AT526663B1 - Kupplungselement - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kupplungselement (4) zur Herstellung eines Kraftflusses zwischen zwei Vorrichtungen eines Antriebstranges (1), umfassend einen ringförmigen Grundkörper (17) mit einer inneren und einer äußeren Mantelfläche (18, 19), wobei an der inneren Mantelfläche (18) eine Innenverzahnung mit ersten Zähnen (20) angeordnet ist, die in der Axialrichtung (21) an einem distalen Endbereich keilflächig ausgebildete erste Dachschrägen (22) aufweisen, wobei an der äußeren Mantelfläche (19) und diese überragend Formschlusselemente (23) angeordnet sind. Auf mehreren der ersten Zähne (20) sind sich radial nach innen erstreckende zweite Zähne (24) angeordnet, die in der Axialrichtung (21) an einem distalen Endbereich keilflächig ausgebildete zweite Dachschrägen (25) aufweisen, die in der Axialrichtung (21) beabstandet zu ersten Dachschrägen (22) angeordnet sind, wobei die distalen Endbereiche der zweiten Zähne (24) in die gleiche Richtung weisen, wie die ersten distalen Endbereiche. Ein Teil von in einer Umfangsrichtung (33) nebeneinander angeordneten ersten Zähnen (20) ist in der Axialrichtung (21) kürzer als die restlichen ersten Zähne (20).

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Kupplungselement zur Herstellung eines Kraftflusses zwischen zwei Vorrichtungen eines Antriebstranges, umfassend einen ringförmigen Grundkörper mit einer inneren Mantelfläche und einer äußeren Mantelfläche, wobei an der inneren Mantelfläche eine Innenverzahnung mit ersten Zähnen angeordnet ist, und die ersten Zähne in der Axialrichtung an einem distalen Endbereich keilflächig ausgebildet sind und dazu erste Dachschrägen aufweisen, und wobei auf zumindest mehreren der ersten Zähne sich radial nach innen erstreckende zweite Zähne angeordnet sind, die in der Axialrichtung an einem distalen Endbereich keilflächig ausgebildet sind und dazu zweite Dachschrägen aufweisen, wobei die zweiten Dachschrägen in der Axialrichtung beabstandet zu ersten Dachschrägen angeordnet sind, wobei die distalen Endbereiche der zweiten Zähne in die gleiche Richtung weisen, wie die ersten distalen Endbereiche.

[0002] Weiter betrifft die Erfindung eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtung, insbesondere ein Planetengetriebe, umfassend eine Welle, auf der ein Zahnrad angeordnet ist, sowie ein Kupplungselement zur Herstellung eines Kraftflusses zwischen der Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtung und einem weiteren Element eines Antriebsstranges.

[0003] Zur Verringerung von Verlustleistungen ist es aus dem Stand der Technik für verschiedene Antriebskonzepte von Fahrzeugen bekannt, dass Aggregate des Antriebsstrangs, wie beispielsweise ein Allradantrieb oder eine Elektromotor eines Hybridantriebs, vom Antriebsstrang abgekoppelt werden. Das Zu- und Abschalten dieser Aggregate erfolgt in der Regel mit einer sogenannten Disconnect-Einheit. Für einen Allradantrieb beschreibt beispielsweise die WO 2014/ 166819 A2 ein Verfahren zur Steuerung eines zeitweise allradgetriebenen Kraftfahrzeugs durch eine Steuereinheit, wobei das Kraftfahrzeug umfasst eine Antriebseinheit, eine von der Antriebseinheit dauerhaft angetriebene primäre Antriebsachse, eine sekundäre Antriebsachse, einen Drehmomentübertragungsstrang zur Übertragung des Drehmoments der Antriebseinheit auf die sekundäre Antriebsachse, eine Disconnect-Kupplung zur An- und Abkopplung der sekundären Antriebsachse von der Antriebseinheit, wobei die Steuereinheit über eine erste Aktuierungseinheit die Disconnect-Kupplung betätigen kann.

[0004] Disconnet-Einheiten wurden im Stand der Technik auch für sogenannte Parksperren beschrieben. Beispielsweise beschreibt die DE 10 2021 121 312 A1 eine Getriebesystemarchitektur in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, welche mit vier Kupplungen und einem Planetenradsatz bis zu drei Gänge sowie eine optionale Funktionalität von Parksperre und/ oder Abschaltung (DCU Disconnect Unit) abbildet.

[0005] Die DE 27 53 342 A1 beschreibt eine Synchronisiereinrichtung für eine schaltbare Zahnkupplung, insbesondere für Zahnradwechselgetriebe mit vorher angeordneter Hauptkupplung mit einem Synchronisierring, der auch während des Schaltvorganges sperrend wirkt über einander zugeordnete Sperrflächen zwischen Schaltmuffe und Synchronisierring und der innen eine kegelige Reibfläche aufweist, die auf einem Kegel wirkt, der mit einem schaltbaren losen Zahnrad fest verbunden ist, wobei die als Muffenträger dienende Nabe außen nur einige verzahnte Segmente aufweist und sich in dem freien Raum dazwischen mehrere aus der Schaltmuffe nach innen herausragende Zähne mit Sperrflächen und am Synchronisierring sich mehrere andere Zähne mit entsprechend zugeordneten Sperrflächen befinden, wobei letztere Zähne über den Außendurchmesser des Rotationskörpers des Synchronisierringes nicht hinausragen.

