DE102019215275A1 - Clutch assembly and transfer case assembly comprising such a clutch assembly - Google Patents
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- F16D23/00—Details of mechanically-actuated clutches not specific for one distinct type
- F16D23/12—Mechanical clutch-actuating mechanisms arranged outside the clutch as such
- F16D2023/123—Clutch actuation by cams, ramps or ball-screw mechanisms
Abstract
Kupplungsanordnung (1) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang umfassend eine elektrische Maschine (2), eine Ausgangskomponente (3), eine Kupplung (4) sowie eine Axialverstellvorrichtung (5), wobei die elektrische Maschine (2) in einem Normalbetriebszustand über die Kupplung (4) antriebswirksam mit der Ausgangskomponente (3) verbunden ist und wobei die Axialverstellvorrichtung (5) derart auf der Ausgangskomponente (3) angeordnet ist und auf die Kupplung (4) einwirkt, dass die elektrische Maschine (2) in einem Ausnahmebetriebszustand in Abhängigkeit eines Drehzahlgradienten und/oder einer Drehzahl der Ausgangskomponente (3) über die Kupplung (4) von der Ausgangskomponente (3) getrennt wird und eine Verteilergetriebeanordnung mit einer solchen Kupplungsanordnung (1).Clutch arrangement (1) for a motor vehicle drive train comprising an electric machine (2), an output component (3), a clutch (4) and an axial adjustment device (5), the electric machine (2) acting as a drive via the clutch (4) in a normal operating state is connected to the output component (3) and wherein the axial adjustment device (5) is arranged on the output component (3) and acts on the clutch (4) in such a way that the electrical machine (2) is in an exceptional operating state as a function of a speed gradient and / or a speed of the output component (3) via the clutch (4) is separated from the output component (3) and a transfer case arrangement with such a clutch arrangement (1).
Description
Gebiet der ErfindungField of invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang umfassend eine elektrische Maschine, eine Ausgangskomponente, eine Kupplung sowie eine Axialverstellvorrichtung, wobei die elektrische Maschine in einem Normalbetriebszustand über die Kupplung antriebswirksam mit der Ausgangskomponente verbunden ist, sowie eine Verteilergetriebeanordnung mit einer derartigen Kupplungsanordnung.The present invention relates to a clutch arrangement for a motor vehicle drive train comprising an electric machine, an output component, a clutch and an axial adjustment device, the electric machine being connected to the output component via the clutch in a driving manner in a normal operating state, as well as a transfer case arrangement with such a clutch arrangement.
Stand der TechnikState of the art
In der modernen Kraftfahrzeugtechnik ist der Einsatz von elektrischen Maschinen im Kraftfahrzeugantriebsstrang kaum wegdenkbar. Dabei gibt es unzählig viele Anordnungs- sowie Einsatzmöglichkeiten einer elektrischen Maschine - um einige Beispiele zu nennen: als Antriebseinheit in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug, bei einer elektrischen Kraftfahrzeugachse, in einem Verteilergetriebe zur Bereitstellung eines elektrischen Stützmoments etc.In modern motor vehicle technology, the use of electrical machines in the motor vehicle drive train is hard to imagine. There are innumerable possible arrangements and uses of an electric machine - to name a few examples: as a drive unit in a hybrid or electric vehicle, in an electric motor vehicle axle, in a transfer case to provide an electric supporting torque, etc.
In der Regel ist die elektrische Maschine zumindest indirekt, beispielsweise über eine Getriebeanordnung, antriebswirksam mit einer Kraftfahrzeugachse verbunden, was die Notwendigkeit bedingt die elektrische Maschine in Ausnahmebetriebssituationen eines Kraftfahrzeugs, d.h. bei raschen bzw. unerwarteten Brems- oder Beschleunigungsmanövern, vor zu hohen Drehzahlen und/oder Drehzahlgradienten bzw. zu hohen Drehmomenten zu schützen.As a rule, the electric machine is at least indirectly connected to a motor vehicle axle so as to drive it, for example via a gear arrangement, which necessitates the electric machine in exceptional operating situations of a motor vehicle, i.e. in the event of rapid or unexpected braking or acceleration maneuvers, to protect against excessively high speeds and / or speed gradients or excessively high torques.
