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Title:
CLUTCH UNIT FOR REVERSIBLY COUPLING A DRIVE SIDE TO AN OUTPUT SIDE OF A DRIVE TRAIN
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/241753
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a clutch unit for reversibly coupling a drive side (2) to an output side (3) of a drive train, comprising a linearly moveable shift collar (8) which is sitting on a drive element (4) of the drive side (2) and engages into an outer toothing (5) of the drive element (4) with an inner toothing (9), and which can be shifted into a coupling position from a decoupling position, along the outer toothing (5), via an output element (6) of the output side (3), by engaging the inner toothing (9) also into an outer toothing (7) of the output element (6), wherein an actuator (10) is provided for shifting the shift collar (8), which has a linearly moveable piston (13) and a shift rod (17) coupled to the piston (13) and connected to the shift collar (8), wherein the piston (13) is supported axially on the shift rod (17) via a spring element (26) with a movement into the coupling position.

Inventors:
LORENZ ELMAR (DE)
Application Number:
PCT/DE2023/100355
Publication Date:
December 21, 2023
Filing Date:
May 15, 2023
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG (DE)
International Classes:
F16D25/08; F16D11/00
Foreign References:
EP0510457A11992-10-28
DE19939201A12001-02-22
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Claims:
Patentansprüche

1 . Kopplungseinheit zur reversiblen Kopplung einer Antriebsseite (2) mit einer Abtriebsseite (3) eines Antriebsstrangs, umfassend eine linear verschiebbare Schaltmuffe (8), die auf einem Antriebselement (4) der Antriebsseite (2) sitzt und mit einer Innenverzahnung (9) in eine Außenverzahnung (5) des Antriebselements (4) eingreift, und die aus einer Entkopplungsstellung längs der Außenverzahnung (5) über ein Abtriebselement (6) der Abtriebsseite (3) unter Eingriff der Innenverzahnung (9) auch in eine Außenverzahnung (7) des Abtriebselements (6) in eine Kopplungsstellung schiebbar ist, wobei zum Verschieben der Schaltmuffe (8) ein Aktor (10) vorgesehen ist, der einen linear verschiebbaren Kolben (13) und eine mit dem Kolben (13) gekoppelte Schaltstange (17), die mit der Schaltmuffe (8) gekoppelt ist, aufweist, wobei der Kolben (13) bei einer Bewegung in die Kopplungsstellung über ein Federelement (26) axial an der Schaltstange (17) abgestützt ist.

2. Kopplungseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (26) eine Wellfeder oder eine Tellerfeder ist.

3. Kopplungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (13) zwischen zwei an der Schaltstange (17) vorgesehenen Axialanschlägen (20, 21 ) längs der Schaltstange (17) bewegbar ist.

4. Kopplungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass über einen der Axialanschläge (20) das einerseits am Kolben (13) abgestützte Federelement (26) andererseits abgestützt ist.

5. Kopplungseinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Axialanschlag (20), über den das Federelement (26) abgestützt ist, vorzugsweise beide Axialanschläge (20, 21 ), über einen an der Schaltstange (17) in einer Nut (22, 23) aufgenommenen Sicherungsring (24, 25) gebildet sind. 6. Kopplungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Sicherungsring (24) eine Stützscheibe (28) anliegt, an der das Federelement (26) anliegt.

7. Kopplungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (13) eine ringförmige Vertiefung (27) aufweist, in der das Federelement (26) aufgenommen ist.

8. Kopplungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (10) ein hydraulisch ansteuerbarer Aktor (10) ist.

9. Kopplungseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Kolben (13) zur Schaltstange (17) hin abdichtendes erstes Dichtelement (32) und ein den Kolben (13) zu einer Wand eines den Kolben (13) führenden Zylinders (12) hin abdichtendes zweites Dichtelement (33) vorgesehen ist.

10. Antriebsstrang, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Antriebselement (4) und ein Abtriebselement (6) sowie eine diese reversibel koppelnde Kopplungseinheit (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche.

Description:
Kopplunqseinheit zur reversiblen Kopplung einer Antriebsseite mit einer Abtriebsseite eines Antriebsstranqs

Die Erfindung betrifft eine Kopplungseinheit zur reversiblen Kopplung einer Antriebsseite mit einer Abtriebsseite eines Antriebsstrangs.

