DE102018102883B4

DE102018102883B4 - Klauenkupplung für ein Fahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE102018102883B4
Application number: DE102018102883.0A
Authority: DE
Inventors: Joseph R. Littlefield; Jonathan Boyd
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2018-02-08
Publication date: 2023-12-07
Anticipated expiration: 2038-02-09
Also published as: CN108457997A; US20180231063A1; US10247252B2; CN108457997B; DE102018102883A1

Abstract

Klauenkupplung (100, 300, 400) für ein Fahrzeuggetriebe, die Klauenkupplung (100, 300, 400) umfassend:ein Antriebselement (102) dafür konfiguriert, sich um eine Achse zu drehen und einen Hohlraum einschließt, der sich radial von der Achse erstreckt;ein Antriebszahn (104), der verschiebbar innerhalb des sich radial erstreckenden Hohlraums beweglich ist;ein angetriebenes Element (114), das das Antriebselement (102) koaxial umgibt und einen sich radial nach innen erstreckenden angetriebenen Zahn (116) enthält;ein Stellglied (118), das koaxial innerhalb des Antriebselements (102) positioniert ist und entlang der Achse beweglich ist, um den Antriebszahn (104) selektiv mit dem angetriebenen Zahn (116) in Eingriff zu bringen, wobei das Stellglied (118) eine Stellgliedwelle (122) umfasst, die entlang der Achse beweglich ist und ein verpresstes Ende (124) enthält; undein Vorspannelement (106), das den Antriebszahn (104) radial nach innen in Kontakt mit dem Stellglied (118) vorspannt;dadurch gekennzeichnet , dassdas Stellglied (118) ferner umfasst:einen Federhalter (108) an der Stellgliedwelle (122);ein Kugelstellglied (120), das verschiebbar und koaxial auf der Stellgliedwelle (122) neben dem verpressten Ende (124) montiert ist; undeine Vorspannfeder (126), die koaxial auf der Stellgliedwelle (122) montiert ist und zwischen dem Kugelstellglied (120) und dem Federhalter (108) positioniert ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Klauenkupplung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für ein Fahrzeuggetriebe, wie sie der Art nach im Wesentlichen aus der DE 199 38 934 A1 bekannt ist.
Weitergehender Stand der Technik ergibt sich ferner aus den Druckschriften FR 2 865 784 A1 , GB 1 509 880 A und EP 0 462 904 A2 .
EINLEITUNG
Kupplungen werden häufig in Kraftfahrzeuggetrieben gefunden. Reibungskupplungen sind am häufigsten, leiden jedoch unter einer Anzahl an Nachteilen. Reibungskupplungen leiden unter Eigendrehmomentverlusten und Pumpverlusten. Reibungskupplungen erfordern typischerweise ein Hochdruckhydrauliksystem, um den Betrieb der Kupplung zu steuern. Die von der/den Pumpe(n) verbrauchte Energie, die die Quelle für Hochdruckhydraulikfluid darstellt, kann die Effizienz eines Fahrzeugs mit einem Getriebe, das Reibungskupplungen enthält, nachteilig beeinflussen und somit seine Kraftstoffeinsparung verringern.
Im Gegensatz dazu stellt eine Klauenkupplung eine selektiv betätigbare feste Verbindung bereit, die nicht auf Reibung beruht. Vielmehr beruht eine Klauenkupplung auf einer Interferenz zwischen Komponenten der Kupplung. Klauenkupplungen leiden auch nicht unter Schlupf. Ferner benötigt eine Klauenkupplung kein hydraulisches Hochdrucksystem für das Betätigen. Somit können Klauenkupplungen mehrere Vorteile gegenüber einer Reibungskupplung bereitstellen.
Ein weiterer Nachteil bei einer Klauenkupplung ist, dass sie schwierig zu trennen oder auszurücken sind, insbesondere wenn sie unter Belastung stehen. Die Zentrifugalkraft, die auf die Zähne wirkt, widersteht jeder radial nach innen gerichteten Bewegung der Zähne, wodurch das Ausrücken manchmal unzuverlässig wird.
Darüber hinaus bewirkt die Zentrifugalkraft, die auf die Zähne in einer radial angewandten Klauenkupplung ausgeübt wird, selbst wenn sie außer Eingriff ist, dass sie sich radial nach außen bewegen. Dies führt zu einem unerwünschten Kontakt zwischen diesen Zähnen und den äußeren angetriebenen Zähnen, was eine wesentliche Geräuschquelle (Durchrastgeräusch) und eine Ursache für Eigendrehmomentverluste sein kann, die den Gesamtwirkungsgrad des Systems und den resultierenden Verlust an Kraftstoffeinsparung nachteilig beeinflussen.
KURZDARSTELLUNG
Erfindungsgemäß wird eine Klauenkupplung für ein Fahrzeuggetriebe vorgestellt, die sich durch die Merkmale des Anspruchs 1 auszeichnet.
In einem weiteren exemplarischen Aspekt beinhaltet das Antriebselement ferner eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Hohlräumen und das angetriebene Element umfasst eine Vielzahl von sich radial nach innen erstreckenden angetriebenen Zähnen, wobei die Kupplung ferner eine Vielzahl von Antriebszähnen umfasst, die jeweils innerhalb einer entsprechenden der Vielzahl von sich radial erstreckenden Hohlräumen beweglich sind, wobei das Stellglied entlang der Achse beweglich ist, um selektiv die Antriebszähne mit den angetriebenen Zähnen in Eingriff zu bringen, und eine Vielzahl von Vorspannelementen, die jeweils einen Antriebszahn radial nach innen in Kontakt mit dem Stellglied vorspannen.
In einem anderen exemplarischen Aspekt beinhaltet das Vorspannelement eine spiralförmige Schraubenfeder, die den Antriebszahn umgibt.
In einem weiteren exemplarischen Aspekt beinhaltet das Antriebselement ferner eine Nut in dem sich radial erstreckenden Hohlraum.
In einem weiteren exemplarischen Aspekt beinhaltet die Klauenkupplung ferner einen in der Nut positionierten Federhalter der an einem radialen distalen Ende der spiralförmigen Schraubenfeder anliegt.
In einem anderen exemplarischen Aspekt beinhaltet der Antriebszahn eine Auflagestelle, die an einem radialen proximalen Ende der spiralförmigen Schraubenfeder anliegt.
In einem anderen exemplarischen Aspekt ist das Vorspannelement eine Blattfeder.
In einem anderen exemplarischen Aspekt ist die Blattfeder an einer äußeren Umfangsfläche des Antriebselements positioniert.
In einem anderen exemplarischen Aspekt beinhaltet der Antriebszahn eine Rollkugel in Kontakt mit dem Stellglied.
Auf diese Weise stellt die vorliegende Erfindung alle Vorteile einer Klauenkupplung gegenüber einer Reibungskupplung bereit (wodurch Reibungsverluste und Pumpverluste vermieden werden), während eine leichtere, konsistentere, kontrollierbarere und zuverlässigere Ausrückung ermöglicht wird und Durchrastgeräusche und Eigendrehmomentverluste minimiert oder verhindert werden, wodurch der Wirkungsgrad, die Kraftstoffeinsparung deutlich verbessert und die Geräuschentwicklung reduziert werden.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung. Es ist zu beachten, dass die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen.
Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung einschließlich der Ansprüche und der Ausführungsformen leicht ersichtlich, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen genommen werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird verständlicher unter Zuhilfenahme der ausführlichen Beschreibung und der zugehörigen Zeichnungen, wobei:

1 eine Querschnittsansicht in einer axialen Richtung einer exemplarischen Klauenkupplung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2A eine Querschnittsansicht in einer radialen Richtung eines Abschnitts der Klauenkupplung von 1 in einer ausgerückten Konfiguration ist;
2B eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der Klauenkupplung von 1 in einer eingerückten Konfiguration ist;
3 eine Querschnittsansicht eines Teils einer exemplarischen Klauenkupplung mit einem Zahn einschließlich einer Rollkugel gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
4 eine Querschnittsansicht eines Teils einer exemplarischen Klauenkupplung mit einer blattartigen Vorspannfeder ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 ist eine Querschnittsansicht in einer axialen Richtung einer exemplarischen Klauenkupplung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Klauenkupplung 100 beinhaltet ein Antriebselement 102, das radial bewegliche Zähne 104 trägt. Jeder Zahn 104 ist durch ein Vorspannelement 106 radial nach innen vorgespannt. In der durch 1 veranschaulichten besonderen Ausführungsform sind die Vorspannelemente 106 spiralförmig gewickelte Federn, die zwischen dem Federhalter 108 erfasst werden, die jeweils in einer Nut 110 in dem Antriebselement 102 angeordnet sind, das jeden entsprechenden Zahn 104 umfänglich umgibt, und einer Auflagestelle 112 an jedem Zahn. Die Klauenkupplung 100 beinhaltet ferner ein angetriebenes Element 114 mit einer Vielzahl von radial nach innen weisenden angetriebenen Zähnen 116 und einem selektiv betätigbaren Stellglied 118.
Bezugnehmend auf die 1 bis 2B werden der Betrieb der Klauenkupplung 100 und zusätzliche Details bezüglich des Stellglieds 118 erläutert. Das Stellglied 118 beinhaltet ein Kugelstellglied 120, das konzentrisch auf einer Stellgliedwelle 122 montiert ist. Ein Ende der Stellgliedwelle 122 weist ein Gesenk 124 auf, das verhindert, dass sich das Kugelstellglied 120 von dem Ende der Stellgliedwelle 122 wegbewegt. Eine Vorspannfeder 126 ist koaxial an der Stellgliedwelle 122 angebracht und ist zwischen dem Kugelstellglied 120 und einer Halterung 128 erfasst.
2A veranschaulicht eine ausgerückte Konfiguration wobei die Stellgliedwelle 122 so positioniert ist, dass die Zähne 104 in Kontakt mit einer Ausrückauflagestelle 130 an dem Kugelstellglied 120 vorgespannt sind. In dieser Konfiguration greifen die Zähne 104 nicht in die angetriebenen Zähne 116 des angetriebenen Elements 114 ein. Somit kann sich das Antriebselement 102 frei drehen, ohne in das angetriebene Element 114 einzugreifen.
Um von der ausgerückten Konfiguration von 2A zu einer eingerückten Konfiguration von 2B überzugehen, bewegt sich die Stellgliedwelle 122 axial relativ zu den 2A und 2B nach rechts, was die Halterung 128 nach rechts bewegt und die Vorspannfeder 126 zusammendrückt, was bewirkt, dass sich das Kugelstellglied 120 nach rechts bewegt. Wenn sich das Kugelstellglied 120 nach rechts bewegt, gleiten die Zähne 104 entlang der Nockenfläche des Kugelstellglieds 120 von der Ausrückauflagestelle 130 zu der Einrückauflagestelle 132. Dies bewirkt, dass sich die Zähne 104 gegen die Vorspannkraft der Vorspannelemente 106 und in Eingriff mit den angetriebenen Zähnen 116 des angetriebenen Elements 114 radial nach außen bewegen. Auf diese Weise wird bewirkt, dass sich das angetriebene Element 114 mit der Drehbewegung des Antriebselements 102 dreht.
Um von der eingerückten Konfiguration von 2B zu der ausgerückten Konfiguration von 2A überzugehen, bewegt sich die Stellgliedwelle 122 axial nach links (in den 2A und 2B). Das Gesenk 124 zieht das Kugelstellglied 120 nach links, was ermöglicht, dass die Zähne 104 entlang der Nockenfläche des Kugelstellglieds von der Einrückauflagestelle 132 zu der Ausrückauflagestelle 130 gleiten, was es den Vorspannelementen 106 ermöglicht, die Zähne 104 sicher in einrückenden Kontakt mit den angetriebenen Zähnen 116 zu zwingen. Die Vorspannelemente 106 bieten einen signifikanten Vorteil gegenüber herkömmlichen radial angewandten Klauenkupplungskonstruktionen, da die Vorspannelemente 106 die Zentrifugalkraft überwinden, die die Zähne 104 radial nach außen zieht und dadurch eine positive Kontrolle über das Ausrücken der Zähne 104 von den angetriebenen Zähnen 116 ermöglicht.
Die Einrückauflagestelle 132 beinhaltet optional und vorzugsweise eine leichte Neigung, die eine Sicherungsfunktion bereitstellt, die es dem Kugelaktuator 120 ermöglicht, auf der Betätigungswelle 122 nach links gegen die Vorspannfeder 126 zu gleiten, um die Zähne 104 von einem Kontakt mit der Einrückauflagestelle 132 zu der Ausrückauflagestelle 130 zu bewegen, wenn die Klauenkupplung 100 überlastet ist. In Abwesenheit eines Überlastzustands spannt die Vorspannfeder 126 das Kugelstellglied 120 gegen das Gesenk 124 vor, was dazu dient, zu verhindern, dass die Zähne 104 von der Einrückauflagestelle 132 zu der Ausrückauflagestelle 130 nach unten rutschen (sich nach unten bewegen).
3 eine Querschnittsansicht einer anderen exemplarischen Klauenkupplung 300 mit einem Zahn 302, der eine Rollkugel 304 beinhaltet. Die Rollkugel 304 ist in einem Ende des Zahns 302 erfasst, sodass die Rollkugel 304 das Kugelstellglied 306 berührt. Im Gegensatz zu der zuvor mit Bezug auf die 1 bis 2B beschriebene Klauenkupplung 100 reduziert die Rollkugel 304 die Reibung zwischen dem Zahn 302 und dem Kugelstellglied 306.
