WO2025256782A1 - Kupplungseinheit mit einer notentkopplungsfunktion. - Google Patents

Kupplungseinheit mit einer notentkopplungsfunktion.

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WO2025256782A1
WO2025256782A1 PCT/EP2025/058954 EP2025058954W WO2025256782A1 WO 2025256782 A1 WO2025256782 A1 WO 2025256782A1 EP 2025058954 W EP2025058954 W EP 2025058954W WO 2025256782 A1 WO2025256782 A1 WO 2025256782A1
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WO
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clutch
unit
switching position
coupling
decoupled
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PCT/EP2025/058954
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French (fr)
Inventor
Martin Stocker
Johannes Quehenberger
Ulrich Kaltenbrunner
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Magna Powertrain GmbH and Co KG
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Magna Powertrain GmbH and Co KG
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Publication date
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    • F16D43/00—Automatic clutches
    • F16D43/02—Automatic clutches actuated entirely mechanically
    • F16D43/20—Automatic clutches actuated entirely mechanically controlled by torque, e.g. overload-release clutches, slip-clutches with means by which torque varies the clutching pressure

Definitions

  • the present invention relates to a clutch unit for a drive train of a hybrid or electric motor vehicle comprising a positive-locking clutch, an actuating unit for actuating the positive-locking clutch and an emergency decoupling function.
  • Hybrid and electric vehicles with more than one drive unit typically have at least one decoupling system installed to decouple a drive unit as a driving component when required.
  • single-speed electric axles typically have gear ratios of 8 to 12, and electric motors used today have maximum speeds between 12,000 and 20,000 revolutions per minute.
  • hybrid vehicles with an internal combustion engine and an electric motor which generally travel at higher speeds, require a decoupling system to isolate the electric motor from the drivetrain and prevent it from over-revving.
  • An electric vehicle with only one primary drive source does not need a decoupling system because its maximum electric speed is the same as the vehicle's maximum speed.
  • electric vehicles with, for example, two drive sources—a primary electrically driven axle as the main drive and a secondary drive—do require a decoupling system.
  • a secondary electric axle as an additional drive, as well as a decoupling system for decoupling the unneeded electric machine (secondary electrically driven axle) on demand, in order to increase the efficiency of the entire drive when the drive via the primary drive axle is sufficient.
  • a decoupling system can also be implemented in axles with conventional bevel gear differentials.
  • One simple option is to use a dog clutch at a defined interface between, for example, a drive shaft and a side gear of the differential.
  • ASC Active Short Circuit
  • the coupling unit according to the invention is particularly suitable for use in a powertrain of a hybrid or electric vehicle, but can also be used in a conventional powertrain architecture with an internal combustion engine.
  • the coupling unit comprises a positive-locking coupling, an actuating unit and an emergency decoupling function.
  • the positive-locking coupling has an axially fixed, rotatable first coupling element and an axially movable, rotatable second coupling element.
  • the actuating unit serves to actuate the positive-locking coupling, whereby the second coupling element and thus the coupling unit can be actuated via the actuating unit into different switching positions, namely into at least one coupled switching position and one decoupled switching position.
  • the decoupled switching position corresponds to a switching position in which the axially movable, rotatable second coupling element is not coupled to the axially stationary, rotatable first coupling element in a drive-effective manner.
  • the coupling unit has an emergency decoupling function, wherein the emergency decoupling function is such that The system is designed so that in the event of a fault, namely if the second coupling element becomes stuck in the coupled switching position even though the decoupled switching position has already been activated, vibrations are actively generated via the second coupling element and the actuating unit, resulting in axial impulses that move the second coupling element from the coupled switching position to the activated decoupled switching position.
  • the emergency decoupling function of the coupling unit is preferably designed such that the energy for the active generation of the vibrations is generated from the rotation of the axially fixed second coupling element.
  • the actuating unit preferably comprises an electromagnetic actuator with an electromagnetic coil and an axially movable, rotationally fixed armature, wherein the actuating unit is designed such that, in normal operation of the clutch unit, the second clutch element is held in the decoupled switching position by a first elastic element when the coil is not energized, and when the coil is energized, it is moved from a retracted position to an extended position against the spring force of the first elastic element into the coupled switching position by an axial movement of the armature.
  • the emergency decoupling function is realized via a vibration component formed on the second coupling element, the axially movable, rotationally fixed anchor, wherein the anchor can be functionally connected to the vibration component, an intermediate component which is rotationally decoupled and axially fixed on the second coupling element, and a second elastic element which is functionally arranged between the anchor and the intermediate component.
  • the emergency decoupling function serves to provide supplementary decoupling of the axially movable, rotatable second coupling element from the axially fixed, rotatable first coupling element.
  • the emergency decoupling function thus ensures the required decoupling of the second coupling element from the first coupling element even in the event of a fault, namely under high applied torques.
