DE102023204545B3

DE102023204545B3 - Claw coupling arrangement

Info

Publication number: DE102023204545B3
Application number: DE102023204545.1A
Authority: DE
Inventors: Oliver Kreis; Lorena Keck
Original assignee: Magna PT BV and Co KG
Current assignee: Magna PT BV and Co KG
Priority date: 2023-05-15
Filing date: 2023-05-15
Publication date: 2024-06-13
Anticipated expiration: 2043-05-16

Abstract

Klauenkupplungsanordnung (1) mit einer Schiebemuffe (3), die über einen Klauenkörper (2) axial verschiebbar ist, wobei die Schiebemuffe (3) eine Innenverzahnung mit Zähnen (3a) aufweist, die in axialer Richtung angeschrägt sind und in einer nach innen versetzten Stufe Endanschläge (3b) die als ebene Flächen ausgeführt sind, und der Klauenkörper (2) eine ebene axiale Stirnfläche (2a) und eine Außenverzahnung besitzt, wobei in der Stirnfläche (2a) des Klauenkörpers (2) ein Nut (2b) vorhanden ist, die ein elastisches Material als Dämpferelement (4) enthält.Claw coupling arrangement (1) with a sliding sleeve (3) which is axially displaceable via a claw body (2), wherein the sliding sleeve (3) has an internal toothing with teeth (3a) which are bevelled in the axial direction and, in an inwardly offset step, end stops (3b) which are designed as flat surfaces, and the claw body (2) has a flat axial end face (2a) and an external toothing, wherein in the end face (2a) of the claw body (2) there is a groove (2b) which contains an elastic material as a damping element (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Klauenkupplungsanordnung mit einer Schiebemuffe, die über einen Klauenkörper axial verschiebbar ist, wobei die Schiebemuffe eine Innenverzahnung mit Zähnen aufweist, die in axialer Richtung angeschrägt sind und in einer nach innen versetzten eben ausgeführten Stufe Endanschläge aufweist. Die Verzahnung des Klauenkörpers ist wie die Innenverzahnung der Muffe angeschrägt, während die axiale Stirnfläche des Klauenkörpers, die als Kontaktfläche für die Endanschläge der Schiebemuffe dient, eine ebene Fläche besitzt.The invention relates to a claw coupling arrangement with a sliding sleeve which is axially displaceable via a claw body, wherein the sliding sleeve has an internal toothing with teeth which are bevelled in the axial direction and has end stops in an inwardly offset flat step. The toothing of the claw body is bevelled like the internal toothing of the sleeve, while the axial end face of the claw body, which serves as a contact surface for the end stops of the sliding sleeve, has a flat surface.

Stand der TechnikState of the art

Aktuell vorliegende Getriebe, auch hybridisierte Getriebe verwenden Synchronisierungseinheiten für den Schaltprozess. Synchronisierungseinheiten benötigen Bauraum und verursachen zusätzliche Kosten. Zunehmend kommen daher Klauenkupplungen zum Einsatz.Current transmissions, including hybrid transmissions, use synchronization units for the gear shifting process. Synchronization units require installation space and cause additional costs. Claw clutches are therefore increasingly being used.

Wesentlicher Unterschied zwischen Klauenkupplung und Synchronisierungseinheit in Getrieben ist das Fehlen der Reibkörper, der Synchronringe.
Die Drehzahlsynchronisierung für Klauenkupplungen erfolgt in hybridisierten Getrieben aktiv durch gezielte Ansteuerung der im Getriebe integrierten elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine stellt dabei eine bestimmte Differenzdrehzahl zwischen Kupplungskörper und Schiebemuffe ein. Liegt die Differenzdrehzahl in einem definierten, unkritischen Bereich, kann die Klaue verschleiß- und geräuscharm geschaltet werden.
Zur Dämpfung von Stößen und Schwingungen kann zwischen den Klauenelementen ein Elastomer eingelegt werden.The main difference between a claw clutch and a synchronization unit in transmissions is the absence of friction elements, the synchronizer rings.
The speed synchronization for claw clutches in hybridized transmissions is carried out actively by specifically controlling the electric machine integrated in the transmission. The electric machine sets a specific differential speed between the clutch body and the sliding sleeve. If the differential speed is in a defined, non-critical range, the claw can be switched with little wear and noise.
To dampen shocks and vibrations, an elastomer can be inserted between the claw elements.

