-
Die Erfindung betrifft eine Kopplungsvorrichtung für eine Getriebevorrichtung eines Kraftfahrzeugs, welche Kopplungsvorrichtung eine zur wahlweisen Kopplung eines ersten Antriebselements mit einem ersten Abtriebselement ausgebildete erste Kopplungseinrichtung und eine zur wahlweisen Kopplung eines zweiten Antriebselements mit einem zweiten Abtriebselement ausgebildete zweite Kopplungseinrichtung aufweist, wobei die erste Kopplungseinrichtung einen, insbesondere elektromechanischen, ersten Aktor aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein erstes Kopplungselement der ersten Kopplungseinrichtung wahlweise in einen Kopplungszustand und einen Entkopplungszustand zu bewegen und wobei die zweite Kopplungseinrichtung einen, insbesondere elektromechanischen, zweiten Aktor aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein zweites Kopplungselement der zweiten Kopplungseinrichtung wahlweise in einen Kopplungszustand und einen Entkopplungszustand zu bewegen.
-
Kopplungsvorrichtungen für Getriebevorrichtungen von Kraftfahrzeugen sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Kopplungsvorrichtungen werden üblicherweise dafür verwendet, Antriebselemente mit Abtriebselementen wahlweise zu koppeln, um einen Kraftfluss bzw. eine Drehmomentübertragung von einem Antrieb zu einem Abtrieb zu gewährleisten. Beispielsweise kann eine Abtriebswelle einer elektrischen Maschine durch die Kopplungsvorrichtung mit einem Abtriebselement, das beispielsweise mit einem Rad des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, verbunden oder getrennt werden, je nachdem, welche Betriebssituation des Kraftfahrzeugs bzw. der Getriebevorrichtung vorliegt.
-
Derartige Kopplungsvorrichtungen werden üblicherweise aufwendig aktuiert, zum Beispiel mittels Elektromagneten, die Kopplungselemente der Kopplungsvorrichtung in bestimmte Positionen bewegen bzw. in bestimmten Positionen halten. Derartige Elektromagneten sind jedoch anfällig für hohe Temperaturen, sind abhängig von der bereitgestellten Versorgungsspannung, benötigen für das Positionieren des Kopplungselements und Halten einer bestimmten Position des Kopplungselements elektrische Energie und müssten, insbesondere bezogen auf die Verwendung in Traktionsantrieben für Kraftfahrzeuge aufgrund der hohen zu übertragenden Drehmomente ineffizient groß dimensioniert werden. Die Verwendung eines Elektromagneten ist hierbei insbesondere nicht linear mit dem zu übertragenden Drehmoment skalierbar, da der Hubbereich der verwendeten Elektromagneten äußerst eingeschränkt ist. Ist es ferner erforderlich, dass mehr als ein Kopplungselement bewegt werden muss, müsste jeweils ein Elektromagnet für das Bewegen der Kopplungselemente vorgesehen sein. Jedem der Kopplungselemente müsste somit ein entsprechender Sensor zugeordnet sein, da der Elektromagnet selbst, keine Überwachung der Positionierung der Kopplungselemente erlaubt.
-
US 2017 / 0 211 675 A1 beschreibt einen Hybridantriebsstrang mit zwei Traktionsmaschinen. In der Achse befindet sich zwischen dem Antriebspunkt und den Rädern jeweils eine Lamellenkupplung. Jeder Lamellenkupplung ist ein eigener Aktor zugeordnet.
-
FR 2 930 743 A1 offenbart eine Achse mit 2 Traktionsmaschinen. Diese können von der Achse jeweils durch eine Kupplung getrennt werden. Jeder Kupplung ist ein eigener Aktor zugeordnet.
-
DE 10 2019 204 682 A1 zeigt eine Achse mit 2 Traktionsmaschinen. Das Drehmoment wird jeweils über ein Planetengetriebe übertragen. Die Traktionsmaschinen können von der Achse jeweils durch eine Kupplung getrennt werden. Jeder Kupplung ist ein eigener Aktor zugeordnet.
-
DE 10 2013 209 637 A1 offenbart ein Parallelschaltgetriebe, mit dem selektiv Drehmoment auf zwei Getriebeausgangswellen aufbringbar ist. Die Bewegung von Schaltgabeln erfolgt mit zwei Schaltwalzen.
-
DE 10 2014 114 769 A1 zeigt einen Antriebsstrang, dessen Antriebsleistung über einen Antriebspfad auf angetriebene Räder führbar ist und mit einem KERS-Speicher verbindbar ist.
