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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Drehmomentübertragungsvorrichtungen und -systeme, die durch elektrische Betätigung einrückbar sind.
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HINTERGRUND
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Automatikgetriebe umfassen in der Regel ein Eingangselement, ein Ausgangselement, ein feststehendes Element, eine Mehrzahl von Planetenradsätzen und eine Mehrzahl von selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungseinrichtungen. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen, d. h. Kupplungen und Bremsen, koppeln selektiv verschiedene Elemente der Planetenradsätze mit anderen Elementen der Planetenradsätze oder mit dem feststehenden Element, um eine Mehrzahl von unterschiedlichen Gängen oder Drehzahlverhältnissen zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement zu erreichen.
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In einem typischen Automatikgetriebe sind die Drehmomentübertragungseinrichtungen hydraulisch betätigt. Das Getriebe umfasst einen Hydraulikkreis, der eine Pumpe und Magnetventile enthält, die die Anwendung von Fluiddruck für jede der Drehmomentübertragungseinrichtungen steuern.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Drehmomentübertragungssystem umfasst eine Hülle, erste und zweite Kupplungsplatten, die mit Bezug auf die Hülle montiert und ausgestaltet sind, um über eine Krafteinwirkung eingerückt zu werden, und ein Rampenelement. Das Rampenelement ist mit Bezug auf die Hülle montiert, ist selektiv um eine Achse drehbar und definiert eine Rampenfläche. Das System umfasst auch einen Elektromotor, der ein Motorgehäuse aufweist, wobei die Hülle relativ zu dem Motorgehäuse um die Achse drehbar ist. Der Motor ist ausgestaltet, um selektiv Drehmoment aufzubringen und somit das Rampenelement zu drehen. Das System umfasst zusätzlich ein Wälzkörperelement, das mit Bezug auf die Hülle montiert ist und mit der Rampenfläche in Kontakt steht. Die Rampenfläche ist derart ausgestaltet, dass, wenn das Rampenelement um die Achse gedreht wird, das Wälzkörperelement eine Reaktionskraft auf die Rampenfläche ausübt, die das Rampenelement drangt, sich in eine erste axiale Richtung zu bewegen und dadurch die Reaktionskraft auf die Kupplungsplatten zu übertragen.
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Das Drehmomentübertragungssystem kann auch ein Antriebselement umfassen, das funktional mit dem Rampenelement zur Rotation mit diesem um die Achse verbunden ist. In einem solchen Fall kann der Elektromotor funktional mit dem Antriebselement verbunden und ausgestaltet sein, um selektiv Drehmoment auf dieses aufzubringen.
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Der Elektromotor kann einen Stator umfassen, der ausgestaltet ist, um relativ zu dem Motorgehäuse zu rotieren. Der Stator kann relativ zu dem Motorgehäuse durch ein erstes Lagersystem drehbar gelagert sein. Der Elektromotor kann auch einen Rotor umfassen, der ausgestaltet ist, um relativ zu einem jeden von dem Motorgehäuse und dem Stator zu rotieren, und kann relativ zu einem jeden von dem Motorgehäuse und dem Stator durch ein zweites Lagersystem drehbar gelagert sein.
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Der Elektromotor kann zusätzlich einen Schleifring umfassen, der ausgestaltet ist, um elektrische Leistung von einer Leistungsquelle außerhalb des Drehmomentübertragungssystems auf den Motor zu übertragen.
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Das Drehmomentübertragungssystem kann zusätzlich ein Einrückelement umfassen, das funktional mit dem Rampenelement verbunden ist, um die Reaktionskraft aufzunehmen. In einem solchen Fall kann das Einrückelement selektiv axial bewegbar sein, um mit zumindest einer der Kupplungsplatten in Kontakt zu gelangen.
