WO2024099503A1 - Drehmomentverteiler mit elektrischer steuerung - Google Patents

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WO2024099503A1
WO2024099503A1 PCT/DE2023/100778 DE2023100778W WO2024099503A1 WO 2024099503 A1 WO2024099503 A1 WO 2024099503A1 DE 2023100778 W DE2023100778 W DE 2023100778W WO 2024099503 A1 WO2024099503 A1 WO 2024099503A1
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torque
friction
ramp
distributor
pressure plate
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PCT/DE2023/100778
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Inventor
Florian Vogel
Viktor Wiege
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D27/00—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor
    • F16D27/10—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with an electromagnet not rotating with a clutching member, i.e. without collecting rings
    • F16D27/108—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with an electromagnet not rotating with a clutching member, i.e. without collecting rings with axially movable clutching members
    • F16D27/112—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with an electromagnet not rotating with a clutching member, i.e. without collecting rings with axially movable clutching members with flat friction surfaces, e.g. discs
    • F16D27/115—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with an electromagnet not rotating with a clutching member, i.e. without collecting rings with axially movable clutching members with flat friction surfaces, e.g. discs with more than two discs, e.g. multiple lamellae
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D27/00—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor
    • F16D27/004—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with permanent magnets combined with electromagnets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H48/00—Differential gearings
    • F16H48/12—Differential gearings without gears having orbital motion
    • F16H48/19—Differential gearings without gears having orbital motion consisting of two linked clutches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/34—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles
    • B60K17/348—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having differential means for driving one set of wheels, e.g. the front, at one speed and the other set, e.g. the rear, at a different speed
    • B60K17/35—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having differential means for driving one set of wheels, e.g. the front, at one speed and the other set, e.g. the rear, at a different speed including arrangements for suppressing or influencing the power transfer, e.g. viscous clutches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D21/00—Systems comprising a plurality of actuated clutches
    • F16D21/02—Systems comprising a plurality of actuated clutches for interconnecting three or more shafts or other transmission members in different ways
    • F16D21/06—Systems comprising a plurality of actuated clutches for interconnecting three or more shafts or other transmission members in different ways at least two driving shafts or two driven shafts being concentric
    • F16D2021/0638—Electrically actuated multiple lamellae clutches

Definitions

  • the invention relates to a torque distributor with electrical control with a rotation axis for a transmission, comprising at least the following components:
  • the invention further relates to a transmission for a motor vehicle, as well as a drive train with such a transmission.
  • Hydraulically operated torque distributors are known, which are used as a replacement for a mechanical inter-wheel differential or inter-axle differential in a motor vehicle with an internal combustion engine, hybrid drive or electric drive. They are therefore part of a motor vehicle drive train.
  • Such hydraulically operated torque distributors transmit the torque from a transmission to the drive shafts of a motor vehicle.
  • the available torque is distributed in a controlled manner between the drive shafts depending on the driving situation, road conditions and other current requirements.
  • Such a hydraulically operated torque distributor requires a hydraulic system on the vehicle, and thus a fluid reservoir, a pump, a hydraulic control unit coupled to electronic control elements, hydraulic Cables and other components.
  • a hydraulically operated torque distributor causes additional costs and also increases the vehicle weight.
  • the present invention is based on the object of at least partially overcoming the disadvantages known from the prior art.
  • the features according to the invention arise from the independent claims, for which advantageous embodiments are shown in the dependent claims.
  • the features of the claims can be combined in any technically reasonable manner, whereby the explanations from the following description and features from the figures can also be used, which include additional embodiments of the invention.
  • the invention relates to a torque distributor with electrical control with a rotation axis for a transmission, comprising at least the following components:
  • first pressure plate can be actuated by means of the first magnetic axial force
  • second pressure plate can be actuated by means of the second magnetic axial force
  • the torque distributor proposed here can be used as described at the beginning, primarily as a replacement for a conventional differential, but above all for so-called torque vectoring, i.e. influencing a yaw moment, and/or for distributing torque between several drive axles. It should be noted that it is possible to distribute torque in such a way that the sum of the torques is smaller than the incoming torque, for example by grinding a portion of the torque in a friction package. It should also be noted that part of the torque in the torque distributor proposed here is converted into a required contact force, so that the maximum outgoing torque is less than the incoming torque, although the losses in efficiency are also present in a hydraulic system because power has to be diverted for the required hydraulic pressure or volume flow rate (usually in the internal combustion engine).
  • an incoming torque is introduced into the torque input and is output as an outgoing torque (according to the currently controlled distribution) at the first torque output and/or at the second torque output.
  • this state is the main state.
  • this state is referred to as the pulling state or the directed torque is referred to as the pulling torque.
  • the pushing state or the directed torque is referred to as the pushing torque.
  • an incoming torque is introduced via at least one of the torque outputs and is output as an outgoing torque via the torque input.
  • a torque flow is therefore possible in both directions and an input is set up not only for an incoming torque, but also for an outgoing torque. This applies accordingly to the torque outputs.
  • the covers are named this way due to their shape or in analogy to a friction clutch and serve as torque-transmitting components with a radial extension, i.e. for bridging a radial distance.
  • the covers are designed to be closed, i.e. fluid-tight, so that two spaces are separated from each other. Preferably, a common space is then enclosed by the covers.
  • the covers are formed in one piece with the torque input or are firmly joined.
  • the friction packs are preferably formed identically (mirrored), and are each designed to transmit a torque.
  • the maximum transmittable torque is less than (for example half, a third or three quarters) of a design maximum tensile torque or thrust torque (via the torque input or an associated torque output).
  • the maximum transmittable torque of each of the friction packs is equal to or greater than a design maximum tensile torque or thrust torque (via the torque input or an associated torque output).
  • the respective pressure plate is suspended so that it can move axially, and at the same time it is connected to the respective counter plate in a torque-resistant manner, for example to the respective cover or the respective torque output.
  • a leaf spring device is provided between the counter plate and the associated pressure plate, so that a torque can be transmitted while simultaneously being axially movable.
  • the pressure plate is connected to the respective counter plate in a torque-transmitting basket, for example by means of a corresponding toothing, so that it is torque-resistant and at the same time can be moved freely axially.
  • a friction device is arranged between the pressure plate and the associated counter plate and can be pressed between these plates so that a torque can be transmitted by friction.
  • a friction device is formed by one or more clutch discs (if there are several with a corresponding number of intermediate plates) or friction plates, with counter plates provided between the friction plates. Intermediate plates and counter plates can be moved axially in the same way as a pressure plate and are torque-resistant to the counter plate.
  • the friction device is connected to the respective torque output or torque input in a torque-resistant manner, in each case on the other side than the aforementioned plates and, if applicable, counter plates.
  • an axial force that can be generated directly electrically is applied to apply the required compression of the respective friction package.
  • the axial force is designed to close the respective friction package, i.e. to compress a friction package that is normally open (i.e. does not transmit any torque without an actively applied force from the outside).
  • the axial force is designed to release the respective friction package, i.e. to open a normally closed friction package.
  • the coil therefore generates an axial force magnetically when a corresponding power current is applied.
  • the power current is generated from a local Battery, a current torque output or a central battery.
  • the magnetic axial force is generated directly in interaction with the respective pressure plate, especially since it is often advantageous for other boundary conditions to manufacture the pressure plate from a ferromagnetic material.
  • the coil is preferably fixed in each case, i.e. it is not connected to the torque input or to one of the torque outputs. This is not necessary, but it does facilitate the electrical supply and thus enables cost-effective implementation.
  • the mass to be dragged along by the torque provided is reduced compared to a reverse connection and thus the efficiency of the torque transmission is increased compared to a rotating coil.
  • each coil is fixed to a gear housing, e.g. screwed.
  • a ferromagnetic first friction disk which is connected to the first pressure plate in a torque-transmitting manner
  • a ferromagnetic second friction disk which is connected to the second pressure plate in a torque-transmitting manner
  • the first friction disk can be pressed against the first cover in order to transmit torque by means of the first magnetic axial force
  • the second friction disk can be pressed against the second cover in order to transmit torque by means of the second magnetic axial force
  • a separate device is provided, by means of which the desired axial force can be generated in direct interaction with the associated coil when a corresponding power current is applied.
  • axial mobility between the pressure plate and the associated friction disk is enabled, so that an axial stroke of the friction disk can be made smaller than required for a friction package.
  • the friction disk is preferably connected to the respective pressure plate in a torque-transmitting manner, or more precisely, coupled. If a torque is introduced into the friction disk, this is passed on (possibly minus an efficiency and/or with a time delay) to the associated pressure plate, for example by means of a leaf spring device.
  • a (discrete) positive connection or a positively supported frictional connection (directly or indirectly) with the respective pressure plate can be generated by means of the axial force.
  • a positively supported frictional connection can be designed, for example, as a so-called wedge clutch, whereby a cone with a rounded-polygonal cross-sectional area and a corresponding funnel-shaped counter-receptacle are provided.
  • At least one of the friction disks has a ferromagnetic disk section and the corresponding coil has a ferromagnetic armature section, wherein preferably at least one disk section has at least one non-ferromagnetic first recess and the corresponding armature section has at least two non-ferromagnetic second recesses arranged overlapping in the circumferential direction, wherein the corresponding recesses are arranged radially offset from one another.
  • the magnetic flux of the coil is converted into an axial force via two corresponding ferromagnetic components, i.e. aligned and preferably bundled.
  • the entire friction disk is formed by the ferromagnetic disk section.
  • corresponding recesses of the two magnetic partners are provided, whereby in a cross section of a ring segment, due to the increased magnetic resistance of the respective A meandering magnetic flux is forced through the recess, so that with a total of three recesses, instead of two surface passages of the magnetic flux (with a passage angle of greater than 45° [forty-five degrees of 360°] to the two surfaces), as is the case without recesses, four surface passages are created.
  • the disk section and the armature section are arranged in a dielectric environment, for example air and/or oil. In one embodiment, a total of five or more recesses are formed.
  • the recesses each cover as large an arc section as possible and preferably run on a constant radius.
  • the recesses are formed as slots or depressions running in the circumferential direction.
  • a first ramp gear which is connected to the first pressure plate in a torque-transmitting manner
  • a second ramp gear which is connected to the second pressure plate in a torque-transmitting manner
  • the first ramp gear comprises a first ramp input and a first ramp output, which is connected to the first pressure plate in a torque-fixed manner, from which a first axial stroke is exerted as a result of a relative torsion against one another by means of corresponding ramps
  • the second ramp gear comprises a second ramp input and a second ramp output, which is connected to the second pressure plate in a torque-fixed manner, from which a second axial stroke is exerted as a result of a relative torsion against one another by means of corresponding ramps
  • the first ramp input is connected to the first cover in a torque-transmitting manner by means of the first magnetic axial force
  • the second ramp input is connected to the second cover in a torque-transmitting
  • the ramp gears proposed here are designed to convert a portion of the incoming torque into an axial force. To do this, two ramp elements, namely the ramp input and the respective ramp output, are rotated relative to each other by a twisting angle, so that this twisting angle is converted into an axial stroke as a result of the relative ramp gradient. This function is only available when a torque is applied across the ramp gear. If one side of the ramp gear can rotate freely, no axial stroke can be generated.