Eine solche Kopplungseinheit, oft auch „Disconnect Unit“ oder „Disconnect-Einheit“ genannt, kommt beispielsweise bei Antriebsaggregaten eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz, beispielsweise einer Antriebsachse, bei der es sich auch um eine elektrische Achse, oft e-Achse genannt, handeln kann. Die Kopplungseinheit dient dazu, eine Antriebsseite, an der ein Drehmoment anliegt, reversibel mit einer Abtriebsseite, an die das Drehmoment zu übertragen ist und wo es weitergeleitet wird, zu koppeln. Sie kann beispielsweise zwischen einer Antriebseinheit und einer Zwischenwelle angeordnet sein, um einen Ausgang der Antriebseinheit, also die Antriebsseite, mit dem Eingang der Zwischenwelle, also der Abtriebsseite, zu koppeln. Auch eine Anordnung zwischen einer solchen Zwischenwelle und einem Differenzial ist denkbar, wobei dann die Zwischenwelle, an der das vom Antrieb kommende Drehmoment anliegt, die Antriebsseite darstellt, während das Differenzial, an das das Drehmoment übertragen wird, die Abtriebsseite darstellt. Die Kopplungseinheit kann also an unterschiedlichen Positionen in einen solchen Antriebsstrangs integriert werden. Dabei ist die Kopplungseinheit schaltbar, um über ein ansteuerbares Schaltmittel, also einen Aktor, eine drehmomentfeste Kopplung der Antriebs- und der Abtriebsseite zu erwirken respektive auch wieder aufzuheben.

Eine solche Kopplungseinheit verbindet zwei verzahnte Elemente an der Antriebsund der Abtriebsseite, das heißt, dass an der Antriebsseite ein außenverzahntes Antriebselement, beispielsweise ein erstes Zahnrad, angeordnet ist, während an der Abtriebsseite ein außenverzahntes Abtriebselement, beispielsweise ein zweites Zahnrad, vorgesehen ist, die über ein Kopplungselement reversibel verbunden werden. Ein solches Kopplungselement ist regelmäßig in Form einer linear verschiebbaren Schaltmuffe vorgesehen, die auf dem Antriebselement sitzt, also antriebsseitig vorgesehen ist, und mit einer Innenverzahnung in die Außenverzahnung des Antriebselements eingreift. Mittels eines Aktors kann die Schaltmuffe zum Koppeln der Antriebs- mit der Abtriebsseite längs der Außenverzahnung des Antriebselements verschoben und über das Abtriebselement geschoben werden, sodass die Innenverzahnung der Schaltmuffe zusätzlich auch in die Außenverzahnung des Abtriebselements greift. Das Antriebselement und das Abtriebselement sind dann über die sie beide umgreifende, sie über den Verzahnungseingriff verbindende Schaltmuffe drehfest miteinander gekoppelt, sodass das an der Antriebsseite anstehende Drehmoment an die Abtriebsseite übertragen werden kann.

Beim Schieben der Schaltmuffe von dem Antriebselement auf das Abtriebselement kann es zu einem Zahn-auf-Zahn-Kontakt der Innenverzahnung der Schaltmuffe und der Außenverzahnung des Abtriebselements kommen, das heißt, dass die Stirnfläche der Innenverzahnung der Schaltmuffe auf die Stirnfläche der Außenverzahnung des Abtriebselements läuft, wenn die Verzahnungen nicht im Eingriffsmoment auf Lücke stehen. Dies führt einerseits, nachdem der Aktor ja kontinuierlich die Schaltmuffe axial mit einer Schiebekraft beaufschlagt, zu einer entsprechenden Beanspruchung des gesamten Schaltsystems, zum anderen verzögert sich der Eingriffsvorgang so lange, bis die Verzahnungen auf Lücke stehen und die Innenverzahnung in die Außenverzahnung eingeschoben wird, wobei dieser Schiebevorgang mit der allgemein vom Aktor gesteuerten Stellgeschwindigkeit erfolgt.

Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, eine verbesserte Kopplungseinheit anzugeben.

Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß eine Kopplungseinheit zur reversiblen Kopplung einer Antriebsseite mit einer Abtriebsseite eines Antriebsstrangs vorgesehen, umfassend eine linear verschiebbare Schaltmuffe, die auf einem Antriebselement der Antriebsseite sitzt und mit einer Innenverzahnung in eine Außenverzahnung des Antriebselements eingreift, und die aus einer Entkopplungsstellung längs der Außenverzahnung über ein Abtriebselement der Antriebsseite unter Eingriff der Innenverzahnung auch in eine Außenverzahnung des Abtriebselements in eine Kopplungsstellung verschiebbar ist, wobei zum Verschieben der Schaltmuffe ein Aktor vorgesehen ist, der einen linear verschiebbaren Kolben und eine mit dem Kolben gekoppelte Schaltstange, die mit der Schaltmuffe verbunden ist, aufweist, wobei der Kolben bei einer Bewegung in die Kopplungsstellung über ein Federelement axial an der Schaltstange abgestützt ist.

Die Erfindung sieht die Integration eines Federelements in den Schaltweg des Aktors vor, wobei dieses Federelement einerseits als Dämpfungselement wirkt, das im Falle eines Zahn-auf-Zahn-Kontakts das Schaltsystem entlastet, und das andererseits als Energiespeicher dient, über den sobald als möglich die Schaltmuffe in die Kopplungsstellung mit höherer Geschwindigkeit bewegbar ist.

Der Aktor, bei dem es sich bevorzugt um einen hydraulischen Aktor handelt, weist einen Kolben auf, der linear in einem geeigneten Zylindergehäuse verschiebbar aufgenommen ist. Der Kolben ist mit einer Schaltstange gekoppelt, die ihrerseits wiederum mit der Schaltmuffe, die auch als Schiebemuffe bezeichnet werden kann, gekoppelt ist, beispielsweise über eine Schaltgabel oder Ähnliches. Wird bei Ansteuerung des Aktors der Kolben axial verschoben, so wird die mit ihm gekoppelte Schaltstange und mit ihr die Schaltgabel axial verschoben, wobei die Schaltgabel dann die Schaltmuffe mitnimmt und über das Abtriebselement schiebt, dieses dabei koppelnd. Erfindungsgemäß ist in die Kopplung des Kolbens mit der Schaltstange ein Federelement integriert, über das der Kolben bei der Bewegung von der Endkopplungsstellung in die Kopplungsstellung axial abgestützt ist. Das heißt, dass der aus der Endkopplungsstellung bewegte Kolben axial gegen das Federelement arbeitet. Solange die Schaltmuffe frei verschoben kann, mithin also kein Zahn-auf-Zahn-Kontakt und damit ein quasi axialer Anschlag der Schaltmuffe gegeben ist, ist eine freie Verschiebung der Schaltstange ohne Komprimierung des Federelements möglich. Läuft die Schaltmuffe jedoch gegen die Stirnfläche der Außenverzahnung des Abtriebselements, kommt es also zum Axialanschlag, so wird der Kolben weiter axial verschoben, während er gleichzeitig das Federelement, das bezüglich der in dem Moment nicht mehr axial verschiebbaren Schaltstange abgestützt ist, komprimiert. Das heißt, dass das Federelement eine Rückstellkraft aufbaut, während gleichzeitig die Schaltstange nur mit reduzierter Kraft gegen das Abtriebselement gedrückt wird. Sobald sich aufgrund der Verzahnungsbewegung die Verzahnungen wieder auf Lücke befinden, entspannt sich das Federelement, was dazu führt, dass aufgrund der Rückstellkraft die Schaltmuffe quasi schlagartig in die Kopplungsstellung „geschossen“ wird. Das heißt, dass dieser Energiespeicher dann die schlagartige und demzufolge deutlich schnellere Kopplung der Antriebs- und der Abtriebsseite vollendet.

Die Integration des Federelements hat demzufolge eine Doppelfunktion. Zum einem wird hierüber eine definierte Nachgiebigkeit in das Stellsystem integriert, nachdem das Federelement trotz weiterer Ansteuerung und Bewegung des Kolbens eine Dämpfung erreicht und als quasi aufladbarer Kraftspeicher dient, über den eine allzu hohe Andruckkraft zwischen der Schaltmuffe und dem Abtriebselement im Falle des beschriebenen Axialanschlags vermieden wird. Zum anderen dient der Kraftspeicher als zusätzliches Stellmittel, das, sobald als möglich, das extrem schnelle Bewegen der Schaltmuffe in die Kopplungsstellung ermöglicht, sodass diese deutlich schneller erreicht wird, als bei bisher bekannten Systemen, bei denen dann, wenn die Verzahnungen auf Lücke stehen, das Erreichen der Kupplungsstellung allein von der Stellgeschwindigkeit des Aktors, also der Kolbenbewegung, abhängt.

