DE112018006061T5

DE112018006061T5 - Elektromagnetisch betätigte kupplungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112018006061T5
Application number: DE112018006061.6T
Authority: DE
Inventors: Robert John Barnes; Benjamin Stubbs; Andrew Charles Osborne Smith
Original assignee: Dana Graziano SRL
Current assignee: Dana Graziano SRL
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2020-08-06
Also published as: US20200378453A1; US11300165B2; WO2019106551A8; CN111406159B; WO2019106551A1; CN111406159A

Abstract

Offenbart wird eine elektromagnetisch betätigte Kupplungsvorrichtung (14) zum selektiven Verbinden und Trennen eines ersten drehenden Elements (10) und eines zweiten drehenden Elements (12) in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, wobei das erste und zweite drehende Element (10, 12) koaxial miteinander und um eine gleiche Drehachse (x) drehbar sind. Die Kupplungsvorrichtung (14) umfasst: eine Eingriffshülse (16), versehen mit einer Steuerscheibe (20), hergestellt aus einem ferromagnetischen Material, wobei die Eingriffshülse (16) axial gleitbar ist zwischen einer eingerückten Position und einer ausgerückten Position; und ein Steuerungssystem zum Steuern der gleitenden Bewegung der Eingriffshülse (16) zwischen der eingerückten und ausgerückten Position. Das Steuerungssystem umfasst ein Paar von Magnetspulen (28, 30), die auf entgegengesetzten Seiten der Steuerscheibe (20) und zu dieser koaxial platziert sind, und angeordnet sind, um selektiv von einem elektrischen Strom aktiviert zu werden, um eine auf die Steuerscheibe (20) wirkende Magnetkraft zu erzeugen, um die Steuerscheibe (20) und damit auch die Eingriffshülse (16) in beide Richtungen axial zu bewegen. Das Steuerungssystem umfasst ferner eine Elaborationseinheit (34) zum Steuern der Aktivierung und Deaktivierung der Magnetspulen (28, 30), basierend auf der axialen Position der Eingriffshülse (16).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Kupplungsvorrichtung zum selektiven Verbinden und Trennen eines ersten drehenden Elements und eines zweiten drehenden Elements in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, und spezieller eine elektromagnetisch betätigte Kupplungsvorrichtung.
Eine Kupplungsvorrichtung entsprechend der Präambel des unabhängigen Anspruchs 1 ist beispielsweise aus AT 190 752 bekannt.
Andere elektromagnetisch betätigte Kupplungsvorrichtungen sind beispielsweise aus DE 10 2015 015 238 A1 , US 8,276,726 B2 und DE 10 2006 010 616 A1 bekannt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine in Bezug auf den Stand der Technik verbesserte Kupplungsvorrichtung bereitzustellen.
Diese und andere Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Kupplungsvorrichtung mit den im unabhängigen Anspruch 1 definierten Merkmalen erfüllt.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, deren Inhalt einen integralen Bestandteil der folgenden Beschreibung bilden soll.
Kurzgefasst basiert die Erfindung auf dem Gedanken des Bereitstellens einer Kupplungsvorrichtung, wobei das Steuerungssystem ferner eine Elaborationseinheit zum Steuern der Aktivierung und Deaktivierung der Magnetspulen, basierend auf der axialen Position der Eingriffshülse, umfasst.
Vorzugsweise umfasst das Steuerungssystem ferner einen Positionssensor, der angeordnet ist, um die Position der Eingriffshülse zu erfassen und ein entsprechendes Positionssignal zu erzeugen, wobei das Positionssignal an die Elaborationseinheit gesendet wird, um der Elaborationseinheit zu gestatten, basierend auf diesem Signal die Aktivierung und Deaktivierung der Magnetspulen zu steuern. Aufgrund der Präsenz eines Positionssensors, der angeordnet ist, um die Position der Eingriffshülse zu erfassen und ein entsprechendes Positionssignal zu erzeugen, ist die Kupplungsvorrichtung in der Lage, die Position der Eingriffshülse schnell und präzise zu steuern.
Als eine Alternative zur Verwendung eines Positionssensors, um der Elaborationseinheit Informationen zur axialen Position der Eingriffshülse bereitzustellen, kann auch vorgesehen werden, dass die Elaborationseinheit die axiale Position der Eingriffshülse basierend auf der Variation eines elektromagnetischen Parameters der Spulen wie beispielsweise der Induktivität schätzt.
