EP3948003A1 - Kupplungsvorrichtung - Google Patents

Kupplungsvorrichtung

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Publication number
EP3948003A1
EP3948003A1 EP20710793.9A EP20710793A EP3948003A1 EP 3948003 A1 EP3948003 A1 EP 3948003A1 EP 20710793 A EP20710793 A EP 20710793A EP 3948003 A1 EP3948003 A1 EP 3948003A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coupling
shaft
coupling device
profile
actuator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20710793.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Brenner
Ralf Diekmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3948003A1 publication Critical patent/EP3948003A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D11/00—Clutches in which the members have interengaging parts
    • F16D11/02—Clutches in which the members have interengaging parts disengaged by a contact of a part mounted on the clutch with a stationarily-mounted member
    • F16D11/04—Clutches in which the members have interengaging parts disengaged by a contact of a part mounted on the clutch with a stationarily-mounted member with clutching members movable only axially
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D23/00—Details of mechanically-actuated clutches not specific for one distinct type
    • F16D23/12—Mechanical clutch-actuating mechanisms arranged outside the clutch as such
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D11/00—Clutches in which the members have interengaging parts
    • F16D2011/002—Clutches in which the members have interengaging parts using an external and axially slidable sleeve for coupling the teeth of both coupling components together
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D23/00—Details of mechanically-actuated clutches not specific for one distinct type
    • F16D23/12—Mechanical clutch-actuating mechanisms arranged outside the clutch as such
    • F16D2023/123—Clutch actuation by cams, ramps or ball-screw mechanisms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D28/00—Electrically-actuated clutches

Definitions

  • the invention relates to a coupling device for coupling and decoupling two shafts.
  • the invention also relates to the use of the coupling device in an e-axle module for an electrically powered vehicle.
  • WO 2012/048842 A1 relates to a coupling arrangement. This is used in the drive train of a vehicle.
  • the coupling arrangement comprises at least one coupling which is arranged on a rotating shaft in order to couple the rotating shaft to a drive element, wherein for coupling the rotating shaft to the drive element, a first coupling part is displaced along an axis of the rotating shaft relative to a second coupling part can be brought into positive engagement with the second coupling part.
  • a lifting magnet arrangement is provided which is used to actuate the clutch, the lifting magnet arrangement comprising an excitation coil for generating a magnetic field and an armature which can be attracted along a lifting device by the magnetic field of the excitation coil.
  • the armature and the first coupling part to be translated can be moved separately from one another, a spring device being provided between the armature and the first coupling part in the stroke direction. This biases the first coupling part against the armature in the stroke direction.
  • the DE 10 2014 015 093 A1 relates to a claw coupling with a sensor for detecting a locking state.
  • the claw coupling comprises two coupling elements provided with teeth or claws, one of which is movable, as well as an actuating device for engaging and disengaging the coupling by an actuating movement of the movable coupling element.
  • an actuating device for engaging and disengaging the coupling by an actuating movement of the movable coupling element.
  • the movement path of the movable coupling element is a sensor arranged. This records the movement of the coupling element in the engaged state.
  • the coupling element is provided with an actuation contour that moves past the sensor when the coupling is engaged.
  • DE 10 2014 217 066 A1 relates to a coupling.
  • This serves for the form-fitting connection of a first and a second shaft, in particular for a motor vehicle and preferably for a switchable drive axle of a motor vehicle.
  • a coupling part is provided which can be displaced in the direction of one of the shafts and which enables positive coupling and disconnection of the shafts, with a shifting element in the form of a shift fork and also a thread running around a shaft, which shifts the coupling part by a pivoting movement , into which one end of the shift fork can be engaged.
  • the storage of the shift fork in relation to one surrounding the clutch
  • the housing is designed in the manner of a rotary sliding joint, the joint allowing a pivoting movement and a sliding movement of the shift fork.
  • Decoupling of a first shaft and a second shaft proposed, with a coupling body that runs through an axial travel path that is limited by a first end position stop and a second end position stop.
  • the coupling body is held non-rotatably on one of the two shafts and comprises a first circumferential groove with a first pitch and a second circumferential groove with a second pitch, which runs opposite to the first pitch, on its outer surface.
  • the solution proposed according to the invention makes it possible to provide an extremely compact coupling device, which is provided by an externally arranged electromechanical, electrohydraulic or
  • electropneumatic actuator can be operated.
  • the actuator by means of which the clutch device is actuated is the
  • the actuator actuating the coupling device has a first pin which, when the actuator is actuated, moves into the first circumferential groove of the coupling body, and a second pin which moves into the second circumferential groove when the actuator is actuated.
  • the pins actuated via the actuator can easily move the coupling body axially so that a closed position such as an open position of the coupling device proposed according to the invention can be achieved via the coupling device proposed according to the invention.
  • Essentially sleeve-shaped coupling body is received on the second shaft and traverses the axial travel path relative to this.
  • the coupling device comprises a first profile, which is provided on the outer circumference of the first shaft, and a second profile, which is located on the outer circumference of the second shaft.