Allradkraftfahrzeuge beispielsweise, die im Bereich eines Verteilergetriebes mittels einer elektrischen Maschine ein elektrisches Stützmoment darstellen, um so das mechanische Drehmoment der Hauptantriebseinheit, in der Regel einer Verbrennungskraftmaschine, zwischen einer Vorderachse und einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs unabhängig von Raddrehzahlen vollvariabel zu verteilen, kämpfen mit dem oben genannten Problem. Hierbei sind die Vorderachse, die Hinterachse sowie die elektrische Maschine meist über ein Planetengetriebe des Verteilergetriebes antriebswirksam gekoppelt - Drehzahldifferenzen zwischen den beiden Achsen werden im Planetengetriebe abgewälzt und zwingen der elektrischen Maschine eine Drehzahl auf. In Ausnahmebetriebssituationen des Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel einem ESP-Eingriff oder einem anderen „Missuse“-Manöver, treten sehr hohe Drehzahlgradienten auf Radniveau auf. Diese pflanzen sich über das Planetengetriebe in Richtung der elektrischen Maschine fort und können aufgrund der Massenträgheit der elektrischen Maschine ungewollte Koppelmomente zwischen der Vorderachse und der Hinterachse hervorrufen. Diese Störmomente können zum einen fahrdynamisch unvorteilhaft sein und zum anderen zu einer Überlast von Planetengetriebe und elektrischer Maschine führen.All-wheel-drive vehicles, for example, which represent an electrical supporting torque in the area of a transfer case by means of an electrical machine in order to distribute the mechanical torque of the main drive unit, usually an internal combustion engine, between a front axle and a rear axle of the motor vehicle in a fully variable manner regardless of wheel speeds, struggle with the above mentioned problem. Here, the front axle, the rear axle and the electric machine are usually coupled with effective drive via a planetary gear of the transfer case - speed differences between the two axles are passed on in the planetary gear and force the electric machine to speed. In exceptional operating situations of the motor vehicle, such as an ESP intervention or another “missuse” maneuver, very high speed gradients occur at wheel level. These propagate via the planetary gear in the direction of the electrical machine and, due to the inertia of the electrical machine, can cause unwanted coupling torques between the front axle and the rear axle. On the one hand, these disturbing torques can be disadvantageous in terms of driving dynamics and, on the other hand, lead to an overload of the planetary gear and the electrical machine.
Elektro- und Hybridkraftfahrzeuge mit Hochvoltsystemen und einer elektrischen Maschine als Antriebseinheit weisen oftmals eine sogenannte Zwei-Gang-Ausführung auf, um so die elektrische Maschine in optimalen Betriebsbereichen betreiben zu können. Bei einer solchen Zwei-Gang-Ausführung soll beim Hochschalten vom ersten Gang in den zweiten Gang ein zugkraftunterbrechungsfreier Schaltvorgang gewährleistet werden. Um eine gleichbleibende Beschleunigung des Kraftfahrzeugs zu erreichen und gleichzeitig den Drehzahlsprung der elektrischen Maschine ruckfrei auszuführen wird eine Kupplung benötigt. Diese Kupplung soll jedoch nur während des Drehzahlsprungs in Einrückstellung gehen.Electric and hybrid motor vehicles with high-voltage systems and an electric machine as a drive unit often have a so-called two-speed design in order to be able to operate the electric machine in optimal operating ranges. In such a two-speed version, when upshifting from first gear to second gear, a shifting process without interruption of tractive effort should be ensured. A clutch is required in order to achieve a constant acceleration of the motor vehicle and at the same time carry out the speed jump of the electrical machine without jerks. However, this clutch should only go into engagement position during the speed jump.
