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QUERVERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Der Gegenstand der Patentanmeldung beansprucht die Priorität und alle Vorteile der am 14. November 2017 eingereichten vorläufigen
US-Anmeldung Nr. 62/585,875 , deren Offenbarung hiermit durch Verweis in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke aufgenommen wird.
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HINTERGRUND
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Fahrzeugantriebsstränge und im Besonderen auf ein Schnittstellenmodul für einen Antriebsstrang mit einer Torsionsdämpferanordnung und einer Überlastkupplungsanordnung.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Schnittstellenmodul zur Verwendung in einem Fahrzeugantriebsstrang zum Einstellen bzw. Anpassen eines Drehmoments zwischen einem Eingang und einem Ausgang wird offenbart. Das Schnittstellenmodul umfasst eine Eingangstrommel, die einen Innenraum und eine Drehachse definiert und eine dem Innenraum zugewandte Antriebsnabe aufweist. Die Eingangstrommel ist so ausgestaltet, dass sie ein Drehmoment von dem Eingang erhält und sich um die Drehachse dreht, wenn ein Drehmoment erhalten wird. Das Schnittstellenmodul umfasst ferner eine Ausgangswelle, die sich entlang der Drehachse erstreckt und zumindest teilweise in dem Innenraum der Eingangstrommel angeordnet ist, um ein Drehmoment auf den Ausgang zu übertragen und sich um die Drehachse zu drehen, wenn ein Drehmoment erhalten wird, und eine Torsionsdämpferanordnung, die in dem Innenraum der Eingangstrommel um die Drehachse angeordnet ist und operativ zwischen der Eingangstrommel und der Ausgangswelle angeordnet ist. Die Torsionsdämpferanordnung umfasst einen eingangsseitigen Dämpferkörper mit einer ersten Rampenanordnung und einen ausgangsseitigen Dämpferkörper, der mit der Ausgangswelle gekoppelt ist und eine zweite Rampenanordnung aufweist, die in elastischem Eingriff mit der ersten Rampenanordnung angeordnet ist. Der ausgangsseitige Dämpferkörper ist so angeordnet, dass er sich axial entlang der Drehachse zwischen einer ersten Eingriffsposition und einer zweiten Eingriffsposition bewegen kann, wobei die zweite Eingriffsposition durch eine vorbestimmte Drehmomentdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang definiert ist. Die Torsionsdämpferanordnung umfasst ferner ein Dämpfervorspannelement, das am ausgangsseitigen Dämpferkörper anliegt, um die ausgangsseitige Dämpferkörperanordnung in Richtung der ersten Eingriffsposition zu drängen. Die Torsionsdämpferanordnung umfasst ferner eine Überlastkupplung mit einer inneren Kupplungsscheibe, die an der Antriebsnabe montiert ist, und einer äußeren Kupplungsscheibe, die am Dämpferkörper auf der Eingangsseite montiert ist.
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Figurenliste
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Andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden gut verstanden, wenn diese durch die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden.
- 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugantriebsstrangs mit einer elektrischen Maschine, einem Mehrganggetriebe, einer mit einem Rad gekoppelten Endantriebsanordnung und einem Schnittstellenmodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des in 1 dargestellten Schnittstellenmoduls mit einer Torsionsdämpferanordnung.
- 3A ist eine Schnittdarstellung des Schnittstellenmoduls aus 1 mit der dargestellten Torsionsdämpferanordnung in einer ersten Eingriffsposition.
- 3B ist eine Schnittdarstellung des Schnittstellenmoduls aus 1 mit der Torsionsdämpferanordnung in einer zweiten Eingriffsposition.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleichartige Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten gleiche oder entsprechende Teile darstellen, stellt 1 schematisch Teile eines Fahrzeugs dar, das im Allgemeinen mit 20 gekennzeichnet ist. Wie weiter im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, besteht das Fahrzeug 20 aus einem Antriebsstrang 22, der so ausgestaltet ist, dass er an einem Eingang ein Drehmoment erzeugt, das dazu dient, ein oder mehrere Räder 24 an einem Ausgang zu drehen, um das Fahrzeug 20 während des Betriebs anzutreiben. Zu diesem Zweck umfasst die hier dargestellte repräsentative Ausführungsform des Antriebsstrangs 22 eine als elektrische Maschine 26 realisierte Antriebsmaschine, die so ausgestaltet ist, dass sie ein Drehmoment und eine Drehung erzeugt, die wiederum von einem Mehrganggetriebe 28 übersetzt wird. Das Mehrganggetriebe 28 arbeitet mit einer Endantriebsanordnung 30 zusammen, um Ausgangseigenschaften der elektrischen Maschine 26 einzustellen, so dass das Drehmoment bei unterschiedlichen Drehzahlen und unterschiedlichen Drehmomenten auf das Rad 24 übertragen wird, um eine optimierte Beschleunigung und einen optimierten Antrieb des Fahrzeugs 20 zu ermöglichen. Zu diesem Zweck kann das Mehrganggetriebe 28 einen Wechsel zwischen diskreten „Getriebesätzen“ erleichtern, um das Drehmoment mit einer Vielzahl vorbestimmter Raten zu übersetzen, um entsprechende Änderungen der Drehgeschwindigkeit des Rades 24 zu bewirken. Die Endantriebsanordnung 30 wird eingesetzt, um das durch das Mehrganggetriebe 28 übertragene Drehmoment weiter einzustellen, z.B. bei einer vorbestimmten Endantriebsübersetzung, bevor anschließend das weiter eingestellte Drehmoment an das Rad 24 geleitet wird.
