DE102010034691A1

DE102010034691A1 - Drehmomentübertragungseinrichtung

Info

Publication number: DE102010034691A1
Application number: DE102010034691A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Tangl; Stefan Pichler
Original assignee: Magna E Car Systems GmbH and Co OG
Current assignee: Samsung SDI Battery Systems GmbH
Priority date: 2010-08-18
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2012-02-23
Also published as: EP2606260A1; US9222565B2; CN103154582B; US20130303327A1; WO2012022640A1; CN103154582A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Sperrmechanismus zur Arretierung von zumindest einem mit einer Ausgangswelle der Drehmomentübertragungseinrichtung verbundenen Rad des Kraftfahrzeugs. Die Drehmomentübertragungseinrichtung umfasst ein mit der Ausgangswelle in Verbindung stehendes Differentialgetriebe und eine Antriebseinheit, die über eine Kupplungseinheit miteinander in einer antriebswirksamen Verbindung stehen. Der Sperrmechanismus ist mit einer drehbaren Komponente der Drehmomentübertragungseinrichtung in Eingriff bringbar, die funktionell zwischen dem Rad und der Kupplungseinheit angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Sperrmechanismus zur Arretierung von zumindest einem mit einer Ausgangswelle der Drehmomentübertragungseinrichtung verbundenen Rad des Kraftfahrzeugs.
Derartige Drehmomentübertragungseinrichtungen mit einem Sperrmechanismus finden bei einer Vielzahl von Kraftfahrzeugtypen Anwendung, insbesondere bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen. Der Sperrmechanismus kann z. B. als Parksperre dienen, um ein Wegrollen des Fahrzeugs in einem abgestellten Zustand zu verhindern. Dabei ist es von besonderer Bedeutung, dass die Arretierung zuverlässig erfolgt, so dass eine Sicherung des Fahrzeugs auch bei hohen auf den Sperrmechanismus wirkenden Lasten – beispielsweise bei einem Parken des Fahrzeugs an einer Steigung – stets gewährleistet ist. Derartige Sperrmechanismen müssen zudem derart ausgelegt sein, dass sie auch bei einem noch langsam rollenden Fahrzeug eingelegt werden können. Dies erfordert eine sehr robuste Ausgestaltung des Sperrmechanismus, was mit entsprechenden Herstellungskosten verbunden ist.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Drehmomentübertragungseinrichtung zu schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und die gleichzeitig eine zuverlässige Arretierung ermöglicht.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Drehmomentübertragungseinrichtung umfasst ein mit der Ausgangswelle in Verbindung stehendes Differentialgetriebe und eine Antriebseinheit, die über eine Kupplungseinheit miteinander in einer antriebswirksamen Verbindung stehen. Der Sperrmechanismus der Drehmomentübertragungseinrichtung ist mit einer drehbaren Komponente der Drehmomentübertragungseinrichtung in Eingriff bringbar, die funktionell zwischen dem Rad des Fahrzeugs und der Kupplungseinheit angeordnet ist.
Mit anderen Worten ist der Sperrmechanismus in funktioneller Hinsicht nicht zwischen der Antriebseinheit und der Kupplungseinheit vorgesehen, sondern liegt von der Antriebseinheit aus gesehen „hinter” der Kupplungseinheit. Durch die Positionierung der Kupplungseinheit zwischen der Antriebseinheit und dem Sperrmechanismus wird im arretierten Zustand eine zumindest partielle Entkopplung der Antriebseinheit von dem zumindest einen Rad erreicht, ohne dass die bei einer Belastung (z. B. bei einem Parken des Fahrzeugs an einer Steigung) auf die Drehmomentübertragungseinrichtung wirkenden Kräfte durch die Kupplungseinheit aufgenommen werden müssen. Der funktionell zwischen dem Rad und der Kupplungseinheit angeordnete Sperrmechanismus ist somit „vor” der Kupplungseinheit angeordnet und sorgt in jedem Fall für eine sichere Arretierung unabhängig von einer Ausgestaltung der Kupplungseinheit.