  • the first and second profiles are designed to be complementary to an inner profile of the coupling body. Since the two shafts to be coupled and decoupled from one another, namely the first shaft and the second shaft, run coaxially with one another, the complementary design of the profilings allows easy switching of the coupling device proposed according to the invention.
  • the first profile of the first shaft, the second profile of the second shaft and the inner profile of the coupling body are advantageously designed as longitudinal grooves.
  • the coupling device proposed according to the invention is designed in such a way that the second shaft has a spherical body acted upon by a pretensioning force and protruding into a groove in the coupling body.
  • the inner circumference of the coupling body is limited by the first end position stop and the second end position stop. This becomes the
  • Coupling body of the coupling device proposed according to the invention its axial travel is specified.
  • one of the pins of the actuator moves into one of the circumferential grooves on the outer surface of the rotating coupling body, causing the latter to attach to the second
  • End position stop moves and the first profiling that is on
  • the outer circumference of the first wave is covered. This is in the
  • the invention also relates to the use of the
  • Another use of the clutch device proposed according to the invention is to be used within a transmission in order to shift from a first gear stage to a second gear stage and vice versa.
  • the coupling device proposed according to the invention is characterized in that it has a very simple structure and little space, for example within an e-axis module for a front or
  • the actuator has a very requires little energy and is very easy to control. This makes it possible to implement a cost-effective system for large quantities, in particular for use with e-axis modules.
  • the rotary movement of the coupling device simultaneously generates the actuating movement, the size of the actuator and its energy requirement can be greatly reduced.
  • Another advantage of the coupling device proposed according to the invention can be seen in the fact that the actuator is very compact.
  • the coupling device proposed according to the invention could, for example, be combined directly with a gear stage of a transmission, so that there are further advantages in terms of the space required and in terms of the number of parts to be produced in connection with the invention
  • Figure 1 is a plan view of the components of the invention
  • FIG. 2 shows a cross section through the coupling device according to FIG.
  • Figure 3 shows a longitudinal section of the proposed according to the invention
  • FIG. 4 shows a longitudinal section through the coupling device proposed according to the invention in the open position
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the components of an E-axis module.
  • FIG. 1 shows a representation of the components of the coupling device 10 proposed according to the invention.
  • the coupling device 10 comprises a coupling body 12, which in
  • a first circumferential groove 16 which is formed in a first slope 18, and a second circumferential groove 20, which has a second slope 22, are worked into the lateral surface 14.
  • the second slope 22 of the second circumferential groove 20 runs opposite the first slope 18 of the first circumferential groove 16 in the lateral surface 14 of the coupling body 12.
  • Coupling device 10 as shown in FIG. 1 covered
  • first shaft 24 which can be, for example, the output shaft of an electrical machine 58 (FIG. 5), as well as a shaft end of a second shaft 28, which can be the input shaft of a single or multi-stage transmission, for example .
  • first shaft 24 which can be, for example, the output shaft of an electrical machine 58 (FIG. 5)
  • second shaft 28 which can be the input shaft of a single or multi-stage transmission, for example .
  • the coupling body 12 is essentially received on the circumference of the second shaft 28.
  • the second shaft 28 comprises a second profile 29, while the first shaft 24 arranged coaxially opposite this is provided with the first profile 26.
  • the coupling body 12 is shown covering the ends of the two shafts 24, 28.
  • the actuator 30 opposite the two circumferential grooves 16, 20 comprises a first pin 32 which is designed so that it enters the first circumferential groove 16, while a second pin 34 is arranged on the actuator 30 so that it enters the second circumferential groove 16 Groove 20 moves in.
  • Both the first circumferential groove 16 and the second circumferential groove 20 have a rounded groove base, the rounding corresponding to the rounding of the heads of the two pins 32, 34, so that the contact between the pins 32, 34 on the one hand and the circumferential grooves is as low-wear as possible 16, 20 on the other hand can be achieved.
  • FIG. 2 shows a cross section through the coupling device 10 according to the illustration in FIG. 1, the sectional plane in FIG. 2 lying on the axis of symmetry of the actuator 30.
  • the coupling body 12 of the coupling device 10 proposed according to the invention is a
  • the inner profile 36 which is formed on the inner circumference of the coupling body 12, runs in the form of longitudinal grooves 38.
  • the first profile 26 with respect to the first shaft 24 is implemented, as is the second profile 29, which is implemented at the shaft end on the circumference of the second shaft 28.
  • the second shaft 28 has a bore 40 in which a spherical body 42 is received.
  • the spherical body 42 is prestressed in the radial direction by a spring 44, not shown in FIG.
  • the end of the first shaft 24 is covered by the material of the coupling body 12 of the coupling device 10 proposed according to the invention and is therefore made of
  • the coupling device 10 proposed according to the invention is shown in its closed position 54.
  • the longitudinal section according to FIG. 3 shows that in the closed position 54 the coupling body 12 of the coupling device 10 covers the first profiling 26 at the shaft end of the first shaft 24.
