WO2023241752A1 - Kopplungseinheit zur reversiblen kopplung einer antriebsseite mit einer abtriebsseite eines antriebsstrangs sowie aktor für eine solche kopplungseinheit - Google Patents

Kopplungseinheit zur reversiblen kopplung einer antriebsseite mit einer abtriebsseite eines antriebsstrangs sowie aktor für eine solche kopplungseinheit Download PDF

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WO2023241752A1
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piston
cover
cylinder component
cylinder
flange
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Elmar Lorenz
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16D48/02—Control by fluid pressure
    • F16D2048/0212—Details of pistons for master or slave cylinders especially adapted for fluid control

Definitions

  • Coupling unit for reversibly coupling a drive side with an output side of a drive train and actuator for such a coupling unit
  • the invention relates to a coupling unit for reversibly coupling a drive side with an output side of a drive train.
  • Such a coupling unit is used, for example, in drive units of a motor vehicle, for example a drive axle, which can also be an electric axle, often called an e-axle.
  • the coupling unit serves to reversibly couple a drive side, on which a torque is applied, with an output side, to which the torque is to be transmitted and where it is passed on. It can, for example, be arranged between a drive unit and an intermediate shaft in order to couple an output of the drive unit, i.e. the drive side, with the input of the intermediate shaft, i.e. the output side.
  • an arrangement between such an intermediate shaft and a differential is also conceivable, in which case the intermediate shaft, to which the torque coming from the drive is applied, represents the drive side, while the differential to which the torque is transmitted represents the output side.
  • the coupling unit can therefore be integrated into such a drive train at different positions.
  • the coupling unit can be switched in order to achieve or cancel a torque-fixed coupling of the drive and output sides via a controllable switching means, i.e. an actuator.
  • Such a coupling unit connects two toothed elements on the drive and the output side, that is to say that an externally toothed drive element, for example a first gear, is arranged on the drive side, while an externally toothed output element, for example a second gear, is provided on the output side, which is via a coupling element can be reversibly connected.
  • a coupling element is regularly provided in the form of a linearly displaceable switching sleeve, which sits on the drive element, i.e. on the drive side is provided, and engages with internal teeth in the external teeth of the drive element.
  • the switching sleeve can be displaced along the external toothing of the drive element and pushed over the output element in order to couple the drive side with the output side, so that the internal toothing of the switching sleeve also engages with the external toothing of the output element.
  • the drive element and the output element are then coupled to one another in a rotationally fixed manner via the switching sleeve which surrounds them both and connects them via the toothing engagement, so that the torque present on the drive side can be transmitted to the output side.
  • the integration of the actuator requires a corresponding installation space, which is often not available in a sufficient amount in a preferred mounting position in a transmission.
  • the invention is based on the problem of specifying an improved coupling unit.
  • a coupling unit for reversibly coupling a drive side with an output side of a drive train comprising a linearly displaceable switching sleeve, which sits on a drive element of the drive side and engages with an internal toothing in an external toothing of the drive element, and which extends longitudinally from a decoupling position the external toothing can also be pushed into an external toothing of the output element into a coupling position via an output element on the output side with engagement of the internal toothing, an actuator being provided for moving the switching sleeve, which has a linearly displaceable piston and a switching rod coupled to the piston, which is connected to the switching sleeve is connected, wherein the piston is guided in a cup-shaped cylinder component consisting of a metal sheet, which has an opening through which the switching rod passes through on one side and is closed on the other side via a cover which has an opening through which the switching rod passes through is, wherein the cylinder component is inserted
  • the invention provides for the arrangement or integration of the actuator directly in a corresponding receptacle, which is in a wall of a transmission in which such an actuator or the coupling unit is installed.
  • This transmission is, for example, part of an e-axle or another drive unit.
  • the wall can be a wall of the transmission housing or an intermediate wall through which the transmission is divided.
  • the actuator which is preferably a hydraulic actuator, has a piston which is linearly guided in a cylinder component or a cylinder section formed there.
  • this cylinder component is made from a simple metal sheet that is as thin as possible, preferably by deep drawing.
  • This cylinder component is designed to be cup-shaped, so it has a specific geometry and is provided on one side with a corresponding opening or bore, which forms a guide section for the shift rod, which is coupled to the piston. On the other side, the cylinder component is closed via a detachable cover with an opening passed through by the switching rod and forming a guide section on this side.
  • the cover enables the switching rod and the piston to be integrated into the cylinder component and, on the other hand, the cylinder can also be closed by fastening or arranging the cover, so that a sub-assembly results, consisting of the cylinder component, switching rod, piston and cover as well as corresponding sealing elements serve to form appropriate pressure chambers into which the hydraulic fluid or compressed air is pressed.
  • This sub-assembly can now advantageously be constructed as part of a pre-assembly, so that the actuator can be tested for its functionality. Installation is also easy, as this sub-assembly only needs to be inserted into the holder on the wall side and fixed in place during installation.
  • the recording itself has a corresponding opening which grips the shift rod, on which, as described, for example, the shift fork is arranged, which is coupled to the shift sleeve.
  • the component forming the wall is preferably already profiled accordingly as far as the basic geometry is concerned.
  • the wall component is, for example, a component made of aluminum or a cast metal component on which the basic three-dimensional geometry of the recess can already be formed during the component production. It would be conceivable to insert the piston directly into the cylindrical recess and to guide it via sealing elements directly on the cylinder wall of the recess. However, this presupposes that the cylinder inner wall is machined in a correspondingly complex manner in order to form a suitable sealing seat for the piston-side sealing element or elements. However, as part of such processing, voids or burrs or the like can form.
  • these surface structures can have an abrasive effect on the sealing element, which can be destroyed.
