DE10355071B4

DE10355071B4 - Drehmoment übertragender Betätigungsmechanismus mit Überführung von Drehmoment in verstärkten Schub

Info

Publication number: DE10355071B4
Application number: DE10355071A
Authority: DE
Inventors: Paul D. Ann Arbor Stevenson; E. Carey Monroe Clinton
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2023-11-26
Also published as: DE10355071A1; US6742642B1; US20040099500A1

Abstract

Drehmomentübertragungsmechanismus umfassend:
ein Gehäuse (12),
mehrere erste Reibplatten (16), die mit dem Gehäuse (12) in Antriebsverbindung stehen,
ein Nabenelement (14),
mehrere zweite Reibplatten (18), die mit dem Nabenelement (14) in Antriebsverbindung stehen und abwechselnd mit den ersten Reibplatten (16) beabstandet angeordnet sind,
einen ersten Betätigungsmechanismus zur Überführung von Rotation in Schub mit einem ersten Antriebselement (32), das von dem Drehantriebsmechanismus (40, 42, 44) angetrieben ist, einem axial verschiebbaren ersten Betätigungselement (22) und mehreren ersten Rollenmitteln (38), die zwischen dem ersten Antriebselement (32) und dem ersten Betätigungselement (22) wirksam sind, um eine axiale Bewegung des ersten Betätigungselements (22) auf die Reibplatten (16) zu zu erzwingen,
einen zweiten Betätigungsmechanismus zur Überführung von Rotation in Schub mit einem zweiten Betätigungselement (24), das mit dem ersten Betätigungselement (22) für eine Rotation mit diesem und für eine axiale Bewegung relativ zu diesem in Antriebsverbindung steht, einem Reaktionselement (52) und...

Description

Diese Erfindung betrifft Drehmoment übertragende Betätigungsmechanismen und insbesondere Schubbetätigungsmechanismen, die Kugel-Rampen-Mechanismen umfassen.
Ein Großteil von Drehmomentübertragungsmechanismen nach dem Stand der Technik wendet hydraulische Betätigungssysteme an, in denen ein fluidbetätigter Kolben mit Hydraulikfluid unter Druck gesetzt wird, um axialen Schub auf mehrere Reibscheiben aufzubringen, wodurch Drehmoment zwischen zwei Elementen des Drehmomentübertragungsmechanismus übertragen wird. Diese hydraulischen Systeme erfordern die Ausbildung von Fluidkanälen in dem Getriebegehäuse und ziemlich komplizierte Ventilsteuermechanismen, um eine richtige Wechselwirkung des Hydraulikfluids mit den zu steuernden Einrichtungen sicherzustellen.
In den letzten Jahren sind elektromagnetische Betätigungskupplungen vorgeschlagen worden, und es sind auch Kupplungen mit Flüssigkeitsreibung angewandt worden. In jüngerer Zeit sind Kugel-Rampen- oder Rollen-Rampen-Betätigungsmechanismen eingeführt worden, die ein Drehmoment eines Elektromotors in axialen Schub umwandeln, um den Reibeingriff zwischen benachbarten Drehmoment übertragenden Reibplatten herzustellen.

Die US 2,827,994 A beschreibt ein mechanisches, Drehmoment verstärkendes Nachführkupplungssystem mit einem beweglich gelagerten Kontrollbauteil, das eine leichte Kontrollkraft auszuüben imstande ist, um eine Kupplung anzusteuern, welche eine Antriebsbewegung zu einem Ausgangsbauteil überträgt.

Das US Patent 5,078,249 A offenbart ein Getriebe, welches aus mindestens zwei parallelen Achsen besteht, die Getrieberäder tragen, welche permanent paarweise in Eingriff stehen, wobei ein Getrieberad jedes Paares durch eine Reibungskupplung mit seiner zugeordneten Achse verbunden werden kann.

Die EP 0 733 819 A1 beschreibt eine Kupplung oder Bremse, in der eine von Drehmoment auf Schub transformierende Einheit aus zwei Kurvengetrieben eingebaut ist, die auf dem Prinzip der Flüssigkeitsreibung beruht.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Eingriffsmechanismus zur Drehmomentübertragung bereitzustellen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Drehmoment eines Elektromotors in einen axialen Schub in einem Mechanismus zur Überführung von Drehmoment in Schub umgewandelt, der wiederum eine Eingriffskraft auf einen Drehmomentübertragungsmechanismus aufbringt.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung führt ein Elektromotor ein Drehmoment einem Kugel- und Rampensystem zu, welches das Drehmoment in eine axiale Schubkraft umwandelt.

Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die axiale Schubkraft des Kugel-Rampen-Systems durch einen ersten Kugel-Rampen-Mechanismus eingeleitet, der einen Reibeingriff zwischen Reibplatten eines Drehmomentübertragungsmechanismus erzwingt.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung führt eine axiale Bewegung der einleitenden Kugel-Rampe auch zu einer Drehbewegung einer zweiten Kugel-Rampe, die wiederum zusätzlichen Schub auf die Drehmomentübertragungsmechanismen erzeugt, um einen vollen Eingriff des Drehmomentübertragungsmechanismus bereitzustellen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Aufriss im Schnitt eines Drehmomentübertragungsmechanismus, der die vorliegende Erfindung in einem Lastschaltgetriebe umfasst.
2 ist eine Blockdiagrammdarstellung eines Teils des in 1 gezeigten Drehmoment übertragenden Betätigungsmechanismus.
3 ist eine Blockdiagrammdarstellung einer alternativen Ausführungsform des in 2 gezeigten Schubmechanismus.
In den Zeichnungen, in denen gleiche Zeichen in allen Ansichten die gleichen oder entsprechenden Teile darstellen, ist in 1 ein allgemein mit 10 bezeichneter Drehmomentübertragungsmechanismus zu sehen, der ein Bauteil eines nicht gezeigten Lastschaltgetriebes ist. Der Drehmomentübertragungsmechanismus 10 umfasst einen feststehenden Gehäuseabschnitt 12, einen rotierenden Nabenabschnitt 14, mehrere erste Reibplatten oder -scheiben 16, und mehrere zweite Reibplatten oder -scheiben 18. Die Reibplatten 18 sind abwechselnd mit den Reibplatten 16 angeordnet. Die Reibplatten 16 sind mit dem feststehenden Gehäuse 12 kerbverzahnt und in ihrer Bewegung nach rechts, wie es in 1 zu sehen ist, durch einen herkömmlichen Sprengring 20 begrenzt. Die Reibscheiben 18 sind mit der Nabe 14 kerbverzahnt und können sich auf dieser zwischen den Reibplatten 16 frei bewegen.
Der Drehmomentübertragungsmechanismus 10 umfasst auch eine erste kreisringförmige Betätigungsplatte 22 und eine zweite kreisringförmige Betätigungsplatte 24. Die kreisringförmige Betätigungsplatte 24 ist mit der kreisringförmigen Betätigungsplatte 22 bei 26 kerbverzahnt, wobei eine Kerbverzahnung 28 an der Betätigungsplatte 22 gebildet ist und eine Kerbverzahnung 30 an der Betätigungsplatte 24 gebildet ist. Die Betätigungsplatte 22 ist an einem Antriebselement 32 drehbar gelagert, welches wiederum auf mehreren Nadellagern 34 und auch durch ein Druck- oder Axiallager 36 drehbar gelagert ist.
Die Betätigungsplatte 22 und das Antriebselement 32 sind durch mehrere Kugeln oder zylindrische Walzen 38 getrennt. Das Antriebselement 32 ist an seinem Außenumfang über eine Kerbverzahnung mit einem Zahnrad 40 verbunden, das mit einem Zahnrad 42 kämmt, das wiederum von einem Elektromotor 44 drehbar angetrieben wird. An dem Antriebselement 32 ist eine axial verschiebende kreisringförmige Rampenfläche 46 gebildet, und an dem Betätigungselement 22 ist eine flache Seitenfläche 48 gebildet. Die Kugeln oder zylindrischen Walzen 38 liegen an den Flächen 46 und 48 an.
Wie es in 2 zu sehen ist, weist das Antriebselement 32A eine axial verschiebende kreisringförmige Rampenfläche 46A auf, und die Betätigungsplatte 22A weist eine flache Seitenfläche 48A auf. Die Betätigungsplatte 24 weist eine axiale Rampenfläche 50 auf, und an dem Gehäuse 12 ist eine axiale Fläche oder ein Reaktionselement 52 gebildet. Diese Flächen und 50 und 52 sind durch mehrere Kugeln oder zylindrische Walzen 54 getrennt. Wie es in 2 zu sehen ist, ist die Fläche 52A des Gehäuses 12 eine flache Fläche, und die Fläche 50A der Betätigungsplatte 24A ist eine axial verschiebende kreisringförmige Rampenfläche. Die Betätigungsplatte 24 weist auch eine zweite axiale Fläche 56 auf, die von den Reibplatten 16 durch ein Axiallager 58 getrennt ist. Somit kann die Betätigungsplatte 24 Druck bzw. Schub auf die Platten 16 aufbringen, während gleichzeitig eine Relativdrehung dazwischen möglich ist, und die Fläche 52 ist eine Reaktionsfläche oder ein Reaktionselement.
