DE102022127504A1

DE102022127504A1 - Drehmomentübertragungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102022127504A1
Application number: DE102022127504.3A
Authority: DE
Inventors: Oliver Nöhl; Elmar Lorenz; Christian Riel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-10-19
Filing date: 2022-10-19
Publication date: 2024-04-25
Also published as: WO2024083280A1

Abstract

Drehmomentübertragungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein ein Drehmoment einleitendes Antriebselement (2), ein mit diesem drehmomentübertragend gekoppeltes Abtriebselement (4) sowie eine Parksperre (7) mit einem Parksperrenklinkenrad (8), das mit dem Antriebselement (2) oder dem Abtriebselement (4) zum Sperren einer Rotation desselben gekoppelt ist, wobei in die drehmomentübertragende Kopplung des Antriebselements (2) mit dem Abtriebselement (4) eine Rutschkupplung (10) integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein ein Drehmoment einleitendes Antriebselement, ein mit diesem drehmomentübertragend gekoppeltes Abtriebselement sowie eine Parksperre mit einem Parksperrenklinkenrad.
Eine solche Drehmomentübertragungseinrichtung ist Teil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Getriebes für einen elektrifizierten Antriebsstrang, insbesondere eines rein batterieangetriebenen Fahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs. Über die Drehmomentübertragungseinrichtung kann ein an oder über ein Antriebselement, beispielsweise eine mit einem Elektromotor koppelte Antriebswelle, ein Drehmoment eingeleitet werden, das auf ein mit dem Antriebselement gekoppeltes Abtriebselement, beispielsweise eine Abtriebswelle oder ein Abtriebsritzel oder Ähnliches, übertragen wird. Teil der Drehmomentübertragungseinrichtung ist eine Parksperre umfassend ein Parksperrenklinkenrad. Diese Parksperre dient dazu, das Fahrzeug im Parkfall gegen ein Wegrollen zu sichern. Das Parksperrenklinkenrad ist hierzu mit dem Antriebselement oder dem Abtriebselement gekoppelt. Mittels einer positionsfesten Klinke, die zum Einlegen der Parksperre mit dem Parksperrenklinkenrad in Wirkverbindung gebracht wird, wird das Parksperrenklinkenrad arretiert, also gegen eine Rotation gesperrt, worüber auch eine Rotation des gekoppelten Antriebs- oder Abtriebselements und damit letztlich eine Bewegung im Antriebsstrang gesperrt ist.
Ein Beispiel für eine solche Drehmomentübertragungseinrichtung ist in DE 100 29 628 A1 gezeigt. Die dort gezeigte Drehmomentübertragungseinrichtung zeigt einen Elektromotor, dessen Rotor mit Planetenrädern eines Planetengetriebes gekoppelt ist, dem wiederum ein Differential nachgeschaltet ist, an dem zwei Steckwellen angebunden sind, die wiederum mit den zu den Rädern führenden Antriebswellen verbunden sind. Dem Rotor zugeordnet ist die Parksperre, so dass über die Parksperre eine Rotorrotation gesperrt werden kann, worüber zwangsläufig auch eine Rotation der nachgeschalteten Komponenten gesperrt ist. Die in DE 100 29 628 A1 vorgesehene Parksperre ist eine überlastgeschützte Parksperre. Sie umfasst eine Rutschkupplung in Form einer Lamellenkupplung, die in der Ankopplung zum Antriebsstrang im Drehmomentfluss direkt vor der Parksperre angeordnet ist. Über diese Rutschkupplung wird die Parksperre vor einer Überlastung z. B. bei Einlegen der Parksperre bei noch leicht rollendem Fahrzeug geschützt.
Insbesondere bei elektrifizierten Antriebssträngen können Überlasten in Form von Drehmomentstößen auftreten, die vom Radkontakt zur Fahrbahn in den Antriebsstrang eingeleitet werden. Solche Drehmomentstöße, die bis zum ca. Zweifachen des maximalen Antriebsmoments betragen können, entstehen typischerweise bei Bremsvorgängen aus höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten, bei denen mindestens ein gebremstes Rad über eine Bodenschwelle rollt und kurzzeitig den Fahrbahnkontakt verliert, diesen aber sofort wieder erfährt. Hieraus entstehen Überlasten für die drehmomentübertragenden Komponenten im Antriebsstrang wie beispielsweise Seitenwellen, das Differential, das Getriebe und den Antrieb, also den Elektromotor, selbst, wobei auch das Getriebegehäuse und die Lager über die Stöße aufgrund der Kraftreaktion belastet werden.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine verbesserte Drehmomentübertragungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs anzugeben.