  • the closed position 54 shown in FIG. 3 corresponds essentially to the position of the coupling body 12 of the coupling device 10, which is shown in the top view according to FIG.
  • the closed position 54 of the coupling device 10 shown in FIG. 3 there is a form-fitting connection between the first shaft 24 and the second shaft 28.
  • the coupling body 12 is received on the circumference of the second shaft 28.
  • the bore 40 in which the spherical body 42 is located, which is pretensioned by the spring 44 and engages in a groove 46 on the inner circumference of the coupling body 12, runs in this.
  • the spherical body 42 is pressed into the groove 46 by the spring 44, which is let into the bore 40.
  • the groove 46 comprises a first end position stop 48 and a second end position stop 50 at the end opposite this.
  • the two end position stops 48 and 50 define an axial travel path 52 by which the coupling body 12 of the coupling device 10 can be moved.
  • the spherical body 42 rests on the second end position stop 50, d. H. is moved so far on the first profile 26 of the first shaft 24 that the inner profile 36 of the coupling body 12 covers the first profile 26 of the first shaft 24 and a
  • FIG. 3 the closed position 54 of the coupling device 10 proposed according to the invention is shown.
  • the coupling device 10 proposed according to the invention
  • the coupling device 10 proposed according to the invention is transferred from its closed position 54 into its open position 56 shown in FIG.
  • the actuator 30 shown in FIG. 1 is activated so that the second pin 34 moves into the second circumferential groove 20. Since the coupling body 12 of the coupling device 10 rotates permanently, the pushes itself
  • Coupling body 12 proposed according to the invention
  • the coupling body 12 of the coupling device 10 proposed according to the invention is held in position so that the actuator 30, d. H. the second pin 34 can be retracted again.
  • the coupling body 12 can according to a corresponding
  • the coupling device 10 is held in its position by the spherical body 42, which is acted upon by the spring 44.
  • the actuator 30 is always acted upon with energy only for a short moment.
  • Travel 52 is carried out by rotating the coupling body 12 with the correspondingly retracted pins 32 and 34 corresponding to the axial travel 52.
  • the coupling device 10 is in its open position 56, which is on the side on which the electrical machine 58 (FIG. 5) is provided. In this case, the clutch device 10 can be engaged by starting the electric machine 58.
  • the clutch device 10 can be engaged by starting the electric machine 58.
  • FIG. 5 shows the components of an E-axis module 66 in a schematic view.
  • FIG. 5 shows that an electrical machine 58 comprises the output shaft 24, which corresponds to the first shaft 24.
  • the clutch device 10 is located as described above with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the actuator 30 lies opposite the essentially sleeve-shaped coupling body 12 of the coupling device 10 proposed according to the invention.
  • a first axle shaft 62 and a second axle shaft 64 branch off from the transmission 60 to the driven wheels of an electrically driven vehicle.
  • the transmission unit 60 can be a transmission, for example an axle transfer transmission, a differential or the like.
  • Transmission unit 60 form the essential components of an e-axle module 66 for an electrically powered vehicle.
  • the e-axle module 66 can be used as a rear axle or as a front axle of an electrically powered vehicle and can be used accordingly.
  • the coupling device 10 proposed according to the invention can serve both to decouple the electric machine 58 at higher vehicle speeds or to shift the transmission unit 60 into a second or higher gear.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Operated Clutches (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungsvorrichtung (10) zur Kopplung und Entkopplung einer ersten Welle (24) und einer zweiten Welle (28). Die Kupplungsvorrichtung (10) umfasst einen Kupplungskörper (12), der einen axialen Verfahrweg (52) durchläuft. Dieser ist durch einen ersten Endstellungsanschlag (48) und einen zweiten Endstellungsanschlag (50) begrenzt. Der Kupplungskörper (12) ist drehfest auf einer der beiden Wellen (24, 28) aufgenommen und umfasst an seiner Mantelfläche (14) eine erste umlaufende Nut (16) in einer ersten Steigung (18) sowie eine zweite umlaufende Nut (20) in einer zweiten Steigung (22), die entgegengesetzt zur ersten Steigung (18) verläuft.

Description

Kupplungs Vorrichtung
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungsvorrichtung zur Kopplung und Entkopplung zweier Wellen. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Kupplungsvorrichtung in einem E-Achsen-Modul für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug.