  • a torque applied to the torque input is converted by the associated ramp gear to a (smaller) extent into a contact pressure of the associated pressure plate and a (larger) extent is transmitted by the relevant friction package to the respective torque output in a frictionally engaged manner, and conversely a torque applied to the respective torque output is transmitted to the torque input.
  • At least one of the ramp gears is a ball ramp gear, wherein a sealing system is preferably provided directly between the respective ramp input and ramp output.
  • a ball ramp gear is designed for low-friction relative rotation of the
  • Ramp input relative to the respective ramp output is advantageous, so that the Torque losses are low.
  • a ball ramp gear is advantageous for a quick reaction to torque changes.
  • the ball ramp gear is protected from environmental influences from neighboring rooms, preferably oiled or greased with a lubricant.
  • the balls of the ball ramp gear are guided in a cage.
  • a transmission housing or another fixed component which, in an application in a motor vehicle, is fixed to its chassis, the torque distributor being supported on it in a low-friction manner by means of a rolling bearing.
  • the covers of the torque distributor are supported directly on a transmission housing by means of a rolling bearing arrangement.
  • the torque output supported by means of a respective plain bearing is then supported via this rolling bearing on the transmission housing or the other fixed component in a low-friction manner, the torque output in question being able to rotate with low friction relative to the respective cover.
  • a friction disk or to a ramp input whereby these preferably each have a separate plain bearing or plain bearing section.
  • a torque output is connected to a drive wheel, and thus the weight of the motor vehicle is transferred to the torque outputs via the plain bearings.
  • a plain bearing usually has higher friction and/or a shorter service life, i.e. increased wear, than a rolling bearing.
  • the duration, speed and frequency of relative rotation between the components mentioned is significantly lower than with a fixed component, such as the gearbox housing. This means that at least the same service life can be achieved as with the rolling bearing arrangement, with low manufacturing costs and little installation space required, and the desired overall service life can be easily achieved when used in a motor vehicle.
  • the counter plates are connected to the respective torque output in a torque-resistant manner.
  • at least one of the pressure plates is permanently connected to the corresponding counter plate by means of a leaf spring device in a torque-transmitting manner.
  • the counter plates and thus also the pressure plate are connected to the respective torque output in a torque-resistant manner, preferably the counter plates are each connected in one piece.
  • the plates often have a higher mass than the corresponding friction device (usually friction elements made of an organic material) of the respective friction package due to the choice of material (usually metallic) and/or the volume (often desired for high heat capacity).
  • the mass that is permanently carried along is reduced compared to a reverse connection and thus efficiency is increased.
  • a leaf spring device for a torque-resistant connection between the pressure plate and the associated counter plate, which offers a high tolerance or represents a negligible factor during assembly when setting the required gap between the friction partners of a friction package.
  • the leaf spring device is arranged radially inside the respective friction device, particularly preferably a countersink is provided in the pressure plate and/or in the counterplate, for a head of a fastening means, for example a rivet, for a reduction of the required axial clearance for an axial stroke and/or during assembly.
  • an outer space and an inner space are separated from one another by means of the first cover and the second cover, wherein the outer space is preferably designed to be wet and the inner space to be dry.
  • the spaces of the torque distributor and the torque input are separated from one another by means of the covers, preferably fluidically, i.e. liquid-tight and/or gas-tight. This protects the rest of the transmission from abrasion in the friction packs, for example.
  • one of the spaces preferably the outer space
  • the other space preferably the inner space
  • the space referred to here as the inner space is the one in which the friction packs, and preferably the other components of the torque distributor mentioned, apart from the torque input and preferably the coils (and possibly armature sections), are arranged.
  • the outer space is then the other one accordingly.
  • the outer space is preferably arranged axially and radially outside and the inner space in the center of the outer space.
  • a transmission for a motor vehicle comprising a torque distributor according to an embodiment according to the above description and a transmission housing, wherein the torque distributor is supported directly via the cover by means of a bearing arrangement on the transmission housing in a low-friction manner, wherein the torque input of the torque distributor is preferably designed as a gear ring.
  • a transmission with a transmission housing is proposed here. It should be noted that in some applications this transmission only represents a section of a torque transmitter, for example a transmission gear, manual transmission and/or at least one friction clutch are also provided.
  • the transmission proposed here is housed in a common transmission housing for other transmission components not explicitly mentioned here.
  • the transmission housing is designed to be open at least in one place, so that a common transmission space is formed by the transmission housing together with a separate housing for other transmission components.
  • the transmission housing can be fixed directly or indirectly in a motor vehicle, so that the torque-transmitting components of the torque distributor are supported on the motor vehicle (or its chassis) via the transmission housing with low friction by means of the bearing arrangement.
  • the bearing arrangement is preferably formed with rolling bearings, with a clamped bearing preferably being formed, for example in a so-called X-arrangement.
  • the torque outputs particularly preferably also the components connected to the respective torque output in a torque-fixed manner, are supported on the transmission housing with low friction by means of a plain bearing via the respective cover.
  • the torque input is designed as a gear ring, which in a motor vehicle is arranged, for example, in meshing relationship with a corresponding transmission output ring of a transmission gear.
  • a drive train comprising at least the following components:
  • At least one transmission according to an embodiment as described above for transmitting a torque between the at least one drive machine and the consumers; and wherein by means of the at least one transmission, a torque of the at least one drive machine can be transmitted to the consumers in an electrically controlled manner via the two torque outputs, wherein at least one of the transmissions is set up as a differential and/or for influencing a yaw moment and/or for distributing a torque between a plurality of drive axles.
  • the drive train proposed here comprises a (first) drive machine, for example an internal combustion engine with a combustion shaft, for supplying at least one consumer, for example the drive wheels in a motor vehicle.
  • a (second or only) drive machine for example an electric drive machine with a rotor shaft, is provided to supply at least one consumer, for example the drive wheels in a motor vehicle.
  • a torque can be transmitted between the drive machine and the consumer by means of a transmission, which is designed according to an embodiment as described above.
  • a torque transmission between the consumer and the respective drive machine is preferably possible in both directions, for example in a motor vehicle for accelerating the motor vehicle (traction mode) and in the opposite direction (overrun mode), for example for using the engine brake to decelerate the motor vehicle or to recuperate this deceleration energy.
  • a torque transmission can be directed specifically to a consumer or can also be completely interrupted or significantly reduced (actively via the respective friction package with a clutch command to the associated coil and/or passively via a torque limitation as a result of a preset maximum or actively set axial pressing force on the respective friction package).
  • the torque distributor can be used multiple times (with an adapted design in each case) in a drive train, for example instead of a differential, instead of a distributor between the front axle and rear axle of a motor vehicle or also for another consumer, whereby the torque outputs can also be used different maximum torques can be transmitted and/or continuous loads can be applied.
  • a motor vehicle comprising a drive train according to an embodiment according to the above description and at least one drive wheel, wherein the at least one drive wheel can be driven by means of the drive train to propel the motor vehicle.
  • the installation space is particularly small in motor vehicles due to the increasing number of components and it is therefore particularly advantageous to use a small drive train.
  • a similar problem arises with so-called hybridization, in which an electric drive motor is used more and more frequently in operation or even forms the main source of torque and a combustion engine that is as small as possible must be used, but this must be switched on and off from the drive train much more frequently.
  • the available installation space is usually small because the installation space must be reserved for other components such as a pulse inverter and/or a traction battery. It is therefore a challenge to provide all the desired functions while at the same time keeping parts costs low and using little available installation space. This problem is exacerbated in the case of small cars according to the European classification. The units used in a small car are not significantly smaller than in a larger car. Nevertheless, the available installation space in a small car is much smaller.
  • the motor vehicle proposed here which includes the drive train described above, is an efficient structure using the existing units of the drive train, especially without a hydraulic high-pressure system, whereby no more than the usually available installation space is required for such a torque distributor.
  • efficiency increases can be achieved with a ramp gear as a result of the utilization of the torque provided by at least one drive machine in conjunction with a relatively low power current requirement of the respective coil.
  • Passenger cars are assigned to a vehicle class based on, for example, size, price, weight and performance, although this definition is subject to constant change according to the needs of the market.
  • vehicles in the small car and subcompact car class are assigned to the subcompact car class according to the European classification, and in the British market they correspond to the supermini or city car class.
  • Examples of the subcompact car class are a Volkswagen up! or a Renault Twingo.
  • Examples of the small car class are an Audi A1, Volkswagen Polo, Opel Corsa or Renault Clio.
  • Well-known (mild) hybrid vehicles are the Fiat Panda or the Mazdaß (BP).
  • Well-known fully electric motor vehicles include, for example, an Audi Q4 e-tron or a BMW i3 or VW ID.3.
  • Fig. 2 a coil with friction disc
  • Fig. 3 a friction disc with first recesses
  • Fig. 4 an electrified powertrain in a motor vehicle.
  • Fig. 1 shows a torque distributor 1 with one coil 18, 20 and one ramp gear 28, 29 per torque output 6, 7 in a half-sectional view.
  • the rotation axis 2 is shown with a horizontal orientation, around which the circumferential direction 3 is defined.
  • the components of the torque distributor 1 referred to as the first components are shown on the left and the second components on the right.
  • the torque input 5 is designed as a gear ring (here purely optionally a separate component screwed to the covers 8, 9) and is mounted in a gear housing 43 of a gear 4 (not shown here) via a braced bearing arrangement 44 in a (purely optional) X arrangement, with tapered roller bearings being used here (purely optionally).
  • the first torque output 6 is connected externally to a first flange shaft 53 and the second torque output 7 is connected externally to a second flange shaft 54, each in a torque-resistant manner (here, for example, by means of a spline and screw connection), and is connected to a consumer, for example to a respective drive wheel 48, 49 of a motor vehicle 42, in a torque-transmitting, preferably torque-resistant manner.
  • a dynamic shaft seal 55, 56 is provided in each case for sealing the outer space 40 from the environment, wherein this is inserted with its static sealing seat in a housing cover 57 of the gear housing 43.
  • an axial bearing 58 is provided here for the respective flange shaft (designated pars-pro-toto only on the first torque output 6).
  • the respective torque output 6, 7 is also connected here by means of a second torque output
  • Plain bearing 38 (alternatively a rolling bearing, e.g. a needle bearing) is radially supported on the respective cover 8,9.
  • the friction packs 10,14 of the respective torque output 6,7 are constructed identically and mirrored in the embodiment shown (purely optional). They each have a (externally arranged) pressure plate 11,15 and a Counter plate 12,16, between which the respective compressible friction device 13,17 is arranged.
