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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung, insbesondere für eine Antriebsanordnung, mit Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Antriebsanordnung, insbesondere für ein Fahrzeug, mit Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs.
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In Kupplungsanordnungen wird üblicherweise ein Koppelelement verwendet, um zwei Zahnräder miteinander zu koppeln und so eine Drehmomentübertragung zu ermöglichen. Durch ein Bewegen des Koppelelements können die beiden Zahnräder gekoppelt und wieder entkoppelt werden. Das Bewegen des Koppelelements wird in der Regel mittels eines elektrischen Aktuators umgesetzt.
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Nachteilig dabei ist, dass der Aktuator elektrisch angetrieben werden muss. Es wird somit ein Elektromotor benötigt, der zusätzlichen Bauraum, zusätzliche Kosten und zusätzliches Gewicht mit sich bringt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Kupplungsanordnung vorgeschlagen, wobei die Kupplungsanordnung eine erste Welle mit einem ersten Zahnrad umfasst. Das erste Zahnrad ist drehfest mit der ersten Welle gekoppelt, insbesondere auf der ersten Welle angeordnet. Die Kupplungsanordnung umfasst eine zweite Welle mit einem zweiten Zahnrad. Das zweite Zahnrad ist drehfest mit der zweiten Welle gekoppelt, insbesondere auf der zweiten Welle angeordnet. Die erste Welle und die zweite Welle sind entlang einer Drehachse angeordnet. Insbesondere verläuft die Drehachse entlang der Mittellängsachsen der ersten Welle und der zweiten Welle. Die Kupplungsanordnung umfasst ein Koppelelement. Das Koppelelement ist mit dem ersten Zahnrad drehfest gekoppelt. Das Koppelelement ist entlang der Drehachse zwischen einer Koppelstellung und einer Entkoppelstellung zumindest teilweise hydraulisch bewegbar ausgebildet. In der Koppelstellung sind das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad mittels des Koppelelements drehfest miteinander gekoppelt. In der Entkoppelstellung sind das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad voneinander entkoppelt. Die Kupplungsanordnung kann als eine Kupplungsanordnung für eine Antriebsanordnung eingerichtet sein oder Bestandteil einer Antriebsanordnung bilden.
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Die erste Welle kann als eine Antriebswelle und die zweite Welle kann als eine Abtriebswelle ausgebildet sein. Mit anderen Worten, in der Koppelstellung kann ein Drehmoment von der ersten Welle auf die zweite Welle übertragen werden. Ebenso denkbar ist es, dass die zweite Welle als eine Antriebswelle und die erste Welle als eine Abtriebswelle ausgebildet sein kann. Damit kann in der Koppelstellung ein Drehmoment von der zweiten Welle auf die erste Welle übertragen werden.
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Damit kann eine Drehmomentübertragung von dem ersten Zahnrad auf das zweite Zahnrad (bzw. umgekehrt) stattfinden oder unterbrochen werden (Disconnect-Funktion). Hierdurch kann zumindest teilweise ein hydraulischer Antrieb für die Bewegung des Koppelelements und damit ein hydraulisches Koppeln (Übertragen des Drehmoments) bzw. Entkoppeln (unterbrechen der Drehmomentübertragung) zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad (bzw. umgekehrt) umgesetzt werden. Hierdurch kann Bauraum, Gewicht und/oder Kosten für einen separaten, bspw. elektrischen, Antrieb eingespart werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Kupplungsanordnung kann die Kupplungsanordnung einen Hydraulikzylinder zum zumindest teilweise hydraulischen Bewegen des Koppelelements umfassen. Der Hydraulikzylinder kann als Linearmotor ausgebildet sein. Der Hydraulikzylinder umfasst insbesondere einen Zylinder und einen Kolben, der aus dem Zylinder herausragt.
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Insbesondere durch das Beaufschlagen des Zylinders mit Hydraulikflüssigkeit, kann der Kolben hin und/oder her bewegt werden.