Im Stand der Technik werden in den oben genannten Zusammenhängen immer aktiv aktuierte, d.h. über einen Aktuatormotor mit Steuerung betätigte, Kupplungen verwendet. Dies bedingt einen erhöhten Bauraum- und Kostenaufwand.In the prior art, actively actuated, i.e. Clutches operated by an actuator motor with control are used. This results in increased installation space and costs.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Kupplungsanordnung mit einer elektrischen Maschine anzugeben, die bei einem bauraum-, bauteil- und kostenoptimierten Aufbau einen sicheren und/oder optimierten Betrieb der elektrischen Maschine gewährleistet. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Verteilergetriebeanordnung anzugeben.It is an object of the invention to specify a clutch arrangement with an electrical machine that ensures safe and / or optimized operation of the electrical machine with a construction that is optimized in terms of installation space, components and costs. Another object of the invention is to specify an improved transfer case arrangement.
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 7 gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformender vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This need can be met by the subject matter of the present invention according to
Eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung umfasst eine elektrische Maschine, eine Ausgangskomponente, eine Kupplung sowie eine Axialverstellvorrichtung.A clutch arrangement according to the invention comprises an electrical machine, an output component, a clutch and an axial adjustment device.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Maschine in einem Normalbetriebszustand eines Kraftfahrzeugs über die Kupplung antriebswirksam mit der Ausgangskomponente verbunden.According to the present invention, in a normal operating state of a motor vehicle, the electric machine is connected to the output component via the clutch in a driving manner.
Weiterhin erfindungsgemäß ist die Axialverstellvorrichtung derart auf der Ausgangskomponente angeordnet und wirkt derart auf die Kupplung ein, dass die elektrische Maschine in einem Ausnahmebetriebszustand eines Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit eines Drehzahlgradienten und/oder einer Drehzahl der Ausgangskomponente über die Kupplung von der Ausgangskomponente getrennt wird.Furthermore, according to the invention, the axial adjustment device is arranged on the output component and acts on the clutch in such a way that the electrical machine in an exceptional operating state of a motor vehicle depending on a speed gradient and / or a Speed of the output component is separated from the output component via the coupling.
Im Folgenden wird immer wieder zwischen einem Normalbetriebszustand und einem Ausnahmebetriebszustand eines Kraftfahrzeugs unterschieden. In diesem Zusammenhang ist unter einem Ausnahmebetriebszustand des Kraftfahrzeugs ein Betriebszustand des Kraftfahrzeugs zu verstehen in dem die Achse des Kraftfahrzeugs abrupt stark verzögert oder beschleunigt wird. Der Normalbetriebszustand schließt alle anderen Betriebszustände des Kraftfahrzeugs ein.In the following, a distinction is repeatedly made between a normal operating state and an exceptional operating state of a motor vehicle. In this context, an exceptional operating state of the motor vehicle is to be understood as an operating state of the motor vehicle in which the axle of the motor vehicle is sharply decelerated or accelerated abruptly. The normal operating state includes all other operating states of the motor vehicle.
Die Kupplung wird passiv, d.h. ohne Aktuatormotor, in Abhängigkeit von einem Drehzahlgardienten und/oder einer Drehzahl der Ausgangskomponente über die Axialverstellvorrichtung in Ausrückstellung aktuiert. Derart kann die Kupplungsanordnung bauraum-, bauteil- und auch kostenoptimiert dargestellt werden.The clutch becomes passive, i.e. without an actuator motor, depending on a speed gradient and / or a speed of the output component via the axial adjustment device in the disengaged position. In this way, the clutch arrangement can be represented in an optimized manner in terms of installation space, components and also costs.
Die Kupplung kann als reibschlüssige, formschlüssige oder kraftschlüssige Kupplung ausgeführt sein.The coupling can be designed as a frictional, positive or non-positive coupling.
