DE112018002696T5

DE112018002696T5 - Schaltisolationshebelsystem für kraftbetätigte kopplungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112018002696T5
Application number: DE112018002696.5T
Authority: DE
Inventors: Wade Smith; Ryan Shaw; Bradley Ketchel
Original assignee: Magna Powertrain of America Inc
Current assignee: Magna Powertrain of America Inc
Priority date: 2017-05-23
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2020-02-20
Also published as: CN110740894B; CN110740894A; US11168743B2; US20200096054A1; WO2018217546A1

Abstract

Es wird eine in einer Kraftübertragungsanordnung eines Kraftfahrzeugs enthaltene Kupplungsanordnung dargelegt. Die Kupplungsanordnung enthält einen fremdkraftbetätigten Kupplungsaktuator zum Bewegen einer Kupplungshülse in Axialrichtung zwischen einer ausgerückten und einer eingerückten Position zwischen zwei Drehgliedern. In der ausgerückten Position wird eine relative Drehung zwischen zwei Drehgliedern verhindert, während eine relative Drehung in der eingerückten Position gestattet wird. Der kraftbetätigte Kupplungsaktuator enthält ferner einen elektromagnetischen Solenoid mit einem Ausgangsglied, das einen ausgezogenen Zustand und einen eingezogenen Zustand, die die Kupplungshülse zwischen Positionen drängen, aufweist. Ein Schaltisolationsgestängemechanismus verbindet das Ausgangsglied des Solenoids mit der Kupplungshülse und gestattet eine Bewegung des Ausgangsglieds in seine zurückgezogene Position, während ein blockierter Zahnzustand eine Bewegung der Kupplungshülse in ihre eingerückte Position unterbindet. Nach Beseitigen des blockierten Zahnzustands zwingt der Isolationsgestängemechanismus die Kupplungshülse in ihre eingerückte Position.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil und die Priorität der am 23. Mai 2017 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung mit der lfd. Nr. 62/509,850 . Die Offenbarung der obigen Anmeldung wird durch Bezugnahme hier aufgenommen, als ob sie in ihrer Gesamtheit vollständig dargelegt wäre.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein fremdkraftbetätigte Schaltsysteme in Kraftübertragungsanordnungen, die für Kraftfahrzeugtriebstranganwendungen verwendet werden. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen fremdkraftbetätigten Kupplungsaktuator zum Bewegen einer Kupplungshülse zwischen einer ausgerückten und einer eingerückten Position und mit einem elektromagnetischen Aktuator und einem schwenkbaren Schaltisolationsmechanismus zum Koppeln des elektromagnetischen Aktuators mit der Kupplungshülse.
HINTERGRUND
Dieser Abschnitt liefert Hintergrundinformationen, bei denen es sich nicht zwangsweise um den Stand der Technik in Bezug auf die mit der vorliegenden Offenbarung verbundenen erfinderischen Konzepte handelt.
Die Nachfrage nach Fahrzeugen mit Vierradantrieb (4WD) und Allradantrieb (AWD) führte zu der Entwicklung von Kraftübertragungssystemen, die zum selektiven und/oder automatischen Übertragen von Drehkraft (das heißt Antriebsmoment) vom Antriebsstrang auf alle vier Räder des Fahrzeugs konfiguriert sind. Bei vielen Fahrzeugen mit Vierradantrieb umfasst das Kraftübertragungssystem ein Verteilergetriebe, das dazu konfiguriert ist, den Antriebsstrang mit einem vorderen und einem hinteren Triebstrang antriebsmäßig zu verbinden. Insbesondere ist ein Großteil von aktuellen Verteilergetrieben dahingehend konfiguriert, eine Hauptwelle oder hintere Ausgangswelle, die den Antriebsstrang mit dem hinteren Triebstrang verbindet, eine vordere Ausgangswelle, die mit dem vorderen Triebstrang verbunden ist, eine Übertragungsanordnung, die mit der vorderen Ausgangswelle antriebsverbunden ist, eine Moduskupplung zum selektiven Koppeln der Übertragungsanordnung mit der hinteren Ausgangswelle und einen Kupplungsaktuator zum Steuern der Betätigung der Moduskupplung zu umfassen. Die Moduskupplung ist in einem ersten oder „ausgerückten“ Zustand zum Trennen der vorderen Ausgangswelle von der hinteren Ausgangswelle und Herstellen eines Zweiradantriebsmodus (2WD), wobei das gesamte Antriebsmoment von dem Antriebsstrang auf den hinteren Triebstrang übertragen wird, betreibbar. Die Moduskupplung ist des Weiteren in einem zweiten oder „eingerückten“ Zustand zum Antriebsverbinden der vorderen Ausgangswelle (über die Übertragungsanordnung) mit der hinteren Ausgangswelle und Herstellen eines Vierradantriebsmodus (4WD), wobei Antriebsmoment von dem Antriebsstrang sowohl auf den vorderen als auch den hinteren Triebstrang übertragen wird, betreibbar.
In vielen Fahrzeugen mit Allradantrieb enthält das Kraftübertragungssystem eine Nebenabtriebseinheit (PTU- power take-off unit), die dazu konfiguriert ist, den Antriebsstrang mit dem hinteren Triebstrang in Verbindung mit einer Vorderradantrieb-Triebstranganordnung zu verbinden. In der Regel ist die Moduskupplung in ihrem ausgerückten Zustand zum Trennen des hinteren Triebstrangs (das heißt der hinteren Kardanwelle und der Hinterachse) von dem Antriebsstrang betreibbar. In ihrem eingerückten Zustand ist die Moduskupplung hingegen zum Verbinden des Vorderachsdifferenzials (das heißt des Transaxle-Ausgangs) mit einem mit der hinteren Kardanwelle antriebsverbundenen Hypoidzahnradsatz betreibbar.
Sowohl bei 4WD- als auch AWD-Fahrzeugen ist ferner bekannt, den Sekundärtriebstrang (das heißt die Vorderachse bei 4WD-Systemen und die Hinterachse bei AWD-Systemen) mit einer Trennkupplung auszustatten, um eine „Trenn“-Funktion bereitzustellen, wenn die Moduskupplung in ihrem ausgerückten Zustand betrieben wird. Somit ist die Verwendung von Moduskupplungen und Trennkupplungen in Kraftübertragungssystemen wohlbekannt. Solche Kupplungen sind in der Regel als formschlüssige Kopplungen mit einer axial beweglichen Kupplungshülse, die betriebswirksam zwischen einem Paar Drehkomponenten angeordnet ist, konfiguriert. Eine Bewegung der Kupplungshülse in eine erste Position gestattet eine relative Drehung zwischen zwei Drehkomponenten und stellt den ausgerückten Zustand her. Ebenso verhindert eine Bewegung der Kupplungshülse in eine zweite Position eine relative Drehung zwischen den beiden Drehkomponenten und stellt den eingerückten Zustand her. In vielen Fällen wird ein fremdkraftbetätigter Kupplungsaktuator eingesetzt, um die Kupplungshülse zwischen ihren beiden verschiedenen Betriebspositionen zu bewegen. Der fremdkraftbetätigte Kupplungsaktuator muss jedoch dahingehend betreibbar sein, „blockierten“ Schaltungen in dem eingerückten Zustand Rechnung zu tragen und dahingehend zu funktionieren, die Modusschaltung durchzuführen, sobald der blockierte Zustand beseitigt ist. Um dieser Anforderung in Bezug auf die blockierte Schaltung zu entsprechen, setzen einige Anordnungen einen federbelasteten Mechanismus zwischen dem fremdkraftbetätigten Kupplungsaktuator und der Kupplungshülse ein, um die Leistungsabgabeanforderungen zu begrenzen und die Betriebslebensdauer des fremdkraftbetätigten Kupplungsaktuators zu verbessern.