Das Federelement selbst ist zweckmäßigerweise eine Wellfeder oder eine Tellerfeder, wobei als Federelement auch beispielsweise zwei oder mehr hintereinander geschaltete Well- oder Tellerfedern, also ein Federpaket, verstanden werden. Über solche ringförmige Federn wird eine symmetrische axiale Abstützung erreicht, wie auch die Schaltstange symmetrisch aus dem Energiespeicher mit der sie verschiebenden Stellkraft beaufschlagt werden kann.

Der Kolben selbst ist an der Schaltstange geringfügig axial verschiebbar angeordnet. Hierzu kann der Kolben zwischen zwei an der Schaltstange vorgesehenen Axialanschlägen längs der Schaltstange bewegbar sein. Der Kolben hat also ein gewisses Axialspiel längs der Schaltstange, das es ermöglicht, dass der Kolben im Falle des Anlaufens der Schaltmuffe gegen das Abtriebselement etwas linear weiter verschoben werden kann, um das Federelement zu komprimieren. Für eine möglichst kompakte Ausgestaltung ist zweckmäßigerweise das Federelement über einen der Axialanschläge an dieser Seite abgestützt, während es an der anderen Seite zweckmäßigerweise direkt am Kolben abgestützt ist. Das heißt, dass das Federelement direkt zwischen einem solchen Axialanschlag und dem Kolben integriert ist.

Dabei kann ein solcher Axialanschlag, bevorzugt natürlich beide Axialanschläge, über einen an der Schaltstange in einer Nut aufgenommenen Sicherungsring gebildet sein. Über solche Sicherungsringe können auf einfache Weise die Axialanschläge ausgebildet werden. Bevorzugt sind beide Axialanschläge über Sicherungsringe gebildet, wobei grundsätzlich nur einer in dieser Weise gebildet sein muss, während der andere auch über eine an der Schaltstange ausgebildete Schulter oder Ähnliches realisiert sein kann.

Denkbar ist es, dass das Federelement unmittelbar an dem Sicherungsring anliegt, wenn dieser, radial gesehen, breit genug ist. Alternativ ist es denkbar, eine Stützscheibe zu integrieren, die am Sicherungsring anliegt und an der wiederum das Federelement anliegt, also axial abgestützt ist.

Um die Anordnung möglichst kompakt auszuführen, ist es zweckmäßig, wenn der Kolben eine ringförmige Vertiefung aufweist, in der das Federelement aufgenommen ist. Der ringförmige Kolben, der eine zentrale Durchbrechung aufweist, die von der Schaltstange durchsetzt ist, weist eine entsprechende ringförmige Vertiefung auf, die zweckmäßigerweise in die Durchbrechung mündet. In dieser Vertiefung kann nun das ringförmige Federelement angeordnet werden, sodass es letztlich in den Kolben integriert ist. Der Kolben kann über den Axialanschlag respektive den Sicherungsring geschoben werden, der auch in der Entkopplungsstellung sogar benachbart oder in der ringförmigen Vertiefung aufgenommen sein kann, je nachdem, wie tief diese ist respektive wie die Kolbenlänge, axial gesehen, ist. Der Aktor selbst ist bevorzugt ein hydraulisch ansteuerbarer Aktor, der also mittels eines Fluids axial gestellt werden kann. Bevorzugt wird der Kolben über das Fluid in beide Richtungen aktiv gestellt. Das heißt, dass zum Bewegen aus der Entkopplungs- in die Kopplungsstellung das Fluid an der einen Kolbenseite in das Zylindergehäuse respektive die Druckkammer geführt wird, bis der Kolben respektive die Schaltmuffe in der Kopplungsstellung ist. Zum Bewegen aus der Kopplungs- in die Entkopplungsstellung wird das Fluid an der anderen Kolbenseite respektive in den dortigen Druckraum des Zylindergehäuses geführt, sodass der Kolben und mit ihm die Schaltstange nebst Schaltmuffe wieder axial zurückbewegt werden. Jede ausgezeichnete Stellung wird demzufolge aktiv angesteuert und angefahren. Auf diese Weise kann die Kopplungsund Entkopplungsfunktion als „normally stay“ -Funkti on realisiert werden. Denn der Kolben bleibt ohne kontinuierlichem Druckaufbau über die Stellhydraulik in der jeweiligen Stellung, also entweder der Entkopplungsstellung oder der Kopplungsstellung, was einen effizienteren Schaltbetrieb ermöglicht, beispielsweise hinsichtlich der „Segelfunktion“ eines Kraftfahrzeugs, bei der keine Kopplung gegeben ist, aber auch kein Energieaufwand zum Beibehalten dieser Entkopplungssituation erforderlich ist.

