WO2022157142A1 - Klauenkupplungsanordnung, antriebsstrang sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Klauenkupplungsanordnung, antriebsstrang sowie kraftfahrzeug Download PDF

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Martin Ruider
Fabian HARTMANN
Ludwig GEISSELBRECHT
Bastian Schuh
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    • F16D2500/10443—Clutch type
    • F16D2500/10462—Dog-type clutch

Definitions

  • the invention relates to a dog clutch arrangement for a motor vehicle with a clutch body, the clutch body having first teeth in a first toothing, and an axially movable sliding sleeve arrangement with second teeth in a second toothing.
  • Claw couplings are form-fitting couplings.
  • two gears mesh so that torque can be transmitted.
  • the teeth of the two clutch elements come to rest on one another and initially do not mesh. This position is called the tooth-on-tooth position.
  • the clutch body In order to enable engagement via an actuator despite such a tooth-on-tooth position, it is known to support the actually axially stationary element, here called the clutch body, with a spring.
  • the sliding sleeve being engaged can be continuously moved at a tooth-on-tooth position during engagement, thereby simplifying control of the actuator.
  • a sensor is to be provided on the side of the coupling body in order to detect its position.
  • the sliding sleeve arrangement has a switching ring on the drive side and a sleeve with the second toothing on the driven side, the switching ring and the sleeve being connected by a Decoupling element are decoupled via a predetermined path.
  • the switching ring and/or the sleeve can be moved for a specific path, namely the specified path, without the other part having to move as well.
  • they are not completely decoupled, otherwise they could not be indented together. But for a given path they can be decoupled.
  • the switching ring and the sleeve are decoupled for a predetermined distance only in the direction of engagement.
  • the switching ring and the sleeve can be continuously coupled in the disengagement direction or continuously coupled from a certain position.
  • the core of the invention is also considered that the decoupling element, in particular a spring element, is arranged on the sliding sleeve arrangement.
  • the decoupling element in particular a spring element
  • the actuation method can also be carried out in a simplified manner.
  • the dog clutch thus consists of two parts.
  • the first part is called the coupling body and is essentially stationary. At this point, stationary means that it is so little movable that its axial mobility cannot unintentionally engage the claw clutch.
  • the coupling body is preferably arranged without play.
  • the jaw clutch assembly has a sliding sleeve assembly as an axially movable part for engagement. This is designed in two parts, with the two parts being coupled to one another via a spring element.
  • the sleeve has the toothing, while there is a switching ring on the side of the shift fork. This is preferably ring-shaped, but it can also have different shapes. In its function, it only transfers the force coming from an actuator to the spring element that connects the switching ring to the sleeve.
  • the spring element can have a stroke that is smaller than that
  • Coverage of the sleeve is.
  • the overlap is the maximum distance that the coupled teeth lie one above the other in the axial direction. Accordingly, the travel is so large that it is sufficient to mesh the toothing after a tooth-on-tooth position has been released, but not so large that the engagement position of the actuator is reached in a tooth-on-tooth position.
  • the sleeve can preferably have a stop which bridges the spring arrangement in the direction of disengagement. Then the spring element is only functional in the direction of engagement.
  • the dog clutch arrangement can preferably have an actuator with an electric motor.
  • This electric motor can have a position sensor.
  • the position sensor can preferably be configured as a rotation angle sensor.
  • the position of the switching ring can then also be determined via the angle of rotation sensor and the geometric design.
  • the position of the sleeve can also be inferred, taking into account boundary conditions in the described claw clutch arrangement. As a result, there is no need for a position sensor on the side of the coupling body.
  • the actuator can preferably be designed electromechanically or electrohydraulically. It can therefore also have a hydraulic section to bridge longer distances.
  • a hydraulic actuator with a hydraulic control unit can be used.
  • Another alternative is magnetic actuation.
  • the spring element can preferably be designed as a disc spring.
  • the dog clutch arrangement can have a shift fork. This advantageously engages in the switching ring and moves it in the axial direction.
  • the spring element can be designed as a corrugated spring.
  • a corrugated spring is particularly preferred for longer spring deflections.
  • the spring element is preferably annular.
  • the gear teeth of the clutch body and sliding sleeve can extend in the axial or radial direction. Furthermore, the movable sliding sleeve also has axial or radial sliding teeth.