Die Axialverstellvorrichtung ist bevorzugt in Form einer Kugelrampenanordnung ausgebildet. Die Kugelrampenanordnung weist vorzugsweise eine auf der Ausgangskomponente drehbar angeordnete erste Rampenscheibe und eine auf der Ausgangskomponente drehfest jedoch axial verschiebbar angeordnete zweite Rampenscheibe auf. Bevorzugt weisen die erste Rampenscheibe und die zweite Rampenscheibe an ihren einander zugewandten Stirnflächen jeweils zumindest drei identisch ausgebildete Vertiefungen auf, die einander jeweils paarweise gegenüberliegen und so zumindest drei Vertiefungspaarungen ausbilden, wobei in den Vertiefungspaarungen jeweils eine Kugel angeordnet ist.The axial adjustment device is preferably designed in the form of a ball ramp arrangement. The ball ramp arrangement preferably has a first ramp disk rotatably disposed on the output component and a second ramp disk rotatably but axially displaceable on the output component. The first ramp disc and the second ramp disc preferably each have at least three identically designed depressions on their facing end faces, which are opposite each other in pairs and thus form at least three recess pairs, with a ball being arranged in each recess pair.
Die Vertiefungen sind in einer bevorzugten Ausführungsvariante jeweils ausgehend von einem unteren Totpunkt in eine erste Umfangsrichtung sowie in eine zweite Umfangsrichtung der jeweiligen Rampenscheibe symmetrisch steigend ausgebildet sind.In a preferred embodiment variant, the depressions are each designed to rise symmetrically in a first circumferential direction and in a second circumferential direction of the respective ramp disk, starting from a bottom dead center.
Weiterhin weisen die Vertiefungen vorzugsweise jeweils ausgehend von dem unteren Totpunkt in eine radiale Richtung eine Steigung auf. Alternativ dazu weisen die Vertiefungen jeweils über ihre gesamte Erstreckung in die erste Umfangsrichtung wie auch die zweite Umfangsrichtung eine radiale Steigung auf.Furthermore, the depressions preferably each have an incline in a radial direction starting from the bottom dead center. As an alternative to this, the depressions each have a radial gradient over their entire extent in the first circumferential direction as well as the second circumferential direction.
Die erfindungsgemäße Verteilergetriebeanordnung umfasst ein Planetengetriebe, zumindest eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung sowie zwei Ausgangselemente, wobei zumindest ein Ausgangselement die Ausgangskomponente der Kupplungsanordnung darstellt, wobei die beiden Ausgangselemente über das Planetengetriebe antriebswirksam gekoppelt sind und die elektrische Maschine in einem Regelbetriebszustand über die Kupplung der Kupplungsanordnung mit dem Planetengetriebe antriebswirksam verbunden ist und in einem Ausnahmebetriebszustand in Abhängigkeit eines Drehzahlgradienten und/oder einer Drehzahl der Ausgangskomponente über die Kupplung der Kupplungsanordnung von dem Planetengetriebe getrennt ist.The transfer case arrangement according to the invention comprises a planetary gear, at least one clutch arrangement according to the invention and two output elements, with at least one output element representing the output component of the clutch arrangement, the two output elements being coupled in a drive-effective manner via the planetary gear and the electrical machine in a control operating state via the coupling of the clutch arrangement with the planetary gear Is drivingly connected and is separated in an exceptional operating state depending on a speed gradient and / or a speed of the output component via the clutch of the clutch assembly from the planetary gear.
FigurenlisteFigure list
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
-
1 zeigt schematische Darstellung einer beispielhaften Kupplungsanordnung. -
2a zeigt schematisch eine Rampenscheibe mit Vertiefungen gemäß einer ersten Ausführungsvariante. -
2b zeigt eine Schnittansicht entlang einer Ebene A-A gemäß2a . -
3a zeigt schematisch eine Rampenscheibe mit Vertiefungen gemäß einer zweiten Ausführungsvariante. -
3b zeigt eine Schnittansicht entlang einer Ebene B-B gemäß3a -
3c zeigt eine Schnittansicht entlang einer Ebene C-C gemäß3a . -
4a zeigt schematisch eine Rampenscheibe mit Vertiefungen gemäß einer dritten Ausführungsvariante. -
4b zeigt eine Schnittansicht entlang einer Ebene D-D gemäß4a -
4c zeigt eine Schnittansicht entlang einer Ebene E-E gemäß4a . -
5 zeigt schematische Darstellung einer beispielhaften Kupplungsanordnung gemäß1 mit einer aktiven Vorsteuerung.