Zur Lösung dieses Problems ist eine Drehmomentübertragungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, umfassend ein ein Drehmoment einleitendes Antriebselement, ein mit diesem drehmomentübertragend gekoppeltes Abtriebselement sowie eine Parksperre mit einem Parksperrenklinkenrad, das mit dem Antriebselement oder dem Abtriebselement zum Sperren einer Rotation desselben gekoppelt ist, wobei in die drehmomentübertragende Kopplung des Antriebselements mit dem Abtriebselement eine Kutschkupplung integriert ist.
Durch die erfindungsgemäße Integration einer Rutschkupplung in die Drehmomentübertragungseinrichtung, also in den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs, ist ein Schutz der beteiligten Komponenten des Antriebsstrangs respektive der Drehmomentübertragungseinrichtung vor einer aus dem Fahrbetrieb resultierenden Überlast möglich. Denn durch die Rutschkupplung ist der Abbau eines übermäßig großen Drehmoments, das das maximal mögliche Antriebsmoment, das über den Antriebsstrang und damit auch über die Rutschkupplung übertragen werden kann, übersteigt, möglich. Liegt ein solches überhöhtes Drehmoment, beispielsweise resultierend aus dem Überfahren einer Bodenwelle bei gegebenem Bremsvorgang, an, so führt dies dazu, dass die über die Rutschkupplung definierte Rotationsschnittstelle kurzzeitig öffnet, das heißt, dass die Rutschkupplung kurzzeitig durchrutscht und es zu einer Relativbewegung des Abtriebselements, über das das übermäßig hohe Drehmoment eingeleitet wird, relativ zum Antriebselement dreht. Über diese relative Verdrehung wird das Überlasten des Drehmoments innerhalb des Antriebsstrangs selbst abgebaut, so dass die Antriebsstrangkomponenten hierüber nicht überlastet werden.
Dabei kann die Rutschkupplung, bezogen auf die Richtung des regulären Drehmomentübertrags, vor der Parksperre respektive vor dem Parksperrenklinkenrad oder nach der Parksperre respektive dem Parksperrenklinkenrad integriert werden. Die Parksperre selbst kann unmittelbar auf das Antriebselement oder das Abtriebselement wirken, oder selbst, wie aus dem Stand der Technik bekannt, über eine Rutschkupplung überlastgeschützt sein. Kommt eine solche, parksperrenspezifische Rutschkupplung zum Einsatz, so dient diese ausschließlich dem Überlastschutz der Parksperre selbst beim Betätigen der Parksperre. Im Zusammenhang mit dem Abbau eines übermäßig hohen, über den Radkontakt, also von extern, eingeleiteten Drehmoments hat diese parksperrenspezifische Rutschkupplung keine Funktion.
Die Drehmomentübertragungseinrichtung kann, was das Antriebselement und das Abtriebselement angeht, letztlich beliebig ausgelegt sein, solange über das Antriebselement ein Drehmoment eingeleitet und über das Abtriebselement das Drehmoment ausgeleitet wird. Bei dem Antriebselement kann es sich beispielsweise um eine Antriebswelle oder ein Antriebsritzel handeln, wobei eine Antriebswelle beispielsweise mit dem Rotor einer elektrischen Maschine gekoppelt ist, während ein Antriebsritzel Teil eines Getriebes ist, in das ein weiterzuleitendes Drehmoment an einer anderen Stelle originär eingeleitet und zum Antriebsritzel weitergeführt wird. Auch das Abtriebselement kann entweder eine Abtriebswelle sein, über die das übertragene Drehmoment an eine nachgeschaltete Mechanik weitergeleitet wird, oder ein Abtriebsritzel im Falle einer Getriebeanwendung oder Ähnliches.
Die losradseitig integrierte Rutschkupplung kann dabei radial wirken, das heißt, dass das Reibmoment zwischen zwei konzentrisch ineinander liegenden, radialen Partnern, von denen wenigstens einer ein Reibpartner ist aufgebaut wird. Alternativ kann die Rutschkupplung auch axial wirken, das heißt, dass das Reibmoment zwischen axial benachbart zueinander angeordneten Reibpartnern aufgebaut wird.
