WO2021185472A1 - Bauraumoptimierte trennkupplungseinrichtung für eine achswelle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine bauraumoptimierte Trennkupplungseinrichtung (100) mit einer Wellentrennkupplung (130) zum Verbinden und Trennen von zwei Wellensegmenten (110, 120) einer Achswelle und mit einem Betätigungsmechanismus (170) zum Betätigen der Wellentrennkupplung (130). Die Wellentrennkupplung (130) weist zwei Kupplungsklauen (140, 150) auf, welche drehfest mit jeweils einem der Wellensegmente (110, 120) verbunden sind, wobei eine Kupplungsklaue (150) zum Öffnen und Schließen der Wellentrennkupplung (130) axialverschieblich ausgebildet ist und mithilfe des Betätigungsmechanismus (170) verschiebbar ist, wobei der Betätigungsmechanismus (170) platzsparend in einem die Wellensegmente (110, 120) umgebenden Gehäuseringraum (185) angeordnet ist und einen Schwenkhebel (171) zum Verschieben der axialverschieblichen Kupplungsklaue (150) sowie einen Stellhebel (175) zum Verschwenken des Schwenkhebels (171) umfasst.

Description

Bauraumoptimierte Trennkupplungseinrichtung für eine Achswelle

BESCHREIBUNG:

Die Erfindung betrifft eine Trennkupplungseinrichtung mit einer Wellentrenn kupplung zum (wahlweisen) Verbinden und Trennen von zwei Wellenseg menten einer Achswelle und mit einem Betätigungsmechanismus zum Betä tigen, d. h. zum Verbinden und Trennen, der Wellentrennkupplung.

Die DE 102017220511 B4 beschreibt einen Antriebsstrang für einen Kraft wagen. Der Antriebsstrang (10) ist als Allradsystem mit wenigstens zwei All radkupplungen (44, 46) ausgebildet. Die zweite Allradkupplung bzw. die zweite Kopplungseinrichtung (46) ist als Klauenkupplung ausgebildet und in ein Differential (48) der Hinterachse (36) integriert.

Durch die Erfindung wird nun eine (schaltbare) Trennkupplungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bereitgestellt, die bauraumopti miert ausgebildet ist und somit auch für die typischerweise beengten Platz verhältnisse an einer angetriebenen Fahrzeugachse geeignet ist. Weiterbil dungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Trennkupplungsein richtung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfol genden Erfindungsbeschreibung und den Figuren.

Die erfindungsgemäße Trennkupplungseinrichtung ist dadurch gekennzeich net, dass die Wellentrennkupplung (Achswellentrennkupplung) zwei Kupp lungsklauen aufweist, welche drehfest mit jeweils einem der Wellensegmente der Achswelle verbunden sind, wobei eine Kupplungsklaue zum Öffnen bzw. Trennen und zum Verbinden bzw. Schließen der Wellentrennkupplung axial verschieblich ausgebildet bzw. angeordnet ist und mithilfe des Betätigungs- mechanismus axial verschoben werden kann bzw. in axialer Richtung ver schiebbar ist. Bevorzugt weisen die Kupplungsklauen korrespondierende Plan- bzw. Stirnverzahnungen auf und bilden eine sogenannte Stirnzahn kupplung. Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass der Betätigungsme chanismus in einem die Wellensegmente umgebenden Gehäuseringraum angeordnet ist und einen Schwenkhebel zum Verschieben der axialver schieblichen Kupplungsklaue sowie einen Stellhebel zum Verschwenken des Schwenkhebels umfasst bzw. aufweist.

Die erfindungsgemäße Trennkupplungseinrichtung ist bauraumoptimiert ausgebildet und umfasst einen platzsparenden, besonders kleinbauenden und dennoch sehr robusten Betätigungsmechanismus, der als Hebelmecha nismus ausgebildet und in einem die zu koppelnden Wellensegmente der Achswelle umgebenden Gehäuseringraum untergebracht ist. Die radiale Breite des Gehäuseringraums beträgt bspw. nur 15 mm bis 20 mm. Der He belmechanismus ermöglicht zudem eine effektive, durch konstruktive Ausle gung vorgebbare Kraft- und/oder Wegübersetzung.