Stand der Technik
WO 2012/048842 Al bezieht sich auf eine Kopplungsanordnung. Diese wird im Antriebsstrang eines Fahrzeugs eingesetzt. Die Kopplungsanordnung umfasst wenigstens eine Kupplung, die an einer rotierenden Welle angeordnet ist, um die rotierende Welle mit einem Antriebselement zu koppeln, wobei zur Kopplung der rotierenden Welle mit dem Antriebselement ein erstes Kupplungsteil durch Versetzen entlang einer Achse der rotierenden Welle relativ zu einem zweiten Kupplungsteil in einem formschlüssigen Eingriff mit dem zweiten Kupplungsteil bringbar ist. Es ist eine Hubmagnetanordnung vorgesehen, die der Betätigung der Kupplung dient, wobei die Hubmagnetanordnung eine Erregerspule zur Erzeugung eines Magnetfelds und einen durch das Magnetfeld der Erregerspule entlang einer Hubeinrichtung anziehbaren Anker umfasst. Der Anker und das zu übersetzende erste Kupplungsteil sind getrennt voneinander beweglich, wobei eine zwischen dem Anker und dem ersten Kupplungsteil in Hubrichtung wirksame Federeinrichtung vorgesehen ist. Diese spannt das erste Kupplungsteil gegenüber dem Anker in Hubrichtung vor.
DE 10 2014 015 093 Al hat eine Klauenkupplung mit Sensor zur Erkennung eines Schließzustands zum Gegenstand. Die Klauenkupplung umfasst zwei mit Zähnen oder Klauen versehene Kupplungselemente, von denen eines beweglich ist, sowie eine Stelleinrichtung zum Ein- und Ausrücken der Kupplung durch eine Stellbewegung des beweglichen Kupplungselements. Entlang des
Bewegungswegs des beweglichen Kupplungselements ist ein Sensor angeordnet. Dieser erfasst die Bewegung des Kupplungselements in den eingerückten Zustand. Das Kupplungselement ist mit einer Betätigungskontur versehen, die sich beim Einrücken der Kupplung am Sensor vorbeibewegt.
DE 10 2014 217 066 Al hat eine Kupplung zum Gegenstand. Diese dient zum formschlüssigen Verbinden einer ersten und einer zweiten Welle, insbesondere für ein Kraftfahrzeug und vorzugsweise für eine zuschaltbare Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs. Es ist ein in Richtung einer der Wellen verschiebbares Kupplungsteil vorgesehen, welches ein formschlüssiges Kuppeln und Trennen der Wellen ermöglicht, mit einem die Verschiebung des Kupplungsteils durch eine Verschwenkbewegung bewirkenden, mit dem Kupplungsteil gekoppelten Schaltelement in Gestalt einer Schaltgabel und ferner einem mit einer Welle umlaufenden Gewinde, in welches ein Ende der Schaltgabel einrückbar ist. Die Lagerung der Schaltgabel gegenüber einem die Kupplung umgebenden
Gehäuse ist nach Art eines Drehschubgelenks ausgebildet, wobei das Gelenk eine Schwenkbewegung sowie eine Verschiebebewegung der Schaltgabel zu lässt.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Kupplungsvorrichtung zur Kopplung und
Entkopplung einer ersten Welle und einer zweiten Welle vorgeschlagen, mit einem Kupplungskörper, der einen axialen Verfahrweg durchläuft, der durch einen ersten Endstellungsanschlag und einen zweiten Endstellungsanschlag begrenzt ist. Der Kupplungskörper ist auf einer der beiden Wellen drehfest aufgenommen und umfasst an seiner Mantelfläche eine erste umlaufende Nut mit einer ersten Steigung sowie eine zweite umlaufende Nut mit einer zweiten Steigung, die entgegengesetzt zur ersten Steigung verläuft.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann eine äußerst kompakt bauende Kupplungsvorrichtung bereit gestellt werden, die durch einen extern angeordneten elektromechanischen, elektrohydraulischen oder
elektropneumatischen Aktuator betätigt werden kann.
In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist der Aktuator, mittels dessen die Kupplungsvorrichtung betätigt wird, der
Mantelfläche des Kupplungskörpers gegenüberliegend angeordnet. Dadurch kann erreicht werden, dass der Aktuator sehr kurze Stellwege durchlaufen kann, die in vorteilhafter Weise zu extrem kurzen Schaltzeiten führen.
In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung weist der die Kupplungsvorrichtung betätigende Aktuator einen ersten Stift auf, der bei Betätigung des Aktuators in die erste umlaufende Nut des Kupplungskörpers einfährt, sowie einen zweiten Stift, der bei Betätigung des Aktuators in die zweite umlaufende Nut einfährt. Durch die über den Aktuator betätigten Stifte kann in einfacher Weise ein axiales Verfahren des Kupplungskörpers erreicht werden, sodass über die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kupplungsvorrichtung eine Schließposition wie eine Offenposition der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupplungsvorrichtung erreicht werden kann.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung weiter folgend, ist der im
Wesentlichen hülsenförmig ausgebildete Kupplungskörper auf der zweiten Welle aufgenommen und durchläuft relativ zu dieser den axialen Verfahrweg.
Die Kupplungsvorrichtung umfasst eine erste Profilierung, die am Außenumfang der ersten Welle vorgesehen ist, sowie eine zweite Profilierung, die sich am Außenumfang der zweiten Welle befindet. Die erste und die zweite Profilierung sind komplementär zu einer Innenprofilierung des Kupplungskörpers ausgeführt. Da die beiden miteinander zu koppelnden und voneinander zu entkoppelnden Wellen, nämlich die erste Welle und die zweite Welle, koaxial zueinander verlaufen, lässt sich durch die komplementäre Ausbildung der Profilierungen ein leichtes Schalten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupplungsvorrichtung erzielen.
