DE112020007781T5

DE112020007781T5 - Kraftübertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112020007781T5
Application number: DE112020007781.0T
Authority: DE
Inventors: Yuu Yaguchi; Toshiaki Komatsu; Masato Horiguchi; Toshiyuki Kikuchi
Original assignee: GKN Automotive Ltd
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2024-01-04
Also published as: JP2024059857A; WO2022107267A1; JPWO2022107267A1; KR20230091133A; US20230243409A1; US11885399B2; CN116490705A

Abstract

Eine Kraftübertragungsvorrichtung ist vorgesehen mit: einem Rotationskörper, der Drehmoment aufnehmen kann, um um eine Achse zu drehen; einer Kupplung mit einem Kupplungselement, das mit dem Rotationskörper verbunden und axial beweglich ist, und mit Kupplungszähnen, die mit dem Kupplungselement verbindbar sind, um das Drehmoment zu übertragen; einem Elektromagneten, der einen magnetischen Fluss als Reaktion auf die Zufuhr von elektrischer Energie erzeugt; einem Stator, der so mit dem Elektromagneten gekoppelt ist, dass er den magnetischen Fluss leitet und bezüglich der Achse drehfest ist; einem Rotor, der angeordnet ist, um den magnetischen Fluss vom Stator zu empfangen und, angetrieben durch den empfangenen magnetischen Fluss, eine Drehbewegung um die Achse zu erzeugen; und einen Umwandlungsmechanismus, der so mit dem Rotor antriebsverbunden ist, dass er die Drehbewegung in eine lineare Bewegung in einer Richtung entlang der Achse umwandelt, wobei der Umwandlungsmechanismus ein Druckelement umfasst, das die lineare Bewegung auf das Kupplungselement überträgt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Kraftübertragungsvorrichtung, die Drehmoment zum Antreiben eines Fahrzeugs trennbar überträgt, und insbesondere auf eine Kraftübertragungsvorrichtung, die eine Kupplung sowohl in einen Einschaltmodus als auch in einen Ausschaltmodus bringen kann.
Hintergrund
Rotationsvorrichtungen, die in Fahrzeugen eingesetzt werden, verwenden häufig Kupplungen, um deren Funktionen selektiv auszuführen und zu stoppen. Ein so genanntes Sperrdifferential hat beispielsweise eine eingebaute Klauenkupplung, die normalerweise getrennt wird, um die Differentialbewegung zwischen den Ausgangsachsen zu ermöglichen, und die, wenn sie durch einen externen Aktuator geschlossen wird, die Differentialbewegung sperrt.
Für das Ein- und Auskuppeln einer Klauenkupplung ist ein Aktuator wie ein Hydraulikzylinder, ein motorischer Steuerkurvenmechanismus oder ein Magnetaktuator, der sich linear bewegen kann, ohne weiteres verfügbar. Da ein Aktuator stillstehen muss, während sich eine Rotationsvorrichtung dreht, und außerdem der Aktuator selbst beträchtliche Abmessungen einnimmt, benötigt ein Aktuator mit Hydraulikzylinder oder motorischem Steuerkurvenmechanismus eine relativ große Struktur, die quer von einer Welle der Rotationsvorrichtung absteht. Dies ist ein Faktor, der die Konstruktion der Fahrzeugkarosserie einschränkt. Darüber hinaus erfordert der Einbau der gesamten Struktur in eine Fahrzeugkarosserie beispielsweise einen Schritt zum Einbau des Aktuators, einen Schritt zum Einbau der Rotationsvorrichtung und einen weiteren Schritt zum Zusammenbau der beiden und ist daher sehr aufwendig.
Bei Magnetaktuatoren sind einige Vorrichtungen vorgeschlagen worden, die koaxial zu den Rotationsvorrichtungen eingebaut werden können und außerdem so kompakt sind, dass die Gesamtkörper einheitlich gehandhabt werden können. Die Patentliteratur 1 und 2 offenbaren diesbezüglichen Stand der Technik.
Zitierliste
Patentliteratur

PTL 1: PCT Internationale Veröffentlichung WO 2016/035129 A1
PTL 2: PCT Internationale Veröffentlichung WO 2018/109874 A1

Zusammenfassung der Erfindung
Obwohl der Magnetaktuator verschiedene Vorteile bietet, ist zu bedenken, dass sich seine Wirkung nicht immer im Zustand der Kupplung widerspiegelt. Insbesondere kann es vorkommen, dass die Kupplung, selbst wenn der Aktuator mit Strom versorgt wird, nicht ineinandergreift, wenn beispielsweise die Kupplungszähne nicht in der richtigen Position sind. Auch wenn der Strom abgeschaltet wird, können die Kupplungszähne vorübergehend durch die Viskosität des Schmieröls oder die Magnetisierung aneinanderhaften, was ein Öffnen verhindern kann. Daher ist in manchen Fällen eine zusätzliche Vorrichtung erforderlich, um zu erkennen, ob die Kupplung geschlossen ist oder nicht, um unvorhergesehene Wirkungen zu verhindern. Wie jedoch aus den Zeichnungen in der Patentliteratur 2 hervorgeht, erfordert eine solche Erkennungsvorrichtung zusätzliche Elemente auf ihrem Träger, und diese Elemente erfordern Installationsarbeiten, die unabhängig von denen für das Differential selbst sind, was zu einer Verringerung der Vorteile des Magnetaktuators führen kann.
Die nachstehend beschriebene Vorrichtung wurde im Hinblick auf den oben genannten Sachverhalt entwickelt.
Gemäß einem Aspekt ist eine Kraftübertragungsvorrichtung, die ein Drehmoment zum Antreiben eines Fahrzeugs trennbar überträgt, vorgesehen mit: einem Rotationskörper, der Drehmoment erhalten kann und um eine Achse drehbar ist; einer Kupplung mit einem Kupplungselement, das mit dem Rotationskörper in Eingriff steht und axial beweglich ist, und mit Kupplungszähnen, die mit dem Kupplungselement verbindbar sind, um das Drehmoment zu übertragen; einer Magnetspule, die einen magnetischen Fluss als Reaktion auf die Zufuhr von elektrischer Energie erzeugt; einem Stator, der so mit der Magnetspule gekoppelt ist, dass er den magnetischen Fluss leitet und bezüglich der Achse drehfest ist; einem Rotor, der so angeordnet ist, dass er den magnetischen Fluss vom Stator empfängt und, angetrieben durch den empfangenen magnetischen Fluss, eine Drehbewegung um die Achse bewirkt; und einem Umwandlungsmechanismus, der so antriebsmäßig mit dem Rotor verbunden ist, dass er die Drehbewegung in eine lineare Bewegung in eine Richtung entlang der Achse umwandelt, wobei der Umwandlungsmechanismus ein Druckelement enthält, das die lineare Bewegung auf das Kupplungselement überträgt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 ist eine perspektivische teilweise Explosionsansicht einer Kombination aus einem Sperrdifferential und einem Aktuator.