  • the emergency decoupling function of the coupling unit is a vibration function which, in the event of a fault, can open, i.e. decouple, the positive locking coupling of the coupling unit via actively generated impulses, which in turn leads to a safe ASC ("Active Short Circuit") state.
  • ASC Active Short Circuit
  • An ASC state refers to the safe state of an entire system, namely the electric axle with inverter, electric motor, and gearbox. "Safe” in this context means that the electric motor is decoupled, thus preventing thermal overload of the electric motor or inverter due to voltages induced by rotation and the resulting currents flowing in the phases of the electric motor.
  • Fig. 1 shows a schematic detailed sectional view of a
  • FIG. 2 shows the positive-locking coupling unit according to Fig. 1 in a decoupled switching position.
  • Fig. 3 shows the positive-locking coupling unit according to Fig. 1 in a coupled switching position.
  • Fig. 4 shows the positive-locking coupling unit according to Fig. 1 with active note coupling function.
  • Fig. 5 shows a detail view from Fig. 5 and a possible
  • Figures 1 to 5 each show a detailed view of an embodiment in which a coupling unit 1 according to the invention is functionally arranged between a differential gear, more precisely a side gear 3a of the differential gear, and a half-shaft 17 of a drive axle of a hybrid or electric motor vehicle.
  • Force flows are schematically represented in the figure by force flow arrows X, Y.
  • the differential gear is effectively connected or connectable to a drive unit, in this case an electric machine.
  • the differential gear has a differential cage 15 with a toothed gear, two planet gears 16 and two side gears 3a, wherein the side gears 3a are each axially fixed, but rotatable on a half-shaft 17 of the drive shaft of the are arranged in the motor vehicle.
  • the two half-axles 17 of the drive axle are arranged coaxially to a differential cage rotation axis.
  • the differential cage 15 with a toothed gear, two planet gears 16 and two side gears 3a, wherein the side gears 3a are each axially fixed, but rotatable on a half-shaft 17 of the drive shaft of the are arranged in the motor vehicle.
  • the two half-axles 17 of the drive axle are arranged coaxially to a differential cage rotation axis.
  • the differential housing 15 is driven by the drive unit via the gearing and is mounted in a differential housing.
  • the two planetary gears are located in the differential cage 15.
  • the planetary gears 16 rotatably mounted.
  • the planetary gears 16 are in mesh with the two side gears 3a.
  • FIGS 1 to 4 each show only detailed views of the differential gear and the drive axle, namely essentially the structural design of the clutch unit 1 in the area of one half-shaft 17 of the drive axle.
  • the clutch unit 1 according to the invention will subsequently be described with reference to one half-shaft 17 of the drive axle. It is understood, however, that all descriptions also apply to the other half-shaft 17, i.e., the second half-shaft 17, of the drive axle.
  • the coupling unit 1 has a positive-locking coupling 2, an actuating unit 5 and an emergency decoupling function.
  • the positive-locking coupling 2 comprises an axially fixed, rotatably mounted first coupling element 3, in this case the side wheel 3a, and an axially movable, rotationally fixed second coupling element 4, in this case a sliding sleeve 4a, arranged on the rotatable half-shaft 17.
  • the positive-locking coupling 2 is thus functionally arranged between the side wheel 3a of the differential gear and the illustrated half-shaft 17 of the drive axle.
  • the directional term “axial” describes a direction along or parallel to a central axis of rotation 14 of the drive axis and thus to the semi-axis 17.
  • the direction specification “radial” describes a direction perpendicular to the central axis of rotation 14 of the drive axis.
  • the sliding sleeve 4a has a face-mounted toothing, namely a first claw toothing, in the axial direction, which serves for connection with the side gear 3a, more precisely a second claw toothing formed on the side gear 3a in the axial direction. Furthermore, the sliding sleeve 4a has a radial first sliding toothing, which serves for a rotationally fixed connection with the half-shaft 17, more precisely a radial second sliding toothing formed on the half-shaft 17. Coupling or decoupling of the half-shaft 17 from the side gear 3a, and thus from the drive unit, is achieved by an axial displacement of the sliding sleeve 4a.
  • the sliding sleeve 4a can be actuated via the actuating unit 5 into a coupled switching position, namely a switching position in which the side wheel 3a is effectively connected to the half-shaft 17 (Fig. 3), and a decoupled switching position, namely a switching position in which the side wheel 3a is decoupled from the half-shaft 17 (Fig. 2).
  • the actuating unit 5 comprises an electromagnetic actuator 6 with an electromagnetic coil 7 and an axially movable, rotationally fixed armature 8, as well as a first elastic element 9, namely a helical spring.
  • the armature 8 is designed in two parts, comprising a first armature part 8a and a second armature part 8b, wherein the first armature part 8a and the second armature part 8b are movable relative to each other.
  • the first armature part 8a and the second armature part 8b can also be rigidly connected to each other. This allows the mass required for the impulse to be increased in a simple manner.
