DE102016210317A1 - Claw shifting element - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Klauenschaltelement zur Drehmomentübertragung mit einem ersten Klauenelement (1) und einem zweiten Klauenelement (3) vorgeschlagen, deren Verzahnungselemente im geschlossenen Zustand des Klauenschaltelementes formschlüssig miteinander verbunden sind, wobei an korrespondierenden Kontaktflächen (10) zwischen dem ersten Klauenelement und dem zweiten Klauenelement eine magnetische Haltekraft (5) zum spielfreien Verbinden aufbringbar ist, und wobei zumindest ein ansteuerbarer Magnetaktuator (6) zum Arretieren und Freigeben der Klauenelemente (1, 3) vorgesehen ist.It is a claw switching element for torque transmission with a first jaw member (1) and a second jaw member (3) proposed, the toothed elements are positively connected to each other in the closed state of the jaw switching element, wherein at corresponding contact surfaces (10) between the first jaw member and the second jaw member a magnetic holding force (5) for play-free connection can be applied, and wherein at least one controllable Magnetaktuator (6) for locking and releasing the jaw members (1, 3) is provided.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klauenschaltelement zur Drehmomentübertragung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.The present invention relates to a claw switching element for torque transmission according to the closer defined in the preamble of
Beispielsweise aus der Druckschrift
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein spielfreies und leicht einzuspurendes Klauenschaltelement vorzuschlagen, welches konstruktiv einfach und verschleißsparend aufgebaut ist.The present invention is based on the object to propose a backlash-free and easily einzuspurendes claw switching element, which is constructed structurally simple and wear-saving.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.This object is achieved by the features of
Somit wird ein Klauenschaltelement bzw. ein formschlüssiges Schaltelement, wie zum Beispiel eine Klauenkupplung bzw. Wellenkupplung oder eine Klauenbremse bzw. Wellenbremse vorgeschlagen, die zur Drehmomentübertragung zumindest ein erstes Klauenelement und ein zweites Klauenelement umfasst, wobei Verzahnungselemente der Klauenelemente im geschlossenen Zustand des Klauenschaltelementes zum Beispiel durch eine axial gerichtete Bewegung der Klauenelemente formschlüssig miteinander verbunden werden können. An korrespondierenden Kontaktflächen zwischen den Verzahnungselementen des ersten Klauenelementes und des zweiten Klauenelementes ist eine magnetische Haltekraft zum spielfreien Verbinden in Umfangsrichtung bzw. in Drehrichtung aufbringbar.Thus, a claw switching element or a form-locking switching element, such as a dog clutch or shaft coupling or a claw brake or shaft brake is proposed, which comprises at least a first jaw member and a second jaw member for torque transmission, wherein gearing elements of the jaw members in the closed state of the jaw switching element, for example can be positively connected with each other by an axially directed movement of the jaw elements. At corresponding contact surfaces between the gear elements of the first jaw member and the second jaw member is a magnetic holding force for play-free connection in the circumferential direction or in the direction of rotation can be applied.
Um ein konstruktiv besonders einfach ausgeführtes und besonders verschleißarmes Klauenschaltelement zu realisieren, kann vorgesehen sein, dass zumindest ein ansteuerbarer Magnetaktuator oder dergleichen zum Arretieren und Freigeben der Klauenelemente vorgesehen ist. Auf diese Weise wird durch den ansteuerbaren Magnetaktuator ein steuerbarer Magnetfluss bzw. eine steuerbare und damit veränderbare Magnetkraft erzeugt, sodass nicht nur die magnetische Arretierung, sondern auch die Freigabe der Klauenelemente zum Öffnen des Schaltelementes ohne zusätzliche Bauteile ermöglicht wird. Zudem wird durch entsprechende Ansteuerung des Magnetaktuators ein verschleißfreies Freigeben der Klauenelemente realisiert. Aufgrund der spielfreien Verbindung der Klauenschaltelemente können große Zahnabstände zwischen den Verzahnungselementen bzw. Klauen der Klauenelemente vorgesehen werden, sodass das Einspuren der Klauen vereinfacht und in einem wesentlich größeren Differenzdrehzahlbereich möglich ist. Dadurch, dass das magnetische Arretieren und Freigeben durch den Magnetaktuator ohne zusätzliche Bauteile realisiert wird, werden auch die Herstellungskosten verringert.To realize a structurally particularly simple and particularly low-wear jaw switching element, it can be provided that at least one controllable Magnetaktuator or the like is provided for locking and releasing the jaw members. In this way, a controllable magnetic flux or a controllable and thus variable magnetic force is generated by the controllable Magnetaktu, so that not only the magnetic locking, but also the release of the jaw members for opening the switching element is made possible without additional components. In addition, a wear-free release of the jaw elements is realized by appropriate control of the magnetic actuator. Due to the backlash-free connection of the claw switching elements, large tooth spacings between the toothed elements or claws of the claw elements can be provided so that the meshing of the claws is simplified and is possible in a much larger range of differential speeds. The fact that the magnetic locking and releasing is realized by the magnetic actuator without additional components, the manufacturing cost is reduced.
