Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungseinheit umfassend eine erste Kupplung, eine zweite Kupplung, einen Elektromotor zur Aktuierung der ersten Kupplung und der zweiten Kupplung, wobei über eine Bestromung des Elektromo tors die erste Kupplung aktuierbar ist und über eine Gegenbestromung des Elekt romotors die zweite Kupplung aktuierbar ist, ein Planetengetriebe und eine An triebswandlereinrichtung zum Wandeln der rotatorischen Bewegungen des Elekt romotors in translatorische Betätigungsbewegungen der ersten Kupplung und der zweiten Kupplung, wobei der Elektromotor über das Planetengetriebe verstellwirk sam mit der Antriebswandlereinrichtung, verbunden ist.

Stand der Technik

Kupplungseinheiten, insbesondere Lamellenkupplungen, werden in der Regel über eine Aktuatoreinheit mit einem Elektromotor und einem Zwischengetriebe mit einer Übertragungskomponente aktuiert. Ein derartiges Zwischengetriebe wird oftmals durch ein Schneckengetriebe ausgebildet, dessen Schneckenwelle an triebswirksam mit einer Kugelrampeneinheit als Übertragungskomponente ver bunden ist. Weiterhin sind Aufbauten bekannt, bei denen das Zwischengetrie be als Planetengetriebe ausgebildet ist. Kupplungseinheiten der oben genannten Art weisen meist mehrere Kupplungen auf, die über ein und dieselbe Aktuatorein heit aktuiert werden, wodurch Bauraum optimal ausgenutzt werden kann und ein reduzierter Bauteilaufwand entsteht. Werden über eine Aktuatoreinheit nicht nur eine Kupplung einer Kupplungseinheit, sondern zumindest eine weitere Kupplung einer Kupplungseinheit durch Bestromung eines Elektromotors aktuiert, so ist es wichtig einen definierten„fail save open“ Zustand einstellen zu können. Unter dem Einstellen eines„fail save open“ Zustands ist dabei ein Vorgang zu verstehen, der bei einem Fehler in der Bestromung des Elektromotors dazu führt, dass sich aus gehend von einem aktuierten Zustand einer Kupplung ein„Neutralzustand“, näm lich ein Zustand, in dem keine Kupplung aktuiert ist, einstellt und nicht automatisch die weitere Kupplung aktuiert wird. Über die Aktuierung von Kupplungen über ein Schneckengetriebe als Zwischengetriebe kann zwar kein definierter„fail safe o- pen“ Zustand eingestellt werden, jedoch weist das Schneckengetriebe einen schlechten Wirkungsgrad auf, wodurch sich eine weitere Kupplung nicht gleich aktuiert. Die Gestaltung einer Aktuatoreinheit mit Elektromotor und Schneckenge triebe ist jedoch nicht immer die bauraumgünstigste Ausführungsversion, sondern vielmehr die mit einem Planetengetriebe als Zwischengetriebe. Bei einer solchen Ausführungsversion muss jedoch ein Mechanismus vorgesehen werden, der einen „fail save open“ Zustand ermöglicht.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Kupplungseinheit mit einem Elektromotor und einem Planetengetriebe anzugeben, die es ermöglicht bei optimiertem Bau raumbedarf auf einfache Art und Weise einen„fail save open“ Zustand zu realisie ren.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch Kupplungseinheit umfassend eine erste Kupplung, eine zweite Kupplung, einen Elektromotor zur Aktuierung der ersten Kupplung und der zweiten Kupplung, wobei über eine Bestromung des Elektromo tors die erste Kupplung aktuierbar ist und über eine Gegenbestromung des Elekt romotors die zweite Kupplung aktuierbar ist, ein Planetengetriebe und eine An triebswandlereinrichtung zum Wandeln der rotatorischen Bewegungen des Elekt- romotors in translatorische Betätigungsbewegungen der ersten Kupplung und der zweiten Kupplung, wobei der Elektromotor über das Planetengetriebe verstellwirk sam mit der Antriebswandlereinrichtung, verbunden ist, wobei die Kupplungsein heit einen Schutzmechanismus aufweist, der dazu angepasst ist, bei einem Feh lerfall in der Bestromung des Elektromotors zur Aktuierung der ersten Kupplung oder der zweiten Kupplung die Antriebswandlereinrichtung in eine über den Schutzmechanismus vorbestimmte Neutralposition zu bewegen.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschrei bung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.

Die erste Kupplung ist besonders bevorzugt als eine Lamellenkupplung ausgebil det.