Wenn der Elektromotor 44 rotiert wird, wird das Antriebselement 32 ebenfalls durch die Zahnradkämmung rotieren, was zu einer weiteren Bewegung des Antriebselements 32 in der Richtung des Pfeils A führt, wie es in 2 zu sehen ist. Wenn das Antriebselement 32A in der Richtung des Pfeils A rotiert, werden sich die Kugeln 34A wegen der Ram penfläche 46A axial auf die Betätigungsplatte 22A zu bewegen. Dies wird zu einer axialen Bewegung der Betätigungsplatte 22A auf die Reibplatten 18 zu führen. Wenn die Reibplatten 18 in Anlage an die Reibplatten 16 gelangen, wird der Betätigungsplatte 22 aufgrund der Drehung der Nabe 14 eine Drehkraft in der Richtung des Pfeils B verliehen. Die Drehung der Betätigungsplatte 22 wird derart zur Betätigungsplatte 24 übertragen, dass die Betätigungsplatte 24 in der Richtung des Pfeils C gedreht wird.
Aufgrund der Rampenfläche 50 an der Betätigungsplatte 24 und den Kugeln 54 wird die Betätigungsplatte 24 axial auf die Reibscheiben 16 zu bewegt werden, um zusätzlichen Schub auf die Reibplatten 16 und 18 aufzubringen. Wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus 10 vollständig in Eingriff steht, wird die relative Drehung der Scheiben 18 und Scheiben 16 aufhören und beide Platten werden feststehend gehalten oder rotieren gemeinsam, abhängig von der Art des Drehmomentübertragungsmechanismus. An diesem Punkt wird das Phänomen einer Überführung von Drehmoment in Schub in größtmöglichem Umfang abgeschlossen sein und der Drehmomentübertragungsmechanismus 10 steht, wie es oben festgestellt wurde, vollständig in Eingriff.
Es gibt Fälle, in denen das Drehmoment an dem Drehmomentübertragungsmechanismus 10 umgekehrt sein wird, was normalerweise dazu tendieren würde, den Drehmomentübertragungsmechanismus durch die angewandte Rampe außer Eingriff zu bringen. Solange jedoch der Elektromotor 44 zumindest ein Drittel bis eine Hälfte des erforderlichen Druckes auf den Drehmomentübertragungsmechanismus aufrechterhält, wird genug Druck aufgebracht werden, um den Drehmomentübertragungsmechanismus 10 während des leer laufenden Betriebes vollständig in Eingriff zu halten.
Bei manchen Getrieben könnte der Drehmomentübertragungsmechanismus 10 für zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse angewandt werden, beispielsweise ein Vorwärtsübersetzungsverhältnis ins Langsame und ein Vorwärtsübersetzungsverhältnis ins Schnelle. Während des Vorwärtsübersetzungsverhältnisses ins Schnelle würde das Reaktionsmoment an der Nabe 14 in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Drehmoment während des Übersetzungsverhältnisses ins Langsame vorliegen. Jedoch ist die Reaktionskraft während des Übersetzungsverhältnisses ins Schnelle merklich geringer, und daher hat der Elektromotor 44 ein ausreichendes Drehmomentübertragungsvermögen, um den Drehmomentübertragungsmechanismus 10 während des Betriebes mit einem Drehmoment in Rückwärtsrichtung vollständig in Eingriff zu halten.
Eine in 3 gezeigte alternative Ausführungsform beschreibt das Antriebselement 32B derart, dass es eine kreisringförmige Rampenfläche 46B aufweist, und dass die Betätigungsplatte 22B eine kreisringförmige Rampenfläche 48B aufweist. Bei dieser Anordnung wird die Drehbewegung des Antriebselements 32B in der Richtung des Pfeils C zu einer weiteren axialen Bewegung der Betätigungsplatte 22B in der Richtung des Pfeils D führen, wodurch das Ausmaß an Rotation des Elektromotors 44 verkürzt wird, um eine Betätigung des Drehmomentübertragungsmechanismus 10 einzuleiten.