Die Verwendung des Magnetaktuators ist unabhängig von der Bauform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Klauenschaltelements. Beispielsweise kann das Klauenschaltelement als Verzahnungselemente Stirnklauen, Radialklauen oder dergleichen aufweisen.The use of the Magnetaktuators is independent of the design of the invention proposed claw switching element. For example, the claw switching element as toothed elements can have face claws, radial claws or the like.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Magnetaktuator zumindest eine elektrische Spule zum Erzeugen und Ansteuern zumindest eines Magnetfeldes zum Arretieren und Freigeben der Klauenelemente umfasst. Auf diese Weise wird durch das Einbringen eines magnetischen Flusses über die Verzahnungselemente bzw. Klauen der Klauenelemente im aktivierten Zustand des Magnetaktuators an den korrespondierenden Kontaktflächen bzw. Grenzflächen zwischen den Verzahnungselementen eine ausreichend hohe Haltekraft erzeugt, die die beiden Klauenelemente im geschlossenen Zustand des Klauenschaltelementes aneinander bzw. zueinander fixiert. Hierzu bildet der Magnetaktuator quasi einen Magnetkörper mit Spule, wodurch der entsprechende Magnetfluss einleitet wird. Vorteilhaft ist hierbei, dass bei geringen Luftspalten sehr hohe Magnetkräfte bzw. Haltekräfte generiert werden, so dass das Spielfreihalten der Klauenelemente sehr energieeffizient ermöglicht wird.In the context of an advantageous development of the present invention, it is provided that the magnetic actuator comprises at least one electric coil for generating and controlling at least one magnetic field for locking and releasing the jaw elements. In this way, by introducing a magnetic flux via the toothed elements or claws of the jaw elements in the activated state of the magnetic actuator at the corresponding contact surfaces or interfaces between the toothed elements a sufficiently high holding force is generated, the two jaw elements in the closed state of the jaw switching element together or fixed to each other. For this purpose, the magnetic actuator quasi forms a magnetic body with a coil, whereby the corresponding magnetic flux is initiated. The advantage here is that at low air gaps very high magnetic forces and holding forces are generated, so that the play clear of the jaw elements is made very energy efficient.
Im Rahmen einer anderen Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Magnetaktuator zumindest einen Permanentmagneten aufweist, mit dem die Klauenelemente konstant arretierbar sind. Da zur Arretierung kein Magnetfeld über die Spule erzeugt wird, kann energieeffizient arretiert werden. Zum Freigeben wird dann durch die Spule eines entsprechendes Magnetfeld erzeugt, welches den Magnetfluss des Permanentmagneten schwächt bzw. aufhebt, sodass die Haltekraft ebenfalls geschwächt oder aufgehoben wird, um das Klauenschaltelement zu öffnen. Andererseits kann durch die Spule ein entsprechendes Magnetfeld erzeugt werden, welches den Magnetfluss des Permanentmagneten stärkt bzw. dazu gleichgerichtet ist, sodass die Haltekraft ebenfalls gestärkt wird, um das Klauenschaltelement zu schließen oder mit einer höheren Kraft zu arretieren.In another embodiment of the invention can be provided that the Magnet actuator at least one permanent magnet, with which the jaw elements are constantly locked. Since no magnetic field is generated across the coil for locking, energy-efficient locking can be achieved. To release is then generated by the coil of a corresponding magnetic field which weakens or reverses the magnetic flux of the permanent magnet, so that the holding force is also weakened or canceled to open the claw switching element. On the other hand, a corresponding magnetic field can be generated by the coil, which strengthens the magnetic flux of the permanent magnet or is rectified, so that the holding force is also strengthened to close the jaw switching element or to lock with a higher force.
Um die Sicherheit bei dem vorgeschlagenen Klauenschaltelement weiter zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass die Klauenelemente eine korrespondierende Hinterschneidung oder dergleichen zum Realisieren eines Formschlusses gegen ein unbeabsichtigtes Lösen der Klauenelemente bilden. Durch die Anbringung eines entsprechenden Hinterschnittes in der Klauenverzahnung wird selbst bei Ausfall der Aktuierung durch den Formschluss ein Öffnen des Klauenschaltelements verhindert.In order to further increase the safety in the proposed claw switching element, it can be provided that the claw elements form a corresponding undercut or the like for realizing a positive connection against unintentional release of the claw elements. By attaching a corresponding undercut in the dog teeth an opening of the dog switching element is prevented even in case of failure of the actuation by the positive connection.