Im Falle einer radial wirkenden Rutschkupplung kann dabei eine mit dem Antriebselement oder dem Abtriebselement drehfest verbundene Kupplungsnabe und eine Reibhülse vorgesehen sein, wobei die Reibhülse auf einer Außenumfangsfläche einer Kupplungsnabe sitzt und in radialem Reibkontakt zu einer Innenumfangsfläche des Parksperrenklinkenrads steht. Das Reibmoment wird hier über einen radialen Reibkontakt zwischen dem Parksperrenklinkenrad einerseits und einer Kupplungsnabe andererseits realisiert, wobei zur Erwirkung des Reibkontakts eine Reibhülse zwischen beiden Bauteilen angeordnet ist. Diese zylindrische Reibhülse steht einerseits mit der Außenumfangsfläche einer Kupplungsnabe, die drehfest mit der Welle verbunden ist, in Kontakt. Andererseits steht die Reibhülse mit einer Innenumfangsfläche des Parksperrenklinkenrads in Kontakt, das heißt, dass zwei zylindrische Reibflächen gegeben sind, die über die Reibhülse gekoppelt sind. Die Reibhülse selbst, beispielsweise ein einfach axial geschlitztes Stahlblechbauteil, an dem entsprechende Ausbuchtungen oder ähnliche Erhebungen ausgebildet sind, so dass beidseits ein entsprechender Reibkontakt gegeben ist, liegt unter Vorspannung an den Außenumfangs- und Innenumfangsflächen an. Das Rutschmoment wird über die eingestellte Vorspannkraft, den Kontaktradius, die Anzahl der Reibkontakte zwischen Reibhülse und der jeweiligen Umfangsfläche sowie über den Reibwert an den entsprechenden Reibflächen definiert. Hierüber wird also das entsprechende Losbrechmoment definiert respektive kann hierüber eingestellt werden.
In einer konkreten Ausgestaltung kann die Kupplungsnabe über eine Innenverzahnung mit einer Außenverzahnung am Antriebselement oder am Abtriebselement in drehfester Verbindung stehen. Am Innenumfang der als Ring ausgeführten Kupplungsnabe ist eine Radialsteckverzahnung vorgesehen, die in eine entsprechende, am Außenumfang des An- oder Abtriebselements vorgesehene Radialsteckverzahnung eingreift. Hierüber ist auf einfache Weise eine drehfeste Verbindung zum An- oder Abtriebselement in Form einer Steckverzahnung realisierbar.
Kommt eine axial wirkende Rutschkupplung zum Einsatz, so ist diese bevorzugt eine Lamellenkupplung, umfassend ein Lamellenpaket mit drehfest mit dem Parksperrenklinkenrad verbunden Außenlamellen und drehfest mit dem Antriebselement oder dem Abtriebselement verbundenen Innenlamellen, wobei das Lamellenpaket axial vorgespannt ist. Hier werden die entsprechenden Reibpartner durch die wechselweise angeordneten Außen- und Innenlamellen des Lamellenpakets gebildet. Bei diesen Innenlamellen kann es sich im Falle der Außenlamellen beispielsweise um Reiblamellen handeln, die einen Stahlträger mit aufgebrachtem Reibbelag aufweisen, während die Innenlamellen reine Stahllamellen sind. Alternativ können beide Lamellenarten auch Stahllamellen sein, so dass es zu einem Stahl-Stahl-Kontakt kommt. In jedem Fall ist das Lamellenpaket von Haus aus vorgespannt, wobei über diese Vorspannung wie natürlich auch die entsprechenden Kontaktflächen respektive die Flächengröße und die Reibmaterialien wiederum das Reibmoment und damit das Losbrechmoment, bei dem die Kupplung durchrutscht, eingestellt werden. Da die Außen- und Innenlamellen als Lamellenringe, die axial nebeneinander angeordnet sind und ein axiales Lamellenpaket bilden, zwangsläufig auch axial zusammengedrückt werden, bildet sich hier ein axial gerichtetes Reibmoment aus.
In einer Konkretisierung dieser Erfindungsvariante kann vorgesehen sein, dass das Parksperrenklinkenrad eine an einer Innenumfangsfläche eine Verzahnung, in die eine Verzahnung der Außenlamellen eingreift, aufweist, und dass das Antriebselement oder das Abtriebselement an einer Außenumfangsfläche eine Verzahnung, in die eine Verzahnung der Innenlamellen eingreift, aufweist. Die Außenlamellen sind demzufolge am Parksperrenklinkenrad über einen entsprechenden Verzahnungseingriff, also eine Steckverzahnung, festgelegt, während die Innenlamellen am Antriebs- oder am Abtriebselement über einen entsprechenden Verzahnungseingriff, wieder eine entsprechende Steckverzahnung, festgelegt sind. Über diesen Verzahnungseingriff erfolgt der entsprechende Drehmomentübertrag, der über den Reibkontakt fortgesetzt wird, bis hin zum Erreichen des maximalen Reibmoments, ab dem es dann zum Durchrutschen kommt.
Das Lamellenpaket selbst ist zweckmäßigerweise an einem Stützring, der wiederum axial an dem Parksperrenklinkenrad abgestützt ist, abgestützt. Hierüber wird auf einfach Weise ein Widerlager, gegen das das Lamellenpaket axial verspannt ist, gebildet. Der Stützring dient ferner der Erzeugung eines axialen Abstands für einen Freistichbereich für die Ausbildung der Innenverzahnung am Parksperrenklinkenrads.