[0006] Aus der DE 10 2016 104 495 A1 ist eine Schiebemuffe einer Synchronisationsvorrichtung für ein Schaltgetriebe bekannt, mit einer Längsachse, einer Innenverzahnung, die in eine Außenverzahnung einer Nabe der Synchronisationsvorrichtung eingreift und eine Vielzahl von Schiebemuffenzähnen umfasst, wobei sich jeder Schiebemuffenzahn von einem axialen Zahnende zu einem entgegengesetzten axialen Zahnende erstreckt, und wobei die Schiebemuffe Sperrflächen zum Angreifen an einer Außenverzahnung eines Synchronrings der Synchronisationsvorrichtung aufweist, und wobei die Sperrflächen axial zwischen den Zahnenden angeordnet sowie von den beiden axialen Zahnenden axial beabstandet sind.

[0007] Die AT 525 052 A4 beschreibt eine drehmomentübertragende Kupplung umfassend ein erstes Kupplungselement, das einen ersten Grundkörper und eine erste Stirnfläche aufweist, ein zweites Kupplungselement, das einen zweiten Grundkörper aufweist, und ein drittes Kupplungselement, das einen dritten Grundkörper aufweist, wobei das erste und das zweite Kupplungselement für eine Geschlossenstellung zur Drehmomentübertragung formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbindbar sind und in einer Offenstellung diese formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung gelöst ist, und wobei das erste Kupplungselement mit dem dritten Kupplungselement formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbindbar ist, und das erste Kupplungselement nach einem pulvermetallurgischen Verfahren oder einem additiven Verfahren hergestellt ist, und zumindest einen Zentriervorsprung aufweist, der auf der ersten Stirnfläche angeordnet ist und sich in Richtung auf das dritte Kupplungselement erstreckt, um mit einer Zentrierausnehmung in einer Stirnfläche im dritten Kupplungselement formschlüssig und/oder kraftschlüssig zusammenzuwirken bzw. aufgenommen zu sein.

[0008] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Möglichkeit mit geringem Platzbedarf zu schaffen, mit der ein Element bzw. eine Vorrichtung eines Antriebsstranges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, zu- und abgeschaltet werden kann.

[0009] Die Aufgabe der Erfindung wird mit dem eingangs genannten Kupplungselement gelöst, bei dem an der äußeren Mantelfläche und diese überragend Formschlusselemente angeordnet sind, und ein Teil von in einer Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten ersten Zähnen in der Axialrichtung kürzer ist als die restlichen ersten Zähne.

[0010] Weiter wird die Aufgabe der Erfindung mit der eingangs genannten Drehmoment-Übertragungsvorrichtung gelöst, die ein erfindungsgemäßes Kupplungselement aufweist.

[0011] Von Vorteil ist dabei, dass mit der „Verzahnung auf der Verzahnung“ die Innenverzahnung des Kupplungselementes mehrere Aufgaben bei kleinem Raumerfordernis übernehmen kann. Neben dem geringen Platzbedarf können damit auch Kopplungsvorgänge beschleunigt werden, sodass beispielsweise eine Elektromotor oder eine Allradantrieb rasch zu- oder abgekoppelt werden kann. Die geringe Bauraumanforderung des Kupplungselementes und insbesondere der damit ausgerüsteten Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtung erleichtert deren Einbau in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen. Insbesondere kann damit jedes der Räder eines Kraftfahrzeugs mit einer derartigen Baugruppe versehen werden. Eine weitere Verkürzung der erforderlichen axialen Bauraumlänge kann erreicht werden, wenn ein Teil von in einer Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten ersten Zähne in der Axialrichtung kürzer ist als die restlichen ersten Zähne. Es ist damit eine „Verschachtelung“ von Bauteilen realisierbar.

[0012] Nach einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die ersten und zweiten Zähne der Innenverzahnung eine Länge in der Axialrichtung aufweisen, die kleiner ist als eine Gesamtbreite des Grundkörpers in der Axialrichtung. Es wird damit eine Möglichkeit geschaffen, um innerhalb des Kupplungselementes weitere Elemente anzuordnen. Beispielsweise kann damit eine Möglichkeit zur Abstützung eines Federelementes an dem Kupplungselement ohne wesentlichen zusätzlichen Platzbedarf zur Verfügung gestellt werden.

[0013] Gemäß einer Ausführungsvariante der Drehmoment-Übertragungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass in der Radialrichtung innerhalb des Kupplungselementes ein Synchronring und ein Schaltelement mit einer Schaltelement-Innenverzahnung und einer Schaltelement-AuBenverzahnung angeordnet sind.