  • the actuating unit 5 is designed such that the sliding sleeve 4a is in a During normal operation of the clutch unit 1, when the coil 7 is not energized, the first elastic element 9 holds it in the decoupled switching position. In the decoupled switching position, the armature 8 of the electromagnetic actuator 6 is in a retracted position. Furthermore, the actuating unit 5 is designed such that, during normal operation of the clutch unit 1 when the coil 7 is energized, the sliding sleeve 4a is moved axially from the retracted position to an extended position, against the spring force of the first elastic element 9, into the coupled switching position.
  • the sliding sleeve 4a is moved axially from the coupled switching position to the decoupled switching position by the spring force of the first elastic element 9.
  • the armature 8 moves axially from the extended position to the retracted position when the energization of the coil 7 ends.
  • the emergency decoupling function of the coupling unit 1 comes into effect in the event of a fault in the coupling unit 1 (Fig. 4, Fig. 5).
  • a fault condition is understood to mean, in particular, a jamming of the sliding sleeve 4a in the coupled switching position, even though the requirement for decoupling, i.e., for moving the sliding sleeve 4a from the coupled switching position to the decoupled switching position, has already been met and the electromagnetic coil 7 is no longer energized.
  • Such jamming occurs, for example, if the first elastic element 9 cannot overcome the friction in the switching teeth of the sliding sleeve 4a when the electromagnetic coil 7 switches from “energized” to "unenergized,” because the sliding sleeve 4a jams, for example, due to the residual torque between the drive unit and the wheel associated with the half-shaft 17, leading to the side gear 3a.
  • a vibration component 10 the anchor 8, an intermediate component 11 and a second elastic element 12 are provided.
  • the vibration component 10 is formed in one piece with the sliding sleeve 4a and is rotatable and axially movable with it.
  • the vibration component 10 has a radially extending end stop 18 on which at least partially an axially defined cam 13, such as a sawtooth profile, at least one pin, etc., is formed or fixedly arranged (Fig. 5).
  • the intermediate component 11 is axially fixed and rotationally decoupled from the sliding sleeve 4a via a bearing 19.
  • the second elastic element 12 is also designed as a helical spring and is arranged between the intermediate component 11 and the second anchor part 8b of the anchor 8.
  • the first elastic element 9 is arranged between the intermediate component 11 and a housing part of the differential gear.
  • a radially extending projection 21 is formed on the second armature part 8b of the armature 8, which engages radially in the vibration component 10 on the sliding sleeve 4a.
  • a further axially extending cam 22 is also formed on the radially extending projection 21, or, for example, a sawtooth profile, at least a pin, etc., extending in the direction of the axially projecting cam 13 on the radially extending end stop 18 of the vibration component 10 (Fig. 5).
  • the second armature part 8b of the armature 8 is arranged to be axially movable in a certain area on the intermediate component 11.
  • the armature 8, specifically the second armature part 8b is displaced axially from the extended position to the retracted position against the spring force of the second elastic element 12, despite the sliding sleeve 4a being jammed. Due to the unintended axial jamming of the sliding sleeve 4a, a relative movement of the armature 8, specifically the second armature part 8b, occurs with respect to the sliding sleeve 4a.
  • the armature 8, specifically the second armature part 8b is stopped in its axial movement by the end stop 18 of the vibration component 10 via the radially extending projection 21.

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Abstract

Kupplungseinheit (1) für einen Antriebsstrang eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs umfassend eine formschlüssige Kupplung (2), die ein axial feststehendes, drehbares erstes Kupplungselement (3, 3a) und ein axial bewegbares, drehbares zweites Kupplungselement (4, 4a) aufweist und eine Betätigungseinheit (5) zur Betätigung der formschlüssigen Kupplung (2), wobei das zweite Kupplungselement (4, 4a) über die Betätigungseinheit (5) in unterschiedliche Schaltstellungen, nämlich in zumindest eine gekoppelte Schaltstellung und eine entkoppelte Schaltstellung aktuierbar ist, wobei die Kupplungseinheit (1) eine Notentkopplungsfunktion aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Notentkopplungsfunktion derart ausgebildet ist, dass in einem Fehlerfall, nämlich bei einem Feststecken des zweiten Kupplungselements (4, 4a) in der gekoppelten Schaltstellung, obwohl bereits die entkoppelte Schaltstellung aktuiert ist, über das zweite Kupplungselement (4, 4a) und die Betätigungseinheit (5) aktiv Schwingungen generiert werden, die in axialen Impulsen resultieren über die das zweite Kupplungselement (4, 4a) aus der gekoppelten Schaltstellung in die aktuierte entkoppelte Schaltstellung bewegt wird.

Description

Kupplunqseinheit mit einer Notentkopplunqsfunktion.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungseinheit für einen Antriebsstrang eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs umfassend eine formschlüssige Kupplung, eine Betätigungseinheit zur Betätigung der formschlüssigen Kupplung sowie eine Notentkopplungsfunktion.