  • the friction device 13 is designated pars pro toto, namely in the (purely optional) embodiment with an intermediate plate 59 and a clutch disc 60,61 to the side of it.
  • the counter plates 12,16 are here (purely optional) each formed in one piece with the respective torque output 6,7.
  • the pressure plates 11,15 are each axially movable (preferably axially braced against each other) and torque-resistantly connected to each other via a leaf spring device 39 with the associated counter plate 12,16 (here only designated for the first friction package 10).
  • the leaf spring device 39 (comprising a leaf spring package and fixed to the pressure plate 11 or counter plate 12 by means of rivets) is arranged radially inside the friction device 13.
  • the respective pressure plate 11, 15 is actuated by means of a ramp gear 28, 29, by means of which a torque input is converted into an axial stroke 32, 35.
  • the ramp gears 28, 29 are both designed as ball ramp gears with a ball 62 visible on the left side as shown (i.e. the first torque output 6) guided in a cage 63.
  • the respective ramp input 30, 33 is connected to a respective separate friction disk 22, 23 in a torque-transmitting manner.
  • the ramp inputs 30, 33 are (designated pars-pro-toto only at the second ramp input 33) torque-transmitting and at the same time axially movable by means of a spring ring or a leaf spring arrangement 64, and are connected to the respective friction disk 23 with an axial preload (attracting one another to secure a gap between the friction disk 22, 23 and the associated cover 8, 9 in the released state or repelling one another to maintain a minimum contact pressure or a permanent contact of the friction disk 22, 23 on the associated cover 8, 9).
  • the (axially fixed) ramp entrances 30,33 (designated pars-pro-toto only at the first ramp entrance 30) are axially supported by means of a retaining ring 65 and a support disk 66 (due to the radial offset) via a first plain bearing 37, by means of which the ramp entrance 30 is also supported radially here (purely optionally).
  • the coils 18, 20 for the electrical actuation of a respective one of the friction packs 10, 14 have here (designated pars-pro-toto only on the second coil 20) a magnetic core 67, by means of which the respective coil 20 is fixed to the gear housing 43, i.e. does not rotate.
  • the axial stroke 32,35 of the respective ramp gear 28,29 is significantly larger (e.g. equal to or more than 2 mm [two millimeters] to 5 mm) and for a required actuation stroke for the associated friction package 10,14.
  • the covers 8, 9 jointly delimit an interior space 41 from an exterior space 40, and are also advantageously sealed.
  • the interior space 41 is designed to be dry, with the balls 62 of the ramp gear being particularly preferably greased and a sealing system 36 being provided for this purpose (here purely optionally with a dynamic seal on the radial outside and a wiper on the radial inside).
  • the exterior space 40 is preferably designed to be wet, with this being particularly preferably openly connected to a (common) gear space of a connected gear system during use.
  • the respective magnetic axial force 19,21 is controllable such that a transferable Torque can be adjusted continuously or discretely between loose and maximum compression to suit your needs.
  • a (second) coil 20 with (second) friction disk 23 with an advantageous arrangement of recesses 26, 27 is shown in a detailed view with a cut-away ramp inlet 33 and cover 9, for example as shown on the right in Fig. 1, whereby this is preferably mirrored there as the first coil 18 with first friction disk 22 is also inserted on the left.
  • the friction disk 23 is shown here in the released state, i.e. aligned with (preferably maximum) axial distance from the cover 9.
  • the magnetic flux 68 that can be generated by the energized coil 20 is shown, which, as a result of the first recess 26 in the disk section 24 (here purely optionally formed by the entire friction disk 23) and the two second recesses 27 radially offset therefrom in the armature section 25 (here purely optionally formed in one piece with the cover 9), meanders four times through the adjacent surfaces of the disk section 24 and the armature section 25, namely at an angle of equal to or greater than 45° in relation to the respective surface. As a result, the magnetic axial force 21 is increased, which pulls the friction disk 23 to the right against the armature section 25 as shown.
  • first recess 26 is not designed as a through-opening but as a blind hole and/or (conversely) in one embodiment the second recess 27 is designed as a through-opening and not as a blind hole.
  • a sealing means is preferably arranged in the second recess 27 so that the interior 41 and the exterior 40 are separated and the coil is protected. Irrespective of this, in one embodiment a sealing means or friction means, preferably made of a plastic, is arranged in one of the recesses 26, 27.
  • a friction disk 22, 23 with first recesses 26 is shown in a perspective view, as used for example in Fig. 2.
  • the first recesses 26, of which only one is designated here pars-pro-toto, run in a slot-like manner with the longest extension in the circumferential direction 3 (see Fig. 1) with a constant radius.
  • the second recesses 27 (see Fig. 2) are to be arranged radially inside and outside the first recess 26. These second recesses 26, 27 are preferably also designed in a slot-like manner in the circumferential direction 3, each with a constant radius.
  • Fig. 4 shows an electrified drive train 45 in a motor vehicle 42 in a schematic plan view with a central traction battery 69, wherein the longitudinal axis 70 of the motor vehicle 42 is shown horizontally.
  • a left drive wheel 48 and/or a right drive wheel 49 on a front drive axle 51, and a left drive wheel 48 and/or a right drive wheel 49 on a rear drive axle 52 can be supplied with a torque by means of an internal combustion engine 46 and/or an electric drive machine 47.
  • a torque distributor 1 is used purely as an example as a replacement for a differential 50, but preferably also for so-called torque vectoring.
  • a further torque distributor 1 is also provided in the distributor shaft between the drive axles 51, 52, which is often referred to as a cardan shaft because of the cardan joint that is usually required. In one embodiment, this is not constructed symmetrically, for example, but a different maximum torque can be distributed to the torque outputs 6, 7. It should be noted that the torque distributors 1 shown here can each be used independently of one another and that other locations of use are also conceivable independently of this.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drehmomentverteiler (1) mit elektrischer Steuerung mit einer Rotationsachse (2) für ein Getriebe (4), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - einen Drehmomenteingang (5); - zwei Drehmomentausgänge (6, 7); - zwei Deckel (8, 9), welche mit der Drehmomenteingang (5) drehmomentfest verbunden sind; - zwei Reibpakete (10,14) mit jeweils einer Anpressplatte (11, 15), einer Gegenplatte (12,16) und einer axial dazwischen angeordneten Reibeinrichtung (13, 17), wobei mittels des jeweiligen Reibpakets (10, 14) der Drehmomenteingang (5) über den jeweiligen Deckel (8,9) mit dem jeweiligen Drehmomentausgang (6, 7) lösbar drehmomentübertragend verbindbar ist; - eine erste Spule (18) zum schaltbaren Erzeugen einer ersten magnetischen Axialkraft (19); - eine zweite Spule (20) zum schaltbaren Erzeugen einer zweiten magnetischen Axialkraft (21), wobei mittels der ersten magnetischen Axialkraft (19) die erste Anpressplatte (11) betätigbar ist, und wobei mittels der zweiten magnetischen Axialkraft (21) die zweite Anpressplatte (15) betätigbar ist. Mit dem hier vorgeschlagenen Drehmomentverteiler ist ohne hydraulisches Versorgungssystem ein Drehmoment elektronisch gesteuert verteilbar.

Description

Drehmomentverteiler mit elektrischer Steuerung
Die Erfindung betrifft einen Drehmomentverteiler mit elektrischer Steuerung mit einer Rotationsachse für ein Getriebe, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- einen Drehmomenteingang;
- zwei Drehmomentausgänge;
- zwei Deckel, welche mit der Drehmomenteingang drehmomentfest verbunden sind;
- zwei Reibpakete mit jeweils einer Anpressplatte, einer Gegenplatte und einer axial dazwischen angeordneten Reibeinrichtung, wobei mittels des jeweiligen Reibpakets der Drehmomenteingang über den jeweiligen Deckel mit dem jeweiligen Drehmomentausgang lösbar drehmomentübertragend verbindbar ist;
- eine erste Spule zum schaltbaren Erzeugen einer ersten magnetischen Axialkraft;
- eine zweite Spule zum schaltbaren Erzeugen einer zweiten magnetischen Axialkraft, wobei mittels der ersten magnetischen Axialkraft die erste Anpressplatte betätigbar ist, und wobei mittels der zweiten magnetischen Axialkraft die zweite Anpressplatte betätigbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, sowie einen Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe.
Bekannt sind hydraulisch betätigte Drehmomentverteiler, welche als Ersatz für ein mechanisches Zwischenraddifferential oder Zwischenachsdifferential in einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungskraftmaschine, Hybridantrieb oder Elektroantrieb zum Einsatz kommen. Sie sind somit Bestandteil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs. Solche hydraulisch betätigten Drehmomentverteiler übertragen das Drehmoment von einem Getriebe zu den Antriebswellen eines Kraftfahrzeugs. Dabei wird das verfügbare Drehmoment kontrolliert zwischen den Antriebswellen je nach Fahrtsituation, Fahrbahnzustand und andere aktuelle Anforderungen verteilt. Ein solcher hydraulisch betätigter Drehmomentverteiler benötigt ein hydraulisches System am Fahrzeug, und somit ein Flüssigkeitsreservoir, eine Pumpe, eine mit elektronischen Steuerelementen gekoppelte hydraulische Steuereinheit, hydraulische Leitungen und weitere Komponenten. Gerade in Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb oder Elektroantrieb, wo viele Einheiten (beispielsweise elektrische Lenkunterstützung, Fahrtstabilitätssysteme, Standbremse) rein elektrisch betrieben werden, verursacht ein hydraulisch betätigter Drehmomentverteiler zusätzliche Kosten und ein zudem erhöhtes Fahrzeuggewicht.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Erfindung betrifft einen Drehmomentverteiler mit elektrischer Steuerung mit einer Rotationsachse für ein Getriebe, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- einen Drehmomenteingang;
- einen ersten Drehmomentausgang;
- einen zweiten Drehmomentausgang;
- einen ersten Deckel, welcher mit der Drehmomenteingang drehmomentfest verbunden ist;
- einen zweiten Deckel, welcher mit der Drehmomenteingang drehmomentfest verbunden ist;
- ein erstes Reibpaket mit einer zum Betätigen des ersten Reibpakets axial bewegbaren ersten Anpressplatte, einer axial fixierten ersten Gegenplatte und einer axial dazwischen angeordneten ersten Reibeinrichtung, wobei mittels des ersten Reibpakets der Drehmomenteingang über den ersten Deckel mit dem ersten Drehmomentausgang lösbar drehmomentübertragend verbindbar ist;
- ein zweites Reibpaket mit einer zum Betätigen des zweiten Reibpakets axial bewegbaren zweiten Anpressplatte, einer axial fixierten zweiten Gegenplatte und einer axial dazwischen angeordneten zweiten Reibeinrichtung, wobei mittels des zweiten Reibpakets der Drehmomenteingang über den zweiten Deckel mit dem zweiten Drehmomentausgang lösbar drehmomentübertragend verbindbar ist;
- eine erste Spule zum schaltbaren Erzeugen einer ersten magnetischen Axialkraft;
- eine zweite Spule zum schaltbaren Erzeugen einer zweiten magnetischen Axialkraft, wobei mittels der ersten magnetischen Axialkraft die erste Anpressplatte betätigbar ist, und wobei mittels der zweiten magnetischen Axialkraft die zweite Anpressplatte betätigbar ist.
