikgetrieben weit verbreitete Art von Bremse oder Kupplung ist eine Freilaufkupplung (OWC – one-way clutch), die freiläuft, wenn sich einer ihrer Ringe (bei einer radialen Kupplungskonfiguration) oder eine ihrer Treibscheiben (bei axialen Kupplungskonfigurationen) in einer ersten (das heißt Freilauf-)Richtung bezüglich des anderen Rings oder der anderen Treibscheibe dreht, und in einer zweiten (das heißt Sperr-)Richtung einrückt oder sperrt. Solche herkömmlichen Freilaufkupplungen stellen keine unabhängige Steuerung ihres Betriebsmodus, das heißt ob sie in beiden Richtungen sperren oder freilaufen, bereit und werden gemeinhin als passive Freilaufkupplungen bezeichnet. Somit stellen einfache Freilaufkupplungen basierend auf der Richtung, in der das Drehmoment an den Eingangsring oder die Eingangstreibscheibe angelegt wird, einen "gesperrten" Modus in einer Drehrichtung und einen "Freilauf-"Modus in der entgegengesetzten Richtung bereit. Es gibt bei modernen Automatikgetrieben jedoch Anforderungen, bei denen eine "steuerbare" Überholkupplungsvorrichtung, die gemeinhin als auswählbare Freilaufkupplung (SOWC – selectable one-way clutch) bezeichnet wird, zur Bereitstellung zusätzlicher Betriebsmodi selektiv gesteuert werden kann. Insbesondere kann eine auswählbare Freilaufkupplung ferner dazu in der Lage sein, einen Freilaufmodus in beiden Drehrichtungen zu erzeugen, bis ein Befehlssignal (das heißt von der Getriebesteuerung) bewirkt, dass ein fremdkraftbetätigter Aktor die Kupplungsvorrichtung in ihren Sperrmodus schaltet. Somit kann eine auswählbare Freilaufkupplung dazu in der Lage sein, eine Antriebsverbindung zwischen einem Eingangsglied und einem Ausgangsglied in einer oder beiden Drehrichtungen bereitzustellen und kann des Weiteren dahingehend betrieben werden, in einer oder beiden Richtungen freizulaufen.
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Wie erwähnt, sind auswählbare Freilaufkupplungen mit einem fremdkraftbetätigten Aktor zur Steuerung der Betätigung der Kupplungsvorrichtung ausgestattet. In einigen Fällen verwendet die auswählbare Freilaufkupplung einen hydraulischen Aktor zum selektiven Betätigen der Überholkupplungsvorrichtung und zum Schalten zwischen den zur Verfügung stehenden Betriebsmodi. Beispiele für herkömmliche auswählbares Freilaufkupplungen, die hydraulisch betätigt werden, werden in den
US-Patenten Nr. 6,290,044 ,
8,079,453 und
8,491,439 offenbart. Im Gegensatz dazu ist die Verwendung eines elektromechanischen Aktors mit der auswählbaren Freilaufkupplung bekannt, von dem ein Beispiel im
US-Patent Nr. 8,196,724 offenbart wird.
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Als eine weitere Alternative hat sich ein Großteil der Entwicklung in jüngerer Zeit auf elektromagnetische Aktoren zur Verwendung mit auswählbaren Freilaufkupplungen konzentriert, von denen Beispiele in den
US-Patenten Nr. 8,276,725 und
8,418,825 und in der
US-Veröffentlichung Nr. 2013/0319810 offenbart werden. Bei den meisten elektromagnetischen Aktoren wird ein kipphebelartiges Sperrelement, das gemeinhin als Druckstab bezeichnet wird, als Reaktion auf eine Erregung einer Spulenanordnung aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung geschwenkt. Bei einigen herkömmlichen auswählbaren Freilaufkupplungen, die mit einem elektromagnetischen Aktor ausgestattet sind, wird eine "direkt wirkende" Konfiguration verwendet, so dass der Druckstab Teil des Magnetkreises ist und seine Schwenkbewegung durch eine über Erregung der Spulenanordnung direkt an den Druckstab angelegte Anziehungskraft bewirkt wird. Deshalb ist eine genaue Steuerung des zwischen dem Kern/Pohlstück der Spulenanordnung und dem Druckstab hergestellten Luftspalts erforderlich, um eine robuste und zuverlässige Sperrfunktionalität bereitzustellen. Bei anderen herkömmlichen auswählbaren Freilaufkupplungen, die mit einem elektromagnetischen Aktor ausgestattet sind, wird eine "indirekt wirkende" Konfiguration mit einem magnetischen Anker verwendet, der als Reaktion darauf, dass die Anziehungskraft über Erregung der Spulenanordnung daran angelegt wird, bewegt wird, wodurch wiederum die Schwenkbewegung eines nicht magnetischen Druckstabs gesteuert wird.