-
1 shows a schematic representation of an exemplary clutch arrangement. -
2a shows schematically a ramp disk with depressions according to a first embodiment variant. -
2 B shows a sectional view along a plane AA according to FIG2a . -
3a shows schematically a ramp disk with depressions according to a second embodiment variant. -
3b shows a sectional view along a plane BB according to FIG3a -
3c FIG. 13 shows a sectional view along a plane CC according to FIG3a . -
4a shows schematically a ramp disk with depressions according to a third embodiment variant. -
4b shows a sectional view along a plane DD according to FIG4a -
4c shows a sectional view along a plane EE according to FIG4a . -
5 shows a schematic representation of an exemplary clutch arrangement according to FIG1 with an active feedforward control.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
In
Die Kupplungsanordnung
Im Folgenden wird immer wieder zwischen einem Normalbetriebszustand und einem Ausnahmebetriebszustand eines Kraftfahrzeugs unterschieden. In diesem Zusammenhang ist unter einem Ausnahmebetriebszustand des Kraftfahrzeugs ein Betriebszustand des Kraftfahrzeugs zu verstehen in dem die Achse des Kraftfahrzeugs abrupt stark verzögert oder beschleunigt wird. Der Normalbetriebszustand schließt alle anderen Betriebszustände des Kraftfahrzeugs ein.In the following, a distinction is repeatedly made between a normal operating state and an exceptional operating state of a motor vehicle. In this context, an exceptional operating state of the motor vehicle is to be understood as an operating state of the motor vehicle in which the axle of the motor vehicle is sharply decelerated or accelerated abruptly. The normal operating state includes all other operating states of the motor vehicle.
Die Kupplungsanordnung
Die Ausgangskomponente
Die Richtungsangabe „axial“ beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu einer zentralen Drehachse
Die Richtungsangabe „radial“ beschreibt eine Richtung normal zu der zentralen Drehachse
Die Axialverstellvorrichtung
Die Kupplung
Die elektrische Maschine
An dem axial verlaufenden Bereich der zweiten Rampenscheibe
Aufgrund eines Fahrmanövers, wie zum Beispiel einem ESP-Eingriff, wird die Welle
Die Lamellenkupplung
In
In der in
Die zweite Umfangsrichtung II ist eine der ersten Umfangsrichtung I entgegengesetzte Umfangsrichtung.The second circumferential direction II is a circumferential direction opposite to the first circumferential direction I.
In der in
In der in
In
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- KupplungsanordnungClutch assembly
- 22
- Elektrische MaschineElectric machine
- 33
- AusgangskomponenteStarting component
- 3'3 '
- Wellewave
- 44th
- Kupplungcoupling
- 4'4 '
- LamellenkupplungMulti-disc clutch
- 55
- AxialverstellvorrichtungAxial adjustment device
- 5'5 '
- KugelrampenanordnungBall ramp assembly
- 66th
- Erste RampenscheibeFirst ramp disc
- 77th
- Zweite RampenscheibeSecond ramp disc
- 88th
- Vertiefungdeepening
- 99
- KugelBullet
- 1010
- Unterer TotpunktBottom dead center
- 1111
- HauptfederMain spring
- 1212
- HilfsfederAuxiliary spring
- 1313
- Zahnradgear
- 1414th
- EingangselementInput element
- 1515th
- AußenverzahnungExternal toothing
- 1616
- LamellenpaketDisk pack
- 1717th
- HubmagnetLifting magnet
- 1818th
- AnkerstangeAnchor rod
- 1919th
- ReibkonusFriction cone
- 2020th
- GegenkonusCounter cone
- 2121st
- Zentrale Drehachse (der Welle)Central axis of rotation (of the shaft)
Claims (7)
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