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Ein Übertragungssystem, das das oben beschriebene Drehmomentübertragungssystem umfasst, ist ebenfalls offenbart.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, leicht deutlich werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische, perspektivische Teilansicht eines Drehmomentübertragungssystems;
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2 ist eine schematische, perspektivische Ansicht eines Teils des in 1 gezeigten Drehmomentübertragungssystems;
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3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Teils des in 1 gezeigten Drehmomentübertragungssystems;
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4 ist eine schematische Schnittdarstellung in Seitenansicht des in 1 gezeigten Drehmomentübertragungssystems;
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5 ist eine schematische, zusammengesetzte, perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten Drehmomentübertragungssystems; und
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6 ist eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeuggetriebes, das das Drehmomentübertragungssystem von 1 enthält.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein selektiv einrückbares Drehmomentübertragungssystem 10 schematisch dargestellt. Das Drehmomentübertragungssystem 10 umfasst eine Kupplungsanordnung 14. Die Kupplungsanordnung 14 umfasst ein Eingangszahnradelement (z. B. Antriebs-Sonnenradanordnung 16), ein Antriebselement 18, ein Rampenelement 22, ein Einrückelement (z. B. Kupplungskolben oder Einrückring 26), eine erste Mehrzahl von Kupplungsplatten 30, die Reibplatten sein können, und eine zweite Mehrzahl von Kupplungsplatten 32, die Reaktionsplatten sein können.
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Das Drehmomentübertragungssystem 10 umfasst auch einen Elektromotor 34. Der Elektromotor 34 ist mit Bezug auf die Kupplungsanordnung 14 montiert und dient dazu, den Einrückring 26 gegen die Kupplungsplatten 30, 32 zu drängen, um das Drehmomentübertragungssystem 10 über eine Krafteinwirkung, d. h. über einen Drehmoment-in-Schub-Mechanismus, einzurücken. Wenn die Kupplungsanordnung 14 innerhalb eines Kraftfahrzeuggetriebes verwendet wird, wie es unten im Detail beschrieben wird, können die Kupplungsplatten 30 und die Kupplungsplatten 32 mit einzelnen drehbaren Getriebekomponenten, die miteinander verriegelt werden, wenn die Kupplungsanordnung 14 eingerückt wird, kerbverzahnt sein.
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Genauer ist der Elektromotor 34 funktional mit dem Antriebselement 18 verbunden und ausgestaltet, um selektiv eine Rotation des Antriebselements durch Aufbringen von Drehmoment auf dieses zu bewirken. Der Elektromotor 34 umfasst ein Motorgehäuse 36. Ein rotierender Stator 38 und einen Rotor 40 sind innerhalb des Motorgehäuses 36 angeordnet. Wie gezeigt, ist der Stator 38 ausgestaltet, um relativ zu dem Motorgehäuse 36 zu rotieren. Zusätzlich ist der Stator relativ zu dem Motorgehäuse 36 über ein erstes Lagersystem 42 drehbar gelagert. Der Rotor 40 ist relativ zu einem jeden von dem Motorgehäuse 36 und dem Stator 38 über ein zweites Lagersystem 44 drehbar gelagert. Das Antriebselement 18 umfasst eine Nabe 20 mit einer Innenkerbverzahnung 45, die zum Eingriff mit einer komplementären Außenkerbverzahnung 46 des Rotors 40 ausgebildet ist. Dementsprechend ist der Elektromotor 34 derart ausgestaltet, das er selektiv Drehmoment zum Drehen des Antriebselements 18 aufbringt, so dass die Drehung des Rotors 40 eine Drehung des Antriebselements um Achse A bewirkt.
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Das Rampenelement 22 ist funktional mit dem Antriebselement 18, wie etwa über Nasen 50, die mit komplementären Aussparungen oder Taschen 51 (in 5 gezeigt) zusammenpassen, zur Drehung mit diesem um Achse A verbunden. Das heißt, das Rampenelement 22 ist nicht drehbar in Bezug auf das Antriebselement 18, sondern ist selektiv axial bewegbar mit Bezug auf das Antriebselement in einer ersten axialen Richtung D1 und einer zweiten, entgegengesetzten axialen Richtung D2. Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 definiert das Rampenelement 22 zumindest eine Rampenfläche 48, die in die zweite axiale Richtung D2 weist.
