本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于机动车辆的动力传动系的执行器装置。
背景技术
执行器装置的不同的结构上的实施方案在汽车工程的领域中在机动车辆动力传动系中用于可选地执行第一轴元件与第二轴元件的驱动有效的耦联。这种类型的执行器装置尤其在全轮驱动的机动车辆中应用并且在具有混合动力的驱动系架构的机动车辆中应用。在全轮驱动的机动车辆的应用领域中，可靠地将动力传动系的子区域分开以及按照需求并且高动态地接通动力传动系的相应的子区域而不大量需求辅助电能是所期望的，其中尤其应当实现相应的运行状态的保持，优选不需要任何能量供给。此外所期望的是，在任何运行状态中执行器装置的许多构件都不在彼此上滚动或者滑动，以便如此避免摩擦损耗。
文献de102011077748a1例如描述了一种齿轮变速器外部的连接设备。所述连接设备具有滑动套筒，所述滑动套筒抗相对转动地并且在至少一个第一和第二位置之间轴向可移动地设置在车轴上，其中滑动套筒在第一位置中引起车轴与车辆动力传动系元件的旋转脱耦，而在第二位置中引起其旋转耦联。所述连接设备此外具有用于在第一位置和第二位置之间移动滑动套筒的调节机构，所述调节机构具有沿着滑动套筒的环周的切换槽和用于接合到切换槽中的接合机构。在连接设备的一个优选的改进方案中，接合机构可以以可切换的方式与相应关联的切换槽接合或者脱接。接合机构在此例如借助于电动机或者以电磁的方式关于切换槽移入和/或移出。在这种情况下，为了移入和移出也能够应用不同的操作原理，例如，移出能够机械地通过弹簧机构/弹簧储能器来实现而移入能够以电磁的方式实现，或者正好相反。只要移入或移出通过弹簧机构进行，也就是说，通过释放弹簧机构的压力来进行，那么优选存在保持设备，所述保持设备将接合机构保持在如下位置中而不需要能量耗费，在所述位置中弹簧机构张紧。保持设备例如构成为落球设备。
文献de102011085839a1例如描述了如下离合器设备，所述离合器设备具有两个可借助于滑动套筒耦联的离合器部分，即第一离合器部分和第二离合器部分，所述第一和第二离合器部分在联接状态中经由滑动套筒形状配合地彼此耦联。滑动套筒抗相对转动地并且轴向可移动地设置在第一离合器部分上。滑动套筒在其环周面上具有至少一个第一阶梯，所述第一阶梯具有第一阶梯侧壁并且以第一阶梯走向在滑动套筒的环周面上延伸。第一阶梯走向也具有沿着第一离合器部分的旋转轴线的轴向的方向分量。可在调节机构耦联位置和调节机构脱联位置之间往复运动的调节机构，在这两个离合器部分脱联过程期间在其调节机构脱联位置中贴靠在滑动套筒的第一阶梯侧壁中，使得滑动套筒在第一离合器部分转动时轴向地远离第二离合器部分运动到套筒脱联位置中。此外，滑动套筒借助于轴向地起作用的弹簧支撑，使得弹簧力将滑动套筒保持在使第一和第二离合器部分彼此机械耦联的套筒耦联位置中或者将所述第一和第二离合器部分推入该套筒耦联位置中，如果调节机构位于其调节机构耦联位置中的话。滑动套筒在耦联设备以所描述的方式构成时经由处于其调节机构脱联位置中的调节机构保持在脱联位置中，由此产生提高的能量耗费。
文献de102014209809a1公开了一种用于机动车辆的离合器，优选用于接通和切断全轮车辆的动力传动系，包括第一轴、与第一轴共轴地设置地第二轴、联接套筒以及可加载电流的线圈，所述联接套筒相对于第一轴并且相对于第二轴可沿着轴线方向移动并且引起第一轴和第二轴的形状配合的联接或脱接，其中通过给线圈加载电流可使联接套筒沿着轴线方向移动。在一个优选的实施方式中，联接套筒至少部段地在其外环周上具有滑槽轨道，其中螺母-角区段可接合到滑槽轨道中，所述螺母-角区段可通过加载电流的线圈操作。螺母-角区段优选持久地与杠杆连接并且可经由杠杆与切换套筒的滑槽接合。