  • the simple cylinder component consisting of thin metal sheet is provided, which is inserted as a cylinder or guide inlay into the receptacle, which can then only be machined relatively roughly, and that even the corresponding sealing surfaces or sealing seats for the piston-side Has sealing elements.
  • the sheet metal cylinder component that serves as an inlay in the receptacle has a cylinder section that guides the piston and is axially delimited by an annular flange, which is adjoined by a cylinder flange that forms the guide section.
  • the pot shape is ultimately formed via the cylinder section and the ring flange.
  • the ring flange is preferably adjoined by an axially extending cylinder flange, through which the shift rod engages and in which it is guided in the manner of a linear guide.
  • the cylinder flange engages in a corresponding opening or hole in the wall, which also enables centering of the cylinder component or the actuator.
  • the cylinder component has a terminal, radially extending flange on which the cover rests, the flange and the cover having a plurality of aligned openings which, in the assembly position, are penetrated by fastening screws screwed into the housing wall.
  • a contact level is formed via the ring flange, against which the cover lies flat.
  • the flange and the cover have openings that are aligned with one another.
  • appropriate fastening screws are guided through the aligned openings and screwed into corresponding internal threaded holes in the wall, whereby the actuator is fixed on the wall side.
  • the cover and the fastening screws are used to fix and center the cylinder component so that the required concentricity is achieved.
  • the cover screw connection can also be used to generate the preload with which the cylinder component presses on corresponding sealing elements provided on the receiving side.
  • the receptacle is expediently cup-shaped, so that the cylinder component can be completely inserted into the receptacle.
  • the receptacle has a hole as described, with the cylinder flange engaging in the hole in the assembly position.
  • the flange of the cylinder component also expediently lies against the end face of the wall, so that the axial support is provided here, in conjunction with the axial support via the annular flange forming the bottom of the cylinder section.
  • one or more sealing elements are preferably provided in the receptacle, which seal towards the cylinder component, so that if a corresponding volume is to be separated and sealed via the wall or intermediate wall, a corresponding seal is also provided at this opening or interface .
  • Corresponding sealing elements are also provided on the piston and the cover, via which the piston and the cover are sealed to the cylinder component and to the shift rod. This forms the corresponding pressure chambers, one of which is in front of and one behind the piston, so that the piston can be actively pushed in one direction or the other and specific positions of the switching sleeve, i.e. the decoupling position and the coupling position, can be approached.
  • the invention relates to an actuator for such a coupling unit, with a cup-shaped cylinder component consisting of a metal sheet, in which a piston is accommodated in a linearly displaceable manner, and a switching rod coupled to the piston, the cylinder component having one of the on one side Opening penetrated by the switching rod and closed on the other side by a cover which has an opening penetrated by the switching rod.
  • the cylinder component can have a cylinder section guiding the piston, which is axially delimited by an annular flange, to which a cylinder flange is connected, which forms the opening and thus the guide section there.
  • the cylinder component can also have a terminal, radially extending flange on which the cover rests, the flange and the cover having a plurality of aligned openings which, in the assembly position, are penetrated by fastening screws screwed into the housing wall.
  • Sealing elements provided on the piston and the cover also provide a corresponding seal between the piston and the cover and the cylinder component and the shift rod.
  • Figure 1 shows a schematic diagram of a coupling unit according to the invention
  • Figure 2 is an enlarged partial view of the actuator of the coupling unit as a sub-assembly.
  • Figure 1 shows a schematic diagram of a coupling unit 1 according to the invention, which can also be referred to as a coupling device, and which serves to connect a drive side 2, on which a torque is introduced or is present, with an output side 3, to which the torque is to be transmitted and where it is further branched to couple.
  • a drive element 4 is provided on the drive side 2 and has external teeth 5.
  • the drive element 4 is, for example, a gear or an externally toothed shaft.
  • an output element 6 On the output side 3, an output element 6 is provided, which has external teeth 7, whereby this output element 6 can also be a gear or an externally toothed shaft or something similar.
  • the external toothings 5, 7 are linear radial toothings that have the same pitch and lie on the same radius.
  • a switching sleeve 8 In order to couple the drive element 4 to the output element 6 in a rotationally fixed manner, a switching sleeve 8 is provided, which is axially displaceable. It has an internal toothing 9 with which it completely engages with the external toothing 5 of the drive element 4 in the decoupling position shown in FIG. This means that in the decoupling position the switching sleeve 8 is only coupled to the drive element 4. Torque transmission to the output element 6 is not possible in this position.
  • an actuator 10 is provided, which is a hydraulic actuator. It is integrated into a wall 11 of a transmission, for which purpose the wall 11 has a pot-like receptacle 34 with an opening 35.
  • the actuator 10 has a pot-like cylinder component 12 formed from a sheet of metal, which is inserted in a form-fitting manner into the shape-compatible receptacle 34 and is completely recessed therein.
  • a cylinder section 36 is provided in the cylinder component 12, which forms a guide cylinder and in which a piston 13 is arranged.
  • the cylinder component 12 is closed axially via a cover 14.
  • the piston 13 is axially displaceable via a hydraulic fluid, for which purpose a first pressure chamber 15 is provided, which is implemented between the piston 13 and the cover 14.
  • a second pressure chamber 16 is realized, which is realized between the piston 13 and the end wall of the insert 12.
  • the piston is displaced in one direction or the other.
  • a shift rod 17 is also provided, which extends through the cylinder component 12 and the cover 14 and is guided in a sealed manner thereon via corresponding sealing elements 18, 19.
  • the switching rod 17 is axially movable, for which purpose it is coupled to the piston 13.
  • two axial stops 20, 21 are provided on the switching rod 17, which are realized via two locking rings 24, 25 accommodated in respective grooves 22, 23.
  • the piston 13 is slightly axially displaceable between these axial stops 20, 21.
