电操纵的联接装置 【技术领域】
本发明涉及一种电操纵的联接装置(Kupplungseinrichtung)，以用于通过电操控地调整联结元(Koppelglied)而在转换轴(Schaltwelle)和同轴布置在该转换轴上的转换体之间有选择性地建立和分离抗扭(drehfest)的连接，可在分离状态(在该分离状态中转换轴和转换体可相对彼此旋转)和联结状态(Koppelzustand)(在该联结状态中联结元不仅与转换轴而且与转换元件(Schaltelement)以抗扭的方式相接触)之间对该联结元进行调整。
此外，本发明涉及一种用于联接器械(Kupplungsvorrichtung)的转换(Schalten)的方法。
背景技术
从文件JP 2005-137169A中已知这类联接装置。该出版物公开了一种用于接入和断开电机与机动车后轴的联结(Kopplung)的联接装置。借助于该联接装置可在第一轴(此处称为转换轴)和与其同轴布置的第二轴(此处称为转换体)之间建立或分离抗扭的连接。以与内轴相联结(koppeln)的方式设置六角形夹持体，该夹持体与外轴的圆柱形内缘带有间隔。在夹持体和外轴的内壁之间的空隙中设置有带有六个等距离在周向上分布的球体的护圈球体的直径如此地匹配于夹持体和外轴的内壁部之间的间距，即，使得在由夹持体形成的六角形的侧面中心与外轴的内壁部之间的垂直间距大于球体的直径并且夹持体的棱角和外轴的内壁部之间的垂直间距小于球体的直径。在分离位置中球体布置成邻近夹持体的侧面中心，以使得轴之间不存在联结。为了建立轴之间的抗扭的连接，借助于电磁操纵器械以这样的程度转动护圈，即，使得球体邻近于夹持体的棱角并且卡楔(verkeilen)在夹持体和外轴的内壁部之间。由此在外轴和夹持体和因此内轴之间建立抗扭的连接。
在已知的器械中，一方面必要的大的材料硬度(大的材料硬度是必须的，以用于低磨损地承受高的夹持力)是不利的。另一缺点在于，不可精确地确定转换力矩，因为在分离位置和联结位置之间存在最少为30°的间隙角。最后，已知的器械的缺点是，不仅过渡到联结位置中而且从联结位置过渡到分离位置中需要主动的操纵，从而尤其在联结状态中在电磁操纵器械失效时无法实现自动的脱离联结(Entkopplung)。
【发明内容】
本发明的目的是，提供备选的联接装置，该联接装置使得更快且更精确的转换成为可能并且在优选的实施形式中确保在操纵装置失效时自动地过渡到分离位置中。
该目的结合权利要求1的前序部分的特征通过下者加以解决，即，通过与转换轴同轴布置的、通过与包围的可通电(bestrombar)的线圈的电磁相互作用而可轴向上移位的提升元件(Hubelement)，通过该提升元件的轴向移位，构造成与转换轴抗扭地相连接的滑动套筒且与提升元件脱离转动联结(drehentkoppeln)的联结元在其联结位置(在该联结位置中滑动套筒至少间接地与转换体处于形状配合(Formschluss))和其分离位置(在该分离位置中在滑动套筒和转换体之间不存在形状配合)之间可轴向移位。
本发明的基本思想是完全抛弃已知的联接系统。根据本发明转换体和转换轴之间的联结借助于可轴向移位的抗扭地支承在转换轴上地滑动套筒而实现，该滑动套筒在联结位置中与转换体、尤其转换齿轮(Schaltrad)的区域进入形状配合。在此，形状配合可直接根据爪齿联接器(Klauenkupplung)的类型或者间接地通过同步体和联接体根据所谓的同步的类型而实现。