Aus der US 2018 / 0 216 671 A1 ist eine Kupplung mit einer Zahn-auf-Zahn-Lösung bekannt. Ein Dämpfer befindet sich zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungsteil, um das Metall-auf-Metall-Klirren und klickähnliche Geräusche zu dämpfen, die andernfalls zum Zeitpunkt des vollständigen Eingriffs zwischen dem ersten und dem zweiten Satz von Zähnen auftreten könnten. Der Dämpfer kann verschiedene Designs und Konstruktionen aufweisen, die unter anderem von den Designs und Konstruktionen der ersten und zweiten Kupplungsteile und dem gewünschten Dämpfungsgrad abhängen. In einer Ausführungsform besteht der Dämpfer aus einem weicheren Material als das der Kupplungsteile und kann unabhängig von den Kupplungsteilen als separates Bauteil hergestellt sein. Der Dämpfer kann eine einteilige Struktur sein und einen ringförmigen Körper aufweisen.From the US 2018 / 0 216 671 A1 a clutch with a tooth-on-tooth solution is known. A damper is located between the first and second clutch parts to dampen the metal-on-metal clanking and click-like noises that might otherwise occur at the time of full engagement between the first and second sets of teeth. The damper may have various designs and constructions depending, among other things, on the designs and constructions of the first and second clutch parts and the desired degree of damping. In one embodiment, the damper is made of a softer material than that of the clutch parts and may be manufactured as a separate component independent of the clutch parts. The damper may be a one-piece structure and have an annular body.

Aus der DE 10 2013 218 779 A1 ist ein Getriebevorrichtung bekannt. Eine Bewegung eines Schiebeelementes sowie des verschiebbaren Bereiches einer Differentialwelle in Richtung einer weiteren Endstellung, die zum geschlossenen Betriebszustand eines formschlüssigen Schaltelementes äquivalent ist, ist im Bereich einer Anschlagdämpfereinrichtung gedämpft abbremsbar, wobei die Anschlagdämpfereinrichtung vorliegend ein gummiartig ausgeführtes Dämpferelement umfasst, das über eine Federeinrichtung an der Ausgangswelle angefedert ist.From the EN 10 2013 218 779 A1 A transmission device is known. A movement of a sliding element and the displaceable area of a differential shaft in the direction of a further end position, which is equivalent to the closed operating state of a positive switching element, can be braked in a damped manner in the area of a stop damper device, the stop damper device in this case comprising a rubber-like damper element which is spring-loaded to the output shaft via a spring device.

DE 10 2021 104 788 A1 betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse eines zweispurigen Fahrzeugs. Zumindest einem der Kupplungspartner sind Dämpfungselemente, insbesondere Elastomerkörper, zugeordnet. Die Dämpfungselemente überdecken sämtliche Lückenböden der Lücken des Kupplungspartners. Bei geschlossener Klauenkupplung sind daher zwischen sämtlichen Schaltklauen-Stirnseiten des einen Kupplungspartners und den zugewandten Lückenböden des anderen Kupplungspartners jeweils ein Dämpfungselement angeordnet. EN 10 2021 104 788 A1 relates to a drive device for a vehicle axle of a two-track vehicle. Damping elements, in particular elastomer bodies, are assigned to at least one of the coupling partners. The damping elements cover all gap bottoms of the gaps of the coupling partner. When the claw clutch is closed, a damping element is therefore arranged between all the shift claw front sides of one coupling partner and the facing gap bottoms of the other coupling partner.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine einfache, verbesserte Lösung für ein Dämpfungsproblem einer Klauenkupplung zu schaffen.The object of the invention is to provide a simple, improved solution for a damping problem of a claw coupling.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Aufgabe wird gelöst mit einer Klauenkupplungsanordnung nach Anspruch 1 also einer Klauenkupplungsanordnung mit einer Schiebemuffe, die über einen Klauenkörper axial verschiebbar ist, wobei die Schiebemuffe eine Innenverzahnung mit Zähnen aufweist, die in axialer Richtung angeschrägt sind und in einer nach innen versetzten eben ausgeführten Stufe Endanschläge aufweist, wobei die Verzahnung des Klauenkörpers wie eine Innenverzahnung der Muffe angeschrägt ist, während die axiale Stirnfläche des Klauenkörpers, die als Kontaktfläche für die Endanschläge der Schiebemuffe dient, eine ebene Fläche besitzt, wobei an der axialen Stirnfläche des Kupplungskörpers ein Nut vorhanden ist, die ein elastisches Material als Dämpferelement enthält.The object is achieved with a claw coupling arrangement according to claim 1, i.e. a claw coupling arrangement with a sliding sleeve which is axially displaceable via a claw body, wherein the sliding sleeve has an internal toothing with teeth which are bevelled in the axial direction and has end stops in an inwardly offset flat step, wherein the toothing of the claw body is bevelled like an internal toothing of the sleeve, while the axial end face of the claw body, which serves as a contact surface for the end stops of the sliding sleeve, has a flat surface, wherein a groove is present on the axial end face of the coupling body, which contains an elastic material as a damping element.

