DE102020123917A1 - Clutch assembly and shift assembly - Google Patents

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DE102020123917A1
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Robin Beyer
Torsten Pieper
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung (1), zum Einkuppeln und Auskuppeln einer elektrischen Maschine (2) in einen Antriebsstrang (3) eines Kraftfahrzeugs (4), wobei die elektrische Maschine (2) einen Stator (5) und einen Rotor (6) umfasst, wobei der Rotor (6) über einen Rotorträger (7) drehmomentübertragend mit einer drehbar in einem Motorgehäuse (10) gelagerten Motorwelle (8) verbunden ist und die Motorwelle (8) koaxial zu einer Kopplungswelle (9), insbesondere einer Getriebewelle, angeordnet ist,wobei die Kupplungsanordnung (1) ferner einen elektrisch betreibbaren Differenzaktor (11) aufweist, welcher mit einer axial gegenüber der Motorwelle (8) verschiebbaren Schiebemuffe (12) so gekoppelt und betreibbar ist, dass in einer ersten Betriebsstellung des Differenzaktors (11) die Schiebemuffe (12) im drehmomentübertragenen Eingriff mit der Kopplungswelle (9) steht und in einer zweiten Betriebsstellung des Differenzaktors (11) die Schiebemuffe (12) nicht in einem drehmomentübertragenden Eingriff mit der Kopplungswelle (12) befindlich ist.The invention relates to a clutch arrangement (1) for engaging and disengaging an electric machine (2) in a drive train (3) of a motor vehicle (4), the electric machine (2) comprising a stator (5) and a rotor (6). , wherein the rotor (6) is connected via a rotor carrier (7) in a torque-transmitting manner to a motor shaft (8) rotatably mounted in a motor housing (10) and the motor shaft (8) is arranged coaxially with a coupling shaft (9), in particular a gear shaft , the clutch arrangement (1) also having an electrically operable differential actuator (11), which is coupled to a sliding sleeve (12) that can be displaced axially with respect to the motor shaft (8) and can be operated in such a way that in a first operating position of the differential actuator (11), the sliding sleeve (12) is in torque-transmitted engagement with the coupling shaft (9) and in a second operating position of the differential actuator (11), the sliding sleeve (12) is not in a torque-transmitted agenden engagement with the coupling shaft (12) is located.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung , zum Einkuppeln und Auskuppeln einer elektrischen Maschine in einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs , wobei die elektrische Maschine einen Stator und einen Rotor umfasst, wobei der Rotor über einen Rotorträger drehmomentübertragend mit einer drehbar in einem Motorgehäuse gelagerten Motorwelle verbunden ist und die Motorwelle koaxial zu einer Kopplungswelle , insbesondere einer Getriebewelle, angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Schaltanordnung zum Gangwechsel in einem automatischen Getriebe in einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.The present invention relates to a clutch arrangement for engaging and disengaging an electric machine in a drive train of a motor vehicle, the electric machine comprising a stator and a rotor, the rotor being connected to a motor shaft rotatably mounted in a motor housing in a torque-transmitting manner via a rotor carrier and the Motor shaft is arranged coaxially to a coupling shaft, in particular a transmission shaft. The invention also relates to a shifting arrangement for changing gears in an automatic transmission in a drive train of a motor vehicle.

Aus der Patentanmeldung der Anmelderin DE 10 2019 122 813.1 ist ein Aktorkonzept bekannt, welches auf einem Differenzprinzip basiert. Zwei Antriebsräder mit unterschiedlichen Zähnezahlen werden hier von einem gemeinsamen Ritzel angetrieben. Die jeweiligen Antriebsräder sind mit je einem Rampensysteme gekoppelt. Aufgrund der unterschiedlichen Zähnezahlen der Antriebsräder ergeben sich auch an den Rampentrieben pro Ritzelumdrehung unterschiedliche Drehwinkel. Ein mit beiden Rampensystemen gekoppeltes Betätigungselement vollzieht durch die Differenz der Drehwinkel einen Betätigungsweg des Aktors. Auf die Weise können hohe Übersetzungen auf sehr kleinem Bauraum erzeugt werden.From the applicant's patent application DE 10 2019 122 813.1 an actuator concept is known which is based on a difference principle. Two drive wheels with different numbers of teeth are driven by a common pinion. The respective drive wheels are each coupled with a ramp system. Due to the different numbers of teeth on the drive wheels, there are also different angles of rotation on the ramp drives per pinion revolution. An actuating element coupled to both ramp systems completes an actuating path of the actuator due to the difference in the angle of rotation. In this way, high translations can be generated in a very small space.

Es ist ferner bekannt, Elektromotoren innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit diesem zu Koppeln und zu Entkoppeln. Die Entkopplung von Elektromotoren hat i.d.R die Aufgabe ein Überdrehen der Motoren zu verhindern. Diese Aufgabe kann passiv von einem Freilauf erfüllt werden. Soll der Elektromotor aber geregelt abgekoppelt werden, so ist eine aktive Kopplung notwendig. Soll der Elektromotor auch zum Rekuperieren verwendet werden, so muss diese Kopplung außerdem Drehmoment in beide Drehrichtungen übertragen können.It is also known to couple and decouple electric motors within a drive train of a motor vehicle. The decoupling of electric motors usually has the task of preventing the motors from overspeeding. This task can be fulfilled passively by a freewheel. However, if the electric motor is to be decoupled in a controlled manner, an active coupling is necessary. If the electric motor is also to be used for recuperation, this coupling must also be able to transmit torque in both directions of rotation.