  • a spring element 26 which is designed as a wave spring or plate spring or as a corresponding spring package and is received in an annular recess 27 of the piston.
  • the spring element 26 is supported on the piston 13 or the bottom of the recess 17, and on the other hand on the axial stop 20 or a support disk 28 supported on the snap ring 24. If a fluid is pressed into the pressure chamber 15, the piston 13 is displaced to the left until the spring element 26 rests on the support disk 28, unless this is the case by default.
  • the shift rod 17 is also connected to a driver 29, for example a shift fork, which in turn via a corresponding positive engagement is connected to the switching sleeve 8.
  • the shift sleeve 8 rotating with the drive element 4 has, for example, a circumferential annular projection 30 which engages in a corresponding receiving groove 31 on the shift fork 29.
  • the cylinder component 12 also has an annular flange 37 which adjoins the cylinder section 36 and is followed by a cylinder flange 38 which engages in the opening 35.
  • the cylinder flange 38 is penetrated by the shift rod 17; it serves as a guide section or as a linear guide for the shift rod 17 on this side.
  • the cylinder component 12 has a flange 39 which extends radially outwards, which in the assembly position lies against the end face of the wall 34 and on which the cover 14 sits.
  • the cover 14 is fastened to the wall 11 by means of several fastening screws 40, which pass through openings provided on the cover 14 and on the flange 39 and are screwed into internally threaded holes provided on the wall 11.
  • the cylinder component 12 is sealed in the receptacle 35 via sealing elements 41, with the preload on the sealing elements being generated via the screw connection of the cover 14.
  • Two sealing elements 32, 33 are provided on the piston, via which a seal is provided on the one hand with the switching rod 17 and on the other hand with the cylinder component 12.
  • Two sealing elements 42, 43 are also provided on the cover, via which the seal to the cylinder component 12 and the shift rod 17 is ensured.
  • the shift rod 17 in turn is provided with a sealing element 44 which seals against the cylinder flange 38.
  • the sealing elements 32, 33, 42, 43 are accommodated in corresponding grooves.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of the actuator 10 as a pure subassembly.
  • This is clearly an independent, pre-assembled unit that can be tested as such before assembly.
  • hydraulic fluid is fed via supply bores 45, 46 provided on the cylinder component 12 either into the pressure chamber 15 or into the pressure chamber 16 in order to displace the piston 13.
  • this sub-assembly is carried out through the shift rod 17 is simply inserted into the receptacle 34 through the opening 35 and fixed using the fastening screws 40.
  • the displacement sensor system 47 includes a sensor 48, for example a Hall sensor, which is accommodated in a sensor housing 49.
  • the sensor housing 49 is L-shaped and fixed via a fastening screw 40. It extends with one leg axially adjacent to the switching shaft 17, with the sensor 48 being arranged in this leg and thus adjacent to the switching rod 17.
  • a magnetic element 50 is arranged axially on the switching rod 17, for example glued and covered with a protective cap 51. It interacts with the sensor 48, the signals of which are evaluated by a control and processing device for the exact position detection of the magnetic element.

Abstract

Kopplungseinheit zur reversiblen Kopplung einer Antriebsseite (2) mit einer Abtriebsseite (3) eines Antriebsstrangs, umfassend eine linear verschiebbare Schaltmuffe (8), die auf einem Antriebselement (4) der Antriebsseite (2) sitzt und mit einer Innenverzahnung (9) in eine Außenverzahnung (5) des Antriebselements (4) eingreift, und die aus einer Entkopplungsstellung längs der Außenverzahnung (5) über ein Abtriebselement (6) der Abtriebsseite (3) unter Eingriff der Innenverzahnung (9) auch in eine Außenverzahnung (7) des Abtriebselements (6) in eine Kopplungsstellung schiebbar ist, wobei zum Verschieben der Schaltmuffe (8) ein Aktor (10) vorgesehen ist, der einen linear verschiebbaren Kolben (13) und eine mit dem Kolben (13) gekoppelte Schaltstange (17), die mit der Schaltmuffe (8) verbunden ist, aufweist, wobei der Kolben in einem aus einem Metallblech bestehenden, topfförmigen Zylinderbauteil (12) geführt ist, das an einer Seite einen von der Schaltstange (17) durchsetzten Führungsabschnitt aufweist und an der anderen Seite über einen Deckel (14), der eine von der Schaltstange (17) durchsetzte Führungsbohrung aufweist, geschlossen ist, wobei das Zylinderbauteil (12) in der Montagestellung in eine formkompatible Aufnahme (35) in einer Wand (11) eines Getriebes eingesetzt ist.

Description

Kopplunqseinheit zur reversiblen Kopplung einer Antriebsseite mit einer Abtriebsseite eines Antriebsstranqs sowie Aktor für eine solche Kopplunqseinheit
Die Erfindung betrifft eine Kopplungseinheit zur reversiblen Kopplung einer Antriebsseite mit einer Abtriebsseite eines Antriebsstrangs.
Eine solche Kopplungseinheit, oft auch „Disconnect Unit“ oder „Disconnect-Einheit“ genannt, kommt beispielsweise bei Antriebsaggregaten eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz, beispielsweise einer Antriebsachse, bei der es sich auch um eine elektrische Achse, oft e-Achse genannt, handeln kann. Die Kopplungseinheit dient dazu, eine Antriebsseite, an der ein Drehmoment anliegt, reversibel mit einer Abtriebsseite, an die das Drehmoment zu übertragen ist und wo es weitergeleitet wird, zu koppeln. Sie kann beispielsweise zwischen einer Antriebseinheit und einer Zwischenwelle angeordnet sein, um einen Ausgang der Antriebseinheit, also die Antriebsseite, mit dem Eingang der Zwischenwelle, also der Abtriebsseite, zu koppeln. Auch eine Anordnung zwischen einer solchen Zwischenwelle und einem Differenzial ist denkbar, wobei dann die Zwischenwelle, an der das vom Antrieb kommende Drehmoment anliegt, die Antriebsseite darstellt, während das Differenzial, an das das Drehmoment übertragen wird, die Abtriebsseite darstellt. Die Kopplungseinheit kann also an unterschiedlichen Positionen in einen solchen Antriebsstrangs integriert werden. Dabei ist die Kopplungseinheit schaltbar, um über ein ansteuerbares Schaltmittel, also einen Aktor, eine drehmomentfeste Kopplung der Antriebs- und der Abtriebsseite zu erwirken respektive auch wieder aufzuheben.