Somit besteht ein anerkanntes Erfordernis, alternative fremdkraftbetätigte Schaltsysteme zu entwickeln, die der Anforderung in Bezug auf die blockierte Schaltung entsprechen, der Technologie entsprechen und verbesserte Konfigurationen bereitstellen, die gegenüber ansonsten herkömmlichen fremdkraftbetätigten Schaltsystemen eine Verbesserung darstellen.
KURZDARSTELLUNG
Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Kurzdarstellung der mit der vorliegenden Offenbarung in Zusammenhang stehenden erfinderischen Konzepte bereit und sollte nicht als eine vollständige und umfassende Offenbarung aller ihrer Aspekte, Merkmale, Vorteile und/oder Aufgaben interpretiert werden.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung besteht in der Bereitstellung einer Kupplungsanordnung, die einen Schaltisolationsmechanismus zum Vorspannen einer Kupplungshülse zu einer eingerückten Position von einer ausgerückten Position, wenn sich die Kupplungsanordnung in einem blockierten Zahnzustand befindet, der eine Bewegung der Kupplungshülse unterbindet, aufweist. Nach Beseitigung des blockierten Zahnzustands bewegt der Schaltisolationsmechanismus zwangsweise die Kupplungshülse in die eingerückte Position, wodurch eine gemeinsame Drehung von zwei Drehgliedern durch Paarung der Kupplungshülse gestattet wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung besteht in der Bereitstellung eines fremdkraftbetätigten Kupplungsaktuators mit einem Ausgangsglied, das zwischen einer ausgezogenen Position und einer eingezogen Position entsprechend der Bewegung der Kupplungshülse beweglich ist.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung besteht in der Integration der Kupplungsanordnung in ein fremdkraftbetätigtes Schaltsystem eines Automobils.
Gemäß diesen und anderen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung eine Kupplungsanordnung bereit, die ein erstes Drehglied und ein zweites Drehglied eines Automobils umfasst. Eine Kupplungshülse ist zur Drehung mit dem ersten Drehglied gekoppelt und ist zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position axial beweglich. In der ersten Position weist die Kupplungshülse erste Kupplungszähne auf, die aus an dem zweiten Drehglied ausgebildeten zweiten Kupplungszähnen ausgerückt sind. In der zweiten Position stehen die ersten Kupplungszähne an der Kupplungshülse mit den zweiten Kupplungszähnen in Eingriff. Ein fremdkraftbetätigter Kupplungsaktuator weist ein Ausgangsglied auf, das zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position beweglich ist. Ein Schaltisolationsmechanismus verbindet das Ausgangsglied betriebswirksam mit der Kupplungshülse, derart, dass eine Bewegung des Ausgangsglieds zwischen seiner ersten und zweiten Position eine entsprechende Bewegung der Kupplungshülse zwischen ihrer ersten und zweiten Position verursacht. Der Schaltisolationsmechanismus enthält eine Vorspannanordnung, die dazu konfiguriert ist, eine Bewegung des Ausgangsglieds aus seiner ersten Position in seine zweite Position zu gestatten, während ein blockierter Zahnzustand zwischen den ersten und zweiten Kupplungszähnen eine Bewegung der Kupplungshülse aus ihrer ersten Position in ihre zweite Position unterbindet. Nach dem Beseitigen des blockierten Zahnzustands wird die federbelastete Anordnung freigegeben, um die Kupplungshülse zwangsweise aus ihrer ersten Position in ihre zweite Position zu bewegen.
Weitere Anwendungsbereiche gehen aus der hier bereitgestellten Beschreibung hervor. Die Beschreibung und die speziellen Beispiele in dieser Kurzdarstellung dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglicher Implementierungen, und sie sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.

1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit Vierradantrieb, das dazu konfiguriert ist, mit einer Kraftübertragungsanordnung und/oder Drehmomentübertragungskopplungen ausgestattet zu werden, die gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung konstruiert sind;
2 ist eine schematische Ansicht eines in 1 gezeigten Verteilergetriebes, das mit einer fremdkraftbetätigten Moduskupplungsanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgestattet ist;
3 ist eine schematische Ansicht einer Trenn- Drehmomentübertragungskopplung, die mit einer fremdkraftbetätigten Trennkupplungsanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgestattet ist;
4 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit Allradantrieb, das dazu konfiguriert ist, mit einer Kraftübertragungsanordnung und mindestens einer Drehmomentübertragungskopplung gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgestattet zu werden;
5 ist eine Schnittansicht einer in 4 gezeigten Nebenabtriebseinheit (PTU), die mit einer fremdkraftbetätigten Moduskupplungsanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgestattet ist;
6 ist eine Schnittansicht einer in 4 gezeigten Hinterachsanordnung, die mit einer fremdkraftbetätigten Trennkupplungsanordnung ausgestattet ist;
7 ist eine isometrische Ansicht eines Teils der in den 4 und 6 gezeigten Hinterachsanordnung, die nun einen angetriebenen Kupplungsaktuator und einen Schaltisolationsmechanismus, die der fremdkraftbetätigten Trennkupplungsanordnung zugeordnet sind, ausführlicher veranschaulicht;
8 ist ähnlich wie 7 und veranschaulicht die Ausrichtung und die Positionierung der Komponenten, wenn sich die axial bewegliche Kupplungshülse in ihrer ausgerückten Position befindet, um einen getrennten Modus herzustellen;
9 ähnelt 8, veranschaulicht aber nun die Ausrichtung und die Positionierung der Komponenten, wenn der angetriebene Kupplungsaktuator betätigt ist, der Schaltisolationsmechanismus befindet sich in einem belasteten Zustand, und die Kupplungshülse wird aufgrund eines blockierten Schaltzustands in ihrer ausgerückten Position gehalten;
10 und 11 ähneln 9, veranschaulichen aber nun den Schaltisolationsmechanismus in einem unbelasteten Zustand, wobei die Kupplungshülse in ihre eingerückte Position bewegt wird, wenn der blockierte Schaltzustand überwunden wird;
12 veranschaulicht die Ausrichtung und die Positionierung der Komponenten, wenn der Trennschaltvorgang beendet ist;
13 ist eine isometrische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des angetriebenen Kupplungsaktuators und Schaltisolationsmechanismus zur Verwendung mit der fremdkraftbetätigten Trennkupplungsanordnung der vorliegenden Offenbarung; und
14 ist eine Schnittansicht der in 13 gezeigten Anordnung.

In sämtlichen Ansichten werden einander entsprechende Zahlen verwendet, um einander entsprechende Komponenten zu kennzeichnen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es werden nun Ausführungsbeispiele beschrieben. Diese speziellen Ausführungsbeispiele werden bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und dem Fachmann den beabsichtigten Schutzumfang vollumfänglich übermittelt. Es werden zahlreiche spezielle Details angeführt, wie zum Beispiel Beispiele für spezielle Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein tiefgehendes Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu gewährleisten. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass spezielle Details nicht eingesetzt werden müssen, dass Ausführungsbeispiele auf viele verschiedene Weisen ausgestaltet werden können und dass nichts davon so ausgelegt werden sollte, dass es den Schutzumfang der Offenbarung einschränken könnte. Bei einigen Ausführungsbeispielen werden wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Technologien nicht detailliert beschrieben.
Die hier verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und ist nicht als Einschränkung gedacht. Wie hier verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine/r“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen umfassen, sofern der Kontext nicht ausdrücklich etwas Anderes angibt. Die Ausdrücke „umfasst“, „umfassen(d)“, „enthalten(d)“ und „aufweisen(d)“ sind inklusiv gemeint und geben deshalb das Vorhandensein von angeführten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen und/oder Komponenten an, schließen aber das Vorhandensein oder Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen derselben nicht aus. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge dürfen nicht so verstanden werden, dass ihre Durchführung unbedingt in der speziellen erörterten oder dargestellten Reihenfolge erforderlich ist, sofern diese nicht speziell als die Reihenfolge oder Abfolge der Durchführung angegeben ist. Es versteht sich ferner, dass weitere oder alternative Schritte eingesetzt werden können.