Auch ist es aus dem Stand der Technik bekannt Losräder in Schaltgetrieben über Synchronisierungen und Schiebemuffen an- bzw. abzukoppeln. Diese Schiebemuffen wiederum werden von Schaltgabeln betätigt, welche an radial weiter außen liegende Schaltwellen und die zugehörigen Schaltaktoren angebunden sind. It is also known from the prior art to couple or decouple idler gears in manual transmissions via synchronizations and sliding sleeves. These sliding sleeves, in turn, are actuated by shift forks, which are connected to shift shafts and the associated shift actuators that are radially further out.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Kopplungsaktuatorik zum Einkuppeln und Auskuppeln einer elektrischen Maschine in einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu verbessern. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Schaltanordnung, zum Gangwechsel in einem automatischen Getriebe in einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu realisieren.It is the object of the invention to improve the coupling actuator system for engaging and disengaging an electric machine in a drive train of a motor vehicle. It is also the object of the invention to implement an improved shifting arrangement for changing gears in an automatic transmission in a drive train of a motor vehicle.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kupplungsanordnung , zum Einkuppeln und Auskuppeln einer elektrischen Maschine in einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs , wobei die elektrische Maschine einen Stator und einen Rotor umfasst, wobei der Rotor über einen Rotorträger drehmomentübertragend mit einer drehbar in einem Motorgehäuse gelagerten Motorwelle verbunden ist und die Motorwelle koaxial zu einer Kopplungswelle , insbesondere einer Getriebewelle, angeordnet ist, wobei die Kupplungsanordnung ferner einen elektrisch betreibbaren Differenzaktor aufweist, welcher mit einer axial gegenüber der Motorwelle verschiebbaren Schiebemuffe so gekoppelt und betreibbar ist, dass in einer ersten Betriebsstellung des Differenzaktors die Schiebemuffe im drehmomentübertragenen Eingriff mit der Kopplungswelle steht und in einer zweiten Betriebsstellung des Differenzaktors die Schiebemuffe nicht in einem drehmomentübertragenden Eingriff mit der Kopplungswelle befindlich ist.This object is achieved by a clutch arrangement for engaging and disengaging an electric machine in a drive train of a motor vehicle, the electric machine comprising a stator and a rotor, the rotor being connected via a rotor carrier to a motor shaft rotatably mounted in a motor housing in a torque-transmitting manner and the motor shaft is arranged coaxially with a coupling shaft, in particular a transmission shaft, the clutch arrangement also having an electrically operable differential actuator which is coupled and operable with a sliding sleeve that can be displaced axially with respect to the motor shaft in such a way that in a first operating position of the differential actuator the sliding sleeve is in the torque-transmitted Is engaged with the coupling shaft and in a second operating position of the differential actuator, the sliding sleeve is not in a torque-transmitting engagement with the coupling shaft.

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die Aktorik zu wesentlichen Teilen innerhalb des Rotors einer elektrischen Maschine Platz findet. Durch die Verwendung des Differenzaktors kann eine Axialkraft von min. 1000 N sowie ein axialer Verfahrweg von min. 15 mm realisiert werden. Die Kupplungsanordnung kann insbesondere elektromechanisch aufgebaut und somit gut steuer- und regelbar sein. Ein Differenzaktor kann insbesondere die Merkmale des in der DE 10 2019 122 813.1 beschriebenen und beanspruchten Differenzaktors umfassen. Die zitierte Anmeldung wird durch Referenzierung vollständig dem Ofenbarungsgehalt dieser Patentanmeldung hinzugefügt.This achieves the advantage that the actuator system is accommodated to a large extent within the rotor of an electrical machine. By using the differential actuator, an axial force of at least 1000 N and an axial travel of at least 15 mm can be achieved. The clutch arrangement can, in particular, be constructed electromechanically and can therefore be easily controlled and regulated. A differential actuator can, in particular, have the characteristics of the DE 10 2019 122 813.1 include described and claimed differential actuator. The cited application is incorporated by reference in its entirety into the disclosure of this patent application.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Federelement die Schiebemuffe derart axial federkraftbeaufschlagt, dass das Federelement in der ersten Betriebsstellung des Differenzaktors im Wesentlichen entspannt und in der zweiten Betriebsstellung des Differenzaktuators komprimiert ist, so dass die Schiebemuffe federkraftunterstützt aus der zweiten Betriebsstellung in die erste Betriebsstellung des Differenzaktors überführbar ist.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that a spring element applies an axial spring force to the sliding sleeve in such a way that the spring element is essentially relaxed in the first operating position of the differential actuator and is compressed in the second operating position of the differential actuator, so that the sliding sleeve is spring-assisted from the second operating position can be converted into the first operating position of the differential actuator.

Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Schiebemuffe einen sich in Radialrichtung erstreckenden Abstützring aufweist, an dem sich das Federelement und der Differenzaktor abstützen.According to a further preferred further development of the invention, it can also be provided that the sliding sleeve has a support ring which extends in the radial direction and on which the spring element and the differential actuator are supported.

Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Schiebemuffe eine Innensteckverzahnung aufweist, die drehmomentübertragend mit einer Außensteckverzahnung der Motorwelle axial verschiebbar kämmt und die Kopplungswelle eine Außensteckverzahnung aufweist, in die die Innensteckverzahnung der Schiebemuffe in der ersten Betriebsstellung des Differenzaktors eingreift und in der zweiten Betriebsstellung des Differenzaktors nicht mit der Innensteckverzahnung der Schiebemuffe getrieblich gekoppelt ist.Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the sliding sleeve has an internal spline that transmits torque axially with an external spline of the motor shaft slidably meshes and the coupling shaft has an external spline into which the internal spline of the sliding sleeve engages in the first operating position of the differential actuator and is not geared to the internal spline of the sliding sleeve in the second operating position of the differential actuator.