Um diese Stellfunktion des Aktors in beide Richtungen zu realisieren, ist zweckmäßigerweise ein den Kolben zur Schaltstange hin abdichtendes erstes Dichtelement und ein den Kolben zu einer Wand eines den Kolben führenden Zylinders hin abdichtendes zweites Dichtelement vorgesehen. Über diese beiden Dichtelemente werden zwei Druckkammern, eine vor und eine hinter dem Kolben, definiert und gegeneinander abgedichtet. Je nachdem, ob das Fluid in die Druckkammer vor oder die Druckkammer hinter dem Kolben eingedrückt wird, gestaltet sich die Kolbenbewegung. Als Dichtelemente werden geeignete Dichtringe oder Ähnliches verwendet.

Die erfindungsgemäße Kopplungseinheit ist vorteilhaft als gedämpftes System ausgeführt, das die Systembeanspruchung respektive Bauteilbelastung im Falle eines Zahn- auf-Zahn-Kontakts, also eines axialen Anlaufens der Schaltmuffe gegen das Abtriebselement reduziert. Gleichzeitig ist ein besseres und schnelleres Einspurverhalten gegeben, resultierend aus der Verwendung des Federelements als Energie- oder Kraftspeicher, über den die Schaltmuffe extrem schnell in die Kopplungsstellung bewegt werden kann, wie sich auch die Steifigkeit des Systems verbessert.

Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Antriebselement und ein Abtriebselement sowie eine diese reversibel koppelnde Kopplungseinheit der vorstehend beschriebenen Art.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:

Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kopplungseinheit, und

Figur 2 eine vergrößerte Teilansicht des Aktors der Kopplungseinheit mit den integrierten Federelementen.

Figur 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kopplungseinheit 1 , die auch als Kopplungseinrichtung bezeichnet werden kann, und die dazu dient, eine Antriebsseite 2, an der ein Drehmoment eingeleitet wird oder ansteht, mit einer Abtriebsseite 3, an die das Drehmoment zu übertragen ist und wo es weiter verzweigt wird, zu koppeln. An der Antriebsseite 2 ist ein Antriebselement 4 vorgesehen, das eine Außenverzahnung 5 aufweist. Das Antriebselement 4 ist beispielsweise ein Zahnrad oder eine außenverzahnte Welle.

An der Abtriebsseite 3 ist ein Abtriebselement 6 vorgesehen, das eine Außenverzahnung 7 aufweist, wobei auch dieses Abtriebselement 6 ein Zahnrad oder eine außenverzahnte Welle oder Ähnliches sein kann. Die Außenverzahnungen 5, 7 sind lineare Radialverzahnungen, die gleiche Teilung aufweisen und auf gleichem Radius liegen. Um das Antriebselement 4 mit dem Abtriebselement 6 drehfest zu koppeln, ist eine Schaltmuffe 8 vorgesehen, die axial verschiebbar ist. Sie weist eine Innenverzahnung 9 auf, mit der sie in der in Figur 1 gezeigten Entkopplungsstellung vollständig in die Außenverzahnung 5 des Antriebselements 4 eingreift. Das heißt, dass in der Entkopplungsstellung die Schaltmuffe 8 nur mit dem Antriebselement 4 gekoppelt ist. Eine Drehmomentübertrag zum Abtriebselement 6 ist in dieser Position nicht möglich. Soll jedoch ein Drehmomentübertrag erfolgen, so ist es erforderlich, die Schaltmuffe 8 axial zu verschieben und über das Abtriebselement 6 respektive dessen Außenverzahnung 7 zu schieben, sodass die Innenverzahnung 9 der Schaltmuffe 8 in die Außenverzahnung 7 geschoben wird und mit dieser kämmt. Gleichzeitig bleibt der Eingriff der Innenverzahnung 9 mit der Außenverzahnung 5 bestehen, sodass das Antriebselement 4 und das Abtriebselement 6 über die Schaltmuffe 8 drehfest gekoppelt sind.