-
DE 33 22 881 A1 offenbart ein Zahnrad-Schaltgetriebe, bei dem die Zahnräder durch eine Schaltmuffe mit der Antriebswelle kraftschlüssig verbunden werden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Kopplungsvorrichtung für eine Getriebevorrichtung eines Kraftfahrzeugs anzugeben, eine Getriebevorrichtung, umfassend eine solche Kopplungsvorrichtung, sowie ein Kraftfahrzeug, umfassend eine solche Getriebevorrichtung.
-
Die Aufgabe wird durch eine Kopplungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 8 und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
-
Wie beschrieben, betrifft die Erfindung eine Kopplungsvorrichtung für eine Getriebevorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Die Kopplungsvorrichtung ist dazu ausgebildet, ein Antriebselement mit einem Abtriebselement zu koppeln bzw. die Kopplung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement aufzulösen. Hierzu weist die Kopplungsvorrichtung eine erste Kopplungseinrichtung und eine zweite Kopplungseinrichtung auf, wobei die erste Kopplungseinrichtung dafür vorgesehen ist, ein erstes Antriebselements mit einem ersten Abtriebselement wahlweise zu verbinden und die zweite Kopplungseinrichtung dafür vorgesehen ist, wahlweise ein zweites Antriebselement mit einem zweiten Abtriebselement zu koppeln. Mit anderen Worten kann durch die Kopplungsvorrichtung der Kopplungszustand der ersten Kopplungseinrichtung und der zweiten Kopplungseinrichtung beeinflusst werden, sodass eingestellt werden kann, ob das erste Antriebselement mit dem ersten Abtriebselement bzw. das zweite Antriebselement mit dem zweiten Abtriebselement gekoppelt ist.
-
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die erste Kopplungseinrichtung einen, insbesondere elektromechanischen, ersten Aktor aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein erstes Kopplungselement der ersten Kopplungseinrichtung wahlweise in einen Kopplungszustand und einen Entkopplungszustand zu bewegen und dass die zweite Kopplungseinrichtung einen, insbesondere elektromechanischen, zweiten Aktor aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein zweites Kopplungselement der zweiten Kopplungseinrichtung wahlweise in einen Kopplungszustand und einen Entkopplungszustand zu bewegen. Als Antriebselement kann beispielsweise ein Antriebsrad und als Abtriebselement ein Abtriebsrad verstanden werden. Antriebsrad und Abtriebsrad sind mit entsprechenden Wellen verbunden, beispielsweise einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle. Die Abtriebswelle kann beispielsweise direkt oder indirekt mit einem Rad des Kraftfahrzeugs gekoppelt sein, sodass Drehmoment, das über das Kopplungselement auf das Abtriebsrad übertragen wird, an das Rad des Kraftfahrzeugs weitergeleitet werden kann. Die Antriebswelle kann direkt oder indirekt, beispielsweise über eine Vorübersetzung, mit der Ausgangswelle einer Antriebseinrichtung, insbesondere einer elektrischen Maschine, gekoppelt sein.
-
Wird die Kopplungseinrichtung geschlossen, wird die Kopplung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement hergestellt, d.h., dass Drehmoment von der Antriebseinrichtung an das Rad übertragen werden kann oder umgekehrt. Als Kopplungselemente können insbesondere formschlüssige Kopplungselemente verwendet werden, beispielsweise Klauenelemente. Die Kopplungsvorrichtung kann auch als sogenannte „disconnect unit“ bezeichnet werden, da diese ein Abkoppeln des Antriebselements von dem Abtriebselement erlaubt. Hierdurch ist insbesondere ein Einsparen von CO2 und Kraftstoff möglich, da die Kopplung zwischen der Antriebseinrichtung und dem Rad aufgehoben werden kann, um unnötig drehende Teile im Antriebsstrang zu reduzieren.
-
Mit anderen Worten muss die Antriebseinrichtung und die ihr zugeordneten Antriebselemente nicht in sämtlichen Betriebssituation mitgeschleppt werden, sofern diese nicht benötigt werden. Jedes der Antriebsräder bzw. jedes der Antriebselemente kann durch eine eigene elektrische Maschine bzw. allgemein eine eigene Antriebseinrichtung angetrieben werden. Die einzelnen Kopplungseinrichtungen können somit letztlich einzelnen Antriebseinrichtungen bzw. einzelnen Antriebsstrangteilen zugeordnet sein. Beispielsweise kann eine erste Antriebseinrichtung für das Antreiben eines ersten Rads vorgesehen sein und über die erste Kopplungseinrichtung kann der Kopplungszustand eingestellt werden. Ebenso kann eine zweite Antriebseinrichtung für das Antreiben eines zweiten Rads des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein, wobei über die zweite Kopplungseinrichtung deren Kopplungszustand eingestellt werden kann.