Wenn ein Element oder eine Schicht als „an“, „in Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben wird, kann es bzw. sie sich direkt an dem anderen Element oder der anderen Schicht, in Eingriff damit, verbunden damit oder gekoppelt damit befinden, oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wenn hingegen ein Element als „direkt an“, „direkt in Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben wird, können keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Ein anderer Wortlaut, der zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwendet wird, sollte auf eine ähnliche Weise interpretiert werden (zum Beispiel „zwischen“ versus „direkt zwischen“, „neben“ versus „direkt neben“ usw.). Wie hier verwendet, umfasst der Begriff „und/oder“ beliebige und alle Kombinationen aus einem oder mehreren der zugeordneten aufgelisteten Objekte.
Obgleich hier die Begriffe erster, zweiter, dritter usw. zur Beschreibung verschiedener Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte verwendet werden können, sollten diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden. Diese Begriffe können nur dazu verwendet werden, ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie „erster“, „zweiter“ und sonstige hier verwendete numerische Begriffe implizieren keine Abfolge oder Reihenfolge, sofern dies nicht eindeutig aus dem Kontext hervorgeht. Somit könnte ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, die nachstehend erörtert werden, als ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der Ausführungsbeispiele abzuweichen.
Sich auf Raum beziehende Begriffe wie „innere(r)“, „äußere(r)“, „unterhalb“, „unter“, „unterer“, „über“, „oberer“ und dergleichen können hier zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder eines Merkmals zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen, wie in den Figuren veranschaulicht, zu beschreiben. Sich auf Raum beziehende Begriffe sollen verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch oder Betrieb zusätzlich zu der in den Figuren gezeigten Ausrichtung mit umfassen. Wenn die Vorrichtung in den Figuren zum Beispiel umgedreht wird, würden Elemente, die als „unter“ oder „unterhalb“ von anderen Elementen oder Merkmalen beschrieben wurden, dann „über“ den anderen Elementen oder Merkmalen ausgerichtet sein. Somit kann der exemplarische Begriff „unter“ sowohl eine Ausrichtung von über als auch von unter umfassen. Die Vorrichtung kann auch anders (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen) ausgerichtet sein, und die hier verwendeten sich auf den Raum beziehenden beschreibenden Begriffe werden entsprechend ausgelegt.
Zu Anfang auf 1 der Zeichnungen Bezug nehmend, umfasst ein Beispiel für ein Kraftfahrzeug 10 mit Vierradantrieb gemäß der Darstellung allgemein einen sich längs erstreckenden (das heißt Nord/Süd-Konfiguration) Antriebsstrang 12, der zum Erzeugen von Drehkraft (das heißt Antriebsmoment) zur Übertragung zu einem ersten oder hinteren Triebstrang 14 und einem zweiten oder vorderen Triebstrang 16 betreibbar ist. Der Triebstrang 12 enthält in der Darstellung einen Verbrennungsmotor 18, ein Mehrganggetriebe 20 und ein Verteilergetriebe 22. Bei der bestimmten gezeigten Anordnung ist der hintere Triebstrang 14 der Primärtriebstrang und ist dahingehend konfiguriert, ein Paar am Untergrund angreifender Räder 24 zu enthalten, die über entsprechende Hinterachswellen 26 mit einer hinteren Differenzialanordnung 28, die einer Hinterachsanordnung 30 zugeordnet ist, antriebsverbunden sind. Ferner enthält der hintere Triebstrang 14 eine hintere Kardanwelle 32, die dahingehend angeordnet ist, einen Dreheingang 34 der hinteren Differenzialanordnung 28 mit einer hinteren Ausgangswelle 36 des Verteilergetriebes 22 zu verbinden. Ein Paar hinterer Verbindungseinheiten 38 verbinden in der Darstellung gegenüberliegende Enden der hinteren Kardanwelle 32 mit dem Dreheingang 34 der hinteren Differenzialanordnung 28 und der hinteren Ausgangswelle 36 des Verteilergetriebes 22 und wirken dahingehend, Antriebsmoment zu übertragen, während eine Winkel- und/oder Translationsbewegung dazwischen gestattet wird.
Der vordere Triebstrang 16 ist der Sekundärtriebstrang und ist in 1 der Zeichnungen gezeigt; er ist dahingehend konfiguriert ein Paar am Untergrund angreifende Räder 44 zu enthalten, die über entsprechende Vorderachswellen 46 mit einer vorderen Differenzialanordnung 48, die einer Vorderachsanordnung 50 zugeordnet ist, antriebsverbunden sind. Der vordere Triebstrang 16 enthält ferner eine vordere Kardanwelle 52, die dahingehend angeordnet ist, einen Dreheingang 54 der vorderen Differenzialanordnung 48 mit einer vorderen Ausgangswelle 56 des Verteilergetriebes 22 zu verbinden. Ein Paar vorderer Verbindungseinheiten 58 verbinden gegenüberliegende Enden der vorderen Kardanwelle 52 mit dem Dreheingang 54 der vorderen Differenzialanordnung 48 und der vorderen Ausgangswelle 56 des Verteilergetriebes 22 und wirken dahingehend, Antriebsmoment zu übertragen, während eine Winkel- und/oder Translationsbewegung dazwischen gestattet wird. Eine Trennkopplung 60 ist auch dem vorderen Triebstrang 16 zugeordnet und ist in der Darstellung zwischen einem Paar Wellensegmenten 46A, 46B einer der Vorderachswellen 46 funktional angeordnet. Die Trennkopplung 60 ist in einem ersten oder „verbundenen“ Modus zum Antriebskoppeln der Vorderräder 44 mit dem Rest des vorderen Triebstrangs 16 betreibbar und ist ferner in einem zweiten oder „getrennten“ Modus zum Entkoppeln der Vorderräder 44 von der Antriebsverbindung mit dem Rest des vorderen Triebstrangs 16 betreibbar.
Gemäß der Darstellung in 1 ist der Antriebsstrang 12 auch einem Antriebsstrangsteuersystem 62 wirkzugeordnet, wobei letzterer allgemein eine Gruppe von Fahrzeugsensoren 64 und einen Moduswähler 66 umfasst, die beide Signale zur Kommunikation mit einer Fahrzeugsteuerung 68 bereitstellen. Die Fahrzeugsteuerung 68 kann eine oder mehrere einzelne Steuerungen, die dem Motor 18, dem Getriebe 20, dem Verteilergetriebe 22 und der Trennkopplung 60 zugeordnet sind und dazu konfiguriert sind, den Antriebsbetrieb des Fahrzeugs 10 zu steuern, umfassen. Das Antriebsstrangsteuersystem 62 stellt in der Darstellung ein elektronisch gesteuertes Kraftübertragungssystem bereit, das dahingehend konfiguriert ist, einem Fahrzeugbediener zu gestatten, zwischen einem Zweiradantriebsmodus (2WD-Modus) und einem zuschaltbaren oder „gesperrten“ Vierradantriebsmodus (LOCK-4WD-Modus/gesperrten 4WD-Modus) zu wählen. In dieser Hinsicht ist das Verteilergetriebe 22 mit einer Moduskupplung 70 und einer Übertragungsanordnung 72 ausgestattet, die zur Übertragung von Antriebsmoment auf den vorderen Triebstrang 16, wenn einer der Vierradantriebsmodi gewählt ist, konfiguriert ist. Wie nachstehend genauer angeführt wird, wirkt die Moduskupplung 70 dahingehend, über die Übertragungsanordnung 72 selektiv Antriebsmoment von der hinteren Ausgangswelle 36 auf die vordere Ausgangswelle 56 zu übertragen.