[0014] Entsprechend einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Formschlusselemente auf der äußeren Mantelfläche eine Verzahnung bilden, womit einerseits eine axiale Verschiebbarkeit des Kupplungselementes in der Drehmoment-Übertragungsvorrichtung und andererseits auch ein verbesserter Kraftfluss und damit einer verbesserte Drehmoment-UÜbertragung erreicht werden können. Dazu kann nach Ausführungsvarianten der Drehmoment-Übertragungsvorrichtung vorgesehen sein, dass das Kupplungselement in der Radialrichtung innerhalb eines weiteren ringförmigen Kupplungselementes und in der Axialrichtung verschiebbar angeordnet ist, wobei die Formschlusselemente auf der äußeren Mantelfläche des

Grundkörpers des Kupplungselementes in Formschlusselemente des weiteren Kupplungselementes eingreifen, und/oder dass die weiteren Formschlusselemente des weiteren Kupplungselementes als Innenverzahnung ausgebildet sind.

[0015] Entsprechend einer weiteren Ausführungsvariante der Drehmoment-Übertragungsvorrichtung kann der Synchronring auf dem Schaltelement angeordnet sein, wodurch einer weitere Reduzierung der Bauraumlänge der Baugruppe erreicht werden kann.

[0016] Dabei kann zur Verbesserung des Kraftflusses und der Drehmoment-Übertragung nach einer Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass auf dem Synchronring eine erste konusförmige Reibfläche ausgebildet ist, dass weiter auf dem Schaltelement eine zweite konusförmige Reibfläche ausgebildet ist, und dass die erste und die zweite konusförmige Reibfläche aneinander anliegen.

[0017] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

[0018] Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung: [0019] Fig. 1 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs; [0020] Fig. 2 eine Ausführungsvariante eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges;

[0021] Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsvariante einer Drehmoment-Übertragungsvorrichtung;

[0022] Fig. 4 eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtung in Explosionsdarstellung.

[0023] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

[0024] Die Fig. 1 und 2 zeigen Ausführungsvarianten von Teilen von Antriebssträngen 1 eines Kraftfahrzeugs.

[0025] Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Erfindung anstelle in einem Kraftfahrzeug beispielsweise auch einem Boot bzw. Schiff, etc., eingesetzt werden kann.

[0026] Fig. 1 zeigt schematisch einen Antriebsstrang 1 mit zwei Antrieben, insbesondere mit einem Verbrennungsmotor 2 und mit einem Elektromotor 3 (ein sogenannter Plug-In Hybrid). Der Elektromotor 3 wird mittels eines Kupplungselements 4 bedarfsweise zu- oder weggeschaltet. Der Antriebsstrang 1 kann aber anstelle des Verbrennungsmotors 2 oder zusätzlich dazu auch einen zweiten Elektromotor aufweisen. Neben den genannten Bestandteilen sind in Fig. 1 weiter ein Leistungselektronikmodul 5, ein Akkumulator 6 und ein Kraftstofftank 7, der bei Anordnung von zwei Elektromotoren auch entfallen kann, dargestellt.

[0027] Das Kupplungselement 4 dient insbesondere der Zu- oder Abschaltung des Elektromotors 3 zum Antrieb des Kraftfahrzeugs. Dazu kann das Kupplungselement 4 in einer sogenannten Disconnect-Einheit angeordnet sein.

[0028] Fig. 2 zeigt eine Ausführungsvariante des Antriebsstrangs 1, bei der zur Ausbildung eines Allradantriebes jedem der Räder 8 ein zu- bzw. wegschaltbarerer Antrieb, insbesondere ein Elektromotor 3, mit einem Kupplungselement 4 zugeordnet ist.

[0029] Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die in Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungen eines Antriebsstranges 1 nur beispielhaft zu verstehen sind, da aus dem Stand der Technik beispielsweise auch andere Hybrid-Antriebs-Konzepte für Kraftfahrzeuge bekannt sind.

[0030] Weiter kann das Kupplungselement 4 Teil einer sogenannten E-Achse eines Elektrofahr-

zeugs sein. Die E-Achse kann wiederum den Elektromotor 3 und das Leistungselektronikmodul 5 aufweisen.

[0031] Das Kraftfahrzeug kann zwei dieser E-Achsen aufweisen, die über das Kupplungselement 4 miteinander verbindbar oder voneinander trennbar sind.

[0032] Das Kupplungselement 4 ist bevorzugt Teil einer Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9. Eine Ausführungsvariante dieser Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtung 9 ist in den Fig. 3 und 4 (ausschnittsweise) im Längsschnitt bzw. in Explosionsdarstellung gezeigt.

[0033] Die Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 weist zumindest zwei Zahnräder 10 auf. Vorzugsweise sind diese Zahnräder 10 Teil eines ein- oder mehrstufigen Planeten-Getriebes 11 zumindest umfassend ein Sonnenrad 12, mehrere Planetenräder 13, die mit dem Sonnenrad 12 kämmen, und ein Hohlrad, das mit den Planetenrädern 13 kämmt, wie dies an sich bekannt ist.

[0034] Weiter umfasst die Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 eine in den Fig. 3 und 4 nicht weiter dargestellte Welle, auf der das Zahnrad 10, insbesondere das Sonnenrad 12, angeordnet ist. Das Sonnenrad 12 kann gegebenenfalls einstückig mit dieser Welle ausgebildet sein.