  • the first teeth and/or the second teeth can advantageously extend in the radial direction. So far, only the teeth of the coupling body and the sleeve have been addressed with the teeth.
  • the sleeve can also be connected to a drive shaft via teeth.
  • the toothing can preferably be designed as a fitting toothing.
  • the toothing can be designed as face toothing.
  • a spline and a face spline can also be used. In particular, there can be a spline between the drive shaft and the sleeve and a face spline between the sleeve and the clutch body.
  • the invention also relates to a drive train for a motor vehicle with a first axle and a second axle, at least one wheel being arranged on each side of each axle and a differential gear being arranged on at least one of the axles.
  • the drive train is characterized in that between the differential gear and one of the wheels a claw clutch arrangement is arranged, which is designed as described.
  • the invention relates to a drive train for a motor vehicle with a first axle and a second axle, with at least one wheel being arranged on each side of each axle and the two axles being connected via a cardan shaft.
  • the drive train is characterized in that a dog clutch arrangement is arranged on the cardan shaft as described.
  • the invention relates to a drive train for a motor vehicle with a first axle and a second axle, with at least one wheel being arranged on each side of each axle.
  • a shaft called the intermediate shaft, is part of this gear stage. It advantageously carries at least two spur gears.
  • the drive train is characterized in that a dog clutch arrangement is arranged on the intermediate shaft as described.
  • At least one electric motor in particular a traction electric motor, is assigned to each of the drive trains described. This can be decoupled from the rest of the drive train with the dog clutch arrangement.
  • the traction electric motor is so named to distinguish it from other powertrain electric motors such as the electric motor of the jaw clutch assembly actuator. Of course, it has a multiple of power, since it is intended to drive the motor vehicle.
  • the invention also relates to a drive train for a motor vehicle with a first axle and a second axle, at least one wheel being arranged on each side of each axle and a differential gear being arranged on at least one of the axles.
  • the drive train is characterized in that a dog clutch arrangement is arranged in the differential gear as described.
  • the invention relates to a motor vehicle with a dog clutch arrangement and/or a drive train.
  • the motor vehicle is characterized in that the dog clutch arrangement and/or the drive train is designed as described.
  • 3 shows a dog clutch arrangement in a first position
  • 4 shows a dog clutch arrangement in a second position
  • FIG. 6 shows a dog clutch arrangement in a fourth position.
  • a differential 4 is arranged on at least one of the axles.
  • the axles can be connected via an intermediate shaft 5.
  • So-called side shafts 7 are located between the differential and the wheels 6 of the axles. However, it can just as well be arranged on the sideshaft 7 or in the differential 4 .
  • Fig. 2 shows the distance 9 of an actuation path. This is given in millimeters, but the given path lengths are basically arbitrary. The sequence of essential points presented below is not limited to the specified path lengths, these can rather be adapted in individual cases.
  • the sliding sleeve of the dog clutch arrangement 8 is in the disengaged state at the position 10. This can also be referred to as the disengaged position. If the sleeve is then pushed in the direction of engagement, after a certain distance it reaches the tooth-on-tooth position 12. Since the electric motor of the claw clutch arrangement 8 has a rotation angle sensor, it is known when this position has been reached. Since, as will be explained further below, a spring element is arranged between the switching ring and the sleeve, its stroke path 15 can be moved further up to the blocking position 14 without any problems. Once the tooth-on-tooth position has been overcome, the sleeve can also be moved further in the direction of the coupling body until it reaches the end position 16.
  • the stroke path 15 is smaller than the engagement path 17.
  • the engagement path 17 is the path that the sleeve or the switching ring travels from position 10 to position 16 when engaging.
  • FIG. 3 shows the dog clutch assembly 8 in a first position, namely the disengaged position. Part of a shift fork 20 that engages in a shift ring 22 can be seen. This is connected to the sleeve 28 via a disc spring 24 as a spring element 26 .
  • the switching ring 22, the plate spring 24 and the sleeve 28 together form the sliding sleeve arrangement 30.
  • Second teeth 34 are located on sleeve 28 as second teeth 32.
  • These second teeth 34 are to be brought into engagement with first teeth 36 of the first toothing 38 of the clutch body 40 .