In vorteilhafter Weise sind die erste Profilierung der ersten Welle, die zweite Profilierung der zweiten Welle sowie die Innenprofilierung des Kupplungskörpers als Längsnuten ausgeführt.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kupplungsvorrichtung ist so ausgestaltet, dass die zweite Welle einen mit einer Vorspannkraft beaufschlagten Kugelkörper aufweist, der in eine Nut des Kupplungskörpers hineinragt. Die Nut am
Innenumfang des Kupplungskörpers ist durch den ersten Endstellungsanschlag und den zweiten Endstellungsanschlag begrenzt. Dadurch wird dem
Kupplungskörper der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupplungsvorrichtung sein axialer Verfahrweg vorgegeben. Zum Erreichen einer Schließposition fährt bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupplungsvorrichtung einer der Stifte des Aktuators in eine der umlaufenden Nuten an der Mantelfläche des rotierenden Kupplungskörpers ein, wodurch dieser an den zweiten
Endstellungsanschlag fährt und dabei die erste Profilierung, die sich am
Außenumfang der ersten Welle befindet, überdeckt. Damit ist in der
Schließposition der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupplungsvorrichtung eine formschlüssige Kupplung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle hergestellt.
Zum Erreichen einer Offenposition fährt bei der erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Kupplungsvorrichtung einer der Stifte des Aktuators in eine der umlaufenden Nuten an der Mantelfläche des Kupplungskörpers ein, sodass der rotierende Kupplungskörper in diesem Falle an den ersten Endstellungsanschlag fährt und die erste Profilierung der ersten Welle freigibt, sodass die in der Schließposition hergestellte formschlüssige Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Welle aufgehoben ist.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf die Verwendung der
Kupplungsvorrichtung zwischen einer elektrischen Maschine und einer
Getriebeeinheit eines E-Achsen-Moduls für ein elektrisch angetriebenes
Fahrzeug. Eine weitere Verwendung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupplungsvorrichtung liegt in einer Verwendung innerhalb eines Getriebes, um von einer ersten Gangstufe in eine zweite Gangstufe und umgekehrt zu schalten.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kupplungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass diese sehr einfach aufgebaut ist und wenig Bauraum beispielsweise innerhalb eines E-Achsen-Moduls für eine Vorder- oder
Hinterachse eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs benötigt. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann in vorteilhafter Weise eine bestehende Drehbewegung von verschiedenen Wellen genutzt werden, um eine Axialverschiebung eines Kupplungskörpers, der im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildet ist, unter Einhaltung minimalen Bauraums und Energieaufwands zu realisieren. Die erfindungsgemäße Lösung benötigt einen geringen
Bauraumbedarf; des Weiteren ist hervorzuheben, dass der Aktuator einen sehr geringen Energiebedarf benötigt und sehr einfach anzusteuern ist. Dadurch lässt sich ein kostengünstiges System für hohe Stückzahlen insbesondere zum Einsatz bei E-Achsen-Modulen realisieren.
Da bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung die Drehbewegung der Kupplungsvorrichtung gleichzeitig die Stellbewegung erzeugt, kann die Größe des Aktuators und dessen Energiebedarf stark reduziert werden. Ein weiterer Vorteil bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupplungsvorrichtung ist daran zu erblicken, dass der Aktuator sehr kompakt baut. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kupplungsvorrichtung könnte beispielsweise direkt mit einer Zahnradstufe eines Getriebes kombiniert werden, sodass sich weitere Vorteile hinsichtlich des beanspruchten Bauraums und hinsichtlich der Anzahl der herzustellenden Teile im Zusammenhang mit der erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Kupplungsvorrichtung ergeben. Über eine Veränderung der Steigung der auf der Welle eingebrachten Nuten ist eine einfache Anpassung der notwendigen Betätigungskräfte des Aktuators oder der notwendigen Schaltdauer des Kupplungsvorganges möglich oder in Kombination beides.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender
beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 eine Draufsicht auf die Komponenten der erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Kupplungsvorrichtung, nämlich erste Welle, zweite Welle, Kupplungskörper und Aktuator,
Figur 2 einen Querschnitt durch die Kupplungsvorrichtung gemäß der
Darstellung in Figur 1, wobei die Schnittebene in der Mitte des Aktuators liegt,
Figur 3 eine Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kupplungsvorrichtung in Schließposition, Figur 4 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kupplungsvorrichtung in Offenposition und
Figur 5 eine schematische Darstellung der Komponenten eines E-Achsen- Moduls.
Ausführungsvarianten der Erfindung
Figur 1 zeigt eine Darstellung der Komponenten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupplungsvorrichtung 10.