Die Aufgabe der Erfindung kann ferner gelöst werden durch eine Schaltanordnung , zum Gangwechsel in einem automatischen Getriebe in einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs , wobei das automatische Getriebe eine erste Hohlwelle , eine koaxial dazu angeordnete zweite Hohlwelle sowie eine koaxial dazu angeordnete Vollwelle , wobei die Schaltanordnung ferner einen elektrisch betreibbaren Differenzaktor aufweist, welcher mit einer axial gegenüber der ersten Hohlwelle , der zweiten Hohlwelle und der Vollwelle verschiebbaren Schiebemuffe so gekoppelt und betreibbar ist, dass in einer ersten Betriebsstellung des Differenzaktors die Schiebemuffe im drehmomentübertragenen Eingriff mit der ersten Hohlwelle steht und in einer zweiten Betriebsstellung des Differenzaktors die Schiebemuffe nicht in einem drehmomentübertragenden Eingriff mit der ersten Hohlwelle befindlich ist.The object of the invention can also be achieved by a shifting arrangement for changing gears in an automatic transmission in a drive train of a motor vehicle, the automatic transmission having a first hollow shaft, a second hollow shaft arranged coaxially thereto and a solid shaft arranged coaxially thereto, the shifting arrangement also having a has an electrically operable differential actuator, which is coupled and operable with a sliding sleeve that can be displaced axially with respect to the first hollow shaft, the second hollow shaft and the solid shaft in such a way that in a first operating position of the differential actuator the sliding sleeve is in torque-transmitting engagement with the first hollow shaft and in a second operating position of the differential actuator, the sliding sleeve is not in a torque-transmitting engagement with the first hollow shaft.

Des Weiteren kann die Schaltaordnung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass in der ersten Betriebsstellung des Differenzaktors die Schiebemuffe nicht im drehmomentübertragenen Eingriff mit der zweiten Hohlwelle steht und in der zweiten Betriebsstellung des Differenzaktors die Schiebemuffe in einem drehmomentübertragenden Eingriff mit der zweiten Hohlwelle befindlich ist.Furthermore, the switching arrangement can also be further developed such that in the first operating position of the differential actuator the sliding sleeve is not in torque-transmitting engagement with the second hollow shaft and in the second operating position of the differential actuator the sliding sleeve is in torque-transmitting engagement with the second hollow shaft.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Schaltanordnung kann auch vorgesehen sein, dass die Schiebemuffe sowohl in der ersten Betriebsstellung und der zweiten Betriebsstellung des Differenzaktors im getrieblichen Eingriff mit der Vollwelle des automatischen Getriebes steht.In a likewise preferred embodiment variant of the shift arrangement, it can also be provided that the sliding sleeve is in gear engagement with the solid shaft of the automatic transmission both in the first operating position and the second operating position of the differential actuator.

Auch kann es vorteilhaft sein, die Schaltanordnung dahingehend weiterzuentwickeln, dass ein Federelement die Schiebemuffe derart axial federkraftbeaufschlagt, dass das Federelement in der ersten Betriebsstellung des Differenzaktors im Wesentlichen entspannt und in der zweiten Betriebsstellung des Differenzaktuators komprimiert ist, so dass die Schiebemuffe federkraftunterstützt aus der zweiten Betriebsstellung in die erste Betriebsstellung des Differenzaktors überführbar ist.It can also be advantageous to further develop the shifting arrangement such that a spring element applies spring force axially to the sliding sleeve in such a way that the spring element is essentially relaxed in the first operating position of the differential actuator and is compressed in the second operating position of the differential actuator, so that the sliding sleeve moves out of the second with spring force support Operating position can be converted into the first operating position of the differential actuator.

Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung der Schaltanordnung kann vorgesehen sein, dass die Schiebemuffe eine erste Innensteckverzahnung aufweist, die drehmomentübertragend in einer Betriebsstellung des Differenzaktors mit einer Außensteckverzahnung der ersten Hohlwelle axial verschiebbar kämmt, und eine zweite Innensteckverzahnung aufweist, die drehmomentübertragend in einer Betriebsstellung des Differenzaktors mit einer Außensteckverzahnung der zweiten Hohlwelle axial verschiebbar kämmt, sowie eine dritte Innensteckverzahnung aufweist, die drehmomentübertragend mit einer Außensteckverzahnung der Vollwelle axial verschiebbar kämmt.According to a further preferred embodiment of the shift arrangement, it can be provided that the sliding sleeve has a first internal spline which, in an operating position of the differential actuator, meshes in an axially displaceable manner with an external spline in a torque-transmitting manner, and has a second internal spline, which transmits torque in an operating position of the differential actuator axially displaceably meshes with an external spline of the second hollow shaft, and has a third internal spline that meshes in a torque-transmitting manner with an external spline of the solid shaft in an axially displaceable manner.

Schließlich kann die Schaltanordnung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass der Differenzaktor, die Schiebemuffe und das Federelement in einem Anbaugehäuse aufgenommen sind, welches seinerseits an einem Getriebegehäuse des Getriebes fixierbar ist.Finally, the switching arrangement can also be designed in an advantageous manner such that the differential actuator, the sliding sleeve and the spring element are accommodated in an attachment housing, which in turn can be fixed to a transmission housing of the transmission.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to figures without restricting the general inventive idea.

Es zeigen

  • 1 eine Kupplungsanordnung in einer ersten Betriebsstellung in einer schematischen Querschnittsansicht,
  • 2 eine Kupplungsanordnung in einer zweiten Betriebsstellung in einer schematischen Querschnittsansicht,
  • 3 ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung in einer schematischen Blockschaltansicht,
  • 4 eine Schaltanordnung in einer ersten Betriebsstellung in einer schematischen Querschnittsansicht,
  • 5 eine Schaltanordnung in einer zweiten Betriebsstellung in einer schematischen Querschnittsansicht, und
  • 6 ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung in einer schematischen Blockschaltansicht.
Show it
  • 1 a clutch arrangement in a first operating position in a schematic cross-sectional view,
  • 2 a clutch arrangement in a second operating position in a schematic cross-sectional view,
  • 3 a motor vehicle with a clutch arrangement according to the invention in a schematic block circuit view,
  • 4 a switching arrangement in a first operating position in a schematic cross-sectional view,
  • 5 a switching arrangement in a second operating position in a schematic cross-sectional view, and
  • 6 a motor vehicle with a switching arrangement according to the invention in a schematic block circuit view.