  • the coupling body is axially stationary. That is, its axial mobility is insufficient to engage the dog clutch assembly 8 .
  • a seal 42 is arranged between the switching ring 22 and the sleeve 28 . This can be used in conjunction with the screen 44 to dampen the movement of the sliding sleeve assembly 30 .
  • the dog clutch arrangement 8 in the tooth-on-tooth position 12.
  • the first teeth 36 and the second teeth 34 can be in contact with one another. In this position, the entire tooth surfaces do not have to be directly on top of each other, it is sufficient if a small part overlaps. Then the teeth cannot move into the corresponding gaps.
  • the actuator can still move further, since the spring element 26 follows the switching ring 22 first. If there is a tooth-on-tooth position, this can initially be ignored since the spring element 26 is then simply prestressed.
  • the tooth-on-tooth position between The first teeth 36 and the second teeth 34 is namely resolved at some point, at least as long as there is a certain differential speed.
  • the toothings can then mesh, which happens in an accelerated manner, in particular when the spring element 26 is prestressed.
  • the switching ring 22 is preferably moved at a predetermined maximum speed. This speed is calculated in such a way that the tooth-on-tooth position is resolved before the stroke 15 of the spring element 26 is used up.
  • the differential speed between the sleeve 28 and the coupling body 40 must be taken into account. The larger this is, the faster the tooth-on-tooth position is overcome.
  • an upper threshold can be provided, which can be called the reject limit speed, for example. Above this, an engagement process is not possible.
  • Whether there is a blockage here can be determined by an additional measurement of the force or by limiting the force on the electric motor of the actuator of the clutch arrangement. In and of itself, blockages are avoided if the differential speeds are large enough. However, in particular when the motor vehicle is stationary, for example at a red traffic light, it can happen that the tooth-on-tooth position is not overcome before blocking point 14 is reached. However, this does not automatically mean that the spring element 26 is blocked. If the differential speed falls below a given threshold, it can be checked at this position whether the torque delivered by the electric motor is greater than another threshold value or whether the force-limited actuator is coming to a standstill. If this is the case, it can be assumed that the spring element is currently blocked. Then the actuator current is reduced so that damage to the dog clutch assembly can be avoided.
  • this blocking position of the spring element 26 is already overcome in that meshing of the teeth becomes possible with increasing differential speeds between the sleeve 28 and the clutch body 40 .
  • 6 shows the dog clutch arrangement 8 in the end position 16. The teeth are engaged, in other words meshed and overlap over such a length that the full torque of the electric motor of the drive train can be transmitted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klauenkupplungsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Kupplungskörper, wobei der Kupplungskörper erste Zähne in einer ersten Verzahnung aufweist, und einer axial bewegbaren Schiebemuffenanordnung mit zweiten Zähnen in einer zweiten Verzahnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffenanordnung einen Schaltring und eine Muffe mit der zweiten Verzahnung aufweist, wobei der Schaltring und die Muffe durch ein Entkoppelelement (26) über einen vorgegebenen Weg entkoppelt sind. Daneben betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.

Description

Klauenkupplunqsanordnunq, Antriebsstranq sowie Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Klauenkupplungsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Kupplungskörper, wobei der Kupplungskörper erste Zähne in einer ersten Verzahnung aufweist, und eine axial bewegbare Schiebemuffenanordnung mit zweiten Zähnen in einer zweiten Verzahnung.
Klauenkupplungen sind formschlüssige Kupplungen. Bei dieser werden zwei Verzahnungen in Eingriff gebracht, sodass Drehmoment übertragen werden kann.
Bei Hybrid-Fahrzeugen und Elektrofahrzeugen besteht Bedarf, eine bzw. die elektrisch angetriebene Achse beziehungsweise den Elektromotor, der ein Zuschaltantrieb ist, vom Rest des Antriebsstrangs abzukoppeln. Dadurch kann vermieden werden, dass das Schleppmoment des Elektromotors als Verlustleistung auftritt. Dabei besteht insbesondere Bedarf, die Klauenkupplung während der Fahrt zu schließen und so eine Ankopplung des Elektromotors im laufenden Betrieb zu erlauben.