Um diese Bewegung der Schaltmuffe 8 zu realisieren, ist ein Aktor 10 vorgesehen, bei dem es um einen hydraulischen Aktor handelt. Er weist ein Gehäuse 11 auf, in dem ein aus einem Blech gebildeter zylindrischer Einsatz 12 aufgenommen ist, der einen Führungszylinder bildet und in dem ein Kolben 13 angeordnet ist. Das Gehäuse 11 wird axial über einen Deckel 14 geschlossen. Innerhalb des Zylindereinsatzes 12 ist der Kolben 13 über ein Hydraulikfluid axial verschiebbar, wozu eine erste Druckkammer 15 vorgesehen ist, die zwischen dem Kolben 13 und dem Deckel 14 realisiert ist. An der gegenüberliegenden Seite ist eine zweite Druckkammer 16 realisiert, die zwischen dem Kolben 13 und der Stirnwand des Einsatzes 12 realisiert ist. Je nachdem, in welche Druckkammer 15, 16 das Hydraulikfluid eingepresst wird, wird der Kolben in die eine oder andere Richtung verschoben.

Vorgesehen ist des Weiteren eine Schaltstange 17, die sich durch das Gehäuse 11 erstreckt und über entsprechende Dichtelemente 18, 19 daran abgedichtet geführt ist. Die Schaltstange 17 ist axial beweglich, wozu sie mit dem Kolben 13 gekoppelt ist. Hierzu sind an der Schaltstange 17 zwei Axialanschläge 20, 21 vorgesehen, die über zwei in jeweiligen Nuten 22, 23 aufgenommene Sicherungsringe 24, 25 realisiert sind. Zwischen diesen Axialanschlägen 20, 21 ist der Kolben 13 geringfügig axial verschiebbar.

Diese Axialverschiebung ist gegen ein Federelement 26 möglich, das als Wellfeder oder Tellerfeder oder als entsprechendes Federpaket ausgeführt ist und in einer ringförmigen Vertiefung 27 des Kolbens aufgenommen ist. Einerseits ist das Federelement 26 am Kolben 13 respektive dem Boden der Vertiefung 17 abgestützt, siehe Figur 1 , andererseits an dem Axialanschlag 20 respektive einer an dem Sprengring 24 abgestützten Stützscheibe 28. Wird ein Fluid in die Druckkammer 15 eingedrückt, so wird der Kolben 13 nach links verschoben, bis das Federelement 26 an der Stützscheibe 28 anliegt, sofern dies nicht von Haus aus der Fall ist.

Die Schaltstange 17 ist ferner mit einem Mitnehmer 29 verbunden, beispielsweise einer Schaltgabel, die wiederum über einen entsprechenden formschlüssigen Eingriff mit der Schaltmuffe 8 verbunden ist. Die mit dem Antriebselement 4 rotierende Schaltmuffe 8 weist hierzu beispielsweise einen um laufenden Ringvorsprung 30 auf, der in eine entsprechende Aufnahmenut 31 an der Schaltgabel 29 eingreift.

Figur 2 zeigt in einer vergrößerten Ansicht einen Teil des Aktors 10. Vergrößert gezeigt ist der Kolben 13 mit dem rechtseitig vorgesehenen Druckraum 15 und dem linksseitig vorgesehenen Druckraum 16. Um diese auch zur Kolbenseite hin abzudichten, sind am Kolben zwei Dichtelemente 32, 33 vorgesehen, über die eine Abdichtung einerseits zur Schaltstange 17 und andererseits zu dem Zylindereinsatz 12 gegeben ist.

Vergrößert gezeigt ist auch das Federelement 26 sowie die ringförmige Vertiefung 27, in der es aufgenommen ist. Wie Figur 2 zeigt, erstreckt sich der Kolben 13 in der in Figur 1 und 2 gezeigten Entkopplungsstellung sogar über das Anschlagelement 20 und die Stützscheibe 28, das heißt, dass auch diese in der Entkopplungsstellung in der Vertiefung 27 aufgenommen sind, mithin also eine sehr kompakte Bauform gegeben ist.