[0035] Die Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 ist vorzugsweise in einem nicht dargestellten Gehäuse angeordnet, und kann beispielsweise über ein Lagerelement 14, beispielsweise ein Wälzlager oder ein Gleitlager, an dem Gehäuse gelagert sein. Das Hohlrad kann dabei auch als Innverzahnung am Gehäuse ausgebildet sein, in dem die Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 angeordnet sein kann.

[0036] Das Kupplungselement 4 dient der Herstellung des Kraftflusses zwischen der Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtung 9 und einem weiteren Element eines Antriebsstranges 1, wie beispielsweise einer Ausgangswelle 15, die eine Außenverzahnung aufweisen kann bzw. auf der ein weiteres Zahnrad 16 angeordnet sein kann. Uber dieses weitere Zahnrad 16 kann in weiterer Folge, gegebenenfalls über Zwischenanordnung von weiteren Verzahnungselementen, wie z.B. Zahnrädern, das Drehmoment weiter übertragen werden, z.B. auf eines der Räder 8 eines Kraftfahrzeugs.

[0037] Das Kupplungselement 4 ist besser aus Fig. 4 ersichtlich. Das Kupplungselement 4 dient zur Herstellung eines Kraftflusses zwischen zwei Vorrichtungen des Antriebstranges 1, beispielsweise dem Planetengetriebe 11 und einem Rad 8 oder dem Elektromotor 3 und einer Antriebswelle. Der Kraftfluss verläuft dabei von außen nach innen.

[0038] Das Kupplungselement 4 besteht aus bzw. umfasst einen, bevorzugt (zumindest annähernd) zylinderförmig ausgebildeten, ringförmigen Grundkörper 17 mit einer inneren Mantelfläche 18 und einer äußeren Mantelfläche 19, wobei an der inneren Mantelfläche 18 eine Innenverzahnung mit ersten Zähnen 20 angeordnet ist, und die ersten Zähne 20 in der Axialrichtung 21 an einem distalen Endbereich keilflächig ausgebildete sind und dazu erste Dachschrägen 22 aufweisen, wobei an der äußeren Mantelfläche 19 und diese überragend Formschlusselemente 23 angeordnet sind, wobei auf zumindest mehreren der ersten Zähne 20 sich radial nach innen erstreckende zweite Zähne 24 angeordnet sind, die in der Axialrichtung 21 an einem distalen Endbereich keilflächig ausgebildet sind und dazu zweite Dachschrägen 25 aufweisen, wobei die zweiten Dachschrägen 25 beabstandet zu ersten Dachschrägen 22 angeordnet sind, wobei die distalen Endbereiche der zweiten Zähne 24 in die gleiche Richtung weisen, wie die ersten distalen Endbereiche der ersten Zähne 20.

[0039] Das Kupplungselement 10 kann mit einem pulvermetallurgischem Verfahren hergestellt werden. Derartige Verfahren an sich sind aus dem Stand der Technik bekannt, sodass zu weiteren Einzelheiten dazu auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen sel.

[0040] Das Verfahren kann folgende Verfahrensschritte umfassen:

- Bereitstellung eines Pulvers oder einer Pulvermischung zur Herstellung des Kupplungselements 4 in einem Formhohlraum einer Form;

- Pressen des Pulvers oder der Pulvermischung zu einem Kupplungselementkörper-Grünling in der Form;

- gegebenenfalls Grünbearbeitung des Kupplungselementkörper-Grünlings;

- Sintern des Kupplungselementkörper-Grünlings zum Kupplungselement 4;

- gegebenenfalls Kalibrieren des gesinterten Kupplungselements 4;

- gegebenenfalls materialabtragendes Nachbearbeiten des Kupplungselements 4; - gegebenenfalls Härten des Kupplungselements 4;

- gegebenenfalls Waschen und Verpacken.

[0041] Das Pulver bzw. die Pulvermischung kann beispielsweise ein Stahlpulver sein bzw. umfassen, wobei auch andere (vorlegierte) Pulver einsetzbar sind. Weiter kann das Pulver die üblichen Zusätze aufweisen, wie beispielsweise Schmiermittel, etc.

[0042] Das Sintern des Kupplungselementkörper-Grünlings kann ein- oder mehrstufig dem Stand der Technik entsprechend erfolgen. Die Temperatur beim Sintern kann beispielsweise zwischen 750 °C und 1350°C betragen. Der Kupplungselementkörper-Grünling kann zwischen 10 Minuten und 120 Minuten auf dieser Temperatur gehalten werden.

[0043] Das Grünbearbeiten bzw. das materialabtragende Nachbearbeiten kann beispielsweise durch Schleifen, Läppen, Honen, etc. erfolgen.

[0044] Das Kupplungselement 4 kann aber auch nach einem anderen Verfahren bzw. einer Kombination von Verfahren hergestellt sein, beispielsweise einem Gussverfahren oder mittels 3DDruck.