Ein weiterer Vorteil der vorstehend beschriebenen Anordnung der Komponenten der Drehmomentübertragungseinrichtung besteht darin, dass die zwischen dem Rad und dem Sperrmechanismus angeordneten Komponenten und die zwischen dem Sperrmechanismus und der Antriebseinheit angeordneten Komponenten zeitlich versetzt abgebremst werden, wenn der Sperrmechanismus nicht in einem ruhenden Zustand aller Komponenten aktiviert wird. Um den Sperrmechanismus so zu dimensionieren, dass auch in solchen Situationen stets eine zuverlässige Arretierung des zumindest einen Rades gewährleistet ist, muss als maximal auftretende Belastung üblicherweise die Summe der Kräfte berücksichtigt werden, die durch das Abbremsen der „vor” und der „hinter” dem Sperrmechanismus liegenden Komponenten erzeugt werden. Da die Steifigkeiten der beteiligten Komponenten zwischen dem Rad und dem Sperrmechanismus relativ gering sind, dauert es bei einem langsam rollenden Fahrzeug vom Einrasten des Sperrmechanismus bis zum Erreichen der ersten Belastungsspitze in etwa eine halbe Sekunde. Zwischen dem Sperrmechanismus und der Antriebseinheit liegen demgegenüber in der Regel wesentlich höhere Steifigkeiten vor, so dass die in Zusammenhang mit einem Einrasten des Sperrmechanismus dort auftretenden Belastungen mit hochfrequenteren Schwingungen einhergehen. Durch eine geeignete Auslegung der Kupplungseinheit wirkt diese als Dämpfung, die die zwischen dem Sperrmechanismus und der Antriebseinheit wirkenden Schwingungen innerhalb des vorgenannten Zeitraums von in etwa 0,5 Sekunden abbaut oder zumindest zeitlich so moduliert, dass die durch die „vor” und „hinter” dem Sperrmechanismus liegenden Komponenten erzeugten Belastungsspitzen nicht gleichzeitig auf den Sperrmechanismus wirken. Nicht die Summe der beiden Belastungen muss daher zur Dimensionierung des Sperrmechanismus herangezogen werden, sondern lediglich die höhere der beiden Belastungen.
Zwar wurden die Vorteile der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung nur beispielhaft anhand eines Kraftfahrzeugs beschrieben, allerdings versteht es sich, dass die diskutierte Drehmomentübertragungseinrichtung grundsätzlich auch in anderen Bereichen zum Einsatz gelangen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Sperrmechanismus eine Sperrklinke, die mit einem Klinkenrad formschlüssig in Eingriff bringbar ist, das drehfest mit der drehbaren Komponente verbunden ist. Ein derartiger Sperrmechanismus ist konstruktiv einfach umzusetzen und gewährleistet gleichzeitig eine zuverlässige Arretierung der drehbaren Komponente relativ zu dem Sperrmechanismus. Insbesondere ist die Sperrklinke verschwenkbar an einem Gehäuse der Drehmomentübertragungseinrichtung befestigt und ist derart ausgestaltet, dass ein Arretieren bzw. ein Lösen durch eine Schwenkbewebung der Sperrklinke realisierbar ist.
Die drehbare Komponente kann ein Bauteil des Differentialgetriebes sein, insbesondere ein Korb des Differentialgetriebes.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung umfasst die Kupplungseinheit eine Rutschkupplung. Die Rutschkupplung kann beispielsweise eine Lamellenkupplung sein. Derartige Kupplungseinheiten sind kostengünstig und zuverlässig und stehen in den unterschiedlichsten Ausführungsformen zur Verfügung. Die vorstehend beschriebene Anpassung der Dämpfungscharakteristik im Bereich zwischen dem Sperrmechanismus und der Antriebseinheit ist daher auf einfache Weise durch die Wahl einer Kupplungseinheit mit geeigneten Leistungsparametern möglich.
Es kann vorgesehen sein, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung ein Über- oder Untersetzungsgetriebe umfasst, das eingangsseitig mit der Antriebseinheit in antriebswirksamer Verbindung steht und das ausgangsseitig mit dem Differentialgetriebe in Verbindung steht, wobei das Über- oder Untersetzungsgetriebe insbesondere als Planetengetriebe ausgebildet ist. Insbesondere ist die Kupplungseinheit funktionell zwischen dem Über- oder Untersetzungsgetriebe und der Antriebseinheit angeordnet.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Kupplungseinheit eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle umfasst, wobei die Eingangswelle mit einem Rotor der als Elektromotor ausgebildeten Antriebseinheit in Verbindung steht und die Ausgangswelle direkt oder indirekt antriebswirksam mit einem Eingangsglied des Differentialgetriebes in Verbindung steht. Dadurch lässt sich eine kompakte und zuverlässige Bauweise realisieren.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung und den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Die Figur zeigt eine Motor-Getriebe-Einheit 10, die einen Elektromotor 12 umfasst, der über ein Untersetzungsgetriebe 14 mit einem Korb 16 eines Differentialgetriebes 18 antriebswirksam in Verbindung steht. Ein Antrieb des Differentialgetriebes 18 ermöglicht die Abgabe des von dem Elektromotor 12 erzeugten Antriebsmoments auf Halbwellen 20a, 20b, die mit nicht gezeigten Rädern eines Kraftfahrzeugs verbunden sind. Der Elektromotor 12 weist einen Rotor auf, der drehfest mit einer Hohlwelle 22 verbunden ist. Die Hohlwelle 22 steht mit einer funktionell zwischen dem Elektromotor 12 und dem Untersetzungsgetriebe 14 angeordneten Rutschkupplung 24 in Verbindung. Die Rutschkupplung 24 ist als Lamellenkupplung ausgebildet und umfasst alternierend angeordnete Außenlamellen 26a und Innenlamellen 26b, die ein Lamellenpaket bilden. Eine Tellerfeder 28 presst die Lamellen 26a, 26b mit einer vordefinierten Kraft gegeneinander, um eine wohldefinierte Kopplung zwischen der die Halbwelle 20b koaxial umgebenden Hohlwelle 22 und einer Eingangswelle 30 des Untersetzungsgetriebes 14 bereitzustellen.