根据本发明的联接装置的转换(Schaltung)(即尤其称为滑动套筒的轴向移位)根据本发明通过提升元件而实现，该提升元件通过磁场(该磁场在至少局部包围提升元件的线圈通电(Bestromung)时建立)而轴向移位。该提升元件适用于，施加轴向力到滑动套筒上并且由此轴向上使滑动套筒移位。在此有利的是，以固定在壳体上的方式除了提升元件的轴向移位性之外还构造由线圈和提升元件所建造的电磁伺服单元(Stelleinheit)。这尤其使得应用预先准备好的模块成为可能。然而为了可实现与滑动套筒的轴向相互作用，根据本发明在提升元件和滑动套筒之间设置有转动联结脱离器(Drehentkopplung)。
为了构造转动联结脱离器和提升元件，可考虑不同的变型，其中优选的变型在下文中阐述并且为从属权利要求的对象。当滑动套筒如此地加上弹簧预紧时，即，使得在线圈的无电流的状态中联接器(Kupplung)保持在其分离状态中，则在每种情况中都为有利的。例如，弹簧预紧可通过与转换轴同轴布置的螺旋弹簧而构造在设计成罐形(topfartig)的滑动套筒的内部中，该螺旋弹簧一方面支撑在滑动套筒的罐底处并且另一方面支撑在同步器(Synchronisierung)的同步体处。弹簧预紧一方面具有提升元件和滑动套筒之间的转动联结脱离器的更简单设计的可能性的优先，因为不必提供轴向上固定的用于回位的连接，并且另一方面具有联接装置的“正常断开”(“normally-open”)设计的优点。换而言之后者意味着，联接装置在电磁伺服单元的切断情况中处于分离状态。
在本发明的第一种有利的实施形式中提升元件伸入到构造成空心的转换轴的内部中，并且在该处通过轴向轴承与向外穿过转换轴且以抗扭方式与滑动套筒相连接的传递元件相联结。这例如可由此而实现，即，使得提升元件构造成在轴向上邻近转换轴的电磁伺服单元的推杆。在此，转换轴构造成空心轴。推杆由推杆颈部和推杆头部组成，该推杆颈部和该推杆头部在空心轴的内部中通过轴向轴承彼此脱离转动联结。空心的转换轴在侧向上具有至少一个相应于推杆的轴向提升的长孔，推杆头部的突起突出穿过该长孔。在转换轴之外该突起优选为形状配合的，但是无论如何以传递轴向力的方式与滑动套筒相联结。这种实施形式具有如下优点，仅需要相当狭窄的结构空间并且尤其转换轴可设计成在其整个长度上可进入。因此，例如持久地以抗扭方式与转换轴相联结的齿轮可根据要求布置在转换轴的任意部位处，并且与径向上邻近的传动部件(Getriebeteil)的对应的齿轮处于齿啮合(Verzahnungseingriff)中。但是这种实施形式通过相对大的结构长度而出众，该结构长度通过转换轴的和轴向上相邻近的伺服单元的长度而预设。
在备选的实施形式中设置，提升元件以环状方式包围转换轴。例如，转换轴可局部地搁置在壳体的通道中，电磁伺服单元的线圈以固定在壳体上的方式布置在该壳体的壁中。提升元件以环状方式包围转换轴并且搁置在转换轴和线圈之间的环状间隙中。因此，提升元件布置在转换轴之外。转换轴的以及穿通转换轴壁部的元件的空心设计方案的必要性取消。换而言之可优选设置，提升元件通过轴向轴承与构造成罐形的滑动套筒的外底面相联结。本发明的第二种实施形式具有更小的结构长度的优点。但是，在此同样降低转换轴的可自由进入的长度。
专业人员可在考虑到个别情况的特别要求时实行轴向轴承的设计方案的特别类型。构造成滚针轴承已证实为有利的实施形式。
优选地在之前所阐述的每个实施形式中设置有阻尼元件，该阻尼元件在联结位置中形成用于提升元件的衰减的限动。这种阻尼元件优选布置在有利地固定在壳体上的电磁伺服单元的区域内。例如，可设置有由衰减的材料制成的限动板。尤其可在抑制感觉干扰的转换噪音中可看出阻尼的优点。备选地可同样实现技术上昂贵的液压阻尼。