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Hierdurch kann mit einfachen Mitteln zumindest teilweise ein hydraulisches Bewegen des Koppelelements umgesetzt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Kupplungsanordnung kann der Hydraulikzylinder als ein einfach wirkender Zylinder mit einer Feder ausgebildet sein. Bei einem einfach wirkenden Zylinder kann der Kolben nur von einer Seite mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt werden. Hierdurch kann mittels der Hydraulikflüssigkeit eine Kraft nur in eine erste Richtung ausgeübt werden. Mittels der Feder kann eine Kraft in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung, ausgeübt werden.
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Hierdurch kann mit einfachen Mitteln der Hydraulikzylinder umgesetzt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Kupplungsanordnung kann der Hydraulikzylinder als ein doppelt wirkender Zylinder ausgebildet sein. Bei einem doppelt wirkenden Zylinder kann der Kolben von zwei (einander gegenüberliegenden) Seiten mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt werden. Hierdurch kann mittels der Hydraulikflüssigkeit eine Kraft in eine erste Richtung ausgeübt werden (Beaufschlagung des Kolbens von einer ersten Seite). Es kann ebenso mittels der Hydraulikflüssigkeit eine Kraft in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung ausgeübt werden (Beaufschlagung des Kolbens von einer zweiten Seite). Es ist ebenso denkbar, dass der doppelt wirkende Zylinder eine Feder (analog zum einfach wirkenden Zylinder) aufweisen kann.
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Hierdurch kann mit einfachen Mitteln der Hydraulikzylinder umgesetzt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Kupplungsanordnung kann die Kupplungsanordnung eine Schwenkstange mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende umfassen. Das erste Ende der Schwenkstange kann mit einem ortsfesten Gelenk schwenkbar gekoppelt sein. Das zweite Ende der Schwenkstange kann mit dem Hydraulikzylinder (bzw. dessen Kolben) schwenkbar gekoppelt sein. Die Schwenkstange kann derart mit dem Koppelelement gekoppelt sein, dass durch ein Schwenken der Schwenkstange um das ortsfeste Gelenk mittels des Hydraulikzylinders das Koppelelement zwischen der Koppelstellung und der Entkoppelstellung bewegt werden kann. Der Hydraulikzylinder kann dabei senkrecht zur Drehachse orientiert sein.
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Hierdurch kann mit einfachen Mitteln das zumindest teilweise hydraulische Bewegen des Koppelelements umgesetzt werden. Insbesondere aufgrund der Schwenkstange kann ein Hebeleffekt erzeugt werden, sodass die Kraft, die mittels des Hydraulikzylinders erzeugt wird, klein dimensioniert werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Kupplungsanordnung kann das Koppelelement als eine Schaltmuffe ausgebildet sein. Die Kupplungsanordnung kann eine mit der Schaltmuffe gekoppelte Schaltgabel umfassen. Die Schaltgabel kann ein senkrecht zur Drehachse orientiertes Langloch aufweisen. Die Schwenkstange kann einen fest mit der Schwenkstange verbundenen Bolzen aufweisen. Der Bolzen kann zumindest teilweise in das Langloch eingreifen (hineinragen) und innerhalb des Langloch bewegbar ausgebildet sein.
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Hierdurch kann mit einfachen Mitteln eine Kopplung zwischen dem Koppelelement und dem Hydraulikzylinder umgesetzt werden. Insbesondere kann eine Schwenkbewegung der Schwenkstange in eine lineare Bewegung des Koppelelements entlang der Drehachse umgesetzt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Kupplungsanordnung kann die Kupplungsanordnung eine Verbindungsstange mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende aufweisen. Das erste Ende der Verbindungsstange kann schwenkbar mit dem zweiten Ende der Schwenkstange gekoppelt sein. Das zweite Ende der Verbindungsstange kann schwenkbar mit dem Hydraulikzylinder (bzw. dessen Kolben) gekoppelt sein. Das zweite Ende der Schwenkstange kann insbesondere mittels der Verbindungsstange mit dem Hydraulikzylinder (bzw. dessen Kolben) schwenkbar gekoppelt sein.