Bevorzugt ist die axialverschiebliche Kupplungsklaue auf einem der Wellen segmente (der Achswelle) axialverschiebbar angeordnet und der Schwenk hebel ist als ein dasselbe Wellensegment umgebendes bzw. vom selben Wellensegment durchragtes Ringelement (ringartiges Schwenkelement) ausgebildet. Dieses Ringelement ist relativ zu der Wellensegmentachse ver- schwenkbar und ist derart mit der axialverschieblichen Kupplungsklaue ge koppelt, dass Schwenkbewegungen des Ringelements in lineare Verschie bebewegungen der axialverschieblichen Kupplungsklaue umgesetzt werden bzw. umsetzbar sind. Das Ringelement ermöglicht eine sehr gute Platzaus nutzung. Durch Hin- und Herschwenken des Ringelements mithilfe des Stell hebels wird die axialverschiebliche Kupplungsklaue auf dem betreffenden Wellensegment entsprechend hin- und hergeschoben und wird je nach dem mit der anderen Kupplungsklaue verbunden oder getrennt, wodurch die Wel lentrennkupplung geschlossen oder geöffnet wird. Das Ringelement ist bevorzugt an einer Umfangsstelle mittels Schwenkge lenk an einem Gehäuseteil gelagert (gehäusefestes Schwenkgelenk). Der Stellhebel ist bevorzugt an einer gegenüberliegenden, d. h. um 180° versetz ten, Umfangsstelle am Ringelement angelenkt, d. h., gelenkig mit dem Rin gelement verbunden.

Das Ringelement ist bevorzugt über zwei Schubglieder oder dergleichen mit der axialverschieblichen Kupplungsklaue gekoppelt. Bevorzugt sind diese Schubglieder an gegenüberliegenden, d. h. um 180° versetzten, Umfangs stellen des Ringelements angeordnet, insbesondere bezüglich des Schwenk gelenks um +90°und -90° versetzt, und greifen an ihren freien, vom Rin gelement wegweisenden Enden in eine an der axialverschieblichen Kupp lungsklaue ausgebildete Ringnut ein, wobei der Eingriff mittelbar (bspw. mit tels Stiften bzw. Pins) oder unmittelbar (durch entsprechende Ausgestaltung der Schubgliederenden mit Formschlussmitteln) erfolgen kann.

Der Betätigungsmechanismus kann ferner eine Stellwelle für den Stellhebel aufweisen, welche drehbar in einem Gehäuseteil gelagert ist (gehäusefeste Stellwelle) und welche mit einem außerhalb des Gehäuseringraums befindli chen Stellantrieb (z. B. ein elektrischer Stellmotor, ein elektromechanischer Stellaktuator, ein pneumatischer Antrieb oder ein hydraulischer Antrieb) ver bunden bzw. verbindbar ist. Diese Stellwelle ist derart mit dem Stellhebel gekoppelt, dass Drehbewegungen der Stellwelle in Stellbewegungen, insbe sondere in geradlinige oder auch krummlinige Stellbewegungen, des Stell hebels, die zum Verschwenken des Schwenkhebels bzw. zum Verändern dessen Schwenkposition führen, umgesetzt werden bzw. umsetzbar sind.

Die erfindungsgemäße Trennkupplungseinrichtung kann eine lösbare Positi onsarretierung für die axialverschiebliche Kupplungsklaue aufweisen, sodass die axialverschiebliche Kupplungsklaue sicher im geschlossenen und/oder geöffneten Zustand bzw. in der damit einhergehenden axialen Position ver bleibt. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Trennkupplungseinrichtung bzw. sind deren Komponenten in einem, insbesondere metallischen, Differentialgehäu se oder einem Differentialanbaugehäuse angeordnet. Der Schwenkhebel und/oder der Stellhebel sind bevorzugt als (metallische) Druckgussteile aus gebildet.

Die erfindungsgemäße Trennkupplungseinrichtung wird bevorzugt als Allrad kupplung an der Sekundärachse, vorzugsweise an der Hinterachse, eines Kraftfahrzeugs verwendet, wie in der DE 102017220511 B4 beschrieben, insbesondere zur wahlweisen Kopplung (und Entkopplung bzw. Abkopplung) der betreffenden Fahrzeugräder mit einer Kardanwelle oder dergleichen. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich bevorzugt um ein Elektro- oder Hybridau to mit wenigstens einer E-Maschine als Antrieb.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die in den Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von bestimmten Merkmalskombinatio nen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entspre chend weiterbilden.

Fig. 1 zeigt in einer Explosionszeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbei spiel der erfindungsgemäßen Trennkupplungseinrichtung (ohne Ge häuse) für eine angetriebene bzw. antreibbare Fahrzeugachse.

Fig. 2 zeigt in einer Schnittdarstellung die geschlossene Trennkupplungs einrichtung der Fig. 1 (mit Gehäuse).