技术实现要素：
本发明的目的是提出一种用于选择性地执行第一轴元件与第二轴元件的耦联的替选的执行器装置，所述执行器装置在简单地构造的情况下通过最小程度地使用辅助电能并且在最小摩擦损耗的情况下工作。
所述目的通过一种用于机动车辆的动力传动系的执行器装置实现，所述执行器装置包括：可轴向运动的切换元件，其中切换元件可选择性地运动到第一切换位置和第二切换位置中，其中在切换元件的第一切换位置中第一轴元件和第二轴元件驱动有效地连接，而在切换元件的第二切换位置中，第一轴元件和第二轴元件不驱动有效地连接；切换机构，其中经由切换机构可执行切换元件的切换过程，即切换元件从第一切换位置到第二切换位置中的轴向运动，并且可执行切换元件的第二切换过程，即切换元件从第二切换位置到第一切换位置中的轴向运动；和保持机构，其中切换元件经由保持机构不仅机械地保持在第一切换位置中而且机械地保持在第二切换位置中，其中切换机构具有轴向可移动的移动元件，并且保持机构具有至少一个牢固地设置在切换元件上的锁止元件和牢固地设置在第一轴元件上的锁止轮廓，其中锁止元件在切换元件的第二切换位置中锁入锁止轮廓中，而锁止元件在执行第二切换过程时可借助于移动元件从锁止轮廓中松开。
根据本发明，执行器装置包括切换元件、切换机构和保持机构。
根据本发明，切换元件是轴向可运动的并且可选择性地运动到第一切换位置和第二切换位置中。
借助于切换元件可使第一轴元件和第二轴元件驱动有效地连接。
根据本发明，在切换元件的第一切换位置中，第一轴元件和第二轴元件驱动有效地连接，而在切换元件的第二切换位置中，第一轴元件和第二轴元件不驱动有效地连接。
术语“轴向”描述了沿着或者平行于第一轴元件的纵轴线的方向。
术语“径向”描述了垂直于第一轴元件的纵轴线的方向。
执行器装置的切换机构根据本发明构成为，使得经由切换机构可执行切换元件的第一切换过程，即切换元件从第一切换位置轴向运动到第二切换位置中，并且可执行切换元件的第二切换过程，即切换元件从第二切换位置轴向运动到第一切换位置中。根据当前根据本发明的执行器装置，切换机构具有可轴向移动的移动元件。
根据本发明的保持机构构成为，切换元件机械地、在不需要辅助电能的情况下保持在第一切换位置以及第二切换位置中。根据本发明，保持机构具有至少一个牢固地设置在切换元件上的锁止元件和牢固地设置在第一轴元件上的锁止轮廓，其中锁止元件在切换元件的第二切换位置中锁入锁止轮廓中。
此外，根据本发明切换机构的移动元件和保持机构的锁止元件构成为，使得锁止元件在执行第二切换过程时可借助于移动元件从锁止轮廓中松开。
通过执行器装置的根据本发明的构成方案，确保有效的、降低能量以及可靠的运行。
仅在第一切换过程期间并且在第二切换过程期间引起摩擦损耗和对辅助电能的需求。如果在第一轴元件和第二轴元件之间的驱动有效的连接经由执行器装置来建立，那么不引起另外的能量消耗。
本发明的改进方案在从属权利要求、说明书以及附图中提出。
优选地，切换机构具有壳体和电磁的执行器，其中电磁的执行器牢固地设置在壳体上，并且移动元件可借助于电磁的执行器相对于壳体轴向运动。
电磁的执行器用于使切换机构的移动元件轴向移动。通过执行器装置的根据本发明的构成方案，在切换元件的第一切换位置中和/或切换元件的第二切换位置中不需要持久地给电磁的执行器通电，由此产生执行器装置的尤其能量有效的运行。