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Hierdurch kann mit einfachen Mitteln eine Kopplung zwischen der Schwenkstange und dem Hydraulikzylinder umgesetzt werden. Insbesondere kann ein aufgrund des Schwenkens der Schwenkstange entstehende Längenunterschied zwischen dem zweiten Ende der Schwenkstange und dem Hydraulikzylinder (bzw. dessen Kolben) ausgeglichen werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Kupplungsanordnung kann das Koppelelement als eine Schaltmuffe ausgebildet sein. Die Kupplungsanordnung kann eine mit der Schaltmuffe gekoppelte Schaltgabel umfassen. Die Schaltgabel kann fest mit dem Hydraulikzylinder (bzw. dessen Kolben) verbunden sein. Der Hydraulikzylinder kann parallel zur Drehachse angeordnet sein. Die Schaltgabel kann bspw. mittels einer Schraubverbindung mit dem Hydraulikzylinder (bzw. dessen Kolben) verbunden sein. Die Schaltgabel kann hierfür einen Fortsatz aufweisen, der mittels einer Schraube mit dem Kolben des Hydraulikzylinders verschraubt ist. Der Hydraulikzylinder kann einen Durchmesser von 35 Millimeter aufweisen. Der Hydraulikzylinder kann eingerichtet sein, um eine Kraft in einem Bereich von 200 bis 300 Newton bei einem Betriebsdruck von 3 bar zu erzeugen.
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Hierdurch kann mit einfachen Mitteln ein hydraulisches Bewegen des Koppelelements umgesetzt werden.
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Erfindungsgemäß wird eine Antriebsanordnung, insbesondere für ein Fahrzeug, mit mindestens einer Kupplungsanordnung gemäß obiger Ausführungen vorgeschlagen.
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Hinsichtlich der damit erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zur Kupplungsanordnung verwiesen. Zur weiteren Ausgestaltung der Antriebsanordnung können die im Zusammenhang mit der Kupplungsanordnung beschriebenen und/oder die nachfolgend noch erläuterten Maßnahmen dienen.
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Die Antriebsanordnung kann bspw. als E-Achse ausgebildet sein oder Bestandteil einer E-Achse bilden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Antriebsanordnung kann die Antriebsanordnung einen Kühl- und/oder Schmiermittelkreislauf mit einem Kühl- und/oder Schmiermittelfluid aufweisen. Die Antriebsanordnung kann derart eingerichtet sein, dass das Kühl- und/oder Schmiermittelfluid zum hydraulischen Bewegen des Koppelelements (bzw. des Kolbens des Hydraulikzylinders) benutzt werden kann. Insbesondere kann das Kühl- und/oder Schmiermittelfluid als Hydraulikflüssigkeit für den Hydraulikzylinder dienen. Hierzu kann der Kühl- und/oder Schmiermittelkreislauf fluidisch mit der Kupplungsanordnung, insbesondere mit dem Hydraulikzylinder, verbunden oder gekoppelt sein.
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Mit einer fluidischen Verbindung oder Kopplung ist vorliegend gemeint, dass ein Fluid (Kühl- und/oder Schmiermittelfluid bzw. Hydraulikflüssigkeit) zwischen zwei fluidisch gekoppelten Elementen bzw. zwischen zwei in fluidischer Verbindung stehender Elemente fließen kann.