Es wird im Folgenden auf die genannte Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
Der hier vorgeschlagene Drehmomentverteiler ist wie eingangs beschrieben einsetzbar, vor allem als Ersatz für ein konventionelles Differential, aber vor allem auf zum sogenannten Torque-Vectoring, also dem Beeinflussen eines Giermoments, und/oder zum Verteilen eines Drehmoments zwischen mehreren Antriebsachsen. Es sei darauf hingewiesen, dass es möglich ist, ein Drehmoment derart zu verteilen, dass die Summe der Drehmomente kleiner ist als das eingehende Drehmoment, beispielsweise mittels Verschleifen eines Anteils des Drehmoments in einem Reibpaket. Es sei weiterhin darauf hingewiesen, dass ein Teil des Drehmoments bei dem hier vorgeschlagenen Drehmomentverteiler in eine benötigte Anpresskraft umgewandelt wird, sodass also das maximale ausgehende Drehmoment geringer ist als das eingehende Drehmoment, wobei die Verluste im Wirkungsgrad jedoch auch bei einem hydraulischen System gegeben sind, weil für den erforderlichen hydraulischen Druck beziehungsweise den Volumendurchsatz (in der Regel an der Verbrennungskraftmaschine) Leistung abgezweigt werden muss. Ein eingehendes Drehmoment wird in einem Zustand, bei welchem ein Drehmoment von der zumindest einen Antriebsmaschine an den zumindest einen Verbraucher abgegeben wird, in den Drehmomenteingang eingeleitet und als ausgehendes Drehmoment (entsprechend der aktuell gesteuerten Verteilung) an dem ersten Drehmomentausgang und/oder an dem zweiten Drehmomentausgang ausgeleitet. In vielen Anwendungen ist dieser Zustand der Hauptzustand. Dieser Zustand wird in einem Kraftfahrzeug als Zugzustand beziehungsweise das geleitete Drehmoment als Zugmoment bezeichnet. In einem anderen Zustand, oftmals dem Nebenzustand und bei einem Kraftfahrzeug als Schubzustand beziehungsweise das geleitete Drehmoment als Schubmoment bezeichnet, wird ein eingehendes Drehmoment über zumindest einen der Drehmomentausgänge eingeleitet und als ausgehende Drehmoment über den Drehmomenteingang ausgeleitet. Ein Drehmomentfluss ist also in beiden Richtungen möglich und ein Eingang nicht allein für ein eingehendes Drehmoment, sondern auch für ein ausgehendes Drehmoment eingerichtet. Dies gilt entsprechend für die Drehmomentausgänge.
Die Deckel sind aufgrund ihrer Form oder in Analogie zu einer Reibkupplung so bezeichnet und dienen als drehmomentübertragende Komponenten mit einer radialen Erstreckung, also zum Überbrücken einer radialen Distanz. In einer Ausführungsform sind die Deckel geschlossen ausgeführt, also fluidisch dicht, sodass zwei Räume voneinander separiert sind. Bevorzugt ist dann von den Deckeln ein gemeinsamer Raum umschlossen. In einer Ausführungsform sind die Deckel mit dem Drehmomenteingang einstückig gebildet oder fest gefügt.
Die Reibpakete sind, bevorzugt (gespiegelt) identisch gebildet, sind jeweils zum Übertragen eines Drehmoments eingerichtet. Dabei ist in einer Ausführungsform das maximal übertragbare Drehmoment kleiner als (beispielsweise die Hälfte, ein Drittel oder drei Viertel) eines auslegungsgemäß maximalen Zugmoments oder Schubmoments (über den Drehmomenteingang oder einen zugehörigen Drehmomentausgang). Alternativ ist das maximal übertragbare Drehmoment jedes der Reibpakete gleich groß oder größer als ein auslegungsgemäß maximales Zugmoment oder Schubmoment (über den Drehmomenteingang oder einen zugehörigen Drehmomentausgang). Die jeweilige Anpressplatte ist axial beweglich aufgehängt, wobei sie zugleich zusammen mit der jeweiligen Gegenplatte drehmomentfest verbunden ist, beispielsweise mit dem jeweiligen Deckel oder dem jeweiligen Drehmomentausgang. Beispielsweise ist eine Blattfedereinrichtung zwischen der Gegenplatte und der zugehörigen Anpressplatte vorgesehen, somit ist ein Drehmoment bei gleichzeitiger axialer Beweglichkeit übertragbar. Alternativ oder zusätzlich ist die Anpressplatte in einem drehmomentübertragenden Korb, beispielsweise mittels einer korrespondierenden Verzahnung, drehmomentfest und zugleich axial frei verschiebbar mit der jeweiligen Gegenplatte verbunden.
Zwischen der Anpressplatte und der zugehörigen Gegenplatte ist eine Reibeinrichtung angeordnet und zwischen diesen Platten verpressbar, sodass reibschlüssig ein Drehmoment übertragbar ist. Eine solche Reibeinrichtung ist von einer oder mehreren Kupplungsscheiben (bei mehreren mit einer korrespondierenden Anzahl von Zwischenplatten) oder Reiblamellen gebildet, wobei zwischen Reiblamellen Gegenlamellen vorgesehen sind. Zwischenplatten und Gegenlamellen sind gleichartig wie eine Anpressplatte axial verschiebbar und mit der Gegenplatte drehmomentfest. Die Reibeinrichtung ist mit dem jeweiligen Drehmomentausgang oder dem Drehmomenteingang drehmomentfest verbunden, jeweils entsprechend die andere Seite als die genannten Platten und gegebenenfalls Gegenlamellen.
Hier ist nun vorgeschlagen, dass anstelle einer anderen Betätigungsart eine unmittelbar elektrisch erzeugbare Axialkraft zum Aufbringen der erforderlichen Verpressung des jeweiligen Reibpakets angelegt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die Axialkraft in einer Ausführungsform zum Schließen des jeweiligen Reibpakets eingerichtet ist, also zum Verpressen eines normal offenen (also ohne aktiv von außen aufgebrachte Kraft kein Drehmoment übertragenden) Reibpakets. Alternativ ist die Axialkraft zum Lösen des jeweiligen Reibpakets eingerichtet, also zum Öffnen eines normal geschlossenen Reibpakets.
Mittels der Spule wird also magnetisch eine Axialkraft erzeugt, wenn ein entsprechender Leistungsstrom angelegt ist. Der Leistungsstrom ist aus einer lokalen Batterie, einer aktuellen Drehmomentleistung oder einer zentralen Batterie beziehbar. Beispielsweise ist die magnetische Axialkraft unmittelbar im Zusammenspiel mit der jeweiligen Anpressplatte erzeugt, zumal es oftmals bereits für andere Randbedingungen vorteilhaft ist, die Anpressplatte aus einem ferromagnetischen Material herzustellen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Spule jeweils bevorzugt fixiert ist, also weder mit dem Drehmomenteingang noch mit einem der Drehmomentausgänge verbunden ist. Dies ist jedoch nicht notwendig, erleichtert aber die elektrische Versorgung und ermöglicht damit eine kostengünstige Umsetzung. Zudem ist bei dieser Ausführungsform die von dem bereitgestellten Drehmoment mitzuschleppende Masse im Vergleich zu einer umgekehrten Anbindung reduziert und somit die Effizienz der Drehmomentübertragung im Vergleich zu einer mitrotierenden Spule gesteigert. Beispielsweise ist eine jeweilige Spule mit einem Getriebegehäuse fixiert, beispielsweise verschraubt.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Drehmomentverteilers vorgeschlagen, dass weiterhin eine ferromagnetische erste Reibscheibe, welche mit der ersten Anpressplatte drehmomentübertragend verbunden ist, und eine ferromagnetische zweite Reibscheibe, welche mit der zweiten Anpressplatte drehmomentübertragend verbunden ist, vorgesehen sind, wobei zum Drehmomentübertragen mittels der ersten magnetischen Axialkraft die erste Reibscheibe gegen den ersten Deckel pressbar ist, und wobei zum Drehmomentübertragen mittels der zweiten magnetischen Axialkraft die zweite Reibscheibe gegen den zweiten Deckel pressbar ist.
Bei dieser Ausführungsform ist eine separate Vorrichtung vorgesehen, mittels welcher in unmittelbarem Zusammenspiel mit der zugehörigen Spule bei Anliegen eines entsprechenden Leistungsstroms die gewünschte Axialkraft erzeugbar ist. Bevorzugt ist hierbei eine axiale Beweglichkeit zwischen der Anpressplatte und der zugehörigen Reibscheibe ermöglicht, sodass ein Axialhub der Reibscheibe geringer ausführbar ist als für ein Reibpaket benötigt. Damit ist der für eine gewünschte Axialkraft erforderliche Magnetflussdichte, also der erforderliche Betrag des maximalen Leistungsstroms erheblich reduzierbar. Weiterhin bevorzugt ist die Reibscheibe mit der jeweiligen Anpressplatte drehmomentübertragend, genauer gekoppelt, verbunden. Wenn also ein Drehmoment in die Reibscheibe eingeleitet wird, wird dies (gegebenenfalls abzüglich eines Wirkungsgrads und/oder mit einer zeitlichen Verzögerung) an die zugehörige Anpressplatte weitergegeben, beispielsweise mittels einer Blattfedereinrichtung.
Es sei darauf hingewiesen, dass in einer alternativen Ausführungsform mittels der Axialkraft ein (diskreter) Formschluss oder ein formschlüssig unterstützter Reibschluss (mittelbar oder unmittelbar) mit der jeweiligen Anpressplatte erzeugbar ist. Ein formschlüssig unterstützter Reibschluss ist beispielsweise als sogenannte Wedge-Clutch ausführbar, wobei ein Konus mit einer abgerundet-polygonen Querschnittsfläche und eine korrespondierende trichterförmige Gegenaufnahme vorgesehen sind.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Drehmomentverteilers vorgeschlagen, dass zumindest eine der Reibscheiben einen ferromagnetischen Scheibenabschnitt aufweist und die korrespondierende Spule einen ferromagnetischen Ankerabschnitt aufweist, wobei bevorzugt zumindest ein Scheibenabschnitt zumindest eine nichtferromagnetische erste Aussparung aufweist und der korrespondierende Ankerabschnitt zumindest zwei in Umfangsrichtung überlappend angeordnete nichtferromagnetische zweite Aussparungen aufweist, wobei die korrespondierenden Aussparungen zueinander radial versetzt angeordnet sind.