Stand der Technik
In Hybrid- sowie Elektrokraftfahrzeugen mit mehr als einer Antriebseinheit ist in der Regel zumindest ein Entkopplungssystem zur bedarfsweisen Entkopplung einer Antriebseinheit als antreibende Komponente verbaut.
Beispielsweise Ein-Gang-Elektroachsen haben in der Regel Übersetzungsverhältnisse von 8 bis 12 und heute verwendete elektromotorisch betriebene elektrische Maschinen haben maximale Drehzahlen zwischen 12000 und 20000 Umdrehungen pro Minute. Das bedeutet, dass beispielsweise Hybridkraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrische Maschine, die in der Regel schneller fahren, ein Entkopplungssystem benötigen, das die elektrische Maschine vom Antriebsstrang entkoppelt, um ein Überdrehen der elektrischen Maschine zu verhindern. Ein Elektrokraftfahrzeug mit nur einer Primärantriebsquelle braucht kein Entkopplungssystem, da die elektrische Höchstgeschwindigkeit der Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht, wohingegen bei Elektrokraftfahrzeugen mit beispielsweise zwei Antriebsquellen, nämlich einer primären elektrisch angetriebenen Achse als Hauptantrieb und einer sekundären elektrischen Achse als Zusatzantrieb, ebenso ein Entkopplungssystem zur bedarfsweisen Entkopplung der nicht benötigten elektrische Maschine (sekundäre elektrisch angetriebene Achse) aufweist, um so die Effizienz des gesamten Antriebes zu steigern, wenn der Antrieb über die primäre Antriebsachse ausreicht.
Bei Verwendung eines Doppelkupplungsgetriebes ist eine Implementierung einer Entkoppelungsfunktion sehr einfach, indem beide Kupplungen vollständig geöffnet werden.
Ein Entkopplungssystem kann aber auch in Achsen mit herkömmlichen Kegelraddifferentialen realisiert werden. Eine einfache Möglichkeit ist die Verwendung einer Klauenkupplung an einer definierten Schnittstelle zwischen beispielsweise einer Antriebswelle und einem Seitenrad des Differentials. Als problematisch erweist sich dabei jedoch oftmals, dass das Entkopplungssystem nicht in der Lage ist gegen höhere Restmomente im Antriebsstrang zu öffnen. Es wäre jedoch wünschenswert, dass das Entkopplungssystem in einem Fehlerfall, beispielsweise bei einem „Active Short Circuit“ (ASC), immer öffnen kann, was wiederum bedeutet, dass das Entkopplungssystem gegen mehrere hundert Newtonmeter öffnen können müsste.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung sich der oben genannten Problematik anzunehmen und eine formschlüssige Kupplungseinheit für einen Antriebsstrang eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs anzugeben, die bei einem einfachen, bauteiloptimiertem Aufbau eine Notentkoppelungsfunktion aufweist.
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Kupplungseinheit eignet sich im Besonderen für den Einsatz in einem Antriebsstrang eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs, kann aber auch in einer herkömmlichen Antriebsstrangarchitektur mit einer Verbrennungskraftmaschine Anwendung finden.
Die Kupplungseinheit umfasst erfindungsgemäß eine formschlüssige Kupplung, eine Betätigungseinheit und eine Notentkopplungsfunktion.
Die formschlüssige Kupplung weist erfindungsgemäß ein axial feststehendes, drehbares erstes Kupplungselement und ein axial bewegbares, drehbares zweites Kupplungselement auf.
Die Betätigungseinheit dient der Betätigung der formschlüssigen Kupplung, wobei das zweite Kupplungselement und somit die Kupplungseinheit über die Betätigungseinheit in unterschiedliche Schaltstellungen, nämlich in zumindest eine gekoppelte Schaltstellung und eine entkoppelte Schaltstellung aktuierbar ist.
Die gekoppelte Schaltstellung entspricht einer Schaltstellung in der das axial bewegbare, drehbare zweite Kupplungselement antriebswirksam mit dem axial feststehenden, drehbaren ersten Kupplungselement gekoppelt ist.
Die entkoppelte Schaltstellung entspricht einer Schaltstellung in der das axial bewegbare, drehbare zweite Kupplungselement nicht antriebswirksam mit dem axial feststehenden, drehbaren ersten Kupplungselement gekoppelt ist.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist die Kupplungseinheit eine Notentkopplungsfunktion auf, wobei die Notentkopplungsfunktion derart ausgebildet ist, dass in einem Fehlerfall, nämlich bei einem Feststecken des zweiten Kupplungselements in der gekoppelten Schaltstellung, obwohl bereits die entkoppelte Schaltstellung aktuiert ist, über das zweite Kupplungselement und die Betätigungseinheit aktiv Schwingungen generiert werden, die in axialen Impulsen resultieren über die das zweite Kupplungselement von der gekoppelten Schaltstellung in die aktuierte entkoppelte Schaltstellung bewegt wird.
Die Notentkopplungsfunktion der Kupplungseinheit ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass die Energie zur aktiven Generierung der Schwingungen aus der Rotation der axial festeckenden zweiten Kupplungselement generiert wird.