电磁的执行器的不同的实施方案变型形式是可以考虑的，例如单一的螺线管或者多个围绕移动元件的环周分布的螺线管或者环形线圈磁体，所述环形线圈磁体均匀地在移动元件的整个环周上起作用。
电磁的执行器用于操作切换机构以及保持机构。
此外，优选切换机构具有切换杠杆，其中切换杠杆可借助于第三弹性元件围绕旋转轴线运动，使得所述切换杠杆与在切换元件的外侧表面上构成的切换滑槽接合，并且可借助于移动元件克服第三弹性元件的力与切换元件的在外侧表面处的切换滑槽脱离接合。
切换滑槽至少部段地在切换元件的外侧表面上构成。能够将术语“切换滑槽”理解为如下各种几何上的构成方案，所述构成方案允许在切换杠杆接合时切换元件的轴向运动。
切换滑槽例如螺纹状地在切换元件的外侧表面上构成并且优选在其走向上具有不同的螺距。
经由切换滑槽在切换元件的外侧表面上的构成，能够影响切换元件的运动过程和/或速度曲线。
优选地，移动元件具有锁定机构，其中锁定机构在移动元件的柱形的容纳开口中构成并且具有压力销、中间件、插入套筒、带有齿区段的销钉和压力弹簧。中间件能够与压力销相关联。
优选地，锁定机构可通过移动元件相对于切换机构的壳体的轴向运动来操作。
根据本发明的执行器装置例如能够在位于机动车辆的轴传动装置和车轮之间的半轴上装入。
附图说明
本发明在下文中示例性地参照附图来描述。
图1示出在切换元件的第一切换位置中的示例性的执行器装置的剖视图。
图2示出在第一切换过程期间示例性的执行器装置的剖视图。
图3示出在切换元件的第二切换位置中的示例性的执行器装置的剖视图。
图4示出在第二切换过程期间示例性的执行器装置的剖视图。
图5示出根据图1的示例性的执行器装置的视图。
图6示出锁定机构的示意性的细节视图。
图7示意性地示出在第一锁定位置中的锁定机构的主要部件的展开的视图。
图8示意性地示出在从第一锁定位置转换为第二锁定位置时锁定机构的主要部件的展开的视图。
图9示意性地示出在第二锁定位置中的锁定机构的主要部件的展开的视图。
图10示出保持机构的示意性的细节视图。
具体实施方式
图1至图4示出在切换元件的不同的切换位置中，即在切换元件2的第一切换位置和切换元件2的第二切换位置(图1和图3)中以及在不同的切换过程期间，即在第一切换过程期间和第二切换过程期间(图2和图4)的示例性的根据本发明的执行器装置1。
执行器装置1具有切换元件2、切换机构5和保持机构6。
切换元件2构成为切换接合套2’并且抗相对转动地并且轴向可运动地设置在第一轴元件3上。第二轴元件4与第一轴元件3共轴地设置。
术语“轴向”描述了沿着或者平行于第一轴元件3的纵轴线25的方向。
第一轴元件3与第二轴元件4的选择性的耦联可经由执行器装置1执行。第一轴元件3和第二轴元件4彼此共轴地设置，并且如在图1至图4中所示出的那样，可经由形状配合的耦联机构30，在此即“飞球”机构30’连接。在切换元件2、2’的第一切换位置中，切换元件2、2’将“飞球”机构30’的球状的连接元件31压入相应的连接元件容纳部32中，以便如此确保从第一轴元件3到第二轴元件4上的力矩传输，或者相反。
图1示出在第一切换位置中的切换接合套2’，所述第一切换位置即如下切换位置，在所述切换位置中，第一轴元件3与第二轴元件驱动有效地连接。
图3示出在第二切换位置中的切换接合套2’，所述第二切换位置即如下切换位置，在所述切换位置中，第一轴元件3不与第二轴元件驱动有效地连接。
切换机构5具有壳体10、牢固地设置在壳体10上的电磁的执行器11、带有锁定机构17的移动元件7和切换杠杆12。