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Ein Wälzkörperelement 52 ist drehbar an der Kupplungsanordnung 14 montiert, ist durch einen Wälzkörperkäfig 54 gehalten und steht mit der Rampenfläche 48 in Kontakt. Das Wälzkörperelement 52 kann in einem Wälzkörperkäfig (nicht dargestellt) gehalten sein, und der Wälzkörperkäfig kann wiederum in die Kupplungsanordnung 14 eingebaut sein, um mit dieser um die Achse A zu rotieren. Die Rampenfläche 48 zeichnet sich durch Abschnitte 56, 60 aus. Abschnitt 56 der Rampenfläche 48 ist axial von Abschnitten 60 angeordnet, so dass Abschnitt 56 weiter in der zweiten Richtung D2 liegt als die Abschnitte 60. In der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich zwei Abschnitte 60 auf jeweiligen Seiten des Abschnitts 56.
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Wenn die Kupplungsanordnung 14 ausgerückt ist, ist das Rampenelement 22 derart angeordnet, dass das Wälzkörperelement 52 mit dem Abschnitt 56 der Rampenfläche 48 in Kontakt ist, wie es in den 1 und 2 gezeigt ist. Eine Feder (in den 1 oder 2 nicht gezeigt) kann verwendet werden, um das Rampenelement 22 in die zweite axiale Richtung D2 vorzuspannen und dementsprechend die Rampenfläche 48 in die zweite axiale Richtung D2 vorzuspannen, um einen Kontakt zwischen dem Wälzkörperelement 52 und der Rampenfläche 48 aufrechtzuerhalten.
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Unter Bezugnahme auf 3 übt der Motor 34, der über den Rotor 40 und durch das Antriebselement 18 wirkt, eine Kraft Fm auf das Rampenelement 22 aus. Wenn das Rampenelement 22 rotiert, bewegt sich die Rampenfläche 48 relativ zu dem Wälzkörperelement, so dass das Wälzkörperelement 52 die Rampenfläche 48 von Abschnitt 56 zu Abschnitt 60 hin quert. Die Neigung der Rampenfläche 48 bewirkt, dass die Fläche 48 eine Kraft auf das Wälzkörperelement 52 ausübt, das wiederum eine Reaktionskraft FR auf die Rampenfläche 48 ausübt. Die Reaktionskraft FR umfasst eine Komponente FC in der ersten axialen Richtung D1, die das Rampenelement 22 in die erste axiale Richtung D1 drängt. Dementsprechend definieren die Rampe 48 und das Wälzkörperelement 52 einen Drehmoment-zu-Schub-Mechanismus, der das Drehmoment, das von dem Elektromotor 34 zugeführt wird, zu Schub umwandelt, der auf die Kupplungsplatten 30, 32 über den Einrückring 26 aufgebracht wird.
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Das Rampenelement 22 überträgt die Komponente FC der Reaktionskraft FR auf den Einrückring 26, der wiederum die Komponente FC auf die Kupplungsplatten 30, 32 überträgt, wodurch die Kupplungsanordnung 14 eingerückt wird. Mit dem Eigenverstärkungsprinzip eines Keilmechanismus kann eine kleine Kraft Fm zu einer großen Axialkraft FC vergrößert werden. Die Kupplungsanordnung 14 kann durch Drehen des Rampenelements 22 in eine von zwei Drehrichtungen eingerückt werden, da die Rampenfläche 48 in der zweiten axialen Richtung D2 an zwei gegenüberliegenden Seiten des Abschnitts 56 ansteigt oder abfällt, wie es in 2 gezeigt ist.
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Es sollte angemerkt werden, dass, obwohl nur eine Rampenfläche 48 und ein Wälzkörperelement 52 in 1–4 gezeigt sind, eine oder mehrere Rampenflächen 48 und Wälzkörper 52 innerhalb des Umfangs der beanspruchten Erfindung angewandt werden können. In der dargestellten Ausführungsform definiert das Rampenelement 22 drei Rampenflächen 48, die um das Rampe 22 herum beabstandet sind, wobei jede mit einem entsprechenden Wälzkörperelement an der Antriebs-Sonnenradanordnung 16 in Eingriff steht.