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In der dargestellten Ausführungsform ist die Endantriebseinheit 30 zwischen dem Mehrganggetriebe 28 und dem Rad 24 angeordnet. Es ist jedoch bekannt, dass die Endantriebseinheit 30 bei einigen Ausführungsformen als Teil des Mehrganggetriebes 28 ausgebildet sein kann. Darüber hinaus ist es bekannt, dass die Antriebsanordnung 30 auf verschiedene Weise realisiert werden kann, z.B. mit einer Ring- und Ritzel-Anordnung, einem oder mehreren Planetengetriebesätzen, einem Portalgetriebesatz und ähnlichem. Je nach der spezifischen Konfiguration des Fahrzeugs 20 und/oder des Antriebsstrangs 22 kann die Endantriebsanordnung 30 in Bezug auf den Eingang und Ausgang entlang des „Drehmomentflusspfades“ zwischen dem Rad 24, der elektrischen Maschine 26 und/oder dem Mehrganggetriebe 28 unterschiedlich angeordnet oder bei einigen Ausführungsformen ganz weggelassen werden. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung zu ersehen ist, kann das Mehrganggetriebe 28 in jeder geeigneten Weise ausgestaltet sein, die ausreicht, um das Drehmoment zwischen der elektrischen Maschine 26 und dem Rad 24 bei verschiedenen Drehzahlverhältnissen zu übertragen, ohne dass der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
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Während der in 1 schematisch dargestellte Antriebsstrang 22 so ausgestaltet ist, dass er das Fahrzeug 20 unter Verwendung des von der elektrischen Maschine 26 erzeugten Drehmoments antreibt, ist bekannt, dass das Fahrzeug 20 auch mit zusätzlichen Komponenten, Systemen und dergleichen versehen sein kann, die zusammenwirken, um die Beschleunigung und/oder den Antrieb des Fahrzeugs 20 zu erleichtern. Als nicht einschränkendes Beispiel können diskrete Antriebsstränge 22 des hier beschriebenen Typs an mehreren Stellen an einem einzigen Fahrzeug 20 eingesetzt werden, um jeweils unabhängig voneinander die jeweiligen Räder 24 desselben Fahrzeugs 20 anzutreiben. Während der dargestellte Antriebsstrang 22 so ausgestaltet ist, dass er ein einzelnes Rad 24 antreibt, ist es darüber hinaus denkbar, dass der Antriebsstrang 22 zusätzlich ein Differential (nicht dargestellt) umfasst, um den Antrieb mehrerer Räder 24 mit dem von derselben elektrischen Maschine 26 erzeugten Drehmoment zu ermöglichen. Darüber hinaus ist es denkbar, dass das Fahrzeug 20 über die Komponenten des dargestellten Antriebsstrangs 22 hinaus zusätzliche Systeme und Komponenten umfassen kann, um die Beschleunigung und/oder den Antrieb des Fahrzeugs 20 zu erleichtern. Als nicht-einschränkendes Beispiel kann auch ein Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) verwendet werden, um ein Drehmoment zu erzeugen, das zum Antrieb des Rades 24 des dargestellten Antriebsstrangs 22 und/oder zum Antrieb anderer Räder des Fahrzeugs 20 verwendet wird. Andere Konfigurationen können in Betracht gezogen werden.