电磁的执行器11具有线圈48，即电磁线圈，和沿着轴向方向可运动的衔铁(未示出)，其中衔铁牢固地与移动元件7连接。
移动元件7具有基本上u形的横截面，其中u形的打开的一侧指向切换杠杆12而u形的闭合的一侧指向电磁的执行器11。移动元件7此外构成为柱形的套筒或者构成为柱形的套筒的角区段。
移动元件7借助于电磁的执行器11是轴向可运动的并且支承在壳体10中。
锁定机构17在图6至图9中示出。锁定机构17在移动元件7的容纳开口18中构成。容纳开口18在移动元件7的朝向壳体10的一侧上构成并且具有第一出口26和第二出口27，其中第一出口26构成在径向外部而第二出口27构成在径向内部。经由在电磁的执行器11中根据电磁的执行器11的衔铁的位置反作用的电磁的力作用能够推导出所述系统的相应的切换状态。
术语“径向”描述了垂直于第一轴元件3的纵轴线25的方向。
术语“径向内部”描述了关于第一轴元件3的纵轴线25与“径向外部”的径向位置相比离纵轴线25更近的径向位置。
锁定机构17以“可伸缩圆珠笔机构”的方式构成。为此，锁定机构17具有压力销19、中间件20、插入套筒34、带有齿区段35的销钉21和压力弹簧22。
移动元件7的容纳开口18基本上柱形地构成。在移动元件7的容纳开口18中设置有插入套筒34。插入套筒34在其环周上以均匀分布的方式具有多个径向延伸的第一隆起部36，其中第一隆起部36在其径向内部的端部上具有斜面37(图7)。在第一隆起部36之间分别构成有间隙38，其中每个第二间隙38借助于相应第二隆起部39部分闭合地构成。第二隆起部39在其径向内部的端部上像第一隆起部36那样倾斜地成形。在容纳开口18中，锁定机构17的压力弹簧22设置在径向最靠内的区域中(图6)。
销钉21基本上柱形地构成。销钉21具有第一部段42和第二部段43。销钉21的第一部段42和销钉21的第二部段43基本上通过将第二止挡件41设置在销钉21上来产生。
锁定机构17的压力弹簧22设置在销钉21的第一部段42的区域中并且支撑在容纳开口18中的第一止挡件40上和在销钉21处的第二止挡件41上。锁定机构17的压力弹簧22将销钉21预紧到第一锁定位置中。
在销钉21的径向外部的端部上，齿区段35设置在容纳开口18的区域中。
齿区段35在销钉21的第二部段43的区域中在销钉21的外侧表面上牢固地与销钉21连接并且基本上柱形地构成。齿区段35在其外环周上以均匀分布的方式具有多个第三隆起部44。插入套筒34相比于齿区段35的第三隆起部44具有两倍数量的第一隆起部36和同样数量的第二隆起部39。齿区段35的第三隆起部44构成为，使得所述第三隆起部嵌入插入套筒34的第一隆起部36之间的间隙38中——第三隆起部44构成为，使得所述第三隆起部至少部分地嵌入具有插入套筒34的第二隆起部39间隙38中并且完全地嵌入其他的间隙38中。在第三隆起部44的径向外部的端部上构成有第二斜面47。
在中间件20的径向外部的端部上，压力销19至少部分地设置在容纳开口18中——压力销19的径向外部的端部从容纳开口18的第一出口26中引导出来(图6)。中间件20在其关于纵轴线25位于径向内部的端面上环周地具有径向取向的齿部45。压力销19构成为，使得所述压力销在将径向向内取向的力施加在其径向外部的端部上时将中间件20并且经由齿区段35将销钉21克服压力弹簧22的力径向向内挤压——压力销19、中间件20、齿区段35和销钉21克服压力弹簧22的力经历径向向内的运动。在此，由于中间件20的齿部45与齿区段35的第二斜面47的共同作用引起齿区段35与销钉21一起的旋转运动。所述旋转运动是第三隆起部44离开相应的间隙38进入相应在环周上下一个间隙38中的运动。销钉21在此穿过容纳开口18的第二出口27运动到第一锁定位置或者第二锁定位置中。