Die 1 zeigt eine Kupplungsanordnung 1, zum Einkuppeln und Auskuppeln einer elektrischen Maschine 2 in einen Antriebsstrang 3 eines Kraftfahrzeugs 4, wie es exemplarisch in der 3 gezeigt ist. Die elektrische Maschine 2 umfasst einen Stator 5 und einen Rotor 6, welcher über einen Rotorträger 7 drehmomentübertragend mit einer drehbar in einem Motorgehäuse 10 gelagerten Motorwelle 8 verbunden. Die Motorwelle 8 ist koaxial zu einer Kopplungswelle 9, insbesondere einer Getriebewelle, angeordnet.the 1 shows a clutch assembly 1 for engaging and disengaging an electric machine 2 in a drive train 3 of a motor vehicle 4, as exemplified in FIG 3 is shown. The electric machine 2 comprises a stator 5 and a rotor 6 , which is connected to a motor shaft 8 , which is rotatably mounted in a motor housing 10 , via a rotor carrier 7 in a torque-transmitting manner. The motor shaft 8 is arranged coaxially to a coupling shaft 9, in particular a transmission shaft.

Die Kupplungsanordnung 1 besitzt ferner einen elektrisch betreibbaren Differenzaktor 11, welcher mit einer axial gegenüber der Motorwelle 8 verschiebbaren Schiebemuffe 12 so gekoppelt und betreibbar ist, dass in einer ersten Betriebsstellung des Differenzaktors 11 die Schiebemuffe 12 im drehmomentübertragenen Eingriff mit der Kopplungswelle 9 steht (siehe 1) und in einer zweiten Betriebsstellung des Differenzaktors 11 die Schiebemuffe 12 nicht in einem drehmomentübertragenden Eingriff mit der Kopplungswelle 12 befindlich ist (siehe 2). Der Differenzaktor 11 ist detailliert in der früheren Patentanmeldung DE 10 2019 122 813.1 der Anmelderin beschrieben, worauf zur Vermeidung von Wiederholungen an dieser Stelle verwiesen wird.The clutch arrangement 1 also has an electrically operable differential actuator 11, which is coupled to a sliding sleeve 12, which can be displaced axially with respect to the motor shaft 8, and can be operated in such a way that, in a first operating position of the differential actuator 11, the sliding sleeve 12 is in torque-transmitting engagement with the coupling shaft 9 (see 1 ) and in a second operating position of the differential actuator 11 the sliding sleeve 12 is not in a torque-transmitting engagement with the coupling shaft 12 (see 2 ). The differential actuator 11 is detailed in the earlier patent application DE 10 2019 122 813.1 described by the applicant, to which reference is made at this point to avoid repetition.

Aus der 1 und 2 ist ferner ersichtlich, dass ein Federelement 13 die Schiebemuffe 12 derart axial federkraftbeaufschlagt, dass das Federelement 13 in der ersten Betriebsstellung des Differenzaktors 11 im Wesentlichen entspannt und in der zweiten Betriebsstellung des Differenzaktuators 11 komprimiert ist, so dass die Schiebemuffe 12 federkraftunterstützt aus der zweiten Betriebsstellung in die erste Betriebsstellung des Differenzaktors 11 überführbar ist. Die Schiebemuffe 12 weist einen sich in Radialrichtung erstreckenden Abstützring 14 auf, an dem sich das Federelement 13 und der Differenzaktor 11 abstützen.From the 1 and 2 It can also be seen that a spring element 13 applies spring force axially to the sliding sleeve 12 in such a way that the spring element 13 is essentially relaxed in the first operating position of the differential actuator 11 and is compressed in the second operating position of the differential actuator 11, so that the sliding sleeve 12 is spring-assisted from the second operating position can be converted into the first operating position of the differential actuator 11 . The sliding sleeve 12 has a support ring 14 which extends in the radial direction and on which the spring element 13 and the differential actuator 11 are supported.

Die Schiebemuffe 12 besitzt eine Innensteckverzahnung 17, die drehmomentübertragend mit einer Außensteckverzahnung 15 der Motorwelle 8 axial verschiebbar kämmt. Die weist Kopplungswelle 9 eine Außensteckverzahnung 16 auf, in die die Innensteckverzahnung 17 der Schiebemuffe 12 in der ersten Betriebsstellung des Differenzaktors 11 eingreift und in der zweiten Betriebsstellung des Differenzaktors 11 nicht mit der Innensteckverzahnung 17 der Schiebemuffe 12 getrieblich gekoppelt ist, was gut aus der Zusammenschau de 1 und2 ersichtlich wird.The sliding sleeve 12 has an internal spline 17 which meshes with an external spline 15 of the motor shaft 8 in an axially displaceable manner in order to transmit torque. The coupling shaft 9 has an outer spline 16, in which the inner spline 17 of the sliding sleeve 12 engages in the first operating position of the differential actuator 11 and in the second operating position of the differential actuator 11 is not geared to the inner spline 17 of the sliding sleeve 12, which is clear from the synopsis en 1 and 2 becomes evident.

Der Differenzaktor 11 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in den nicht näher bezeichneten abtriebswellenseitigen Deckel der elektrischen Maschine 2 integriert. Der Deckel trägt den Differenzaktor 1 und stellt die Lagerung für den Rotorträger 7 bereit. Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass der Differenzaktor 11 als Baueinheit vor der Montage in den Rotor 6 getestet werden kann.In the exemplary embodiment shown, the differential actuator 11 is integrated into the cover of the electric machine 2 on the output shaft side, which is not designated in any more detail. The cover carries the differential actuator 1 and provides the bearing for the rotor carrier 7 ready. This structure has the advantage that the differential actuator 11 can be tested as a unit before it is installed in the rotor 6 .