[0045] Die ersten Dachschrägen 22 der ersten Zähne 20 können in Bezug auf die innere Mantelfläche 18 geneigt verlaufend, vorzugsweise gegengleich, ausgeführt sein, sie können aber auch unterschiedliche Neigungswinkel aufweisen. Insbesondere können sie einen Winkel mit der inneren Mantelfläche 18 einschließen, der zwischen 30 % und 175 % des Spitzenwinkels beträgt. Der Spitzenwinkel ist dabei jener Winkel, den zwei erste Dachschrägen 22 an der Spitze der ersten Zähne 20 miteinander einschließen.

[0046] Die zweiten Dachschrägen 25 der zweiten Zähne 24 können wie die ersten Dachschrägen 22 der ersten Zähen 20 ausgeführt sein. Insbesondere können sie die in Bezug auf die Axialrichtung 21 gleiche Neigung aufweisen. Die zweiten Dachschrägen 25 können auch einseitig, zweiseitig symmetrisch oder asymmetrisch ausgeführt sein. Der Neigungswinkel der zweiten Dachschrägen 25 kann auch unabhängig zum voranstehend genannten Neigungswinkel der ersten Dachschrägen 22 ausgeführt sein und kann daher auch separat definiert werden, insbesondere in Abhängigkeit der Ausführung der Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtung 9 (einfache, zweifache, dreifach, bzw. generell mehrfache Synchronisierungsausführungen) und/oder der Aktuatorkraft. Insbesondere können die zweiten Dachschrägen 25 einen Winkel mit der inneren Mantelfläche 18 (d.h. in diesem Fall mit einer radial inneren Plateaufläche der ersten Zähne 20, auf denen die zweiten Zähne 24 angeordnet sind) einschließen, der zwischen 30 % und 175 % des Spitzenwinkels der zweiten Zähne 24 beträgt. Der Spitzenwinkel ist dabei jener Winkel, den zwei zweite Dachschrägen 25 an der Spitze der zweiten Zähne 24 miteinander einschließen.

[0047] Die in der Axialrichtung 21 zweiten distalen Enden der ersten Zähne 20 und/oder zweiten Zähne 24 können ohne Dachschrägen ausgeführt sein. Insbesondere können diese Enden eine erste bzw. zweite Stirnfläche 26, 27 aufweisen, die im rechten Winkel zur Axialrichtung 21 verlaufend ausgebildet ist, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist. Vorzugsweise sind die ersten Stirnflächen 26 der ersten Zähne 20 fluchtend mit den zweiten Stirnflächen 27 der zweiten Zähne 24 ausgebildet, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist.

[0048] Die zweiten Zähne 24 können eine radiale Höhe aufweisen, die zwischen 50 % und 300 %, insbesondere zwischen 75 % und 200 %, der radialen Höhe der ersten Zähne 20 beträgt. Insbesondere können die radialen Höhen der ersten und zweiten Zähen 20, 24 gleich groß sein.

[0049] Die radiale Höhe der zweiten Zähne 24 wird dabei ab einer radial inneren Zahnoberfläche 28 (der voranstehend genannten Plateaufläche) der ersten Zähne 20, auf der die zweiten Zähne 24 angeordnet sind, gemessen.

[0050] Nach einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die ersten und zweiten

Zähne 20, 24 der Innenverzahnung eine Länge in der Axialrichtung 21 aufweisen, die kleiner ist als eine Gesamtbreite 29 des Grundkörpers 17 des Kupplungselementes 4 in der Axialrichtung 21. Insbesondere können die ersten Zähne 20 eine Länge aufweisen, die zwischen 30 % und 97 %, insbesondere zwischen 50 % und 80 %, der Gesamtbreite 29 des Grundkörpers 17 beträgt.

[0051] Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die ersten Zähne 20, d.h. deren erste Dachschrägen 22, vorzugsweise an einer ersten Stirnfläche 30 des Grundkörpers 17 des Kupplungselementes 4 beginnend angeordnet bzw. ausgebildet sind, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist. Sie können aber auch beabstandet zu dieser ersten Stirnfläche 30 des Grundkörpers 17 ausgebildet sein. Weiter können die ersten und zweiten Zähne 20, 24 in einem Abstand zu einer zweiten Stirnfläche 31 des Grundkörpers 17 des Kupplungselement 4 angeordnet bzw. ausgebildet sein, wie dies ebenfalls aus Fig. 4 ersichtlich ist.

[0052] Im Bereich der bzw. die ersten Dachschrägen 22 können der ersten Zähne 20 der Innenverzahnung (Schiebeverzahnung) mit einer Hinterschneidung/Hinterschneidungen ausgeführt sein, insbesondere wenn im eingekoppelten Zustand keine permanente Kraft auf das Kupplungselement 4 wirkt.

[0053] Ein Teil von in einer Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten ersten Zähnen 20 ist in der Axialrichtung 21 kürzer ausgeführt als die restlichen ersten Zähne 20. Es wird damit zwischen diesen kürzeren ersten Zähnen 20 und der zweiten Stirnfläche 31 des Grundkörpers 17 des Kupplungselementes 4 ein Freiraum 32 geschaffen. Diese kürzeren ersten Zähne 20 weisen insbesondere auch keine zweiten Zähne 24 auf. Diese kürzeren ersten Zähne 20 können eine Länge in der Axialrichtung 21 aufweisen, die zwischen 10 % und 40 % der Länge in der Axialrichtung der restlichen ersten Zähne 20 beträgt. In einer Umfangsrichtung 33 des Kupplungselementes 4 verteilt können mehrere dieser Freiräume 32 angeordnet bzw. ausgebildet sein, insbesondere gleichmäßig verteilt über den Umfang des Kupplungselementes 4.