Fig. 3 zeigt in einer Schnittdarstellung (analog zur Fig. 2) die geöffnete Trennkupplungseinrichtung der Fig. 1.

Die in Fig. 1 gezeigte Trennkupplungseinrichtung 100 umfasst ein erstes, zu einem Differentialgetriebe führendes Wellensegment 110 (Antriebswellen segment) und ein zweites, im Weiteren zu einem Fahrzeugrad führendes Wellensegment 120 (Abtriebswellensegment), die zu einer Achswelle gehö- ren, welche das Fahrzeugrad mit dem Achsdifferentialgetriebe verbindet. Die Trennkupplungseinrichtung 100 umfasst ferner eine Wellentrennkupplung 130 mit einer ersten Kupplungsklaue 140 und einer zweiten Kupplungsklaue 150, die über Steckverzahnungen drehfest auf jeweils eines der Wellenseg mente 110, 120 aufgesteckt sind (siehe Fig. 2 und 3).

Die zweite Kupplungsklaue 150 ist relativ zum zweiten Wellensegment 120 in Axialrichtung (des zweiten Wellensegments 120) axialverschieblich und kann daher auch als Verschiebeklaue bezeichnet werden. Die erste Kupplungs klaue 140 ist auch axialverschieblich, wird aber durch eine Überlastfeder 160 abgestützt und dadurch in axialer Position gehalten, weswegen die erste Kupplungsklaue 140 auch als Festklaue bezeichnet werden kann. Durch axi ales Verschieben der zweiten Kupplungsklaue 150 wird die Wellentrenn kupplung 130 wahlweise geöffnet (siehe Fig. 3) oder geschlossen (siehe Fig. 2). Bei geschlossener Wellentrennkupplung 130 ist zwischen den Wel lensegmenten 110, 120 eine Drehmomentübertragung möglich, wobei das Drehmoment über den formschlüssigen Eingriff der Planverzahnungen bzw. Stirnverzahnungen 145, 155 übertragen wird.

Die Trennkupplungseinrichtung 100 umfasst ferner einen Betätigungsme chanismus 170 zum axialen Verschieben der zweiten Kupplungsklaue 150.

Der kleinbauende Betätigungsmechanismus 170 ist platzsparend in einem die Wellensegmente 110, 120 und Kupplungsklauen 140, 150 umgebenden Gehäuseringraum 185 eines Differentialgehäuses oder Differentialanbauge häuses 180 (siehe Fig. 2) angeordnet. Zum Betätigungsmechanismus 170 gehört ein als Ringelement ausgebildeter Schwenkhebel 171 (ringartiger Schwenkhebel), der vom zweiten Wellensegment 120 durchragt wird, sowie ein Stellhebel 175. Das Ringelement 171 ist mittels eines Schwenkgelenks 172 am Gehäuse 180 schwenkbar gelagert. Der Stellhebel 175 ist gegen über des Schwenkgelenks 172 am Ringelement 171 angelenkt und an sei nem anderen Ende mit einer am Gehäuse 180 drehbar gelagerten Stellwelle 176 gekoppelt. Die Stellwelle 176 ist mit einem nicht gezeigten, außerhalb des Gehäuseringraums 185 befindlichen Stellantrieb verbunden. Zum Öffnen bzw. Trennen der geschlossenen Wellentrennkupplung 130 (siehe Fig. 2) wird die Stellwelle 176 im Uhrzeigersinn gedreht. Diese Dreh bewegung A wird in eine krummlinige oder zumindest annähernd geradlinige Stellbewegung B des Stellhebels 175 umgesetzt, was eine entsprechende Schwenk- bzw. Wippbewegung C des Ringelements 171 relativ zur Schwen kelementachse verursacht. Die Schwenkbewegung C des Ringelements 171 wird in eine lineare Verschiebebewegung D der axialverschieblichen zweiten Kupplungsklaue 150 umgesetzt. Das Ringelement 171 ist hierzu mit zwei laschenartigen Schubgliedern 173 ausgebildet, die an ihren freien Enden mittels kurzer Stifte 174 symmetrisch in eine an der zweiten Kupplungsklaue 150 ausgebildete Ringnut 152 eingreifen und kippmomentfrei die axialver schiebliche zweite Kupplungsklaue 150 entsprechend der Schwenkbewe gung C des Ringelements 171 verschieben.

Das Schließen bzw. Verbinden der geöffnete Wellentrennkupplung 130 (sie he Fig. 3) erfolgt analog zu den vorausgehenden Erläuterungen, indem die Stellwelle 176 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird. Das Öffnen und Schließen der Wellentrennkupplung 130 kann auch im Fährbetrieb bzw. un ter Last erfolgen.