Bei Klauenkupplungen kann beim Einrücken vorkommen, dass die Zähne der beiden Kupplungselemente aufeinander zum Liegen kommen und zunächst nicht ineinander greifen. Diese Stellung wird Zahn-auf-Zahn-Stellung genannt. Um trotz einer derartigen Zahn-auf-Zahn-Stellung ein Einrücken über einen Aktuator zu ermöglichen, ist es bekannt, das eigentlich axial ortsfeste Element, hier Kupplungskörper genannt, mit einer Feder abzustützen. So kann die Schiebemuffe, die eingerückt wird, bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung während des Einrückens kontinuierlich bewegt werden, wodurch die Steuerung des Aktuators vereinfacht wird. Dabei ist ein Sensor auf der Seite des Kupplungskörpers vorzusehen, um deren Position zu erkennen.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Klauenkupplungsanordnung anzugeben, die demgegenüber vereinfacht aufgebaut ist.
Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, dass die Schiebemuffenanordnung auf der Antriebsseite einen Schaltring und auf der Abtriebsseite eine Muffe mit der zweiten Verzahnung aufweist, wobei der Schaltring und die Muffe durch ein Entkoppelelement über einen vorgegebenen Weg entkoppelt sind. Mit anderen Worten kann der Schaltring und/oder die Muffe für einen bestimmten Weg, nämlich den vorgegebenen Weg, bewegt werden, ohne dass sich das andere Teil mitbewegen muss. Sie sind andererseits nicht vollständig entkoppelt, da sie ansonsten nicht gemeinsam eingerückt werden könnten. Aber für einen vorgegebenen Weg können sie entkoppelt sein.
Vorzugsweise sind der Schaltring und die Muffe ausschließlich in Richtung Einrücken für einen vorgegebenen Weg entkoppelt. Beispielsweise können der Schaltring und die Muffe in Richtung Ausrücken durchgehend oder ab einer bestimmten Position durchgehend gekoppelt sein.
Als Kern der Erfindung wird weiterhin angesehen, dass das Entkoppelelement, insbesondere ein Federelement, an der Schiebemuffenanordnung angeordnet ist. Dadurch kann auf der Seite des Kupplungskörpers eine zusätzliche Sensorik vermieden werden. Insbesondere kann mit der beschriebenen Anordnung auch das Betätigungsverfahren vereinfacht durchgeführt werden.
Die Klauenkupplung besteht also aus zwei Teilen. Der erste Teil wird Kupplungskörper genannt und ist im Wesentlichen ortsfest. Ortsfest heißt an dieser Stelle, dass er so wenig beweglich ist, dass seine axiale Beweglichkeit nicht die Klauenkupplung unbeabsichtigt einrücken kann. Bevorzugt ist der Kupplungskörper spielfrei angeordnet.
Als axial beweglichen Teil zum Einrücken weist die Klauenkupplungsanordnung eine Schiebemuffenanordnung auf. Diese ist zweiteilig ausgebildet, wobei die zwei Teile über ein Federelement miteinander gekoppelt sind. Die Muffe weist dabei die Verzahnung auf, während auf der Seite der Schaltgabel ein Schaltring vorhanden ist. Dieser ist bevorzugt ringförmig ausgestaltet, er kann jedoch auch abweichende Formen aufweisen. In der Funktion überträgt er lediglich die von einem Aktuator kommende Kraft auf das Federelement, das den Schaltring mit der Muffe verbindet.
Bevorzugt kann das Federelement einen Hubweg aufweisen, der kleiner als die
Überdeckung der Muffe ist. Die Überdeckung ist die maximale Wegstrecke, die die eingekuppelten Zähne in axialer Richtung übereinander liegen. Der Hubweg ist demnach so groß, dass er ausreicht, nach dem Auflösen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung die Verzahnungen einzuspuren, aber nicht so groß, dass bei einer Zahn-auf-Zahn- Stellung die Einkuppel-Position des Aktuators erreicht wird.
Vorzugsweise kann die Muffe einen Anschlag aufweisen, der die Federanordnung in Richtung Auskuppeln überbrückt. Dann ist das Federelement ausschließlich in Richtung Einrücken funktional.