[0054] Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, können die Formschlusselemente 23 auf der äußeren Mantelfläche 19 des Grundkörpers 17 des Kupplungselementes 4 eine Verzahnung bilden. Dabei können sich Zähne 34 dieser Außenverzahnung des Grundkörpers 17 über die gesamte Gesamtbreite 29 des Grundkörpers 17 oder nur einen Teilbereich dieser Gesamtbreite 29 erstrecken. Diese Zähne 34 weisen insbesondere keine Dachschrägen auf. Zudem sind sie vorzugsweise über ihre gesamte Länge in der Axialrichtung 21 gerade/geradlinig verlaufend zur Axialrichtung 21 ausgebildet bzw. angeordnet. Die Außenverzahnung des Kupplungselement 4 ist also (ebenso wie die Innenverzahnung) bevorzugt eine Geradverzahnung, um damit eine Verschiebbarkeit des Kupplungselementes 4 in der Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtung 9 in der Axialrichtung 21 zu ermöglichen.

[0055] Nach einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Zahn 34 der Außenverzahnung des Kupplungselements 4 in der Umfangsrichtung 33 breiter ausgeführt ist als die restlichen Zähne 34 der Außenverzahnung. Insbesondere können in der Umfangsrichtung 33 des Kupplungselementes 4 verteilt mehrere dieser breiteren Zähne 34 angeordnet bzw. ausgebildet sein, insbesondere gleichmäßig verteilt über den Umfang des Kupplungselementes 4.

[0056] Die Ausbildung der Formschlusselemente 23 als Zähne 34 ist die bevorzugte Ausführungsvariante. Die Formschlusselemente 23 können aber auch anders ausgeführt bzw. ausgebildet sein, wobei auch in diesem Fall das Kupplungselement 4 bevorzugt in der DrehmomentÜbertragungsvorrichtung 9 in der Axialrichtung 21 verschiebbar ist.

[0057] Das Kupplungselement 4 wirkt in der Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 mit einem weiteren Kupplungselement 35 zusammen.

[0058] Das weitere Kupplungselement 35 ist bevorzugt ebenfalls ringförmig ausgebildet und weist bevorzugt eine Innenverzahnung 36 auf, die komplementär zur Außenverzahnung des Kupplungselementes 4 ist. Damit wird der Eingriff der Zähne 34 der Außenverzahnung in die Zahnlücken der Innenverzahnung des weiteren Kupplungselementes 35 möglich. Das Kupplungselement 4 ist damit in der Axialrichtung 21 verschiebbar und in einer Radialrichtung 37 in-

nerhalb des weiteren Kupplungselementes 35 anordenbar, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist.

[0059] Für den Fall, dass die Formschlusselemente 23 des Kupplungselementes 4 anders ausgebildet sind, weist auch das weitere Kupplungselement 35 an der inneren Mantelfläche dazu entsprechend komplementär ausgebildete Formschlusselemente auf.

[0060] Weiter kann das weitere Kupplungselement 35 an einer äußeren Mantelfläche 38 eine Außenverzahnung 39 bzw. äußere Formschlusselemente aufweisen. Damit kann eine sogenannte Parksperre zur Verfügung gestellt werden. In diese Außenverzahnung 39 (auch als Parksperrenverzahnung bezeichenbar) kann eine Parksperren Klinke eingreifen.

[0061] Mit der Parksperre kann das Getriebe blockiert werden.

[0062] Es gibt auch andere Möglichkeiten eine Parksperre zur Verfügung zu stellen, beispielsweise mit einer Schiebeverzahnung oder einem oder mehreren eingreifenden Stifte(n), etc.

[0063] Nach einer weiteren Ausführungsvariante kann das weitere Kupplungselement 35 an der äußeren Mantelfläche 39 eine ringförmige Ausnehmung 40 für die Aufnahme des voranstehend genannten Lagerelements 14 aufweisen. Diese Ausnehmung 40 kann als einfache Abstufung des weiteren Kupplungselementes 35 ausgeführt sein, wie dies insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist.

[0064] In der bevorzugten Ausführungsvariante der Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 sind in der Radialrichtung 37 innerhalb des Kupplungselementes 4 ein Synchronring 41 und ein Schaltelement 42 mit einer Schaltelement-Innenverzahnung 43 und einer Schaltelement-Außenverzahnung 44 angeordnet.