Aufgrund der einfachen Anordnung ihrer Elemente kann eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung mit einem modularen Ansatz hergestellt werden, was zu einer Reduzierung der Herstellungs- und Montagekosten führt.
Insbesondere gestattet die reduzierte Anzahl von Elementen der Kupplungsvorrichtung eine Verringerung der Wartungszeit und -kosten.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlich, die ausschließlich auf dem Wege eines nicht einschränkenden Beispiels unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen gegeben wird, wobei die 1 und 2 Axialschnittansichten einer Kupplungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer eingerückten beziehungsweise in einer ausgerückten Position sind.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weist ein Antriebsstrang (nur teilweise gezeigt) eines Fahrzeugs ein erstes drehendes Element 10 und ein zweites drehendes Element 12 auf, die koaxial zueinander angeordnet sind und um eine Drehachse x drehbar gelagert sind. Das erste und zweite drehende Element 10 und 12 können Wellen, Räder und sonstige drehende Elemente eines Fahrzeugantriebsstrangs sein.
Der Antriebsstrang weist ferner eine elektromagnetisch betätigte Kupplungsvorrichtung, allgemein bezeichnet mit 14, zum Verbinden des ersten und zweiten drehenden Elements 10 und 12 miteinander für eine Drehung um die Achse x auf, sodass eine Übertragung eines Drehmoments zwischen dem ersten und zweiten drehenden Element 10 und 12 gestattet wird.
Die Kupplungsvorrichtung 14 umfasst eine Eingriffshülse 16, die axial (d. h. entlang der Richtung der Achse x) zwischen einer eingerückten Position ( 1) und einer ausgerückten Position (2) gleitbar ist, und ein Steuerungssystem zum Steuern der axialen Gleitbewegung der Eingriffshülse 16.
In der gezeigten Ausführungsform ist die Eingriffshülse 16 axial gleitbar an dem zweiten drehenden Element 12 montiert und ist für eine Drehung mit diesem antriebsmäßig verbunden, beispielsweise mittels einer kerbverzahnten Verbindung. Insbesondere ist die Eingriffshülse 16 nicht direkt an dem zweiten drehenden Element 12 montiert, sondern ist axial gleitbar an einer Nabe 18 montiert, wobei die Nabe 18 für eine Drehung mit dem zweiten drehenden Element 12 befestigt ist. Dennoch kann die Eingriffshülse 16 auch ohne jegliches Element dazwischen an dem zweiten drehenden Element 12 montiert werden.
Die Eingriffshülse 16 kann allgemein als ein kurzer, hohler Zylinder ausgebildet sein, der sich entlang der Achse x erstreckt. Die Eingriffshülse 16 kann aus Stahl oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein.
Die Eingriffshülse 16 umfasst eine Steuerscheibe 20, hergestellt aus einem ferromagnetischen Material. Die Steuerscheibe 20 ist in der gleitenden Bewegung entlang der Achse x mit der Eingriffshülse 16 antriebsmäßig verbunden. Die Steuerscheibe 20 ist beispielsweise als ein Flansch geformt, der sich von der Außenfläche der Eingriffshülse 16 radial von der Achse x weg erstreckt.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Eingriffshülse 16 auch aus einem ferromagnetischen Material hergestellt sein. In diesem Fall ist die Steuerscheibe 20 vorzugsweise einstückig mit der Eingriffshülse 16 hergestellt.
Die Eingriffshülse 16 ist angeordnet, um in einer per se bekannten Weise mit einem Eingriffsring 22 zusammenzuwirken, der für eine Drehung mit dem ersten drehenden Element 10 antriebsmäßig verbunden ist, wobei die Eingriffshülse 16 in der eingerückten Position in den Eingriffsring 22 eingreift, um zur Drehung mit diesem antriebsmäßig verbunden zu sein, wodurch eine Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten und zweiten drehenden Element 10 und 12 gestattet wird, während die Eingriffshülse 16 in der ausgerückten Position aus dem Eingriffsring 22 ausgerückt ist und das erste und zweite drehende Element 10 und 12 folglich frei sind, sich relativ zueinander um die Achse x zu drehen. Der Eingriffsring 22 kann beispielsweise mit äußeren Zähnen T verbunden sein, die in der eingerückten Position in die inneren Zähne der Eingriffshülse 16 eingreifen.