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Der Fachmann versteht, dass es wünschenswert ist, zwischen den Getriebesätzen in dem Mehrganggetriebe 28 sanft und kontrolliert zu wechseln (oder zu schalten). Ein Verfahren besteht im Allgemeinen darin, das Drehmoment zu unterbrechen, um die Drehzahl der Antriebsmaschine und/oder des Mehrganggetriebes 28 so einzustellen, dass die Drehzahl beim Wechsel zwischen den Getriebesätzen angepasst wird. Nach dem Stand der Technik werden zu diesem Zweck in Verbindung mit Fahrzeugen 20 üblicherweise verschiedene Kombinationen von Reibungskupplungen und Interferenzkupplungen verwendet, wobei Reibungskupplungen, entweder allein oder in Kombination mit Interferenzkupplungen, zur Drehmomenteinstellung eingesetzt werden. Je nach der spezifischen Konfiguration und dem Einsatzzweck des Fahrzeugs 20 kann es jedoch unpraktisch sein, konventionelle Reibungskupplungen allein für bestimmte Anwendungen zu verwenden, z.B. wenn das Fahrzeug 20 für den gewerblichen oder industriellen Einsatz ausgestaltet ist und relativ schwer ist und/oder zum Transport schwerer Lasten verwendet wird. Es ist bekannt, dass das wesentliche Ausmaß des Drehmoments, das zum Antrieb eines schweren Fahrzeugs 20 benötigt wird, im Allgemeinen zu einer entsprechend erheblichen Belastung des Antriebsstrangs 22 führt, was seinerseits dazu führt, dass Reibungskupplungen rutschen. Darüber hinaus können diese selbst dort, wo konventionelle Interferenz- und Reibungskupplungen in Kombination verwendet werden, um die Drehmomenteinstellung ohne Durchrutschen unter hoher Belastung zu ermöglichen (wie z.B. mit einer Klauenkupplung und einer Synchronisierung), teuer in der Herstellung, schwierig in einer Baueinheit unterzubringen und von kurzer Lebensdauer sein. Darüber hinaus kann es beim Einsatz in Verbindung mit elektrischen Maschinen 26, die im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren (mit z.B. 5.000 U/min) in der Lage sind, über weite Bereiche relativ hoher Drehzahlen (z.B. 25.000 U/min) effizient ein Drehmoment zu erzeugen, äußerst schwierig sein, dass eine Interferenzkupplung den Stoßkräften widersteht, die während eines Gangwechsels auftreten, wenn eine elektrische Maschine 26 mit einer hohen Drehzahl in Verbindung mit einem relativ schweren Fahrzeug 20 eingesetzt wird.
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Wie nachstehend näher erläutert wird, ist die vorliegende Erfindung auf ein Schnittstellenmodul ausgerichtet, das im Allgemeinen mit 32 gekennzeichnet ist und die oben beschriebenen Nachteile überwindet, indem es die Einstellung des Drehmoments durch den Antriebsstrang 22 des Fahrzeugs 20 auf effiziente, vorhersehbare und zuverlässige Weise ermöglicht, insbesondere wenn es in Verbindung mit elektrischen Maschinen 26 verwendet wird, die bei hohen Drehzahlen arbeiten können, um Fahrzeuge 20 anzutreiben, die relativ schwer sind und/oder für den Transport schwerer Lasten ausgestaltet sind. Das Schnittstellenmodul 32 ist für den Einsatz in dem Antriebsstrang 22 zur Einstellung des Drehmoments zwischen dem Eingang und dem Ausgang ausgestaltet.
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Wie in den 1-2 dargestellt ist, umfasst das Schnittstellenmodul 32 im Allgemeinen eine Eingangstrommel 34, eine Ausgangswelle 36, eine Torsionsdämpferanordnung 38 und eine Überlastkupplungsanordnung 40. Wie in 1 schematisch dargestellt ist, ist die Eingangstrommel 34 des Schnittstellenmoduls 32 so ausgestaltet, dass sie ein Drehmoment von dem Eingang erhält und sich dreht, wenn ein Drehmoment erhalten wird. In ähnlicher Weise ist die Ausgangswelle 36 so ausgestaltet, dass sie ein Drehmoment auf den Ausgang bzw. Abtrieb überträgt und sich mit diesem dreht. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Schnittstellenmodul 32 ein Antriebsgetriebe 42, das mit der Eingangstrommel 34 zur gleichlaufenden Drehung gekoppelt ist. Das Antriebsgetriebe 42 ist in einem Getriebeeingriff mit dem Eingang angeordnet, hier als ein mit der elektrischen Maschine 26 gekoppeltes Eingangsritzel 44 dargestellt, und die Ausgangswelle 36 des Schnittstellenmoduls 32 ist in Rotationskommunikation mit dem Mehrganggetriebe 28 angeordnet.
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Mit Bezug zu den 2-3B ist das Schnittstellenmodul 32 sowohl in einer perspektivischen Explosionsdarstellung als auch in einer Schnittansicht dargestellt. Die Eingangstrommel 34 definiert einen Innenraum 46 und eine Drehachse 48 und weist eine Antriebsnabe 50 auf, die dem Innenraum 46 zugewandt ist und sich entlang der Drehachse 48 erstreckt. Die Eingangstrommel 34 definiert ferner eine Bohrung 52, die sich durch die Antriebsnabe 50 entlang der Drehachse 48 und radial einwärts der Antriebsnabe 50 erstreckt. Die Eingangstrommel 34 ist so ausgestaltet, dass sie ein Drehmoment von dem Eingangsritzel 44 erhält und sich um die Drehachse 48 dreht, wenn ein Drehmoment erhalten wird. Wie weiter im Folgenden im Detail beschrieben ist, ist die Überlastkupplung 40 betriebsbereit zwischen der Torsionsdämpferanordnung 38 und der Antriebsnabe 50 der Eingangstrommel 34 angeordnet.