Bei der Erfindung handelt es sich um die Anbringung eines kostengünstigen Dämpfelements auf der Stirnfläche des Klauenkörpers.The invention involves the attachment of a cost-effective damping element on the front surface of the claw body.

Vorteilhafterweise ist die Nut eine Ringnut und das Dämpfungselement ist ein ringförmiges Elastomer, das in die Nut eingepresst wird.Advantageously, the groove is an annular groove and the damping element is an annular elastomer that is pressed into the groove.

Alternativ ist die Nut eine unterbrochene Ringnut und das Dämpfungselement besteht aus mehreren Teilabschnitten, die in die Nut verpresst sind.Alternatively, the groove is an interrupted annular groove and the damping element consists of several sections that are pressed into the groove.

Bei der Erfindung handelt es sich um das Einbringen eines Dämpfelements zwischen Schiebemuffe und Klauenkörper eines Klauenschaltsystems zur Verbesserung des NVH (Noise Vibration Harness) -Verhaltens und Steigerung der Schaltdynamik.The invention involves the introduction of a damping element between the sliding sleeve and the claw body of a claw shift system to improve the NVH (Noise Vibration Harness) behavior and increase the shifting dynamics.

Beschreibung der FigurenDescription of the characters

1 shows a sliding sleeve,
2 shows a claw body mounted on a transmission component,
3 shows the claw body with damping element,
4 shows a detail of a groove with damping element according to 3 .

Die Klauenkupplungsanordnung 1 besteht aus zwei Kupplungsbauteilen, einem axial festgelegten Kupplungskörper 2 und einer Schiebemuffe 3.The claw coupling arrangement 1 consists of two coupling components, an axially fixed coupling body 2 and a sliding sleeve 3.

Das Schaltsystem kann auf unterschiedliche Weise konzipiert werden. Es wird hier eine beispielhafte Ausführung beschrieben. Ein elektromechanisches Aktuierungsystem zur axialen Verschiebung der Schiebemuffe entlang der Achse LA setzt sich aus Schaltwalzenmotor, Schaltwalze und Schaltgabel zusammen. Je nach Zielgang wird die Schaltwalze von einem Versteller in einen definierten Winkelbereich verdreht.The shifting system can be designed in different ways. An example design is described here. An electromechanical actuation system for axially shifting the sliding sleeve along the LA axis consists of a shift drum motor, shift drum and shift fork. Depending on the target gear, the shift drum is rotated by an adjuster in a defined angular range.

Der Klauenkörper 2 weist in axialer Richtung eine stumpfe Stirnfläche 2a auf. Beim Einlegeprozess von Schiebemuffe 3 und Klauenkörper 2 kann es zu temporären Block Situationen kommen. Diese treten immer dann auf, wenn Zahn und Lücke von Klauenkörper und Schiebemuffe nicht direkt aufeinandertreffen. Die Zeit, die zum Auflösen einer Blockierung benötigt wird, hängt von vielen Faktoren wie der Differenzdrehzahl, dem Drehmoment der zu synchronisierenden elektrischen Maschine, der wirkenden Axialkraft am Klauenkontakt und der relativen Stellung von Schiebemuffe und Klauenkörper zueinander zum Zeitpunkt des Einlegens ab.The claw body 2 has a blunt end face 2a in the axial direction. During the insertion process of the sliding sleeve 3 and the claw body 2, temporary blocking situations can occur. These always occur when the tooth and gap of the claw body and sliding sleeve do not meet directly. The time required to clear a blockage depends on many factors such as the differential speed, the torque of the electrical machine to be synchronized, the axial force acting on the claw contact and the relative position of the sliding sleeve and the claw body to each other at the time of insertion.