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Da der Stator 38 zur Rotation mit Bezug auf das Motorgehäuse 36 ausgestaltet ist, kann der Elektromotor 34 angewandt werden, um die Kupplungsanordnung 14 in Situationen selektiv ein- und auszurücken, wenn es eine Relativdrehung zwischen der Kupplungsanordnung und dem Elektromotor um Achse A gibt. Solche Anwendungen werden durch die Tatsache, dass die Antriebs-Sonnenradanordnung 16 relativ zu dem Motorgehäuse 36 um Achse A rotieren kann, besonders erleichtert. So kann beispielsweise das Drehmomentübertragungssystem 10 innerhalb eines Kraftfahrzeuggetriebes eingebaut sein. In einer solchen Situation kann das Motorgehäuse 36 innerhalb des Getriebes befestigt sein und trotzdem gestatten, dass die Kupplungsanordnung 14 als ein rotierender Typ einer Kupplung, die nicht an irgendeinem feststehenden Element des Getriebes befestigt ist, angewandt werden kann.
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Unter Bezugnahme auf 4, wobei gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Komponenten der 1–3 beziehen, ist das Drehmomentübertragungssystem 10 funktional mit einem drehbaren Element 68 verbunden gezeigt, so dass das Wälzkörperelement 52 durch das Element 68 gelagert ist. Element 68 ist als ein rotierendes Kupplungsgehäuse gezeigt, das funktional mit einem Element eines Planetenradsatzes zur Rotation mit diesem um Achse A verbunden ist. Eine Nabe 72 ist an dem Element 68 zur Rotation mit diesem befestigt. Kupplungsplatten 32, die als Reaktionsplatten gezeigt sind, sind mit der Nabe 72 zur Rotation mit dieser kerbverzahnt, sind aber selektiv axial mit Bezug auf die Nabe 72 bewegbar. Kupplungsplatten 30, die als Reibplatten gezeigt sind, sind mit der Antriebs-Sonnenradanordnung 16 kerbverzahnt, so dass die Kupplungsplatten 30 mit Bezug auf die Antriebs-Sonnenradanordnung 16 nicht drehbar, aber selektiv axial relativ dazu bewegbar sind. Der Stator 38 des Motors 34 kann an dem drehbaren Element 68 zur gleichzeitigen Rotation mit diesem befestigt sein.
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Wenn die Kupplung 14 eingerückt wird, das heißt, wenn der Einrückring 26 in Richtung D2 gedrängt wird, um die Platten 30 und 32 zusammenzudrücken, verriegelt die Reibung zwischen den Platten 30, 32 das Element 68 mit der Antriebs-Sonnenradanordnung 16. In der dargestellten Ausführungsform ist die Antriebs-Sonnenradanordnung 16 mit einem Eingangssonnenrad 74 kerbverzahnt, das funktional mit einem Eingang des Getriebes verbunden ist. Die Antriebs-Sonnenradanordnung 16 ist auch frei, relativ zu einem feststehenden Element 76, das ein Getriebekasten oder eine an dem Getriebekasten befestigte Mittenabstützung sein kann, zu rotieren. Dementsprechend verhindert die Einrückung der Kupplungsanordnung 14 eine Rotation des Elements 68 relativ zu dem Antriebs-Sonnenrad 74. Zusätzlich kann, wie es in 4 gezeigt ist, der Elektromotor 34 an dem feststehenden Element 76 montiert und somit selbst relativ zu der Kupplungsanordnung 14 feststehend sein.