Wie es ebenfalls in 3 gezeigt ist, weist das Gehäuse 12B eine axial verschiebende kreisringförmige Rampenfläche 52B anstelle einer flachen Fläche auf, wie es bei 52A in 2 gezeigt ist. Die Betätigungsplatte 24B weist auch eine axial verschiebende kreisringförmige Rampenfläche 50B auf. Wenn die Betätigungsplatte 24B in die Richtung des Pfeils F gedreht wird, was ein Ergebnis der Drehung der Betätigungsplatte 22B in der Richtung des Pfeils G ist, wird die Betätigungsplatte 24B axial in der Richtung des Pfeils H in Folge der Wechselwirkung zwischen den Kugeln 54B und den Rampen 52B und 50B bewegt werden. Die axiale Bewegung der Betätigungsplatte 24B wird für ein gegebenes Ausmaß an Rotation weiter sein als der axiale Schub oder die axiale Bewegung der Platte 24A. Wieder ist die Betätigungszeit für den vollen Eingriff des Drehmomentübertragungsmechanismus 10 verkürzt.
Mit der vorliegenden Erfindung führt der Elektromotor 24 ausreichend Drehmoment zu, um einen axialen Schub der Betätigungsplatte 22 und einen anfänglichen Eingriff der Reibplatten 18 und 16 einzuleiten. Mit dem anfänglichen Reibeingriff der Reibplatten 18 und 16 wird die Rotation der Nabe 14, die ein Ergebnis einer Drehmomentreaktion ist, eine Rotation der Betätigungsplatte 22 hervorrufen. Die Rotation der Betätigungsplatte 22 wird zur Betätigungsplatte 24 übertragen, die daher gemeinsam mit der Betätigungsplatte 22 rotieren wird. Die Rotation der Betätigungsplatte 24 führt zu zusätzlichem Axialdruck oder Schub auf die Reibplatten 16 und 18, so dass das Drehmoment des Elektromotors 44 durch das Reaktionsdrehmoment des Drehmomentübertragungsmechanismus 10 verstärkt wird. Dies reduziert natürlich die notwendige Größe und das notwendige Ausgangsdrehmoment des Elektromotors 44, wodurch die Gesamtgröße und das Gesamtgewicht des Steuermechanismus reduziert werden.
Die Zahnräder 40 und 42 sind als Stirnräder oder schräg verzahnte Zahnräder gezeigt. Es ist auch möglich, andere Arten von Zahnradeingriffsmechanismen zu verwenden, wie etwa das Zahnrad 40 in ein Schneckenrad und das Zahnrad 42 in eine Schnecke umzuwandeln, wobei in diesem Fall der Motor in dem Zahnrad 42 um 90 Grad zu dem in 1 gezeigten Mechanismus gedreht sein könnte. Diese Arten von Zahnradan ordnungen sind Fachleuten wohlbekannt und können ohne Konflikt beim Entwurf oder beim Betrieb des Systems ausgetauscht werden.
Die vorliegende Erfindung stellt einen verbesserten Betätigungsmechanismus zur Überführung von Drehmoment in Schub für Drehmomentübertragungsmechanismen dar. Das Drehmoment wird in der Form einer Drehbewegung von einem Elektromotor vorgelegt, und der Schub oder Druck ist ein Ergebnis davon, dass dieses Drehmoment durch mehrere Rampenmechanismen in eine Druckkraft übertragen wird, die benutzt wird, um die Eingriffskraft innerhalb des Drehmomentübertragungsmechanismus bereitzustellen.
Das oben beschriebene System wendet Kugeln an, die mit Rampenabschnitten zusammenwirken, um das Eingangsdrehmoment in einen Ausgangsschub umzuwandeln. Andere Mechanismen zum Umwandeln des Drehmoments in Druck könnten angewandt werden, wie etwa Antriebsspindeln oder Spiralfedern, um einige wenige der Umwandlungsmechanismen, die angewandt werden können, zu nennen. Der bevorzugte Rollen- oder Wälzmechanismus liegt in der Form von Kugeln vor, wie etwa jene, die mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt sind. Jedoch werden Fachleute erkennen, dass andere Mechanismen in den Grenzen der vorliegenden Erfindung anwendbar sind.
Zusammengefasst umfasst ein Betätigungsmechanismus zur Überführung von Drehmoment in Schub für einen Drehmomentübertragungsmechanismus einen eingangsseitigen Elektromotor, der einem ersten Kugel- und Rampen-Mechanismus Drehmoment zur Überführung von Drehung in Schub zuführt, welcher eine Drehbewegung in eine Betätigungskraft zwischen einer Betätigungsplatte und mehreren Reibscheiben in einem Drehmomentübertragungsmechanismus umwandelt. Der Me chanismus umfasst auch einen zweiten Mechanismus zur Überführung von Drehung in Schub, der eine Antriebsrotation von einem ersten Betätigungselement in Folge eines Reaktionsdrehmomentes empfängt. Die Rotation des zweiten Mechanismus führt zu einem zusätzlichen Druck auf die Reibplatten, um die Betätigungskraft des Betätigungsmechanismus zur Überführung von Drehmoment in Schub zu verstärken.