Die Betätigungseinheit weist vorzugsweise einen elektromagnetischen Aktuator mit einer elektromagnetischen Spule und einem axial bewegbaren, drehfesten Anker auf, wobei die Betätigungseinheit derart ausgeführt ist, dass in einem Normalbetrieb der Kupplungseinheit das zweite Kupplungselement bei Nicht- Bestromung der Spule über ein erstes elastisches Element in der entkoppelten Schaltstellung gehalten wird und bei Bestromung der Spule über eine axiale Bewegung des Ankers von einer eingefahrenen Position in eine ausgefahrene Position, entgegen der Federkraft des ersten elastischen Elements, in die gekoppelte Schaltstellung bewegt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist die Notentkopplungsfunktion über eine an dem zweiten Kupplungselement ausgebildete Vibrationskomponente, dem axial bewegbaren, drehfesten Anker, wobei der Anker funktionswirksam mit der Vibrationskomponente verbindbar ist, eine Zwischenkomponente, die drehentkoppelt und axial fest an der zweiten Kupplungselement angeordnet ist sowie einem zweiten elastischen Element das funktionswirksam zwischen dem Anker und der Zwischenkomponente angeordnet ist, realisiert. Die Notentkopplungsfunktion dient der unterstützenden Entkopplung des axial bewegbaren, drehbaren zweiten Kupplungselements von dem axial feststehenden, drehbaren ersten Kupplungselement. Die Notentkopplungsfunktion stellt somit eine geforderte Entkopplung der zweiten Kupplungselement von der ersten Kupplungselement auch im Fehlerfall, nämlich bei hohen anliegenden Drehmomenten, sicher.
Bei der Notentkopplungsfunktion der Kupplungseinheit handelt es sich um eine Vibrationsfunktion, die im Fehlerfall die formschlüssige Kupplung der Kupplungseinheit über aktiv generierte Impulse öffnen, also entkoppeln, kann, was wiederum zu einem sicheren ASC („Active Short Circuit“)-Zustand führt.
Unter einem ASC-Zustand ist der sichere Zustand eines Gesamtsystems, nämlich elektrische Achse mit Inverter, elektrischer Maschine und Getriebe, zu verstehen. „Sicher“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die elektrische Maschine abgekoppelt ist und somit aus thermischer Sicht keine Überbelastung der elektrischen Maschine oder des Inverters, aufgrund von durch die Rotation induzierten Spannungen und dadurch fließenden Strömen in den Phasen der elektrischen Maschine, passieren kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Detail-Schnittansicht eines
Ausführungsbeispiels einer formschlüssigen Kupplungseinheit. Fig. 2 zeigt die formschlüssige Kupplungseinheit gemäß Fig. 1 in einer entkoppelten Schaltstellung.
Fig. 3 zeigt die formschlüssige Kupplungseinheit gemäß Fig. 1 in einer gekoppelten Schaltstellung.
Fig. 4 zeigt die formschlüssige Kupplungseinheit gemäß Fig. 1 bei aktiver Notenkopplungsfunktion.
Fig. 5 zeigt eine Detailansicht aus Fig. 5 und eine mögliche
Ausgestaltung einer Kulisse an einem Endanschlag eines Vibrationselements.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In Fig. 1 bis Fig. 5 ist jeweils eine Detail-Ansicht eines Ausführungsbeispiels dargestellt, bei dem eine erfindungsgemäße Kupplungseinheit 1 funktionswirksam zwischen einem Differentialgetriebe, genauer einem Seitenrad 3a des Differentialgetriebes, und einer Halbachse 17 einer Antriebsachse eines Hybridoder Elektrokraftfahrzeugs angeordnet ist.
Kraftflüsse werden in den Fig. durch Kraftfluss-Pfeile X, Y schematisch dargestellt.
Das Differentialgetriebe ist antriebswirksam mit einer Antriebseinheit, vorliegend mit einer elektrischen Maschine, verbunden oder verbindbar.
Das Differentialgetriebe weist einen Differentialkäfig 15 mit einer Verzahnung, zwei Planetenräder 16 und zwei Seitenräder 3a auf, wobei die Seitenräder 3a jeweils axial fest, jedoch drehbar auf einer Halbachse 17 der Antriebsachse des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Die beiden Halbachsen 17 der Antriebsachse sind koaxial zu einer Differentialkäfigdrehachse angeordnet. Der Differentialkäfig
15 wird über die Verzahnung von der Antriebseinheit getrieben und ist in einem Differentialgehäuse gelagert. Im Differentialkäfig 15 sind die beiden Planetenräder
16 drehbar montiert. Die Planetenräder 16 stehen mit den beiden Seitenrädern 3a im Eingriff.