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Das Fahrzeug 20 weist ein Gehäuse 102 auf, das verschiedene Komponenten des Antriebsstrangs 22 im Allgemeinen hält und anderweitig aufnimmt. Dabei ist das Schnittstellenmodul 32 in dem Gehäuse 102 durch Lager 54 drehbar gelagert, auf die weiter unten näher eingegangen wird. Es kann in Erwägung gezogen werden, das Schnittstellenmodul 32 ohne die Lager 54 zu konstruieren und in den Eingang oder den Ausgang zu integrieren. Während das Schnittstellenmodul 32 in 1 schematisch dargestellt ist, wobei sowohl die Torsionsdämpferanordnung 38 als auch die Überlastkupplungs-Anordnung 40 in der Eingangstrommel 34 gehalten werden, kann das Schnittstellenmodul 32 bei einigen Ausführungsformen anders angeordnet sein. Als nicht-einschränkendes Beispiel ist es denkbar, dass die Torsionsdämpferanordnung 38 zwischen dem Mehrganggetriebe 28 und der Endantriebsanordnung 30 angeordnet ist, während die Überlastkupplungsanordnung 40 in dem Gehäuse 102 zwischen dem Mehrganggetriebe 28 und der elektrischen Maschine 26 gehalten bleibt.
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Wie in den 3A und 3B dargestellt ist, ist die Torsionsdämpferanordnung 38 in dem Innenraum 46 der Eingangstrommel 34 um die Drehachse 48 angeordnet und betriebsbereit zwischen der Eingangstrommel 34 und der Ausgangswelle 36 angeordnet. Die Ausgangswelle 36 erstreckt sich entlang der Drehachse 48 und ist zumindest teilweise in dem Innenraum 46 der Eingangstrommel 34 angeordnet. Die Torsionsdämpferanordnung 38 umfasst einen eingangsseitigen Dämpferkörper 56, der um die Drehachse 48 drehbar ist und eine erste Rampenanordnung 58 aufweist, und einen ausgangsseitigen Dämpferkörper 60, der mit der Ausgangswelle 36 gekoppelt ist und eine zweite Rampenanordnung 62 aufweist, die in einem nachgiebigen Eingriff mit der ersten Rampenanordnung 58 angeordnet ist. Der eingangsseitige Dämpferkörper 56 ist so angeordnet, dass die Antriebsnabe 50 radial innerhalb der Überlastkupplung 40 und eines Teils des eingangsseitigen Dämpferkörpers 56 angeordnet ist. Der ausgangsseitige Dämpferkörper 60 ist um die Drehachse 48 drehbar und so angeordnet, dass er sich axial entlang der Drehachse 48 relativ zum eingangsseitigen Dämpferkörper 56 bewegt. Der ausgangsseitige Dämpferkörper 60 ist zwischen einer ersten Eingriffsposition (dargestellt in 3A) und einer zweiten Eingriffsposition (dargestellt in 3B) bewegbar, die durch eine vorbestimmte Drehmomentdifferenz zwischen der Eingangstrommel 34 und der Ausgangswelle 36 definiert ist. Die erste Rampenanordnung 58 und die zweite Rampenanordnung 62 stoßen sowohl in der ersten als auch in der zweiten Eingriffsposition aneinander. Die zwischen der Eingangstrommel 34 und der Ausgangswelle 36 auftretende vorbestimmte Drehmomentdifferenz bewegt die zweite Rampenanordnung 62 von der ersten Rampenanordnung 58 axial entlang der Drehachse 48 weg und in Richtung der zweiten Eingriffsposition.
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Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst die erste Rampenanordnung 58 mehrere Eingangserhebungen 66 und die zweite Rampenanordnung 62 mehrere Ausgangserhebungen 68. Jede Eingangserhebung 66 und Ausgangserhebung 68 definiert einen Rampenwinkel Θ; wobei der Rampenwinkel O zwischen 35 Grad und 45 Grad liegt. Jede der Eingangserhebungen 66 und der Ausgangserhebungen 68 hat einen entsprechenden Scheitel 106. Zwischen jeder benachbarten Eingangserhebung 66 und jeder benachbarten Ausgangserhebung 68 ist ein Tal 108 definiert, wobei die Scheitel 106 und die Täler 108 komplementäre Profile aufweisen.