Die Kupplungsvorrichtung 14 kann ferner ein erstes Ende-des-Verstellwegs-Element 24 und ein zweites Ende-des-Verstellwegs-Element 26 umfassen, die auf entgegengesetzten Seiten der Steuerscheibe 20 platziert sind, um das axiale Verstellen der Eingriffshülse 16 zu begrenzen.
Das Steuerungssystem der Kupplungsvorrichtung 14 umfasst ein Paar Magnetspulen 28 und 30, die im Wesentlichen koaxial zur Achse x auf entgegengesetzten Seiten der Steuerscheibe 20 platziert sind. Die Magnetspulen 28 und 30 werden selektiv durch einen elektrischen Strom aktiviert, um eine auf die Steuerscheibe 20 wirkende Magnetkraft zu erzeugen, um sie axial in beide Richtungen zu bewegen.
Konkreter resultiert die Aktivierung der Magnetspule 28 in einer nach rechts (gemäß dem Blickpunkt einer die 1 und 2 betrachtenden Person) gerichteten Magnetkraft, die auf die Steuerscheibe 20 einwirkt, sodass Letztere in Richtung der Magnetspule 28 gezogen wird und folglich die Eingriffshülse 16 in die eingerückte Position bewegt wird, während eine Aktivierung der Magnetspule 30 in einer nach links gerichteten Magnetkraft resultiert, die auf die Steuerscheibe 20 einwirkt, sodass Letztere in Richtung der Magnetspule 30 gezogen wird und folglich die Eingriffshülse 16 in die ausgerückte Position bewegt wird.
Die Magnetspulen 28 und 30 sind vorzugsweise mit glasisoliertem Draht ausgebildet, um Kurzschlüsse zu vermeiden.
Das Steuerungssystem umfasst ferner einen Positionssensor 32, der angeordnet ist, um die axiale Position der Eingriffshülse 16 zu erfassen und ein entsprechendes Positionssignal zu erzeugen, und eine Elaborationseinheit 34, die mit dem Positionssensor 32 und mit den Magnetspulen 28 und 30 verbunden ist und angeordnet ist, um das von dem Positionssensor 32 erzeugte Positionssignal zu empfangen und eine Aktivierung und Deaktivierung der Magnetspulen 28 und 30 hervorzurufen.
Der Positionssensor 32 kann allgemein ein kontaktloser induktiver Positionssensor sein. Das von dem Positionssensor 32 erzeugte Positionssignal kann die Position der Eingriffshülse 16 beschreiben, wenn diese sich in der Einrückposition, in der Ausrückposition oder in einer anderen Position dazwischen befindet.
Die Elaborationseinheit 34 kann angeordnet sein, um die Magnetspulen 28 und 30 zu aktivieren und deaktivieren, um die Position der Eingriffshülse 16 entsprechend einer programmierbaren und aktualisierbaren Steuerungsstrategie zu steuern. Von der Elaborationseinheit 34 kann zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung 14 jede bekannte Steuerungsstrategie implementiert werden, die bereits zum Steuern konventioneller Hydraulikaktoren verwendet wird. Vorzugsweise ist die Elaborationseinheit 34 angeordnet, um die Aktivierung und Deaktivierung der Magnetspulen 28 und 30 auf der Grundlage des von dem Positionssensor 32 empfangenen Positionssignals zu steuern.
Durch die einfache Anordnung ihrer Elemente gestattet eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung zwei drehenden Elementen eines Fahrzeugantriebsstrangs, miteinander verbunden und voneinander getrennt zu sein, ohne dass schwere und kostenintensive traditionelle hydraulisch betätigte Kupplungsvorrichtungen benötigt werden.
Insbesondere gestattet die elektromagnetische Betätigung eine schnelle und präzise Steuerung der Position der Eingriffshülse, während die Verwendung eines Positionssensors eine präzise Rückkopplung zu der axialen Versetzung der Eingriffshülse gestattet.