Das Untersetzungsgetriebe 14 ist als zweistufiges Planetengetriebe ausgebildet. Die Eingangswelle 30 steht mit einem Sonnenrad 32 in drehfester Verbindung, das wiederum mit einem ersten Planetenradsatz 34 kämmt. Zahnräder 34a des ersten Planetenradsatzes 34 stehen jeweils mit einem Zahnrad 36a eines zweiten Planetenradsatzes 36 in drehfester Verbindung, wobei die Zahnräder 34a einen größeren Durchmesser aufweisen als die Zahnräder 36a. Die Zahnräder 36a des zweiten Planetenradsatzes 36 kämmen mit einem Hohlrad 38, das an einem Gehäuse 40 befestigt ist, das zumindest teilweise das Untersetzungsgetriebe 14 umgibt.
Bei einem Betrieb des Elektromotors 12 wird ein Drehmoment über die Kupplung 24 und das Getriebe 14 auf das Differentialgetriebe 18 übertragen, da sich die Zahnräder 36a, die zusammen mit den Zahnrädern 34a an einem nicht gezeigten Planetenträger gelagert sind, an dem Hohlrad 38 abrollen und damit gleichzeitig den Differentialkorb 16 zu einer Drehbewegung antreiben.
Wird das Fahrzeug mit der Motor-Getriebe-Einheit 10 an einer Steigung abgestellt, so würde es zurückrollen, da der Elektromotor 12 in einem stromlosen Zustand keinen relevanten Widerstand darstellt, der eine Drehbewegung der vorstehend beschriebenen Komponenten entscheidend hemmen würde. Um ein Zurückrollen des Fahrzeugs zu verhindern, ist eine Parksperre 42 vorgesehen, die eine Sperrklinke 44 umfasst. Die Sperrklinke 44 weist zumindest einen Klinkenzahn 46 auf, der mit einer komplementär ausgebildeten Verzahnung eines Klinkenrads 48 in formschlüssigen Eingriff bringbar ist. Das Klinkenrad 48 ist wiederum drehfest an dem Differentialkorb 16 angeordnet.
Wenn die Parkposition des Fahrzeugs gesichert werden soll, wird die Parksperre 42 aktiviert und die Sperrklinke 44 wird durch einen geeigneten Aktuierungsmechanismus in Eingriff mit dem Klinkenrad 48 gebracht, das damit drehfest gesichert ist. Dies hat zur Folge, dass auch eine Rotation des Differentialkorbs 16 – und damit der Halbwellen 20a, 20b – verhindert wird. Mit anderen Worten kann das Fahrzeug nicht mehr bewegt werden, da die Parksperre 42 direkt das Differentialgetriebe 18 blockiert. Die Arretierung ist sehr zuverlässig, da sie unabhängig von den Eigenschaften der Rutschkupplung 24 ist, die funktionell „hinter” der Parksperre 42 angeordnet ist, wenn man einen abgestellten Zustand des Fahrzeugs betrachtet.