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Der ausgangsseitige Dämpferkörper 60 definiert eine Aussparung bzw. Tasche 110 gegenüber der zweiten Rampenanordnung 62. Die Aussparung 110 weist ein ringförmiges Profil auf, das koaxial zur Drehachse 48 und radial außerhalb der Ausgangswelle 36 liegt. Die Ausgangswelle 36 tritt durch die Aussparung 110 von der zweiten Rampenanordnung 62 weg hervor und definiert eine Vertiefung zur Aufnahme eines externen Sprengrings 96, auf den im Folgenden näher eingegangen wird. In der dargestellten Ausführungsform ist die Ausgangswelle 36 integral mit dem ausgangsseitigen Dämpferkörper 60 ausgebildet, wobei jedoch zu beachten ist, dass die Ausgangswelle 36 mit dem ausgangsseitigen Dämpferkörper 60 mittels nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren gekoppelt sein kann. So kann zum Beispiel die Ausgangswelle 36 mit Keilnut oder einer anderen Passfeder mit dem ausgangsseitigen Dämpferkörper 60 verbunden oder durch Schweißen oder eine Gewindebefestigung (nicht abgebildet) befestigt sein.
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Eine Relativbewegung zwischen der zweiten Rampenanordnung 62 und der ersten Rampenanordnung 58 bewirkt, dass die Ausgangserhebungen 68 gegen die Eingangserhebungen 66 gleiten und dabei dem Profil des Scheitels 106 folgen. Die komplementären Profile des Scheitels 106 und des Tals 108 führen die Ausgangserhebung 68 in einen Stabilitätszustand mit der Eingangserhebung 66, in dem sich die erste Rampenanordnung 58 und die zweite Rampenanordnung 62 im Gleichgewicht vollständig miteinander im Eingriff befinden. Genauer gesagt ist die erste Eingriffsposition des ausgangsseitigen Dämpferkörpers 60 definiert, wenn sich die Scheitel 106 und die Täler 108 der zweiten Rampenanordnung 62 mit den Scheiteln 106 und den Tälern 108 der ersten Rampenanordnung 58 in Eingriff befinden. Eine Bewegung der ausgangsseitigen Erhebung 68 und der eingangsseitigen Erhebung 66 aus dem Gleichgewicht heraus bewirkt eine entsprechende Bewegung der zweiten Rampenanordnung 62 relativ zu der ersten Rampenanordnung 58, wobei die erste Eingriffsposition der zweiten Rampenanordnung 62 dem Gleichgewicht bzw. der Ruhelage der Ausgangserhebung 68 und der Eingangserhebung 66 entspricht. Diese Bewegung der zweiten Rampenanordnung 62 relativ zu der ersten Rampenanordnung 58 wird in eine axiale Verschiebung und eine Winkelverschiebung der zweiten Rampenanordnung 62 proportional zu dem Rampenwinkel O umgesetzt. Eine minimale axiale Verschiebung und Winkelverschiebung wird in der ersten Eingriffsposition erreicht, wobei die zweite Eingriffsposition durch eine axiale Verschiebung und Winkelverschiebung definiert ist, die größer als das Minimum ist.
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Die Bewegung der zweiten Rampenanordnung 62 zwischen der ersten Eingriffsposition und der zweiten Eingriffsposition reagiert auf eine Drehmomentdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang. Anders ausgedrückt, eine Drehmomentdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang bewirkt, dass sich die zweite Rampenanordnung 62 und die erste Rampenanordnung 58 relativ zueinander bewegen. Die Torsionsdämpferanordnung 38 umfasst ferner ein Dämpfervorspannelement 64, das an dem ausgangsseitigen Dämpferkörper 60 anliegt, um den ausgangsseitigen Dämpferkörper 60 in die erste Eingriffsposition zu drängen. Das Dämpfervorspannelement 64 ist in der Aussparung 110 angeordnet und im Allgemeinen koaxial zu der Drehachse 48. Dabei umfasst das Dämpfervorspannelement 64 mindestens eine um die Drehachse 48 angeordnete Tellerfeder 70 zur entgegengesetzten axialen Verschiebung des ausgangsseitigen Dämpferkörpers 60. Das Dämpfervorspannelement 64 muss durch den ausgangsseitigen Dämpferkörper 60 zusammengedrückt werden, um den ausgangsseitigen Dämpferkörper 60 von der ersten Eingriffsposition wegzubewegen. Die vorbestimmte Drehmomentdifferenz ist das Ausmaß des Drehmoments, das auf die Ausgangswelle 36 und die zweite Rampenanordnung 62 aufgebracht wird, um eine axiale Kraft zu erzeugen, die die Kraft zum Zusammendrücken des Dämpfervorspannelements 64 übersteigt.