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Unter Bezugnahme auf 5 verhindert die Wechselwirkung zwischen den Nasen 50 und den Taschen 51 eine Relativdrehung zwischen dem Antriebselement 18 und dem Rampenelement 22 um die Achse A, während eine axiale Bewegung des Rampenelements 22 relativ zum Antriebselement 18 gestattet wird. Wie es in 4 gezeigt ist, umfasst die Kupplungsanordnung 14 auch einen Haltering 92, der als fester Anschlag für das Rampenelement 22 ausgestaltet ist, und eine Tellerfeder 96. Die Feder 96 spannt das Rampenelement 22 in die erste Richtung D1, d. h. zu der Antriebs-Sonnenradanordnung 16 hin und von den Kupplungsplatten 30, 32 weg vor, so dass die Fläche 48 in Kontakt mit dem Wälzkörperelement 52 gedrückt wird, wobei sie durch das Element 68 abgestützt ist.
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In 6, in der sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten der 1–5 beziehen, ist ein Kraftfahrzeuggetriebe 100 schematisch gezeigt. Das Getriebe 100 umfasst ein Eingangselement 104, ein Ausgangselement 108 und ein feststehendes Element, wie etwa ein Getriebegehäuse 112. Das Eingangselement 104 und das Ausgangselement 108 sind funktional mit der Zahnradanordnung 116 verbunden. Die Zahnradanordnung 116 umfasst eine Mehrzahl von Planetenradsätzen, von denen nur einer bei 120 in 6 gezeigt ist. Das Getriebe 100 umfasst ferner eine Mehrzahl von Drehmomentübertragungseinrichtungen, d. h. Kupplungen und Bremsen. Solche Kupplungen und Bremsen sind im Allgemeinen ausgestaltet, um selektiv verschiedene Elemente der Planetenradsätze mit anderen Elementen der Planetenradsätze oder mit dem Gehäuse 112 zu koppeln, um eine Mehrzahl von unterschiedlichen Drehzahlverhältnissen zwischen dem Eingangselement 104 und dem Ausgangselement 108 zu erreichen, wie es Fachleute verstehen werden. Die oben beschriebenen Drehmomentübertragungseinrichtungen des Getriebes 100 umfassen die Kupplungsanordnung 14.
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Der beispielhafte Planetenradsatz 120 umfasst ein Sonnenrad 124, ein Hohlrad 126, eine Mehrzahl von Planetenrädern 130 und einen Planetenträger 134. Jedes der Planetenräder 130 ist drehbar an dem Planetenträger 134 montiert und steht kämmend mit dem Hohlrad 126 und dem Sonnenrad 124 in Eingriff. Die Antriebs-Sonnenradanordnung 16 der Kupplungsanordnung 14 ist drehbar innerhalb des Getriebegehäuses 112 montiert. Die Kupplungsplatten 32 sind mit dem Element 68 zur Rotation mit diesem kerbverzahnt. Somit gelangen, wenn der Motor 34 aktiviert ist, die Kupplungsplatten 30, die mit der Antriebs-Sonnenradanordnung 16 kerbverzahnt sind, mit den Kupplungsplatten 32 in Eingriff, wodurch das rotierende Element 68 mit der Antriebs-Sonnenradanordnung 16 gekoppelt wird und eine Aktivierung eines bestimmten Drehzahlverhältnisses in dem Getriebe 100 ermöglicht wird.
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Wie es in 4 gezeigt ist, kann der Elektromotor 34 auch einen Schleifring 98 umfassen. Im Allgemeinen ist ein Schleifring ausgestaltet, um elektrischen Kontakt in einer elektrischen Schaltung zwischen zwei Elementen, die in Relativdrehung relativ zueinander vorliegen, bereitzustellen. Daher kann der Schleifring 98 angewandt werden, um elektrische Leistung von einer Leistungsquelle (nicht gezeigt), die außerhalb des Drehmomentübertragungssystems 10 angeordnet ist, auf den Motor 34 zu übertragen. Dementsprechend kann der Schleifring 98 eine Betätigung des Elektromotors 34 und eine selektive Einrückung und Ausrückung der Kupplungsanordnung 14 in dem Getriebe 100 ermöglichen, obwohl der Stator 38 in der Lage ist, relativ zu dem Motorgehäuse 36 zu rotieren.
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Obgleich die besten Ausführungsarten der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, werden Fachleute, die mit dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, vertraut sind, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.