第一锁定位置(图7)对应于如下位置，在所述位置中，齿区段35的第三隆起部44分别移动到不具有第二隆起部39的间隙38中并且完全地容纳在该处——销钉21完全地容纳在容纳开口18中。
第二锁定位置(图9)对应于如下位置，在所述位置中，齿区段35的第三隆起部44分别移动到具有第二隆起部39的间隙38中并且仅部分地容纳在该处——销钉21在第二部段21的区域中至少部分引导穿过容纳开口的第二出口27。
保持机构6在当前的实施例中包括环28，所述环具有四个沿着其环周均匀地间隔开的、轴向地朝向电磁的执行器11构成的锁止元件8，其中环28牢固地设置在切换接合套2’上。此外，保持机构6包括呈圆环形式的环绕的锁止轮廓9。锁止轮廓9沿着中间元件29的环周设置，其中中间元件29牢固地设置在第一轴元件3上(图5；图10)。
在图1中示出的状态对应于切换接合套2’的第一切换位置，在所述第一切换位置中，第一轴元件3和第二轴元件4抗相对转动地经由“飞球”机构30’耦联。切换接合套2’在此经由第一弹性元件23压入第一切换位置中并且在此将“飞球”机构30’的球状的连接元件31压入相应的连接元件容纳部32中，以便如此确保从第一轴元件3到第二轴元件4上的力矩传输，或者相反。电磁的执行器11在此是无电流的并且移动元件7通过第二弹性元件24牵拉直至碰撞在切换杠杆12上。锁定机构17的销钉21位于第一锁定位置中，也就是说，处于完全位于容纳开口18中的状态中(图7)。
切换杠杆12通过第三弹性元件13在切换杠杆12的旋转轴线14中预紧，使得该切换杠杆持续地接合到切换接合套2’的外侧表面16上的切换滑槽15中。在切换接合套2’的在图1和图2中示出的第一切换位置中，移动元件7妨碍切换杠杆12接合到切换接合套2’的外侧表面16上的切换滑槽15中。
替代于在切换杠杆12的旋转轴线14处的第三弹性元件13，也可以考虑在切换杠杆12和切换机构5的壳体10之间的第三弹性元件，所述第三弹性元件将切换杠杆2同样压入切换滑槽15中。
第二弹性元件24在此构成为移动元件7和壳体10之间的拉力弹簧。然而也可以考虑的是，构成压力弹簧作为切换接合套2’和电磁的执行器11之间的第二弹性元件24。
图2示意性地示出第一切换过程，即切换接合套2’从第一切换位置转换到第二切换位置中。在给电磁的执行器11通电时，更确切地说，给电磁的执行器11的线圈48通电时，移动元件7沿着轴向方向运动至电磁的执行器11(关于图2向右)。切换杠杆12通过移动元件7的这种轴向运动释放从而能够接合到切换接合套2’的外侧表面16上的切换滑槽15中。通过第一轴元件3的转动，切换接合套2’克服第一弹性元件23的力朝向第二切换位置，即关于图2向右运动。因此，使第一轴元件3和第二轴元件4之间的驱动有效的连接脱开。“飞球”机构30’的球状的连接元件31除了离心力外还通过由永磁材料构成的保持磁体33保持在径向外部。保持机构6的锁止元件8分别接合到环绕的锁止轮廓9中从而阻止切换接合套2’不期望地回置到第一切换位置中。
在第一切换过程期间，此外引起对锁定机构17的操作，因为在移动元件7朝向电磁的执行器11轴向移动时，锁止机构17的压力销19由于壳体10的构成而朝向径向内部挤压，由此销钉21延伸穿过容纳开口18的第二出口27(图8)。