Eine solche Kopplungseinheit verbindet zwei verzahnte Elemente an der Antriebsund der Abtriebsseite, das heißt, dass an der Antriebsseite ein außenverzahntes Antriebselement, beispielsweise ein erstes Zahnrad, angeordnet ist, während an der Abtriebsseite ein außenverzahntes Abtriebselement, beispielsweise ein zweites Zahnrad, vorgesehen ist, die über ein Kopplungselement reversibel verbunden werden. Ein solches Kopplungselement ist regelmäßig in Form einer linear verschiebbaren Schaltmuffe vorgesehen, die auf dem Antriebselement sitzt, also antriebsseitig vorgesehen ist, und mit einer Innenverzahnung in die Außenverzahnung des Antriebselements eingreift. Mittels eines Aktors kann die Schaltmuffe zum Koppeln der Antriebs- mit der Abtriebsseite längs der Außenverzahnung des Antriebselements verschoben und über das Abtriebselement geschoben werden, sodass die Innenverzahnung der Schaltmuffe zusätzlich auch in die Außenverzahnung des Abtriebselements greift. Das Antriebselement und das Abtriebselement sind dann über die sie beide umgreifende, sie über den Verzahnungseingriff verbindende Schaltmuffe drehfest miteinander gekoppelt, sodass das an der Antriebsseite anstehende Drehmoment an die Abtriebsseite übertragen werden kann.
Die Integration des Aktors erfordert einen entsprechenden Bauraum, der in einem Getriebe aber oft nicht in ausreichendem Maß an einer bevorzugten Montageposition vorhanden ist.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine verbesserte Kopplungseinheit anzugeben.
Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß eine Kopplungseinheit zur reversiblen Kopplung einer Antriebsseite mit einer Abtriebsseite eines Antriebsstrangs vorgesehen, umfassend eine linear verschiebbare Schaltmuffe, die auf einem Antriebselement der Antriebsseite sitzt und mit einer Innenverzahnung in eine Außenverzahnung des Antriebselements eingreift, und die aus einer Entkopplungsstellung längs der Außenverzahnung über ein Abtriebselement der Abtriebsseite unter Eingriff der Innenverzahnung auch in eine Außenverzahnung des Abtriebselements in eine Kopplungsstellung schiebbar ist, wobei zum Verschieben der Schaltmuffe ein Aktor vorgesehen ist, der einen linear verschiebbaren Kolben und eine mit dem Kolben gekoppelte Schaltstange, die mit der Schaltmuffe verbunden ist, aufweist, wobei der Kolben in einem aus einem Metallblech bestehenden, topfförmigen Zylinderbauteil geführt ist, das an einer Seite eine von der Schaltstange durchsetzte Öffnung aufweist und an der anderen Seite über einen Deckel, der eine von der Schaltstange durchsetzte Öffnung aufweist, geschlossen ist, wobei das Zylinderbauteil in der Montagestellung in eine formkompatible Aufnahme in einer Wand eines Getriebes eingesetzt ist. Die Erfindung sieht die Anordnung respektive Integration des Aktors direkt in einer entsprechenden Aufnahme, die in einer Wand eines Getriebes, in welches ein solcher Aktor respektive die Kopplungseinheit verbaut ist, vor. Dieses Getriebe ist beispielsweise Teil einer e-Achse oder eines anderen Antriebsaggregats. Bei der Wand kann es sich um eine Wand des Getriebegehäuses handeln, oder eine Zwischenwand, über die das Getriebe unterteilt ist. Durch die Ausbildung dieser Wand mit einer entsprechenden, formkompatiblen Aufnahme ist es folglich möglich, den Aktor unmittelbar wandseitig zu positionieren und entsprechend in die Aufnahme zu versenken, so dass für seine Montage kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird.
Der Aktor, bei dem es sich bevorzugt um einen hydraulischen Aktor handelt, weist einen Kolben auf, der linear in einem Zylinderbauteil respektive einem dort ausgebildeten Zylinderabschnitt geführt ist. Erfindungsgemäß ist dieses Zylinderbauteil aus einem einfachen, möglichst dünnen Metallblech hergestellt, bevorzugt durch Tiefziehen. Dieses Zylinderbauteil ist entsprechend topfförmig ausgeführt, weist also eine spezifische Geometrie auf und ist an einer Seite mit einer entsprechenden Öffnung oder Bohrung versehen, die einen Führungsabschnitt für die Schaltstange, die mit dem Kolben gekoppelt ist, bildet. An der anderen Seite ist das Zylinderbauteil über einen lösbaren Deckel mit einer von der Schaltstange durchsetzten, an dieser Seite einen Führungsabschnitt bildenden Öffnung geschlossen. Der Deckel ermöglicht einerseits die Integration der Schaltstange und des Kolbens in das Zylinderbauteil und andererseits kann durch Befestigen oder Anordnen des Deckels der Zylinder auch geschlossen werden, so dass sich ein Unterzusammenbau ergibt, bestehend aus Zylinderbauteil, Schaltstange, Kolben und Deckel sowie entsprechenden Dichtelementen, die zur Ausbildung entsprechender Druckräume dienen, in die das Hydraulikfluid oder die Druckluft eingepresst wird. Dieser Unterzusammenbau kann nun vorteilhaft im Rahmen einer Vormontage aufgebaut werden, so dass der Aktor auf seine Funktionsfähigkeit getestet werden kann. Einfach ist auch die Montage, da dieser Unterzusammenbau im Rahmen der Montage lediglich wandseitig in die Aufnahme eingesetzt und fixiert werden muss. Die Aufnahme selbst weist eine entsprechende Durchbrechung auf, durch die die Schaltstange greift, an der wie beschrieben beispielsweise die Schaltgabel angeordnet ist, die mit der Schaltmuffe gekoppelt ist.