Der Schutzmechanismus ist bevorzugt an einer Abtriebswelle des Elektromotors funktionswirksam zwischen dem Elektromotor und dem Planetengetriebe ange ordnet.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung weist der Schutzmechanismus folgende Komponenten auf:

ein Bewegungsgewinde, wobei das Bewegungsgewinde an der Ab triebswelle angeordnet oder ausgebildet ist,

eine Stützmutter, wobei die Stützmutter auf dem Bewegungsgewinde axial bewegbar angeordnet ist,

eine Arretierfeder, wobei die Arretierfeder funktionswirksam zwischen dem Planetengetriebe und der Stützmutter angeordnet ist und die Stützmutter bei Bestromung des Elektromotors zur Aktuierung der ersten Kupplung und bei einem Fehlerfall in der Bestromung des Elektromotors zur Aktuierung der ersten Kupplung über die gespann te Arretierfeder in einer Position auf dem Bewegungsgewinde gehal- ten wird, die einer Neutralposition der Antriebswandlereinrichtung entspricht und

eine Stützfeder, wobei die Stützmutter über die Stützfeder mit einer vorbestimmten Federkraft gegen das Bewegungsgewinde gedrückt wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeich nungen beschrieben.

Fig. zeigt eine beispielhafte Kupplungseinheit entsprechend der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die in Fig. dargestellte Kupplungseinheit 1 weist eine erste Kupplung 2, eine zwei te Kupplung 3, einen Schutzmechanismus 7 und eine Aktuatoreinheit auf.

Die Aktuatoreinheit umfasst einen Elektromotor 4, ein Planetengetriebe 5 und eine Antriebswandlereinrichtung 6.

Die erste Kupplung 2 ist als eine Lamellenkupplung 2‘ ausgebildet. Die zweite Kupplung 3 ist als eine Klauenkupplung 3‘ ausgebildet. Die Lamellenkupplung 2‘ und die Klauenkupplung 3‘ sind im Wesentlichen koaxial angeordnet.

Die Begrifflichkeit„axial“ beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu einer Achse 21 . Die Lamellenkupplung 2‘ weist einen Kupplungskorb und einen Kupplungsträger auf, wobei an dem Kupplungskorb eine Vielzahl von Außenlamellen angeordnet sind und an dem Kupplungsträger eine Vielzahl von Innenlamellen angeordnet sind. Die Außenlamellen und die Innenlamellen bilden ein Lamellenpaket 18 aus, wobei innerhalb des Lamellenpakets 18 sämtliche Innenlamellen und Außenlamel len jeweils abwechselnd angeordnet sind.

Der Elektromotor 4 ist über das Planetengetriebe 5 antriebswirksam mit der An triebswandlereinrichtung 6 verbunden. Die Antriebswandlereinrichtung 6 ist als eine Kugelrampenanordnung ausgebildet und dient der Wandlung der rotatori schen Bewegungen des Elektromotors 4 in translatorische Betätigungsbewegun gen der ersten Kupplung 2 und der zweiten Kupplung 3.

Die Kugelrampenanordnung weist eine axial feststehende nicht drehbare Stütz scheibe 13 und eine axial verschiebbare Druckscheibe 14, die axial auf einen Druckkolben 15 wirkt, auf. Der Druckkolben 15 wiederum ist verstellwirksam mit der Lamellenkupplung 2‘ und der Klauenkupplung 3‘ verbunden. Die Druckscheibe 14 und die Stützscheibe 13 weisen auf ihren einander zugewandten Stirnflächen mehrere einander paarweise gegenüberliegende Kugelrampen mit über den jewei ligen Umfang der Scheibe veränderlichen Tiefen auf. In den Kugelrampenpaarun gen läuft jeweils zumindest eine Kugel 16. Zwischen dem Druckkolben 15 und dem Kupplungskorb der Lamellenkupplung 2‘ ist eine Kupplungsfeder 17 ange ordnet.

Die Druckscheibe 14 der Kugelrampenanordnung ist antriebswirksam mit einem Stirnrad 19 verbunden, welches wiederum fest mit einem Planetenträger des Pla netengetriebes 5 verbunden ist.

Das Planetengetriebe 5 weist neben dem Planetenträger, auf dem mehrere Plane tenräder angeordnet sind, ein Sonnenrad sowie ein Hohlrad auf. Die Planetenrä- der kämmen mit einer Außenverzahnung des Sonnenrads und einer Innenverzah nung des Hohlrads des Planetengetriebes 5. Das Sonnenrad des Planetengetrie bes 5 ist fest mit der Abtriebswelle 8 des Elektromotors 4 verbunden Der Elektro motor 4 treibt somit über die Abtriebswelle 8 in das Planetengetriebe 5 ein. . Das Hohlrad des Planetengetriebes 5 ist fest mit einem Gehäuse der Kupplungseinheit 1 verbunden. Durch das Planetengetriebe 5 wird das Drehmoment des Elektromo tors 4 verstärkt und über das mit dem Planetenradträger fest verbundene oder einteilig mit diesem ausgebildete Stirnrad 19 wird die Druckscheibe 14 der Kugel rampenanordnung gedreht und so relativ zur Stützscheibe 13 axial bewegt.

