Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kopplungseinrichtung zum Koppeln und Entkoppeln eines Antriebselements mit einem Abtriebselement eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Kopplungselement, das von einer Kopplungsstellung, in der es das Antriebselement mit dem Abtriebselement koppelt, in eine Entkopplungsstellung, in der das Antriebselement von dem Abtriebselement entkoppelt ist, überführbar ist und umgekehrt.

Unter dem Antriebsstrang werden die Komponenten des Kraftfahrzeugs verstanden, über die ein Drehmoment von einem Motor auf die Räder übertragen wird oder umgekehrt. Der Antriebsstrang umfasst typischerweise Komponenten wie etwa Getriebe, Wellen, Differentiale usw., wobei entsprechende Details dem Fachmann hinlänglich bekannt sind.

Insbesondere bei einem Kraftfahrzeug mit einem Allradantrieb, bei dem ein mittels des Motors erzeugtes Antriebsmoment selektiv auf die Räder verteilt wird, ist es in gewissen Fahrsituationen vorteilhaft, bestimmte Komponenten des Antriebsstrangs stillzulegen, also von den übrigen Komponenten abzukoppeln, so dass eine Übertragung einer Drehbewegung bzw. eines Moments auf die stillgelegten Komponenten vermieden wird. Hierdurch wird erreicht, dass aufgrund der ausbleibenden Drehbewegung der stillgelegten Komponenten Energieverluste vermieden werden.

Zur entsprechenden An- bzw. Abkopplung ist die Kopplungseinrichtung vorgesehen, die einerseits mit dem Antriebselement und andererseits mit dem Abtriebselement verbunden bzw. verbindbar ist. Eine solche Kopplungseinrichtung wird häufig auch als Disconnect Unit bezeichnet. Unter dem Antriebselement wird diejenige mit der Kopplungseinrichtung verbundene bzw. verbindbare Komponente verstanden, die motorseitig an dieser angeordnet ist. Unter dem Abtriebselement wird diejenige mit der Kopplungseinrichtung verbundene bzw. verbindbare Komponente verstanden, die radseitig an dieser angeordnet ist. Eine Übertragung des Drehmoments zwischen diesen Elementen erfolgt dann, wenn sich die Kopplungseinrichtung in einem Kopplungszustand respektive wenn sich das Kopplungselement in der Kopplungsstellung befindet.

Bezüglich des Kopplungs- bzw. Entkopplungsvorgangs besteht das Bedürfnis, dass dieser möglichst verzögerungsfrei erfolgt und mithin eine möglichst kurze Schaltzeit gegeben ist. Die vorliegende Erfindung stellt sich somit die Aufgabe, ein diesbezüglich verbessertes Konzept im Zusammenhang mit einer Kopplungseinrichtung anzugeben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Kopplungseinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass wenigstens ein Aktor, wenigstens eine Rastiereinrichtung und wenigstens ein Federelement vorgesehen sind, wobei das linear verschiebbare Kopplungselement in der Kopplungs- oder Entkopplungsstellung als Ausgangsstellung mittels der Rastiereinrichtung bei gleichzeitig gespanntem und das Kopplungselement in die jeweils andere Stellung spannendem Federelement fixiert ist, und wobei zum Überführen in die jeweils andere Stellung das Federelement mittels des Aktors weiter spannbar ist und die Fixierung durch die Rastiereinrichtung aufhebbar ist, so dass das Kopplungselement nach Freigabe durch den Aktor mittels des Federelements in die andere Stellung verschiebbar ist.

Das Kopplungselement ist eindimensional entlang eines Bewegungsweges verschiebbar, wobei das Kopplungselement von der Kopplungsstellung in die Entkopplungsstellung und umgekehrt entlang des Bewegungsweges verschoben wird. Das Kopplungselement ist in der Kopplungsstellung, wenn es an einem Ende, und in der Entkopplungsstellung, wenn es an dem anderen Ende des Bewegungsweges ist. Wenn das Kopplungselement in der Ausgangsstellung, also in der Kopplungsstellung oder der Entkopplungsstellung ist, wird es mittels der Rastiereinrichtung in Position gehalten. Zudem ist das Federelement derart gespannt, dass dessen elastische Rückstellkraft das Kopplungselement entgegen der Fixierwirkung der Rastiereinrichtung in die jeweils andere Stellung vorspannt bzw. drückt.