Zur Ausbildung der formkompatiblen Vertiefung wird das die Wand bildende Bauteil bevorzugt, was die Grundgeometrie angeht, bereits entsprechend profiliert. Bei dem Wandbauteil handelt es sich z.B. um ein Bauteil aus Aluminium oder ein Metallgussbauteil, an dem die grundlegende dreidimensionale Geometrie auch der Ausnehmung im Rahmen der Bauteilherstellung bereits ausbildbar ist. Denkbar wäre es, den Kolben unmittelbar in die zylindrische Ausnehmung einzusetzen und über Dichtelemente direkt an der Zylinderwandung der Ausnehmung zu führen. Dies setzt jedoch voraus, dass die Zylinderinnenwandung entsprechend aufwändig zerspanend bearbeitet ist, um dort einen geeigneten Dichtsitz für das oder die kolbenseitigen Dichtelemente auszubilden. Im Rahmen einer solchen Bearbeitung kann es jedoch zur Ausbildung von Lunkern oder Graten oder Ähnlichem kommen. Im Rahmen der Kolbenbewegung können diese Oberflächenstrukturen einen abrasiven Effekt auf das Dichtelement haben, das hierüber zerstört werden kann. Um dem zu begegnen, wird erfindungsgemäß das einfache, aus dem dünnen Metallblech bestehende Zylinderbauteil vorgesehen, das quasi als Zylinder- oder Führungsinlay in die dann nur relativ grob zu bearbeitende Aufnahme eingesetzt wird, und das selbst die entsprechenden Dichtflächen oder Dichtsitze für das oder die kolbenseitigen Dichtelemente aufweist.
Das blecherne, als Inlay in die Aufnahme dienende Zylinderbauteil weist gemäß der Erfindung einen den Kolben führenden Zylinderabschnitt auf, der axial über einen Ringflansch begrenzt ist, an den sich ein Zylinderflansch anschließt, der den Führungsabschnitt bildet. Über den Zylinderabschnitt und den Ringflansch wird letztlich die Topfform gebildet.
An den Ringflansch schließt sich bevorzugt ein sich axial erstreckender Zylinderflansch an, durch den die Schaltstange greift und in dem sie nach Art einer Linearführung geführt ist. In der Montagestellung greift der Zylinderflansch in eine entsprechende Durchbrechung oder Bohrung in der Wand ein, worüber auch eine Zentrierung des Zylinderbauteils respektive des Aktors möglich ist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Zylinderbauteil einen endständigen, sich radial erstreckenden Flansch aufweist, an dem der Deckel anliegt, wobei der Flansch und der Deckel mehrere miteinander fluchtende Durchbrechungen aufweisen, die in der Montagestellung von in der Gehäusewand verschraubten Befestigungsschrauben durchgriffen sind. Über den Ringflansch wird eine Anlageebene gebildet, an der der Deckel flächig anliegt. Der Flansch und der Deckel weisen miteinander fluchtende Durchbrechungen auf. Zur Montage werden entsprechende Befestigungsschrauben durch die fluchtenden Durchbrechungen geführt und in entsprechende Innengewindebohrungen in der Wand eingeschraubt, worüber der Aktor wandseitig fixiert wird. Über den Deckel und die Befestigungsschrauben erfolgt folglich die Fixierung sowie auch die Zentrierung des Zylinderbauteils, so dass die geforderte Konzentrizität gegeben ist. Darüber hinaus kann über die Deckelverschraubung auch die Vorspannung erzeugt werden, mit der das Zylinderbauteil auf entsprechende, aufnahmeseitig vorgesehene Dichtelemente drückt.
Wie beschrieben, ist aufgrund der Formkompabilität auch die Aufnahme zweckmäßigerweise topfförmig, so dass das Zylinderbauteil vollständig in die Aufnahme eingebracht werden kann. Dabei weist die Aufnahme wie beschrieben eine Bohrung auf, wobei in der Montagestellung der Zylinderflansch in die Bohrung eingreift. Ferner liegt zweckmäßigerweise auch der Flansch des Zylinderbauteils an der Stirnfläche der Wand an, so dass hierüber die axiale Abstützung gegeben ist, in Verbindung mit der axialen Abstützung über den den Boden des Zylinderabschnitts bildenden Ringflansch.
In der Aufnahme ist wie beschrieben bevorzugt ein oder sind mehrere Dichtelemente vorgesehen, die zu dem Zylinderbauteil hin abdichten, so dass, sofern über die Wand oder Zwischenwand ein entsprechendes Volumen abgetrennt und abgedichtet werden soll, auch an dieser Öffnung oder Schnittstelle eine entsprechende Dichtheit gegeben ist. Auch am Kolben und dem Deckel sind jeweils entsprechende Dichtelemente vorgesehen, über die der Kolben und der Deckel zum Zylinderbauteil sowie zur Schaltstange hin abgedichtet sind. Hierüber werden die entsprechenden Druckkammern gebildet, von denen eine vor und eine hinter dem Kolben liegt, so dass der Kolben aktiv in die eine oder die andere Richtung geschoben werden kann und dezidierte Positionen der Schaltmuffe, also die Entkopplungsstellung die Kopplungsstellung, angefahren werden können.