Bevorzugt kann die Klauenkupplungsanordnung einen Aktuator mit einem Elektromotor aufweisen. Dieser Elektromotor kann einen Positionssensor aufweisen. Der Positionssensor kann bevorzugt als Drehwinkelsensor ausgestaltet sein. Dann kann über den Drehwinkelsensor und die geometrische Auslegung auch die Position des Schaltrings ermittelt werden. Wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird, kann unter Berücksichtigung von Randbedingungen bei der beschriebenen Klauenkupplungsanordnung auch auf die Position der Muffe geschlossen werden. Dadurch kann auf einen Positionssensor auf Seite des Kupplungskörpers verzichtet werden.
Der Aktuator kann bevorzugt elektromechanisch oder elektrohydraulisch ausgebildet sein. Er kann also zur Überbrückung längerer Strecken auch einen hydraulischen Abschnitt aufweisen.
Alternativ kann eine hydraulische Aktuatorik mit einem hydraulischen Steuergerät verwendet werden. Weiter alternativ ist eine magnetische Betätigung möglich.
Bevorzugt kann das Federelement als Tellerfeder ausgebildet sein. Weiterhin kann die Klauenkupplungsanordnung eine Schaltgabel aufweisen. Diese greift vorteilhafterweise in den Schaltring ein und verschiebt diesen in axialer Richtung.
Alternativ kann das Federelement als Wellfeder ausgebildet sein. Eine Wellfeder ist insbesondere bei größeren Federwegen bevorzugt. Allgemeiner ausgedrückt ist das Federelement bevorzugt ringförmig ausgebildet.
Dadurch kann eine gleichmäßige Kraftübertragung auf die Muffe erreicht werden.
Die Schaltverzahnung von Kupplungskörper und Schiebmuffe kann sich in axialer o- der radialer Richtung erstrecken. Weiterhin verfügt die bewegliche Schiebemuffe zusätzlich über eine axiale oder radiale Schiebeverzahnung.
Vorteilhafterweise können sich die ersten Zähne und/oder die zweiten Zähne in radialer Richtung erstrecken. Mit den Verzahnung sind bislang nur die Verzahnungen des Kupplungskörpers und der Muffe angesprochen. Die Muffe kann aber auch mit einer Antriebswelle über eine Verzahnung verbunden sein. Bevorzugt können die Verzahnungen als Passverzahnung ausgebildet sein. Alternativ können die Verzahnungen als Stirnverzahnung ausgebildet sein. Weiterhin können auch eine Passverzahnung und eine Stirnverzahnung verwendet werden. Insbesondere kann zwischen der Antriebswelle und der Muffe eine Passverzahnung und zwischen der Muffe und dem Kupplungskörper eine Stirnverzahnung vorhanden sein.
Daneben betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Achse und einer zweiten Achse, wobei an jeder Achse an jeder Seite wenigstens ein Rad angeordnet ist und an wenigstens einer der Achsen ein Differenzialgetriebe angeordnet ist. Der Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Differenzialgetriebe und einem der Räder eine Klauenkupplungsanordnung angeordnet ist, die wie beschrieben ausgebildet ist.
Daneben betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Achse und einer zweiten Achse, wobei an jeder Achse an jeder Seite wenigstens ein Rad angeordnet ist und die beiden Achsen über eine Kardanwelle verbunden sind. Der Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass an der Kardanwelle eine Klauenkupplungsanordnung wie beschrieben angeordnet ist.
Daneben betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Achse und einer zweiten Achse, wobei an jeder Achse an jeder Seite wenigstens ein Rad angeordnet ist. Zwischen Rotor und Differenzial befindet sich eine Übersetzungsstufe. Eine Welle, genannt Zwischenwelle, ist Teil dieser Übersetzungsstufe. Sie trägt vorteilhafterweise wenigstens zwei Stirnräder. Der Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass an der Zwischenwelle eine Klauenkupplungsanordnung wie beschrieben angeordnet ist.
Jedem der beschriebenen Antriebsstränge ist wenigstens ein Elektromotor, insbesondere Traktions-Elektromotor, zugeordnet. Dieser kann mit der Klauenkupplungsanordnung vom Rest des Antriebsstranges abgekoppelt werden. Der Traktions-Elektromotor wird so genannt, um ihn von anderen Elektromotoren des Antriebsstranges wie z.B. dem Elektromotor des Aktuators der Klauenkupplungsanordnung zu unterscheiden. Er hat selbstverständlich ein Vielfaches an Leistung, da er das Kraftfahrzeug antreiben soll.