Ferner ist eine lösbare Positionsarretierung für die axialverschiebliche Kupp lungsklaue 150 vorgesehen. Die axialverschiebliche Kupplungsklaue 150 wird sowohl im geöffneten Zustand (siehe Fig. 3) als auch im geschlossenen Zustand (siehe Fig. 2) mittels wenigstens eines federnden Druckstücks 190 (z. B. ein Federstift oder eine Kugelfeder), welches im zweiten Achssegment 120 angeordnet ist, lösbar arretiert. Die Positionsarretierung ist so ausgebil det, dass keine nennenswerte Reibung auftritt und dass (im geöffneten Zu stand) auch ein sicheres Lüftspiel gewährleistet ist (siehe Fig. 3).

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Trennkupplungseinrichtung (100) mit einer Wellentrennkupplung (130) zum Verbinden und Trennen von zwei Wellensegmenten (110, 120) ei ner Achswelle und mit einem Betätigungsmechanismus (170) zum Be tätigen der Wellentrennkupplung (130), dadurch gekennzeichnet, dass die Wellentrennkupplung (130) zwei Kupplungsklauen (140, 150) auf weist, welche drehtest mit jeweils einem der Wellensegmente (110, 120) verbunden sind, wobei eine Kupplungsklaue (150) zum Öffnen und Schließen der Wellentrennkupplung (130) axialverschieblich ausgebil det ist und mithilfe des Betätigungsmechanismus (170) verschiebbar ist, wobei der Betätigungsmechanismus (170) in einem die Wellensegmen te (110, 120) umgebenden Gehäuseringraum (185) angeordnet ist und einen Schwenkhebel (171) zum Verschieben der axialverschieblichen Kupplungsklaue (150) sowie einen Stellhebel (175) zum Verschwenken des Schwenkhebels (171) umfasst.

2. Trennkupplungseinrichtung (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die axialverschiebliche Kupplungsklaue (150) auf einem der Wellen segmente (120) axialverschiebbar angeordnet ist und dass der Schwenkhebel (171) als ein dasselbe Wellensegment (120) umgeben des Ringelement ausgebildet ist, wobei das Ringelement (171) relativ zur Wellensegmentachse verschwenkbar ist und derart mit der axial verschieblichen Kupplungsklaue (150) gekoppelt ist, dass Schwenkbe wegungen (C) des Ringelements (171) in lineare Verschiebebewegun gen (D) der axialverschieblichen Kupplungsklaue (150) umgesetzt wer den.

3. Trennkupplungseinrichtung (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (171) an einer Umfangsstelle mittels Schwenkgelenk (172) an einem Gehäuseteil (180) gelagert ist und der Stellhebel (175) an einer gegenüberliegenden Umfangsstelle am Ringelement (171) an gelenkt ist.

4. Trennkupplungseinrichtung (100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (171) über zwei Schubglieder (173) mit der axialver schieblichen Kupplungsklaue (150) gekoppelt ist, wobei die Schubglie der (150) an gegenüberliegenden Umfangsstellen des Ringelements (171) angeordnet sind und an ihren freien Enden in eine an der axial verschieblichen Kupplungsklaue (150) ausgebildete Ringnut (152) ein- greifen.

5. Trennkupplungseinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsmechanismus (170) ferner eine Stellwelle (176) für den Stellhebel (175) aufweist, welche drehbar in einem Gehäuseteil (180) gelagert und mit einem außerhalb des Gehäuseringraums (185) befind lichen Stellantrieb verbunden ist, wobei die Stellwelle (176) derart mit dem Stellhebel (175) gekoppelt ist, dass Drehbewegungen (A) der Stellwelle (176) in Stellbewegungen (B) des Stellhebels (175) umge setzt werden.

6. Trennkupplungseinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine lösbare Positionsarretierung (190) für die axialverschiebliche Kupplungsklaue (150) vorgesehen ist.

7. Trennkupplungseinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsklauen (140, 150) mit korrespondierenden Planverzah nungen (145, 155) ausgebildet sind.

8. Trennkupplungseinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese in einem Differentialgehäuse (180) oder einem Differentialanbau gehäuse (180) untergebracht ist.

9. Trennkupplungseinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkhebel (171) und/oder der Stellhebel (175) als Druck gussteile ausgebildet sind.

10. Verwendung einer Trennkupplungseinrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche als Allradkupplung an der Sekundärachse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektro- oder Hybridautos.