Bei der in Fig gezeigten Ausführungsvariante der Kupplungseinheit 1 ist die Klau enkupplung 3‘ geschlossen, wenn sich die Kugeln 16 in den Kugelrampenpaarun gen zwischen der Stützscheibe 13 und der Druckscheibe 14 in einem unteren Totpunkt der jeweiligen Kugelrampenpaarung befindet. Die Kupplungsfeder 17 ist dabei voll ausgefahren, d.h. entspannt. Befinden sich die Kugeln 16 in den Kugel rampenpaarungen zwischen der Stützscheibe 13 und der Druckscheibe 14 in einem oberen Totpunkt der jeweiligen Kugelrampenpaarung, so ist die Lamellen kupplung 2‘ geschlossen. Befinden sich die Kugeln in einem Bereich der Kugel rampenpaarungen zwischen dem unteren Totpunkt und dem oberen Totpunkt, so ist weder die Klauenkupplung 3‘ noch die Lamellenkupplung 2‘ geschlossen - die Kupplungseinheit 1 befindet sich derart in einem neutralen Zustand bzw. einer Neutralposition in der keine der beiden Kupplungen 2, 2‘, 3, 3‘ aktuiert ist.

Ein Aktuierungsverlauf ausgehend von einer geschlossenen Klauenkupplung 3‘ gestaltet sich folgendermaßen:

Bei Bestromung des Elektromotors 4 wird die Druckscheibe 14 über das Plane tengetriebe 5 und das Stirnrad 19 gedreht, wodurch sich die Druckscheibe 14 relativ zur Stützscheibe 13 in eine axiale Richtung hin zur Lamellenkupplung 2‘ bewegt - es bewegen sich die Kugeln 16 in den Kugelrampenpaarungen zwischen der Stützscheibe 13 und der Druckscheibe 14 aus den unteren Totpunkten der Kugelrampenpaarungen entlang der Kugelrampen und drücken den Druckkolben 15 in Richtung der Lamellenkupplung 2‘, genauer in Richtung zum Lamellenpaket 18 der Lamellenkupplung 2‘. Gleichzeitig wird die Klauenkupplung 3‘ geöffnet und die Kupplungsfeder 17 vorgespannt. Die Lamellenkupplung 2‘ ist dabei noch nicht aktiviert und das System befindet sich in einem neutralen Zustand in dem weder die Klauenkupplung 3‘ noch die Lamellenkupplung 2‘ aktuiert ist. Wird die Druck scheibe 14 weiter so verdreht und somit axial bewegt, wird die Lamellenkupplung 2‘ aktuiert und die Kupplungsfeder 17 maximal vorgespannt. Die Kugeln 16 in den Kugelrampenpaarungen zwischen der Stützscheibe 13 und der Druckscheibe 14 befinden sich jeweils in dem oberen Totpunkt. Um diesen Zustand aufrecht zu erhalten ist eine weitere Bestromung des Elektromotors 4 erforderlich (Hal testrom). Würde bei dieser Bestromung des Elektromotors 4 beispielsweise ein Fehler auftreten und der Elektromotor 4 stromlos werden, so würde die Kupp lungsfeder 17 wieder entspannen und den Druckkolben 15 und somit die Druck scheibe 14 derart rückstellen, dass sich die Kugeln 16 in den einzelnen Kugelram penpaarungen zwischen Stützscheibe 13 und Druckscheibe 14 zurück in den unteren Totpunkt der Kugelrampen drücken. Dabei würde also aufgrund der ge ringen Selbsthemmung des Planetengetriebes 5 und der vorgespannten Kupp lungsfeder 17 ohne Vorhandensein des Schutzmechanismus 7 die Klauenkupp lung 3‘ unkontrolliert geschaltet werden.

Der Schutzmechanismus 7 ist an bzw. auf der Abtriebswelle 8 des Elektromotors 4 angeordnet und umfasst ein Bewegungsgewinde 9, eine Stützmutter 10, eine Arretierfeder 1 1 und eine Stützfeder 12. Der Schutzmechanismus 7 ist funktions wirksam zwischen dem Planetengetriebe 5, genauer dem gehäusefesten Hohlrad des Planetengetriebes 5, und einem Lagerschild 20, das fest in dem Gehäuse in dem sich die Kupplungseinheit 1 befindet-angeordnet ist, angeordnet. Das Bewe gungsgewinde 9 ist an der Abtriebswelle 8 ausgebildet und die Stützmutter 10 kann auf diesem Bewegungsgewinde axial verfahren, nämlich aufgeschraubt und abgeschraubt werden. Die Stützmutter 10 ist ebenso gehäusefest eingespannt. Die Stützmutter 10 drückt gegen die Arretierfeder 11 , die zwischen der Stützmutter 10 und dem Hohlrad des Planetengetriebes 5 angeordnet ist. Durch die Länge und die Stärke der Arretierfeder 1 1 wird definiert in welchem Bereich sich die Neutral position bzw. der neutrale Zustand der Kugelrampenanordnung einstellt.