Fig. 1 bis Fig. 4 zeigen jeweils nur Detail-Ansichten des Differentialgetriebes und der Antriebsachse, nämlich im Wesentlichen die bauliche Ausgestaltung der Kupplungseinheit 1 im Bereich einer Halbachse 17 der Antriebsachse. Dem folgend wird in weiterer Folge die erfindungsgemäße Kupplungseinheit 1 anhand einer Halbachse 17 der Antriebsachse beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass sämtliche Beschreibungen auch für die andere Halbachse 17, also die zweite Halbachse 17, der Antriebsachse gelten.
Die Kupplungseinheit 1 weist eine formschlüssige Kupplung 2, eine Betätigungseinheit 5 sowie eine Notentkopplungsfunktion auf.
Die formschlüssige Kupplung 2 umfasst ein axial feststehendes, drehbar gelagertes ersten Kupplungselement 3, vorliegend das Seitenrad 3a, und ein axial bewegbares, drehfest auf der drehbaren Halbachse 17 angeordnetes zweites Kupplungselement 4, vorliegend eine Schiebemuffe 4a, auf.
Die formschlüssige Kupplung 2 ist vorliegend somit zwischen dem Seitenrad 3a des Differentialgetriebes und der dargestellten Halbachse 17 der Antriebsachse funktionswirksam angeordnet.
Die Richtungsangabe „axial“ beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu einer zentralen Drehachse 14 der Antriebsachse und somit der Halbachse 17. Die Richtungsangabe „radial“ beschreibt eine Richtung senkrecht auf die zentrale Drehachse 14 der Antriebsachse.
Die Schiebemuffe 4a weist eine stirnseitige Verzahnung, nämlich eine erste Klauenverzahnung, in axialer Richtung auf, die zur Verbindung mit dem Seitenrad 3a, genauer einer zweiten Klauenverzahnung, die an dem Seitenrad 3a in axialer Richtung ausgebildet ist, dient. Weiterhin weist die Schiebemuffe 4a eine radiale erste Schiebeverzahnung auf, die zur drehfesten Verbindung mit der Halbachse 17, genauer einer radialen zweiten Schiebeverzahnung, die an der Halbachse 17 ausgebildet ist, dient. Eine Kopplung bzw. Entkopplung der Halbachse 17 von dem Seitenrad 3a und somit von der Antriebseinheit erfolgt über eine axiale Verschiebung der Schiebemuffe 4a.
Die Schiebemuffe 4a ist über die Betätigungseinheit 5 in eine gekoppelte Schaltstellung, nämlich eine Schaltstellung in der das Seitenrad 3a antriebswirksam mit der Halbachse 17 verbunden ist (Fig. 3), und eine entkoppelte Schaltstellung, nämlich eine Schaltstellung in der das Seitenrad 3a von der Halbachse 17 entkoppelt ist (Fig. 2), aktuierbar.
Die Betätigungseinheit 5 weist einen elektromagnetischen Aktuator 6 mit einer elektromagnetischen Spule 7 und einem axial bewegbaren, drehfesten Anker 8 sowie ein erstes elastisches Element 9, nämlich eine Schraubenfeder, auf. Der Anker 8 ist zweiteilig ausgeführt und weist einen ersten Ankerteil 8a und einen zweiten Ankerteil 8b auf, wobei der erste Ankerteil 8a und der zweite Ankerteil 8b relativ zueinander bewegbar ausgeführt sind. Der erste Ankerteil 8a und der zweite Ankerteil 8b können in einer alternativen Ausführungsvariante jedoch auch fest miteinander verbunden sein. Dadurch kann die Masse für den benötigten Impuls auf einfache Art und Weise erhöht werden.
Die Betätigungseinheit 5 ist derart ausgeführt, dass die Schiebemuffe 4a in einem Normalbetrieb der Kupplungseinheit 1 bei Nicht-Bestromung der Spule 7 über das erste elastische Element 9 in der entkoppelten Schaltstellung gehalten wird - in der entkoppelten Schaltstellung befindet sich der Anker 8 des elektromagnetischen Aktuators 6 in einer eingefahrenen Position. Weiterhin ist die Betätigungseinheit 5 derart ausgeführt, dass die Schiebemuffe 4a in einem Normalbetrieb der Kupplungseinheit 1 bei Bestromung der Spule 7 über eine axiale Bewegung des Ankers 8 von der eingefahrenen Position in eine ausgefahrene Position, entgegen der Federkraft des ersten elastischen Elements 9, in die gekoppelte Schaltstellung bewegt wird. Sobald in einem Normalbetrieb der Kupplungseinheit 1 die Bestromung der Spule 7 endet, wird die Schiebemuffe 4a über die Federkraft des ersten elastischen Elements 9 axial von der gekoppelten Schaltstellung in die entkoppelte Schaltstellung bewegt. Der Anker 8 bewegt sich bei einem Enden der Bestromung der Spule 7 axial von der ausgefahrenen Position in die eingefahrene Position.
Die Notentkopplungsfunktion der Kupplungseinheit 1 tritt in einem Fehlerfall der Kupplungseinheit 1 in Kraft (Fig. 4, Fig. 5).