-
Durch die Verwendung eines elektromechanischen Aktors wird insbesondere ermöglicht, die Sensorik des Elektromotors zu verwenden, um einen Zustand der jeweiligen Kopplungseinrichtung zu überwachen. Der beschriebene Aktor kann einen Stromsensor und/oder Drehzahlsensor und/oder Drehwinkelsensor aufweisen, die dazu ausgebildet sind Informationen, insbesondere eine Drehzahl, einen Strom und einen Drehwinkel, zu ermitteln, die in die Überwachung des Kopplungszustands einfließen können.
-
Die erste und die zweite Kopplungseinrichtung der Kopplungsvorrichtung können nach einer Ausgestaltung der Kopplungsvorrichtung auf derselben Drehachse angeordnet sein, insbesondere symmetrisch bezogen auf eine zwischen der ersten und zweiten Kopplungseinrichtung angeordnete Mittelebene. Die Mittelebene kann beispielsweise senkrecht auf den beiden Drehachsen der ersten Kopplungseinrichtung und der zweiten Kopplungseinrichtung stehen. Die Drehachsen können beispielsweise die Drehachsen der Seitenwellen der Getriebevorrichtung sein, die die Drehbewegung an die Räder des Kraftfahrzeugs übertragen. Letztlich kann die Drehachse auch durch die Abtriebswellen bzw. das Antriebsrad oder Abtriebsrad der jeweiligen Kopplungseinrichtungen definiert werden. Die Kopplungseinrichtungen können somit letztlich symmetrisch bezogen auf die Fahrzeugachse angeordnet sein, der die Kopplungsvorrichtung zugeordnet ist. Die Abtriebswellen, beispielsweise die Seitenwellen, die zu den Rädern führen, können parallel zu den Antriebswellen der Antriebseinrichtungen, beispielsweise der elektrischen Maschinen, angeordnet sein.
-
Die erste und die zweite Kopplungseinrichtung können ferner dazu ausgebildet sein, das erste und zweite Kopplungselement bei einer Bewegung in den Kopplungszustand aufeinander zu und bei einer Bewegung in den Entkopplungszustand voneinander weg zu bewegen. Bei der Bewegung in den Kopplungszustand können die beiden Kopplungselemente somit aufeinander zu bewegt werden, insbesondere in Richtung eines Mittelpunkts, der zwischen den beiden Kopplungselemente angeordnet ist. Werden die beiden Kopplungselemente von der ersten Kopplungseinrichtung bzw. der zweiten Kopplungseinrichtung in den Entkopplungszustand bewegt, entfernen sich die beiden Kopplungselemente voneinander. Die Aktoren, die dazu verwendet werden, die erste und die zweite Kopplungseinrichtung zu betreiben bzw. das erste und zweite Kopplungselement zu bewegen, können hierbei „außen“ in Bezug auf die Antriebsräder angeordnet sein, d.h., weiter von der Mittelebene entfernt angeordnet sein als die Kopplungselemente.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Kopplungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Kopplungseinrichtung dazu ausgebildet sind, das erste und zweite Kopplungselement unabhängig oder aufeinander abgestimmt zu bewegen. Grundsätzlich können die einzelnen Aktoren der beiden Kopplungseinrichtungen die ihnen zugeordneten Kopplungselemente frei von der jeweils anderen Kopplungseinrichtung bewegen. D.h., dass das erste Kopplungselement durch die erste Kopplungseinrichtung, insbesondere durch den ersten Aktor, bewegt werden kann, unabhängig davon, wie das zweite Kopplungselement durch die zweite Kopplungseinrichtung, insbesondere von dem zweiten Aktor, bewegt wird und umgekehrt.
-
Dadurch ist es letztlich möglich, die erste Kopplungseinrichtung unabhängig von der zweiten Kopplungseinrichtung in den Kopplungszustand oder den Entkopplungszustand zu verbringen und ebenso die zweite Kopplungseinrichtung unabhängig von der ersten Kopplungseinrichtung in den Entkopplungszustand oder den Kopplungszustand zu bewegen. Dies erlaubt die erste Antriebseinrichtung von dem ersten Rad unabhängig davon zu entkoppeln oder die Kopplung herzustellen, ob die zweite Antriebseinrichtung mit dem zweiten Rad gekoppelt ist oder nicht. Hierdurch können somit die einzelnen Räder unabhängig voneinander entkoppelt oder gekoppelt werden. Alternativ kann vorgesehen sein, die beiden Kopplungseinrichtungen aufeinander abgestimmt zu betreiben. Beispielsweise kann eine Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet sein, den ersten Aktor und den zweiten Aktor abgestimmt zu bewegen, beispielsweise synchron.