Daneben betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Achse und einer zweiten Achse, wobei an jeder Achse an jeder Seite wenigstens ein Rad angeordnet ist und an wenigstens einer der Achsen ein Differenzialgetriebe angeordnet ist. Der Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass im Differenzialgetriebe eine Klauenkupplungsanordnung wie beschrieben angeordnet ist.
Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Klauenkupplungsanordnung und / oder einem Antriebsstrang. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass die Klauenkupplungsanordnung und / oder der Antriebsstrang wie beschrieben ausgebildet ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Kraftfahrzeug,
Fig. 2 ein Wegprofil eines Betätigungsvorgangs einer Klauenkupplung,
Fig. 3 eine Klauenkupplungsanordnung in einer ersten Position, Fig. 4 eine Klauenkupplungsanordnung in einer zweiten Position,
Fig. 5 eine Klauenkupplungsanordnung in einer dritten Position, und
Fig. 6 eine Klauenkupplungsanordnung in einer vierten Position.
Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit zwei Achsen 2 und 3. An wenigstens einer der Achsen ist ein Differenzial 4 angeordnet. Die Achsen können über eine Zwischenwelle 5 verbunden sein. Zwischen dem Differenzial und den Rädern 6 der Achsen befinden sich sogenannte Seitenwellen 7. Fig. 1 zeigt weiterhin eine Klauenkupplungsanordnung 8. Diese ist rein exemplarisch an der Kardanwelle 5 eingezeichnet. Sie kann aber genauso gut an der Seitenwelle 7 oder im Differenzial 4 angeordnet sein.
Fig. 2 zeigt die Wegstrecke 9 eines Betätigungsweges. Diese ist in Millimetern angegeben, die angegebenen Weglängen sind aber grundsätzlich willkürlich. Die im Folgenden vorgestellte Abfolge von wesentlichen Punkten ist nicht auf die angegebenen Weglängen beschränkt, diese können vielmehr im Einzelfall angepasst werden.
Die Schiebemuffe der Klauenkupplungsanordnung 8 befindet sich im ausgerückten Zustand an der Position 10. Diese kann auch als Ausrückposition bezeichnet werden. Wird die Muffe dann Richtung Einrücken verschoben, so gelangt sie nach einem bestimmten Weg zur Zahn-auf-Zahn-Position 12. Da der Elektromotor der Klauenkupplungsanordnung 8 einen Drehwinkelsensor aufweist, ist es bekannt, wann diese Position erreicht ist. Da, wie weiter unten noch dargestellt wird, zwischen dem Schaltring und der Muffe ein Federelement angeordnet ist, kann dessen Hubweg 15 bis zur Blockposition 14 problemlos weiter verfahren werden. Ist die Zahn-auf-Zahn-Stellung überwunden, kann die Muffe auch weiter in Richtung Kupplungskörper bewegt werden, bis sie die Endposition 16 erreicht. An der Endposition 16 ist die vollständige Überdeckung der Schaltverzahnung hergestellt. Die Hubbegrenzung erfolgt hierbei entweder im Zahngrund der Schaltverzahnung oder an einem beliebigen Anschlag im Kupplungskörper. An der Endposition 16 kann das gesamte Antriebsstrangmo- ment/Drehmoment übertragen werden. Dabei ist der Hubweg 15 kleiner als der Einrückweg 17. Der Einrückweg 17 ist der Weg, den die Muffe oder der Schaltring von Position 10 bis Position 16 beim Einrücken zurücklegt.
Fig. 3 zeigt die Klauenkupplungsanordnung 8 in einer ersten Position, und zwar der Ausrückposition. Zu sehen ist ein Teil einer Schaltgabel 20, die in einen Schaltring 22 angreift. Dieser ist über eine Tellerfeder 24 als Federelement 26 mit der Muffe 28 verbunden. Der Schaltring 22, die Tellerfeder 24 und die Muffe 28 bilden zusammen die Schiebemuffenanordnung 30.
An der Muffe 28 befinden sich als zweite Verzahnung 32 zweite Zähne 34.