Neben der Kopplungseinheit selbst betrifft die Erfindung einen Aktor für eine solche Kopplungseinheit, mit einem aus einem Metallblech bestehenden, topfförmigen Zylinderbauteil, in dem ein Kolben linear verschiebbar aufgenommen ist, sowie eine mit dem Kolben gekoppelte Schaltstange, wobei das Zylinderbauteil an einer Seite eine von der Schaltstange durchsetzte Öffnung und an der anderen Seite über einen Deckel, der eine von der Schaltstange durchsetzte Öffnung aufweist, geschlossen ist.
Dabei kann das Zylinderbauteil einen den Kolben führenden Zylinderabschnitt aufweisen, der axial über einen Ringflansch begrenzt ist, an den sich ein Zylinderflansch anschließt, der die Öffnung und damit den dortigen Führungsabschnitt bildet.
Das Zylinderbauteil kann ferner einen endständigen, sich radial erstreckenden Flansch aufweisen, an dem der Deckel anliegt, wobei der Flansch und der Deckel mehrere miteinander fluchtende Durchbrechungen aufweisen, die in der Montagestellung von in der Gehäusewand verschraubten Befestigungsschrauben durchgriffen sind.
Über jeweils am Kolben und am Deckel vorgesehene Dichtelemente ist weiterhin eine entsprechende Abdichtung des Kolbens und des Deckels zum Zylinderbauteil sowie zur Schaltstange hin gegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen: Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kopplungseinheit, und
Figur 2 eine vergrößerte Teilansicht des Aktors der Kopplungseinheit als Unterzusammenbau.
Figur 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kopplungseinheit 1 , die auch als Kopplungseinrichtung bezeichnet werden kann, und die dazu dient, eine Antriebsseite 2, an der ein Drehmoment eingeleitet wird oder ansteht, mit einer Abtriebsseite 3, an die das Drehmoment zu übertragen ist und wo es weiter verzweigt wird, zu koppeln. An der Antriebsseite 2 ist ein Antriebselement 4 vorgesehen, das eine Außenverzahnung 5 aufweist. Das Antriebselement 4 ist beispielsweise ein Zahnrad oder eine außenverzahnte Welle.
An der Abtriebsseite 3 ist ein Abtriebselement 6 vorgesehen, das eine Außenverzahnung 7 aufweist, wobei auch dieses Abtriebselement 6 ein Zahnrad oder eine außenverzahnte Welle oder Ähnliches sein kann. Die Außenverzahnungen 5, 7 sind lineare Radialverzahnungen, die gleiche Teilung aufweisen und auf gleichem Radius liegen. Um das Antriebselement 4 mit dem Abtriebselement 6 drehfest zu koppeln, ist eine Schaltmuffe 8 vorgesehen, die axial verschiebbar ist. Sie weist eine Innenverzahnung 9 auf, mit der sie in der in Figur 1 gezeigten Entkopplungsstellung vollständig in die Außenverzahnung 5 des Antriebselements 4 eingreift. Das heißt, dass in der Entkopplungsstellung die Schaltmuffe 8 nur mit dem Antriebselement 4 gekoppelt ist. Eine Drehmomentübertrag zum Abtriebselement 6 ist in dieser Position nicht möglich. Soll jedoch ein Drehmomentübertrag erfolgen, so ist es erforderlich, die Schaltmuffe 8 axial zu verschieben und über das Abtriebselement 6 respektive dessen Außenverzahnung 7 zu schieben, sodass die Innenverzahnung 9 der Schaltmuffe 8 in die Außenverzahnung 7 geschoben wird und mit dieser kämmt. Gleichzeitig bleibt der Eingriff der Innenverzahnung 9 mit der Außenverzahnung 5 bestehen, sodass das Antriebselement 4 und das Abtriebselement 6 über die Schaltmuffe 8 drehfest gekoppelt sind. Um diese Bewegung der Schaltmuffe 8 zu realisieren, ist ein Aktor 10 vorgesehen, bei dem es um einen hydraulischen Aktor handelt. Er ist in eine Wand 11 eines Getriebes integriert, wozu die Wand 11 eine topfartige Aufnahme 34 mit einer Durchbrechung 35 aufweist. Der Aktor 10 weist ein aus einem Blech gebildetes, topfartigen Zylinderbauteil 12 auf, das formschlüssig in die form kompatible Aufnahme 34 eingesetzt ist und in dieser vollständig versenkt ist. In dem Zylinderbauteil 12 ist ein Zylinderabschnitt 36 vorgesehen, der einen Führungszylinder bildet und in dem ein Kolben 13 angeordnet ist. Das Zylinderbauteil 12 wird axial über einen Deckel 14 geschlossen. Innerhalb des Zylinderbauteils 12 ist der Kolben 13 über ein Hydraulikfluid axial verschiebbar, wozu eine erste Druckkammer 15 vorgesehen ist, die zwischen dem Kolben 13 und dem Deckel 14 realisiert ist. An der gegenüberliegenden Seite ist eine zweite Druckkammer 16 realisiert, die zwischen dem Kolben 13 und der Stirnwand des Einsatzes 12 realisiert ist. Je nachdem, in welche Druckkammer 15, 16 das Hydraulikfluid eingepresst wird, wird der Kolben in die eine oder andere Richtung verschoben.