Die vorstehend beschriebene Lage der Rutschkupplung 24 relativ zu den anderen Komponenten der Motor-Getriebe-Einheit 10 geht mit dem weiteren Vorteil einher, dass die Parksperre 42 für weniger große Belastungen ausgelegt sein muss als bei herkömmlichen Motor-Getriebe-Einheiten. Wenn sich nämlich das Fahrzeug bei Aktivierung der Parksperre 42 noch etwas bewegt, so wirken auf die Komponenten der Parksperre 42 Belastungen, die von den Rädern kommend über das Differentialgetriebe 18 auf die Parksperre 42 übertragen werden. Hinzu kommen Belastungen, die durch die Komponenten zwischen der Parksperre 42 und dem Elektromotor 12 erzeugt werden, da auch diese abgebremst werden müssen. Wenn sich die Spitzen der beiden Belastungen zeitlich überlagern, kommt es zu einer Addition der beiden Belastungen. Die Parksperre 42 muss folglich entsprechend robust ausgelegt sein.
Durch die funktionelle Lage der Rutschkupplung 24 zwischen dem Elektromotor 12 und der Parksperre 42 kann die Steifigkeit dieses „Teils” der Motor-Getriebe-Einheit 10 beeinflusst werden. Das heißt, die mit dem Abbremsen der in diesem Bereich angeordneten Komponenten in Zusammenhang stehenden Belastungen und die daraus resultierenden Schwingungen werden durch die Rutschkupplung 24 derart gedämpft, dass sie im Wesentlichen bereits abgeklungen sind, wenn die aufgrund der geringeren Steifigkeit des Systems zwischen den Rädern und der Parksperre 42 erst nach in etwa einer halben Sekunde auftretenden Belastungsspitzen auf die Parksperre 42 wirken. Die Belastungsspitzen addieren sich daher nicht und die von der Parksperre 42 zu verkraftende Maximalbelastung ist wesentlich geringer als bei herkömmlichen Systemen. Die Parksperre 42 kann dementsprechend einfacher ausgestaltet werden, was zu Bauraumersparnissen und Kostenvorteilen führt.
Bezugszeichenliste

10: Motor-Getriebe-Einheit
12: Elektromotor
14: Untersetzungsgetriebe
16: Differentialkorb
18: Differentialgetriebe
20a, 20b: Halbwelle
22: Hohlwelle
24: Rutschkupplung
26a: Außenlamelle
26b: Innenlamelle
28: Tellerfeder
30: Eingangswelle
32: Sonnenrad
34: erster Planetenradsatz
36: zweiter Planetenradsatz
34a, 36a: Zahnrad
38: Hohlrad
40: Gehäuse
42: Parksperre
44: Sperrklinke
46: Klinkenzahn
48: Klinkenrad

Claims

Drehmomentübertragungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Sperrmechanismus (42) zur Arretierung von zumindest einem mit einer Ausgangswelle (20a, 20b) der Drehmomentübertragungseinrichtung verbundenen Rad des Kraftfahrzeugs, wobei die Drehmomentübertragungseinrichtung ein mit der Ausgangswelle (20a, 20b) in Verbindung stehendes Differentialgetriebe (18) und eine Antriebseinheit (12) umfasst, die über eine Kupplungseinheit (24) miteinander in einer antriebswirksamen Verbindung stehen, wobei der Sperrmechanismus (42) mit einer drehbaren Komponente (16) der Drehmomentübertragungseinrichtung in Eingriff bringbar ist, die funktionell zwischen dem Rad und der Kupplungseinheit (24) angeordnet ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrmechanismus (42) eine Sperrklinke (44) umfasst, die mit einem Klinkenrad (48) formschlüssig in Eingriff bringbar ist, das drehfest mit der drehbaren Komponente (16) verbunden ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Komponente ein Bauteil des Differentialgetriebes (18), insbesondere ein Korb (16) des Differentialgetriebes (18) ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinheit eine Rutschkupplung (24) umfasst.
Drehmomentübertragungseinrichtung Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rutschkupplung eine Lamellenkupplung (24) ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung ein Über- oder Untersetzungsgetriebe (14) umfasst, das eingangsseitig mit der Antriebseinheit (12) in antriebswirksamer Verbindung steht und das ausgangseitig mit dem Differentialgetriebe (18) in Verbindung steht, wobei das Über- oder Untersetzungsgetriebe (14) insbesondere als Planetengetriebe ausgebildet ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinheit (24) funktionell zwischen dem Über- oder Untersetzungsgetriebe (14) und der Antriebseinheit (12) angeordnet ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinheit (24) eine Eingangswelle (22) und eine Ausgangswelle (30) umfasst, wobei die Eingangswelle (22) mit einem Rotor der als Elektromotor (12) ausgebildeten Antriebseinheit in Verbindung steht und die Ausgangswelle (30) direkt oder indirekt antriebswirksam mit einem Eingangsglied (16) des Differentialgetriebes (18) in Verbindung steht.