Die Kupplungsvorrichtung 10 umfasst einen Kupplungskörper 12, der im
Wesentlichen hülsenförmig ausgebildet ist und eine Mantelfläche 14 umfasst. In die Mantelfläche 14 sind eine erste umlaufende Nut 16, die in einer ersten Steigung 18 ausgebildet ist, eingearbeitet sowie eine zweite umlaufende Nut 20, die eine zweite Steigung 22 aufweist. Die zweite Steigung 22 der zweiten umlaufenden Nut 20 läuft entgegengesetzt der ersten Steigung 18 der ersten umlaufenden Nut 16 in der Mantelfläche 14 des Kupplungskörpers 12. Wie in der Ansicht gemäß Figur 1 dargestellt, befindet sich dem Kupplungskörper 12 gegenüberliegend ein Aktuator 30. Dabei kann es sich um einen
elektromechanischen, einen elektropneumatischen oder einen
elektrohydraulischen Aktuator 30 handeln. Der Kupplungskörper 12 der
Kupplungsvorrichtung 10 gemäß der Darstellung in Figur 1 überdeckt
Wellenenden einer ersten Welle 24, bei der es sich beispielsweise um die Ausgangswelle einer elektrischen Maschine 58 (Fig. 5) handeln kann, sowie ein Wellenende einer zweiten Welle 28, bei der es sich beispielsweise um die Eingangswelle eines ein- oder mehrstufigen Getriebes handeln kann. Im
Wesentlichen ist der Kupplungskörper 12 auf dem Umfang der zweiten Welle 28 aufgenommen.
Die zweite Welle 28 umfasst eine zweite Profilierung 29, während die dieser koaxial gegenüberliegend angeordnete erste Welle 24 mit der ersten Profilierung 26 versehen ist.
In der Darstellung gemäß Figur 1 ist der Kupplungskörper 12 die Enden der beiden Wellen 24, 28 überdeckend dargestellt. Der den beiden umlaufenden Nuten 16, 20 gegenüberliegende Aktuator 30 umfasst einen ersten Stift 32, der so ausgebildet ist, dass dieser in die erste umlaufende Nut 16 einfährt, während ein zweiter Stift 34 am Aktuator 30 so angeordnet ist, dass dieser in die zweite umlaufende Nut 20 einfährt. Sowohl die erste umlaufende Nut 16 als auch die zweite umlaufende Nut 20 weisen einen gerundeten Nutgrund auf, wobei die Rundung zur Rundung der Köpfe der beiden Stifte 32, 34 korrespondiert, sodass ein möglichst verschleißarmer Kontakt zwischen den Stiften 32, 34 einerseits und den umlaufenden Nuten 16, 20 andererseits erreicht werden kann.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch die Kupplungsvorrichtung 10 gemäß der Darstellung in Figur 1, wobei die Schnittebene in Figur 2 auf der Symmetrieachse des Aktuators 30 liegt.
Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, dass der Kupplungskörper 12 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupplungsvorrichtung 10 eine
Innenprofilierung 36 aufweist. Die Innenprofilierung 36, die am Innenumfang des Kupplungskörpers 12 ausgebildet ist, verläuft in Form von Längsnuten 38.
Korrespondierend zur Innenprofilierung 36 sind die erste Profilierung 26 in Bezug auf die erste Welle 24 ausgeführt, ebenso wie die zweite Profilierung 29, die am Wellenende auf dem Umfang der zweiten Welle 28 ausgeführt ist. Aus der geschnittenen Darstellung der zweiten Welle 28 gemäß Figur 2 lässt sich überdies entnehmen, dass die zweite Welle 28 eine Bohrung 40 aufweist, in der ein Kugelkörper 42 aufgenommen ist. Der Kugelkörper 42 wird durch eine in Figur 2 nicht dargestellte Feder 44 in Radialrichtung vorgespannt.
Aus der perspektivischen Draufsicht auf die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kupplungsvorrichtung 10 gemäß Figur 2 geht hervor, dass der Aktuator 30 der zweiten Umlaufnut 20 gegenüberliegt - vergleiche Draufsicht gemäß Figur 1.
Das Ende der ersten Welle 24 ist in der perspektivischen Schnittdarstellung gemäß Figur 2 vom Material des Kupplungskörpers 12 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupplungsvorrichtung 10 überdeckt und daher aus
zeichnerischen Gründen nicht dargestellt. Der von einer in die Bohrung 40 eingelassenen Feder 44 beaufschlagte Kugelkörper 42 wird in eine am
Innenumfang des Kupplungskörpers 12 ausgebildete Nut 46 angestellt, vergleiche Darstellung gemäß der Figuren 3 und 4. In der Längsschnittdarstellung gemäß Figur 3 ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kupplungsvorrichtung 10 in ihrer Schließposition 54 dargestellt.