Wie beschrieben ist das Lamellenpaket axial verspannt. Hierzu ist zweckmäßigerweise am Parksperrenklinkenrad ein das Lamellenpaket verspannendes Federmittel angeordnet. Über dieses Federmittel kann der Reibgrad und damit das Reibmoment eingestellt werden, also wiederum das Moment, ab dem es zu einem Durchrutschen der Rutschkupplung kommt.
Dabei kann am Parksperrenklinkenrad zweckmäßigerweise ein Spannring befestigt sein, über den das Federmittel axial gegen das Lamellenpaket gespannt ist. Über den Spannring wird das Federmittel, beispielsweise eine Tellerfeder oder ein Tellerfederpaket, axial gegen das Lamellenpaket gedrückt. Dabei kann der Spannring entweder über separate Befestigungsschrauben am Radkörper befestigt werden. Bevorzugt jedoch wird der Spannring über die Verbindungsschrauben, über die auch der Stützring mit dem Radkörper verschraubt wird, befestigt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung einer ersten Ausführungsform,
2 die Einrichtung aus 1 in einer vergrößerten Teilansicht,
3 eine Perspektivansicht einer Reibhülse als Teil der Rutschkupplung aus 1,
4 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung einer zweiten Ausführungsform,
5 eine Prinzipdarstellung der Integration der Rutschkupplung in einen Antriebsstrang gemäß einer ersten Ausführungsform,
6 eine Prinzipdarstellung der Integration der Rutschkupplung in einen Antriebsstrang gemäß einer zweiten Ausführungsform,
7 eine Prinzipdarstellung der Integration der Rutschkupplung in einen Antriebsstrang gemäß einer dritten Ausführungsform, und
8 eine Prinzipdarstellung der Integration der Rutschkupplung in einen Antriebsstrang gemäß einer vierten Ausführungsform.

1 und die vergrößerte Darstellung in 2 zeigen eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung 1 eines Kraftfahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 umfasst ein ein Drehmoment einleitendes Antriebselement 2, hier in Form einer Antriebswelle, die beispielsweise direkt mit einer elektrischen Maschine, die dem Fahrzeugantrieb in einem elektrisch fahrenden Fahrzeug oder einem Hybridfahrzeug dient, gekoppelt ist. Das Drehmoment wird über das Antriebselement, das über ein Wälzlager 3 gelagert ist, an ein Abtriebselement 4, hier in Form eines außen verzahnten Ritzels, das über ein Wälzlager 5 gelagert ist, übertragen. Das Abtriebselement 4 ist über ein Axial-Radial-Lager 6 an dem Antriebselement 2 gelagert respektive abgestützt, so dass die gesamte Abtriebsgruppe, zu der weitere Bauteile, die nachfolgend noch beschrieben werden, gehören, hierüber entsprechend gelagert und abgestützt ist. Das Abtriebselement 4 ist demzufolge über zwei Lagerstellen, nämlich das Wälzlager 5 sowie das Axial-Radial-Lager 6, entsprechend radial gelagert. Grundsätzlich denkbar wäre anstelle des Axial-Radial-Lagers 6 auch ein direkter Kontakt des Antriebs- und Abtriebselements 2, 4, da im Falle eines Durchrutschens der nachfolgend noch beschriebenen Rutschkupplung nur eine geringe Relativbewegung gegeben ist, die über einen unmittelbaren Stahl-Stahl-Kontakt ebenfalls realisiert werden könnte.
Vorgesehen ist des Weiteren eine Parksperre 7 umfassend ein Parksperrenklinkenrad 8 mit einer Verzahnung 9, die dem Einspuren des Parksperrenklinkenrads 8 dient, wenn die Parksperre betätigt werden soll. Die Parksperre dient zum Sperren einer Rotation innerhalb des Antriebsstrangs, wenn das Fahrzeug geparkt wird. Das Parksperrenklinkenrad 8 ist im gezeigten Beispiel über eine Schweißverbindung fest mit dem Abtriebselement 4 verbunden, das heißt, dass die Parksperre 7 unmittelbar auf das Abtriebselement 4 wirkt.
Die Kopplung des Abtriebselements 4 zum Antriebselement 2 erfolgt über eine Rutschkupplung 10, die zwischen dem Antriebselement 2 und dem Parksperrenklinkenrad 8 integriert ist. Die Rutschkupplung 10 befindet sich folglich vor der Parksperre 7, bezogen auf den üblichen Momentenfluss, bei dem das Drehmoment über das Antriebselement 2 eingeleitet und über das Abtriebselement 4 ausgeleitet wird.