-
Wenigstens eine der beiden Kopplungseinrichtungen weist eine mit dem zugeordneten Aktor gekoppelte Schalteinrichtung auf, insbesondere eine Schalthülse, die über ein Eingriffselement mit einem mit dem Kopplungselement gekoppelten Schaltring gekoppelt ist. Die Schalteinrichtung kann somit als Schalthülse ausgebildet sein oder eine solche umfassen. Die Schalteinrichtung kann ein Eingriffselement aufweisen oder mit einem solchen gekoppelt sein, welches Eingriffselement mit einem Schaltring gekoppelt ist, der an dem Kopplungselement angeordnet oder mit diesem verbunden ist.
-
Der Schaltring und das Eingriffselement können mit den jeweiligen Komponenten, mit denen sie gekoppelt sind, einteilig ausgeführt sein. Beispielsweise kann der Schaltring an dem Kopplungselement angebracht sein oder das Eingriffselement kann an der Schalthülse angebracht sein. Die Schalteinrichtung kann insbesondere den Schaltring und das Eingriffselement, insbesondere zusammen mit Schaltpatten, eine Schiebemuffe und die Schalthülse umfassen. Letztlich kann der Aktor über ein Abtriebsritzel in eine Verzahnung der Schalthülse eingreifen, und die Schalthülse somit bewegen. Die Schalthülse ist wiederum durch das Eingriffselement mit dem Schaltring gekoppelt, der beispielsweise eine Schiebemuffe, die an dem Kopplungselement angeordnet ist, bewegen kann.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Kopplungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Antriebsrad wenigstens einen Durchgriffsabschnitt aufweist, durch den wenigstens ein Durchgriffselement eines Kopplungselements greift. Die Kopplungselemente, beispielsweise das erste Kopplungselement oder das zweite Kopplungselement, können somit Durchgriffselemente aufweisen, die die Durchgriffsabschnitte des Antriebsrads durchgreifen. Insbesondere kann ein erstes Antriebsrad einen ersten Durchgriffsabschnitt oder mehrere erste Durchgriffsabschnitte aufweisen, durch den ein erstes Durchgriffselement des ersten Kopplungselements greifen kann. Das erste Kopplungselement kann dabei beliebig viele erste Durchgriffselemente aufweisen, wobei jeweils ein erstes Durchgriffselement durch einen ersten Durchgriffsabschnitt des ersten Antriebsrads greifen kann. Ebenso kann ein zweites Antriebsrad einen zweiten Durchgriffsabschnitt oder mehrere zweite Durchgriffsabschnitte aufweisen, durch den ein zweites Durchgriffselement des zweiten Kopplungselements greifen kann. Das zweite Kopplungselement kann dabei beliebig viele zweite Durchgriffselemente aufweisen, wobei jeweils ein zweites Durchgriffselement durch einen zweiten Durchgriffsabschnitt des zweiten Antriebsrads greifen kann.
-
Die Durchgriffselemente sind stabartig bzw. fingerartig ausgeführt und erstrecken sich beispielsweise in Axialrichtung von einem Grundkörper des Kopplungselements weg. Dies erlaubt insbesondere eine Aktuierung „von außen“, sodass die von dem jeweiligen Aktor erzeugte Bewegung auf die Schalteinrichtung übertragen werden kann, die mit dem Durchgriffselement des jeweiligen Kopplungselements in Eingriff steht und dieses somit durch den Durchgriffsabschnitt bewegt und dadurch die Position des Kopplungselements verlagert. Dadurch können die Kopplungselemente in Eingriff bzw. außer Eingriff mit den zugeordneten Kopplungspartnern gebracht werden, um den Kopplungszustand entsprechend einzustellen.
-
Die Kopplungsvorrichtung kann ferner wenigstens eine Federeinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, bei einer Relativbewegung zwischen einer Schalteinrichtung und einem Kopplungselement eine Rückstellkraft aufzubauen. Beispielsweise weist die erste Kopplungseinrichtung eine erste Federeinrichtung und die zweite Kopplungseinrichtung eine zweite Federeinrichtung auf. Tritt in der jeweiligen Kopplungseinrichtung eine Relativbewegung zwischen dem Kopplungselement und der Schalteinrichtung auf, beispielsweise eine Relativbewegung zwischen einem Schaltring und einer Schiebemuffe bzw. eine Relativbewegung zwischen einem Schaltring und dem Kopplungselement, kann die Federeinrichtung unter Aufbau der Rückstellkraft verformt werden.