如开头已提及的那样，滑动套筒优选在分离位置中加上弹簧预紧。在此，弹力应设计成尽可能小，这意味着，刚好足够用于在线圈的无电流状态中克服提升元件和联结元(例如滑动套筒)的摩擦力。回位弹簧的弱设计的优点是，为了在联结位置中保持联接装置而在联结位置中必须施加到提升元件上的力可较小，这尤其意味着小的线圈电流和整体小的能量消耗。
在联结位置中进一步降低能量消耗可在本发明的有利的改进方案中由此而实现，即，在联结位置中设置有提升元件的端部位置卡锁器(Endlagenverriegelung)，其中，在联结位置中可控的卡锁元件接合到提升元件的轴向上受限制的凹口中。尤其可有利地设置，卡锁元件为弹性地加上预紧的卡锁体，该卡锁体的预紧可借助于电磁的转换装置(Schalteinrichtung)而控制。例如，靠着该提伸元件且垂直于提升元件轴向方向的加上弹簧预紧的球体适合作为预紧的卡锁体。提升元件具有凹口，卡锁球体在到达联结位置时闭锁到该凹口中并且防止回位。在此，可借助于小的电磁铁调节或控制弹簧预紧。在此，以有利方式如此地设计转换，即，使得为了施加预紧(该预紧导致提升元件不可克服的卡锁)，当电磁铁的线圈通电时，仅仅贴靠。反之在线圈无电流的状态中弹簧预紧降低到这样的程度，即，使得由联结元-回位弹簧的回位力所加载的提升元件可克服卡锁并且可返回到分离位置中。这种实施形式所具有的优点是，操纵提升元件的电磁伺服单元在联结位置中不必加载保持电流。更确切地说，仅给卡锁器械的电磁铁加载典型地明显更小的保持电流就足够了。这同样允许，将提升元件的回位弹簧设计成更强，这导致从联结位置更快转换到分离位置。
提升元件的操控优选如此地实现，即，使得在转换时段(Schaltperiode)期间(在该转换时段中联接装置从其分离位置转变(überführen)到其联结位置中)，线圈在第一阶段中被供应快速上升到最大值的电流，并且在第二阶段中被供应缓慢下降到保持值的电流，以使得提升元件在其提升路程(Hubweg)的第一区段中加载快速上升到最高值的力，在其提升路程的第二区段中恒定加载最大力，以及在其提升路程的第三区段中加载缓慢下降到保持值(该保持值足够平衡滑动套筒的弹簧预紧)的力。
尤其当从分离位置过渡到联结位置中时，提升元件和滑动套筒的大的力加载是必需的，以用于克服在根据爪齿联接器或同步器的类型而工作的滑动套筒和转换体之间的阻止力(Abweiskraft)。在克服阻止力之后，即在引入滑动套筒和转换体之间的形状配合之后仅仅还必需更小的力，以用于结束过渡到联结位置。根据带有或不带有端部位置卡锁器实施形式，仅仅还需要小的保持电流或小的保持力或者可无电流地转换伺服装置(Stelleinrichtung)。
【附图说明】
本发明的其它特征和优点从下文特别的描述和附图中获得：
其中：
图1显示了根据本发明的联接装置的第一种实施形式。
图2显示了根据本发明的联接装置的第二种实施形式。
图3显示了根据本发明的联接装置的改进方案的示意性的图示。
图4显示了用于操控根据本发明的联接装置的示范性的线图。
【具体实施方式】
图1显示根据本发明的联接装置10的第一种实施形式。联接装置10用于未示出的传动构件(该传动构件通过其输出齿轮(Ausgangszahnrad)与联接装置10的转换齿轮12处于齿啮合中)与仅局部示出的传动构件14(该传动构件14通过其输入齿轮与联接装置10的联结齿轮(Koppelrad)16处于齿啮合中)的联结。联结齿轮16以抗扭方式、在所示的实施形式中以单件的形式与联接装置10的转换轴18相连接。通过使在分离位置中可转动支承在转换轴18上的转换齿轮以抗扭方式与转换轴相连接，实现联接。转换齿轮12和转换轴18之间的抗扭的连接通过从手动的变速器(Schaltgetrieb)中原则上已知的同步器而实现。为此，轴向上可移位地支承在转换轴18上的滑动套筒20间接地通过同步体22和联接体24而与转换齿轮处于形状配合。