Vorgesehen ist des Weiteren eine Schaltstange 17, die sich durch das Zylinderbauteil 12 und den Deckel 14 erstreckt und über entsprechende Dichtelemente 18, 19 daran abgedichtet geführt ist. Die Schaltstange 17 ist axial beweglich, wozu sie mit dem Kolben 13 gekoppelt ist. Hierzu sind an der Schaltstange 17 zwei Axialanschläge 20, 21 vorgesehen, die über zwei in jeweiligen Nuten 22, 23 aufgenommene Sicherungsringe 24, 25 realisiert sind. Zwischen diesen Axialanschlägen 20, 21 ist der Kolben 13 geringfügig axial verschiebbar.
Diese Axialverschiebung ist gegen ein Federelement 26 möglich, das als Wellfeder oder Tellerfeder oder als entsprechendes Federpaket ausgeführt ist und in einer ringförmigen Vertiefung 27 des Kolbens aufgenommen ist. Einerseits ist das Federelement 26 am Kolben 13 respektive dem Boden der Vertiefung 17 abgestützt, andererseits an dem Axialanschlag 20 respektive einer an dem Sprengring 24 abgestützten Stützscheibe 28. Wird ein Fluid in die Druckkammer 15 eingedrückt, so wird der Kolben 13 nach links verschoben, bis das Federelement 26 an der Stützscheibe 28 anliegt, sofern dies nicht von Haus aus der Fall ist. Die Schaltstange 17 ist ferner mit einem Mitnehmer 29 verbunden, beispielsweise einer Schaltgabel, die wiederum über einen entsprechenden formschlüssigen Eingriff mit der Schaltmuffe 8 verbunden ist. Die mit dem Antriebselement 4 rotierende Schaltmuffe 8 weist hierzu beispielsweise einen umlaufenden Ringvorsprung 30 auf, der in eine entsprechende Aufnahmenut 31 an der Schaltgabel 29 eingreift.
Das Zylinderbauteil 12 weist ferner einen sich an Zylinderabschnitt 36 anschließenden Ringflansch 37 auf, an den sich ein Zylinderflansch 38 anschließt, der in die Durchbrechung 35 eingreift. Der Zylinderflansch 38 ist von der Schaltstange 17 durchgriffen, er dient als Führungsabschnitt bzw. als Linearführung für die Schaltstange 17 an dieser Seite. An der anderen Seite weist das Zylinderbauteil 12 einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch 39 auf, der in der Montagestellung an der Stirnfläche der Wand 34 anliegt und auf dem der Deckel 14 aufsitzt. Der Deckel 14 ist mittels mehrerer Befestigungsschrauben 40, die am Deckel 14 und am Flansch 39 vorgesehene Durchbrechungen durchgreifen und in an der Wand 11 vorgesehene Innengewindebohrungen eingeschraubt sind, an der Wand 11 befestigt. Über Dichtelemente 41 ist das Zylinderbauteil 12 in der Aufnahme 35 abgedichtet, wobei über die Verschraubung des Deckels 14 die Vorspannung auf die Dichtelemente erzeugt wird.
Am Kolben sind zwei Dichtelemente 32, 33 vorgesehen, über die eine Abdichtung einerseits zur Schaltstange 17 und andererseits zu dem Zylinderbauteil 12 gegeben ist. Auch am Deckel sind zwei Dichtelemente 42, 43 vorgesehen, über die die Abdichtung zum Zylinderbauteil 12 und zur Schaltstange 17 gegeben ist. Die Schaltstange 17 ihrerseits ist mit einem Dichtelement 44 versehen, das zum Zylinderflansch 38 hin abdichtet. Die Dichtelemente 32, 33, 42, 43 sind in entsprechenden Nuten aufgenommen.
Figur 2 zeigt in einer vergrößerten Ansicht den Aktors 10 als reinen Unterzusammenbau. Dieser ist ersichtlich eine eigenständige, vormontierte Baueinheit, die als solche vor der Montage geprüft werden kann. Hierzu wird z.B. Hydraulikfluid über an dem Zylinderbauteil 12 vorgesehene Zuführbohrungen 45, 46 entweder in die Druckkammer 15 oder in die Druckkammer 16 geleitet, um den Kolben 13 zu verschieben. Im Rahmen der Montage ist dieser Unterzusammenbau unter Durchführung der Schaltstange 17 durch die Durchbrechung 35 lediglich in die Aufnahme 34 einzusetzen und über die Befestigungsschrauben 40 zu fixieren.
Gezeigt ist ferner eine am Aktor vorgesehene Wegsensorik 47, die der genauen Posi- tionserfassung der Schaltstange 17 und damit der Schaltmuffe 8 dient. Die Wegsensorik 47 umfasst einen Sensor 48, z.B. einen Hall-Sensor, der in einem Sensorgehäuse 49 aufgenommen ist. Das Sensorgehäuse 49 ist L-förmig und über eine Befestigungsschraube 40 fixiert. Es erstreckt sich mit einem Schenkel axial benachbart zur Schaltwelle 17, wobei der Sensor 48 in diesem Schenkel und damit benachbart zur Schaltstange 17 angeordnet ist. An der Schaltstange 17 ist ein Magnetelement 50 axial angeordnet, z.B. angeklebt und mit einer Schutzkappe 51 abgedeckt. Es interagiert mit dem Sensor 48, dessen Signale von einer Steuerungs- und Verarbeitungseinrichtung zur exakten Positionserfassung des Magnetelements ausgewertet werden.