-
Tritt insbesondere eine Zahn-auf-Zahn-Stellung des Kopplungselements auf, d.h., dass das Kopplungselement nicht direkt eingespurt werden kann, da die Verzahnungen des Kopplungselements und des zugeordneten Kopplungspartners mit ihren Zähnen in Axialrichtung aneinander anliegen, kann die Federeinrichtung verformt werden. Dies erlaubt, dass die jeweilige Schalteinrichtung direkt in ihre Endstellung verbracht werden kann, wobei in der Zahn-auf-Zahn-Stellung eine Relativbewegung zwischen der Schalteinrichtung und dem Kopplungselement auftreten kann, die die Federeinrichtung unter Aufbau der Rückstellkraft vorspannt. Somit muss keine Überwachung der Position des Kopplungselements bzw. eine gesteuerte Bewegung des Kopplungselements bei Auftreten einer Zahn-auf-Zahn-Stellung berücksichtigt werden. Stattdessen kann die Bewegung über den vollen Umfang ausgeführt werden und bei Auftreten einer Zahn-auf-Zahn-Stellung die Relativbewegung zwischen der Schalteinrichtung und dem Kopplungselement erzeugt werden. Da die Federeinrichtung vorgespannt wird, bei Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung das Kopplungselement unter Abbau der Rückstellkraft in die Endstellung bewegt.
-
Die Kopplungsvorrichtung kann ferner wenigstens eine Dämpfungseinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, eine Relativbewegung zwischen einem Kopplungselement und einer Schalteinrichtung, insbesondere bei Abbau der Rückstellkraft, zu dämpfen. Wie beschrieben, kann die Relativbewegung zugelassen werden, um ein Verbringen der Schalteinrichtung unmittelbar in eine Endstellung vorzunehmen, sodass bei Auftreten der Zahn-auf-Zahn-Stellung die Federeinrichtung verformt wird und eine Rückstellkraft auf das Kopplungselement ausübt. Wird die Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgelöst, wird die Federkraft schlagartig abgebaut, sodass dies zu einem schlagartigen „Einschnappen“ des Kopplungselements führen kann. Die Dämpfungseinrichtung kann hierbei die Relativbewegung, insbesondere den Abbau der Rückstellkraft, dämpfen, sodass das „Einschnappen“ nicht störend von Benutzern des Kraftfahrzeug wahrgenommen werden kann. Die Dämpfungseinrichtung stellt hierbei insbesondere ein Luftvolumen bereit, das durch eine Dichtung abgedichtet ist. Die Dämpfungseinrichtung weist für das Luftvolumen einen definierten Ausgang auf, der bei einer Relativbewegung den Durchfluss der Luft aus dem Luftvolumen festlegt. Je nachdem, wie die Dämpfungseinrichtung dimensioniert ist, findet der Abbau der Rückstellkraft bzw. die Relativbewegung mehr oder weniger stark gedämpft statt. Hierbei kann insbesondere ein Kompromiss zwischen einer möglichst schnellen Einlegebewegung und einer Dämpfung der Bewegung gefunden werden, sodass akustische Beeinträchtigungen ausbleiben können.
-
Daneben betrifft die Erfindung eine Getriebevorrichtung, die eine zuvor beschriebene Kopplungsvorrichtung umfasst.
-
Bevorzugt kann die Getriebevorrichtung als Antriebselement ein Zahnrad, insbesondere ein Stirnrad, aufweisen. Vorzugsweise kann die Getriebevorrichtung als Abtriebselement ein Flansch zu einer Welle zu einem Rad aufweisen.
-
Daneben betrifft die Erfindung einen elektrischen Achsantrieb, der eine zuvor beschriebene Getriebevorrichtung umfasst. Weiterhin weist der elektrische Achsantrieb zwei Elektromotoren auf. Jeder der Elektromotoren ist über eine der beiden Kopplungseinrichtungen mit einem Rad verbindbar. Insbesondere kann der Kraftfluss jeweils vom Elektromotor über ein Getriebe, insbesondere ein zweistufiges Stirnradgetriebe und dann über die Kopplungseinrichtung und weiter über einen Antriebsflansch auf eine Welle gehen. Die Welle ist dann mit einem Rad verbunden oder verbindbar.
-
Aufgrund seiner Ausgestaltung weist der elektrische Achsantrieb zwischen einem Elektromotor und einem Rad als einziges Getriebe ein Stirnradgetriebe auf, insbesondere ein zweistufiges Stirnradgetriebe. Mit anderen Worten ist der elektrische Achsantrieb differenzialfrei ausgestaltet.
-
Die Kraftflüsse der Elektromotoren zu den Rädern sind mechanisch unabhängig voneinander angeordnet. Theoretisch kann der eine Elektromotor das volle Moment auf „sein“ Rad übertragen und der andere Elektromotor stillstehen.
-
Weiter betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend eine solche Getriebevorrichtung oder einen solchen elektrischen Achantrieb. Das Kraftfahrzeug weist insbesondere zwei elektrische Maschinen auf, die auf derselben Drehachse angeordnet sind. Die beiden Ausgangswellen der elektrischen Maschinen zeigen insbesondere in entgegengesetzte Richtungen bzw. zeigt die Ausgangswelle der ersten elektrischen Maschine in Richtung der zweiten elektrischen Maschine und die Ausgangswelle der zweiten elektrischen Maschine zeigt in Richtung der ersten elektrischen Maschine. Die elektrischen Maschinen sind insbesondere parallel zu den ihnen zugeordneten Kopplungseinrichtungen der Kopplungsvorrichtung angeordnet. Hierbei können die Ausgangswellen der elektrischen Maschinen parallel zu den Abtriebswellen der Kopplungseinrichtungen, beispielsweise der Seitenwellen, angeordnet sein.
-
Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf die Kopplungsvorrichtung beschrieben wurden, sind vollständig auf die Getriebevorrichtung und das Kraftfahrzeug übertragbar.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 einen Ausschnitt eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Getriebevorrichtung mit einer Kopplungsvorrichtung; und
- 2 die Kopplungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs von 1.
-
1 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer Getriebevorrichtung 2 und einer Kopplungsvorrichtung 3. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Getriebevorrichtung 2 zwei elektrischen Maschinen 4, 5 auf, die auf derselben Drehachse 6 angeordnet sind, wobei die Ausgangswellen der elektrischen Maschine 4, 5 so ausgerichtet sind, dass diese zu der jeweils anderen elektrischen Maschine 4, 5 hinweisen. Im Rahmen der nachfolgenden Beschreibung sind die Begriffe „erste“ und „zweite“ beliebig gewählt und demnach auch beliebig austauschbar bzw. die entsprechende Beschreibung übertragbar. Die elektrische Maschine 4 kann somit als „erste elektrische Maschine 4“ und die elektrische Maschine 5 als „zweite elektrische Maschine 5“ bezeichnet werden oder umgekehrt. Die jeweiligen Komponenten der Kopplungsvorrichtung 3 können ebenso mit „erste“ und „zweite“ bezeichnet werden. Die einzelnen Bezeichnungen sind hierbei austauschbar.
-
In der in 1 gezeigten Darstellung sind die Ausgangswellen der elektrischen Maschine 4, 5 über eine Vorübersetzung mit der Kopplungsvorrichtung 3 gekoppelt. Die Kopplungsvorrichtung 3 weist grundsätzlich eine erste Kopplungseinrichtung 7 und eine zweite Kopplungseinrichtung 8 auf. Die erste Kopplungseinrichtung 7 stellt ein erstes Antriebsrad 9 und die zweite Kopplungseinrichtung 8 ein zweites Antriebsrad 10 bereit, die über die entsprechende Vorübersetzung durch die elektrischen Maschinen 4, 5 angetrieben werden können. Die beiden Kopplungseinrichtungen 7, 8 sind in diesem Ausführungsbeispiel symmetrisch angeordnet, beispielsweise auf eine zwischen den beiden Kopplungseinrichtungen 7, 8 angeordnete Mittelebene. Die Mittelebene kann beispielsweise senkrecht auf der Drehachse 6 stehen oder senkrecht auf einer Drehachse der Kopplungseinrichtungen 7, 8, die in diesem Ausführungsbeispiel parallel zu der Drehachse 6 angeordnet sind.
-
Die Kopplungseinrichtungen 7, 8 sind in diesem Ausführungsbeispiel grundsätzlich unabhängig voneinander dazu ausgebildet, ein erstes Abtriebselement 11, im Fall der ersten Kopplungseinrichtung 7 bzw. ein zweites Abtriebselement 12, im Fall der zweiten Kopplungseinrichtung 8 zu koppeln oder die Kopplung aufzuheben. Mit anderen Worten kann die erste Kopplungseinrichtung 7 die Kopplung mit dem ersten Abtriebselement 11 herstellen oder trennen und die zweite Kopplungseinrichtung 8 kann die Kopplung mit dem zweiten Abtriebselement 12 herstellen oder trennen. Die Abtriebselemente 11, 12 können beispielsweise mit je einer Seitenwelle verbunden sein und somit eine Drehmomentübertragung zu einem Rad des Kraftfahrzeugs 1 herstellen.
-
2 zeigt eine detaillierte schematische Darstellung der Kopplungsvorrichtung 3 nach einem Ausführungsbeispiel. Grundsätzlich sind die beiden Kopplungseinrichtungen 7, 8 symmetrisch ausgeführt, sodass die Beschreibung der ersten Kopplungseinrichtung 7 beliebig auf die zweite Kopplungseinrichtung 8 übertragbar ist und umgekehrt. Die erste Kopplungseinrichtung 7 weist einen Aktor 13 auf, der in diesem Ausführungsbeispiel als elektromechanischer Aktor ausgeführt ist. Der Aktor kämmt, beispielsweise mit einem Abtriebsritzel, in einer Verzahnung einer Schalthülse 14, die über eine Schalteinrichtung 15 mit einem Kopplungselement 16 gekoppelt ist. Das Kopplungselement 16 weist beispielsweise eine Klauenverzahnung auf und kann mit dem Abtriebselement 11 formschlüssig in Eingriff gebracht werden, um den Kopplungszustand zwischen dem Antriebsrad 9 und dem Abtriebselement 11 herzustellen.
-
Dazu weist die Schalteinrichtung 15 an der Schalthülse 14 ein Eingriffselement 17 auf, das Schaltpatten aufweist, die in Anlage mit entsprechenden Kontaktflächen eines Schaltrings 18 bringbar sind, um den Schaltring 18 zu positionieren. Der Schaltring 18 steht wiederum in Eingriff mit einer Schiebemuffe 19, die an dem Kopplungselement 16 angeordnet ist. Die Schiebemuffe 19 kann ebenso integraler Bestandteil des Kopplungselements 16 sein bzw. kann auf die Schiebemuffe 19 verzichtet werden, indem der Schaltring 18 direkt an das Kopplungselement 16 gekoppelt wird. Zwischen dem Schaltring 18 und dem Kopplungselement 16 bzw. der Schiebemuffe 19 ist eine Federeinrichtung 20 angeordnet. Die Federeinrichtung 20 weist wenigstens ein Federelement auf, das eine Rückstellkraft auf das Kopplungselement 16 ausüben kann. Bewegt der Aktor 13 beispielsweise die Schalthülse 14 in Richtung des Kopplungszustands, das bedeutet, in der gezeigten Darstellung nach rechts auf das Abtriebselement 11 zu, verschiebt das Eingriffselement 17 den Schaltring 18, der, beispielsweise über die Schiebemuffe 19, das Kopplungselement 16 bewegt.
-
Tritt zwischen dem Kopplungselement 16 und dem Abtriebselement 11 eine sogenannte Zahn-auf-Zahn-Stellung auf, kann der Aktor 13 dennoch die Schalthülse 14 bzw. die Schalteinrichtung 15 in ihre Endstellung verbringen. Hierbei spannt sich das Federelement der Federeinrichtung 20 zwischen dem Schaltring 18 und dem Kopplungselement 16, beispielsweise zwischen dem Schaltring 18 und der Schiebemuffe 19, vor. Wird die Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgelöst, kann das Kopplungselement 16 unter Abbau der Rückstellkraft und Entspannung des Federelements der Federeinrichtung 20 einschnappen. Die Kopplungseinrichtung 7 weist zusätzlich eine Dämpfungseinrichtung 21 auf, die die „Einschnapp-Bewegung“ dämpfen kann. Hierbei wird ein Luftvolumen bereitgestellt, das durch die Einschnapp-Bewegung der Schiebemuffe 19 komprimiert wird und in Abhängigkeit davon, welche Öffnung die Dämpfungseinrichtung 21 aufweist, wird die Einschnapp-Bewegung durch den ausströmenden Luftstrom begrenzt bzw. gedämpft. Dadurch kann eine negative akustische Auswirkung bei der Einschnapp-Bewegung verhindert werden.
-
Analog zu der ersten Kopplungseinrichtung 7 weist die zweite Kopplungseinrichtung 8 letztlich dieselben Bauteile auf. Die zweite Kopplungseinrichtung 8 weist einen Aktor 13' auf, der in diesem Ausführungsbeispiel als elektromechanischer Aktor ausgeführt ist. Der Aktor 13' kämmt, beispielsweise mit einem Abtriebsritzel, in einer Verzahnung einer Schalthülse 14', die über eine Schalteinrichtung 15' mit einem Kopplungselement 16' gekoppelt ist. Das Kopplungselement 16' weist beispielsweise eine Klauenverzahnung auf und kann mit dem Abtriebselement 12 formschlüssig in Eingriff gebracht werden, um den Kopplungszustand zwischen dem Antriebsrad 10 und dem Abtriebselement 12 herzustellen.