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Hierdurch kann das gleiche Fluid zur Kühlung und/oder Schmierung der Antriebsanordnung, sowie zur zumindest teilweise hydraulischen Bewegung des Koppelelements (bzw. des Kolbens des Hydraulikzylinders) benutzt werden. Auf zusätzliche Reservoirs zur Bevorratung eines separaten Fluid zur hydraulischen Bewegung des Koppelelements (bzw. des Kolbens des Hydraulikzylinders) kann verzichtet werden.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Kupplungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und
- 2 eine schematische Darstellung der Kupplungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Die Kupplungsanordnung trägt in den 1 und 2 jeweils das Bezugszeichen 10. Die Kupplungsanordnung 10 umfasst eine erste Welle 12 mit einem ersten Zahnrad 14, wobei das erste Zahnrad 14 drehfest mit der ersten Welle 12 gekoppelt, insbesondere auf der ersten Welle 12 angeordnet, ist. Die Kupplungsanordnung 10 umfasst eine zweite Welle 16 mit einem zweiten Zahnrad 18. Das zweite Zahnrad 18 ist drehfest mit der zweiten Welle 16 gekoppelt, insbesondere auf der zweiten Welle 16 angeordnet. Die erste Welle 12 und die zweite Welle 16 sind entlang einer Drehachse 20 angeordnet. Die erste Welle 12 in die zweite Welle 16 sind insbesondere jeweils um die Drehachse 20 drehbar ausgebildet.
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Die Kupplungsanordnung 10 umfasst ein Koppelelement 22. Das Koppelelement 22 ist mit dem ersten Zahnrad 14 drehfest gekoppelt. Das Koppelelement 22 ist entlang der Drehachse 20 zwischen einer Koppelstellung und einer Entkoppelstellung zumindest teilweise hydraulisch bewegbar ausgebildet. In der Koppelstellung sind das erste Zahnrad 14 und das zweite Zahnrad 18 mittels des Koppelelements 22 drehfest miteinander gekoppelt. In der Entkoppelstellung sind das erste Zahnrad 14 und das zweite Zahnrad 18 voneinander entkoppelt, also nicht miteinander gekoppelt.
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Die Kupplungsanordnung 10 kann einen Hydraulikzylinder 24 zum hydraulischen Bewegen des Koppelelements 22 umfassen. Der Hydraulikzylinder 24 kann einen Zylinder 21 und einen Kolben 23 umfassen, wobei der Kolben 23 innerhalb des Zylinders 21 mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt und so linear bewegt werden kann.
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Die Kupplungsanordnung 10 kann für eine Antriebsanordnung eingerichtet und/oder Bestandteil einer Antriebsanordnung sein. Die Antriebsanordnung kann für ein Fahrzeug eingerichtet sein. Die Antriebsanordnung kann einen Kühl- und/oder Schmiermittelkreislauf mit einem Kühl- und/oder Schmiermittelfluid umfassen. Zum hydraulischen Bewegen des Koppelelements 22 (bzw. des Kolbens 23 des Hydraulikzylinders 24) kann das Kühl- und/oder Schmiermittelfluid aus dem Kühl- und/oder Schmiermittelkreislauf der Antriebsanordnung benutzt werden. Insbesondere kann das Kühl- und/oder Schmiermittelfluid aus dem Kühl- und/oder Schmiermittelkreislauf als Hydraulikflüssigkeit für den Hydraulikzylinder 24 dienen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung der Kupplungsanordnung 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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Der Hydraulikzylinder 24 ist vorliegend als ein einfach wirkender Zylinder 26 mit einer Feder 28 ausgebildet. Es wird vorliegend daher lediglich eine Seite des Kolbens 23 mittels Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt, um eine Bewegung des Kolbens 23 in 1 nach oben umzusetzen. Mittels der Feder 28 kann eine Bewegung des Kolbens 23 in 1 nach unten umgesetzt werden. Der einfach wirkende Zylinder 26 weist daher vorliegend lediglich einen Einlass/Auslass 25 für Hydraulikflüssigkeit auf. Der Hydraulikzylinder 24 ist vorliegend senkrecht zur Drehachse 20 orientiert.