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Wie vorab erwähnt ist, ist die Überlastkupplungsanordnung 40 betriebsbereit zwischen dem eingangsseitigen Dämpferkörper 56 und der Antriebsnabe 50 der Eingangstrommel 34 angeordnet. Die Überlastkupplungsanordnung 40 ist so ausgestaltet, dass sie das Ausmaß des Drehmoments begrenzt, das zwischen der elektrischen Maschine 26 und dem Rad 24 und umgekehrt übertragen werden kann. Das maximale Drehmoment, das durch die Überlastkupplungsanordnung 40 übertragen werden kann, wird als Kapazität bezeichnet. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Überlastkupplungsanordnung 40 so ausgestaltet sein, dass sie als Reaktion auf ein zwischen der elektrischen Maschine 26 und der Endantriebsanordnung 30 auftretendes Differenzdrehmoment, das 120 % des maximalen Ausgangsdrehmoments der elektrischen Maschine 26 überschreitet und beispielsweise durch eine Drehmomentspitze verursacht wird, die beim Schalten des Mehrganggetriebes 28 entsteht, „rutscht“. Die Überlastkupplungsanordnung 40 kann zwischen einer ersten Betriebsart, bei der die Eingangstrommel 34 und der eingangsseitige Dämpferkörper 56 drehbar gekoppelt sind, und einer zweiten Betriebsart, bei der eine relative Drehung der Eingangstrommel 34 und des eingangsseitigen Dämpferkörpers 56 möglich ist, betrieben werden. Die Überlastkupplungsanordnung 40 weist ein Kupplungsvorspannelement 72, eine innere Kupplungsscheibe 74, die an der Antriebsnabe 50 montiert ist, und eine äußere Kupplungsscheibe 76, die an dem eingangsseitigen Dämpferkörper 56 montiert ist, auf, wobei sowohl die innere Kupplungsscheibe 74 als auch die äußere Kupplungsscheibe 76 zwischen dem Kupplungsvorspannelement 72 und der Eingangstrommel 34 angeordnet sind. Das Kupplungsvorspannelement 72 ist so ausgestaltet, dass es die Überlastkupplungsanordnung 40 in die erste Betriebsart drängt, in der die innere Kupplungsscheibe 74 und die äußere Kupplungsscheibe 76 drehbar fixiert sind, um ein Drehmoment und eine Drehung zwischen der Eingangstrommel 34 und der Torsionsdämpferanordnung 38 zu übertragen. In der zweiten Betriebsart drehen sich die innere Kupplungsscheibe 74 und die äußere Kupplungsscheibe 76 relativ zueinander oder „rutschen“, wodurch das Ausmaß des zwischen der Eingangstrommel 34 und der Torsionsdämpferanordnung 38 übertragenen Drehmoments begrenzt wird.
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Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Überlastkupplungsanordnung 40 eine Reibungskupplung, wobei die innere Kupplungsscheibe 74 weiter definiert ist als mehrere innere Kupplungsscheiben 74A, 74B, 74C und die äußere Kupplungsscheibe 76 weiter definiert ist als mehrere äußere Kupplungsscheiben 76A, 76B, 76C. Es ist klar, dass alternative Konfigurationen einer Überlast- oder Drehmomentbegrenzungskupplung implementiert werden können. Zum Beispiel kann die Überlastkupplung 40 eine elektromagnetische Kupplung umfassen, bei der die Eingangstrommel 34 und der eingangsseitige Dämpferkörper 56 für eine gleichlaufende Drehung magnetisch gekoppelt sind.
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Unter weiterer Bezugnahme auf die 3A und 3B werden die inneren Kupplungsscheiben 74 zur gleichlaufenden Drehung auf der Antriebsnabe 50 der Eingangstrommel 34 gehalten. Jede innere Kupplungsscheibe 74 definiert ein inneres Keilmerkmal, das im Allgemeinen mit 78 bezeichnet ist, und die Antriebsnabe 50 definiert ein äußeres Keilmerkmal 80, das für den Eingriff mit dem inneren Keilmerkmal 78 der inneren Kupplungsscheiben 74 ausgestaltet ist. In ähnlicher Weise werden die äußeren Kupplungsscheiben 76 zur gleichlaufenden Drehung im eingangsseitigen Dämpferkörper 56 der Torsionsdämpferanordnung 38 gehalten. Jede äußere Kupplungsscheibe 76 definiert ein äußeres Eingriffsmerkmal, das im Allgemeinen mit 82 gekennzeichnet ist, und der eingangsseitige Dämpferkörper 56 definiert ein inneres Eingriffsmerkmal 84, das für den Eingriff mit dem äußeren Eingriffsmerkmal 82 der äußeren Kupplungsscheiben 76 ausgestaltet ist. Die inneren Kupplungsscheiben 74 drehen sich gleichlaufend mit der Eingangstrommel 50, und die äußeren Kupplungsscheiben 76 drehen sich gleichlaufend mit dem eingangsseitigen Dämpferkörper 56.