Unter einem Fehlerfall ist insbesondere ein Feststecken der Schiebemuffe 4a in der gekoppelten Schaltstellung zu verstehen, obwohl bereits die Anforderung zur Entkopplung, also zur Überführung der Schiebemuffe 4a von der gekoppelten Schaltstellung in die entkoppelte Schaltstellung, vorliegt und die elektromagnetische Spule 7 nicht mehr bestromt wird. Ein derartiges Feststecken tritt beispielsweise ein, wenn das erste elastische Element 9 beim Umschalten der elektromagnetischen Spule 7 von „bestromt“ auf „unbestromt“ die Reibung in der Schaltverzahnung der Schiebemuffe 4a nicht überwinden kann, weil die Schiebemuffe 4a beispielsweise aufgrund des Restmomentes zwischen der Antriebseinheit und dem der Halbachse 17 zugeordneten Rad zum Seitenrad 3a klemmt. Zur Realisierung der Notentkopplungsfunktion der Kupplungseinheit 1 sind eine Vibrationskomponente 10, der Anker 8, eine Zwischenkomponente 11 und ein zweites elastisches Element 12 vorgesehen.
Die Vibrationskomponente 10 ist einteilig mit der Schiebemuffe 4a ausgebildet und mit dieser drehbar sowie axial bewegbar ausgeführt. Die Vibrationskomponente 10 weist einen radial verlaufenden Endanschlag 18 auf, an dem zumindest bereichsweise eine axial ausgeprägte Kulisse 13, wie beispielsweise ein Sägezahnprofil, zumindest einen Stift, etc., ausgebildet bzw. fest angeordnet ist (Fig. 5).
Die Zwischenkomponente 11 ist axial fest, über ein Lager 19 drehentkoppelt an der Schiebemuffe 4a angeordnet. Das zweite elastische Element 12 ist ebenso als eine Schraubenfeder ausgebildet und zwischen der Zwischenkomponente 11 und dem zweiten Ankerteil 8b des Ankers 8 angeordnet.
Das erste elastische Element 9 ist zwischen der Zwischenkomponente 11 und einem Gehäuseteil des Differentialgetriebes angeordnet.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist an dem zweiten Ankerteil 8b des Ankers 8 ein sich radial erstreckender Vorsprung 21 ausgebildet, der radial in die Vibrationskomponente 10 an der Schiebemuffe 4a eingreift. An dem sich radial erstreckenden Vorsprung 21 , oder beispielsweise einem Sägezahnprofil, zumindest einem Stift, etc., ist ebenfalls eine in Richtung zur axial ausgeprägten Kulisse 13 an dem radial verlaufenden Endanschlag 18 der Vibrationskomponente 10 axial ausgeprägte weitere Kulisse 22 ausgebildet (Fig. 5). Weiterhin ist der zweite Ankerteil 8b des Ankers 8 bereichsweise axial bewegbar an der Zwischenkomponente 11 angeordnet.
Im Normalbetrieb der Kupplungseinheit 1 ist in beiden Endlagen, also in der gekoppelten Schaltstellung und in der entkoppelten Schaltstellung, die Notentkopplungsfunktion nicht aktiv. In der entkoppelten Schaltstellung (Fig. 2) hält das erste elastische Element 9 die formschlüssige Kupplung 2 offen, also entkoppelt, und überdrückt das zweite elastische Element 12 über den Endanschlag. Der Endanschlag ist in der elektromagnetischen Spule 7 definiert und durch den Kraftfluss-Pfeil X schematisch dargestellt. In der gekoppelten Schaltstellung (Fig. 3) wird die elektromagnetische Spule 7 aktiviert (bestromt) und hält die formschlüssige Kupplung 2 geschlossen, also gekoppelt, wobei das zweite elastische Element 12 über den Endanschlagüberdrückt wird. Der Endanschlag ist auch hier in der elektromagnetischen Spule 7 definiert und durch den Kraftfluss- Pfeil X schematisch dargestellt.