Claims

Drehmomentübertragungsmechanismus umfassend: ein Gehäuse (12), mehrere erste Reibplatten (16), die mit dem Gehäuse (12) in Antriebsverbindung stehen, ein Nabenelement (14), mehrere zweite Reibplatten (18), die mit dem Nabenelement (14) in Antriebsverbindung stehen und abwechselnd mit den ersten Reibplatten (16) beabstandet angeordnet sind, einen ersten Betätigungsmechanismus zur Überführung von Rotation in Schub mit einem ersten Antriebselement (32), das von dem Drehantriebsmechanismus (40, 42, 44) angetrieben ist, einem axial verschiebbaren ersten Betätigungselement (22) und mehreren ersten Rollenmitteln (38), die zwischen dem ersten Antriebselement (32) und dem ersten Betätigungselement (22) wirksam sind, um eine axiale Bewegung des ersten Betätigungselements (22) auf die Reibplatten (16) zu zu erzwingen, einen zweiten Betätigungsmechanismus zur Überführung von Rotation in Schub mit einem zweiten Betätigungselement (24), das mit dem ersten Betätigungselement (22) für eine Rotation mit diesem und für eine axiale Bewegung relativ zu diesem in Antriebsverbindung steht, einem Reaktionselement (52) und mehreren zweiten Rollenmitteln (54), die zwischen dem zweiten Betätigungselement (24) und dem Reaktionselement (52) wirksam sind, um eine axiale Bewegung dazwischen bei Rotation des zweiten Betätigungselements (24) zu erzwingen, und eine axial verschiebende kreisringförmige Rampenfläche (46A, 46B, 50A, 50B), die an dem ersten Antriebselement (32) und dem zweiten Betätigungselement (24) gebildet ist und mit den ersten und zweiten Rollenmitteln (38, 54) während des Erzwingens einer axialen Bewegung von beiden Betätigungselementen (22, 24) infolge eines Drehantriebs von dem Drehantriebsmechanismus (40, 42, 44) zusammenwirkt.
Drehmomentübertragungsmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Betätigungselement (22) eine axial verschiebende kreisringförmige Rampenfläche (48, 48A, 48B) neben der axial verschiebenden kreisringförmigen Rampenfläche (46A, 46B) an dem ersten Antriebselement (32) aufweist.
Drehmomentübertragungsmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionselement (52) eine axial verschiebende kreisringförmige Rampenfläche (52A, 52B) neben einer axial verschiebenden kreisringförmigen Rampenfläche (50A, 50B) an dem zweiten Betätigungselement (24) aufweist.
Drehmomentübertragungsmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Betätigungselement (22) eine axial verschiebende kreisringförmige (48A, 48B) Rampenfläche neben der axial verschiebenden kreisringförmigen Rampenfläche (46A, 46B) an dem ersten Antriebselement (32) aufweist, und das Reaktionselement (52) eine axial verschiebende kreisringförmige Rampenfläche (52A, 52B) neben einer axial verschiebenden kreisringförmigen Rampenfläche (50A, 50B) an dem zweiten Betätigungselement (24) aufweist.
Drehmomentübertragungsmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Betätigungselement (22) axial bewegbar ist, um einen Reibeingriff der Reibplatten (16, 18) einzuleiten und dadurch eine gemeinsame Drehung des ersten Betätigungselements (22) sowie des zweiten Betätigungselements (24) einzuleiten.