Wenn das Kopplungselements in die jeweils andere Stellung überführt werden soll, wird das Federelement zunächst mittels des Aktors weiter gespannt. Entsprechend wird hierbei das Kopplungselement entlang des Bewegungswegs zunächst von der Stellung weg bewegt, in die es überführt werden soll. Das Kopplungselement kann hierbei zum äußersten Ende des Bewegungspfades bewegt werden, und zwar unter weiterem Spannen bzw. weiterer Komprimierung des Federelements. Zusätzlich wird hierbei die mittels der Rastiereinrichtung bewirkte Fixierung des Kopplungselements aufgehoben, so dass die Bewegung des Kopplungselements entlang des Bewegungswegs freigegeben wird. Nachdem die Bewegung des Kopplungselements und mithin das weitere Spannen des Federelements abgeschlossen ist, erfolgt eine Freigabe des Kopplungselements von bzw. durch den Aktor, so dass das Kopplungselement ausschließlich mittels der elastischen Spannkraft des Federelements in die jeweils andere Stellung verschoben wird.

Der Aktor kann beispielsweise ein elektromechanisches Bauteil wie ein Elektromotor oder pneumatisches Stellelement sein. Die mittels des Aktors generierte Bewegung kann auf das Kopplungselement oder eine mit dem Kopplungselement verbundene Komponente übertragen werden, wobei die aktorseitige Freigabe des Kopplungselements nach dem weiteren Spannen des Federelements beispielsweise dadurch erfolgt, dass die Übertragung der mittels des Aktors generierten Bewegung auf das Kopplungselement über eine Welle oder Scheibe mit einer Nocke erfolgt.

Die vorliegende Erfindung beruht insbesondere auf dem Gedanken, dass das Überführen von der Kopplungsstellung in die Entkopplungsstellung bzw. umgekehrt nicht vollständig mittels des Aktors vorgenommen wird, sondern dass dieser lediglich für das weitere Spannen des Federelements genutzt wird. Stattdessen erfolgt der eigentliche Überführungsprozess des Kopplungselements mittels der in dem Federelement gespeicherten Energie. Da das Entspannen des Federelements quasi schlagartig bzw. verzögerungsfrei erfolgt, wird vorteilhaft eine kürzere Schaltzeit demgegenüber, dass der komplette Überführungsprozess mittels des Aktors vorgenommen wird, realisiert. Zur Realisierung der kurzen Schaltzeit ist es insbesondere nicht erforderlich, dass der Aktor entsprechend leistungsstark und hochdynamisch ausgelegt sein muss.

Bei der erfindungsgemäßen Kopplungseinrichtung kann genau ein Aktor, ein Federelement und eine Rastiereinrichtung vorgesehen sein, so dass die Überführung des Kopplungselements entweder von der Entkopplungsstellung in die Kopplungsstellung oder von der Kopplungsstellung in die Entkopplungsstellung mittels dieser Komponenten erfolgt. Die Rücküberführung des Kopplungselements kann über weitere Mittel, etwa über einen weiteren Aktor, mittels dem der komplette Schaltvorgang ohne entsprechendem Federelement durchgeführt wird, erfolgen.

Demgegenüber ist jedoch bevorzugt vorgesehen, dass für die jeweilige Bewegung von der Entkopplungsstellung in die Kopplungsstellung und von der Kopplungsstellung in die Entkopplungsstellung jeweils ein Aktor, jeweils ein Federelement sowie jeweils eine Rastiereinrichtung vorgesehen sind. Anders ausgedrückt sind diese Komponenten jeweils doppelt vorgesehen, so dass die Überführung des Kopplungselements sowohl von der Entkopplungsstellung in die Kopplungsstellung als auch von der Kopplungsstellung in die Entkopplungsstellung gemäß dem oben erläuterten Konzept erfolgen kann und die hierbei genannten Vorteile bei der Überführung in beide Stellungen gegeben sind. Besonders bevorzugt erfolgt beim Überführen des Kopplungselements von der Kopplungsstellung in die Entkopplungsstellung und umgekehrt ein Spannen des einen und ein Entspannen des jeweils anderen Federelements, wobei die in dem sich entspannenden Federelement gespeicherte Energie zu einem Großteil auf das sich spannende Federelement übertragen wird. Die beim Entspannen eines der Federelemente freiwerdende Energie wird mithin nicht dissipiert bzw. geht nicht verloren, sondern wird zu einem großen Teil in dem jeweils anderen Federelement gespeichert.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Kopplungseinrichtung bezüglich des Bewegungsweges sowie der Federelemente, und insbesondere bezüglich der Aktoren sowie der Rastiereinrichtungen, spiegelsymmetrisch aufgebaut ist. So kann das Kopplungselement in der Kopplungs- und Entkopplungsstellung jeweils denselben Abstand zu einem Mittel- bzw. Symmetriepunkt des Bewegungswegs bzw. einer Symmetrieachse haben. Selbiges gilt für die Stellungen des Kopplungselements, in denen das jeweilige Federelement ausgehend von der Ausgangsstellung weiter gespannt wurde. Die beiden Federelemente weisen bevorzugt dieselbe Federhärte auf. Das weitere Spannen dient mithin insbesondere dazu, dass eine bei der Überführung des Kopplungselements in die jeweils andere Stellung, insbesondere aufgrund von Reibung, erfolgende Energiedissipation bzw. der entsprechende Energieverlust kompensiert wird und der Überführungsvorgang aufgrund einer diesbezüglich „fehlenden“ Energie nicht vorzeitig abbricht bzw. zum Erliegen kommt.