2 ist eine Schnittansicht der Kombination aus dem Sperrdifferential und dem Aktuator entlang der Linie II-II aus 1.
3 ist eine Schnittansicht einer Kombination aus einem freilaufenden Differential und einem Aktuator.
4 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Axialspaltmotors in dem in 1 dargestellten Aktuator.
5 ist eine Schnittansicht eines Axialspaltmotors gemäß einem anderen Beispiel.
6 ist eine Schnittansicht eines Radialspaltmotors gemäß einem weiteren Beispiel.
7 ist eine Schnittansicht, die insbesondere den in 2 dargestellten Aktuator in einer vergrößerten Ansicht zeigt.
8 ist eine perspektivische teilweise Explosionsansicht einer Kombination aus einem Sperrdifferential und einem Aktuator gemäß einer anderen Ausführungsform.
9 ist eine Schnittansicht der in 8 dargestellten Kombination.
10 ist eine Schnittansicht, die im Wesentlichen ein Beispiel für einen Aktuator mit Schraubgewinde zeigt.
11 ist eine Schnittansicht, die im Wesentlichen ein Beispiel für einen Aktuator mit einem Steuerkurvenmechanismus zeigt.
12 ist eine perspektivische Ansicht einer Kombination aus einem Sperrdifferential und einem Aktuator, der einen Mechanismus mit Rollschrauben umfasst, wobei einige Teile weggelassen sind.
13 ist eine Schnittansicht, die im Wesentlichen ein Beispiel für einen Aktuator zeigt, der einen Mechanismus mit Rollschrauben umfasst.
14 ist eine Schnittansicht, die im Wesentlichen ein weiteres Beispiel für einen Aktuator mit Schraubgewinde zeigt.
15 ist eine Schnittansicht, die im Wesentlichen einen Aktuator zeigt, der Kugelkurvenmechanismus umfasst.

Beschreibung der Ausführungsformen
Beispielhafte Ausführungsformen werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Beschreibungen und beigefügten Ansprüchen bedeutet eine Achse, sofern nicht anders beschrieben, eine zentrale Achse eines Stators und eines Rotors, die normalerweise mit einer Drehachse eines Rotationskörpers und einer mit dem Rotationskörper verbundenen Welle zusammenfällt. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und es wird daher besonders darauf hingewiesen, dass die Maßverhältnisse nicht auf die darin gezeigten beschränkt sind.
Eine im Folgenden offenbarte Kombination aus einer Kupplung und einem Aktuator kann vorzugsweise mit einer Rotationsvorrichtung für ein Fahrzeug zu einer Kraftübertragungsvorrichtung kombiniert werden und ist insbesondere zum Verbinden und Trennen der Kupplung von der Außenseite der Rotationsvorrichtung zur Steuerung ihrer Funktion geeignet. Im eingekuppelten Zustand wird über die Kupplung ein Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs übertragen, und im ausgekuppelten Zustand wird das Drehmoment abgeschaltet. Wie aus den folgenden Beschreibungen hervorgeht, führt eine geeignete Steuerung des Drehwinkels des Aktuators durch normale und umgekehrte Drehung zum Erreichen eines gewünschten Zustands der Kupplung, da sich ein Drehwinkel in einer Position des Kupplungselements entsprechend widerspiegelt.
Es ist für verschiedene Rotationsvorrichtung anwendbar, ein Beispiel ist ein Differential zum differentiellen Verteilen von Drehmoment auf eine rechte und linke Achse. Das Differential verfügt häufig über eine eingebaute Klauenkupplung zur Steuerung seiner Funktionsweise, die durch einen entsprechenden Aktuator von außen betätigt wird. Auf der anderen Seite ist der zur Montage des Differentials am Fahrzeug zur Verfügung stehende Platz begrenzt, und da die Gesamtheit einschließlich des Aktuators insofern kompakt sein soll, kann der Aktuator gemäß dieser Offenbarung vorzugsweise verwendet werden. Die 1 und 2 beziehen sich beispielsweise auf ein Beispiel, bei dem ein sogenanntes Sperrdifferential damit kombiniert ist und 3 bezieht sich auf ein weiteres Beispiel, bei dem ein sogenanntes Freilaufdifferential damit kombiniert ist.
Unter besonderer Bezugnahme auf 2 in Kombination mit 1 ist ein Differential 3 ein Rotationskörper, der eine Drehbewegung T um eine Achse X ausführen kann und in seinem Inneren mit einer Kupplung 10 versehen ist. Das Differential 3 ist mit einem Differentialradsatz 21 versehen, der mit seinem Gehäuse 15 gekoppelt ist, und der Differentialradsatz 21 umfasst Seitenräder 23, 25, die jeweils mit einer Achse gekoppelt sind. Genauer gesagt dient der Differentialradsatz 21 als Mittel, um vom Gehäuse 15 aufgenommenes Drehmoment auf die Seitenräder 23, 25 unter Zulassen einer Differentialbewegung zu verteilen. Während 2 ein Beispiel eines Kegelradtyps zeigt, kann natürlich auch jeder andere Typ, wie z. B. ein Stirnradtyp oder ein Planetenradtyp, verwendet werden.
Im gezeigten Beispiel ist ein Kupplungselement 11, das ein Drehmoment vom Gehäuse 15 überträgt, axial beweglich, und das Seitenzahnrad 23 ist, wie beispielsweise in 7 gezeigt, mit Kupplungszähnen 13 versehen, um mit dem Kupplungselement 11 verbunden werden zu können, wodurch die Kombination aus dem Kupplungselement 11 und den Kupplungszähnen 13 eine Kupplung 10 bildet. Wenn ein Aktuator 1 das Kupplungselement 11 betätigt, so dass die Kupplung 10 geschlossen wird, wird das Seitenzahnrad 23 vorübergehend mit dem Gehäuse 15 verbunden, um das Drehmoment zu übertragen. Da das andere Seitenzahnrad 25 dann keine Differentialbewegung relativ zum Seitenzahnrad 23 ausführen kann, verliert das Differential 3 seine Differentialfunktion und gerät so in einen sogenannten Differentialsperrzustand. Wenn der Aktuator 1 die Kupplung 10 öffnet, verteilt das Differential 3 in ausgleichender Weise das vom Gehäuse 15 eingeleitete Drehmoment auf beide Achsen.