[0065] Der Synchronring 41 weist an einer äußeren Mantelfläche 45 eine Synchronring-Außenverzahnung 46 auf, wie dies an sich von Synchronringen von herkömmlichen Schalt-Getrieben bekannt ist. Die Zähne dieser Synchronring-Außenverzahnung 46 weisen an ihren distalen Enden in Richtung auf die zweiten Dachschrägen 25 der zweiten Zähne 24 des Kupplungselementes 4 weisende Dachschrägen auf, die mit den zweiten Dachschrägen 25 des Kupplungselementes 4 zur Angleichung der Drehgeschwindigkeit beim Herstellen der Drehmomentübertragung auf ein weiteres Bauteil, wie dies voranstehend beschrieben wurde, zusammenwirken. Die Synchronring-Außenverzahnung 46 muss in der Umfangsrichtung 33 nicht notwendigerweise durchgehend ausgebildet sein.

[0066] Weiter weist der Synchronring 41 vorzugsweise einen oder mehrere Ringstegabschnitte 47 auf. Diese Ringstegabschnitte 47 sind im zusammengebauten Zustand der DrehmomentUÜbertragungsvorrichtung 9 dieser Ausführungsvariante in den Freiräumen 32 der Innenverzahnung des Kupplungselementes 4 aufgenommen. Damit kann eine Verschiebbarkeit des Kupplungselementes 4 in der Axialrichtung 21 begrenzt werden, da die Ringstegabschnitte 47 zur Anlage an die voranstehend genannten kürzeren ersten Zähne 20 der Innenverzahnung des Kupplungselementes 4 zur Anlage gelangen können.

[0067] Die Schaltelement-Innenverzahnung 43 des Schaltelements 42 dient der drehfesten Verbindung des Schaltelements 42 mit der Ausgangswelle 15, die eine entsprechende Außenverzahnung aufweisen kann, die mit der Schaltelement-Innenverzahnung 43 zusammenwirkt.

[0068] Die Schaltelement-Außenverzahnung 44 weist hingegen Zähne 48 auf, die ebenfalls mit Dachschrägen 49 an den distalen Enden ausgebildet sind, die in die gleiche Richtung wie die Dachschrägen der Zähne des Synchronrings 41 ausgerichtet sind, jedoch für die Herstellung des Kraftflusses mit den ersten Dachschrägen 22 der ersten Zähne 20 des Kupplungselementes 4 zusammenwirken. Es ist damit möglich, dass nach der Angleichung der Drehgeschwindigkeiten das Kupplungselement 4 über den Synchronring 41 auf das Schaltelement 42 aufgleitet, indem die entsprechenden Verzahnungen über die jeweiligen Dachschrägen ineinandergleiten.

[0069] Gemäß einer bevorzugten und aus Fig. 3 ersichtlichen Ausführungsvariante ist der Synchronring 41 auf dem Schaltelement 42 angeordnet. Dazu kann das Schaltelement 42 eine Abstufung 50 aufweisen. Diese Abstufung 50 kann, wie dies ebenfalls aus Fig. 3 ersichtlich ist, mit einer Konusfläche 51 ausgebildet sein, die mit einer entsprechenden inneren Konusfläche 52 des

Synchronrings 41 zusammenwirkt. Zumindest eine dieser Konusflächen 51, 52 kann mit einer reibungserhöhenden Struktur oder Beschichtung ausgebildet sein. Gegebenenfalls kann zwischen diesen Konusflächen 51, 52 ein Doppelkonusring angeordnet sein, dessen konusförmigen Flächen an den Konusflächen 51, 52 anliegen.

[0070] Für eine Vorspannung des Kupplungselements 4 und des Synchronrings 41 in der Axialrichtung 21 in Richtung auf das Schaltelement 42 können Wellenfedern bzw. Wellenfederringe 53, 54 vorgesehen sein, die zwischen dem Kupplungselement 4 bzw. dem Synchronring 41 einerseits und einem Planetenträger 55 des Planetengetriebes 11 andererseits angeordnet sein können. Dazu kann der Synchronring 41 mit einer Abstufung ausgebildet sein, auf der der Wellenfederring 54 aufgenommen ist. Ebenso kann das Kupplungselement 4 eine derartige Abstufung für die Aufnahme des Wellenfederringes 53 aufweisen, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist.

[0071] Auch das Schaltelement 42 kann gegebenenfalls vorgespannt sein, z.B. über eine Wellenfeder bzw. einen Wellenfederring, allerdings in Richtung auf das Kupplungselement 4. Der Wellenfederring kann dazu zwischen dem Schaltelement 42 und dem Zahnrad 16 der Ausgangswelle 15 angeordnet sein.

[0072] Durch die beschriebene Ausführung des Kupplungselementes 4 ist nicht nur die Herstellung einer Drehmomentübertragung wie beschrieben möglich. Es kann damit alternativ oder zusätzlich auch eine Parksperre für Hybridfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge mit ausschließlichem elektromotorischem Antrieb bereitgestellt werden.

[0073] Die Betätigung des Kupplungselementes 4 bzw. der Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 kann mechanisch, hydraulisch, elektromagnetisch, pneumatisch oder manuell erfolgen. Aktuatoren für die Betätigung können dem Stand der Technik entsprechend ausgebildet sein, auf den in diesem Zusammenhang verwiesen wird.