Gemäß der Darstellung umfasst das Kraftübertragungssystem des Weiteren einen fremdkraftbetätigten Kupplungsaktuator 74 zum Steuern der Betätigung der Moduskupplung 70 und einen fremdkraftbetätigten Trennaktuator 76 zum Steuern der Betätigung der Trennkopplung 60. Die Steuerung 68 steuert die koordinierte Betätigung der fremdkraftbetätigten Aktuatoren 74, 76 als Reaktion auf Eingangssignale von Fahrzeugsensoren 64 und Modussignale von dem Moduswählmechanismus 66. Die Fahrzeugsensoren 64 sind dahingehend angeordnet und konfiguriert, bestimmte dynamische und Betriebseigenschaften des Fahrzeugs 10 und/oder gegenwärtige Witterungs- oder Straßenbedingungen zu detektieren.
Zum Herstellen des 2WD-Modus wird der Kupplungsaktuator 74 dahingehend gesteuert, die Moduskupplung 70 in einen ersten oder „ausgerückten“ Modus zu schalten, während der Trennaktuator 76 dahingehend gesteuert wird, die Trennkopplung 60 in ihren getrennten Modus zu schalten. Wenn sich die Moduskupplung 70 in ihrem ausgerückten Modus befindet, wird kein Antriebsmoment durch die Übertragungsanordnung 72 zur vorderen Ausgangswelle 56 übertragen, so dass sämtliches Antriebsmoment, das vom Antriebsstrang 12 erzeugt wird, über den hinteren Triebstrang 14 zu den Hinterrädern 24 geliefert wird.
Zum Herstellen des LOCK-4WD-Modus wird der Trennaktuator 76 dahingehend gesteuert, die Trennkopplung 60 in ihren verbundenen Modus zu schalten, und der Kupplungsaktuator 74 wird dahingehend gesteuert, die Moduskupplung 70 in einen zweiten oder „vollständig eingerückten“ Modus zu schalten. Wenn die Moduskupplung 70 in ihrem vollständig eingerückten Modus betrieben wird, ist die hintere Ausgangswelle 36 praktisch über die Übertragungsanordnung 72 mit der vorderen Ausgangswelle 56 antriebsgekoppelt, so dass das Antriebsmoment gleichmäßig (das heißt 50/50) dazwischen verteilt wird. Wenn sich die Trennkopplung 60 in ihrem verbundenen Modus befindet, werden die Wellensegmente 46A, 46B antriebsgekoppelt, so dass das zu der vorderen Ausgangswelle 56 gelieferte Antriebsmoment über den vorderen Triebstrang 16 zu den Vorderrädern 44 übertragen wird.
Auf 2 Bezug nehmend, enthält das Verteilergetriebe 22 in der Darstellung im schematischen Format ein Verteilergetriebegehäuse 80, eine Eingangswelle 42, eine hintere Ausgangswelle 36, eine vordere Ausgangswelle 56, eine Übertragungsanordnung 72, eine Moduskupplung 70 und einen fremdkraftbetätigten Kupplungsaktuator 74. die Hauptwelle 40 ist eine Kombination aus der Eingangswelle 42 und der hinteren Ausgangswelle 36 die bei dieser einstufigen Version des Verteilergetriebes 22 zu einer gemeinsamen Welle integriert sind. Die Übertragungsanordnung 72 enthält ein erstes Kettenrad 82, das auf der Hauptwelle 40 drehbar gestützt ist, ein zweites Kettenrad 84, das an der vorderen Ausgangswelle 56 fixiert ist, und eine Endlosantriebskette 86, die an dem ersten Kettenrad 82 ausgebildete erste Kettenradzähne 88 und an dem zweiten Kettenrad 84 ausgebildete zweite Kettenradzähne 90 umgibt und damit kämmt. Die Moduskupplung 70 ist eine Formschluss-Kupplung mit einer Kupplungsnabe 92, die drehfest mit der Hauptwelle 40 verbunden ist, und einer axial beweglichen Kupplungshülse 94, die durch eine Keilverzahnung zur Drehung mit und einer axialen Bewegung bezüglich der Kupplungsnabe 92 verbunden ist. Die Modushülse 94 ist an der Kupplungsnabe 92 zwischen einer ersten (das heißt ausgerückten) oder 2WD-Position und einer zweiten (das heißt eingerückten) oder LOCK-4WD-Position beweglich. In der 2WD-Position sind äußere Kupplungszähne 96 an der Kupplungshülse 94 aus einem kämmenden Eingriff mit am ersten Kettenrad 82 ausgebildeten inneren Kupplungszähnen 98 ausgerückt. In der LOCK-4WD-Position stehen die Kupplungszähne 96 an der Kupplungshülse 94 in kämmendem Eingriff mit den Kupplungszähnen 98 am ersten Kettenrad 82, wodurch die vordere Ausgangswelle 56 zur gemeinsamen Drehung mit der Hauptwelle 40 gekoppelt ist. Der Kupplungsaktuator 74 ist schematisch gezeigt und ist dahingehend betreibbar, eine Bewegung der Kupplungshülse 94 zwischen ihren beiden verschiedenen Moduspositionen als Reaktion auf ein durch den Moduswähler 66 für die Steuerung 68 bereitgestelltes Modussignal zu steuern. Wie nachfolgend ausführlich dargelegt wird, ist der Moduskupplungsaktuator 74 dahingehend konfiguriert, einen angetriebenen Kupplungsaktuator und einen federbelasteten Isolationsgestängemechanismus, der zur Verbindung eines Ausgangs des angetriebenen Kupplungsaktuators mit der Modushülse 94 konfiguriert ist, zu enthalten.
Nunmehr auf 3 Bezug nehmend, enthält die Trennkopplung 60 in der Darstellung im schematischen Format eine durch eine Keilverzahnung mit einer ersten Kupplungsnabe 102, die drehfest mit dem Achswellenteil 46B verbunden ist, verbundene Trennhülse 100, die daran zwischen einer ersten (das heißt ausgerückten) oder Trennposition und einer zweiten (das heißt eingerückten) oder Verbindungposition axial beweglich ist. In der gezeigten getrennten Position sind innere Kupplungszähne 104 an der Trennhülse 100 aus an einer zweiten Kupplungsnabe 108, die drehfest mit dem Achswellenteil 46A verbunden ist, ausgebildeten äußeren Kupplungszähnen 106 ausgerückt, um einen getrennten Modus herzustellen, wobei das Vorderrad 44 von dem Rest der Vorderachsanordnung 50 entkoppelt ist. In der verbundenen Position kämmen die Kupplungszähne 104 an der Trennhülse 100 mit den Kupplungszähnen 106 an der zweiten Kupplungsnabe 108, um einen verbundenen Modus mit dem mit der Vorderachsanordnung 50 antriebsverbundenen Vorderrad 44 herzustellen. Der Trennaktuator 76 ist schematisch gezeigt und ist dahingehend betreibbar, eine Bewegung der Trennhülse 100 zwischen ihren beiden verschiedenen Positionen als Reaktion auf das Modussignal zu steuern. Im Betrieb ist die Trennhülse 100 in ihrer Trennposition positioniert, wenn das Verteilergetriebe 22 in ihrem 2WD-Modus betrieben wird, und ist in ihrer Verbindungsposition positioniert, wenn das Verteilergetriebe 22 in ihrem LOCK-4WD-Modus betrieben wird. Wie nachfolgend ausführlich dargelegt wird, ist der Trennaktuator 76 dahingehend konfiguriert, einen angetriebenen Kupplungsaktuator und einen federbelasteten Isolationsgestängemechanismus zu enthalten, der dazu konfiguriert ist, einen Ausgang des angetriebenen Kupplungsaktuators mit der Trennhülse 100 zu verbinden.
Allgemein betrifft die vorliegende Offenbarung auch ein Kopplungssystem und/oder ein Trennsystem zur Verwendung in einem Triebstrang eines Kraftfahrzeugs. Eine Nebenabtriebseinheit kann mit einer Moduskupplung zum Trennen des Antriebsstrangs von einem Teil des Triebstrangs und zum anschließenden Wiederverbinden mit dem Triebstrang ausgestattet sein. Darüber hinaus kann eine weitere Trennkupplung zum Trennen eines Teils des Triebstrangs von den Fahrzeugrädern vorgesehen sein. Das Hypoidgetriebe des Fahrzeugtriebstrangs kann von dem Antriebsstrang getrennt werden, um Planschverluste und andere mechanische Unzulänglichkeiten zu reduzieren.
Unter besonderer Bezugnahme auf 4 der Zeichnungen wird ein Triebstrang 110 eines Fahrzeugs mit Allradantrieb gezeigt. Der Triebstrang 110 umfasst einen vorderen Triebstrang 112 und einen hinteren Triebstrang 114, die beide von einer Antriebsquelle, wie zum Beispiel einem Motor 116, durch ein Getriebe 118, das entweder ein Handschalt- oder ein Automatikgetriebe sein kann, angetrieben werden können. Bei der gezeigten besonderen Ausführungsformen ist der Triebstrang 110 ein Allradsystem, das eine Kraftübertragungsanordnung 120 zum Übertragen von Antriebsmoment von dem Motor 116 und dem Getriebe 118 auf den vorderen Triebstrang 112 und den hinteren Triebstrang 114 enthält. Die Kraftübertragungsanordnung 120 wird als eine Nebenabtriebseinheit (PTU) gezeigt.
Der vordere Triebstrang 112 enthält in der Darstellung ein Paar Vorderräder 124, die durch eine erste Achswelle 126 und eine zweite Achswelle 128 einzeln angetrieben werden. Der vordere Triebstrang 112 enthält ferner einen Untersetzungszahnradsatz 130 und eine Differenzialanordnung 132. Die PTU 120 enthält eine Moduskupplung 134, eine rechtwinklige Antriebsanordnung 136 und einen angetriebenen Kupplungsmodusaktuator 139.
Der hintere Triebstrang 114 enthält eine Kardanwelle 138, die an einem ersten Ende mit der rechtwinkligen Antriebsanordnung 136 und an einem gegenüberliegenden Ende mit einer Hinterachsanordnung 140 verbunden ist. Der hintere Triebstrang 114 enthält ferner ein Paar Hinterräder 142, die durch eine erste Hinterachswelle 144 und eine zweite Hinterachswelle 146 einzeln angetrieben werden. Die Hinterachsanordnung 140 enthält ferner einen Hypoidtellerrad- und Ritzelzahnradsatz 148, der eine hintere Differenzialanordnung 150 antreibt.
Durch eine erste und zweite Trennkopplung 152 und 154 werden die erste und zweite Hinterachswelle 144, 146 von dem Tellerrad- und Ritzelzahnradsatz 148 und der hinteren Differenzialanordnung 150 selektiv antriebsmäßig getrennt. Die erste und die zweite Trennkopplung 152, 154 können als Klauenkupplungen konfiguriert sein. Die erste Trennkopplung 152 enthält in der Darstellung eine axial bewegliche erste Trennhülse. Ein erster Trennaktuator 156 zum Steuern der Bewegung der ersten Trennhülse zwischen ihrer verbundenen und getrennten Position wird schematisch gezeigt. Ebenso wird ein zweiter Trennaktuator 158 zum Steuern der Bewegung einer zweiten axial beweglichen Trennhülse, die der zweiten Trennkopplung 154 zugeordnet ist, schematisch gezeigt. Wie nachfolgend ausführlich dargelegt wird, sind die Trennaktuatoren 156, 158 jeweils dahingehend konfiguriert, einen angetriebenen Kupplungsaktuator und einen federbelasteten Isolationsgestängemechanismus zu enthalten, der dahingehend konfiguriert ist, einen Ausgang des entsprechenden angetriebenen Kupplungsaktuators mit der Trennkupplungshülse zu verbinden.
5 veranschaulicht eine nicht einschränkende Ausführungsform der PTU 120 zur Aufnahme eines Gehäuses 160, das eine Eingangswelle 162 stützt. Die Eingangswelle 162 ist mit dem Mitnehmer des vorderen Differenzials 132 antriebsgekoppelt. Ein Antriebszahnrad 164 ist mit einer Übertragungswelle 166 gekoppelt. Die Moduskupplung 134 koppelt selektiv die Übertragungswelle 166 mit der Eingangswelle 162 und enthält eine Eingangsnabe 168, die an der Eingangswelle 162 fixiert ist, eine Ausgangsnabe 170, die an der Übertragungswelle 166 fixiert ist, und eine Moduskupplungshülse 172. Das Antriebszahnrad 164 kämmt mit einem Zahnritzel 174, um den Hypoidzahnradsatz 136 zu definieren. Das Zahnritzel 174 ist integral mit einer Ritzelwelle 176 ausgebildet, die über ein Paar lateral beabstandeter Lager 178 im Gehäuse 160 gestützt wird. Eine Kopplung 180 ist dazu vorgesehen, die Ritzelwelle 176 mit der hinteren Kardanwelle 138 zu verbinden. Die Modushülse 172 ist durch eine Keilverzahnung zur Drehung mit und einer axialen Bewegung an der Eingangsnabe 168 zwischen einer eingerückten Position (gezeigt) und einer ausgerückten Position verbunden. In ihrer AWD- oder eingerückten Position kämmen ihre Kupplungszähne 182 mit Kupplungszähnen 184 an der Ausgangsnabe 170, wodurch Antriebsmoment von der Eingangswelle 162 über den Hypoidzahnradsatz 136 auf die Kardanwelle 138 übertragen wird. In ihrer 2WD- oder ausgerückten Position ist die Kupplungshülse 172 von der Ausgangsnabe 170 ausgerückt. Wie detailliert dargelegt wird, steuert der fremdkraftbetätigte PTU-Kupplungsaktuator 139 solch eine Bewegung der Kupplungshülse 172.
6 zeigt einen Teil der Hinterachsanordnung 140. Ein Gehäuse 190 stützt über Lager 194, 196 drehbar eine Ritzelwelle 192 oder einen Tellerrad- und Ritzelzahnradsatz 148. Ein Zahnritzel 198 ist integral mit der Ritzelwelle 192 ausgebildet. Der Tellerrad- und Ritzelzahnradsatz 148 enthält ferner ein Tellerrad 200 in kämmendem Eingriff mit dem Zahnritzel 198 und drehfest mit einem Träger 202 verbunden. Der Träger 202 wird durch Lager 204 drehbar in dem Gehäuse 190 gestützt. Die Differenzialanordnung 150 enthält ein Paar Zahnritzel 206, die an einem am Träger 202 fixierten Querzapfen 208 gestützt werden. Ein Paar Seitenzahnräder 210 steht mit den Zahnritzeln 206 in kämmendem Eingriff. Die Seitenzahnräder 210 sind drehfest mit Flanschwellen 212 verbunden. Lager 214 stützen die Flanschwellen 212 drehbar im Gehäuse 190.
Die Trennkopplung 152 ähnelt im Wesentlichen der Trennkopplung 154. Jede Trennkopplung enthält einen Antriebsflansch 216, der drehfest mit seiner zugehörigen Flanschwelle 212 verbunden ist. Mehrere um den Umfang beabstandete äußere Zähne 218 sind am Antriebsflansch 216 ausgebildet. Eine angetriebene Spindel 220 wird an einem distalen Ende der Flanschwelle 212 drehbar gestützt. Mehrere um den Umfang beabstandete äußere Zähne 222 sind an der angetriebenen Spindel 220 ausgebildet. Eine Trennhülse 224 enthält mehrere innere Zähne 226. Die Trennhülse 224 ist zwischen einer verbundenen und einer getrennten Position axial beweglich. In der getrennten Position nehmen die Zähne 226 der Trennhülse 224 nur die Zähne 222 der Spindel 220 in Eingriff. In der verbundenen Position nehmen die Zähne 226 sowohl die Zähne 222 der Spindel 220 als auch die am Antriebsflansch 216 ausgebildeten Zähne 218 gleichzeitig in Eingriff. Die Spindeln 220 sind durch die Ausgangsflansche 230, 232 mit der ersten bzw. zweiten Hinterachswelle 144, 146 antriebsgekoppelt. Eine Schaltgabel 234 nimmt eine in der Trennhülse 224 ausgebildete Nut 286 in Eingriff. Ein zu offenbarender fremdkraftbetätigter Trennaktuator verschiebt die Schaltgabel 234 translatorisch in Axialrichtung, um die Trennhülse 224 in der verbundenen Position oder der getrennten Position zu positionieren. In der verbundenen Position wird Drehmoment durch die Trennhülse 224 zwischen dem Antriebsflansch 216 und der Spindel 220 übertragen. In der getrennten Position nimmt die Trennhülse 224 den Antriebsflansch 216 antriebsmäßig nicht in Eingriff, und es wird kein Drehmoment zwischen der Flanschwelle 212 von der Spindel 220 übertragen.
Während des Fahrzeugbetriebs kann es von Vorteil sein, mit dem Antriebstellerrad- und Ritzelzahnradsatz 148 und der rechtwinkligen Antriebsanordnung 136 verbundene Planschverluste zu reduzieren. Die Steuerung 68 kommuniziert mit verschiedensten und der rechtwinkligen Antriebsanordnung 136. Die Steuerung 68 kommuniziert mit verschiedensten Fahrzeugsensoren 64, die Daten liefern, welche Parameter, wie zum Beispiel Fahrzeuggeschwindigkeit, Vierradantriebsmodus, Radschlupf, Fahrzeugbeschleunigung und dergleichen, anzeigen. Zu dem angemessenen Zeitpunkt gibt die Steuerung 68 ein Signal an den PTU-Aktuator 139, um die Moduskupplung 134 in den deaktivierten Modus zu platzieren, in dem kein Drehmoment von dem Motor 116 auf den hinteren Triebstrang 114 übertragen wird. Ferner signalisiert die Steuerung 68 den mit der Trennkopplung 152 und der Trennkopplung 154 verbundenen Trennaktuatoren, die Schaltgabeln 234 in ihre getrennten Positionen zu platzieren, so dass mit dem Drehen der Hinterräder 142 verbundene Energie nicht auf den Tellerrad- und Ritzelzahnradsatz 148 oder die Differenzialanordnung 150 übertragen wird. Demgemäß drehen sich die Hypoidzahnradsätze nicht mit der Drehausgangsdrehzahl der Differenzialanordnung 132, noch drehen sie sich mit der Drehzahl der Hinterräder 142. Die Hypoidzahnradsätze sind von allen Antriebsquellen getrennt und werden überhaupt nicht angetrieben.
Nunmehr auf die 7 bis 12 Bezug nehmend, wird eine nicht einschränkende Ausführungsform eines fremdkraftbetätigten Schaltsystems 300 zum axialen Bewegen einer Kupplung oder einer Trennhülse zwischen einer ersten und einer zweiten Position zum Bewirken einer eingerückten und ausgerückten Position offenbart. In diesem bestimmten Beispiel ist das fremdkraftbetätigte Schaltsystem 300 dahingehend konfiguriert, die Trennhülse 224 axial zwischen ihrer verbundenen und getrennten Position zu bewegen, um dementsprechend die Flanschwelle 212 bezüglich der angetriebenen Spindel 220 zu koppeln und zu entkoppeln. Das Schaltsystem 300 wird in Verbindung mit der zweiten Trennkopplung 154 gezeigt, aber für den Fachmann ist ersichtlich, dass die folgende detaillierte Beschreibung deutlich ihre Anwendbarkeit auf die erste Trennkopplung 152, die PTU-Moduskupplung 134, die Trennkopplung 60 (1 und 3) und die Moduskupplung 70 (1 und 2) aufzeigt. Das Schaltsystem 300 enthält allgemein einen angetriebenen Aktuator 302 und einen federbelasteten Schaltisolationsmechanismus 304. Der angetriebene Aktuator 302 kann eine beliebige Art von elektromechanischer oder elektrohydraulischer Vorrichtung sein, die ein Ausgangsglied aufweist, das als Reaktion auf ein durch die Steuerung 68 bereitgestelltes elektrisches Steuersignal zwischen einer ersten oder ausgezogenen Position und einer zweiten oder eingezogen Position bezüglich eines Aktuatorgehäuses 306 beweglich ist. Bei dieser nicht einschränkenden Ausführungsform ist der angetriebene Aktuator 302 eine Solenoid-Vorrichtung.
Anfangs auf 8 Bezug nehmend, ist die Trennhülse 224 in ihrer getrennten Position gezeigt, so dass die angetriebene Spindel 220 von der Flanschwelle 212 entkoppelt ist. Wie angemerkt wurde, weist die Trennhülse 224 innere Keilverzahnungszähne 226 auf, die mit äußeren Keilverzahnungszähnen 222 an der Spindel 220 konstant kämmen. Wenn sich die Trennhülse 224 in ihrer getrennten Position befindet, sind die Kupplungshülsenzähne 226 aus den Kupplungszähnen 218 am Antriebsflansch 216 ausgerückt. Der angetriebene Aktuator 302 ist bei dieser nicht einschränkenden Ausführungsform als ein Solenoid mit einem Stößel 310 offenbart, der bezüglich des Aktuatorgehäuses 306 zwischen einer ausgezogenen und einer eingezogen Position linear beweglich ist. Der Stößel 310 befindet sich in der Darstellung in seiner ausgezogenen Position, so dass eine Antriebsnase 312 (9) die an seinem Abschlussende fixiert ist, in einer röhrenförmigen Führungshülse 314 angeordnet ist, die im Achsgehäuse 190 fixiert ist. Der federbelastete Schaltisolationsmechanismus 304 enthält allgemein einen oberen Schwenkhebel 320, einen unteren Schwenkhebel 322 und eine Federanordnung 324. Der obere Schwenkhebel 320 enthält ein Antriebssegment 326 und ein Schwenksegment 328. Das Antriebssegment 326 enthält eine Öffnung (in 8 in Durchsicht gezeigt) 330, durch die sich der Stößel 310 erstreckt, und eine bogenförmige äußere Nockenfläche 332, an die die Antriebsnase 312 angreift.
Der untere Schwenkhebel 322 enthält ein Federhaltersegment 340, ein Schwenksegment 342 und ein Gabelsegment 344. Das Schwenksegment 342 des unteren Schwenkhebels 322 definiert ein Paar gegabelter Joche, die einen Schwenkhohlraum definieren, in dem sich das Schwenksegment 342 des oberen Schwenkhebels 320 befindet. Ein Schwenkzapfen 350 erstreckt sich durch Schwenköffnungen, die in den gegabelten Jochen ausgebildet sind, und eine Schwenkbohrung, die in dem Schwenksegment 328 des oberen Schwenkhebels 320 ausgebildet ist, um eine Schwenkverbindung dazwischen herzustellen. Die gegenüberliegenden Enden des Schwenkzapfens 350 werden in Montageansätzen (nicht gezeigt) festgehalten, die im Achsgehäuse 190 ausgebildet sind. Das Gabelsegment 344 des unteren Schwenkhebels 322 ist bogenförmig und definiert ein Paar lateral beabstandeter Gabeln. Ein Paar Mitnehmer 352 ist in einer in der Trennhülse 224 ausgebildeten Ringnut 354 angeordnet, und jeder Mitnehmer 352 ist über einen Drehzapfen 356 schwenkbar an einer der Gabeln angebracht. Ein Federhaltersegment 340 des unteren Schwenkhebels 322 enthält eine Öffnung (in 8 in Durchsicht gezeigt) 360 und definiert eine Anschlagseitenfläche 362, die dazu konfiguriert ist, eine am Antriebssegment 326 des oberen Schwenkhebels 320 ausgebildete erste oder Sperrfläche 364 selektiv in Eingriff zu nehmen.
Die Federanordnung 324 enthält in der Darstellung einen Federstift oder Federbolzen 370, der sich durch die Öffnung 360 in dem Federhaltersegment 340 des unteren Schwenkhebels 322 und eine Öffnung (nicht gezeigt), die durch das Antriebssegment 326 des oberen Schwenkhebels 320 ausgebildet ist, erstreckt. Ein Befestigungselement, wie zum Beispiel eine Sicherungsmutter 372, verbindet direkt ein erstes Ende des Federbolzens 370 mit dem Antriebssegment 326 des oberen Schwenkhebels 320. Eine Schraubenfeder 374 wird zwischen einem an einem zweiten Ende (das heißt einem Bolzenkopf) des Federbolzens 370 ausgebildeten Federhaltermerkmal 376 und einer zweiten Seitenfläche 378 des Federhaltersegments 340 am unteren Schwenkhebel 322 festgehalten.
Nunmehr auf 9 Bezug nehmend, ist der Stößel 310 des angetriebenen Aktuators 302 in der Darstellung aus seiner ausgezogenen Position (8) in seine eingezogene Position bezüglich des Aktuatorgehäuses 306 linear bewegt worden. Wenn zwischen den inneren Kupplungszähnen 226 an der Trennhülse 224 und den äußeren Kupplungszähnen 218 am Antriebsflansch 216 kein blockierter Zahnzustand besteht, dann wird die Trennhülse 224 aufgrund der Betätigung des Schaltisolationsmechanismus 304 aus ihrer getrennten Position (8) in ihre verbundene Position (12) bewegt. Insbesondere bewirkt das Einziehen des Stößels 310, dass die Antriebsnase 312 die Nockenfläche 332 in Eingriff nimmt und den oberen Schwenkhebel 320 zwangsweise um den Schwenkzapfen 350 schwenkt. Die Feder 374 spannt das Federhaltersegment 340 des unteren Schwenkhebels 322 in Eingriff mit dem Antriebssegment 326 des oberen Schwenkhebels 320 vor, so dass diese Schwenkbewegung des oberen Schwenkhebels 320 zu einer entsprechenden Schwenkbewegung des unteren Schwenkhebels 322 um den Schwenkzapfen 350 führt. Eine solche Schwenkbewegung des unteren Schwenkhebels 322 bewirkt, dass die in der Ringnut 54 festgehaltenen Mitnehmer 352 die Trennhülse 224 axial in ihre verbundene Position bewegen.
9 veranschaulicht jedoch einen blockierten Zahnzustand, der im Anschluss an die Betätigung des Aktuators 302 zum Bewegen des Stößels 310 in seine eingezogene Position vorliegt. Wie durch Pfeil 380 gezeigt wird, nimmt eine Antriebsnase 312 die Nockenfläche 332 in Eingriff und schwenkt zwangsweise den oberen Schwenkhebel in eine erste Richtung oder im Uhrzeigersinn, wie durch Pfeil 382 gezeigt wird. Aufgrund des blockierten Zahnzustands wird die Trennhülse 224 daran gehindert, sich axial zu bewegen, so dass der untere Schwenkhebel 322 bezüglich des oberen Schwenkhebels 320 stationär bleibt, so dass die Feder 374 zwischen dem Bolzenkopf 376 und der zweiten Seitenfläche 378 des Federhaltersegments 340 am unteren Schwenkhebel 322 komprimiert wird.
10 veranschaulicht, dass bei Beseitigen des blockierten Zahnzustands zwischen den Kupplungshülsenzähnen 226 und den Antriebsflanschzähnen 218 die Feder 374 die gespeicherte Federkraft abgibt und den unteren Schwenkhebel 322 zwangsweise um den Schwenkzapfen 350 schwenkt. Die entlang Pfeil 386 angelegte Federkraft führt dazu, dass das Gabelsegment 344 des unteren Schwenkhebels 322 die Trennhülse 224 aufgrund der durch Pfeil 390 gezeigten Schaltkraft zwangsweise in ihre verbundene Position bewegt. 11 veranschaulicht eine Fortführung dieses Vorgangs, wobei die Feder 374 das Federhaltersegment 340 des unteren Schwenkhebels 322 in Eingriff mit dem Antriebssegment 326 des oberen Schwenkhebels 322 zurückführt, wie durch Pfeil 392 gezeigt wird. 12 veranschaulicht die Beendigung des Schaltprozesses, wobei sich die Trennhülse 224 vollständig in ihrer verbundenen Position befindet. Um die Trennhülse 224 in ihre Trennposition zurückzuführen, wird der elektromagnetische Aktuator 302 anschließend dahingehend betätigt, den Stößel 310 in seine ausgezogenen Position zurückzuführen.
Obgleich der Aktuator 302 als eine elektromagnetische Vorrichtung mit einem axial ausziehbaren Stößel 310 offenbart wird, kommen andere Konfigurationen, die einen axial translatorisch verschiebbaren Ausgang zum Betätigen des Isolationsgestängemechanismus 304 verwenden, in Betracht und werden als im Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet. Eine solche Alternative kann eine Vorrichtung zum Umwandeln einer Dreh- in eine Linearbewegung mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Antriebsgewindespindel und einer Antriebsmutter beinhalten. Die vorliegende Offenbarung stellt eine Anordnung bereit, die einen elektromagnetischen Zug-Aktuator 302 zum gleichmäßigen Antreiben einer Trennhülse 224 über einen Isolationsgestängemechanismus 304 verwendet. Wenn das System 300 eine blockierte Schaltung erfährt, gestattet der Mechanismus 304, dass der Solenoid während seiner kurzzeitigen Betätigung nicht überlastet wird. Wenn der Stößel in seine eingezogene Position bewegt worden ist, kann die elektromagnetische Erregung enden, da die vorgespannte (das heißt komprimierte) Feder 374 die anschließende Schaltkraft liefert, die zum Bewegen der Trennhülse 224 nach Beseitigen des blockierten Zustands erforderlich ist.
Die 13 und 14 veranschaulichen eine leicht modifizierte Version des Schaltsystems 300, die durch die Bezugszahl 300' bezeichnet wird. Es sei darauf hingewiesen, dass Komponenten des Schaltsystems 300', die jenen des Schaltsystems 300 entsprechen, nachfolgend und in den Zeichnungen durch eine mit Strich versehene Bezugszahl gekennzeichnet sind. Bei dieser Anordnung umgibt die Flanschwelle 212' eine langgestreckte angetriebene Spindelwelle 220', an der der Ausgangsflansch 232' fixiert ist. Lager 400, 402 stützen drehbar die Spindelwelle 220' bezüglich der Flanschwelle 212'. Eine Trennhülse 224' ist durch eine Keilverzahnung 404 zur Drehung mit und einer axialen Bewegung an der angetriebenen Spindel 220' verbunden. Die Trennhülse 224' weist eine Stirnverzahnung 406 auf, die zum Pass-Eingriff mit der Stirnverzahnung 408 an einem Antriebsflanschabschnitt 216' der Flanschwelle 212', wenn die Trennhülse 224' in ihre verbundene Position bewegt wird, konfiguriert ist. Eine Rückstellfederanordnung 410 wirkt dahingehend zwischen der Trennhülse 224' und der angetriebenen Spindelwelle 220', die Trennhülse 224' in der Normalstellung zu ihrer Trennposition vorzuspannen. Ansätze 420, die sich von einem Schwenksegment 342' einer unteren Schwenkverbindung 322' erstrecken, sind hohl und gestatten, dass sich Schwenkzapfen 350' dort hindurch und durch die Öffnung 422 in einem Schwenksegment 328' eines oberen Schwenkhebels 320' erstrecken. Wie ferner gezeigt wird, ist eine Antriebsnase 312' an dem Abschlussende eines Stößels 310' angebracht und wirkt mit einem Jochteil 424 eines Antriebssegments 326' am oberen Schwenkhebel 320' zusammen. Die Antriebsnase 312' weist Vorsprünge 426 auf, die zwischen Jochzinken 428 festgehalten werden, um einer Fehlausrichtung und leichten radialen Bewegung zwischen dem Stößel 310' und dem oberen Schwenkhebel 320' Rechnung zu tragen.