Bei der erfindungsgemäßen Kopplungseinrichtung ist denkbar, dass das oder jedes Federelement zwischen dem Kopplungselement und einer bezüglich eines Gehäuses der Kopplungseinrichtung ortsfesten Komponente angeordnet ist und sich hieran jeweils abstützt. Das respektive jedes Federelement ist mithin zwischen dem Kopplungselement und der ortsfesten Komponente geklemmt und/oder entsprechend endseitig jeweils hieran befestigt. Das respektive jedes Federelement kann sich an dem Kopplungselement und der ortsfesten Komponente direkt abstützen. Ferner kann sich das respektive jedes Federelement an dem Kopplungselement und der ortsfesten Komponente auch indirekt abstützen, das heißt, dass sich zwischen dem Federelement und dem Kopplungselement bzw. der ortsfesten Komponente wenigstens ein weiteres Bauteil befindet. Die ortsfeste Komponente kann das Gehäuse selbst sein, so dass sich das oder jedes Federelement entsprechend an einer Innenwand des Gehäuses abstützt. Zusätzlich oder alternativ kann die ortsfeste Komponente ein in dem Gehäuse angeordnetes und an diesem gegebenenfalls befestigtes Innengehäuse sein, das etwa die Federelemente einhaust.

Das oder jedes Federelement kann eine Schraubenfeder sein oder eine solche umfassen. Insbesondere umfasst das Federelement mehrere nebeneinander vorgesehene Schraubenfedern, die entlang eines radial äußeren Abschnitts des scheiben- oder ringförmigen Kopplungselements angeordnet sind. Denkbar ist auch, dass das Federelement eine sich entlang des radial äußeren Abschnitts des Kopplungselements erstreckende Schraubenfeder ist. Das oder jedes Federelement kann auch eine Tellerfeder sein oder eine solche umfassen, die sich ebenfalls entlang des radial äußeren Abschnitts des scheiben- oder ringförmigen Kopplungselements erstrecken kann.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Kopplungselement eine mittels eines Lagers drehbar gelagerte Schaltmuffe aufweist oder eine solche umfasst, wobei die Schaltmuffe eine an einem Innenumfang angeordnete Innenverzahnung aufweist, die zum Koppeln des Antriebselements mit dem Abtriebselement mit einer an einem Außenumfang des Antriebselements angeordneten Außenverzahnung und gleichzeitig mit einer an einem Außenumfang des Abtriebselements angeordneten Außenverzahnung in Eingriff bringbar ist. Die Schaltmuffe ist ein ringförmiges Bauteil, an dessen radialen Innenumfang die Innenverzahnung vorgesehen ist. Durch ein Verschieben der Schaltmuffe entlang ihrer Axialrichtung, die mit der jeweiligen Axialrichtungen des An- und Abtriebselements zusammenfällt, wird eine formschlüssige Verbindung zwischen der Innenverzahnung der Schaltmuffe und den Außenverzahnungen des An- und Abtriebselements hergestellt. Die entsprechende Axialverschiebung der Schaltmuffe entspricht der Verschiebung dieses Kopplungselements entlang des eindimensionalen Bewegungswegs.