Bezuqszeichenliste
Kopplungseinheit
Antriebsseite
Abtriebsseite
Antriebselement
Außenverzahnung
Abtriebselement
Außenverzahnung
Schaltmuffe
Innenverzahnung
Aktor
Wand
Zylinderbauteil
Kolben
Deckel
Druckkammer
Druckkammer
Schaltstange
Dichtelement
Dichtelement
Axialanschlag
Axialanschlag
Nut
Nut
Sicherungsring
Sicherungsring
Federelement
Vertiefung
Stützscheibe
Mitnehmer Ringvorsprung Schaltgabel Dichtelement Dichtelement
Aufnahme
Durchbrechung Zylinderabschnitt Ringflansch Zylinderflansch
Flansch
Befestigungsschraube
Dichtelement
Dichtelement
Dichtelement
Dichtelement
Zuführbohrung
Zuführbohrung Wegsensorik Sensor
Sensorgehäuse Magnetelement Schutzkappe

Claims

Patentansprüche Kopplungseinheit zur reversiblen Kopplung einer Antriebsseite (2) mit einer Abtriebsseite (3) eines Antriebsstrangs, umfassend eine linear verschiebbare Schaltmuffe (8), die auf einem Antriebselement (4) der Antriebsseite
(2) sitzt und mit einer Innenverzahnung (9) in eine Außenverzahnung (5) des Antriebselements (4) eingreift, und die aus einer Entkopplungsstellung längs der Außenverzahnung (5) über ein Abtriebselement (6) der Abtriebsseite
(3) unter Eingriff der Innenverzahnung (9) auch in eine Außenverzahnung (7) des Abtriebselements (6) in eine Kopplungsstellung schiebbar ist, wobei zum Verschieben der Schaltmuffe (8) ein Aktor (10) vorgesehen ist, der einen linear verschiebbaren Kolben (13) und eine mit dem Kolben (13) gekoppelte Schaltstange (17), die mit der Schaltmuffe (8) gekoppelt ist, aufweist, wobei der Kolben in einem aus einem Metallblech bestehenden, topfförmigen Zylinderbauteil (12) geführt ist, das an einer Seite eine von der Schaltstange (17) durchsetzte Öffnung aufweist und an der anderen Seite über einen Deckel (14), der eine von der Schaltstange (17) durchsetzte Öffnung aufweist, geschlossen ist, wobei das Zylinderbauteil (12) in der Montagestellung in eine form kompatible Aufnahme (35) in einer Wand (11 ) eines Getriebes eingesetzt ist. Kopplungseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderbauteil (12) einen den Kolben (13) führenden Zylinderabschnitt (36) aufweist, der axial über einen Ringflansch (37) begrenzt ist, an den sich ein Zylinderflansch (38) anschließt, der den Führungsabschnitt bildet. Kopplungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderbauteil (12) einen endständigen, sich radial erstreckenden Flansch (39) aufweist, an dem der Deckel (14) anliegt, wobei der Flansch (39) und der Deckel (14) mehrere miteinander fluchtende Durchbrechungen aufweisen, die in der Montagestellung von in der Wand (11 ) verschraubten Befestigungsschrauben (40) durchgriffen sind.
4. Kopplungseinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (35) topfförmig ist und eine Bohrung (35) aufweist, wobei in der Montagestellung der Zylinderflansch (38) in die Bohrung (35) eingreift und/oder der Flansch (39) an einer Stirnfläche der Wand (11 ) anliegt.
5. Kopplungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aufnahme (35) ein oder mehrere Dichtelemente (41 ) vorgesehen sind, die zu dem Zylinderbauteil (12) hin abdichten.
6. Kopplungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (13) und der Deckel (14) jeweils Dichtelemente (32, 33, 42, 43) vorgesehen sind, über die der Kolben (13) und der Deckel (14) zum Zylinderbauteil (12) sowie zur Schaltstange (17) hin abgedichtet sind.
7. Aktor für eine Kopplungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem aus einem Metallblech bestehenden, topfförmigen Zylinderbauteil (12), in dem ein Kolben (13) linear verschiebbar aufgenommen ist, sowie eine mit dem Kolben (13) gekoppelte Schaltstange (17) aufweist, wobei das Zylinderbauteil (12) an einer Seite eine von der Schaltstange (17) durchsetzte Öffnung aufweist und an der anderen Seite über einen Deckel (14), der eine von der Schaltstange (17) durchsetzte Öffnung aufweist, geschlossen ist.
8. Aktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderbauteil (12) einen den Kolben (13) führenden Zylinderabschnitt (36) aufweist, der axial über einen Ringflansch 837) begrenzt ist, an den sich ein Zylinderflansch (38) anschließt, der den Führungsabschnitt bildet.
9. Aktor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderbauteil (12) einen endständigen, sich radial erstreckenden Flansch (39) aufweist, an dem der Deckel (14) anliegt, wobei der Flansch (39) und der Deckel (14) mehrere miteinander fluchtende Durchbrechungen aufweisen, die in der Montagestellung von in der Wand verschraubten Befestigungsschrauben (40) durchgriffen sind. Aktor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (13) und der Deckel (14) jeweils Dichtelemente (32, 33, 42, 43) vorgesehen sind, über die der Kolben (13) und der Deckel (14) zum Zylinderbauteil (12) sowie zur Schaltstange (17) hin abgedichtet sind.
PCT/DE2023/100354 2022-06-13 2023-05-15 Kopplungseinheit zur reversiblen kopplung einer antriebsseite mit einer abtriebsseite eines antriebsstrangs sowie aktor für eine solche kopplungseinheit WO2023241752A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0344714A1 (de) * 1988-05-31 1989-12-06 FIATGEOTECH - TECNOLOGIE PER LA TERRA S.p.A. Flüssigkeitsgesteuerter Betätiger
EP0510457A1 (de) * 1991-04-22 1992-10-28 Steyr-Daimler-Puch Aktiengesellschaft Formschlüssige Kupplung für Verteilergetriebe und Ausgleichsgetriebe von Kraftfahrzeugen, Verteilergetriebe und Ausgleichsgetriebe mit solchen Kupplungen und Verfahren zu deren Betätigung
EP3270011A1 (de) * 2016-07-13 2018-01-17 ZF Friedrichshafen AG Schaltmodul, differentialsperre, gangschaltung und achszuschaltung

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