为了实现滑动套筒20的轴向移位，设置有电磁伺服单元。在图1中示出的实施形式中转换轴18实施成空心轴。轴向上邻近电磁伺服装置28的推杆颈部26伸入到空心转换轴18的内部中。推杆颈部26以未进一步示出的方式与电磁铁的衔铁(Anker)相联结，该衔铁以原则上已知的方式与电磁伺服单元28的可通电的线圈相互作用。在此，如此地设计电磁伺服单元28，即，使得推杆颈部26在合适的通电中运出(ausfahren)。推杆头部30布置在空心转换轴18的内部中，该推杆头部30通过轴向轴承32轴向上与推杆颈部26相连接，但是与其脱离转动联结。推杆头部30具有侧向突起34，该突起34穿过空心转换轴18的壁中的长孔形凹口36。在转换轴18之外，突起34与滑动套筒20处于形状配合。原则上突起34和滑动套筒20之间的其它类型的联结(例如力配合(Kraftschluss)或材料配合(Stoffschluss))同样是可能的。然而，在图1中示出的形状配合在容易装配方面具有制造优点。
为了操纵联接装置10，也就是说为了使其从分离位置转变到联结位置中，如此地给电磁伺服单元28通电，即，使得推杆颈部26运出。在分离位置中转换齿轮12自由地绕着转换轴18转动，转换轴18根据邻近的传动部件14的运动状态而停止或不依赖于转换齿轮12而转动。通过运出推杆颈部26同样使推杆头部30向前移位，以使得滑动套筒20通过其与推杆头部-突起34的连接同样受到轴向上的推动，直到抗扭地与转换轴18相联结的滑动套筒20与抗扭地与转换齿轮12相连接的联接体24处于形状配合。为了减小转换噪音并为了降低损耗，将以已知方式工作的同步体22置于其中(zwischenschalten)。在建立滑动套筒20和联接体24之间的形状配合之后，在转换齿轮12和转换轴18之间存在抗扭的连接，以使得两侧邻近联接装置10而安放的传动部件(若这些传动部件与转换齿轮12或联结齿轮16同步)相互连接。
为了分离联结，也就是说为了使联接装置10从联结位置转变到分离位置中，减小或断开电磁伺服装置28的电流是足够的。因为，在所显示的实施形式中滑动套筒20通过螺旋弹簧38而支撑靠着同步体22。由此，回位力施加到滑动套筒20并且通过突起34作用到推杆头部30和推杆颈部26上。该回位力优选设计成刚好如此大，即，使得摩擦力可被克服并且在伺服装置28的通电降低或断开时使滑动套筒20和联接体24之间的形状配合分离。由此确保，例如在供电取消时使相连接的传动部件的联结分离。
图2显示根据本发明的联接装置10′的第二种实施形式。在图2中对于相同的或等效的构件使用了与在图1中一样的参考标号，分别设有“′”。为了避免重复下文仅探讨与图1的实施形式的不同点。
在图2的实施形式中转换轴18′(该转换轴18′在此处不必强制实施成空心轴)由电磁伺服装置28′所环状地包围。该伺服装置28′具有固定在壳体上的线圈27′，该线圈27′与位于内部的电磁铁-衔铁29′以电磁方式而相互作用。衔铁29′通过推杆颈部26′与位于线圈之外的、环状的推杆头部30′相连接。推杆头部30′通过环状的轴向轴承(优选滚针轴承)支撑在滑动套筒20′的下底侧处。轴向轴承32′在该实施形式中形成伺服装置28′和滑动套筒20′之间的转动联结脱离器。