Die Rutschkupplung 10 umfasst zum einen eine ringförmige Kupplungsnabe 11, die an ihrem Innenumfang eine Innenverzahnung 12, also eine Steckverzahnung, aufweist. An dem Antriebselement 2 ist eine Außenverzahnung 13 vorgesehen, ebenfalls eine Steckverzahnung, so dass die Verzahnungen 12, 13 in Eingriff gesteckt werden können und demzufolge das Drehmoment von dem Antriebselement 2 direkt auf die Kupplungsnabe 11 gegeben wird.
Das Parksperrenklinkenrad 8 umfasst die Kupplungsnabe 11 radial, das heißt, dass die Kupplungsnabe 11 quasi in das Parksperrenklinkenrad 8 eingeschoben wird. An einem Radialflansch 14 des Parksperrenklinkenrads, über den das Parksperrenklinkenrad 8 mit dem Abtriebselement 4 verschweißt ist, ist die Kupplungsnabe 11 axial abgestützt. Zur anderen Seite kann, wenngleich hier nicht gezeigt, gegebenenfalls ein zusätzlicher Stützring, der am Wälzlager 3 bzw. dessen Innenring abgestützt ist, vorgesehen sein.
Die Kupplungsnabe 3 weist eine Außenumfangsfläche 15 auf, die benachbart zu einer Innenumfangsfläche 16 des Parksperrenklinkenrads 8 positioniert ist. Es verbleibt ein Ringspalt 17, in den eine Reibhülse 18 eingesetzt ist. Die Reibhülse 18 ist zwischen der Kupplungsnabe 11 und dem Parksperrenklinkenrad 8 verspannt aufgenommen und liegt in direktem Kontakt sowohl an der Innenumfangsfläche 15 als auch der Außenumfangsfläche 16 an. Die Reibhülse 18 ist in einer Perspektivansicht vergrößert in 3 gezeigt. Sie ist über einen Schlitz 19 axial geschlitzt, ist also hinreichend flexibel und kann in den Ringspalt 17 ohne jedwedes Radialspiel eingesetzt werden. Die aus Stahlblech gefertigte Reibhülse 18 hat um den Umfang gleichmäßig verteilt eine Vielzahl an radial nach außen vorspringenden, hier länglichen Ausbuchtungen 20, die an der Innenumfangsfläche 16 des Parksperrenklinkenrads 8 in Reibkontakt anliegen, während die Innenumfangsfläche 21 der Reibhülse 18 in Kontakt an der Außenumfangsfläche 15 der Kupplungsnabe 11 anliegt. Das Rutschmoment wird über die Vorspannkraft, mit der die Reibhülse zwischen den Umfangsflächen verspannt ist, den Kontaktradius, die Anzahl der Kontakte sowie über den Reibwert der Kontaktflächen definiert. Es ist offensichtlich, dass durch Variation beispielsweise der Anzahl an Ausbuchtungen 20 sowie deren Flächen etc. das Reibmoment, das zum Durchrutschen zu überwinden ist, entsprechend eingestellt werden kann. Das definierte Reibmoment ist natürlich höher als das maximal über das Antriebselement 2 zu übertragende Antriebsmoment, da dieses ja über die Rutschkupplung 7 übertragen werden muss. Ein weiterer Vorteil der radial verspannten Reibhülse aus Federstahl ist die bereits beschriebene radiale Spielfreiheit, die auch nach einem Auslöseereignis, wenn es also zu einem Durchrutschen kommt, weiterhin besteht. Veränderungen der Unwucht werden minimiert, was vor allem für Anwendungen mit schnell rotierenden Rotoren von Elektromaschinen als Antrieb, der auf das Antriebselement 2 wirkt, von Vorteil ist, nachdem hier typischerweise maximale Drehzahlen von 15.000 - 20.000 U/min gegeben sind. Etwaige Konzentrizitätsabweichungen zwischen der Eingangs- und der Ausgangsseite der Rutschkupplung 7 werden bei der Montage und beim Auslösen mit eng tolerierten Radialpassungen minimiert.