Alternativ, unter Bezugnahme auf 3, kann das Gehäuse des Differentials 3 in ein äußeres Gehäuse 15 zur Aufnahme des Drehmoments und ein inneres Gehäuse 17, das koaxial zum äußeren Gehäuse angeordnet und relativ zu diesem drehbar ist, unterteilt sein. In diesem Beispiel ist der Differentialradsatz 21 mit dem inneren Gehäuse 17 gekoppelt, und ein Ende des inneren Gehäuses 17 ist beispielsweise mit Klauenzähnen versehen, um die Kupplung 10 zu bilden. Wenn der Aktuator 11 die Kupplung 10 schließt, wird das Drehmoment vom äußeren Gehäuse 15 auf das innere Gehäuse 17 übertragen und über den Differentialradsatz 21 differentiell auf die beiden Achsen verteilt. Wenn der Aktuator 11 die Kupplung 10 öffnet, kann der Differentialradsatz 21 das Drehmoment vom äußeren Gehäuse 15 nicht aufnehmen, und beide Achsen sind somit vom Antriebssystem entkoppelt.
Natürlich ist die Verwendung nicht darauf beschränkt. Eine Vielzahl von Rotationsvorrichtungen, einschließlich Klauenkupplungen, könnten im Lichte dieser Offenbarung realisiert werden, und Beispiele dafür sind ein Getriebe, eine Kraftübertragungseinheit (power tranfer unit, PTU), eine Kupplungsvorrichtung und dergleichen. Ein beispielhafter Kupplungstyp ist eine sogenannte Klauenkupplung, aber auch andere Typen wie eine Mitnehmerkupplung oder allgemeiner eine Kupplung mit einer Struktur, die ein Drehmoment nicht durch Reibung, sondern durch gegenseitiges Ineinandergreifen überträgt, können im Allgemeinen verwendet werden.
In allen nachstehend beschriebenen Ausführungsformen müssen die Aktuatoren nur eine sehr einfache lineare Bewegung ausführen, da sie mit ineinandergreifenden Kupplungen kombiniert sind. Die jeweiligen Ausführungsformen verwenden jedoch Hohlwellenmotoren, die keine lineare Bewegung, sondern eine Rotationsbewegung erzeugen. Die damit verbundenen Vorteile werden in der folgenden Erläuterung deutlich.
Wieder bezugnehmend auf 1 zum Beispiel, ist der Aktuator 1 zum Antrieb der Kupplung 10 im Allgemeinen mit einem Hohlwellenmotor 5, der eine Drehbewegung R um die Achse X erzeugt, und einem Umwandlungsmechanismus versehen, der die Drehbewegung R in eine lineare Bewegung in eine Richtung entlang der Achse X umwandelt. Der gesamte Aktuator 1 ist koaxial mit der Rotationsvorrichtung wie dem Differential 3 angeordnet, insbesondere mit dessen Nabenabschnitt 19, und liegt nahe an oder hat Kontakt mit einer der Endflächen der Rotationsvorrichtung.
Unter Bezugnahme auf 7 in Kombination mit 1 kann der Motor 5 oder zusätzlich ein in 9 beispielhaft dargestellter Umwandlungsmechanismus 7 in einem Gehäuse 9 untergebracht sein, und das Gehäuse 9 greift in einen in der Fahrzeugkarosserie enthaltenen Träger ein und wird dadurch gegen Verdrehung gesichert. Die Verdrehsicherung wird durch eine relativ einfache Struktur realisiert, wie sie beispielhaft in den 2, 3 und 5 dargestellt ist, und es kann ausreichen, eine am Außenumfang des Gehäuses 9 befestigte Lasche 55 mit dem Träger in Eingriff zu bringen. Die Lasche 55 kann sich radial nach außen erstrecken, wie in 2 gezeigt, oder sich axial erstrecken, wie in 3 und 5. Die Lasche 55 kann stattdessen an einem anderen Teil des Gehäuses 9 befestigt sein oder ohne Befestigung mit diesem in Eingriff gebracht werden. Natürlich kann das Gehäuse 9 anstelle der Lasche mit jeder anderen Struktur versehen sein, die direkt in Eingriff gebracht werden kann, und sein Gegenstück kann ein beliebiges anderes Element als der Träger sein.
Das Gehäuse 9 kann auch auf den Nabenabschnitt 19 aufgesetzt sein und mit der Stirnseite des Gehäuses 15 in Kontakt kommen bzw. an diese angepasst sein. Die Endfläche des Gehäuses 15 kann entsprechend eine Struktur zur Anpassung an das Gehäuse 9 aufweisen, und ein Beispiel für eine solche Struktur ist ein umlaufender Schlitz, der so vertieft ist, dass das Gehäuse 9 teilweise in den Schlitz passen kann, oder ein Flansch, der sich von der Endfläche aus erstreckt, so dass er teilweise auf das Gehäuse 9 passt. Diese Strukturen sind vorteilhaft für die Stabilität des Motors 5 und des vom Gehäuse 9 getragenen Umwandlungsmechanismus 7 sowie für die einheitliche Handhabung der gesamten Vorrichtung.
Das Gehäuse 9 passt gleitend auf den Nabenabschnitt 19 und hält einen relativ schmalen Spalt dazwischen, wodurch das Schmieröl in den Spalt eingefangen wird. Zur Aufnahme des Schmieröls können am Innenumfang des Gehäuses 9 oder am Außenumfang des Nabenabschnitts 19, oder an beiden, Ölnuten eingearbeitet sein. Alternativ dazu kann, wie in den 10, 14 und 15 gezeigt, ein Lager 63 zwischen dem Gehäuse 9 und dem Nabenabschnitt 19 angeordnet sein. Da keine relativ große Kraft auf den Aktuator 1 wirkt, ist ein Kugellager für das Lager 63, wie in 14 und 15 gezeigt, anwendbar, wobei auch ein Lager eines anderen Typs, wie z.B. ein Nadellager, wie in 10 gezeigt, natürlich verwendet werden kann. Anstelle des Lagers oder zusätzlich zum Lager kann ein beliebiges festes Schmiermittel verwendet werden, oder reibungsarme Beschichtungen aus Polyfluorethylen oder dergleichen können auf das Gehäuse 9 und den Nabenabschnitt 19 oder auf beide aufgebracht werden.
Unter Bezugnahme auf 4 zum Beispiel, ist der Motor 5 im Allgemeinen mit einer Magnetspule 31 ausgestattet, die als Reaktion auf die Zufuhr von elektrischer Energie einen magnetischen Fluss F erzeugt, einem Stator 33, der den magnetischen Fluss F leitet, und einem Rotor 35, der infolge der Einleitung von magnetischem Fluss eine Drehbewegung R um die Achse X erzeugt. Die Magnetspule 31 kann eine einzelne elektromagnetische Spule sein, aber auch eine Gruppe von mehreren Spulen 31 c, die in Umfangsrichtung um die Achse X angeordnet sind. Jede Spule 31 c kann um einen Kern 33c gewickelt sein, der beispielsweise aus einem weichmagnetischen Material besteht, um den magnetischen Fluss F effizient abzuleiten. Die Kerne 33c können weiter miteinander verbunden sein, um einen einzigen, einheitlichen Stator 33 zu bilden, oder sie können getrennt bleiben, um den Stator 33 zu bilden. Die Magnetspule 31 kann mit dem Stator 33 in einem einheitlichen Körper gestaltet sein. Der Stator 33 ist zusammen mit der Magnetspule 31 gegenüber dem Gehäuse 9 in Bezug auf die Achse X verdrehgesichert und vorzugsweise axial unbeweglich gehalten.
Der Rotor 35, der aus einem magnetischen Material besteht, ist ein im Wesentlichen zylindrischer Körper, der in Bezug auf die Achse X symmetrisch ist und, da er nicht drehfest ist, in der Lage ist, eine Drehbewegung R um die Achse X zu erzeugen. Um den vom Stator 33 geführten magnetischen Fluss F aufzunehmen, ist der Rotor 35 so angeordnet, dass er in Richtung der Achse X etwas vom Stator 33 entfernt ist, ihm aber gegenüberliegt. Während in 4 nur eine Kombination aus einem einzelnen Rotor 35 und einem einzelnen Stator 33 dargestellt ist, kann ein Paar von Statoren 35 so angeordnet sein, dass ein Rotor 35 dazwischen liegt, oder zwei oder mehr Paare von Statoren 33 und Rotoren 35 können so angeordnet sein, dass sie eine Reihe in axialer Richtung bilden.
Der Stator 33 und der Rotor 35 können, wie beispielsweise in 10 dargestellt, an den einander zugewandten Seiten flach sein, können aber auch dreidimensionale Strukturen bilden, um die Bereiche zu vergrößern, in denen der magnetische Fluss verläuft. Ein Beispiel für derartige Strukturen kann, ohne darauf beschränkt zu sein, die in den 4 und 5 gezeigte Struktur sein, bei der die Rippen eines konzentrischen Musters auf jeweiligen Flächen stehen und ineinandergreifen. Solche Strukturen tragen zur Erhöhung des Drehmoments und zur Steigerung des Wirkungsgrads der elektrischen Leistung bei.
Der Stator 33 und der Rotor 35 werden vorzugsweise nahe beieinander gehalten. Um die nahe beieinander liegenden Positionen beizubehalten und auch um dem Rotor 35 eine reibungslose Drehung zu ermöglichen, kann ein beliebiges Lager 57, wie z.B. ein Kugellager, zwischen dem Stator 33 und dem Rotor 35 angeordnet werden, wie in 5 und 10 gezeigt. Die Anordnung des Lagers 57 in den in den Zeichnungen dargestellten Beispielen ist vorteilhaft, um der Anziehungskraft des magnetischen Flusses F entgegenzuwirken und den Rotor 35 zu stabilisieren. Oder, wie in 6 gezeigt, kann das Lager 57 zwischen dem Gehäuse 9 und dem Rotor 35 angeordnet sein. Demgegenüber, wie in den Beispielen gemäß 5 und 10 gezeigt, kann das einzelne Lager 57 den Rotor tragen, oder, wie in dem in 6 gezeigten Beispiel, kann der Rotor 35 zwischen den beiden Lagern 57 angeordnet und von diesen abgestützt werden. Das Gehäuse 9 kann den Rotor 35 unter Zwischenschaltung des Lagers 57 direkt abstützen oder den Rotor 35 indirekt abstützen, indem es ein mit dem Rotor gekoppeltes separates Element (wie z. B. ein später beschriebenes Rotationselement 45) aufweist.
Im letzteren Fall kann das Lager 57 zwischen dem Gehäuse 9 und dem Rotationselement 45 angeordnet sein. Als weitere Alternative kann, anstelle des Gehäuses 9, der Nabenabschnitt 19 den Rotor 35 oder das Rotationselement 45 tragen, und das Lager 57 kann zwischen dem Nabenabschnitt 19 und dem Rotor 35 oder dem Rotationselement 45 angeordnet sein.
Jedes der in den 4 und 5 gezeigten Beispiele beziehen sich auf einen Axialspaltmotor, bei dem der Rotor und der Stator axial angeordnet sind, so dass der magnetische Fluss F parallel zur Achse entsteht. Wenn die Vorrichtung in radialer Richtung ein größeres Spiel hat als in axialer Richtung, ist der Axialspaltmotor vorteilhaft für die Verbesserung der Ausgangsleistung oder für die Verkleinerung bei konstanter Leistung. Axialspaltmotoren können zur Verbesserung der Leistungsabgabe paarweise angeordnet werden. Natürlich kann anstelle des Axialspaltmotors, wie beispielsweise in 6 gezeigt, ein sogenannter Radialspaltmotor verwendet werden, bei dem ein Rotor koaxial zu einem Stator ist und dicht radial außerhalb oder innerhalb des Stators angeordnet ist, um den magnetischen Fluss F in radialer Richtung zu erzeugen.
In den 1, 5 und 6 ist die Magnetspule 31 beispielsweise über ein Kabel 37 mit einem Steuerkreis an der Außenseite verbunden. Der Steuerkreis erzeugt einen Wechselstrom mit einer Phasenverschiebung oder einen Pulsstrom und speist ihn in die mehreren Spulen 31 c ein, um den Rotor 35 in Drehbewegung R zu versetzen, wie in den 1 und 4. Die Richtungen der Drehbewegung R können durch die Richtungen der Phasenverschiebung reguliert werden, oder genauer gesagt, der Motor 5 kann die Drehbewegung R sowohl in normaler als auch in umgekehrter Richtung erzeugen. Zur Erzeugung des Wechsel- oder Pulsstroms kann jede beliebige Schaltvorrichtung verwendet werden, und die Schaltvorrichtung umfasst unter anderem ein Halbleiterbauelement wie einen bipolaren Transistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder ähnliches. Die obige Erklärung bezieht sich auf einen so genannten Induktionsmotor, aber stattdessen kann auch ein Synchronmotor, ein Permanentmagnetmotor, ein Kommutatormotor, ein Gleichstrommotor oder jeder andere Typ verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 zum Beispiel, ist der Umwandlungsmechanismus 7 mit einem Druckelement 41 versehen und antriebsmäßig mit dem Rotor 35 gekoppelt, wodurch dessen Drehbewegung R in eine lineare Bewegung umgewandelt und die Bewegung an das Druckelement 41 abgegeben wird. Für die Umwandlung kann z. B. ein Kurvenmechanismus, ein Kugelkurvenmechanismus, ein Schraubmechanismus oder ein Rollschraubenmechanismus verwendet werden. Vorsprünge des Kupplungselements 11 sind durch das Gehäuse 15, z. B. durch dessen Stirnwand 15E, nach außen geführt, um am Druckelement 41 anzuliegen bzw. mit diesem verbunden zu sein und es dadurch zu betätigen.
Unter Bezugnahme auf 7 in Kombination mit 1 und 2 ist das Druckelement 41 beispielsweise auf der Grundlage eines Steuerkurvenmechanismus, ohne darauf eingeschränkt zu sein, ringförmig ausgebildet und auf der dem Rotor 35 gegenüberliegenden Seite mit in Umfangsrichtung geneigten Steuerkurvenflächen 41c versehen. Der Rotor 35 ist dementsprechend mit einer Struktur versehen, die zum Gleiten auf den Steuerkurvenflächen 41 c geeignet ist. Im dargestellten Beispiel ist der Umwandlungsmechanismus 7 in der Nähe des innersten Umfangs des Rotors 35 angeordnet, kann aber auch näher am äußeren Umfang oder um den äußersten Umfang herum angeordnet sein.
Wenn der Rotor 35 eine Drehbewegung R macht, während das Druckelement 41 durch das Gehäuse 9 drehfest gehalten wird, wird der Rotor 35 auf den geneigten Steuerkurvenflächen 41 c hochgedrückt, oder im Falle einer umgekehrten Drehung herunter, wodurch die Drehbewegung R in eine lineare Bewegung umgewandelt wird. Für ein reibungsarmes Gleiten können zwischen dem Rotor 35 und den Steuerkurvenflächen 41 c rollbare Rollen 53 eingesetzt werden. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist der Rotor 35 mit Taschen 35c zur Aufnahme von Rollen 53 versehen, und wenn sich der Rotor 35 dreht, rollen die Rollen 53 auf den Steuerkurvenflächen 41c ab, so dass das Druckelement 41 axial bewegt wird. Anstelle des Druckelements 41, oder zusätzlich zu diesem, kann der Rotor 35 oder ein beliebiges damit verbundenes Element mit den Steuerkurvenflächen versehen sein. Rollen 53 können z. B. die Form eines Zylinders oder eines Kegelstumpfes oder die Form einer Kugel haben, wie in 15 dargestellt. Das in 15 gezeigte Beispiel kann als eine Art Kugelsteuerkurvenmechanismus betrachtet werden, der vorteilhaft ist, wenn eine größere Leistung erforderlich ist.
Das Druckelement 41 kann direkt mit den Vorsprüngen des Kupplungselements 11 in Kontakt sein, was, da ersteres drehfest ist und letzteres rotiert, eine gegenseitige Gleitbewegung bedingt. Zur Erleichterung der Gleitbewegung kann, wie in den 9, 10, 11, 13, 14 oder 15 beispielhaft gezeigt, ein Lager 59 dazwischen angeordnet sein. Für das Lager 59 kann ein Kugellager, wie in 9, 10, 11, 13 oder 14 gezeigt, oder ein Nadellager, wie in 15 gezeigt, oder jeder andere Typ verwendet werden. Anstelle eines Lagers kann auch ein festes Schmiermittel zwischengeschaltet sein, oder die Gleitbewegung kann auf der Basis eines flüssigen Schmierstoffs ausgeführt werden. Das Lager 59 und das Kupplungselement 11 können direkt miteinander gekoppelt sein, wie in 10 beispielhaft dargestellt, oder es kann ein geeignetes Verbindungselement 51 dazwischengeschaltet werden, um die Übertragung der Antriebskraft zu vermitteln, wie in 9, 11, 13, 14 oder 15 beispielhaft dargestellt. Das Verbindungselement 51 ist z.B. ein Zylinder oder ein in Umfangsrichtung durchgehender Ring und nimmt somit das ebenfalls in Umfangsrichtung durchgehende Lager 59 auf, wie z.B. in 14 oder 15 gezeigt. Oder, wie in 9, 11 oder 13 beispielhaft gezeigt, kann das Verbindungselement 51 in Umfangsrichtung nicht durchgehend sein, sondern kann aus einer Vielzahl von Elementen bestehen, die in Umfangsrichtung in Abständen angeordnet sind. Ferner kann eine Vielzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Elementen ein einziges Verbindungselement 51 bilden.
In den Beispielen der 1, 2, 7, 14 und 15 wird die Verbindung zwischen dem Druckelement 41 und dem Kupplungselement 11 mittels Durchgangslöchern bewerkstelligt, welche die Stirnwand 15E in zur Achse X paralleler Richtung durchdringen, aber stattdessen können die Durchgangslöcher, wie beispielsweise in den 8 bis 13 dargestellt, das Gehäuse 15, insbesondere dessen Umfangswand, in radiale Richtungen durchdringen. Ein solcher Aufbau ist vorteilhaft, um die Herstellung des Gehäuses 15 zu erleichtern. Um den Zugang in den radialen Richtungen zu ermöglichen, kann das Druckelement 41 des Umwandlungsmechanismus 7, wie am besten in 8 gezeigt, als ein länglicher Zylinder ausgeführt sein, der die Durchgangslöcher in der Umfangswand abdeckt. Wie in den 8, 10 und 15 gezeigt ist, kann das Kupplungselement 11 durch die Durchgangslöcher exponiert sein, um mit dem Druckelement 41 verbunden zu werden. Alternativ kann das Kupplungselement 11 auch, wie in den 9, 11, 13 und 14 dargestellt, nicht durch die Durchgangslöcher exponiert sein, und das Verbindungselement 51 kann die Verbindung vermitteln. In den letztgenannten Fällen besteht das Verbindungselement 51 aus einem oder mehreren Blöcken, die jeweils den Durchgangslöchern entsprechen und sich von dem Druckelement 41 radial nach innen erstrecken, um eine Verbindung mit dem Kupplungselement 11 herzustellen. Natürlich kann in allen Fällen das Lager 59 zwischen dem Druckelement 41 und dem Kupplungselement 11 angeordnet sein.
In jedem Fall kann der Kontakt der Seitenflächen der Vorsprünge des Kupplungselements 11 oder des Druckelements 41 mit den Seitenflächen der Durchgangslöcher dazu genutzt werden, die die Kupplung geschlossen zu halten oder deren Trennung zu fördern. Die Seitenflächen der Durchgangslöcher können, beispielsweise in Umfangsrichtung gesehen, jeweils geneigt sein und die Seitenflächen der Vorsprünge des Kupplungselements 11 oder des Druckelements 41 können entsprechend geneigt sein. Da sich die schrägen Flächen gegenseitig berühren, wird ein Teil des auf das Gehäuse 15 ausgeübten Drehmoments in eine Kraft in axialer Richtung umgewandelt. Die umgewandelte Kraft in axialer Richtung trägt zur Aufrechterhaltung der Kupplungsverbindung oder zur Förderung der Trennung bei. Dies ist in den jeweiligen Ausführungsformen natürlich unwesentlich.
Der Steuerkurvenmechanismus kann das Kupplungselement 11 in beide Richtungen antreiben, wenn die Kupplung 10 ein- oder ausgekuppelt wird, aber im Allgemeinen ist sein Betrieb in der Auskuppelrichtung im Vergleich zur Einkuppelrichtung relativ unzuverlässig. Zur Unterstützung des Auskuppelns des Kupplungselements 11 kann daher ein beliebiger elastischer Körper, wie z. B. eine Feder, verwendet werden. In den in den 7, 9, 11 und 13 gezeigten Beispielen ist eine Feder 61 zwischen dem Seitenzahnrad 23 und dem Kupplungselement 11 angeordnet, um das Kupplungselement 11 in die Trennrichtung vorzuspannen. Entgegen der gezeigten Beispiele kann der elastische Körper auch verwendet werden, um das Schließen zu fördern. Natürlich ist der elastische Körper in diesen Ausführungsformen nicht zwingend erforderlich und inhärent.
Wie bereits beschrieben, kann der Umwandlungsmechanismus 7 anstelle des Steuerkurvenmechanismus einen Schraubmechanismus verwenden, bei dem ein Satz von Schraubgewinden zusammengeschraubt wird, wie beispielsweise in 10 dargestellt. Die Schraubgewinde können an einem Rotationselement 45 als einem vom Rotor 35 getrennten Körper ausgebildet sein, und das Rotationselement 45 kann auch in den Rotor 35 eingepresst oder mit diesem verbunden sein. Alternativ dazu kann der Rotor 35 natürlich auch direkt mit einem Gewinde versehen werden. Die Gegengewinde können auf einem Gegenelement 47 als ein vom Druckelement 41 getrennter Körper ausgebildet sein, oder das Gegenelement 47 kann ein einheitlicher Körper mit dem Druckelement 41 sein. Es ist auch möglich, dass eines der beiden Elemente mit einem Gewinde versehen ist und das andere Element geeignete Vorsprünge aufweist, die in das Gewinde eingreifen. Als weitere Alternative können anstelle der Gewindegänge beliebige spiralförmige Bahnen verwendet und zwischen den Bahnen beliebige Wälzkörper eingefügt werden. Im gezeigten Beispiel liegt das Druckelement 41 an einer Innenfläche eines vom Gehäuse 9 ausgehenden Zylinders an und wird von diesem gestützt und ist ebenfalls gegen Verdrehung gesichert, kann aber durch jedes geeignete Mittel gestützt und gegen Verdrehung gesichert werden. Wenn der Motor 5 das Rotationselement 45 (oder den Rotor) dreht, wird das verdrehsichere Druckelement 41 entlang des Schraubgewindes herausgedrückt bzw. bei Drehung in umgekehrter Richtung zurückbewegt, wobei die Drehbewegung R in eine Linearbewegung umgewandelt wird. Es versteht sich von selbst, dass es in Bezug auf den Schraubmechanismus Alternativen wie das in 14 gezeigte Beispiel oder verschiedene andere Formen geben kann.
Alternativ kann auch ein Rollenschraubmechanismus, wie in den 12 und 13 gezeigt ist, anwendbar. Das Rotationselement 45, oder direkt der Rotor 35, ist mit einem Gewinde versehen, und die entsprechenden Gegenelemente 47, die jeweils als Rolle ausgebildet sind, sind mit einem Gewinde versehen, um damit ineinanderzugreifen. Jedes Gegenelement 47 ist axial ausgerichtet und beide Enden sind am Druckelement 41 drehbar gelagert, wodurch es drehbar ist. Obwohl das Druckelement 41 in 12 nicht dargestellt ist, kann das Gegenelement 47 in Umfangsrichtung angeordnet sein. Die Anzahl der Gegenelemente 47 ist nicht auf das in der Zeichnung gezeigte Beispiel beschränkt, sondern kann z. B. drei oder so betragen, symmetrisch, und natürlich können es auch mehr sein. Die Schraubgewinde auf den Gegenelementen 47 erstrecken sich zumindest so, dass sie eine axiale Bewegung von sich selbst ermöglichen, und somit werden die Gegenelemente 47, wenn das Rotationselement 45 gedreht wird, entlang der Schraubgewinde herausgeschoben, oder zurückgeschoben, wenn es in umgekehrter Richtung gedreht wird, wobei das Druckelement 41 vor oder zurückbewegt wird.
Wie aus den vorstehenden Beschreibungen hervorgeht, kann der Schraubmechanismus oder der Rollenschraubmechanismus das Kupplungselement 11 sowohl in Verbindungs- als auch in Trennrichtung antreiben, so dass ein rückstellender Körper zur Unterstützung nicht erforderlich ist. Natürlich kann dennoch ein beliebiger rückstellender Körper, wie z. B. eine Feder 61, verwendet werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist das Druckelement 41 drehfest und erzeugt nur lineare Bewegungen zum Antreiben der Kupplung 10. Stattdessen ist, wie unten beschrieben, eine alternative Ausführung möglich, bei der ein Element sowohl eine vom Motor 5 angetriebene Drehbewegung als auch eine axiale Bewegung zum Betätigen der Kupplung 10 erzeugt.
Gemäß einem in 11 dargestellten Beispiel bilden das drehfest gehaltene Gehäuse 9 und ein drehbares Steuerkurvenelement 41a den Umwandlungsmechanismus 7. Der Umwandlungsmechanismus 7 kann ein Steuerkurvenmechanismus oder stattdessen ein Schraubmechanismus oder ein anderer geeigneter Mechanismus sein. Das Rotationselement 45 und das Steuerkurvenelement 41a sind z. B. mittels einer Profilverzahnung 43 (Splines) miteinander verbunden, so dass die Drehbewegung von dem Rotationselement 45 auf das Steuerkurvenelement 41a übertragen wird, während das Steuerkurvenelement 41a relativ zu dem Rotationselement 45 axial beweglich ist. Wenn das Rotationselement 45 gedreht wird, bewegt sich das Steuerkurvenelement 41a durch den Umwandlungsmechanismus 7 axial vorwärts oder rückwärts, wobei es der Drehung folgt. Das Steuerkurvenelement 41a kann wie im gezeigten Beispiel ein vom Druckelement 41 getrennter und mit diesem verbundener Körper sein oder mit diesem einen einheitlichen Körper bilden. Ein solcher Aufbau ist, da der Umwandlungsmechanismus 7 radial außen im Aktuator 1 angeordnet werden kann, vorteilhaft, um den Zustand des Aktuators 1 beispielsweise durch einen außen angeordneten Sensor zu überwachen. Natürlich kann der Umwandlungsmechanismus 7 abweichend vom dargestellten Beispiel auch weiter innen angeordnet sein.
Das in 14 gezeigte Beispiel ist ein weiteres Beispiel für die Verwendung eines Schraubmechanismus. Ein Innenumfang eines drehfest gehaltenen ringförmigen Ständers 9a ist mit einem Gewinde versehen, und das Druckelement 41 erzeugt durch Einschrauben in das Gewinde eine Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung in axialer Richtung. Zur Übertragung der Drehbewegung vom Motor 5 auf das Druckelement 41 kann ein Stift oder eine Stange 45b verwendet werden, wobei ein oder beide Enden des Stifts oder der Stange 45b an den Rotationselementen 45a, 45c befestigt sind. Der Stift oder die Stange 45b kann das Druckelement 41 zum Übertragen einer Drehbewegung durchdringen, oder eine beliebige Kopplung verwenden, die eine axiale Bewegung ermöglicht, z. B. eine Keilverbindung, wie später beschrieben. Das Druckelement 41 folgt der Drehung der Rotationselemente 45a, 45c, und ist auch in axiale Richtung beweglich. Auch in diesem Beispiel ist zumindest das Rotationselement 45a radial nach außen exponiert, so dass die Struktur vorteilhaft ist, um dessen Drehwinkel zu überwachen. Der Stift oder die Stange 45b ist parallel zur Achse, kann aber auch schräg sein.
Das Druckelement 41 kann direkt mit dem Kupplungselement 11 gekoppelt sein, kann aber auch das dazwischenliegende Verbindungselement 51 aufweisen. Im letzteren Fall ist das Verbindungselement 51 im Allgemeinen ein Zylinder, der gleitend auf dem Nabenabschnitt 19 des Gehäuses 15 sitzt und so mit dem Druckelement 41 gekoppelt ist, dass es sich zumindest in axialer Richtung einheitlich bewegt. Die Kupplung kann so beschaffen sein, dass ein gegenseitiges Gleiten in Umfangsrichtung möglich ist, kann aber auch ein dazwischenliegendes Lager 59 aufweisen. Genauer gesagt ist das Verbindungselement 51 in Umfangsrichtung relativ zu dem Druckelement 41 drehbar. Das Verbindungselement 51 ist zumindest teilweise in Richtung des Kupplungselements 11 verlängert und mit diesem gekoppelt. Für die Kopplung können beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Bolzen verwendet werden. Auf der Grundlage der offengelegten Struktur, wenn das Druckelement 41 axial bewegt wird, bewegt sich das Kupplungsglied 11 axial gemeinsam damit, während das Kupplungsglied 11 relativ zum Druckelement 41 drehbar ist.
Das in 15 gezeigte Beispiel ist eine weitere Ausführung. Das Rotationselement 45 ist axial vom Motor 5 aus verlängert, um mit dem Druckelement 41 verbunden zu sein. Die Verbindung wird z. B. durch eine Kombination von Keilen und Keilnuten hergestellt, so dass das Druckelement 41 gemeinsam mit dem Rotationselement 45 dreht, und im Übrigen in axiale Richtung beweglich ist. Zwischen dem ringförmigen Ständer 9a, der vom Gehäuse 9 getragen und gegen Drehung gesichert ist, und dem Druckelement 41 sind Steuerkurvenkugeln 53 angeordnet, und eines oder beide, das Druckelement 41 und der Gegenring 9a, sind mit in Umfangsrichtung geneigten Steuerkurvenflächen versehen. Wenn der Motor 5 das Rotationselement 45 dreht, rollen die Steuerkurvenkugeln 53 über die Steuerkurvenflächen, um das Druckelement 41 in axialer Richtung zu bewegen. Auch in diesem Beispiel kann, wenn sich das Kupplungselement 11 relativ zum Druckelement 41 dreht, das Lager 59 zwischen dem Druckelement 41 und dem Kupplungselement 11 angeordnet sein, und das Verbindungselement 51 kann das Lager 59 tragen. Da in diesem Beispiel zumindest das Rotationselement 45 radial nach außen freiliegt, ist die Struktur vorteilhaft für die Überwachung seines Drehwinkels.
Außerdem ist das Verbindungselement 51 an einem, den Vorsprüngen des Kupplungselements 11 oder dem Lager 59 befestigt, und von dem jeweils anderen trennbar sein. Nach diesem Beispiel ist ein Montageverfahren, bei dem der Motor 5 und der Umwandlungsmechanismus 7 unabhängig voneinander im Voraus zusammengebaut und diese Baugruppen einheitlich in das Differential 3 eingebaut werden, ohne weiteres möglich.
Der Umwandlungsmechanismus 7 kann, wie in 9 beispielhaft dargestellt, radial innerhalb des Motors 5 angeordnet sein, oder, wie in 11 oder 13 beispielhaft dargestellt, kann der Umwandlungsmechanismus 7 radial außerhalb angeordnet sein. In jedem Fall sind der Hohlwellenmotor 5 und der Umwandlungsmechanismus 7 im Aktuator 1 koaxial angeordnet und können eine verschachtelte Struktur bilden, bei der einer in dem anderen liegt, wodurch sie axial und radial kompakt aufgebaut sind. Natürlich können, wie in den 7, 10, 14 oder 15 beispielhaft gezeigt, der Motor 5 und der Umwandlungsmechanismus 7 in axialer Richtung aneinander angrenzen, und diese Konstruktion kann den gesamten Aktuator 1 in radialer Richtung kompakter und auch in axialer Richtung ausreichend kompakt machen.
Wie aus den jeweiligen Zeichnungen ersichtlich ist, erstreckt sich der gesamte Aktuator 1 in radialer Richtung nicht wesentlich von der Rotationsvorrichtung weg und hat in radialer Richtung eine Größe, die der der Rotationsvorrichtung im Allgemeinen ähnlich oder geringer ist. Es wird insbesondere darauf hingewiesen, dass der Aktuator 1 gemäß einer der Ausführungsformen, da er ähnlich dimensioniert ist wie frühere Magnetaktuatoren, die für Differentiale verwendet werden, anstelle des früheren Magnetaktuators ohne Konstruktionsänderungen an der Fahrzeugkarosserie kompatibel verwendet werden kann.
Der Aktuator 1 jeder der Ausführungsformen kann während der gesamten Zeit vor und nach dem Betätigen des Kupplungselements 11 die Position des Druckelements 41 ohne elektrische Energiezufuhr halten. Daher sind keine zusätzlichen Elemente oder Strukturen erforderlich, um das Ein- und Auskuppeln der Kupplung zu gewährleisten. Dies ist vorteilhaft im Hinblick auf die Erhöhung der Freiheit der Konstruktion und natürlich bezüglich Kostenreduzierung.
Da der Aktuator 1 nicht mit einer Reibungskupplung kombiniert ist, die eine große Antriebskraft erfordert, können für das Rotationselement 45 und das Druckelement 41 Materialien mit relativ geringer Festigkeit, wie z. B. Kunstharze, verwendet werden, was im Hinblick auf die Verhinderung des Streuflusses des magnetischen Flusses vorteilhaft ist und folglich zu einer Verringerung des Stromverbrauchs beiträgt. Zur Verringerung der Reibungsverluste kann beispielsweise jedes Harz, wie Polytetrafluorethylen, verwendet werden.
Wie aus den bisherigen Beschreibungen ersichtlich, kann der Aktuator 1 das Druckelement 41 axial sowohl in der Einschalt- als auch in der Ausschaltrichtung betätigen, und das Kupplungsglied 11 folgt diesem. Da der Betrieb des Aktuators 1 notwendigerweise den Zustand des Kupplungselements 10 widerspiegelt, reicht es aus, den Aktuator zur Überwachung des Zustands der Kupplung zu überwachen, so dass die Vorrichtung keine zusätzliche Einrichtung zur Feststellung, ob die Kupplung ein- oder ausgekuppelt ist, aufweisen muss. Der Zustand des Aktuators lässt sich direkt am Drehwinkel des Rotors ablesen. Da die Änderung der Lagebeziehung zwischen dem Rotor und dem Stator eine zyklische Änderung der Induktivität des Motors bewirkt, kann der Drehwinkel durch elektrisches Zählen der Induktivitätsänderung festgestellt werden. Daher kann der Zustand der Kupplung durch eine elektrische Schaltung oder eine Software ohne zusätzliches Gerät erfasst werden. Natürlich ist es möglich, dass eine Struktur wie z.B. ein Encoder am Rotor 35 angebracht ist, um mit Hilfe eines berührungslosen Sensors den Drehwinkel zu erfassen, und der Motor 5 kann diese Struktur und Vorrichtung eingebaut haben. Zum Auslesen von Informationen nach außen kann, wie in den 5 und 6 dargestellt, ein vom Kabel 37 unabhängiges Kabel 39 für die Stromversorgung vorgesehen werden. Diese Elemente tragen dazu bei, den Einbau in die Fahrzeugkarosserie zu erleichtern. Der Geber kann aber auch an einem beliebigen, nach außen hin zugänglichen Bauteil, wie z. B. dem Rotationselement 45, angebracht werden, und die Fahrzeugkarosserie kann die Informationen von diesem Bauteil ablesen. Auch in diesem Fall muss die Fahrzeugkarosserie nicht zwangsläufig wesentlich verändert werden, und der Einbau ist unproblematisch.
Da der Rotor oder das Rotationselement in jeder der Ausführungsformen notwendigerweise einen großen Durchmesser hat und seine Umfangsgeschwindigkeit daher groß ist, können der Aktuator und das Druckelement schnell angetrieben werden und daher die Kupplung schnell ein- und auskuppeln. Dies kann ein hervorragendes Ansprechverhalten im Vergleich zu Hydraulikzylindern oder motorischen Steuerkurvenmechanismen des Standes der Technik bieten.
Obwohl bestimmte beispielhafte Ausführungsformen oben beschrieben sind, werden Modifikationen und Variationen der Ausführungsformen in Anbetracht der obigen Lehren den Fachleuten einfallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2016035129 A1 [0004]
WO 2018109874 A1 [0004]

Claims

Eine Kraftübertragungsvorrichtung zum trennbaren Übertragen von Drehmoment zum Antreiben eines Fahrzeugs, umfassend: einen Rotationskörper, der das Drehmoment aufnehmen kann und um eine Achse drehbar ist; eine Kupplung mit einem Kupplungselement, das mit dem Rotationskörper verbunden und axial beweglich ist, und mit Kupplungszähnen, die mit dem Kupplungselement verbindbar sind, um das Drehmoment zu übertragen; eine Magnetspule, die als Reaktion auf die Zufuhr von elektrischer Energie einen magnetischen Fluss erzeugt; einen Stator, der so mit der Magnetspule gekoppelt ist, dass er den magnetischen Fluss leitet und in Bezug auf die Achse drehfest ist; einen Rotor, der so angeordnet ist, dass er den magnetischen Fluss vom Stator empfängt und, angetrieben durch den empfangenen magnetischen Fluss, eine Drehbewegung um die Achse erzeugt; und einen Umwandlungsmechanismus, der mit dem Rotor so antriebsverbunden ist, dass er die Rotationsbewegung in eine lineare Bewegung in eine Richtung entlang der Achse umwandelt, wobei der Umwandlungsmechanismus ein Druckelement umfasst, das die lineare Bewegung auf das Kupplungselement überträgt.
Die Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Differentialradsatz mit einem Paar von Seitenrädern zur differenzierten Abgabe des Drehmoments, wobei die Kupplungszähne an einem der Seitenräder oder einem inneren Gehäuse, das den Differentialradsatz trägt, ausgebildet sind.
Die Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei zumindest der Stator und der Rotor koaxial mit dem Rotationskörper sind und jeweils Ringe um die Achse bilden.
Die Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Gehäuse, das die Magnetspule, den Stator und den Rotor aufnimmt und in Bezug auf die Achse drehfest gehalten ist, um den Stator und das Druckelement drehfest zu halten.
Die Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rotor und/oder das Druckelement Steuerkurvenflächen, Schraubgewinde oder spiralförmige Bahnen aufweisen, die so geneigt sind, dass sie die Drehbewegung in eine lineare Bewegung umwandeln.
Die Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Umwandlungsmechanismus ein Verbindungselement zur Kopplung mit dem Kupplungselement und ein zwischen dem Druckelement und dem Verbindungselement angeordnetes Lager umfasst, um eine relative Drehung zu ermöglichen und die lineare Bewegung zu vermitteln.
Die Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Kombination aus dem Stator und dem Rotor einen Axialspaltmotor bildet, indem der Stator und der Rotor axial voneinander beabstandet sind, oder einen Radialspaltmotor, indem der Stator und der Rotor in einer radialen Richtung senkrecht zur Achse voneinander beabstandet sind.