Da der dargestellte Differenzaktor 11 systembedingt lediglich Kräfte in einer Richtung aufbringen kann, muss dieser mit einem zusätzlichen Federelement 13 kombiniert werden, damit die gewünschte Funktionalität (Kraft auf Schiebemuffe 12 muss in zwei Richtungen wirken) gewährleistet wird. Da dieses Federelement 13 mit dem Rotor 7 rotiert, ist wegen der Fliehkräfte eine rotationssymmetrische Feder mit einer entsprechend engen Führung vorgesehen.Since the differential actuator 11 shown can only apply forces in one direction due to the system, it must be combined with an additional spring element 13 so that the desired functionality (force on sliding sleeve 12 must act in two directions) is ensured. Since this spring element 13 rotates with the rotor 7, a rotationally symmetrical spring with a correspondingly narrow guide is provided because of the centrifugal forces.

Der Differenzaktor 11 und das Federelement 13 wirken auf die Schiebemuffe 12 ein, welche den Rotorträger 7, der drehfest mit dem Rotor 6 der elektrischen Maschine 2 verbunden ist, formschlüssig mit der Motorwelle 8 verbindet. Je nach Komfort-Anspruch und Regelbarkeit der elektrischen Maschine 2 kann die Schiebemuffe 12 mit einer Synchronisation versehen werden.The differential actuator 11 and the spring element 13 act on the sliding sleeve 12, which positively connects the rotor carrier 7, which is connected to the rotor 6 of the electric machine 2 in a rotationally fixed manner, to the motor shaft 8. Depending on the level of comfort required and the controllability of the electrical machine 2, the sliding sleeve 12 can be provided with synchronization.

Die beiden Wellen 8,9 werden über ein Pilotlager koaxial zueinander ausgerichtet. Um auf die Motorwelle 8 der elektrischen Maschine mit entsprechender Lagerung verzichten zu können, könnte die Abkopplung auch direkt in die Montageschnittstelle zwischen elektrischer Maschine 2 und Getriebe integriert werden. Die Kopplung würde dann zwischen Rotor 6 und der Getriebeeingangswelle 9 erfolgen.The two shafts 8.9 are aligned coaxially with one another via a pilot bearing. In order to be able to dispense with the motor shaft 8 of the electrical machine with a corresponding bearing, the decoupling could also be integrated directly into the assembly interface between the electrical machine 2 and the transmission. The coupling would then take place between the rotor 6 and the transmission input shaft 9 .

Die nicht näher bezeichnete Ritzelwelle für den Antrieb des Differenzaktors 11 wird aus der elektrischen Maschine 2 radial herausgeführt, so dass der elektrische Aktormotor von außen montiert werden kann und gut zugänglich ist.The unspecified pinion shaft for driving the differential actuator 11 is led out radially from the electric machine 2, so that the electric actuator motor can be mounted from the outside and is easily accessible.

Die 4 und 6 zeigen eine Schaltanordnung 20, zum Gangwechsel in einem automatischen Getriebe 21 in einen Antriebsstrang 23 eines Kraftfahrzeugs 24, was beispielhaft in der 6 gezeigt ist. Das automatische Getriebe 21 besitzt eine erste Hohlwelle 25, eine koaxial dazu angeordnete zweite Hohlwelle 26 sowie eine koaxial dazu angeordnete Vollwelle 27, wobei die Schaltanordnung 20 ferner einen elektrisch betreibbaren Differenzaktor 28 aufweist, welcher mit einer axial gegenüber der ersten Hohlwelle 25, der zweiten Hohlwelle 26 und der Vollwelle 27 verschiebbaren Schiebemuffe 29 so gekoppelt und betreibbar ist, dass in einer ersten Betriebsstellung des Differenzaktors 28 die Schiebemuffe 29 im drehmomentübertragenen Eingriff mit der ersten Hohlwelle 25 steht und in einer zweiten Betriebsstellung des Differenzaktors 11 die Schiebemuffe 29 nicht in einem drehmomentübertragenden Eingriff mit der ersten Hohlwelle 25 befindlich ist.the 4 and 6 show a switching arrangement 20 for changing gears in an automatic transmission 21 in a drive train 23 of a motor vehicle 24, which is exemplified in FIG 6 is shown. The automatic transmission 21 has a first hollow shaft 25, a second hollow shaft 26 arranged coaxially thereto, and a solid shaft 27 arranged coaxially thereto, with the shifting arrangement 20 also having an electrically operable differential actuator 28, which is axially opposite to the first hollow shaft 25, the second hollow shaft 26 and the solid shaft 27 is coupled to the sliding sleeve 29 and can be operated in such a way that in a first operating position of the differential actuator 28 the sliding sleeve 29 is in torque-transmitting engagement with the first hollow shaft 25 and in a second operating position of the differential actuator 11 the sliding sleeve 29 is not in a torque-transmitting engagement with the first hollow shaft 25 is located.

In der ersten Betriebsstellung des Differenzaktors 28 steht die Schiebemuffe 29 nicht im drehmomentübertragenen Eingriff mit der zweiten Hohlwelle 26 und in der zweiten Betriebsstellung des Differenzaktors 11 ist die Schiebemuffe 29 in einem drehmomentübertragenden Eingriff mit der zweiten Hohlwelle 26 befindlich. Auch dies geht gut aus der Zusammenschau der 4-5 hervor.In the first operating position of the differential actuator 28 the sliding sleeve 29 is not in torque-transmitting engagement with the second hollow shaft 26 and in the second operating position of the differential actuator 11 the sliding sleeve 29 is in a torque-transmitting engagement with the second hollow shaft 26 . This also works well from the synopsis of the 4-5 out.

Die Schiebemuffe 29 steht sowohl in der ersten Betriebsstellung und der zweiten Betriebsstellung des Differenzaktors 28 im getrieblichen Eingriff mit der Vollwelle 27 des automatischen Getriebes 21.The sliding sleeve 29 is in geared engagement with the solid shaft 27 of the automatic transmission 21 both in the first operating position and in the second operating position of the differential actuator 28.

Das Federelement 30 beaufschlagt die Schiebemuffe 29 derart axial mit einer Federkraft, dass das Federelement 30 in der ersten Betriebsstellung des Differenzaktors 28 im Wesentlichen entspannt und in der zweiten Betriebsstellung des Differenzaktuators 28 komprimiert ist, so dass die Schiebemuffe 29 federkraftunterstützt aus der zweiten Betriebsstellung in die erste Betriebsstellung des Differenzaktors 28 überführbar ist.The spring element 30 applies a spring force axially to the sliding sleeve 29 in such a way that the spring element 30 is essentially relaxed in the first operating position of the differential actuator 28 and is compressed in the second operating position of the differential actuator 28, so that the sliding sleeve 29 is spring-assisted from the second operating position to the first operating position of the differential actuator 28 can be converted.

Die Schiebemuffe 29 weist eine erste Innensteckverzahnung 31 auf, die drehmomentübertragend in einer Betriebsstellung des Differenzaktors 28 mit einer Außensteckverzahnung 34 der ersten Hohlwelle 25 axial verschiebbar kämmt. Sie besitzt ferner eine zweite Innensteckverzahnung 32, die drehmomentübertragend in einer Betriebsstellung des Differenzaktors 28 mit einer Außensteckverzahnung 35 der zweiten Hohlwelle 26 axial verschiebbar kämmt. Schließlicht weist die Schiebemuffe 29 eine dritte Innensteckverzahnung 33 auf, die drehmomentübertragend mit einer Außensteckverzahnung 36 der Vollwelle 27 axial verschiebbar kämmt.The sliding sleeve 29 has a first internal spline 31 which, in an operating position of the differential actuator 28 , meshes in an axially displaceable manner with an external spline 34 of the first hollow shaft 25 in a torque-transmitting manner. It also has a second inner spline 32 which, in an operating position of the differential actuator 28 , meshes in an axially displaceable manner with an outer spline 35 of the second hollow shaft 26 in a torque-transmitting manner. Finally, the sliding sleeve 29 has a third internal spline 33 which meshes in a torque-transmitting manner with an external spline 36 of the solid shaft 27 in an axially displaceable manner.

Der Differenzaktor 28, die Schiebemuffe 29 und das Federelement 30 sind in einem Anbaugehäuse 37 aufgenommen, welches seinerseits an einem Getriebegehäuse 39 des Getriebes 21 fixierbar ist.The differential actuator 28, the sliding sleeve 29 and the spring element 30 are accommodated in an attachment housing 37, which in turn can be fixed to a transmission housing 39 of the transmission 21.

In der gezeigte Ausführungsform ist der Differenzaktor 28 der Schaltanordnung 20 an einem Wellenende des Getriebes 21 platziert und dient dazu - wie oben dargestellt - mehrere konzentrische Wellen/Losräder in einem automatisierten Getriebe 21 miteinander zu verbinden. Das System kann in dem separaten Anbaugehäuse 37 am Ende der Montage an das Getriebegehäuse 39 angeflanscht werden. Gegenüber einer klassischen Anordnung mit Schaltgabeln und Schaltgestängen (Stand der Technik) hat diese Variante Vorteile hinsichtlich Bauraum, der Montierbarkeit beim Kunden und guter Zugänglichkeit der kompletten Betätigungseinheit, welche für einen eventuellen Servicefall Vorteile bringt. Da die Schaltanordnung als Gesamteinheit vormontiert werden kann, können beispielsweise Funktionstests vor einer Auslieferung durchgeführt werden.In the embodiment shown, the differential actuator 28 of the switching arrangement 20 is placed on a shaft end of the transmission 21 and is used—as shown above—to connect several concentric shafts/loose wheels in an automated transmission 21 to one another. The system can be flanged to the gearbox housing 39 in the separate attachment housing 37 at the end of assembly. Compared to a classic arrangement with shift forks and shift linkages (prior art), this variant has advantages in terms of installation space, the ability to be assembled by the customer and good accessibility of the complete actuation unit, which brings advantages in the event of a service case. Since the switching arrangement can be preassembled as a complete unit, function tests can be carried out before delivery, for example.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The foregoing description is therefore not to be considered as limiting but as illustrative. The following patent claims are to be understood in such a way that a mentioned feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the patent claims and the above description define 'first' and 'second' feature, this designation serves to distinguish between two similar features without establishing a ranking.

Insbesondere ist vom Offenbarungsgehalt der Anmeldung auch umfasst, dass der Differenzaktor 11,28 grundsätzlich auch allgemein zur Kopplung zweier Wellen verwendet werden kann. So ist es also nicht zwingend erforderlich, dass, wie in der 1 gezeigt, eine elektrische Maschine 2 mit der Motorwelle 8 gekoppelt ist. Das gezeigte Prinzip der Kopplung von Motorwelle 8 und Kopplungswelle 9 ist somit allgemein anwendbar und auf entsprechende Einsatzgebiete übertragbar.In particular, the disclosure content of the application also includes the fact that the differential actuator 11, 28 can in principle also be used in general for coupling two shafts. So it is not mandatory that, as in the 1 shown, an electric machine 2 is coupled to the motor shaft 8 . The principle shown of the coupling of the motor shaft 8 and the coupling shaft 9 is therefore generally applicable and can be transferred to corresponding fields of application.

Gleiches gilt für die in der 4 gezeigten Schaltanordnung 20. Auch hier kann das gezeigte Kopplungsprinzip zweier Wellen mittels des Differenzaktors 28 auch auf andere technische Gebiete abseits eines automatischen Getriebes übertragen werden.The same applies to those in the 4 circuit arrangement 20 shown. Here, too, the coupling principle shown of two shafts by means of the differential actuator 28 can also be transferred to other technical fields apart from an automatic transmission.