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Die Kupplungsanordnung 10 umfasst vorliegend eine Schwenkstange 32 mit einem ersten Ende 34 und einem zweiten Ende 36. Das erste Ende 34 der Schwenkstange 32 ist mit einem ortsfesten Gelenk 38 schwenkbar gekoppelt. Das zweite Ende 36 der Schwenkstange 32 ist vorliegend mit dem Hydraulikzylinder 24 (bzw. dessen Kolben 23) schwenkbar gekoppelt. Die Schwenkstange 32 ist vorliegend derart mit dem Koppelelement 22 gekoppelt, dass durch ein Schwenken der Schwenkstange 32 um das ortsfeste Gelenk 38 mittels des Hydraulikzylinders 24 (bzw. dessen Kolbens 23) das Koppelelement 22 zwischen der Koppelstellung und der Entkoppelstellung bewegt werden kann.
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Das Koppelelement 22 ist vorliegend als eine Schaltmuffe 40 ausgebildet. Die Kupplungsanordnung 10 umfasst vorliegend eine mit der Schaltmuffe 40 gekoppelte Schaltgabel 42. Die Schaltgabel 42 weist ein senkrecht zur Drehachse 20 orientiertes Langloch 44 auf. Die Schwenkstange 32 weist einen fest mit der Schwenkstange 32 verbundenen Bolzen 46 auf. Der Bolzen 46 greift zumindest teilweise in das Langloch 44 ein. Der Bolzen 46 ist innerhalb (und entlang) des Langloch 44 bewegbar ausgebildet. Hierdurch kann eine Schwenkbewegung der Schwenkstange 32 in eine lineare Bewegung des Koppelelements 22 entlang der Drehachse 20 transferiert werden.
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Die Kupplungsanordnung 10 umfasst vorliegend eine Verbindungsstange 48 mit einem ersten Ende 50 und einem zweiten Ende 52. Das erste Ende 50 der Verbindungsstange 48 ist schwenkbar mit dem zweiten Ende 36 der Schwenkstange 32 gekoppelt. Das zweite Ende 52 der Verbindungsstange 48 ist schwenkbar mit dem Hydraulikzylinder 24 (bzw. dessen Kolben 23) gekoppelt.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Kupplungsanordnung 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Der Hydraulikzylinder 24 ist vorliegend als ein doppelt wirkender Zylinder 30 ausgebildet. Daher kann der Kolben 23 vorliegend von zwei Seiten her mittels Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt werden. Damit kann der Kolben 23 in 2 nach links und rechts mittels Beaufschlagung von Hydraulikflüssigkeit bewegt werden. Der doppelt wirkende Zylinder 30 weist daher vorliegend zwei Einlässe/Auslässe 25 für Hydraulikflüssigkeit auf. Vorliegend weist der Hydraulikzylinder 24 eine Feder 28 auf. Mittels der Feder 28 kann die Kraft, die mittels Hydraulikflüssigkeit erzielt werden muss, um den Kolben 23 in 2 nach rechts zu bewegen, reduziert werden. Der Hydraulikzylinder 24 ist vorliegend parallel zur Drehachse 20 orientiert.
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Das Koppelelement 22 ist vorliegend als eine Schaltmuffe 40 ausgebildet. Die Kupplungsanordnung 10 umfasst vorliegend eine mit der Schaltmuffe 40 gekoppelte Schaltgabel 42. Die Schaltgabel 42 ist vorliegend fest mit dem Hydraulikzylinder 24 (bzw. dessen Kolben 23) verbunden. Die Schaltgabel 42 kann mittels einer Schraubverbindung mit dem Hydraulikzylinder 24 (bzw. dessen Kolben 23) verbunden sein. Die Schaltgabel 42 weist hierfür vorliegend einen Fortsatz 27 auf, der mittels einer Schraube 29 mit dem Kolben 23 des Hydraulikzylinders 24 verschraubt ist.