Für die Positionierung der Schaltwalze werden bekannte Positionsregler verwendet, die klassischerweise aus Proportionaler Anteil P, Integrierender Anteil I und eventuell Differenzierender Anteil D zusammengesetzt sind. Das integrierende Regler Verhalten bewirkt, dass sich die Schaltkraft während einer Blockade inkrementell erhöht. Löst sich der Blocker letztlich aus dem Reibkontakt, verfährt die Schaltmuffe schlagartig mit erhöhtem Kraft- und Beschleunigungseintrag weiter Richtung Zielposition. Dieser erhöhte Kraft- und Beschleunigungseintrag kann dann dafür sorgen, dass die Schiebemuffe über ihre eigentliche Zielposition hinaus bis in den mechanischen Endanschlag fährt. Dabei stößt im Klauenkupplungssystem die Schiebemuffe 3 mit ihrem mechanischen Endanschlag 3a an die axiale Stirnfläche des Klauenkörpers 2.Known position controllers are used to position the shift drum, which are typically made up of a proportional component P, an integrating component I and possibly a differentiating component D. The integrating controller behavior causes the switching force to increase incrementally during a blockage. If the blocker finally releases the frictional contact, the shift sleeve suddenly moves further towards the target position with increased force and acceleration input. This increased force and acceleration input can then ensure that the sliding sleeve moves beyond its actual target position to the mechanical end stop. In the claw clutch system, the sliding sleeve 3 with its mechanical end stop 3a hits the axial end face of the claw body 2.

Nach Lösen der Blockierung wird die Vorspannung von Schaltgabel und Gestänge schlagartig gelöst. Ist die Vorspannung dabei ausreichend groß, stößt im Klauenkupplungssystem die Schiebemuffe 3 mit ihrem mechanischen Endanschlag 3a an den Klauenkörper 2.After the blockage is released, the preload of the shift fork and linkage is suddenly released. If the preload is sufficiently high, the sliding sleeve 3 in the claw clutch system hits the claw body 2 with its mechanical end stop 3a.

Im Detail prallen die Endanschläge 3b der Zähne 3a der Schiebemuffe auf die Stirnfläche 2a des Klauenkörpers. Dieser Schlag verursacht einen überdurchschnittlich starken Ausschlag im Geräuschpegel und wirkt sich negativ auf das NVH-Verhalten des gesamten Getriebes aus.In detail, the end stops 3b of the teeth 3a of the sliding sleeve impact on the front face 2a of the claw body. This impact causes an above-average increase in the noise level and has a negative effect on the NVH behavior of the entire transmission.

Beim Verfahren der Schiebemuffe 3 über die Klauenverzahnung des Klauenkörpers 2 hinweg kommt es nach einer vorhergegangenen Blockierung zu einem deutlich wahrnehmbaren Schlag.When the sliding sleeve 3 moves over the claw teeth of the claw body 2, a clearly perceptible impact occurs after a previous blockage.

Um diese Schläge zu dämpfen, wird in einer Ausführungsform ein umlaufendes Dämpfelement aus Kunststoff zwischen Klauenkörper und Schiebemuffe angebracht.In order to dampen these impacts, in one embodiment a circumferential damping element made of plastic is installed between the claw body and the sliding sleeve.

3 und 4 veranschaulichen ein umlaufendes Dämpferelement 4 als geschlossenen Ring an der Stirnseite 2a des Klauenkörpers 2, welches über eine Pressverbindung angebracht wird. Der Klauenkörper 2 ist dabei fertigungstechnisch um eine umlaufende Nut 2b erweitert, in die das Dämpferelement 4 eingepresst wird. 3 and 4 illustrate a circumferential damper element 4 as a closed ring on the front side 2a of the claw body 2, which is attached via a press connection. The claw body 2 is expanded in terms of manufacturing technology by a circumferential groove 2b, into which the damper element 4 is pressed.

Alternativ zu einer umlaufenden geschlossenen Ringnut, können auch Ringabschnitte in die Stirnseite 2a eingebracht werden und das Dämpfungselement 4 besteht dann aus mehreren Abschnitten.As an alternative to a circumferential closed ring groove, ring sections can also be introduced into the front side 2a and the damping element 4 then consists of several sections.

Claims

Claw coupling arrangement (1) with a sliding sleeve (3) which is axially displaceable via a claw body (2), wherein the sliding sleeve (3) has an internal toothing with teeth (3a) which are bevelled in the axial direction and, in an inwardly offset step, end stops (3b) which are designed as flat surfaces, and the claw body (2) has a flat axial end face (2a) and an external toothing, characterized in that in the end face (2a) of the claw body (2) there is a groove (2b) which contains an elastic material as a damper element (4).

Claw coupling arrangement (1) according to Claim 1 , characterized in that the groove (2b) is an annular groove and the damping element element (4) is an annular elastomer which is pressed into the groove (2b).

Claw coupling arrangement (1) according to Claim 1 , characterized in that the groove (2b) is an interrupted annular groove and the damping element (4) consists of several sections which are pressed into the groove (2b).