如果在图2中示意性示出的第一切换过程结束，那么切换杠杆12从切换滑槽15中抬起，其方式是，电磁的执行器11与电源断开——移动元件7由此通过第二弹性元件24轴向地关于图3向左运动。锁定机构17由于壳体10的构成而通过图2中的第一切换过程操作，并且在移动元件7轴向地向回运动期间锁定机构17的齿区段35从不具有第二隆起部39的间隙38旋转到具有第二隆起部39的间隙38中。由此，销钉21位于第二锁定位置中并且阻止移动元件7因第二弹性元件24的力移动直至碰撞在切换杠杆12上。切换杠杆12碰撞在锁定机构17的销钉12上，以便不让切换杠杆12在切换接合套2’上滑动。保持机构6的锁止元件8锁入保持机构6的锁止轮廓9中，以便克服第一弹性元件23的力保持切换接合套2’(图3，图9)。
为了开始第二切换过程，即将切换接合套2’从第二切换位置转移到第一切换位置中，移动元件7对应于图2再次通过给电磁的执行器11通电轴向地朝向电磁的执行器11运动(关于图2向右)。锁定机构17再次通过壳体10的构成来操作。紧接着，电磁的执行器11重新与电源切断，并且移动元件7通过第二弹性元件24轴向地，关于图2向左牵引。在移动元件7的轴向的向回运动期间，齿区段35与锁定机构17的销钉21一起从具有第二隆起部39的间隙38旋转到不具有第二隆起部39的间隙38中。由此，销钉21位于第一锁定位置中，并且移动元件7能够轴向移动直至碰撞在切换杠杆12上。切换杠杆12碰撞移动元件7。在此，通过移动元件7，同时将保持机构6的锁止元件8通过抬起再次从锁止轮廓9中释放，并且切换接合套2’通过第一弹性元件23的力再次压入第一切换位置中，由此“飞球”机构30’的球状的连接元件31再次压入到相应的连接元件容纳部32中并且建立第一轴元件3和第二轴元件4之间的耦联(图4)。
保持机构6的锁止元件8在最简单的情况下构成为板构件并且能够通过移动元件7弹性变形到如下程度：所述锁止元件从锁止轮廓9抬起并且如此撤除锁止元件8和锁止轮廓9之间的锁止。锁止元件8随着第一轴元件3转动并且借助于移动元件7的转动对称的构成同时抬起所有的锁止元件8。为了能够简化锁止元件8从锁止轮廓9抬起，也能够在锁止轮廓上设置底切46(图4，图10)。
第二切换过程即使在第一轴元件3静止时也是可行的。
切换接合套2’由于执行器装置1的构成可在最小程度地使用辅助电能的条件下高动态地在两个切换位置之间运动——辅助电能仅需要用于控制切换过程。在第一切换过程期间对于切换接合套2’的运动所需要的能量从转动的第一轴元件中提取。对于在第二切换过程期间切换接合套2’的运动所需要的能量通过第一弹性元件23的释压来提供。
附图标记列表
1执行器装置
2切换元件
2’切换接合套
3第一轴元件
4第二轴元件
5切换机构
6保持机构
7移动元件
8锁止元件
9锁止轮廓
10壳体
11电磁的执行器
12切换杠杆
13第三弹性元件
14旋转轴线
15切换滑槽
16外侧表面
17锁定机构
18容纳开口
19压力销
20中间件
21销钉
22压力弹簧
23第一弹性元件
24第二弹性元件
25纵轴线
26第一出口
27第二出口
28环
29中间元件
30形状配合的耦联机构
30’“飞球”机构
31连接元件
32连接元件容纳部
33保持磁体
34插入套筒
35齿区段
36第一隆起部
37第一斜面
38间隙
39第二隆起部
40第一止挡件
41第二止挡件
42第一部段
43第二部段
44第三隆起部
45齿部
46底切
47第二斜面
48线圈