Kommt es während des Fahrbetriebs dazu, dass beispielsweise über die Räder bei einem Bremsvorgang ein Drehmoment eingeleitet wird, so wirkt dieses über den Antriebsstrang auch auf das Abtriebselement 4 und über dieses auf das Parksperrenklinkenrad 8. Ist dieses hierüber eingeleitete Drehmoment höher als das Reibmoment, so kommt es zu einem Durchrutschen der Rutschkupplung 10, das heißt, dass sich das mit dem Drehmoment beaufschlagte Abtriebselement 4 und damit das Parksperrenklinkenrad 8 relativ zum Antriebselement 2 bzw. zur Kupplungsnabe 11 verdreht. Das übermäßig hohe, quasi von extern eingeleitete Drehmoment wird über diese geringe Relativbewegung entsprechend abgebaut bzw. minimiert, so dass es die nachgeschalteten Strangkomponenten nicht überlastet. Eine axiale Lagerabstützung des Kupplungselements 11 zum Parksperrenklinkenrad 8 ist nicht erforderlich, aufgrund der geringen Relativbewegung beider zueinander ist ein Stahl-Stahl-Kontakt ausreichend.
Wie 1 zeigt, weist sowohl das Antriebselement 2 als auch das Abtriebselement 4 einen zentralen Schmiermittelkanal 22, 23 auf, die beide miteinander kommunizieren. Vom Schmiermittelkanal 22 gehen entsprechende Querkanäle 24 ab und münden im Bereich der miteinander gesteckten Verzahnungen 12, 13. Auch die Kupplungsnabe 11 ist mit einer Mehrzahl an Querkanälen 25 versehen, die mit den Querkanälen 24 kommunizieren, so dass ein über die Schmiermittelkanäle 22 bzw. 23 zugeführtes Schmiermittel radial weitergeleitet werden kann und einerseits die Verzahnungsverbindung der Verzahnungen 12, 13 versorgt, andererseits aber auch den eigentlichen Reibbereich, also den Kontaktbereich der Reibhülse 18 mit den Umfangsflächen 15, 16.
4 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung 1 einer zweiten Ausführungsform, wobei soweit möglich für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Während die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 gemäß der 1 - 3 eine radial wirkende Rutschkupplung 10 aufweist, weist die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 gemäß 4 eine axial wirkende Rutschkupplung auf.
Vorgesehen ist auch hier ein Antriebselement 2, beispielsweise eine Antriebswelle, sowie ein Abtriebselement 4, im gezeigten Beispiel ein Abtriebsritzel. Das Abtriebselement 4 weist hier einen Zentrierzapfen 26 auf, der in die Kanalbohrung 22 des Antriebselements 2 eingreift. Neben der Zentrierung hat der Zentrierzapfen 26 auch die Funktion, die radial um die Zentrierstelle vorgesehene Rutschkupplung 10 abzustützen, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.
Auch hier ist eine Parksperre 7 vorgesehen, mit einem Parksperrenklinkenrad 8, das wiederum direkt an das Abtriebselement 4 angeschweißt ist. Es weist eine Verzahnung 9 auf, die wiederum dem Einspuren des Parksperrenklinkenrads 8 dient, wenn der Antriebsstrang arretiert werden soll, wobei im gezeigten Beispiel diese Sperre ebenfalls direkt auf das Abtriebselement 4 wirkt.
Vorgesehen ist auch hier eine Rutschkupplung 10, die hier als axial wirkende Lamellenkupplung 27 ausgeführt ist. Sie umfasst eine Mehrzahl an Außenlamellen 28, die eine Außenverzahnung aufweisen, über die sie in eine Innenverzahnung 29 am Innenumfang des Parksperrenklinkenrads 8 eingreifen, worüber eine drehfeste Verbindung der Außenlamellen 28 zum Parksperrenklinkenrad gegeben ist. Vorgesehen sind des Weiteren eine Mehrzahl an Innenlamellen 30, die am Innenumfang verzahnt sind und mit dieser Verzahnung in eine Außenverzahnung 31, die am Antriebselement 2 ausgebildet ist, eingreifen, so dass auch hier ein drehmomentübertragender Formschluss gegeben ist. Die Außenlamellen 28 und die Innenlamellen 30 sind abwechselnd angeordnet, so dass sich ein entsprechend axial gestapeltes Lamellenpaket ergibt.
Bei den Außenlamellen 28 kann es sich beispielsweise um Reiblamellen handeln, die einen ringförmigen Stahlkörper aufweisen, auf den beidseitig entsprechende Reibbeschichtungen aufgebracht sind, während es sich bei den Innenlamellen beispielsweise um Stahllamellen, also unbeschichtete Lamellen, handeln kann. Denkbar ist es auch, dass sowohl die Außen- als auch die Innenlamellen 28, 30 reine Stahllamellen sind. Ersichtlich kann auch hier das über das Lamellenpaket definierte Reibmoment, das zum Durchrutschen, also zum Lösen der Rutschkupplung 10, zu überwinden ist, durch entsprechende Variation einerseits der Lamellentypen, andererseits beispielsweise des Reibmaterials oder der Reibflächengröße etc. eingestellt werden.