BezugszeichenlisteReference List

11
Kupplungsanordnungclutch assembly
22
Maschinemachine
33
Antriebsstrangpowertrain
44
Kraftfahrzeugsmotor vehicle
55
Statorstator
66
Rotorrotor
77
Rotorträgerrotor carrier
88th
Motorwellemotor shaft
99
Kopplungswellecoupling shaft
1010
Motorgehäusemotor housing
1111
Differenzaktordifferential actuator
1212
Schiebemuffesliding sleeve
1313
Federelementspring element
1414
Abstützringsupport ring
1515
Außensteckverzahnungexternal splines
1616
Außensteckverzahnungexternal splines
1717
Innensteckverzahnung internal splines
2020
Schaltanordnungswitching arrangement
2121
Getriebetransmission
2323
Antriebsstrangpowertrain
2424
Kraftfahrzeugsmotor vehicle
2525
Hohlwellehollow shaft
2626
Hohlwellehollow shaft
2727
Vollwellefull wave
2828
Differenzaktordifferential actuator
2929
Schiebemuffesliding sleeve
3030
Federelementspring element
3131
Innensteckverzahnunginternal splines
3232
Innensteckverzahnunginternal splines
3333
Innensteckverzahnunginternal splines
3434
Außensteckverzahnungexternal splines
3535
Außensteckverzahnungexternal splines
3636
Außensteckverzahnungexternal splines
3737
Anbaugehäuseadd-on housing
3939
Getriebegehäusegear case

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102019122813 [0002, 0007, 0020]DE 102019122813 [0002, 0007, 0020]

Claims (10)