-
Dazu weist die Schalteinrichtung 15' an der Schalthülse 14' ein Eingriffselement 17' auf, das Schaltpatten aufweist, die in Anlage mit entsprechenden Kontaktflächen eines Schaltrings 18' bringbar sind, um den Schaltring 18' zu positionieren. Der Schaltring 18' steht wiederum in Eingriff mit einer Schiebemuffe 19', die an dem Kopplungselement 16' angeordnet ist. Die Schiebemuffe 19' kann ebenso integraler Bestandteil des Kopplungselements 16' sein bzw. kann auf die Schiebemuffe 19' verzichtet werden. Zwischen dem Schaltring 18' und dem Kopplungselement 16' bzw. der Schiebemuffe 19' ist eine Federeinrichtung 20' angeordnet. Die Federeinrichtung 20' weist wenigstens ein Federelement auf, das eine Rückstellkraft auf das Kopplungselement 16' ausüben kann. Bewegt der Aktor 13' beispielsweise die Schalthülse 14' in Richtung des Kopplungszustands, das bedeutet, in der gezeigten Darstellung nach links auf das Abtriebselement 12 zu, verschiebt das Eingriffselement 17' den Schaltring 18', der, beispielsweise über die Schiebemuffe 19', das Kopplungselement 16' bewegt.
-
Tritt zwischen Kopplungselement 16' und dem Abtriebselement 12 eine sogenannte Zahn-auf-Zahn-Stellung auf, kann der Aktor 13' dennoch die Schalthülse 14' bzw. die Schalteinrichtung 15' in ihre Endstellung verbringen. Hierbei spannt sich das Federelement der Federeinrichtung 20' zwischen dem Schaltring 18 und dem Kopplungselement 16, beispielsweise zwischen dem Schaltring 18' und der Schiebemuffe 19', vor. Wird die Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgelöst, kann das Kopplungselement 16' unter Abbau der Rückstellkraft und Entspannung des Federelements der Federeinrichtung 20' einschnappen. Die zweite Kopplungseinrichtung 8 weist zusätzlich eine Dämpfungseinrichtung 21' auf, die die „Einschnapp-Bewegung“ dämpfen kann. Hierbei wird ein Luftvolumen bereitgestellt, das durch das Einschnappen der Schiebemuffe 19' komprimiert wird und in Abhängigkeit davon, welche Öffnung die Dämpfungseinrichtung 21' aufweist, wird die Einschnapp-Bewegung durch den ausströmenden Luftstrom begrenzt bzw. dämpft. Dadurch kann eine negative akustische Auswirkung bei der Einschnapp-Bewegung verhindert werden.
-
Die Kopplungseinrichtungen 7, 8 sind grundsätzlich dazu ausgebildet, den Kopplungszustand getrennt bzw. unabhängig voneinander einzustellen. Dazu können die Aktoren 13, 13' unabhängig Bestromung werden. Letztlich kann somit der Kopplungszustand für die erste elektrische Maschine 4 und die zweite elektrische Maschine 5 unabhängig voneinander festgelegt werden bzw. kann ein erstes Rad, das dem ersten Abtriebselement 11 zugeordnet ist, unabhängig von einem zweiten Rad, das dem zweiten Abtriebselement 12 zugeordnet ist, gekoppelt oder entkoppelt werden und umgekehrt.
-
Die beiden Kopplungseinrichtungen 7, 8 weisen ferner an den Kopplungselementen 16, 16' Durchgriffselemente 22, 22' auf, die Durchgriffsabschnitte 23, 23' in den Antriebsrädern 9, 10 durchgreifen. Dadurch ist es möglich, dass die Antriebsräder 9, 10 durchgegriffen werden und somit eine axiale Bewegung der Kopplungselemente 16, 16' „von außen“ durch die Aktoren 13, 13' durchgeführt wird.
-
Die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind beliebig aufeinander übertragbar, untereinander austauschbar und miteinander kombinierbar.
-
Bezugszeichen
-
- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Getriebevorrichtung
- 3
- Kopplungsvorrichtung
- 4, 5
- elektrische Maschine
- 6
- Drehachse
- 7, 8
- Kopplungseinrichtung
- 9, 10
- Antriebsrad
- 11, 12
- Abtriebselement
- 13, 13'
- Aktor
- 14, 14`
- Schalthülse
- 15, 15`
- Schalteinrichtung
- 16, 16'
- Kopplungselement
- 17, 17'
- Eingriffselement
- 18, 18'
- Schaltring
- 19, 19'
- Schiebemuffe
- 20, 20'
- Federeinrichtung
- 21, 21'
- Dämpfungseinrichtung
- 22, 22'
- Durchgriffselement
- 23, 23`
- Durchgriffsabschnitt