Das Lamellenpaket ist einerseits an einem Stützring 32 axial abgestützt, der wiederum an einer Schulter des Antriebselements 4 sowie dem Radialflansch 14 des Parksperrenklinkenrads 8, über den es mit dem Abtriebselement 4 verschweißt ist, axial abgestützt. Der Stützring 32 dient als axiales Widerlager, gegen den das Lamellenpaket verpresst wird.
An der anderen Axialseite ist ein Federmittel 33 vorgesehen, beispielsweise in Form einer Tellerfeder 34 oder eines Tellerfederpakets. Dieses Federmittel 33 greift über einen Spannring 35 axial am Lamellenpaket an, drückt also die Außen- und Innenlamellen 28, 30 axial gegen den Stützring 32 und bringt sie in Reibschluss. Über diese axiale Verspannung respektive Vorspannkraft wird ebenfalls das Reibmoment, das zum Durchrutschen der Rutschkupplung 10 zu überwinden ist, definiert.
Um das Federmittel 33 entsprechend zu verspannen, ist ein Spannring 36 vorgesehen, der über mehrere um den Umfang verteilt positionierte Befestigungsschrauben 37 am Parksperrenklinkenrad 8 verschraubt ist.
Vorgesehen sind auch hier die entsprechenden Schmiermittelkanäle 22, 23, wobei in diesem Fall sowohl im Bereich des Zentrierzapfens 26 als auch am Antriebselement 2 entsprechende Querbohrungen 24 vorgesehen sind, die miteinander kommunizieren und es erlauben, Schmiermittel in das Lamellenpaket zu fördern.
Im regulären Fahrbetrieb wird das Drehmoment über das Antriebselement 2 auf die Innenlamellen 30 übertragen, die in reibschlüssiger Verbindung zu den Außenlamellen 28 stehen, so dass über das Lamellenpaket das Drehmoment an das Parksperrenklinkenrad 8 und damit an das Abtriebselement 4 übertragen wird. Das Reibmoment, das das Lamellenpaket bereitstellt, ist natürlich in Bezug auf das maximal zu übertragende Antriebsmoment ausgelegt, so dass dessen Übertragung stets sichergestellt ist.
Kommt es im Fahrbetrieb zu einem Drehmomenteintrag von extern, also über eines der Räder, so gelangt das Drehmoment an das Abtriebselement 4 und über dieses an das Parksperrenklinkenrad 8. Ist dieses Drehmoment, eine Drehmomentspitze bildend, größer als das Reibmoment des Lamellenpakets, so kommt es dazu, dass die mit dem Drehmoment belasteten Außenlamellen 28 relativ zu den Innenlamellen 30 verdrehen, das heißt, dass eine Relativverdrehung des Parksperrenklinkenrads 8 zur Kupplungsnabe 11 und damit des Abtriebselements 4 zum Antriebselement 2 einsetzt, über welche Relativverdrehung das hohe Drehmoment abgebaut respektive minimiert wird und eine Überlastung der beteiligten Antriebsstrangkomponenten vermieden wird.
Die 5 - 8 zeigen Prinzipdarstellungen, die unterschiedliche Integrationsmöglichkeiten für die erfindungsgemäß integrierte Rutschkupplung zeigen.
5 zeigt eine erste Ausgestaltung, mit einem Antrieb 38, beispielsweise einem Elektromotor, über den das Antriebselement 2 angetrieben wird. Diesem folgt die Rutschkupplung 10, der wiederum die Parksperre 7 folgt, die über eine eigene Rutschkupplung 39 überlastgeschützt ist. Der Rutschkupplung 10 folgt eine oder folgen mehrere Übersetzungsstufen 40, mit wenigstens einem entsprechenden Abtriebselement 4, gefolgt von einem Differential 41, entsprechenden Seitenwellen 42 sowie Rädern 43 als finalem Abtrieb. Bei dieser Variante ist also die Rutschkupplung 10 vor der Parksperre 7 und deren eigener Rutschkupplung 39 angeordnet. Der Antriebsstrang ist über die Rutschkupplung 10 vor einer Überlast, ausgelöst durch den Radkontakt, gestützt, zusätzlich ist aber auch die Parksperre 10 über die parksperrenspezifische Rutschkupplung 39 gegen eine aus dem Einspuren des Parksperrenklinkenrads 8 resultierenden Überlast geschützt.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 6 sind die gleichen Komponenten wie zum Ausführungsbeispiel gemäß 5 gezeigt. Hier ist die den Antriebsstrang schützende Parksperre 10 der Parksperre 7 respektive deren Rutschkupplung 39 nachgeschaltet. Wiederum ist der Antriebsstrang über die Überlastkupplung 10 vor einer vom Radkontakt ausgelösten Überlast geschützt, zusätzlich ist auch die Parksperre 7 über die spezifische Rutschkupplung 39 gegen eine Überlast im Einlegefall geschützt. Die Rutschkupplung 10 muss hier jedoch ein etwas höheres Auslösemoment aufweisen.