Soll nun ausgehend von der in den Figuren gezeigten Entkopplungsstellung, in der das Antriebselement 4 nicht mit dem Abtriebselement 6 gekoppelt ist, eine drehmomentfeste Kopplung erwirkt werden, so wird das hydraulische Fluid in die Druckkammer 15 eingedrückt. Der Kolben 13 bewegt sich nach links. Hierbei wird die Schaltstange 17 mitgenommen, nachdem das Federelement 26 an dem Axialanschlag 20 abgestützt ist und der Kolben 13 gegen das Federelement 26 läuft. Für den Fall, dass die Außenverzahnungen 5, 7 auf Lücke stehen, kann die Schaltmuffe 8 problemlos über die Außerverzahnung 7 geschoben werden respektive die Innenverzahnung 9 in die Außenverzahnung 7 eingespurt werden. Der hydraulische Stellbetrieb erfolgt so lange, bis die Kopplungsposition erreicht ist, in der der Kolben 13 beispielsweise in eine linke Anschlagposition am Boden des Zylindereinsatzes 12 läuft.

Fluchten die Außenverzahnungen 5, 7 jedoch nicht, so kommt es zwangsläufig dazu, dass die Innenverzahnung 9 der Schaltmuffe mit ihrer Stirnseite gegen die Stirnseite der Außenverzahnung 7 des Abtriebselements 6 läuft, mithin also ein axialer Anschlag gegeben ist. In diesem Fall wird, nachdem das Hydraulikfluid nach wie vor unter Druck in die Druckkammer 15 eingepresst wird, der Kolben 13 axial weitergeschoben, wobei hierbei keine weitere Axialverschiebung der Schaltstange 17 aufgrund des Anschlags möglich ist. Der Kolben 13 ist jedoch aufgrund seines Axialspiels oder seiner axialen Beweglichkeit weiter bewegbar, gleichzeitig wird das Federelement 26 komprimiert, es baut sich eine Rückstellkraft auf. Das Federelement 26 dient folglich als Kraftspeicher. Hierüber wird einerseits die Anschlagbewegung gedämpft, nachdem über das Federelement 26 eine Dämpfung oder Nachgiebigkeit in das Stellsystem integriert ist, sodass die Bauteilbelastung in diesem Stellsystem reduziert wird. Gleichzeitig wirkt das Federelement 26 wie gesagt als Energiespeicher. Sobald es aufgrund der Bewegung des Antriebselements 4 relativ zum Abtriebselement 6 zu einer Situation kommt, in der die Außenverzahnungen 5, 7 wieder fluchten und demzufolge die Innenverzahnung 9 in die Außenverzahnung 7 eingeschoben werden kann, entspannt sich das Federelement 26 schlagartig und schießt hierbei die Schaltstange und über diese Schaltmuffe 8 in Richtung des Abtriebselements 6, schiebt die Schaltmuffe 8 also über das Abtriebselement 6 und bringt die Verzahnungen 7, 9 in Eingriff. Dieser Vorgang geschieht aufgrund der Nutzung der im Federelement 26 gespeicherten Energie schneller als er allein über die hydraulische Stellwirkung des Kolbens 13 bei starrer Verbindung des Kolbens 13 mit der Schaltstange 17 realisierbar wäre.

In der Kopplungsstellung ist der Kolben 13 nicht länger mit Druck zu beaufschlagen, nachdem der Aktor ein beidseits stellbarer Aktor ist und aufgrund der Verwendung von entsprechenden Axialverzahnungen die Anordnung in der eingenommenen Kopplungsstellung verbleibt. Ein zusätzlicher Energieaufwand zur Beibehaltung dieser Situation ist nicht erforderlich. Soll die Kopplungsstellung wieder aufgelöst werden, also die Schaltmuffe 8 wieder zurückgeschoben werden, so wird das Fluid in die zweite Druckkammer 16 eingepresst, sodass der Kolben 13 und mit ihm die Schaltstange 17 nebst Schaltmuffe 8 wieder nach rechts geschoben wird und der Ver- zahnungseingriff der Schaltmuffe 8 mit dem Abtriebselement 6 wieder aufgelöst wird.

Bezuqszeichenliste

1 Kopplungseinheit

2 Antriebsseite

3 Abtriebsseite

4 Antriebselement

5 Außenverzahnung

6 Abtriebselement

7 Außenverzahnung

8 Schaltmuffe

9 Innenverzahnung

10 Aktor

11 Gehäuse

12 Zylindereinsatz

13 Kolben

14 Deckel

15 Druckkammer

16 Druckkammer

17 Schaltstange

18 Dichtelement

19 Dichtelement

20 Axialanschlag

21 Axialanschlag

22 Nut

23 Nut

24 Sicherungsring

25 Sicherungsring

26 Federelement

27 Vertiefung

28 Stützscheibe

29 Mitnehmer

30 Ringvorsprung Schaltgabel Dichtelement Dichtelement