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Typischerweise wird die Elektronik (das heißt die Leiterplatte (PCB – printed circuit board), die Anschlüsse usw.) in einem getrennten Modul aufgenommen, das von dem elektromagnetischen Aktor entfernt positioniert ist, um in erster Linie die Elektronik gegen die mit der Spulenanordnung des elektromagnetischen Aktors in Verbindung stehenden üblichen Betriebstemperaturen (das heißt ca. 200°C) thermisch zu isolieren. Dieses Erfordernis erhöht jedoch die Packaging-Komplexität und die Kosten der auswählbaren Freilaufkupplung und schränkt die Verwendung von autonomen oder modularen elektromagnetischen Aktoranordnungen ein.
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Obgleich alle der oben erwähnten verschiedenen Arten von auswählbaren Freilaufkupplungen alle Funktionsanforderungen erfüllen, besteht ein Bedarf an der Entwicklung von alternativen Anordnungen, die eine verbesserte Modularität und ein verbessertes Wärmemanagement gewährleisten.
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KURZDARSTELLUNG
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Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung bereit und soll nicht als eine vollständige und umfassende Aufführung aller ihrer Aspekte, Merkmale, Konfigurationen und/oder Vorteile interpretiert werden.
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung eines elektromagnetischen Aktormoduls zur Verwendung in einer auswählbaren Freilaufkupplung, das eine aktive Druckstabanordnung und eine Spulenmodulanordnung aufweist.
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Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung einer auswählbaren Freilaufkupplung, die aus einem Kupplungsmodul und mindestens einem elektromagnetischen Aktormodul besteht. Das Kupplungsmodul enthält ein erstes und ein zweites Kupplungsglied, die zur relativen Drehung aufeinander ausgerichtet sind. Das elektromagnetische Aktormodul ist am ersten Kupplungsglied angebracht und erhält eine aktive Druckstabanordnung und eine Spulenmodulanordnung. Die aktive Druckstabanordnung enthält einen zwischen einer freigegebenen Stellung und einer gesperrten Stellung bezüglich am zweiten Kupplungsglied ausgebildeten Sperrzähnen beweglichen Druckstab. Die Spulenmodulanordnung enthält ein Gehäuse, das einen Spulengehäuseteil und einen Elektronikgehäuseteil enthält, die durch einen thermisch entkoppelten Gehäuseteil versetzt sind, eine im Spulengehäuseteil angeordnete Spuleneinheit und eine im Elektronikgehäuseteil angeordnete Leiterplatte (PCB). Der thermisch entkoppelte Teil des Gehäuses bietet eine Wärmemanagementfunktion durch Bereitstellung eines Strömungswegs für das Durchströmen eines Wärmeübertragungsmediums (das heißt von Luft oder einem Fluid) und zur thermischen Isolierung der PCB gegen die bei Erregung der Spuleneinheit erzeugte Wärme.
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Eine auswählbare Freilaufkupplungsanordnung enthält ein Kupplungsmodul mit einem Außenring und einem Innenring, die mehrere äußere Ratschenzähne aufweisen. Die auswählbare Freilaufkupplungsanordnung enthält weiterhin mindestens ein elektromagnetisches Aktormodul mit einer aktiven Druckstabanordnung, die einen durch den Außenring schwenkbar gestützten Druckstab und eine am Außenring befestigte Spulenmodulanordnung aufweist. Die Spulenmodulanordnung wird selektiv erregt, um eine Schwenkbewegung des Druckstabs aus einer entsperrten Stellung, in der der Druckstab aus den äußeren Ratschenzähnen ausgerückt ist, in eine gesperrte Stellung zur Ineingriffnahme eines der mehreren äußeren Ratschenzähne während einer Drehung des Innenrings zu bewirken.
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Die Spulenmodulanordnung enthält eine Spuleneinheit und eine integrierte Leiterplatte (PCB), die mit der Spuleneinheit elektrisch verbunden ist, um die selektive Betätigung des elektromagnetischen Aktormoduls zu steuern. Die mit der Spulenmodulanordnung verbundene Integration der PCB und der Spuleneinheit in ein gemeinsames Gehäuse schafft eine einzige Einheit, die letztendlich die Anzahl von geschweißten Verbindungen zwischen Teilen während der Endmontage auf ein Minimum reduziert. Darüber hinaus werden durch Integration der PCB in die Spulenmodulanordnung die elektronischen Steuerungen nahe der Spuleneinheit angeordnet, was zu einem verbesserten Packaging und zu reduzierter Verdrahtung für die Kupplungsanordnung führt.
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Das gemeinsame Gehäuse der Spulenmodulanordnung enthält einen thermisch entkoppelten Gehäuseteil, der die PCB von jeglicher während des Betriebs durch die Spuleneinheit erzeugter Wärme thermisch entkoppelt. Elektromagnetische Aktoren erreichen bei Erregung in der Regel Temperaturen von 200°C, und somit erfordern vorherige Kupplungsanordnungen, dass sich jegliche Elektronik in einem getrennten Modul befindet, das sich weit entfernt von den durch den elektromagnetischen Aktor erzeugten Erwärmungsauswirkungen befindet. Die Integration des thermisch entkoppelten Gehäuseteils in die Spulenmodulanordnung mindert jedoch jegliche solche Erwärmungsauswirkungen der Spuleneinheit auf die PCB, wodurch gestattet wird, dass diese Bauelemente in die gleiche, einzige Einheit eingebaut werden. Demgemäß erleichtert der thermisch entkoppelte Teil der Spulenmodulanordnung auch eine Reduzierung von Stücklistenpositionen (BOM-Positionen, BOM – bill of material) für die Kupplungsanordnung.
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Weitere Anwendbarkeitsbereiche der vorliegenden Offenbarung gehen aus der detaillierten Beschreibung, den Zeichnungen und den im Folgenden angeführten speziellen Beispielen hervor. Es sollte auf der Hand liegen, dass die detaillierte Beschreibung, die Zeichnungen und die speziellen Beispiele zwar bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung aufzeigen, jedoch nur Veranschaulichungszwecken dienen und den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken sollen.
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Zeichnungen
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken. Durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen werden die mit der vorliegenden Offenbarung verbundenen erfinderischen Konzepte verständlicher; in den Zeichnungen zeigen:
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1 eine isometrische Ansicht einer auswählbaren Freilaufkupplungsanordnung, die zur Aufnahme eines Kupplungsmoduls und eines elektromagnetischen Aktormoduls, die gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung ausgeführt sind, konfiguriert ist;
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2 eine Teilschnittansicht der in einem eingerückten Zustand betriebenen auswählbaren Freilaufkupplungsanordnung;
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3 eine andere Teilschnittansicht der in einem ausgerückten Zustand betriebenen auswählbaren Freilaufkupplungsanordnung;
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4 eine isometrische Ansicht einer mit dem elektromagnetischen Aktormodul verbundenen Spulenmodulanordnung, die die Integration einer Leiterplatte (PCB) und einer Spuleneinheit in ein gemeinsames Gehäuse darstellt;
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5 eine isometrische Schnittansicht der Spulenmodulanordnung, die einen thermisch entkoppelten Gehäuseteil darstellt, der zwischen einem Aktorgehäuseteil und einem PCB-Gehäuseteil angeordnet ist, und die ferner eine elektrische Verbindung zwischen der PCB und der Spuleneinheit darstellt;
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6 eine auseinandergezogene isometrische Ansicht der Spulenmodulanordnung;
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7 eine perspektivische Schnittansicht der Spulenmodulanordnung, die die elektrische Verbindung darstellt, die sich durch den thermisch entkoppelten Gehäuseteil erstreckt und mindestens einen Kanal zur Verwendung beim Kühlen der PCB während der Erregung der Spuleneinheit definiert;
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8 eine Schnittansicht des thermisch entkoppelten Gehäuseteils des gemeinsamen Gehäuses von oben; und
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9 eine beispielhafte Schaltung der in der Spulenmodulanordnung integrierten Leiterplatte (PCB).
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es werden nunmehr beispielhafte Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen umfassender beschrieben. Jede Ausführungsform bezieht sich allgemein auf eine elektromagnetisch betätigte Überholkupplungsvorrichtung (das heißt Bremse und/oder Kupplung), die im Folgenden als auswählbare Freilaufkupplungsanordnung (SOWC-Anordnung) bezeichnet wird und aus einem Kupplungsmodul und einem elektromagnetischen Aktormodul besteht. Somit überträgt die elektromechanische Kupplungswippe Drehmoment mechanisch, wird aber über ein elektrisches Betätigungssystem betätigt. Die Ausführungsbeispiele werden jedoch lediglich dahingehend bereitgestellt, dass die vorliegende Offenbarung umfassend ist, und vermitteln einem Fachmann vollständig den Umfang. Zahlreiche spezielle Details werden angeführt, wie beispielsweise Beispiele für spezielle Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um für ein umfassendes Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu sorgen. Für den Fachmann ist offensichtlich, dass spezielle Details nicht eingesetzt werden müssen, dass Ausführungsbeispiele in vielen verschiedenen Formen ausgestaltet werden können und dass keine dieser als Einschränkung des Schutzumfangs der Offenbarung aufzufassen ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen werden wohlbekannte Prozesse, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Technologien nicht ausführlich beschrieben.
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf elektromechanische Kupplungswippen, die dahingehend wirken, Drehmoment mechanisch zu übertragen, die jedoch durch elektrische Betätigung/Steuerungen betätigt werden. Wenn eine Spannung und/oder ein Strom an eine Spulenanordnung des elektromagnetischen Aktormoduls angelegt wird, wird die Spulenanordnung zu einem Elektromagneten und erzeugt ein Magnetfeld. Der magnetische Fluss fließt in einem zwischen den Komponenten hergestellten Magnetkreis und wird über einen schmalen Luftspalt zwischen einem beweglichen wippenartigen Sperrglied, das gemeinhin als Druckstab bezeichnet wird, und einem Kern/einer Poleinheit, der bzw. die mit der Spulenanordnung verbunden ist, übertragen. Eine Magnetisierung des Kerns/der Poleinheit wirkt dahingehend, den Druckstab zur Bewegung des Druckstabs aus einer ersten oder "freigegebenen" Stellung in eine zweite oder "gesperrte" Stellung anzuziehen. Der Druckstab ist normalerweise durch eine Vorspannfeder zu seiner freigegebenen Stellung vorgespannt. Gemäß alternativen Anordnungen fließt der magnetische Fluss in dem Magnetkreis und wird über einen zwischen einem beweglichen Anker und einem Kern/einer Poleinheit, der bzw. die mit der Spulenanordnung verbunden ist, hergestellten kleinen Luftspalt übertragen. Eine Magnetisierung des Kerns/der Poleinheit wirkt dahingehend, den Anker zum Bewegen des Ankers aus einer ersten oder "nicht betätigten" Stellung zu einer zweiten oder "betätigten" Stellung magnetisch anzuziehen. Die sich ergebende Bewegung des Ankers aus seiner ersten Stellung in seine zweite Stellung bewirkt eine entsprechende Bewegung des Druckstabs zum Bewegen aus seiner "freigegebenen" Stellung zu seiner "gesperrten" Stellung basierend auf einer zwischen dem Druckstab und dem Anker hergestellten mechanischen Verbindung. Die Spulenanordnung, der Anker und der Druckstab definieren Komponenten des elektromagnetischen Aktormoduls, das an einem ersten Glied eines Kupplungsmoduls angebracht ist, die zusammen eine auswählbare Freilaufkupplungsanordnung definieren.
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Eine Bewegung des Druckstabs in seine Sperrstellung bewirkt, dass ein Sperrsegment des Druckstabs einen mehrerer mit einem zweiten Glied des Kupplungsmoduls verbundener Sperrzähne in Eingriff nimmt, wodurch das erste Glied mit dem zweiten Glied zur gemeinsamen Drehung oder gegen Drehung in eine bestimmte Drehrichtung gekoppelt wird. Es kommt zum Ausrücken, wenn die Spannung und/oder der Strom zur Spulenanordnung unterbrochen wird, so dass der Druckstab (oder der Anker) entmagnetisiert und seine Anziehung zum Kern der Spulenanordnung außer Kraft gesetzt wird. Somit wird gestattet, dass das Vorspannglied den Druckstab zum Schwenken aus seiner Sperrstellung in seine freigegebene Stellung zurück zwingt, wodurch wiederum bewirkt wird, dass sich der Anker aus seiner betätigten Stellung in seine nicht betätigte Stellung bewegt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Kupplungsanordnung der Art zum Beispiel zur Verwendung in einem Automatikgetriebe (nicht gezeigt), das unter Verwendung eines Ein/Aus-Relais zur Betätigung eines Kupplungsmechanismus gesteuert wird, bereitgestellt. Die Kupplungsanordnung wird als eine steuerbare Überholkupplungsvorrichtung, gemeinhin als auswählbare Freilaufkupplungsanordnung (SOWC-Anordnung) bezeichnet, offenbart. Für den Zweck der vorliegenden Anmeldung sollte der Begriff "Kupplungsanordnung" so interpretiert werden, dass er Kupplungen und Bremsen beinhaltet, wobei eine Komponente mit einer Drehmomentabgabekomponente des Getriebes antriebsverbunden ist, während die andere Komponente mit einer anderen Drehmomentabgabekomponente antriebsverbunden ist oder nicht drehbar an einem Getriebegehäuse oder an einer stationären Komponente fixiert ist. Somit können die Begriffe "Kupplung" und "Bremse" gleichbedeutend verwendet werden.
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Auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in denen in sämtlichen der mehreren Ansichten gleiche Bezugszahlen einander entsprechende Komponenten, Anordnungen und Module zeigen, wird eine auswählbare Freilaufkupplungsanordnung (SOWC-Anordnung) 10 allgemein gezeigt und enthält in der Darstellung ein Kupplungsmodul 20 und ein elektromagnetisches Aktormodul 18. Das Kupplungsmodul 20 enthält ein erstes Kupplungsglied oder einen Außenring 22 und ein zweites Kupplungsglied oder einen Innenring 34. Der Außenring 22 enthält ein äußeres Randsegment 24 mit mehreren sich radial erstreckenden äußeren Nasen, die zum Zusammenfügen mit einer ersten Komponente konfiguriert sind. Die erste Komponente kann eine stationäre Komponente (das heißt ein Getriebegehäuse) oder eine Drehkomponente (das heißt eine Welle) sein. Das äußere Randsegment 24 enthält ferner mindestens einen sich radial erstreckenden Vorsprung 28, der dazu konfiguriert ist, eine Aktortasche 30 und eine Druckstabtasche 32 zu definieren, wie am besten in den 2 und 3 gezeigt. Der Innenring 24 enthält ein äußeres Randsegment 36 mit mehreren rampenförmigen Auskragungen, die als Ratschenzähne 42 bezeichnet werden. Eine Innendurchmesserfläche 38 des Innenrings 34 enthält mehrere innere Nasen 40, die zum Zusammenfügen mit einer zweiten Komponente (das heißt einer Drehkomponente) konfiguriert sind. Zum Beispiel verbinden die innere Nasen 40 den Innenring 34 zur gemeinsamen Drehung mit einer Welle oder Kupplungsplatten.
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In erster Linie auf die 2 und 3 Bezug nehmend, wird ein elektromagnetisches Aktormodul 18 gezeigt, das in der Darstellung eine Spulenmodulanordnung 50, die in der Aktortasche 30 des Vorsprungs 28 am Außenring 22 angeordnet ist, und eine aktive Druckstabanordnung 44, die in der Druckstabtasche 32 des Vorsprungs 28 am Außenring 22 angeordnet ist, enthält. Die Druckstabanordnung 44 enthält einen Druckstab 46, einen Anker 48 und eine Druckstabvorspannfeder 64. Der Anker 48 ist zwischen einer ersten oder nicht betätigten Stellung (3) und einer zweiten oder betätigten Stellung (2) schwenkbeweglich. Der Anker 48 ist mit dem Druckstab 46 mechanisch verbunden, so dass eine Bewegung des Ankers 48 zwischen seiner nicht betätigten oder betätigten Stellung zu einer gleichzeitigen Bewegung des Druckstabs 46 zwischen einer ersten oder ausgerückten Stellung (3) und einer zweiten oder eingerückten Stellung (2) führt. Die Druckstabvorspannfeder 64 wirkt dahingehend, in Normalstellung in ihre ausgerückte Stellung vorzuspannen. In der eingerückten Stellung nimmt der Druckstab 46 einen der Ratschenzähne 42 am Innenring 34 sperrend in Eingriff, um eine relative Drehung des Innenrings 34 bezüglich des Außenrings 22 in einer ersten Richtung (das heißt im Uhrzeigersinn) zu verhindern und so einen gesperrten Zustand für die Kupplungsanordnung 10 zu definieren. Der Druckstab 46 gestattet jedoch immer noch eine relative Drehung (das heißt ein Freilaufen) in einer zweiten Richtung (das heißt im Gegenuhrzeigersinn), während er über die Ratschenzähne 42 ratscht, um einen Freilauf- oder entsperrten Zustand für die Kupplungsanordnung 10 zu definieren.
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Wie am besten in den 2 und 3 gezeigt, enthält die Spulenmodulanordnung 50 ein Gehäuse 52 mit einem Aktorgehäuseteil 54, der in einer Aktortasche 30 angeordnet ist, wenn die Spulenmodulanordnung 50 am Außenring 22 befestigt ist. Die Spulenmodulanordnung 50 enthält die Spuleneinheit 56, die in dem Aktorgehäuseteil 54 angeordnet ist und von diesem umgeben (das heißt verkapselt) wird. Bei einer bevorzugten Anordnung ist der Aktorgehäuseteil 54 von der Spuleneinheit 56 überspritzt. Es können jedoch auch andere Verfahren zum Integrieren der Spuleneinheit 56 im Aktorgehäuseteil 54 verwendet werden, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Wenn der Aktorgehäuseteil 54 in der sich radial erstreckenden Aktortasche 30 angeordnet ist, ist die Spuleneinheit 56 radial von dem Anker 48 der aktiven Druckstabanordnung 44 beabstandet. Die Spuleneinheit 56 enthält ein Polstück oder einen Kern 58, das bzw. der aus einem magnetisch permeablen Material hergestellt ist, einen um den Kern 58 angeordneten nicht magnetischen Spulenkörper 60 und eine Spule oder ein Solenoid 62, die bzw. das um den Spulenkörper 60 gewickelt ist. Der Anker 48 ist zwischen dem Druckstab 46 und der Spule 62 zum Schwenken zum Kern 58 und somit Bereitstellen der Schwenkbewegung des Druckstabs 46 als Reaktion auf eine Erregung der Spule 62 angeordnet.
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Insbesondere wird, wenn eine Spannung und/oder ein Strom an die Spule 62 angelegt wird, die Spule 62 zu einem Elektromagneten, der ein elektrisches Feld (oder einen Fluss) erzeugt. Der Fluss fließt in allen Richtungen nach außen und wird durch den kleinen Luftspalt zwischen dem Anker 48 und dem Kern 58 in der Mitte der Spuleneinheit 56 übertragen. Der Kern 58 wird magnetischer, wodurch der Anker 48 zum Kern 58 angezogen wird. Die sich ergebende Bewegung drückt den aktiven Druckstab 46 dahingehend, dass er aufgrund des Gestänges zwischen dem aktiven Druckstab 46 und dem Anker 48 mechanisch ausgebracht wird. Beim Ausbringen bewegt sich der aktive Druckstab 46 aus seiner ausgerückten Stellung in seine eingerückte Stellung, in der er gegen einen äußerer Ratschenzähne 42 des Innenrings 34 positioniert wird, wodurch der Innenring 34 gegen eine Drehung relativ zum Außenring 22 effektiv gesperrt wird. Es kommt zum Ausrücken, wenn Spannung und/oder Strom zur Spuleneinheit 56 unterbrochen wird, wobei der Anker 48 entmagnetisiert wird und frei von Anziehungskraft der Spuleneinheit 46 ist. Die Vorspannfeder 64 ist zwischen dem aktiven Druckstab 46 und dem Außenring 22 positioniert, um zu bewirken, dass sich der aktive Druckstab 46 während des Ausrückens in seine ausgerückte Stellung zurück bewegt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Anordnung des Ankers 48, des aktiven Druckstabs 46 und der Spuleneinheit 56 dahingehend wirken kann, in Abhängigkeit von der Bauweise und/oder den Anforderungen der Kupplungsanordnung 10 eine Sperrkraft in einer radialen Richtung (wie in den 2 und 3 gezeigt) oder in einer axialen Richtung anzulegen. Radial gestapelte Kupplungsanordnungsausführungen bieten in Situationen, in denen der axiale Raum eng ist, zum Beispiel in Automatikgetrieben, Packaging-Vorteile gegenüber ihren axialen Gegenstücken. Ferner übertragen radial betätigte Kupplungen Antriebsmoment direkt nach außen zur Verankerung gegen das Getriebegehäuse, ohne dass man befürchten muss, dass Kräfte axial gerichtet werden, was Probleme bei der Bemessung anderer Systemkomponenten zum Ausgleich für Axialkraft schaffen könnte.
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Wie am besten in den 4–6 gezeigt, enthält das Gehäuse 52 der Spulenmodulanordnung 50 auch einen PCB-Gehäuseteil 66, der bezüglich des Aktorgehäuseteils 54 in beabstandeter, aber verbundener Beziehung angeordnet ist. Die Spulenmodulanordnung 50 enthält auch eine integrierte Leiterplatte (PCB) 68, die im PCB-Gehäuseteil 66 angeordnet und mit der Spuleneinheit 56 elektrisch verbunden ist. Die Leiterplatte (PCB) 68 steuert selektiv die Erregung der Spuleneinheit 56 und speziell die Spule oder das Solenoid 62. Wie am besten in den 5–7 gezeigt enthält die Spulenmodulanordnung 50 in dieser Hinsicht mindestens einen Leistungskontakt 70, wie zum Beispiel einen Draht, einen Pin-Anschluss oder dergleichen, der sich zwischen der Leiterplatte 68 und der Spuleneinheit 56 erstreckt. Der mindestens einen Leistungskontakt 70 ist in elektrischem Kontakt mit der Spule 62 angeordnet, um der Spule 62 Leistung zuzuführen und um die elektrische Verbindung zwischen der PCB 68 und der Spuleneinheit 56 herzustellen. Bei einer bevorzugten Anordnung wird eine widerstandsgeschweißte Verbindung zum Verbinden des mindestens einen Leistungskontakts 70 und der Spule 62 verwendet, es könnten als Alternative jedoch auch andere Verbindungen verwendet werden, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die selektive Erregung der Spule 62 mittels der integrierten Leiterplatte 68 bewirkt eine Schwenkbewegung der aktiven Kupplung 46 aus ihrer ausgerückten in ihre eingerückte Stellung zum Einrücken eines der mehreren äußerer Ratschenzähne 42 während der Drehung des Innenrings 34.
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9 stellt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung 72 dar, die mit der Leiterplatte 68 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung verwendet werden könnte. Unter Bezugnahme auf 9 besteht die über die austretenden Anschlüsse an die Spule 62 angelegte Spannung aus einer High Side HS und einer Low Side LS, die in einem nicht einschränkenden Beispiel über das TCM (transmission control module – Getriebesteuergerät) oder das PCM (powertrain control module – Antriebsstrangsteuergerät) zugeführt wird. Die High Side HS ist in der Regel eine mit anderen Lasten geteilte Energieversorgung, und die Low Side LS ist in der Regel ein diskreter Kanal, der die diskrete/individuelle Schaltung steuert. Die Low Side LS kann die Höhe des Stroms über die Spulen 62 steuern. Die Schaltung 72 enthält auch eine Leistungsmasse G. Ein High-Side-Failsafe-Schalter HSFSS ist in der Schaltung 72 der Leiterplatte 68 enthalten und somit in der Spulenmodulanordnung 50 integriert, um eine weitere Logikebene zur Steuerung der geteilten High-Side-HS-Versorgung hinzuzufügen. Der High-Side-Failsafe-Schalter HSFSS besteht aus einem High-Side-Schalter, einem Transistor und passiven Bauelementen, die in der Spulenmodulanordnung 50 jeweils elektrisch integriert sind. Somit sollte auf der Hand liegen, dass die Konfiguration der Spulenmodulanordnung 50, in der die PCB 68 integriert ist, die integrierten elektronischen Bauelemente (einschließlich des HSFSS) schützt und somit verbessertes Packaging und reduzierte Verdrahtung zur Kupplungsanordnung 10 bereitstellt. Darüber hinaus stellt die direkte Verbindung der Schaltung 72 (einschließlich des HSFSS) mit der Spuleneinheit 56, die jeweils in der Spulenmodulanordnung 50 integriert sind, eine einzige einteilige Einheit bereit, die die Stücklistenpositionen (BOM-Positionen, BOM – bill of material) für die Kupplungsanordnung 10 reduziert. Mit anderen Worten, die Spulenmodulanordnung 50 integriert vorteilhafterweise die PCB 68 und die Spuleneinheit 56 im Gehäuse 52, um Montagekomponenten zu reduzieren.
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Wie am besten in 5 dargestellt, enthält der PCB-Gehäuseteil 66 eine Verbindungsschnittstelle 74 zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Leiterplatte 68 und einem äußeren Steuermodul (nicht ausdrücklich dargestellt), wie zum Beispiel einem Getriebesteuergerät (TCM) oder einem Antriebsstrangsteuergerät (PCM) zum Gestatten der Übertragung von Daten und Leistung zur Leiterplatte 68. Die Verbindungsschnittstelle 74 erleichtert eine modulare Ausführung der Kupplungsanordnung 10, indem sie direkte Verbindung eines Kabelbaums mit der Spulenmodulanordnung 50 gestattet und somit die Anforderungen an äußere elektronische Elemente reduziert. Wie am besten in 1 dargestellt, enthält die Spulenmodulanordnung 50 eine Ummantelung 76, wie zum Beispiel eine Epoxid-Versiegelung oder dergleichen, die die Leiterplatte 68 im Gehäuse 52 verkapselt, um die Leiterplatte 68 und ihre zugehörige elektrische Verdrahtung vor einer Betriebsumgebung der Kupplungsanordnung 10 zu schützen. Zum Beispiel gestattet die Ummantelung 76 ein Eintauchen der Spulenmodulanordnung 50 und ihrer integrierten PCB 68 in Automatikgetriebeflüssigkeit (ATF – automatic transmission fluid).
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Während der Erregung der Spuleneinheit 56 kann die Spule 58 Temperaturen von bis zu 200°C erreichen, die die Integrität von PCBs, die in der Regel nur Temperaturen von ca. 140°C ausgesetzt werden können, beeinträchtigen. Somit erforderten vorherige Kupplungsanordnungen die Positionierung der Elektronik/PCB in einem von der Kupplungsanordnung getrennten Modul und weit entfernt von den durch die Spuleneinheit 46 erzeugten Erwärmungsauswirkungen. Bei der vorliegenden Ausführung enthält das Gehäuse 52 der Spulenmodulanordnung einen thermisch entkoppelten Gehäuseteil 78, der zwischen dem Aktorgehäuseteil 54 und dem PCB-Gehäuseteil 66 angeordnet ist, um die Erwärmungsauswirkungen der Spule 62 auf die PCB 68 thermisch zu entkoppeln oder zu mindern und die jeweilige Integration der PCB 68 und der Spule 62 in die Spulenmodulanordnung 50 zu gestatten. Wie am besten in den 4–8 dargestellt, definiert der thermisch entkoppelten Gehäuseteil 78 mindestens einen Kanal 80, der dort hindurch verläuft, um die PCB 68 während des Betriebs der Spuleneinheit 56 zu kühlen, indem er zum Beispiel gestattet, dass Automatikgetriebeflüssigkeit (ATF) durch den Kanal 80 fließt. Obgleich sich die Spuleneinheit 56 während des Betriebs auf bis zu 200°C erwärmen kann, erreicht die PCB 68 demgemäß nicht die gleichen Temperaturen, stattdessen begrenzt der durch den thermisch entkoppelten Gehäuseteil 78 verlaufende Kanal 80 die Wärmeübertragung von der Spule 62 auf die PCB 68 und entkoppelt diese Komponenten somit thermisch voneinander.
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Wie am besten in den 5 und 7–8 dargestellt, erstreckt sich der mindestens eine Leistungskontakt 70 durch den thermisch entkoppelten Gehäuseteil 78, um die elektrische Verbindung zwischen der PCB 68 und der Spuleneinheit 46 herzustellen. Demgemäß wird der mindestens eine Leistungskontakt 70 im Gehäuse 52 geschützt und gegen eine Umgebung der Kupplungsanordnung 10, wie zum Beispiel die Automatikgetriebeflüssigkeit (ATF), in der die Kupplungsanordnung 10 eingetaucht sein kann, isoliert.
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Wie am besten in den 1–3 dargestellt, enthält das Gehäuse 52 der Spulenmodulanordnung 50 auch ein Paar Montagelaschen 82, die sich jeweils vom PCB-Gehäuseteil 66 nach außen erstrecken, und ein Paar Gewindeeinsätze 84, die in jeweiligen Montagelaschen 82 fixiert sind die Montagelaschen 82 und die Gewindeeinsätze 84 gestatten die Verbindung der Spulenmodulanordnung 50 mit dem Außenring 22, um die Verbindung zwischen der Spulenmodulanordnung 50 und dem Kupplungsmodul 20 herzustellen. Wie am besten in 1 dargestellt, kann zum Beispiel eine Klammer 86 in umgreifender Beziehung mit dem Vorsprung 28 angeordnet sein, und ein Befestigungselement 88, wie zum Beispiel ein Bolzen, eine Schraube oder dergleichen, kann sich durch die Klammer 86 erstrecken und mit dem Gewindeeinsatz 84 zusammengefügt sein, um die Spulenmodulanordnung 50 am Kupplungsmodul 20 zu fixieren. Es können jedoch auch andere Weisen der Verbindung zwischen der Spulenmodulanordnung 50 und dem Kupplungsmodul 20 verwendet werden, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Ein Verfahren zur Herstellung der Spulenmodulanordnung 50 beginnt mit Platzieren der Spuleneinheit 56 in einem Formwerkzeug und dann Überspritzen der Spuleneinheit 56 zum Bilden des Aktorgehäuseteils 54, der die Spuleneinheit 56 umgibt, des thermisch entkoppelten Gehäuseteils 78 und des PCB-Gehäuseteils 66, der die Montagelaschen 82 enthält. Die PCB 68 wird dann mit mindestens einem Leistungskontakt 70 verlötet, der sich von der Spuleneinheit 56 durch den thermisch entkoppelten Gehäuseteil 78 erstreckt. Das Herstellungsverfahren schließt mit Bedecken der PCB 68 mit einer Ummantelung 76, wie zum Beispiel einem Epoxidharz, um die PCB 68 gegen eine Umgebung der Kupplungsanordnung 10 zu versiegeln.
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die Bereitstellung einer autonomen Spulenmodulanordnung 50 mit einem gemeinsamen Gehäuse 52, das dazu konfiguriert ist, die Spuleneinheit 56 zu verkapseln, eine Montagestelle für die PCB 68 mit direkter elektrischer Verbindung mit der Spuleneinheit 46 bereitzustellen und die PCB 68 gegen die Spuleneinheit 56 auf eine Weise thermisch zu isolieren, die einen Strömungsweg dazwischen bereitstellt, der zur Übertragung von Wärme von der Spuleneinheit 56 zur Umgebung verwendet wird. Nach der Montage der aktiven Druckstabanordnung 44 in das Kupplungsmodul 10 kann die Spulenmodulanordnung 50 zum Umschließen der Druckstabanordnung 44 und Fixieren des elektromagnetischen Aktormoduls 18 am Kupplungsmodul 20 montiert werden.
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Es versteht sich, dass die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsformen zu Zwecken der Veranschaulichung bereitgestellt worden ist, und die modulare Konfiguration der Spulenmodulanordnung und ihrer zugehörigen Komponenten in anderen Kupplungsanordnungskonfigurationen, zum Beispiel in axial einrückenden Kopplungsanordnungen, verwendet werden könnte. Mit anderen Worten, die vorliegende Offenbarung soll nicht erschöpfend sein oder die Offenbarung einschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind allgemein nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern sind austauschbar, wo dies angemessen ist, und können bei einer gewählten Ausführungsform verwendet werden, selbst wenn dies nicht speziell gezeigt oder beschrieben wird. Sie können auch verschiedenartig variiert werden. Derartige Variationen sind nicht als Abweichung von der Offenbarung anzusehen, und alle derartigen Modifikationen sollen in den Schutzumfang der Offenbarung fallen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kupplungsanordnung (SOWC-Anordnung)
- 18
- Aktormodul
- 20
- Kupplungsmodul
- 22
- Außenring (erstes Kupplungsglied)
- 24
- äußeres Randsegment
- 24
- Innenring
- 28
- Vorsprung
- 30
- Aktortasche
- 32
- Druckstabtasche
- 34
- Innenring (zweites Kupplungsglied)
- 36
- äußeres Randsegment 36
- 38
- Innendurchmesserfläche
- 40
- innere Nasen
- 42
- Ratschenzähne
- 44
- Druckstabanordnung
- 46
- Druckstab
- 46
- aktive Kupplung
- 48
- Anker
- 50
- Spulenmodulanordnung
- 52
- Gehäuse
- 54
- Aktorgehäuseteil
- 56
- Spuleneinheit
- 58
- Kern, Spule
- 60
- Spulenkörper
- 62
- Solenoid, Spule
- 64
- Druckstabvorspannfeder
- 66
- PCB-Gehäuseteil
- 68
- Leiterplatte (PCB)
- 70
- Leistungskontakt
- 72
- Schaltung
- 74
- Verbindungsschnittstelle
- 76
- Ummantelung
- 78
- Gehäuseteil
- 80
- Kanal
- 82
- Montagelaschen
- 84
- Gewindeeinsatz
- 86
- Klammer
- 88
- Befestigungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6290044 [0003]
- US 8079453 [0003]
- US 8491439 [0003]
- US 8196724 [0003]
- US 8276725 [0004]
- US 8418825 [0004]
- US 2013/0319810 [0004]