Im Fehlerfall der Kupplungseinheit 1 wird der Anker 8, nämlich der zweite Ankerteil 8b, entgegen der Federkraft des zweiten elastischen Elements 12 trotz Feststeckens der Schiebemuffe 4a axial von der ausgefahrenen Position in die eingefahrene Position verschoben. Durch das ungewollte axiale Feststecken der Schiebemuffe 4a kommt es zu einer relativen Bewegung des Ankers 8, nämlich des zweiten Ankerteils 8b, zu der Schiebemuffe 4a - der Anker 8, nämlich der zweite Ankerteil 8b, wird über den sich radial erstreckenden Vorsprung 21 durch den Endanschlag 18 der Vibrationskomponente 10 in seiner axialen Bewegung gestoppt. Der sich radial erstreckende Vorsprung 21 des Ankers 8 liegt nun an der Kulisse 13 der Vibrationskomponente 10 an. Die Vibrationskomponente 10 rotiert gemeinsam mit der Schiebemuffe 4a um die zentrale Drehachse 14 wobei der Anker 8, wie auch die Zwischenkomponente 11 drehfest angeordnet sind und demnach nicht rotieren. Durch die Rotation der Vibrationskomponente 10, dem Anliegen des drehfesten, jedoch axial bewegbaren Ankers 8 an der Kulisse 13 der Vibrationskomponente 10 und dem funktionswirksamen Verbindung der Zwischenkomponente 11 und des Ankers 8 über das zweite elastische Element 12 werden aktiv Schwingungen erzeugt, die in auf die Schiebemuffe 4a wirkenden, axialen Impulsen resultieren. Derart kann die Reibung in der Schaltverzahnung zwischen dem Seitenrad 3a und der Schiebemuffe 4a überwunden werden und die Schiebemuffe 4a auch im Fehlerfall in die entkoppelte Schaltstellung überführt werden (Fig. 4).
Bezuqszeichenliste
1 Kupplungseinheit
2 Formschlüssige Kupplung
3 Erstes Kupplungselement
3a Seitenrad
4 Zweites Kupplungselement
4a Schiebemuffe
5 Betätigungseinheit
6 Elektromagnetischer Aktuator
7 Elektromagnetische Spule
8 Anker
8a Erster Ankerteil
8b Zweiter Ankerteil
9 Erstes elastisches Element
10 Vibrationskomponente
11 Zwischenkomponente
12 Zweites elastisches Element
13 Kulisse
14 Zentrale Drehachse
15 Differentialkäfig
16 Planetenrad
17 Halbachse
18 Radial verlaufender Endanschlag
19 Lager
20 Gehäuseteil des Differentialgetriebes
21 Sich radial erstreckender Vorsprung
22 Weitere Kulisse
X, Y Kraftfluss(-Pfeil)

Claims

Patentansprüche
1 . Kupplungseinheit (1 ) für einen Antriebsstrang eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs umfassend eine formschlüssige Kupplung (2), die ein axial feststehendes, drehbares erstes Kupplungselement (3, 3a) und ein axial bewegbares, drehbares zweites Kupplungselement (4, 4a) aufweist und eine Betätigungseinheit (5) zur Betätigung der formschlüssigen Kupplung (2), wobei das zweite Kupplungselement (4, 4a) über die Betätigungseinheit (5) in unterschiedliche Schaltstellungen, nämlich in zumindest eine gekoppelte Schaltstellung und eine entkoppelte Schaltstellung aktuierbar ist, wobei die Kupplungseinheit (1 ) eine Notentkopplungsfunktion aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Notentkopplungsfunktion derart ausgebildet ist, dass in einem Fehlerfall, nämlich bei einem Feststecken des zweiten Kupplungselements (4, 4a) in der gekoppelten Schaltstellung, obwohl bereits die entkoppelte Schaltstellung aktuiert ist, über das zweite Kupplungselement (4, 4a) und die Betätigungseinheit (5) aktiv Schwingungen generiert werden, die in axialen Impulsen resultieren über die das zweite Kupplungselement (4, 4a) aus der gekoppelten Schaltstellung in die aktuierte entkoppelte Schaltstellung bewegt wird.
2. Kupplungseinheit (1 ) nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Notentkopplungsfunktion der Kupplungseinheit (1 ) derart ausgeführt ist, dass die Energie zur aktiven Generierung der Schwingungen aus der Rotation der axial feststeckenden zweiten Kupplungselement (4, 4a) generiert wird.
3. Kupplungseinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Betätigungseinheit (5) einen elektromagnetischen Aktuator (6) mit einer elektromagnetischen Spule (7) und einem axial bewegbaren, drehfesten Anker (8) aufweist, wobei die Betätigungseinheit (5) derart ausgeführt ist, dass in einem Normalbetrieb der Kupplungseinheit (1) das zweite Kupplungselement (4, 4a) bei Nicht-Bestrom ung der Spule (7) über ein erstes elastisches Element (9) in der entkoppelten Schaltstellung gehalten wird und bei Bestromung der Spule (7) über eine axiale Bewegung des Ankers (8) von einer eingefahrenen Position in eine ausgefahrene Position, entgegen der Federkraft des ersten elastischen Elements (9), in die gekoppelte Schaltstellung bewegt wird.
4. Kupplungseinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Notentkopplungsfunktion über eine an dem zweiten Kupplungselement (4, 4a) ausgebildete Vibrationskomponente (10), dem axial bewegbaren, drehfesten Anker (8), wobei der Anker (8) funktionswirksam mit der Vibrationskomponente (10) verbindbar ist, eine Zwischenkomponente (11), die drehentkoppelt und axial fest an der zweiten Kupplungselement (4, 4a) angeordnet ist sowie einem zweiten elastischen Element (12) das funktionswirksam zwischen dem Anker (8) und der Zwischenkomponente (11) angeordnet ist, realisiert ist.
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