Natürlich können, während das Prinzip der Erfindung unverändert bleibt, die Ausführungsformen und konstruktionstechnischen Einzelheiten weit von den rein in Form eines nicht einschränkenden Beispiels beschriebenen und illustrierten variieren, ohne dabei von dem in den anhängenden Ansprüchen definierten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise kann, wie im einleitenden Teil der Beschreibung erwähnt, der Positionssensor weggelassen werden, und in einem solchen Fall wird die axiale Position der Eingriffshülse durch die Elaborationseinheit basierend auf der Variation eines elektromagnetischen Parameters der Spulen, beispielsweise der Induktivität, geschätzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015015238 A1 [0003]
US 8276726 B2 [0003]
DE 102006010616 A1 [0003]

Claims

Kupplungsvorrichtung (14) zum selektiven Verbinden und Trennen eines ersten drehenden Elements (10) und eines zweiten drehenden Elements (12) in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, wobei das erste und zweite drehende Element (10, 12) koaxial miteinander und um eine gleiche Drehachse (x) drehbar sind, wobei die Kupplungsvorrichtung (14) Folgendes umfasst: eine Eingriffshülse (16), versehen mit einer Steuerscheibe (20), hergestellt aus einem ferromagnetischen Material, wobei die Eingriffshülse (16) axial gleitbar ist zwischen einer eingerückten Position, in der die Eingriffshülse (16) das erste drehende Element (10) mit dem zweiten drehenden Element (12) verbindet, sodass eine Übertragung eines Drehmoments zwischen dem ersten drehenden Element (10) und dem zweiten drehenden Element (12) durch die Eingriffshülse (16) gestattet wird, und einer ausgerückten Position, in der die Eingriffshülse (16) das erste drehende Element (10) von dem zweiten drehenden Element (12) trennt, und ein Steuerungssystem zum Steuern der gleitenden Bewegung der Eingriffshülse (16) zwischen der eingerückten und der ausgerückten Position, wobei das Steuerungssystem ein Paar von Magnetspulen (28, 30) umfasst, die auf entgegengesetzten Seiten der Steuerscheibe (20) und zu dieser koaxial platziert sind, wobei die Magnetspulen (28, 30) angeordnet sind, um von einem elektrischen Strom selektiv aktiviert zu werden, um eine auf die Steuerscheibe (20) wirkende Magnetkraft zu erzeugen, um die Steuerscheibe (20) und damit auch die Eingriffshülse (16) in beide Richtungen axial zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungssystem ferner eine Elaborationseinheit (34) zum Steuern der Aktivierung und Deaktivierung der Magnetspulen (28, 30) basierend auf der axialen Position der Eingriffshülse (16) umfasst.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Positionssensor (32) zum Erfassen der axialen Position der Eingriffshülse (16) und Senden eines entsprechenden Positionssignals an die Elaborationseinheit (34), wobei die Elaborationseinheit (34) angeordnet ist, um die Aktivierung und Deaktivierung der Spulen (28, 30) basierend auf dem Positionssignal zu steuern.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elaborationseinheit (34) angeordnet ist, um die axiale Position der Eingriffshülse (16) basierend auf der Variation eines elektromagnetischen Parameters der Spulen (28, 30), beispielsweise der Induktivität, zu schätzen.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend ein erstes Ende-des-Verstellwegs-Element (24) und ein zweites Ende-des-Verstellwegs-Element (26), die auf entgegengesetzten Seiten der Steuerscheibe (20) platziert sind, um das axiale Verstellen der Eingriffshülse (16) zu begrenzen.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Eingriffsring (22), verbunden an einer Seite mit dem ersten drehenden Element (10), wobei der Eingriffsring (22) angeordnet ist, um die Eingriffshülse (16) mit dem ersten drehenden Element (10) zu verbinden, wenn die Eingriffshülse (16) in der eingerückten Position ist.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine interne Nabe (18), die an dem zweiten drehenden Element (12) koaxial zu diesem montiert ist und die Eingriffshülse (16) stützt.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerscheibe (20) einstückig mit der Eingriffshülse (16) hergestellt ist.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Eingriffshülse (16) ebenfalls aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Magnetspulen (28, 30) in einer solchen Weise angeordnet sind, dass, wenn durch eine von ihnen ein elektrischer Strom fließt, an der Steuerscheibe (20) eine Magnetkraft erzeugt wird, sodass die Steuerscheibe (20) axial in Richtung der Magnetspule (28, 30) bewegt wird, durch die der elektrische Strom fließt.
Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend ein erstes drehendes Element (10), ein zweites drehendes Element (12) und eine Kupplungsvorrichtung (14) nach einem der vorangehenden Ansprüche.