Aus dem Längsschnitt gemäß Figur 3 geht hervor, dass in der Schließposition 54 der Kupplungskörper 12 der Kupplungsvorrichtung 10 die erste Profilierung 26 am Wellenende der ersten Welle 24 überdeckt. Die in Figur 3 dargestellte Schließposition 54 entspricht im Wesentlichen der Lage des Kupplungskörpers 12 der Kupplungsvorrichtung 10, die in der Draufsicht gemäß Figur 1 dargestellt ist. In der in Figur 3 dargestellten Schließposition 54 der Kupplungsvorrichtung 10 besteht eine formschlüssige Verbindung zwischen der ersten Welle 24 und der zweiten Welle 28. Im Wesentlichen ist der Kupplungskörper 12 auf dem Umfang der zweiten Welle 28 aufgenommen. In dieser verläuft - wie aus der Querschnittsdarstellung gemäß Figur 2 hervorgeht - die Bohrung 40, in der sich der Kugelkörper 42 befindet, der durch die Feder 44 vorgespannt ist und in eine Nut 46 am Innenumfang des Kupplungskörpers 12 eingreift. Durch die Feder 44, die in die Bohrung 40 eingelassen ist, wird der Kugelkörper 42 in die Nut 46 gedrückt. Die Nut 46 umfasst einen ersten Endstellungsanschlag 48 und an dem diesem gegenüberliegenden Ende einen zweiten Endstellungsanschlag 50.
Durch die beiden Endstellungsanschläge 48 beziehungsweise 50 wird ein axialer Verfahrweg 52, um welchen der Kupplungskörper 12 der Kupplungsvorrichtung 10 verfahrbar ist, definiert. Im in Figur 3 dargestellten Zustand, d. h. der
Schließposition 54 des Kupplungskörpers 12 der erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Kupplungsvorrichtung 10, liegt der Kugelkörper 42 am zweiten Endstellungsanschlag 50 an, d. h. ist soweit auf die erste Profilierung 26 der ersten Welle 24 verfahren, dass die Innenprofilierung 36 des Kupplungskörpers 12 die erste Profilierung 26 der ersten Welle 24 überdeckt und eine
formschlüssige Verbindung zwischen der ersten Welle 24 und der zweiten Welle 28 vorliegt.
In der Figur 3 ist die Schließposition 54 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupplungsvorrichtung 10 dargestellt. In diesem Falle verbindet die
erfindungsgemäß vorgeschlagene Kupplungsvorrichtung 10 eine elektrische Maschine 58 (Fig. 5) mit einem Getriebe, sodass die elektrische Maschine 58 über das Getriebe und gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines
Differentials das Moment der elektrischen Maschine 58 an die angetriebenen Räder überträgt. Es kann in bestimmten Fahrsituationen vorteilhaft sein, wenn die elektrische Maschine 58 vom Getriebe abgekoppelt werden kann. Hierfür wird die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kupplungsvorrichtung 10 von ihrer Schließposition 54 in ihre in Figur 4 dargestellte Offenposition 56 überführt.
Dazu wird der in Figur 1 dargestellte Aktuator 30 angesteuert, sodass der zweite Stift 34 in die zweite umlaufende Nut 20 einfährt. Da sich der Kupplungskörper 12 der Kupplungsvorrichtung 10 permanent dreht, schiebt sich der
Kupplungskörper 12 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kupplungsvorrichtung 10 gemäß der zweiten Steigung 22 in axiale Richtung in Bezug auf die zweite Welle 28. Dies erfolgt solange bis die Offenposition 56, die in Figur 4 dargestellt ist, erreicht ist. Durch die in die zweite Welle 28
eingebrachte Bohrung 40 wird der Kupplungskörper 12 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupplungsvorrichtung 10 in Position gehalten, sodass der Aktuator 30, d. h. dessen zweiter Stift 34 wieder eingefahren werden kann.
Durch die erste umlaufende Nut 16, den zweiten Stift 34 und den ersten Stift 32 des Aktuators 30 kann der Kupplungskörper 12 nach entsprechender
Ansteuerung des Aktuators 30 wieder in die Schließposition 54, die in Figur 3 dargestellt ist, überführt werden. Auch in der Schließposition 54 wird der Kupplungskörper 12 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kupplungsvorrichtung 10 über den Kugelkörper 42, der durch die Feder 44 beaufschlagt ist, in seiner Position gehalten.
Somit wird der Aktuator 30 stets nur für einen kurzen Moment mit Energie beaufschlagt. Die eigentliche Verstellung, d. h. die Passage des axialen
Verfahrwegs 52 wird durch die Rotation des Kupplungskörpers 12 bei entsprechend eingefahrenen Stiften 32 beziehungsweise 34 entsprechend des axialen Verfahrwegs 52 vorgenommen.
Es ist anzustreben, dass die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Kupplungsvorrichtung 10 in ihrer Offenposition 56 steht, die auf der Seite liegt, auf der die elektrische Maschine 58 (Fig. 5) vorgesehen ist. In diesem Falle kann über das Anfahren der elektrischen Maschine 58 die Kupplungsvorrichtung 10 eingerückt werden. Wäre die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Kupplungsvorrichtung 10 in ihrer Offenposition 56 auf der Seite des Getriebes angeordnet, so wäre ein Einrücken der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupplungsvorrichtung 10 nur im Fährbetrieb des Fahrzeugs möglich, da die Kupplungsvorrichtung 10 zum Einrücken eine Drehbewegung vollführen muss, wie obenstehend dargelegt.