Kupplungsanordnung (1), zum Einkuppeln und Auskuppeln einer elektrischen Maschine (2) in einen Antriebsstrang (3) eines Kraftfahrzeugs (4), wobei die elektrische Maschine (2) einen Stator (5) und einen Rotor (6) umfasst, wobei der Rotor (6) über einen Rotorträger (7) drehmomentübertragend mit einer drehbar in einem Motorgehäuse (10) gelagerten Motorwelle (8) verbunden ist und die Motorwelle (8) koaxial zu einer Kopplungswelle (9), insbesondere einer Getriebewelle, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung (1) ferner einen elektrisch betreibbaren Differenzaktor (11) aufweist, welcher mit einer axial gegenüber der Motorwelle (8) verschiebbaren Schiebemuffe (12) so gekoppelt und betreibbar ist, dass in einer ersten Betriebsstellung des Differenzaktors (11) die Schiebemuffe (12) im drehmomentübertragenen Eingriff mit der Kopplungswelle (9) steht und in einer zweiten Betriebsstellung des Differenzaktors (11) die Schiebemuffe (12) nicht in einem drehmomentübertragenden Eingriff mit der Kopplungswelle (12) befindlich ist.Clutch arrangement (1) for engaging and disengaging an electric machine (2) in a drive train (3) of a motor vehicle (4), the electric machine (2) comprising a stator (5) and a rotor (6), the rotor (6) is connected via a rotor carrier (7) in a torque-transmitting manner to a motor shaft (8) rotatably mounted in a motor housing (10) and the motor shaft (8) is arranged coaxially with a coupling shaft (9), in particular a gear shaft, characterized in that that the clutch arrangement (1) also has an electrically operable differential actuator (11), which is coupled to a sliding sleeve (12) that can be displaced axially with respect to the motor shaft (8) and can be operated in such a way that in a first operating position of the differential actuator (11), the sliding sleeve ( 12) is in torque-transmitting engagement with the coupling shaft (9) and in a second operating position of the differential actuator (11) the sliding sleeve (12) is not in a torque-transmitting state nd engagement with the coupling shaft (12) is located. Kupplungsanordnung (1), nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (13) die Schiebemuffe (12) derart axial federkraftbeaufschlagt, dass das Federelement (13) in der ersten Betriebsstellung des Differenzaktors (11) im Wesentlichen entspannt und in der zweiten Betriebsstellung des Differenzaktuators (11) komprimiert ist, so dass die Schiebemuffe (12) federkraftunterstützt aus der zweiten Betriebsstellung in die erste Betriebsstellung des Differenzaktors (11) überführbar ist.Clutch arrangement (1), after claim 1 characterized in that a spring element (13) applies spring force axially to the sliding sleeve (12) in such a way that the spring element (13) is essentially relaxed in the first operating position of the differential actuator (11) and is compressed in the second operating position of the differential actuator (11), so that the sliding sleeve (12) can be transferred from the second operating position to the first operating position of the differential actuator (11) with the aid of spring force. Kupplungsanordnung (1), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (12) einen sich in Radialrichtung erstreckenden Abstützring (14) aufweist, an dem sich das Federelement (13) und der Differenzaktor (11) abstützen.Coupling arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sliding sleeve (12) has a support ring (14) which extends in the radial direction and on which the spring element (13) and the differential actuator (11) are supported. Kupplungsanordnung (1), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (12) eine Innensteckverzahnung (17) aufweist, die drehmomentübertragend mit einer Außensteckverzahnung (15) der Motorwelle (8) axial verschiebbar kämmt und die Kopplungswelle (9) eine Außensteckverzahnung (16) aufweist, in die die Innensteckverzahnung (17) der Schiebemuffe (12) in der ersten Betriebsstellung des Differenzaktors (11) eingreift und in der zweiten Betriebsstellung des Differenzaktors (11) nicht mit der Innensteckverzahnung (17) der Schiebemuffe (12) getrieblich gekoppelt ist.Coupling arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sliding sleeve (12) has an internal spline (17) which meshes in a torque-transmitting manner with an external spline (15) of the motor shaft (8) in an axially displaceable manner and the coupling shaft (9) has a External splines (16) into which the internal splines (17) of the sliding sleeve (12) engage in the first operating position of the differential actuator (11) and in the second operating position of the differential actuator (11) not with the internal splines (17) of the sliding sleeve (12) is geared together. Schaltanordnung (20), zum Gangwechsel in einem automatischen Getriebe (21) in einen Antriebsstrang (23) eines Kraftfahrzeugs (24), wobei das automatische Getriebe (21) eine erste Hohlwelle (25), eine koaxial dazu angeordnete zweite Hohlwelle (26) sowie eine koaxial dazu angeordnete Vollwelle (27), wobei die Schaltanordnung (20) ferner einen elektrisch betreibbaren Differenzaktor (28) aufweist, welcher mit einer axial gegenüber der ersten Hohlwelle (25), der zweiten Hohlwelle (26) und der Vollwelle (27) verschiebbaren Schiebemuffe (29) so gekoppelt und betreibbar ist, dass in einer ersten Betriebsstellung des Differenzaktors (28) die Schiebemuffe (29) im drehmomentübertragenen Eingriff mit der ersten Hohlwelle (25) steht und in einer zweiten Betriebsstellung des Differenzaktors (11) die Schiebemuffe (29) nicht in einem drehmomentübertragenden Eingriff mit der ersten Hohlwelle (25) befindlich ist.Shift arrangement (20) for changing gears in an automatic transmission (21) in a drive train (23) of a motor vehicle (24), the automatic transmission (21) having a first hollow shaft (25), a second hollow shaft (26) arranged coaxially thereto and a solid shaft (27) arranged coaxially thereto, the switching arrangement (20) also having an electrically operable differential actuator (28) which can be displaced axially with respect to the first hollow shaft (25), the second hollow shaft (26) and the solid shaft (27). Sliding sleeve (29) is coupled and operable in such a way that in a first operating position of the differential actuator (28) the sliding sleeve (29) is in torque-transmitting engagement with the first hollow shaft (25) and in a second operating position of the differential actuator (11) the sliding sleeve (29 ) is not in a torque-transmitting engagement with the first hollow shaft (25). Schaltanordnung (20), nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Betriebsstellung des Differenzaktors (28) die Schiebemuffe (29) nicht im drehmomentübertragenen Eingriff mit der zweiten Hohlwelle (26) steht und in der zweiten Betriebsstellung des Differenzaktors (11) die Schiebemuffe (29) in einem drehmomentübertragenden Eingriff mit der zweiten Hohlwelle (26) befindlich ist.Switching arrangement (20), after claim 5 characterized in that in the first operating position of the differential actuator (28) the sliding sleeve (29) is not in torque-transmitting engagement with the second hollow shaft (26) and in the second operating position of the differential actuator (11) the sliding sleeve (29) is in torque-transmitting engagement with the second hollow shaft (26) is located. Schaltanordnung (20), nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (29) sowohl in der ersten Betriebsstellung und der zweiten Betriebsstellung des Differenzaktors (28) im getrieblichen Eingriff mit der Vollwelle (27) des automatischen Getriebes (21) steht.Switching arrangement (20), after claim 5 or claim 6 , characterized in that the sliding sleeve (29) is both in the first operating position and the second operating position of the differential actuator (28) in gear engagement with the solid shaft (27) of the automatic transmission (21). Schaltanordnung (20), nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (30) die Schiebemuffe (29) derart axial federkraftbeaufschlagt, dass das Federelement (30) in der ersten Betriebsstellung des Differenzaktors (28) im Wesentlichen entspannt und in der zweiten Betriebsstellung des Differenzaktuators (28) komprimiert ist, so dass die Schiebemuffe (29) federkraftunterstützt aus der zweiten Betriebsstellung in die erste Betriebsstellung des Differenzaktors (28) überführbar ist.Switching arrangement (20), according to one of Claims 5 - 7 , characterized in that a spring element (30) applies spring force axially to the sliding sleeve (29) in such a way that the spring element (30) is essentially relaxed in the first operating position of the differential actuator (28) and is compressed in the second operating position of the differential actuator (28), so that the sliding sleeve (29) can be transferred from the second operating position to the first operating position of the differential actuator (28) with the aid of spring force. Schaltanordnung (20), nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (29) eine erste Innensteckverzahnung (31) aufweist, die drehmomentübertragend in einer Betriebsstellung des Differenzaktors (28) mit einer Außensteckverzahnung (34) der ersten Hohlwelle (25) axial verschiebbar kämmt, und eine zweite Innensteckverzahnung (32) aufweist, die drehmomentübertragend in einer Betriebsstellung des Differenzaktors (28) mit einer Außensteckverzahnung (35) der zweiten Hohlwelle (26) axial verschiebbar kämmt, sowie eine dritte Innensteckverzahnung (33) aufweist, die drehmomentübertragend mit einer Außensteckverzahnung (36) der Vollwelle (27) axial verschiebbar kämmt.Switching arrangement (20), according to one of Claims 5 - 8th , characterized in that the sliding sleeve (29) has a first internal spline (31) which in an operating position of the differential actuator (28) meshes in an axially displaceable manner with an external spline (34) of the first hollow shaft (25) in a torque-transmitting manner, and a second internal spline (32 ) having the torque-transmitting in an operating position of the differential actuator (28) with an external spline (35) of the second hollow shaft (26) meshes axially displaceable, and a third internal spline (33) having the torque-transmitting with an external spline (36) of the solid shaft (27) meshes axially displaceable. Schaltanordnung (20), nach einem der Ansprüche 5-9, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzaktor (28), die Schiebemuffe (29) und das Federelement (30) in einem Anbaugehäuse (37) aufgenommen sind, welches seinerseits an einem Getriebegehäuse (39) des Getriebes (21) fixierbar ist.Switching arrangement (20), according to one of Claims 5 - 9 , characterized in that the differential actuator (28), the sliding sleeve (29) and the spring element (30) are accommodated in an attachment housing (37), which in turn can be fixed to a transmission housing (39) of the transmission (21).
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