Das Schaltsystem 300' funktioniert insofern ähnlich wie das Schaltsystem 300, als eine Zugbewegung des Stößels 310' bei Erregung des Solenoids 302' aus seiner ausgezogenen Position in seine eingezogene Position zu einer Schwenkbewegung des oberen Schwenkhebels 320' um den Schwenkzapfen 350' führt. In einer nicht blockierten Situation führt solch eine Bewegung zu einer koordinierten Schwenkbewegung des unteren Schwenkhebels 322' um den Schwenkzapfen 350', um die Trennhülse 224' bei Eingriff ihrer Stirnverzahnung 406 mit der Stirnverzahnung 408 am Antriebsflansch 216' axial in ihre verbundene Position zu bewegen. Im Fall eines blockierten Schaltzustands ist die Federanordnung 324' durch Komprimierung der Feder 374' aufgrund der Schwenkbewegung des oberen Schwenkhebels 320' bezüglich des unteren Schwenkhebels 320' belastet. Nach Beseitigung des blockierten Zustands zwischen der Stirnverzahnung 406, 408 und der Kupplung wird die Federkraft abgegeben und schwenkt zwangsweise den unteren Schwenkhebel 322', um den Kupplungsschaltvorgang durchzuführen.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen ist zu Veranschaulichungs- und Beschreibungszwecken bereitgestellt worden. Sie soll nicht abschließend sein oder die Offenbarung einschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf die bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern, wo zutreffend, austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, selbst wenn nicht speziell gezeigt oder beschrieben. Diese kann auch auf verschiedene Weise geändert werden. Solche Variationen sollen nicht als Abweichung von der Offenbarung betrachtet werden, und alle solchen Modifikationen sollen im Schutzumfang der Offenbarung mit enthalten sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62/509850 [0001]

Claims

Kupplungsanordnung, umfassend: ein erstes Drehglied; ein zweites Drehglied; eine zur Drehung mit dem ersten Drehglied gekoppelte Kupplungshülse, die zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position axial beweglich ist, wobei die Kupplungshülse erste Kupplungszähne aufweist, die aus an dem zweiten Drehglied ausgebildeten zweiten Kupplungszähnen ausgerückt sind, wenn sie sich in ihrer ersten Position befindet, und wobei die ersten Kupplungszähne an der Kupplungshülse mit den zweiten Kupplungszähnen in Eingriff stehen, wenn sie sich in ihrer zweiten Position befindet; einen fremdkraftbetätigten Kupplungsaktuator, der ein Ausgangsglied aufweist, das zwischen einer ersten Position einer zweiten Position beweglich ist; und einen Schaltisolationsmechanismus, der das Ausgangsglied betriebswirksam mit der Kupplungshülse verbindet, derart, dass eine Bewegung des Ausgangsglieds zwischen seiner ersten und zweiten Position eine entsprechende Bewegung der Kupplungshülse zwischen ihrer ersten und zweiten Position verursacht, wobei der Schaltisolationsmechanismus eine Vorspannanordnung enthält, die dazu konfiguriert ist, eine Bewegung des Ausgangsglieds aus seiner ersten Position in seine zweite Position zu gestatten, während ein blockierter Zahnzustand zwischen den ersten und zweiten Kupplungszähnen eine Bewegung der Kupplungshülse aus ihrer ersten Position in ihre zweite Position unterbindet, und wobei die Vorspannanordnung anschließend freigegeben wird und die Kupplungshülse zwangsweise aus ihrer ersten Position in ihre zweite Position bewegt, wenn der blockierte Zahnzustand beseitigt ist.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Schaltisolationsmechanismus ferner einen oberen Schwenkhebel und einen unteren Schwenkhebel enthält, wobei der obere Schwenkhebel dahingehend konfiguriert ist, ein Antriebssegment, das das Ausgangsglied des fremdkraftbetätigten Aktuators in Eingriff nimmt, und ein erstes Schwenksegment zu enthalten, und wobei der untere Schwenkhebel ein Federhaltersegment, ein zweites Schwenksegment, das mit dem ersten Schwenksegment des oberen Schwenkhebels schwenkbar verbunden ist, und ein Gabelsegment, das mit der Kupplungshülse gekoppelt ist, enthält.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 2, wobei die Vorspannanordnung dahingehend konfiguriert ist, einen Federstift, der ein an dem Antriebssegment des oberen Schwenkhebels fixiertes erstes Ende und ein einen Federhalter definierendes zweites Ende aufweist, und eine den Federstift umgebende Schraubenfeder, die ein auf das Federhaltersegment des unteren Schwenkhebels wirkendes erstes Ende und ein auf den Federhalter am zweiten Ende des Federstifts wirkendes zweites Ende aufweist.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 3, wobei sich ein Zwischenteil des Federstifts durch eine im Federhaltersegment des unteren Schwenkhebels ausgebildete Öffnung erstreckt.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 3, wobei der fremdkraftbetätigte Kupplungsaktuator ein Solenoid mit einem linear beweglichen Stößel ist, der als das Ausgangsglied wirkt, wobei die erste Position des Stößels eine ausgezogene Position bezüglich des Solenoids ist, so dass der Schaltisolationsmechanismus die Kupplungshülse in ihrer ersten Position positioniert, und wobei die zweite Position des Stößels eine eingezogene Position bezüglich des Solenoids ist, so dass der Stößel das Antriebssegment des oberen Schwenkhebels in Eingriff nimmt und eine Schwenkbewegung des oberen und unteren Schwenkglieds verursacht.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 5, wobei eine Schwenkbewegung des unteren Schwenkhebels während des blockierten Zahnzustands unterbunden wird, so dass die Schraubenfeder durch eine Schwenkbewegung des oberen Schwenkhebels bezüglich des unteren Schwenkhebels belastet wird, und wobei die Schraubenfeder als Reaktion auf die Beseitigung des blockierten Zahnzustands entlastet wird, so dass sie den unteren Schwenkhebel zum Bewegen der Kupplungshülse aus ihrer ersten Position in ihre zweite Position zwangsweise schwenkt.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 5, wobei eine Antriebsnase an dem Abschlussende des Stößels vorgesehen ist und dazu konfiguriert ist, eine an dem Antriebssegment des oberen Schwenkhebels ausgebildete Nockenfläche in Eingriff zu nehmen.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 7, wobei die Antriebsnase bezüglich des stationären röhrenförmigen Führungsgehäuses verschiebbar beweglich ist.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Kupplungsanordnung eine Moduskupplung in einer Nebenabtriebseinheit ist.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Kupplungsanordnung eine Trennkupplung in einer Trennkopplung ist.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Vorspannanordnung des Schaltisolationsmechanismus eine Bewegung des Ausgangsglieds in seine zweite Position gestattet, während sich die Kupplungsanordnung in dem blockierten Zahnzustand befindet.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 11, wobei der Schaltisolationsmechanismus ein unteres Schwenkglied, das ein Schwenksegment aufweist, und ein Gabelsegment enthält, und wobei sich das Schwenksegment und das Gabelsegment in einer Schwenkbeziehung um einen Schwenkzapfen befinden, und wobei das Gabelsegment mit der Steuerhülse verbunden ist.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 12, wobei der Schaltisolationsmechanismus ferner ein oberes Schwenkglied enthält, das mit dem fremdkraftbetätigten Kupplungsaktuator in Eingriff steht.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 13, wobei die Vorspannanordnung des Schaltisolationsmechanismus eine Federanordnung enthält, die einen sich zwischen dem oberen Schwenkglied und dem unteren Schwenkglied erstreckenden Federbolzen und eine den Federbolzen umgebende Feder aufweist, und wobei eine Schwenkbewegung zwischen dem oberen Schwenkglied und dem unteren Schwenkglied die Feder in einen blockierten Zahnzustand belastet und die Feder nach Beseitigung des blockierten Zahnzustands entlastet, wodurch der untere Schwenkhebel zwangsweise geschwenkt wird, um die Kupplungshülse zu bewegen.