Die 7 und 8 zeigen zwei vergleichbare Varianten, bei denen jedoch die Parksperre 7 keine spezifische Rutschkupplung 39 aufweist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist die Rutschkupplung 10, vergleichbar mit der Ausführung gemäß 5, vor der Ankopplung der Parksperre 7 an den Antriebsstrang positioniert. Die Parksperre 7 wirkt also direkt auf den Antriebsstrang und ist nicht über eine separate Rutschkupplung 39 davon entkoppelbar.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 8 hingegen ist die Rutschkupplung 10, vergleichbar mit der Variante gemäß 6, nach der Ankopplung der Parksperre 7 an den Antriebsstrang vorgesehen.
Bezugszeichenliste

1: Drehmomentübertragungseinrichtung
2: Antriebselement
3: Wälzlager
4: Abtriebselement
5: Wälzlager
6: Axial-Radial-Lager
7: Parksperre
8: Parksperrenklinkenrad
9: Verzahnung
10: Rutschkupplung
11: Kupplungsnabe
12: Verzahnung
13: Verzahnung
14: Radialflansch
15: Außenumfangsfläche
16: Innenumfangsfläche
17: Ringspalt
18: Reibhülse
19: Schlitz
20: Ausbuchtung
21: Innenumfangsfläche
22: Schmiermittelkanal
23: Schmiermittelkanal
24: Querkanal
25: Querkanal
26: Zentrierzapfen
27: Lamellenkupplung
28: Außenlamelle
29: Innenverzahnung
30: Innenlamelle
31: Außenverzahnung
32: Stützring
33: Federmittel
34: Tellerfeder
35: Spannring
36: Spannring
37: Befestigungsschraube
38: Antrieb
39: Rutschkupplung
40: Übersetzungsstufe
41: Differential
42: Seitenwelle
43: Rad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10029628 A1 [0003]

Claims

Drehmomentübertragungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein ein Drehmoment einleitendes Antriebselement (2), ein mit diesem drehmomentübertragend gekoppeltes Abtriebselement (4) sowie eine Parksperre (7) mit einem Parksperrenklinkenrad (8), das mit dem Antriebselement (2) oder dem Abtriebselement (4) zum Sperren einer Rotation desselben gekoppelt ist, wobei in die drehmomentübertragende Kopplung des Antriebselements (2) mit dem Abtriebselement (4) eine Rutschkupplung (10) integriert ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (2) eine Antriebswelle oder ein Antriebsritzel und das Abtriebselement (4) eine Abtriebswelle oder ein Abtriebsritzel ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rutschkupplung (10) radial oder axial wirkt.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die radial wirkende Rutschkupplung (10) eine mit dem Antriebselement (2) oder dem Abtriebselement (4) drehfest verbundene Kupplungsnabe (11) und eine Reibhülse (18) aufweist, wobei die Reibhülse (18) auf einer Außenumfangsfläche (15) einer Kupplungsnabe (11) sitzt und in radialem Reibkontakt zu einer Innenumfangsfläche (16) des Parksperrenklinkenrads (8) steht.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsnabe (11) über eine Innenverzahnung (12) mit einer Außenverzahnung (13) am Antriebselement (2) oder am Abtriebselement (4) in drehfester Verbindung steht.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die axial wirkende Rutschkupplung (10) eine Lamellenkupplung (27) ist, umfassend ein Lamellenpaket mit drehfest mit dem Parksperrenklinkenrad (8) verbundene Außenlamellen (28) und drehfest mit dem Antriebselement (2) oder dem Abtriebselement (4) verbundenen Innenlamellen (30), wobei das Lamellenpaket axial verspannt ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Parksperrenklinkenrad (8) an einer Innenumfangsfläche eine Verzahnung (29) aufweist, in die eine Verzahnung der Außenlamellen (28) eingreift, und dass das Antriebselements (2) oder das Abtriebselement (4) an einer Außenumfangsfläche eine Verzahnung (31) aufweist, in die eine Verzahnung der Innenlamellen (30) eingreift.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lamellenpaket an einem Stützring (32), der axial am Parksperrenklinkenrad (8) abgestützt ist, abgestützt ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Parksperrenklinkenrad (8) ein das Lamellenpaket axial verspannendes Federmittel (33) angeordnet ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Parksperrenklinkenrad (8) ein Spannring (36), über den ein Federmittel (33) axial gegen das Lamellenpaket gespannt ist, befestigt ist.