Eine weitere Ausführung der Erfindung kann vorsehen, dass der Magnetaktuator nicht nur zum Arretieren und Lösen der Klauenelemente eingesetzt wird, sondern zusätzlich auch die Aktuierung des Klauenschaltelements übernimmt. Hierzu kann ein entsprechendes Magnetfeld durch den Magnetaktuator erzeugt werden, sodass die Klauenelemente axial zum Öffnen und Schließen des Klauenschaltelementes bewegbar sind. Somit wird der Magnetaktuator nicht nur zur Rastierung bzw. Arretierung und zum Freigeben in Drehrichtung bzw. in Umfangsrichtung verwendet, sondern auch zum axialen Bewegen zum Öffnen und Schließen des Klauenschaltelements.A further embodiment of the invention can provide that the magnetic actuator is not only used for locking and releasing the jaw elements, but also takes over the actuation of the jaw switching element. For this purpose, a corresponding magnetic field can be generated by the magnetic actuator, so that the claw elements are axially movable to open and close the claw switching element. Thus, the magnetic actuator is used not only for detenting and releasing in the rotational direction and circumferential direction, but also for axially moving to open and close the claw switching element.
Eine nächste Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass der Magnetaktuator durch Erfassen einer Induktivitätsänderung bei dem erzeugten Magnetfeld oder durch Auswerten einer elektrischen Stromaufnahme des Magnetaktuators, insbesondere einer Stromaufbaudynamik, bei der Erzeugung des Magnetfeldes eine sensorlose Positionserfassung bei den Klauenelementen ermöglicht. Dem liegt zu Grunde, dass die Induktivität und damit die elektrische Stromaufnahme des Magnetaktuators bei unterschiedlichen Positionen der Klauenelemente unterschiedlich sind, also eine positionsabhängige Stromaufbaudynamik bzw. positionsabhängige Induktivität vorliegt. Somit kann einfach aus der erfassten Induktivität oder der momentanen Stromaufnahme bzw. eines zeitlichen Verlaufs der Stromaufnahme die Positionen der Klauenelemente ermittelt werden. Das Verhältnis von Position und Induktivität bzw. Stromaufnahme kann dazu vorab ermittelt worden sein, beispielsweise durch Versuche oder Berechnungen. Dadurch ist es möglich, eine Ansteuerung des Klauenschaltelementes zur Geräusch- und Verschleißreduktion vorzusehen. Darüber hinaus ist eine positionsgeregelte Ansteuerung möglich.A next development of the invention may provide that the magnetic actuator, by detecting an inductance change in the generated magnetic field or by evaluating an electrical current consumption of the magnetic actuator, in particular a current build-up dynamics, in the generation of the magnetic field allows a sensorless position detection in the jaw elements. This is due to the fact that the inductance and thus the electrical current consumption of the magnetic actuator are different at different positions of the claw elements, that is, there is a position-dependent current build-up dynamics or position-dependent inductance. Thus, the positions of the jaw elements can be determined simply from the detected inductance or the instantaneous current consumption or a time profile of the current consumption. The ratio of position and inductance or current consumption may have been determined beforehand, for example by experiments or calculations. This makes it possible to provide a control of the claw switching element for noise and wear reduction. In addition, a position-controlled control is possible.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:Hereinafter, the present invention will be further explained with reference to the drawings. Show it:
In den
Unabhängig von den jeweiligen Ausführungen umfasst das Klauenschaltelement zur Drehmomentübertragung ein erstes Klauenelement
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zum Arretieren und Freigeben der Klauenelemente
Wie beispielsweise exemplarisch in den
In
Unabhängig von den verschiedenen Ausführungen kann vorgesehen sein, dass der Magnetaktuator
Jedoch ist es auch möglich, dass der Magnetaktuator
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- erstes Klauenelementfirst claw element
- 22
- erste Klauenfirst claws
- 33
- zweites Klauenelementsecond claw element
- 44
- zweite Klauensecond claws
- 55
- magnetische Haltekraftmagnetic holding force
- 66
- Magnetaktuator bzw. magnetischer KörperMagnetic actuator or magnetic body
- 77
- elektrische Spuleelectric coil
- 88th
- magnetischen Fluss bzw. Magnetflussmagnetic flux or magnetic flux
- 99
- Permanentmagnetpermanent magnet
- 1010
- Kontaktflächecontact area
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102010054510 B4 [0002] DE 102010054510 B4 [0002]
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DE102016225129A1 (en) | 2016-12-15 | 2018-06-21 | Zf Friedrichshafen Ag | Claw shifting element |
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DE102010054510B4 (en) | 2010-12-15 | 2012-07-12 | Sick Stegmann Gmbh | shaft coupling |
-
2016
- 2016-06-10 DE DE102016210317.2A patent/DE102016210317A1/en not_active Withdrawn
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