4 ist eine Querschnittsansicht eines Teils einer anderen exemplarischen Klauenkupplung 400 mit einer blattartigen Vorspannfeder 402. Die blattartige Vorspannfeder 402 ist an einer radialen Außenfläche des Antriebselements 404 angeordnet und beinhaltet radial nach innen geneigte Zahnaufnahmeverlängerungen 406, die an den Auflagestellenflächen 408 an den Klauenzähnen 410 anliegen. Die blattartige Vorspannfeder 402 dient der gleichen Funktion wie die spiralförmig gewickelten Vorspannfedern, die oben in Bezug auf die 1 bis 3 dargestellt und beschrieben wurden. Im Allgemeinen bildet jedes Vorspannelement, welches dazu dient, die Zähne der Klauenkupplung radial nach innen vorzuspannen, um der Zentrifugalkraft entgegenzuwirken, die versucht, die Zähne radial nach außen zu ziehen und dadurch eine zuverlässige und konsistente Struktur zu schaffen, um ein Ausrücken sicherzustellen, wenn dies erwünscht ist, die vorliegende Erfindung.

Claims

Klauenkupplung (100, 300, 400) für ein Fahrzeuggetriebe, die Klauenkupplung (100, 300, 400) umfassend: ein Antriebselement (102) dafür konfiguriert, sich um eine Achse zu drehen und einen Hohlraum einschließt, der sich radial von der Achse erstreckt; ein Antriebszahn (104), der verschiebbar innerhalb des sich radial erstreckenden Hohlraums beweglich ist; ein angetriebenes Element (114), das das Antriebselement (102) koaxial umgibt und einen sich radial nach innen erstreckenden angetriebenen Zahn (116) enthält; ein Stellglied (118), das koaxial innerhalb des Antriebselements (102) positioniert ist und entlang der Achse beweglich ist, um den Antriebszahn (104) selektiv mit dem angetriebenen Zahn (116) in Eingriff zu bringen, wobei das Stellglied (118) eine Stellgliedwelle (122) umfasst, die entlang der Achse beweglich ist und ein verpresstes Ende (124) enthält; und ein Vorspannelement (106), das den Antriebszahn (104) radial nach innen in Kontakt mit dem Stellglied (118) vorspannt; dadurch gekennzeichnet , dass das Stellglied (118) ferner umfasst: einen Federhalter (108) an der Stellgliedwelle (122); ein Kugelstellglied (120), das verschiebbar und koaxial auf der Stellgliedwelle (122) neben dem verpressten Ende (124) montiert ist; und eine Vorspannfeder (126), die koaxial auf der Stellgliedwelle (122) montiert ist und zwischen dem Kugelstellglied (120) und dem Federhalter (108) positioniert ist.
Klauenkupplung (100, 300, 400) nach Anspruch 1, wobei das Antriebselement (102) ferner eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Hohlräumen umfasst und das angetriebene Element (114) eine Vielzahl von sich radial nach innen erstreckenden angetriebenen Zähnen (116) aufweist, wobei die Klauenkupplung (100, 300, 400) ferner umfasst: eine Vielzahl von Antriebszähnen (104), die jeweils verschiebbar in einem entsprechenden der Vielzahl sich radial erstreckenden Hohlräumen beweglich sind, wobei das Stellglied (118) entlang der Achse beweglich ist, um die Antriebszähne selektiv mit den angetriebenen Zähnen (116) in Eingriff zu bringen; und eine Vielzahl von Vorspannelementen (106), die jeweils einen Antriebszahn (104) radial nach innen in Kontakt mit dem Stellglied (118) vorspannen.
Klauenkupplung (100, 300) nach Anspruch 1, wobei das Vorspannelement (106) eine spiralförmige Schraubenfeder umfasst, die den Antriebszahn (104) umgibt.
Klauenkupplung (100, 300, 400) nach Anspruch 3, wobei das Antriebselement (102) ferner eine Nut (110) innerhalb des sich radial erstreckenden Hohlraums aufweist.
Klauenkupplung (100, 300, 400) nach Anspruch 4, ferner umfassend einen in der Nut (110) positionierten Federhalter (108) der an einem radialen distalen Ende der spiralförmigen Schraubenfeder (106) anliegt.
Klauenkupplung (100, 300, 400) nach Anspruch 4, wobei der Antriebszahn (104) eine Auflagestelle (112) beinhaltet, die an einem radialen proximalen Ende der spiralförmigen Schraubenfeder (106) anliegt.
Klauenkupplung (400) nach Anspruch 1, wobei das Vorspannelement eine Blattfeder (402) umfasst.
Klauenkupplung (400) nach Anspruch 7, wobei die Blattfeder (402) an einer äußeren Umfangsfläche des Antriebselements (404) positioniert ist.
Klauenkupplung (300) nach Anspruch 1, wobei der Antriebszahn (302) eine Rollkugel (304) in Kontakt mit dem Stellglied (118) umfasst.