Bei dieser Ausführungsform ist der Magnetfluss der Spule über zwei korrespondierende ferromagnetische Komponenten in eine Axialkraft umgewandelt, also ausgerichtet und dabei bevorzugt gebündelt. In einer Ausführungsform ist die gesamte Reibscheibe von dem ferromagnetischen Scheibenabschnitt gebildet. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind korrespondierende Aussparungen der beiden magnetischen Partner (Scheibenabschnitt und Ankerabschnitt) vorgesehen, wobei in einem Querschnitt eines Ringsegments aufgrund des im Vergleich zu dem ferromagnetischen Material erhöhten magnetischen Widerstands der jeweiligen Aussparung eine mäandernder Magnetfluss erzwungen ist, sodass bei insgesamt drei Aussparungen anstelle von zwei Oberflächendurchtritten des Magnetflusses (mit einem Durchtrittswinkel von größer als 45° [fünfundvierzig Grad von 360°] zu den beiden Oberflächen), wie ohne Aussparungen der Fall, vier Oberflächendurchtritte erzeugt sind. Dafür ist notwendig, dass der Scheibenabschnitt und der Ankerabschnitt in einem dielektrischen Umfeld angeordnet sind, beispielsweise Luft und/oder Öl. In einer Ausführungsform sind insgesamt fünf oder mehr Aussparungen gebildet.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Aussparungen jeweils einen möglichst großen Bogenabschnitt abdecken und bevorzugt auf einem konstanten Radius verlaufen. In einer Ausführungsform sind die Aussparungen als in Umfangsrichtung verlaufende Schlitze oder Vertiefungen gebildet.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Drehmomentverteilers vorgeschlagen, dass weiterhin ein erstes Rampengetriebe, welches mit der ersten Anpressplatte drehmomentübertragend verbunden ist, und ein zweites Rampengetriebe, welches mit der zweiten Anpressplatte drehmomentübertragend verbunden ist, vorgesehen sind, wobei das erste Rampengetriebe einen ersten Rampeneingang und einen mit der ersten Anpressplatte drehmomentfest verbundenen ersten Rampenausgang umfasst, von welchen infolge einer relativen Torsion gegeneinander mittels korrespondierender Rampen ein erster Axialhub ausgeübt wird, wobei das zweite Rampengetriebe einen zweiten Rampeneingang und einen mit der zweiten Anpressplatte drehmomentfest verbundenen zweiten Rampenausgang umfasst, von welchen infolge einer relativen Torsion gegeneinander mittels korrespondierender Rampen ein zweiter Axialhub ausgeübt wird, wobei der erste Rampeneingang mittels der ersten magnetischen Axialkraft mit dem ersten Deckel drehmomentübertragend verbunden ist, und wobei der zweite Rampeneingang mittels der zweiten magnetischen Axialkraft mit dem zweiten Deckel drehmomentübertragend verbunden ist, wobei bevorzugt zumindest eine der Anpressplatten mit dem jeweils korrespondierenden Rampenausgang einstückig gebildet ist. Die hier vorgeschlagenen Rampengetriebe sind dazu eingerichtet, einen Anteil des eingehenden Drehmoments in eine Axialkraft umzuwandeln. Hierzu werden zwei Rampenelemente, nämlich der Rampeneingang und der jeweilige Rampenausgang relativ gegeneinander um einen Verdrehwinkel verdreht, sodass infolge der relativen Rampensteigung dieser Verdrehwinkel in einen Axialhub umgewandelt wird. Diese Funktion ist ausschließlich dann gegeben, wenn ein Drehmoment über dem Rampengetriebe anliegt. Wenn also eine Seite des Rampengetriebes frei mitdrehen kann, ist kein Axialhub erzeugbar.
Es sei darauf hingewiesen, dass aufgrund von Trägheiten oder von dauerhaft anliegenden Reibkräften dauerhaft ein Drehmoment übertragbar ist und somit beispielsweise in einem Rampengetriebe in einen Axialhub umwandelbar ist. Allerdings sind diese in einem geöffneten (gelösten) Zustand des jeweiligen Reibpakets beziehungsweise an der oben genannten Reibscheibe derart gering, dass diese vernachlässigbar sind, also keine nutzbare Leistung abgeben, beispielsweise in Reibung und/oder Tordierung von Material dissipieren.
Wenn also mittels der Spule eine magnetische Axialkraft erzeugt ist, wird ein an dem Drehmomenteingang anliegendes Drehmoment von dem zugehörigen Rampengetriebe zu einem (kleineren) Anteil in eine Anpresskraft der zugehörigen Anpressplatte umgewandelt und zu einem (größeren) Anteil von dem betreffenden Reibpaket reibschlüssig zu dem jeweiligen Drehmomentausgang übertragen, und umgekehrt ein an dem jeweiligen Drehmomentausgang anliegendes Drehmoment zu dem Drehmomenteingang übertragen.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Drehmomentverteilers vorgeschlagen, dass zumindest eines der Rampengetriebe ein Kugelrampengetriebe ist, wobei bevorzugt unmittelbar zwischen dem jeweiligen Rampeneingang und Rampenausgang ein Dichtungssystem vorgesehen ist.
Ein Kugelrampengetriebe ist für ein reibungsarmes relatives Verdrehen des
Rampeneingangs relativ zu dem jeweiligen Rampenausgang vorteilhaft, sodass die Drehmomentverluste gering sind. Zudem ist ein Kugelrampengetriebe für eine schnelle Reaktion bei Drehmomentveränderungen vorteilhaft. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Kugelrampengetriebe vor Umwelteinflüssen aus benachbarten Räumen geschützt, bevorzugt mit einem Schmiermittel geölt beziehungsweise gefettet. In einer Ausführungsform sind die Kugeln des Kugelrampengetriebes in einem Käfig geführt.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Drehmomentverteilers vorgeschlagen, dass zumindest eine der folgenden Komponenten mittels eines Gleitlagers an dem jeweiligen Drehmomentausgang abgestützt ist:
- der Deckel;
- die Reibscheibe nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung; und
- der Rampeneingang nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung.
Es sei darauf hingewiesen, dass in einer bevorzugten Ausführungsform ein Getriebegehäuse oder eine andere fixierte Komponente, welche in einer Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit dessen Chassis fixiert ist, vorgesehen ist, wobei der Drehmomentverteiler an diesem mittels eines Wälzlagers reibungsarm rotierbar abgestützt ist. In einer Ausführungsform sind die Deckel des Drehmomentverteilers unmittelbar mittels einer Wälzlageranordnung an einem Getriebegehäuse abgestützt. Der mittels eines jeweiligen Gleitlagers abgestützte Drehmomentausgang ist dann über dieses Wälzlager an dem Getriebegehäuse beziehungsweise der anderen fixierten Komponente reibungsarm abgestützt, wobei der betreffende Drehmomentausgang relativ zu dem jeweiligen Deckel reibungsarm rotierbar ist. Das Gleiche gilt für eine Reibscheibe beziehungsweise für einen Rampeneingang, wobei diese bevorzugt ein jeweils separates Gleitlager beziehungsweise Gleitlagerabschnitt aufweisen.
In einer Anwendung in einem Kraftfahrzeug ist ein Drehmomentausgang beispielsweise mit einem Vortriebsrad verbunden, und somit das Gewicht des Kraftfahrzeugs über die Gleitlager auf die Drehmomentausgänge übertragen. Ein Gleitlager weist aufgrund seiner Bauart eine im Vergleich zu einem Wälzlager meist höhere Reibung und/oder kürzere Lebensdauer, also erhöhten Verschleiß, auf. An der hier vorgeschlagenen Position in dem Drehmomentverteiler ist die Dauer, Drehzahl und Häufigkeit einer relativen Rotation zwischen den genannten Komponenten deutlich geringer als zu einer fixierten Komponente, wie beispielsweise dem Getriebegehäuse. Damit können bei geringen Fertigungskosten und geringem Bauraumbedarf zumindest eine gleiche Lebensdauer erzielt werden, wie mit der Wälzlageranordnung, bei einem Einsatz in einem Kraftfahrzeug eine angestrebte Gesamtlebensdauer problemlos erreicht werden.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Drehmomentverteilers vorgeschlagen, dass die Gegenplatten mit dem jeweiligen Drehmomentausgang drehmomentfest verbunden sind. wobei bevorzugt zumindest eine der Anpressplatten mit der jeweils korrespondierenden Gegenplatte mittels einer Blattfedereinrichtung dauerhaft drehmomentübertragend verbunden ist.
Hier ist vorgeschlagen, dass die Gegenplatten und damit auch die Anpressplatte, mit dem jeweiligen Drehmomentausgang drehmomentfest, bevorzugt die Gegenplatten jeweils einstückig, verbunden sind. Die Platten weisen oftmals im Vergleich zu der korrespondierenden Reibeinrichtung (meist Reibelemente aus einem organischen Material) des jeweiligen Reibpakets aufgrund der Materialwahl (meist metallisch) und/oder des Volumens (oftmals für eine hohe Wärmekapazität erwünscht) eine höhere Masse auf. Bei geöffnetem Drehmomentstrang über das jeweilige Reibpaket ist somit die dauerhaft mitzuschleppende Masse im Vergleich zu einer umgekehrten Anbindung reduziert und somit die Effizienz gesteigert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist für eine drehmomentfeste Verbindung zwischen der Anpressplatte und der zugehörigen Gegenplatte eine Blattfedereinrichtung vorgesehen, welche eine hohe Toleranz bietet beziehungsweise bei der Montage einen vernachlässigbaren Faktor beim Einstellen der erforderlichen Spalte zwischen den Reibpartnern eines Reibpakets darstellt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Blattfedereinrichtung radial innerhalb der jeweiligen Reibeinrichtung angeordnet, besonders bevorzugt eine Senkung in der Anpressplatte und/oder in der Gegenplatte vorgesehen, für einen Kopf eines Befestigungsmittels, beispielsweise eines Niets, für eine Verminderung des erforderlichen axialen Spielraums für einen Axialhub und/oder bei einer Montage.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Drehmomentverteilers vorgeschlagen, dass mittels des ersten Deckels und des zweiten Deckels ein Außenraum und ein Innenraum voneinander getrennt sind, wobei bevorzugt der Außenraum nass und der Innenraum trocken ausgeführt ist.
Bei dieser Ausführungsform sind die Räume des Drehmomentverteilers und des Drehmomenteingangs mittels der Deckel, bevorzugt fluidisch, also flüssigkeitsdicht und/oder gasdicht, voneinander getrennt. Damit ist beispielsweise das übrige Getriebe vor Abrieb in den Reibpaketen geschützt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist einer der Räume (bevorzugt der Außenraum) nass, also zumindest anteilig mit Öl befüllt, und der andere Raum (bevorzugt der Innenraum) trocken oder mit einem geringeren Befüllungsgrad ausgeführt. Der hier als Innenraum bezeichnete Raum ist derjenige, in welchem die Reibpakete, sowie bevorzugt die übrigen genannten Komponenten des Drehmomentverteilers abgesehen von dem Drehmomenteingang und bevorzugt den Spulen (und gegebenenfalls Ankerabschnitten), angeordnet sind. Der Außenraum ist dann entsprechend der andere. Der Außenraum ist bevorzugt axial und radial außerhalb und der Innenraum im Zentrum des Außenraums angeordnet.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend einen Drehmomentverteiler nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung und ein Getriebegehäuse, wobei der Drehmomentverteiler unmittelbar über die Deckel mittels einer Lageranordnung an dem Getriebegehäuse reibungsarm abgestützt sind, wobei bevorzugt der Drehmomenteingang des Drehmomentverteilers als Zahnkranz ausgeführt ist. Hier ist ein Getriebe mit einem Getriebegehäuse vorgeschlagen. Es sei darauf hingewiesen, dass dieses Getriebe in einigen Anwendungen lediglich einen Ausschnitt eines Drehmomentvermittlers darstellt, beispielsweise weiterhin ein Übersetzungsgetriebe, Schaltgetriebe und/oder zumindest eine Reibkupplung vorgesehen sind. In einer Ausführungsform ist das hier vorgeschlagene Getriebe in ein gemeinsames Getriebegehäuse für weitere hier nicht explizit genannte Getriebekomponenten untergebracht. Alternativ oder zusätzlich ist das Getriebegehäuse zumindest an einer Stelle offen gestaltet, sodass von dem Getriebegehäuse zusammen mit einem separaten Gehäuse für weitere Getriebekomponenten ein gemeinsamer Getrieberaum gebildet ist.
Das Getriebegehäuse ist mittelbar oder unmittelbar in einem Kraftfahrzeug fixierbar, sodass mittels der Lageranordnung die drehmomentübertragenden Komponenten des Drehmomentverteilers über das Getriebegehäuse reibungsarm an dem Kraftfahrzeug (beziehungsweise dessen Chassis) abgestützt sind. Die Lageranordnung ist bevorzugt mit Wälzlagern gebildet, wobei bevorzugt eine verspannte Lagerung, beispielsweise in einer sogenannten X-Anordnung, gebildet ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Drehmomentausgänge, besonders bevorzugt ebenso die mit dem jeweiligen Drehmomentausgang drehmomentfest verbundenen Komponenten, mittels einer Gleitlagerung über den jeweiligen Deckel an dem Getriebegehäuse reibungsarm abgestützt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Drehmomenteingang als Zahnkranz ausgeführt, welcher in einem Kraftfahrzeug beispielsweise mit einem korrespondierenden Getriebeausgangskranz eines Übersetzungsgetriebes kämmend angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Antriebsstrang vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- zumindest eine Antriebsmaschine zum Abgeben eines Drehmoments;
- zumindest zwei Verbraucher zum Aufnehmen eines Drehmoments;
- zumindest ein Getriebe nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung zum Übertragen eines Drehmoments zwischen der zumindest einen Antriebsmaschine und den Verbrauchern; und wobei mittels des zumindest einen Getriebes ein Drehmoment der zumindest einen Antriebsmaschine über die zwei Drehmomentausgänge elektrisch gesteuert verteilbar auf die Verbraucher übertragbar ist, wobei zumindest eines der Getriebe als Differential und/oder zum Beeinflussen eines Giermoments und/oder zum Verteilen eines Drehmoments zwischen mehreren Antriebsachsen eingerichtet ist.
Der hier vorgeschlagene Antriebsstrang umfasst eine (erste) Antriebsmaschine, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Verbrennerwelle, zum Versorgen zumindest eines Verbrauchers, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug die Vortriebsräder, vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich ist eine (zweite oder einzige) Antriebsmaschine, beispielsweise eine elektrische Antriebsmaschine mit einer Rotorwelle, um Versorgen zumindest eines Verbrauchers, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug die Vortriebsräder, vorgesehen. Mittels eines Getriebes, welches nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt ist, ist ein Drehmoment zwischen der Antriebsmaschine und dem Verbraucher übertragbar. Eine Drehmomentübertragung zwischen dem Verbraucher und der jeweiligen Antriebsmaschine ist bevorzugt in beiden Richtungen möglich, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zum Beschleunigen des Kraftfahrzeugs (Zugbetrieb) und in Gegenrichtung (Schubbetrieb) beispielsweise zum Einsatz der Motorbremse zum Entschleunigen des Kraftfahrzeugs oder zur Rekuperation dieser Entschleunigungsenergie. Bei einer Ausführungsform mit dem hier vorgeschlagenen Getriebe ist eine Drehmomentübertragung gezielt hin zu einem Verbraucher lenkbar oder auch vollständig unterbrechbar beziehungsweise erheblich verringerbar (per jeweiligem Reibpaket aktiv mit einem Kupplungsbefehl an die zugehörige Spule und/oder per auslegungsgemäßer Drehmomentbegrenzung passiv infolge einer voreingestellten maximalen beziehungsweise aktiv eingestellten axialen Verpresskraft auf das jeweilige Reibpaket). Es sei darauf hingewiesen, dass der Drehmomentverteiler mehrfach (mit jeweils angepasster Auslegung) in einem Antriebsstrang einsetzbar ist, beispielsweise anstelle eines Differentials, anstelle eines Verteilers zwischen Vorderachse und Hinterachse eines Kraftfahrzeugs oder auch für einen anderen Verbraucher, wobei auch an den Drehmomentausgängen voneinander unterschiedliche maximale Drehmomente übertragbar und/oder Dauerbelastungen anlegbar sind.
Mit dem hier vorgeschlagenen Antriebsstrang, welcher das oben beschriebene Getriebe umfasst, ist ein effizienter Aufbau unter Ausnutzung der bestehenden Aggregate eines Antriebsstrangs, vor allem ohne ein hydraulisches Hochdrucksystem, ausgenutzt, wobei nicht mehr als ein üblicherweise verfügbarer Bauraum für einen solchen Drehmomentverteiler benötigt wird. Zudem sind Effizienzsteigerungen mit einem Rampengetriebe infolge der Ausnutzung des bereitgestellten Drehmoments der zumindest einen Antriebsmaschine im Zusammenspiel mit einem relativ geringen Leistungsstrombedarf der jeweiligen Spule erzielbar.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend einen Antriebsstrang nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung und zumindest ein Vortriebsrad, wobei zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs das zumindest eine Vortriebsrad mittels des Antriebsstrangs antreibbar ist.
Der Bauraum ist gerade bei Kraftfahrzeugen aufgrund der zunehmenden Anzahl von Komponenten besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, einen Antriebsstrang kleiner Baugröße zu verwenden. Eine ähnliche Problemstellung ergibt sich bei der sogenannten Hybridisierung, bei welcher eine elektrische Antriebsmaschine im Betrieb immer häufiger in Einsatz gebracht wird oder sogar die Hauptdrehmomentquelle bildet und eine möglichst kleine Verbrennungskraftmaschine einzusetzen ist, welche aber deutlich häufiger dem Antriebsstrang zugeschaltet und wieder weggeschaltet werden muss. Auch bei einem rein elektrischen Antriebsstrang ist der zur Verfügung stehende Bauraum meist gering, weil der Bauraum für andere Komponenten wie beispielsweise einen Pulswechselrichter und/oder eine Traktionsbatterie vorgehalten werden muss. Es ist daher eine Herausforderung, alle gewünschten Funktionen bei gleichzeitig geringen Teilekosten und geringem verfügbarem Bauraum bereitzustellen. Verschärft wird diese Problematik bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Aggregate in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner.
Mit dem hier vorgeschlagenen Kraftfahrzeug, welcher den oben beschriebenen Antriebsstrang umfasst, ist ein effizienter Aufbau unter Ausnutzung der bestehenden Aggregate des Antriebsstrangs, vor allem ohne ein hydraulisches Hochdrucksystem, ausgenutzt, wobei nicht mehr als ein üblicherweise verfügbarer Bauraum für einen solchen Drehmomentverteiler benötigt wird. Zudem sind Effizienzsteigerungen mit einem Rampengetriebe infolge der Ausnutzung des bereitgestellten Drehmoments der zumindest einen Antriebsmaschine im Zusammenspiel mit einem relativ geringen Leistungsstrombedarf der jeweiligen Spule erzielbar.
Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht und Leistung zugeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car zugeordnet und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beziehungsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen up! oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Audi A1 , Volkswagen Polo, Opel Corsa oder Renault Clio. Bekannte (Mild-) Hybrid-Fahrzeuge sind Fiat Panda oder der Mazdaß (BP). Als vollelektrische Kraftfahrzeuge bekannt sind beispielsweise ein Audi Q4 e-tron oder ein BMW i3 oder VW ID.3.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in Fig. 1 : ein Drehmomentverteiler mit Spulen und Rampengetrieben;
Fig. 2: eine Spule mit Reibscheibe;
Fig. 3: eine Reibscheibe mit ersten Aussparungen; und
Fig. 4: ein elektrifizierter Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug.
In Fig. 1 ist ein Drehmomentverteiler 1 mit jeweils einer Spule 18,20 und einem Rampengetriebe 28,29 pro Drehmomentausgang 6,7 in einer Halb-Schnittansicht gezeigt. Unten in der Ansicht ist die Rotationsachse 2 mit horizontaler Ausrichtung gezeigt, um welche herum die Umfangsrichtung 3 definiert ist. Darstellungsgemäß links sind die jeweils als erste Komponenten und rechts die als zweite Komponenten bezeichneten Komponenten des Drehmomentverteilers 1 gezeigt. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Drehmomenteingang 5 als Zahnkranz (hier rein optional ein separates mit den Deckeln 8,9 verschraubtes Bauteil) ausgeführt und in ein Getriebegehäuse 43 eines hier nicht dargestellten Getriebes 4 über eine verspannte Lageranordnung 44 in (rein optional) X-Anordnung gelagert, wobei hier (rein optional) Kegelrollenlager eingesetzt sind. Der erste Drehmomentausgang 6 ist außen mit einer ersten Flanschwelle 53 und der zweite Drehmomentausgang 7 ist außen mit einer zweiten Flanschwelle 54 jeweils drehmomentfest (hier beispielsweise mittels einer Steckverzahnung und Verschraubung) verbunden, und darüber hin zu einem Verbraucher, beispielsweise zu einem jeweiligen Vortriebsrad 48,49 eines Kraftfahrzeugs 42, drehmomentübertragend, bevorzugt drehmomentfest, verbunden. Hierzu ist jeweils ein dynamischer Wellendichtring 55,56 zum Abdichten des Außenraums 40 gegenüber einer Umgebung vorgesehen, wobei dieser mit seinem statischen Dichtsitz in einen Gehäusedeckel 57 des Getriebegehäuses 43 eingesetzt ist. Zudem ist hier ein Axiallager 58 für die jeweilige Flanschwelle vorgesehen (bezeichnet pars-pro-toto einzig an dem ersten Drehmomentausgang 6). Der jeweilige Drehmomentausgang 6,7 ist zudem hier mittels eines zweiten
Gleitlagers 38 (alternativ einem Wälzlager, beispielsweise einem Nadellager) an dem jeweiligen Deckel 8,9 radial abgestützt.
Die Reibpakete 10,14 des jeweiligen Drehmomentausgangs 6,7 sind bei der gezeigten Ausführungsform (rein optional) gespiegelt identisch aufgebaut. Sie weisen jeweils eine (außen angeordnete) Anpressplatte 11,15 und eine Gegenplatte 12,16 auf, zwischen welchen die jeweilige verpressbare Reibeinrichtung 13,17 angeordnet ist. Bei dem links dargestellten ersten Reibpaket 10 ist pars-pro-toto die Reibeinrichtung 13 genauer bezeichnet, nämlich in der (rein optionalen) Ausführungsform mit einer Zwischenplatte 59 und seitlich davon jeweils einer Kupplungsscheibe 60,61. Die Gegenplatte 12,16 sind hier (rein optional) jeweils einstückig mit dem jeweiligen Drehmomentausgang 6,7 gebildet. Die Anpressplatten 11,15 sind jeweils über eine Blattfedereinrichtung 39 mit der zugehörigen Gegenplatte 12,16 axial bewegbar (bevorzugt axial einander abstoßend gegeneinander verspannt) und drehmomentfest miteinander verbunden (hier einzig bei dem ersten Reibpaket 10 bezeichnet). Hier ist die Blattfedereinrichtung 39 (umfassend ein Blattfederpaket und mittels Niete mit der Anpressplatte 11 beziehungsweise Gegenplatte 12 fixiert) radial innerhalb der Reibeinrichtung 13 angeordnet.
Die jeweilige Anpressplatte 11,15 wird bei dieser Ausführungsform mittels jeweils eines Rampengetriebes 28,29 betätigt, mittels welchem ein Drehmomenteintrag in einen Axialhub 32,35 umgewandelt wird. Hier sind die Rampengetriebe 28,29 beide als Kugelrampengetriebe mit einer auf der darstellungsgemäß linken Seite (also des ersten Drehmomentausgangs 6) sichtbaren Kugel 62 geführt in einem Käfig 63. Der jeweilige Rampeneingang 30,33 ist mit einer jeweiligen separaten Reibscheibe 22,23 drehmomentübertragend verbunden. Die Rampeneingänge 30,33 sind hierzu (bezeichnet pars-pro-toto einzig an dem zweiten Rampeneingang 33) mittels jeweils eines Federrings oder einer Blattfederanordnung 64 drehmomentübertragend und zugleich eine axial bewegbar, sowie mit einer axialen Vorspannung (einander anziehend für ein Sichern eines Spalts zwischen der Reibscheibe 22,23 und dem zugehörigen Deckel 8,9 im gelösten Zustand oder einander abstoßend für ein Vorhalten eines minimalen Anpressdrucks beziehungsweise eines dauerhaften Anliegens der Reibscheibe 22,23 an dem zugehörigen Deckel 8,9) mit der jeweiligen Reibscheibe 23 verbunden. Axial abgestützt sind die (axial fixierte) Rampeneingänge 30,33 (bezeichnet pars-pro-toto einzig an dem ersten Rampeneingang 30) mittels eines Sicherungsrings 65 und einer Stützscheibe 66 (aufgrund des radialen Versprungs) über ein erstes Gleitlager 37, mittels welchem der Rampeneingang 30 hier (rein optional) auch radial abgestützt ist. Die Spulen 18,20 für das elektrische Betätigen eines jeweiligen der Reibpakete 10,14 weisen hier (bezeichnet pars-pro-toto einzig an der zweiten Spule 20) einen Magnetkern 67 auf, über weichen die jeweilige Spule 20 zu dem Getriebegehäuse 43 fixiert ist, also nicht mitrotiert. Bei Anlegen eines entsprechenden Leistungsstroms wird eine magnetische Axialkraft 19,21 erzeugt, mittels welcher die jeweilige Reibscheibe 22,23 nach außen gezogen wird und dadurch (ausschließlich) in diesem Zustand mit dem jeweiligen Deckel 8,9 reibschlüssig drehmomentübertragend verbunden ist. Damit wird dann der jeweilige Rampeneingang 30,33 mit dem zugehörigen Deckel 8,9 mitrotiert und gegenüber dem zugehörigen Rampenausgang 31,34 verdreht. Daraus resultiert ein gewünschter einwärtiger Axialhub 32,35, mittels welchem die zugehörige Anpressplatte 11,15 axial einwärts bewegt wird. Damit wird das jeweilige Reibpaket 10,14 axial verpresst und ein gewünschtes Drehmoment ist reibschlüssig auf den zugehörigen Drehmomentausgang 6,7 übertragbar. Es sei darauf hingewiesen, dass der erforderliche Hub für den Reibschluss zwischen der Reibscheibe 22,23 und dem jeweiligen Deckel 8,9 sehr gering ist (beispielsweise gleich oder weniger als 1 mm [ein Millimeter], beispielsweise 0,5 mm) und somit ein Leistungsstrom gering ist. Der Axialhub 32,35 des jeweiligen Rampengetriebes 28,29 ist deutlich größer (beispielsweise gleich oder mehr als 2 mm [zwei Millimeter] bis 5 mm) und für einen erforderlichen Betätigungshub für das zugehörige Reibpaket 10,14.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist von den Deckeln 8,9 gemeinsam ein Innenraum 41 von einem Außenraum 40 abgegrenzt, und zudem vorteilhafter Weise abgedichtet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Innenraum 41 trocken ausgeführt, wobei besonders bevorzugt die Kugeln 62 des Rampengetriebes gefettet sind und dazu ein Dichtungssystem 36 (hier rein optional radial-außen mit einer dynamischen Dichtung und radial-innen mit einem Abstreifer) vorgesehen. Der Außenraum 40 ist bevorzugt nass ausgeführt, wobei dieser besonders bevorzugt im Einsatz mit einem (gemeinsamen) Getrieberaum eines angeschlossenen Getriebesystems offen verbunden ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass in einer vorteilhaften Ausführungsform die jeweilige magnetische Axialkraft 19,21 derart steuerbar ist, dass ein übertragbares Drehmoment für den jeweiligen Bedarf kontinuierlich oder diskret zwischen gelöst und maximal verpresst einstellbar ist.
In Fig. 2 ist eine (zweite) Spule 20 mit (zweiter) Reibscheibe 23 mit vorteilhafter Anordnung von Aussparungen 26,27 in einer Detailansicht mit angeschnittenem Rampeneingang 33 und Deckel 9 gezeigt, beispielsweise wie darstellungsgemäß rechts in Fig. 1 eingesetzt, wobei dies bevorzugt dort gespiegelt als erste Spule 18 mit erster Reibscheibe 22 auch links eingesetzt ist. Die Reibscheibe 23 ist hier im gelösten Zustand, also mit (bevorzugt maximalem) axialem Abstand zu dem Deckel 9 ausgerichtet gezeigt. Zugleich ist der von der bestromten Spule 20 erzeugbare Magnetfluss 68 gezeigt, welcher infolge der ersten Aussparung 26 in dem Scheibenabschnitt 24 (hier rein optional von der gesamten Reibscheibe 23 gebildet) und den radial dazu versetzten zwei zweiten Aussparungen 27 in dem Ankerabschnitt 25 (hier rein optional einstückig mit dem Deckel 9 gebildet) mäandernd viermal durch die angrenzenden Oberflächen des Scheibenabschnitts 24 und des Ankerabschnitts 25 verläuft, und zwar mit einem Winkel von jeweils gleich oder größer 45° bezogen auf die jeweilige Oberfläche. Infolgedessen ist die magnetische Axialkraft 21 verstärkt, welche die Reibscheibe 23 darstellungsgemäß nach rechts gegen den Ankerabschnitt 25 zieht.
Es sei darauf hingewiesen, dass in einer Ausführungsform die erste Aussparung 26 nicht als Durchgangsöffnung, sondern als Sackloch, ausgeführt ist und/oder (umgekehrt) in einer Ausführungsform die zweite Aussparung 27 als Durchgangsöffnung, und nicht als Sackloch, ausgeführt ist. Bei einer zweiten Aussparung 27 als Durchgangsöffnung ist bevorzugt ein Dichtmittel in der zweiten Aussparung 27 angeordnet, sodass der Innenraum 41 und der Außenraum 40 getrennt beziehungsweise die Spule geschützt ist. Unabhängig davon ist in einer Ausführungsform ein Dichtmittel oder Reibmittel, bevorzugt aus einem Kunststoff, in einer der Aussparungen 26,27 angeordnet.
In Fig. 3 ist eine Reibscheibe 22,23 mit ersten Aussparungen 26 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt, wie sie beispielsweise in Fig. 2 eingesetzt ist. Die ersten Aussparungen 26, von welchen hier pars-pro-toto nur eine bezeichnet ist, verlaufen schlitzförmig mit längster Erstreckung in Umfangsrichtung 3 (vergleiche Fig. 1 ) mit einem konstanten Radius ausgeführt. Die zweiten Aussparungen 27 (vergleiche Fig. 2) sind radial innerhalb und außerhalb der ersten Aussparung 26 anzuordnen. Diese zweiten Aussparungen 26,27 sind bevorzugt ebenfalls schlitzförmig in Umfangsrichtung 3 mit jeweils konstantem Radius ausgeführt.
In Fig. 4 ist ein elektrifizierter Antriebsstrang 45 in einem Kraftfahrzeug 42 in einer schematischen Draufsicht mit einer zentralen Traktionsbatterie 69 gezeigt, wobei die Längsachse 70 des Kraftfahrzeugs 42 horizontal dargestellt ist. Hierbei sind mittels einer Verbrennungskraftmaschine 46 und/oder einer elektrischen Antriebsmaschine 47 an einer vorderen Antriebsachse 51 ein linkes Vortriebsrad 48 und/oder ein rechtes Vortriebsrad 49, sowie an einer hinteren Antriebsachse 52 ein linkes Vortriebsrad 48 und/oder ein rechtes Vortriebsrad 49 mit einem Drehmoment versorgbar. Sowohl in der vorderen Antriebsachse 51 als auch in der hinteren Antriebsachse 52 ist hier rein beispielhaft jeweils ein Drehmomentverteiler 1 als Ersatz für ein Differential 50, aber bevorzugt auch zum sogenannten Torque- Vectoring, eingesetzt. Rein optional ist zudem in der gemeinhin oft wegen des meist notwendigen Kardangelenks als Kardanwelle bezeichneten Verteilerwelle zwischen den Antriebsachsen 51,52 ein weiterer Drehmomentverteiler 1 vorgesehen, wobei dieser in einer Ausführungsform beispielsweise nicht symmetrisch aufgebaut ist, sondern ein unterschiedliches maximales Drehmoment auf die Drehmomentausgänge 6,7 verteilbar ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die hier gezeigten Drehmomentverteiler 1 jeweils unabhängig voneinander einsetzbar sind und unabhängig davon auch weitere Einsatzorte denkbar sind.
Mit dem hier vorgeschlagenen Drehmomentverteiler ist ohne hydraulisches Versorgungssystem ein Drehmoment elektronisch gesteuert verteilbar. Bezuqszeichenhste
1 Drehmomentverteiler 35 zweiter Axialhub
2 Rotationsachse 36 Dichtungssystem
3 Umfangsrichtung 37 erstes Gleitlager
4 Getriebe 38 zweites Gleitlager
5 Drehmomenteingang 40 39 Blattfedereinrichtung
6 erster Drehmomentausgang 40 Außenraum
7 zweiter Drehmomentausgang 41 Innenraum
8 erster Deckel 42 Kraftfahrzeug
9 zweiter Deckel 43 Getriebegehäuse
10 erstes Reibpaket 45 44 Lageranordnung
11 erste Anpressplatte 45 Antriebsstrang
12 erste Gegenplatte 46 Verbrennungskraftmaschine
13 erste Reibeinrichtung 47 elektrische Antriebsmaschine
14 zweites Reibpaket 48 linkes Vortriebsrad
15 zweite Anpressplatte 50 49 rechtes Vortriebsrad
16 zweite Gegenplatte 50 Differential
17 zweite Reibeinrichtung 51 vordere Antriebsachse
18 erste Spule 52 hintere Antriebsachse
19 erste Axialkraft 53 erste Flanschwelle
20 zweite Spule 55 54 zweite Flanschwelle
21 zweite Axialkraft 55 erster Wellendichtring
22 erste Reibscheibe 56 zweiter Wellendichtring
23 zweite Reibscheibe 57 Gehäusedeckel
24 Scheibenabschnitt 58 Axiallager
25 Ankerabschnitt 60 59 Zwischenplatte
26 erste Aussparung 60 äußere Kupplungsscheibe
27 zweite Aussparung 61 innere Kupplungsscheibe
28 erstes Rampengetriebe 62 Kugel des Kugelrampengetriebes
29 zweites Rampengetriebe 63 Käfig
30 erster Rampeneingang 65 64 Blattfederanordnung
31 erster Rampenausgang 65 Sicherungsring
32 erster Axialhub 66 Stützscheibe
33 zweiter Rampeneingang 67 Magnetkern
34 zweiter Rampenausgang 68 Magnetfluss 69 Traktionsbatterie
70 Längsachse

Claims

Patentansprüche Drehmomentverteiler (1 ) mit elektrischer Steuerung mit einer Rotationsachse (2) für ein Getriebe (4), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- einen Drehmomenteingang (5);
- einen ersten Drehmomentausgang (6);
- einen zweiten Drehmomentausgang (7);
- einen ersten Deckel (8), welcher mit der Drehmomenteingang (5) drehmomentfest verbunden ist;
- einen zweiten Deckel (9), welcher mit der Drehmomenteingang (5) drehmomentfest verbunden ist;
- ein erstes Reibpaket (10) mit einer zum Betätigen des ersten Reibpakets (10) axial bewegbaren ersten Anpressplatte (11 ), einer axial fixierten ersten Gegenplatte (12) und einer axial dazwischen angeordneten ersten Reibeinrichtung (13), wobei mittels des ersten Reibpakets (10) der Drehmomenteingang (5) über den ersten Deckel (8) mit dem ersten Drehmomentausgang (6) lösbar drehmomentübertragend verbindbar ist;
- ein zweites Reibpaket (14) mit einer zum Betätigen des zweiten Reibpakets (14) axial bewegbaren zweiten Anpressplatte (15), einer axial fixierten zweiten Gegenplatte (16) und einer axial dazwischen angeordneten zweiten Reibeinrichtung (17), wobei mittels des zweiten Reibpakets (14) der Drehmomenteingang (5) über den zweiten Deckel (9) mit dem zweiten Drehmomentausgang (7) lösbar drehmomentübertragend verbindbar ist;
- eine erste Spule (18) zum schaltbaren Erzeugen einer ersten magnetischen Axialkraft (19);
- eine zweite Spule (20) zum schaltbaren Erzeugen einer zweiten magnetischen Axialkraft (21), wobei mittels der ersten magnetischen Axialkraft (19) die erste
Anpressplatte (11) betätigbar ist, und wobei mittels der zweiten magnetischen Axialkraft (21) die zweite Anpressplatte (15) betätigbar ist. Drehmomentverteiler (1 ) nach Anspruch 1 , wobei weiterhin eine ferromagnetische erste Reibscheibe (22), welche mit der ersten Anpressplatte (11) drehmomentübertragend verbunden ist, und eine ferromagnetische zweite Reibscheibe (23), welche mit der zweiten Anpressplatte (15) drehmomentübertragend verbunden ist, vorgesehen sind, wobei zum Drehmomentübertragen mittels der ersten magnetischen Axialkraft (19) die erste Reibscheibe (22) gegen den ersten Deckel (8) pressbar ist, und wobei zum Drehmomentübertragen mittels der zweiten magnetischen Axialkraft (21) die zweite Reibscheibe (23) gegen den zweiten Deckel (9) pressbar ist. Drehmomentverteiler (1 ) nach Anspruch 2, wobei zumindest eine der Reibscheiben (22,23) einen ferromagnetischen Scheibenabschnitt (24) aufweist und die korrespondierende Spule (18,20) einen ferromagnetischen Ankerabschnitt (25) aufweist, wobei bevorzugt zumindest ein Scheibenabschnitt (24) zumindest eine nichtferromagnetische erste Aussparung (26) aufweist und der korrespondierende Ankerabschnitt (25) zumindest zwei in Umfangsrichtung (3) überlappend angeordnete nicht-ferromagnetische zweite Aussparungen (27) aufweist, wobei die korrespondierenden Aussparungen (26,27) zueinander radial versetzt angeordnet sind. Drehmomentverteiler (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei weiterhin ein erstes Rampengetriebe (28), welches mit der ersten Anpressplatte (11) drehmomentübertragend verbunden ist, und ein zweites Rampengetriebe (29), welches mit der zweiten Anpressplatte (15) drehmomentübertragend verbunden ist, vorgesehen sind, wobei das erste Rampengetriebe (28) einen ersten Rampeneingang (30) und einen mit der ersten Anpressplatte (11 ) drehmomentfest verbundenen ersten Rampenausgang (31 ) umfasst, von welchen infolge einer relativen Torsion gegeneinander mittels korrespondierender Rampen ein erster Axialhub (32) ausgeübt wird, wobei das zweite Rampengetriebe (29) einen zweiten Rampeneingang (33) und einen mit der zweiten Anpressplatte (15) drehmomentfest verbundenen zweiten Rampenausgang (34) umfasst, von welchen infolge einer relativen Torsion gegeneinander mittels korrespondierender Rampen ein zweiter Axialhub (35) ausgeübt wird, wobei der erste Rampeneingang (30) mittels der ersten magnetischen Axialkraft (19) mit dem ersten Deckel (8) drehmomentübertragend verbunden ist, und wobei der zweite Rampeneingang (33) mittels der zweiten magnetischen Axialkraft (21) mit dem zweiten Deckel (9) drehmomentübertragend verbunden ist, wobei bevorzugt zumindest eine der Anpressplatten (11 ,15) mit dem jeweils korrespondierenden Rampenausgang (31 ,34) einstückig gebildet ist. Drehmomentverteiler (1 ) nach Anspruch 4, wobei zumindest eines der Rampengetriebe (28,29) ein Kugelrampengetriebe ist, wobei bevorzugt unmittelbar zwischen dem jeweiligen Rampeneingang (30,33) und Rampenausgang (31 ,34) ein Dichtungssystem (36) vorgesehen ist. Drehmomentverteiler (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der folgenden Komponenten mittels eines Gleitlagers (37,38) an dem jeweiligen Drehmomentausgang (6,7) abgestützt ist:
- der Deckel (8,9);
- die Reibscheibe (22,23) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3; und
- der Rampeneingang (30,33) nach Anspruch 4 oder Anspruch 5. Drehmomentverteiler (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gegenplatten (12,16) mit dem jeweiligen Drehmomentausgang (6,7) drehmomentfest verbunden sind. wobei bevorzugt zumindest eine der Anpressplatten (11 ,15) mit der jeweils korrespondierenden Gegenplatte (12,16) mittels einer Blattfedereinrichtung (39) dauerhaft drehmomentübertragend verbunden ist, Drehmomentverteiler (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels des ersten Deckels (8) und des zweiten Deckels (9) ein Außenraum (40) und ein Innenraum (41 ) voneinander getrennt sind, wobei bevorzugt der Außenraum (40) nass und der Innenraum (41) trocken ausgeführt ist. Getriebe (4) für ein Kraftfahrzeug (42), aufweisend einen Drehmomentverteiler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und ein Getriebegehäuse (43), wobei der Drehmomentverteiler (1) unmittelbar über die Deckel (8,9) mittels einer Lageranordnung (44) an dem Getriebegehäuse (43) reibungsarm abgestützt sind, wobei bevorzugt der Drehmomenteingang (5) des Drehmomentverteilers (1 ) als Zahnkranz ausgeführt ist. Antriebsstrang (45), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- zumindest eine Antriebsmaschine (46,47) zum Abgeben eines Drehmoments;
- zumindest zwei Verbraucher (48,49) zum Aufnehmen eines Drehmoments;
- zumindest ein Getriebe (4) nach einem Anspruch 9 zum Übertragen eines Drehmoments zwischen der zumindest einen Antriebsmaschine (46,47) und den Verbrauchern (48,49); und wobei mittels des zumindest einen Getriebes (4) ein Drehmoment der zumindest einen Antriebsmaschine (46,47) über die zwei Drehmomentausgänge (6,7) elektrisch gesteuert verteilbar auf die Verbraucher (48,49) übertragbar ist, wobei zumindest eines der Getriebe (4) als Differential (50) und/oder zum Beeinflussen eines Giermoments und/oder zum Verteilen eines Drehmoments zwischen mehreren Antriebsachsen (51 ,52) eingerichtet ist.
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EP0875690A2 (de) * 1997-04-30 1998-11-04 Borg-Warner Automotive, Inc. Kupplungsanordnung mit Schaltung für Reaktonskraft
US5911291A (en) * 1997-01-14 1999-06-15 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Electromagnetic clutch
JP2007205560A (ja) * 2006-02-06 2007-08-16 Ｇｋｎ ドライブライン トルクテクノロジー株式会社 デファレンシャル装置

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