Diese zweiten Zähne 34 sind mit ersten Zähnen 36 der ersten Verzahnung 38 des Kupplungskörpers 40 in Eingriff zu bringen.
Der Kupplungskörper ist dabei axial ortsfest. Das heißt, dass seine axiale Beweglichkeit nicht dazu ausreicht, die Klauenkupplungsanordnung 8 einzurücken.
In Fig. 3 befindet sich die Klauenkupplungsanordnung 8 in der Ausrückposition 10.
Zwischen dem Schaltring 22 und der Muffe 28 ist weiterhin eine Dichtung 42 angeordnet. Diese kann in Zusammenspiel mit der Blende 44 dazu verwendet werden, die Bewegung der Schiebemuffenanordnung 30 zu dämpfen.
Fig. 4 zeigt die Klauenkupplungsanordnung 8 in der Zahn-auf-Zahn-Position 12. Dabei können die ersten Zähne 36 und die zweiten Zähne 34 aufeinander stehen. In dieser Position müssen nicht die gesamten Zahnflächen direkt aufeinander stehen, es ist vielmehr ausreichend, wenn ein kleiner Teil überlappt. Dann können die Zähne nicht in die korrespondierenden Lücken einfahren. Der Aktuator kann trotzdem weiter verfahren, da auf den Schaltring 22 zunächst das Federelement 26 folgt. Liegt eine Zahn-auf-Zahn-Stellung vor, so kann diese zunächst ignoriert werden, da dann einfach das Federelement 26 vorgespannt wird. Die Zahn-auf-Zahn-Stellung zwischen den ersten Zähnen 36 und den zweiten Zähnen 34 ist nämlich, zumindest solange eine bestimmte Differenzdrehzahl da ist, irgendwann aufgelöst. Dann können die Verzahnungen ineinandergreifen, was insbesondere bei einem vorgespannten Federelement 26 beschleunigt geschieht. Ab der Zahn-auf-Zahn-Position 12 wird der Schaltring 22 allerdings bevorzugt mit einer vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit verfahren. Diese Geschwindigkeit wird so berechnet, dass die Zahn-auf-Zahn-Stel- lung aufgelöst ist, bevor der Hubweg 15 des Federelementes 26 aufgebraucht ist. Dabei ist selbstverständlich die Differenzdrehzahl zwischen Muffe 28 und Kupplungskörper 40 zu berücksichtigen. Je größer diese ist, desto schneller ist die Zahn-auf- Zahn-Stellung überwunden. Dabei kann aus Sicherheitsgründen eine obere Schwelle vorgesehen sein, die bspw. Abweisgrenzdrehzahl heißen kann. Oberhalb dieser ist ein Einkuppelvorgang nicht möglich.
Fig. 5 zeigt die Klauenkupplungsanordnung 8 in der Blockposition 14. Ob hier eine Blockierung vorliegt, kann durch eine zusätzliche Messung der Kraft bzw. eine Begrenzung der Kraft am Elektromotor des Aktuators der Kupplungsanordnung ermittelt werden. An und für sich werden bei genügend großen Differenzdrehzahlen Blockierungen vermieden. Insbesondere bei einem stehenden Kraftfahrzeug, beispielsweise an einer roten Ampel, kann es aber dazu kommen, dass die Zahn-auf-Zahn-Stellung bis zum Erreichen des Blockpunktes 14 nicht überwunden ist. Dies heißt aber nicht automatisch, dass das Federelement 26 auf Block ist. Sollte die Differenzdrehzahl eine gegebene Schwelle unterschreiten, kann an dieser Position aber überprüft werden, ob das durch den Elektromotor abgegebene Drehmoment größer als ein anderer Schwellwert ist bzw. ob der kraftbegrenzte Aktuator zum Stehen kommt. Ist dies der Fall, kann von einer momentanen Auf-Block-Lage des Federelementes ausgegangen werden. Dann wird der Aktuatorstrom reduziert, sodass Schäden an der Klauenkupplungsanordnung vermieden werden können.