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Zusätzlich zu den inneren und äußeren Kupplungsscheiben 74, 76 kann die Überlastkupplungsanordnung 40 auch eine ausgangsseitige Kupplungsendscheibe 76C und eine eingangsseitige Kupplungsendscheibe 74A umfassen. Die ausgangsseitige Kupplungsendscheibe 76C ist in Anschlag mit der Antriebstrommel 34 und mit einer der inneren Kupplungsscheiben 74 zur gleichlaufenden Drehung mit dem eingangsseitigen Dämpferkörper 56 mittels des innere Eingriffsmerkmals 78 angeordnet. Umgekehrt ist die eingangsseitige Kupplungsendscheibe 74A in Anschlag mit dem Kupplungsvorspannelement 72 und mit einer der äußeren Kupplungsscheiben 76 zur gleichlaufenden Drehung mit der Antriebsnabe 50 mittels des äußeren Keilmerkmals 80 angeordnet.
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Bei der dargestellten Ausführungsform und wie vorab erwähnt ist, umfasst das Dämpfervorspannungselement 64 mindestens eine Tellerfeder 70. Das Kupplungsvorspannelement 72 ist ähnlich aufgebaut und kann ebenfalls mindestens eine Tellerfeder 104 umfassen, die um die Drehachse 48 angeordnet ist, um die Überlastkupplung 40 in die erste Betriebsart vorzuspannen. Jede der Tellerfedern 70, 104 kann als ein Stapel kegelförmiger Tellerfedern realisiert sein, die vorteilhafterweise eine relativ hohe Kraft bei relativ geringer Auslenkung ausüben. Es können jedoch auch andere Konfigurationen in Betracht gezogen werden, so dass das Kupplungsvorspannelement 72 auf jede geeignete Weise ausgestaltet sein kann, die ausreicht, um die Überlastkupplungsanordnung 40 mit Energie zu versorgen, und das Dämpfervorspannelement 64 auf jede geeignete Weise ausgestaltet sein kann, die ausreicht, um die Torsionsdämpferanordnung 38 mit Energie zu versorgen. Als nicht einschränkendes Beispiel können das Dämpfervorspannelement 64 und das Kupplungsvorspannelement 72 als Schraubenfedern ausgeführt sein. Andere Konfigurationen sind möglich.
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Unter weiterer Bezugnahme auf die 2-3B weist das Schnittstellenmodul 32 ferner eine Eingangstrommelabdeckung 86 auf, die an dem ausgangsseitigen Dämpferkörper 60 anliegt und durch einen ersten inneren Sprengring 88 an einer axialen Bewegung relativ zu der Eingangstrommel 34 gehindert wird. Eine Dämpferabdeckung 90 ist in der Bohrung 52 der Eingangstrommel 34 angeordnet und mit einem Anschlag an das Dämpfervorspannelement 64 angeordnet. Die Aussparung 110 des ausgangsseitigen Dämpferkörpers 60 ist der Dämpferabdeckung 90 zugewandt, wobei das Dämpfervorspannelement 64 in der Aussparung 110 angeordnet ist und an die Dämpferabdeckung 90 anstößt. Die Dämpferabdeckung 90 definiert eine Öffnung 92 entlang der Drehachse 48 zur Aufnahme der Ausgangswelle 36. Hier wird darauf hingewiesen, dass der ausgangsseitige Dämpferkörper 60 nicht mit der Eingangstrommel 34 mittels eines Keilmerkmals verbunden ist und in der Lage ist, sich axial relativ zu der Eingangstrommel 34 zu verschieben und sich relativ zu der Eingangstrommel 34 zu drehen. Die Dämpferabdeckung 90 ist über einen zweiten inneren Sprengring 94 bezüglich einer axialen Bewegung relativ zu der Eingangstrommel 34 und die Dämpferabdeckung 90 bezüglich einer axialen Bewegung relativ zu der Ausgangswelle 36 durch einen äußeren Sprengring 96 beschränkt. Somit wirken der erste innere Sprengring 88, der zweite innere Sprengring 94 und der äußere Sprengring 96 zusammen, um das Ausmaß der axialen Verschiebung zu beschränken, die zwischen der Eingangstrommelabdeckung 86 und der Dämpferabdeckung 90 auftreten kann, was wiederum das Ausmaß der axialen Bewegung beschränkt, die zwischen der ersten Rampenanordnung 58 und der zweiten Rampenanordnung 62 auftreten kann.
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Wie vorab erwähnt ist, halten die Lager 54 die Eingangstrommel 34 und die Eingangstrommelabdeckung 86 bei der Drehung relativ zu dem Gehäuse 102. Die Torsionsdämpferanordnung 38 umfasst ferner eine Führungswelle 98, die mit dem eingangsseitigen Dämpferkörper 56 gekoppelt ist und sich entlang der Drehachse 48 erstreckt, und eine Führungsbuchse 100, die mit dem ausgangsseitigen Dämpferkörper 60 gekoppelt ist, um sich mit der Führungswelle 98 in Eingriff zu befinden. Die Führungswelle 98 wird von der Führungsbuchse 100 drehbar gehalten, um die konzentrische Ausrichtung in Bezug auf die Überlastkupplungsanordnung 40 zu unterstützen. Da das Schnittstellenmodul 32 jedoch auf verschiedene Weise ausgestaltet sein kann, z.B. wenn die Überlastkupplungsanordnung 40 nicht, wie oben erwähnt, in der Eingangstrommel 34 gehalten ist, ist es möglich, dass die konzentrische Ausrichtung auf andere Weise erreicht werden kann, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die erste und die zweite Rampenanordnung 58, 62 wirken mit der Überlastkupplung 40 zusammen, um den Betrieb der Torsionsdämpferanordnung 38 zu erleichtern. Wenn gegenläufige Kräfte, die zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Antriebsstrangs 22 wirken, die vorgegebene Drehmomentdifferenz übersteigen, z.B. durch eine Drehmomentspitze, die aus dem Schalten des Mehrganggetriebes 28 resultiert, bewirken die Form und die Anordnung der Eingangserhebung 66 und der Ausgangserhebung 68, dass sich die zweite Rampenanordnung 62 relativ zu der ersten Rampenanordnung 58 dreht und sich axial verschiebt. Die kinetische Energie der Drehmomentspitze wird durch das Dämpfervorspannelement 64 aufgrund der axialen Verschiebung der zweiten Rampenanordnung 62 absorbiert. Dadurch wird die zwischen der elektrischen Maschine 26 und dem Mehrganggetriebe 28 auftretende Drehmomentspitze gedämpft, ohne die Drehmomentübertragung zu unterbrechen. Die von dem Dämpfervorspannelement 64 absorbierte Energie wird in zwei Formen abgeführt. Eine Kraft von dem Dämpfervorspannelement 64 drängt die erste und zweite Rampenanordnung 58, 62 wieder ins Gleichgewicht zurück, wo ein Drehmoment mit einer geringeren Rate an die Ausgangswelle 36 zurückgeführt wird. Wenn überschüssige Energie über ein vorbestimmtes Niveau hinaus durch das Dämpfervorspannelement 64 absorbiert wird, übersteigt das Drehmoment die Kapazität der Überlastkupplungsanordnung 40 und führt dazu, dass die äußeren Kupplungsscheiben 76 relativ zu den inneren Kupplungsscheiben 74 rutschen. Wenn die äußeren Kupplungsscheiben 76 durchrutschen, beschleunigt der antriebsseitige Dämpferkörper 56 kurzzeitig, wodurch die erste Rampenanordnung 58 mit der zweiten Rampenanordnung 62 wieder ins Gleichgewicht zurück kommt. Auf diese Weise wird überschüssige Energie von Drehmomentspitzen als Wärme abgeführt, die durch Reibung zwischen den inneren und äußeren Kupplungsscheiben 74, 76 entsteht. Auf diese Weise dämpft die Torsionsdämpferanordnung 38 das zwischen der elektrischen Maschine 26 und dem Mehrganggetriebe 28 auftretende Differenzmoment, und die Überlastkupplungsanordnung 40 begrenzt das maximal übertragbare Drehmoment, welches zwischen der elektrische Maschine 26 und dem Rad 24 übertragen werden kann.
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Auf diese Weise bieten die Torsionsdämpferanordnung 38 und die Überlastkupplungsanordnung 40 des Schnittstellenmoduls 32 der vorliegenden Erfindung erhebliche Vorteile für Antriebsstränge 22, die Mehrganggetriebe 28 verwenden, insbesondere beim Einsatz in Verbindung mit elektrischen Maschinen 26, die mit relativ hohen Drehzahlen arbeiten und/oder beim Einsatz in Verbindung mit relativ schweren Nutz- oder Industriefahrzeugen 20, bei denen ein erhebliches Ausmaß eines Drehmoments zur Erreichung anwendungsspezifischer Beschleunigungs- und Antriebsanforderungen des Fahrzeugs 20 erforderlich ist. Insbesondere sei darauf hingewiesen, dass es das Schnittstellenmodul 32 der vorliegenden Erfindung der elektrischen Maschine 26 ermöglicht, die Drehzahl auf effiziente, vorhersagbare und zuverlässige Weise sanft anzupassen, wenn das Mehrganggetriebe 28 zwischen Gängen schaltet, ohne dass teure Komponenten, komplexe Steuersysteme und/oder strukturelle Merkmale verwendet werden müssen, die in Verbindung mit Anwendungen mit hohem Drehmoment und hoher Drehzahl unzuverlässig sind.
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Die Erfindung wurde in einer illustrativen Weise beschrieben, und es sei darauf hingewiesen, dass die verwendete Terminologie eher beschreibender als einschränkender Natur ist. Für den Fachmann ist es nun offensichtlich, dass viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehren möglich sind. Es ist daher klar, dass die Erfindung auch anders als speziell beschrieben ausgeführt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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