Bei einem ungewollten Fehler in der Bestromung des Elektromotors 4 bei ge schlossener, d.h. aktuierter, Lamellenkupplung 2‘ kann die Kupplungsfeder 17 aufgrund des Schutzmechanismus 7, insbesondere aufgrund der Kräfte im Bewe gungsgewinde 9 (Reibwert), den Druckkolben 15 und somit die Druckscheibe 14 lediglich in eine Position in der sich die Kugeln 16 in einem Bereich zwischen dem unteren Totpunkt und dem oberen Totpunkt der Kugelrampenpaarungen zwischen der Stützscheibe 13 und der Druckscheibe 14 befinden, drücken. Aufgrund der antriebswirksamen Verbindung zwischen der Druckscheibe 14 und der Ab triebswelle 8 des Elektromotors 4 über das Stirnrad 19 und das Planetengetriebe 5, das nahezu keine Selbsthemmung aufweist, wird dabei die Abtriebswelle 8 derart in eine Drehrichtung entsprechend der Drehrichtung bei einer Gegen- bestromung des Elektromotors 4 gedreht, dass sich die Stützmutter 10 in eine Richtung hin zur Arretierfeder 1 1 auf das Bewegungsgewinde 9 aufschraubt und so gespannt wird. Die Arretierfeder 1 1 des Schutzmechanismus 7 wird dabei so lange bzw. so weit komprimiert, bis die (Öffnungs-)Kräfte im Bewegungsgewinde 9 so groß sind (Reibwert), dass sich die Stützmutter 10 nicht mehr axial am Bewe gungsgewinde 9 bewegt. Die Neutralposition bzw. der neutrale Zustand der Kugel rampenanordnung stellt sich über ein Kräftegleichgewicht zwischen der Arretierfe der 1 1 und der Kupplungsfeder 17 ein.

Bei einer gewollten Aktuierung der Klauenkupplung 3‘ erfolgt eine Gegenbestro- mung des Elektromotors 4 und somit eine Drehrichtungsumkehr der Abtriebswelle 8 des Elektromotors 4 in Bezug auf die Drehrichtung bei der Bestromung des Elektromotors 4 zur Aktuierung der Lamellenkupplung 2‘. Bei der Aktuierung der Klauenkupplung 3‘ muss der Elektromotor 4 die Federkraft der Arretierfeder 1 1 überwinden. Hierbei wird die Stützmutter 10 in eine Richtung hin zur Arretierfeder 1 1 auf das Bewegungsgewinde 9 weiter aufgeschraubt, also weiter gespannt.

Wird dagegen die Lamellenkupplung 2‘ durch Bestromung des Elektromotors 4 aktuiert, wird die Arretierfeder 1 1 vollkommen entspannt und die Stützmutter 10 wird von dem Bewegungsgewinde 9 in eine Richtung weg von der Arretierfeder 1 1 abgeschraubt.

Um ein schnelles Wiederaufschrauben auf das partielle Bewegungsgewinde 9 zu gewährleisten und ein unkontrolliertes Umherwandern der Stützmutter 10 zu ver- hindern, wird die Stützfeder 12 des Schutzmechanismus 7 zwischen dem Lager schild 20 und einem Absatz an der Stützmutter 10 angeordnet. Die Stützfeder 12 wirkt in Richtung der entspannten Arretierfeder 1 1 und hält die Stützmutter 10 in Position und drückt gegen die Schubkraft des Bewegungsgewindes 9. Weiterhin kann ein schnelles Wiederaufschrauben der Stützmutter 10 auf das

Bewegungsgewinde 9 durch eine kegelförmige Form oder ein Abfasen des Bewe gungsgewindes 9 erzielt werden.

Bezuqszeichenliste

1 Kupplungseinheit

2 Erste Kupplung

3 Zweite Kupplung

4 Elektromotor

5 Planetengetriebe

6 Antriebswandlereinrichtung

7 Schutzmechanismus

8 Abtriebswelle

9 Bewegungsgewinde

10 Stützmutter

1 1 Arretierfeder

12 Stützfeder

13 Stützscheibe

14 Druckscheibe

15 Druckkolben

16 Kugel

17 Kupplungsfeder

18 Lamellenpaket

19 Stirnrad

20 Lagerschild

21 Achse