Aufgrund des Formschlusses zwischen der Innenverzahnung der Schaltmuffe und den Außenverzahnungen des An- und Abtriebselements, der in dem Kopplungszustand des als die Schaltmuffe vorgesehenen Kopplungselements vorliegt, dreht sich die Schaltmuffe zusammen mit dem An- und Abtriebselement. Daher ist es erforderlich, dass die Schaltmuffe mittels des Lagers bezüglich der ortsfesten Komponenten der Kopplungseinrichtung, insbesondere bezüglich des Gehäuses, drehbar gelagert ist. Als Lager, mittels dem das Kopplungselement drehbar gelagert ist, kann ein Axial-Na- dellager vorgesehen sein. Dieses kann eine bezüglich des oder eines Gehäuses der Kopplungseinrichtung ringförmige, drehfeste Lagerfläche, an der sich das Federelement abstützt, und eine ringförmige, drehbare Lagerfläche, die an dem Kopplungselement, insbesondere der Schaltmuffe, befestigt oder an dieser angeformt ist, umfassen, wobei zwischen der drehfesten Lagerfläche und der drehbaren Lagerfläche wenigstens ein Wälzkörper des Axial-Nadellagers angeordnet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Kopplungseinrichtung kann vorgesehen sein, dass die o- der jede Rastiereinrichtung eine von einer Rastposition in eine Freigabeposition bewegbare Rastklinke umfasst. Die Rastklinke ragt in der Rastposition in den Bewegungsweg, entlang dem sich das Kopplungselement bei der Überführung von der Ausgangsstellung in die jeweils andere Stellung bewegt. Alternativ ragt die Rastklinke in der Rastposition in einen Bewegungspfad, entlang dem sich ein mit dem Kopplungselement mitbewegtes Führungselement bei der Überführung von der Ausgangsstellung in die jeweils andere Stellung bewegt. Die Rastklinke gibt den Bewegungsweg o- der den Bewegungspfad in der Freigabeposition frei. Befindet sich das Kopplungselement in der Kopplungs- oder Entkopplungsstellung, dann wird das Führungselement mittels des Federelements gegen die sich in der Rastposition befindende Rastklinke gedrückt, wobei mittels der Rastklinke die zum Fixieren des Kopplungselements erforderliche Gegenkraft aufgebracht wird. Sobald das Kopplungselement mittels des Aktors zum weiteren Spannen des Federelements von der Rastklinke wegbewegt wird, wird diese in die Freigabeposition überführt, so dass das Kopplungselement respektive das Führungselement nach der Freigabe des Kopplungselements durch den Aktor die entsprechende Ausgangsstellung zum Überführen in die jeweils andere Stellung ungehindert passieren kann.

Sofern das Kopplungselement die mittels des Axial-Nadellagers gelagerte Schaltmuffe ist, dann kann das Führungselement zwischen der drehfesten Lagerfläche des Axial- Nadellagers und dem Federelement angeordnet sein. Das Führungselement und das Federelement können zur Realisierung des eindimensionalen Bewegungsweges des Kopplungselements innerhalb des oder eines, insbesondere länglich ausgebildeten, Innengehäuses angeordnet sein, innerhalb dem das Führungselement linearbeweglich geführt ist. Das Innengehäuse kann hohlzylindrisch und das Führungselement ringartig ausgebildet sein. Das Führungselement kann wenigstens einen Vorsprung aufweisen, der durch eine Längsöffnung des Innengehäuses nach außen ragt. Der Vorsprung bewegt sich entlang eines Bewegungspfades, wenn die Schaltmuffe in Axialrichtung verschoben wird, wobei die Rastklinke in dem Rastzustand in den Bewegungspfad des Vorsprungs ragen und diesen in der Freigabeposition freigeben kann.

Denkbar ist, dass die oder jede Rastiereinrichtung eine mit der Rastklinke gekoppelte Rückstellfeder und einen Klinkenaktor aufweist, wobei die Rastklinke mittels des Klinkenaktors und entgegen einer elastischen Rückstellkraft der Rückstellfeder von der Freigabeposition in die Rastposition oder umgekehrt überführbar ist, wobei die Rastklinke mittels der elastischen Rückstellkraft in die jeweils andere Position überführbar ist. Der Klinkenaktor kann ein elektromechanisch oder pneumatisch betriebenes Stellelement sein. Zur Überführung der Rastklinke von der Rastposition in die Freigabeposition kann der Klinkenaktor eine die Überwindung der elastischen Rückstellkraft der Rückstellfeder bewirkende Kraft generieren, so dass die Rastklinke entsprechend in die Freigabeposition gebracht wird. Sobald diese Kraft des Klinkenaktors wegfällt, drückt die Rückstellfeder die Rastklinke automatisch in die Rastposition.