[0074] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Kupplungselements 4 bzw. der Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtung 9 diese nicht notwendigerweise maßstäblich dargestellt sind.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Antriebsstrang 30 Stirnfläche 2 Verbrennungsmotor 31 Stirnfläche 3 Elektromotor 32 Freiraum 4 Kupplungselement 33 Umfangsrichtung 5 Leistungselektronikmodul 34 Zahn 6 Akkumulator 35 Kupplungselement 7 Kraftstofftank 36 Innenverzahnung 8 Rad 37 Radialrichtung 9 Drehmoment-Übertragungs- 38 Mantelfläche vorrichtung 39 Außenverzahnung 10 Zahnrad 40 Ausnehmung 11 Planetengetriebe 41 Synchronring 12 Sonnenrad 42 Schaltelement 13 Planetenrad 43 Schaltelement-Innenverzah14 Lagerelement nung 15 Ausgangswelle 44 Schaltelement-Außenverzah16 Zahnrad nung 17 Grundkörper 45 Mantelfläche 18 Mantelfläche 46 Synchronring-Außenverzah19 Mantelfläche nung 20 Zahn 47 Ringstegabschnitt 21 Axialrichtung 48 Zahn 22 Dachschräge 49 Dachschräge 23 Formschlusselement 50 Abstufung 24 Zahn 51 Konusfläche 25 Dachschräge 52 Konusfläche 26 Stirnfläche 53 Wellenfederring 27 Stirnfläche 54 Wellenfederring 28 Zahnoberfläche 55 Planetenträger

29 Gesamtbreite

Claims (9)

Patentansprüche

1. Kupplungselement (4) zur Herstellung eines Kraftflusses zwischen zwei Vorrichtungen eines Antriebstranges (1), umfassend einen ringförmigen Grundkörper (17) mit einer inneren Mantelfläche (18) und einer äußeren Mantelfläche (19), wobei an der inneren Mantelfläche (18) eine Innenverzahnung mit ersten Zähnen (20) angeordnet ist, und die ersten Zähne (20) in der Axialrichtung (21) an einem distalen Endbereich keilflächig ausgebildet sind und dazu erste Dachschrägen (22) aufweisen, wobei auf zumindest mehreren der ersten Zähne (20) sich radial nach innen erstreckende zweite Zähne (24) angeordnet sind, die in der Axialrichtung (21) an einem distalen Endbereich keilflächig ausgebildet sind und dazu zweite Dachschrägen (25) aufweisen, wobei die zweiten Dachschrägen (25) in der Axialrichtung (21) beabstandet zu ersten Dachschrägen (22) angeordnet sind, wobei die distalen Endbereiche der zweiten Zähne (24) in die gleiche Richtung weisen, wie die ersten distalen Endbereiche, dadurch gekennzeichnet, dass an der äußeren Mantelfläche (19) und diese überragend Formschlusselemente (23) angeordnet sind, und dass ein Teil von in einer Umfangsrichtung (33) nebeneinander angeordneten ersten Zähnen (20) in der Axialrichtung (21) kürzer ist als die restlichen ersten Zähne (20).

2, Kupplungselement (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Zähne (20, 24) der Innenverzahnung eine Länge in der Axialrichtung (21) aufweisen, die kleiner ist als eine Gesamtbreite (29) des Grundkörpers (17) in der Axialrichtung (21).

3. Kupplungselement (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusselemente auf der äußeren Mantelfläche (19) eine Verzahnung bilden.

4. Drehmoment-Übertragungsvorrichtung (9), insbesondere Planetengetriebe (11), umfassend eine Welle, auf der ein Zahnrad (16) angeordnet ist, sowie ein Kupplungselement (4) zur Herstellung eines Kraftflusses zwischen der Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtung (9) und einem weiteren Element eines Antriebsstranges (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 gebildet ist.

5. Drehmoment-Übertragungsvorrichtung (9) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement (4) in der Radialrichtung (37) innerhalb eines weiteren ringförmigen Kupplungselementes (35) und in der Axialrichtung verschiebbar angeordnet ist, wobei die Formschlusselemente auf der äußeren Mantelfläche (19) des Grundkörpers (17) des Kupplungselementes (4) in Formschlusselemente des weiteren Kupplungselementes (35) eingreifen.

6. Drehmoment-Übertragungsvorrichtung (9) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Formschlusselemente des weiteren Kupplungselementes (35) als Innenverzahnung (36) ausgebildet sind.

7. Drehmoment-Übertragungsvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Radialrichtung (37) innerhalb des Kupplungselementes (4) ein Synchronring (41) und ein Schaltelement (42) mit einer Schaltelement-Innenverzahnung (43) und einer Schaltelement-Außenverzahnung (44) angeordnet sind.

8. Drehmoment-Übertragungsvorrichtung (9) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (41) auf dem Schaltelement (42) angeordnet ist.

9. Drehmoment-Übertragungsvorrichtung (9) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Schaltelement (42) eine erste Konusfläche (51) ausgebildet ist, dass weiter auf dem Synchronring (41) eine zweite Konusfläche (52) ausgebildet ist, und dass die erste und die zweite Konusfläche (51, 52) aneinander anliegen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen