DE102018102886A1

DE102018102886A1 - Synchronisiereinrichtung für radial angewandte klauenkupplung für ein fahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE102018102886A1
Application number: DE102018102886.5A
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: 2018-08-16
Also published as: CN108443347A; US10190643B2; CN108443347B; US20180231068A1

Abstract

Eine radial angewandte Klauenkupplung für ein Fahrzeuggetriebe. Die Kupplung beinhaltet ein Antriebselement, das zum Drehen um eine Achse konfiguriert ist und einen radial von der Achse verlaufenden Hohlraum, einen in dem sich radial erstreckenden Hohlraum verschiebbaren Antriebszahn, ein das Antriebselement koaxial umgebenes angetriebenes Element sowie einen sich radial nach innen erstreckenden angetriebenen Zahn sowie eine Synchronisiereinrichtung, die koaxial zwischen dem Antriebselement und dem angetriebenen Element angeordnet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Synchronisiereinrichtung für eine radial angewandte Klauenkupplung für ein Fahrzeuggetriebe.
EINLEITUNG
Diese Einleitung stellt im Allgemeinen den Kontext der Offenbarung dar. Die Arbeit der gegenwärtig genannten Erfinder in dem in diesem Hintergrundabschnitt beschriebenen Umfang sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Anmeldung ansonsten nicht als Stand der Technik gelten, werden gegenüber der vorliegenden Offenbarung ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik zugelassen.
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.
Zusätzlich zu den möglichen Durchrastgeräuschen und Eigendrehmomentverlusten können herkömmliche, radial angewandte Klauenkupplungen unter einem Stoß leiden, wenn die Zähne des Antriebselements in die Zähne eines angetriebenen Elements eingreifen. Dieser Stoß ist unerwünscht, da er das Fahrverhalten und die Härte beeinträchtigt, wenn ein Insasse oder ein Fahrer diesen Stoß wahrnimmt oder fühlt.
KURZDARSTELLUNG
In einem exemplarischen Aspekt beinhaltet eine radial angewandte Klauenkupplung für ein Fahrzeuggetriebe ein Antriebselement, das zum Drehen um eine Achse konfiguriert ist und einen radial von der Achse verlaufenden Hohlraum, einen in dem sich radial erstreckenden Hohlraum verschiebbaren Antriebszahn, ein das Antriebselement koaxial umgebenes angetriebenes Element sowie einen sich radial nach innen erstreckenden angetriebenen Zahn sowie eine Synchronisiereinrichtung, die koaxial zwischen dem Antriebselement und dem angetriebenen Element angeordnet ist.
In einem anderen exemplarischen Aspekt beinhaltet die Synchronisiereinrichtung eine im Wesentlichen zylindrische Wand mit einem Fenster.
In einem anderen exemplarischen Aspekt ist das Fenster angepasst, um den Antriebszahn aufzunehmen.
In einem weiteren exemplarischen Aspekt umfasst das Antriebselement ferner eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Hohlräumen, das angetriebene Element beinhaltet eine Vielzahl von sich radial nach innen erstreckenden angetriebenen Zähnen, wobei die Synchronisiereinrichtung ferner eine Vielzahl von Fenstern in der zylindrischen Wand enthält und wobei die Kupplung ferner eine Vielzahl von Antriebszähnen beinhaltet, die jeweils verschiebbar in einem entsprechenden der Vielzahl sich radial erstreckender Hohlräume beweglich ist.
In einem anderen exemplarischen Aspekt beinhaltet die Synchronisiereinrichtung einen sich radial erstreckenden Flansch und das angetriebene Element beinhaltet einen sich radial erstreckenden Flansch mit einer Fläche, die einer Fläche des Synchronisiereinrichtungsflansches gegenüberliegt.
In einem weiteren exemplarischen Aspekt beinhaltet die Kupplung ferner ein Reibungsmaterial an dem Synchronisiereinrichtungsflansch oder dem Flansch des angetriebenen Elements.
In einem weiteren exemplarischen Aspekt beinhaltet die Kupplung ferner ein Vorspannelement, das den Synchronisiereinrichtungsflansch in Kontakt mit dem Flansch des angetriebenen Elements vorspannt.
In einem weiteren exemplarischen Aspekt umfasst die Kupplung ferner eine Halterung an dem angetriebenen Element, wobei das Vorspannelement zwischen der Halterung und dem Synchronisiereinrichtungsflansch erfasst ist.
In einem weiteren exemplarischen Aspekt beinhaltet die Kupplung ferner ein Stellglied, das koaxial innerhalb des Antriebselements positioniert ist und entlang der Achse beweglich ist, um den Antriebszahn selektiv sequenziell mit der Synchronisiereinrichtung und dem angetriebenen Zahn in Eingriff zu bringen.
In einem weiteren exemplarischen Aspekt enthält das Stellglied eine entlang der Achse bewegliche Stellgliedwelle einschließlich eines verpressten Endes, einen Federhalter auf der Stellgliedwelle, einen verschiebbaren und koaxial auf der Stellgliedwelle neben dem verpressten Ende montierten Kugelstellantrieb und eine koaxial auf der Stellgliedwelle montierte Vorspannfeder, die zwischen dem Kugelstellantrieb und dem Federhalter positioniert ist.
Auf diese Weise eliminiert oder reduziert die Synchronisiereinrichtung für eine radial angewandte Klauenkupplung im Wesentlichen das Potenzial für einen Einrückstoß zwischen den Zähnen eines Antriebselements und entsprechenden Zähnen eines angetriebenen Elements. Dies verbessert das Fahrverhalten und kann im Wesentlichen verhindern, dass ein solcher Stoß von einem Insassen des Fahrzeugs wahrgenommen wird.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung 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 und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der Offenbarung zu begrenzen.
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.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird verständlicher unter Zuhilfenahme der ausführlichen Beschreibung und der zugehörigen Zeichnungen, worin gilt:

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 Konfiguration mit eingerückter Synchronisiereinrichtung ist;
2C eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der Klauenkupplung von 1 in einer vollständig eingerückten Konfiguration ist; und
3 ist eine isometrische perspektivische Ansicht einer Synchronisiereinrichtung für die exemplarische Klauenkupplung von 1.

GENAUE 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 3 werden der Betrieb der Klauenkupplung 100 und zusätzliche Details bezüglich der Synchronisiereinrichtung 200 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.
Die Synchronisiereinrichtung 200 weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf und umgibt das Antriebselement 102 koaxial. Die Synchronisiereinrichtung 200 beinhaltet einen radial vorragenden Flansch 202, der ein Reibungsmaterial 204 enthält, das auf eine Fläche des Flansches 202 aufgebracht ist, die einer entsprechenden gegenüberliegenden Fläche 206 auf dem angetriebenen Element 114 gegenüberliegt. Eine Vorspannfeder 208 ist zwischen dem Synchronisiereinrichtungsflansch 202 und einer Halterung 210 an dem angetriebenen Element 114 positioniert. Die Vorspannfeder 208 spannt den Flansch 202 zu dem angetriebenen Element 114 vor, sodass das Reibungsmaterial 204 einer relativen Drehung zwischen dem Flansch 202 und dem angetriebenen Element 114 widersteht.
Unter kurzzeitiger Bezugnahme auf 3 eine isometrische perspektivische Ansicht der Synchronisiereinrichtung 200 dargestellt. Wie es hier klar veranschaulicht ist, beinhaltet die Synchronisiereinrichtung 200 ein Fenster 212 oder Fenster, die sich durch die zylindrische Wand 214 der Synchronisiereinrichtung 200 erstrecken.
2A veranschaulicht eine ausgerückte Konfiguration worin 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 und erstrecken sich nicht in ein Fenster 212 der Synchronisiereinrichtung 200 oder greifen nicht in dieses ein. Somit kann sich das Antriebselement 102 frei drehen, ohne in das angetriebene Element 114 oder die Synchronisiereinrichtung 200 einzugreifen.
Um von der vollständig ausgerückten Konfiguration von 2A zu der vollständig eingerückten Konfiguration von 2C überzugehen, bewegt sich die Stellgliedwelle 122 axial relativ zu den 2A - 2C nach rechts, 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 radial nach außen bewegen und sich in ein Fenster 212 der Synchronisiereinrichtung 200 erstrecken, wie dies in 2B dargestellt ist. Der Eingriff zwischen den Zähnen 104 und dem Fenster 212 bewirkt, dass sich die Synchronisiereinrichtung 200 sofort mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Antriebselement 102 dreht. Die Synchronisiereinrichtung 200 kann sich frei drehen und bietet daher sehr wenig Widerstand gegenüber einer Änderung der Drehzahl. Das angetriebene Element 114 dreht jedoch noch nicht mit der gleichen Drehzahl. Daher gibt es einen Unterschied in der Drehgeschwindigkeit zwischen der Synchronisiereinrichtung 200 und dem angetriebenen Element 114. Die Vorspannfeder 204 übt eine Normalkraft auf den Flansch 202 aus, sodass das Reibungsmaterial 204 ein Drehmoment auf das angetriebene Element 114 aufbringt, das das angetriebene Element 114 allmählich rotationsbeschleunigt, bis die Drehzahl des angetriebenen Elements 114 im Wesentlichen derjenigen der Synchronisiereinrichtung 200 und somit des Antriebselements 102 entspricht.
Die Stellgliedwelle 122 bewegt sich weiterhin axial nach rechts relativ zu den FIG. 2A - 2C, was bewirkt, dass sich das Kugelstellglied 120 weiter nach rechts bewegt. Wenn sich das Kugelstellglied 120 nach rechts bewegt, gleiten die Zähne 104 weiter 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 Kontakt mit den angetriebenen Zähnen 116 des angetriebenen Elements 114 weiter radial nach außen bewegen. Das angetriebene Element 114 ist in die Drehbewegung des Antriebselements 102 drehverriegelt. Da die Synchronisiereinrichtung 200 zuvor die Drehzahl des angetriebenen Elements 114 an die Drehzahl des Antriebselements 102 angepasst hat, wird jeglicher Stoß vermieden, der sich ansonsten zwischen dem Eingriff der Zähne 104 und 116 ergeben würde.
Um von der vollständig eingerückten Konfiguration von 2C zu der vollständig ausgerückten Konfiguration von 2A überzugehen, bewegt sich die Stellgliedwelle 122 axial nach links (in den 2A - 2C). 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 und außer Eingriff mit einem Fenster 212 der Synchronisiereinrichtung 200 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).
Zwar beinhaltet die Beschreibung oben sowie die zugehörigen Beschreibungen Beschreibungen eines radial nach innen weisenden Vorspannelements für die Zähne 104 und eines Stellglieds 120 mit einer Feder, welche das Durchrasten des Stellglieds 120 ermöglicht, es besteht jedoch Einvernehmen darüber, dass die Synchronisiereinrichtung der vorliegenden Erfindung mit jeder radial angesetzten Klauenkupplung verwendet werden kann.
Diese Beschreibung ist rein illustrativ und soll die vorliegende Offenbarung sowie ihre Ausführungen oder Verwendungen keineswegs einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenlegung können in zahlreichen Formen umgesetzt werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung also bestimmte Beispiele beinhaltet, ist der eigentliche Umfang der Offenbarung hierdurch in keiner Weise eingeschränkt und weitere Modifikationen gehen aus dem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und den folgenden Patentansprüchen hervor.

Claims

Radial angewandte Klauenkupplung für ein Fahrzeuggetriebe, die Kupplung umfassend: ein Antriebselement, dafür konfiguriert, sich um eine Achse zu drehen und einen Hohlraum einschließt, der sich radial von der Achse erstreckt; ein Antriebszahn, der verschiebbar innerhalb des sich radial erstreckenden Hohlraums beweglich ist; ein angetriebenes Element, das das Antriebselement koaxial umgibt und einen sich radial nach innen erstreckenden angetriebenen Zahn enthält; und eine Synchronisiereinrichtung, die koaxial zwischen dem Antriebselement und dem angetriebenen Element angeordnet ist.
Kupplung nach Anspruch 1, worin die Synchronisiereinrichtung eine im Wesentlichen zylindrische Wand mit einem Fenster umfasst.
Kupplung nach Anspruch 2, worin das Fenster dazu geeignet ist, den Antriebszahn aufzunehmen.
Kupplung nach Anspruch 2, worin das Antriebselement ferner eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Hohlräumen umfasst, wobei das angetriebene Element eine Vielzahl von sich radial nach innen erstreckenden angetriebenen Zähnen umfasst und die Synchronisiereinrichtung ferner eine Vielzahl von Fenstern in der zylindrischen Wand umfasst, und wobei die Kupplung ferner eine Vielzahl von Antriebszähnen aufweist, die jeweils verschiebbar in einem entsprechenden der Vielzahl sich radial erstreckender Hohlräume beweglich sind.
Kupplung nach Anspruch 1, worin die Synchronisiereinrichtung einen sich radial erstreckenden Flansch und das angetriebene Element beinhaltet einen sich radial erstreckenden Flansch mit einer Fläche umfasst, die einer Fläche des Synchronisiereinrichtungsflansches gegenüberliegt.
Kupplung nach Anspruch 5, ferner umfassend ein Reibungsmaterial an dem Synchronisiereinrichtungsflansch oder dem Flansch des angetriebenen Elements.
Kupplung nach Anspruch 5, ferner umfassend ein Vorspannelement, das den Synchronisiereinrichtungsflansch in Kontakt mit dem Flansch des angetriebenen Elements vorspannt.
Kupplung nach Anspruch 5, ferner umfassend eine Halterung an dem angetriebenen Element, wobei das Vorspannelement zwischen der Halterung und dem Synchronisiereinrichtungsflansch erfasst wird.
Kupplung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Stellglied, das koaxial innerhalb des Antriebselements positioniert ist und entlang der Achse beweglich ist, um den Antriebszahn selektiv sequenziell mit der Synchronisiereinrichtung und dem angetriebenen Zahn in Eingriff zu bringen.
Kupplung nach Anspruch 9, worin das Stellglied umfasst: eine Stellgliedwelle, die entlang der Achse beweglich ist und ein verpresstes Ende enthält; einen Federhalter an der Stellgliedwelle; ein Kugelstellglied, das verschiebbar und koaxial an der Stellgliedwelle neben dem verpressten Ende montiert ist; und eine Vorspannfeder, die koaxial an der Stellgliedwelle montiert ist und zwischen dem Kugelstellglied und dem Federhalter positioniert ist.