图3显示本发明的改进方案的示意性图示，该改进方案不仅可使用于图1的实施形式而且可使用于图2的实施形式以及还可使用于等效的、未明确示出的实施形式。为了简化图示，对于相同的或等效的构件使用图1的参考标号。
图3的实施形式具有两个在图1和图2中未示出的特点。首先，由电磁伺服装置28操纵的提升元件26与端部位置阻尼40相联结。端部位置阻尼在结构上可构造成衰减的限动片(Anschlagscheibe)。备选地可同样实现液压的阻尼，但是其基于较高的结构费用而一般不优选。端部位置阻尼防止感觉为干扰的转换噪音。此外，图3的实施形式具有端部位置卡锁器42。为此，提升元件26设有斜面44，该斜面44例如可在推杆体中构造成轴向上受限制的凹口。在图3中构造成卡锁球体46的卡锁体利用弹簧预紧48而贴靠在提升元件26处并且在卡锁位置中闭锁在斜面44处。在此，弹簧预紧48可通过优选确定为小参数的电磁铁50而被控制或被接通和断开。电磁铁50优选以电的方式与伺服装置28相联结，也就是说，当提升元件26运出时，使弹簧预紧48激活。以这种方式将提升元件26卡锁在联结位置中。伺服装置28的通电此后可完全断开。尤其不必的是，施加足够克服回位弹簧38的回位力的保持电流。因为，回位力由卡锁球体48支撑在其卡锁位置中。在电磁铁50中对此所必须的电流(该电流是必需的，以用于保证使卡锁球体46保持在卡锁位置中)可确定参数明显小于伺服单元28的相应的保持电流。为了转变返回到联接装置的分离位置中，将电磁铁50中的卡锁电流完全断开则足够了。在斜面44的合适设计以及弹簧预紧48的合适的确定参数中，则消除或克服卡锁并且提升元件26可滑动返回到分离位置。本发明的这两个上文所论述的改进特征(即，端部位置阻尼和端部位置卡锁器)可共同地或单独地使用在每个根据本发明的联接装置中，其中，专业人员能够根据本文的公开容易地找到合适的结构上的解决方案。
图4显示根据本发明的联接装置的提升元件26的示范性的操控曲线。图4的曲线图示出在提升路程S上由伺服装置28施加的力F。首先伺服单元28的线圈加载高电流，以使得提升元件26获得快速上升到最大值的推动力。在典型的设计方案中，该最大力大约在150-300牛的区域中。力是必须的，以用于在滑动套筒20和联接体24之间进入形状配合时克服阻止力；其中，这种阻止力在简单的爪齿联接器情况中比在同步器(如在图1和图2中)的情况中高。在克服阻止力之后对于剩余的伺服路程仅仅还需要较小的力，其足够克服弹簧38的回位力并且将滑动套筒运送到其形状配合的端部位置中。在实现形状配合后只需要较小的回位弹力，以用于将联接装置保持在联结位置中。在端部位置卡锁器的情况中(如在图3中所示那样)，可将保持力降低到零。
当然在特别的描述中所讨论的以及在附图中所显示的实施形式仅示出本发明的解释性的实施例。根据本文的公开为专业人员提供宽的变型范围。尤其可使转换轴和转换齿轮之间的形状配合的具体设计方案适应个别情况的要求。
参考标号列表
10，10′联接装置
12，12′转换齿轮
14 邻近的传动部件
16，16′联结齿轮
18，18′转换轴
20，20′滑动套筒
22，22′同步体
24，24′联接体
26，26′推杆颈部
27′ 线圈
28，28′电磁伺服单元
29′ 电磁铁-衔铁
30，30′推杆头部
32，32′轴向轴承
34 推杆头部的突起
36 转换轴中的长孔
38，38′回位弹簧
40 端部位置阻尼
42 端部位置卡锁器
44 斜面
46 卡锁球体
48 弹簧预紧
50 卡锁磁铁