Ansonsten wird diese auf-Block-Lage des Federelementes 26 bereits dadurch überwunden, dass bei ansteigenden Differenzdrehzahlen zwischen der Muffe 28 und dem Kupplungskörper 40 ein Einspuren der Zähne möglich wird. Fig. 6 zeigt die Klauenkupplungsanordnung 8 in der Endposition 16. Die Verzahnungen sind in Eingriff gebracht, mit anderen Worten eingespurt und überdecken sich auf einer derartigen Länge, dass das volle Drehmoment des Elektromotors des Antriebsstrangs übertragen werden kann.
Bezuqszeichen
Kraftfahrzeug
Achse
Achse
Differenzial
Zwischenwelle
Rad
Kardanwelle
Klauenkupplungsanordnung
Wegstrecke
Ausrückposition
Zahn-auf-Zahn-Position
Blockposition
Hubweg
Endposition
Einrückweg
Schaltgabel
Schaltring
Tellerfeder
Federelement
Muffe
Schiebemuffenanordnung zweite Verzahnung zweiter Zahn erster Zahn erste Verzahnung
Kupplungskörper
Dichtungselement
Ausnehmung

Claims

Patentansprüche
1. Klauenkupplungsanordnung (8) für ein Kraftfahrzeug (1 ) mit einem Kupplungskörper (40), wobei der Kupplungskörper erste Zähne (36) in einer ersten Verzahnung (38) aufweist, und einer axial bewegbaren Schiebemuffenanordnung (30) mit zweiten Zähnen (34) in einer zweiten Verzahnung (32), dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffenanordnung (30) einen Schaltring (22) und eine Muffe (28) mit der zweiten Verzahnung (32) aufweist, wobei der Schaltring (22) und die Muffe (28) durch ein Entkoppelelement (26) über einen vorgegebenen Weg entkoppelt sind.
2. Klauenkupplungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Entkoppelelement als Federelement (26) mit einen Hubweg (15) ausgebildet ist.
3. Klauenkupplungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubweg (15) kleiner als der Einrückweg (17) der Muffe (28) ist.
4. Klauenkupplungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Muffe (28) einen Anschlag aufweist, der das Federelement (26) in Richtung Auskuppeln überbrückt.
5. Klauenkupplungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Aktuator mit einem Elektromotor aufweist.
6. Klauenkupplungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor einen Positionssensor, insbesondere einen Drehwinkelsensor, aufweist.
7. Klauenkupplungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf der Seite des Kupplungskörpers (40) sensorfrei ausgebildet ist.
8. Klauenkupplungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (26) als Tellerfeder (24) ausgebildet ist.
9. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Achse und einer zweiten Achse (2, 3), wobei an jeder Achse (2, 3) an jeder Seite wenigstens ein Rad (6) angeordnet ist und an wenigstens einer der Achsen (2) ein Differenzialgetriebe (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Differenzialgetriebe (4) und einem der Räder (6) eine Seitenwelle (7) mit einer Klauenkupplungsanordnung (8) angeordnet ist, wobei die Klauenkupplungsanordnung (8) nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
10. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Achse und einer zweiten Achse (2, 3), wobei an jeder Achse (2, 3) an jeder Seite wenigstens ein Rad (6) angeordnet ist und die beiden Achsen (2, 3) über eine Kardanwelle (5) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kardanwelle (5) eine Klauenkupplungsanordnung (8) angeordnet ist, die nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
11 . Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Achse (2) und einer zweiten Achse (3), wobei an jeder Achse (2, 3) an jeder Seite wenigstens ein Rad (6) angeordnet ist und an wenigstens einer der Achsen (2, 3) ein Differenzialgetriebe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Differenzialgetriebe eine Klauenkupplungsanordnung (8) angeordnet ist, die nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
12. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Achse (2) und einer zweiten Achse (3), wobei an jeder Achse (2, 3) an jeder Seite wenigstens ein Rad (6) angeordnet ist und wenigstens einer Achse ein Traktions-Elektromotor zugeordnet ist und an der Achse ein Differenzialgetriebe angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Rotor des Traktions-Elektromotors und dem Differenzialgetriebe eine Übersetzungsstufe befindet und eine Zwischenwelle Teil dieser Übersetzungsstufe ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Zwischenwelle eine Klauenkupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 angeordnet ist.
13. Kraftfahrzeug mit einer Klauenkupplungsanordnung und/oder einem Antriebsstrang, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauenkupplungsanordnung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder der Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 8 bis 12 ausgebildet ist.
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