Figur 5 zeigt in schematischer Ansicht die Komponenten eines E-Achsen-Moduls 66.
Aus der Darstellung gemäß Figur 5 geht hervor, dass eine elektrische Maschine 58 die Ausgangswelle 24 umfasst, welche der ersten Welle 24 entspricht.
Zwischen der ersten Welle 24, d. h. der Ausgangswelle der elektrischen
Maschine 58 und einer Eingangswelle 28 eines Getriebes 60 befindet sich die Kupplungsvorrichtung 10 wie oben stehend anhand der Figuren 1 und 2 beschrieben. Der Aktuator 30 liegt dem im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildeten Kupplungskörper 12 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupplungsvorrichtung 10 gegenüber. Vom Getriebe 60 aus zweigen eine erste Achswelle 62 sowie eine zweite Achswelle 64 zu den angetriebenen Rädern eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs ab. Bei der Getriebeeinheit 60 kann es sich um ein Getriebe handeln, beispielsweise ein Achsverteilergetriebe, ein Differential oder dergleichen.
Die Einheit aus elektrischer Maschine 58, Kupplungsvorrichtung 10 und
Getriebeeinheit 60 bilden die wesentlichen Komponenten eines E-Achsen- Moduls 66 für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Das E-Achsen-Modul 66 kann als Hinterachse oder als Vorderachse eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs eingesetzt werden und dementsprechend Verwendung finden. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kupplungsvorrichtung 10 kann sowohl dazu dienen, die elektrische Maschine 58 bei höheren Geschwindigkeiten des Fahrzeugs abzukoppeln oder die Getriebeeinheit 60 in eine zweite oder höhere Gangstufe zu schalten.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ansprüche
1. Kupplungsvorrichtung (10) zur Kopplung und Entkopplung einer ersten Welle (24) und einer zweiten Welle (28) mit einem Kupplungskörper (12), der einen axialen Verfahrweg (52) durchläuft, der durch einen ersten Endstellungsanschlag (48) und einen zweiten
Endstellungsanschlag (50) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungskörper (12) auf einer der beiden Wellen (24, 28) drehfest aufgenommen ist und an seiner Mantelfläche (14) eine erste umlaufende Nut (16) mit einer ersten Steigung (18) und eine zweite umlaufende Nut (20) mit einer zweiten Steigung (22) umfasst, die entgegengesetzt zur ersten Steigung (18) verläuft.
2. Kupplungsvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelfläche (14) des Kupplungskörpers (12)
gegenüberliegend ein elektromechanischer Aktuator (30) angeordnet ist.
3. Kupplungsvorrichtung (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (30) einen ersten Stift (32) aufweist, der bei
Betätigung des Aktuators (30) in die erste umlaufende Nut (16) einfährt.
4. Kupplungsvorrichtung (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (30) einen zweiten Stift (34) aufweist, der bei
Betätigung des Aktuators (30) in die zweite umlaufende Nut (20) einfährt.
5. Kupplungsvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungskörper (12) im Wesentlichen auf der zweiten Welle (28) aufgenommen ist und relativ zu dieser den axialen Verfahrweg (52) durchläuft.
6. Kupplungsvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Profilierung (26) der ersten Welle (24) und eine zweite Profilierung (29) der zweiten Welle (28) komplementär zu einer
Innenprofilierung (36) des Kupplungskörpers (12) ausgeführt sind.
7. Kupplungsvorrichtung (10) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Profilierung (26), die zweite Profilierung (29) und die Innenprofilierung (36) als Längsnuten (38) ausgeführt sind.
8. Kupplungsvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Welle (28) einen mit einer Vorspannkraft beaufschlagten Kugelkörper (42) aufweist, der in eine Nut (46) des Kupplungskörpers (12) hineinragt, die durch den ersten Endstellungsanschlag (48) und den zweiten Endstellungsanschlag (50) begrenzt ist.
9. Kupplungsvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erreichen einer Schließposition (54) einer der Stifte (32, 34) in eine der umlaufenden Nuten (16, 20) einfährt und der rotierende
Kupplungskörper (12) an den zweiten Endstellungsanschlag (50) fährt und die erste Profilierung (26) der ersten Welle (24) überdeckt.
10. Kupplungsvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erreichen einer Offenposition (56) einer der Stifte (32, 34) in eine der umlaufenden Nuten (16, 20) einfährt und der rotierende
Kupplungskörper (12) an den ersten Endstellungsanschlag (48) verfährt und die erste Profilierung (26) der ersten Welle (24) wieder freigibt.
11. Verwendung der Kupplungsvorrichtung (10) nach einem der
vorstehenden Ansprüche zwischen einer elektrischen Maschine (58) und einer Getriebeeinheit (60) eines E-Achsen-Moduls (66) für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug.
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