Die Rastklinke kann angeschrägt sein und/oder in der Rastposition schräg in den Bewegungsweg oder -pfad ragen, so dass das Kopplungselement respektive das Führungselement beim Überführen von der Ausgangsstellung in die jeweils andere Stellung die das Kopplungselement in der jeweils anderen Stellung fixierende Rastklinke ungehindert passieren kann. Beim Passieren dieser Stelle gleitet das Kopplungselement bzw. das Führungselement entlang der schräg zum Bewegungsweg bzw. -pfad stehenden Fläche der Rastklinke entlang und drückt diese hierbei entgegen der Rückstellkraft der Rückstellfeder aus dem Bewegungsweg bzw. -pfad.

Bei der erfindungsgemäßen Kopplungseinrichtung kann vorgesehen sein, dass eine Steuerungseinrichtung der Kopplungseinrichtung oder des Kraftfahrzeugs mit dem o- der jedem Aktor und der oder jeder Rastiereinrichtung, insbesondere dem oder jedem Klinkenaktor, verbunden ist, wobei die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, bei Vorliegen eines eine Überführung des Kopplungselements von der Ausgangsstellung in die jeweils andere Stellung anzeigenden Steuersignals den oder den jeweiligen Aktor und die oder die jeweilige Rastiereinrichtung derart anzusteuern, dass das Federelement mittels des Aktors weiter gespannt wird und die Fixierung durch die Rastiereinrichtung aufgehoben wird. Die Steuerungseinrichtung ist mit dem Aktor und der Rastiereinrichtung, insbesondere dem Klinkenaktor, die jeweils als ein elektromechanisches Stellmittel ausgebildet sind, über entsprechende elektrische Verbindungen verbunden. Sofern der Aktor und/oder der Klinkenaktor als ein pneumatisch betriebenes Stellmittel ausgebildet ist, kann die Steuerungseinrichtung mit einer entsprechend ansteuerbaren Ventileinrichtung, mittels der die Aktoren betätigbar sind, verbunden sein.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Antriebselement, ein Abtriebselement und eine Kopplungseinrichtung gemäß der obigen Beschreibung zum Koppeln und Entkoppeln des Antriebselements mit dem Abtriebselement. Sämtliche erläuterten Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Kopplungseinrichtung sind auf den erfindungsgemäßen Antriebsstrang übertragbar und umgekehrt.

Besonders bevorzugt ist oder umfasst das An- und das Abtriebselement jeweils eine Welle des Antriebsstrangs. So kann das Antriebselement eine mit einem Motor des Kraftfahrzeugs verbundene oder verbindbare Antriebswelle sein. Das Abtriebselement kann eine bezüglich der Antriebswelle koaxial angeordnete Radnabe eines Rades des Kraftfahrzeugs oder eine unmittelbar mit der Radnabe verbundene Welle sein. Der Motor kann eine elektrische Maschine oder ein Verbrennungsmotor sein. Denkbar ist zudem, dass der Antriebsstrang sowohl eine elektrische Maschine als auch einen Verbrennungsmotor umfasst respektive hiermit verbunden oder verbindbar ist, wobei der Antriebsstrang in diesem Fall für ein Hybridfahrzeug vorgesehen ist.

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

Figur 1 ein Kraftfahrzeug mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs mit vier erfindungsgemäßen Kopplungseinrichtungen,

Figur 2 eine der Kopplungseinrichtungen des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs der Figur 1 ,

Figur 3 eine Sequenz mehrerer Einzeldarstellungen der Kopplungseinrichtung der Figur 2 zur Erläuterung der Überführung des Kopplungselements von der Entkopplungsstellung in die Kopplungsstellung und umgekehrt, und

Figur 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der elastischen Rückstellkräfte der Federelemente der Kopplungseinrichtung der Figuren 2 und 3.

Figur 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Antriebsstrang 2, mittels dem ein Drehmoment von einem als eine elektrische Maschine 3 ausgebildeten Motor zu den Rädern 4 des Kraftfahrzeugs 1 übertragbar ist und umgekehrt. Das Kraftfahrzeug 1 ist vorliegend ein Elektrofahrzeug. Gleichermaßen ist es denkbar, dass zusätzlich oder alternativ zur elektrischen Maschine 3 ein Verbrennungsmotor als Motor vorgesehen ist.

Das Kraftfahrzeug 1 weist beispielhaft einen Allradantrieb auf, wobei die Vorderachse 5 und die Hinterachse 6 jeweils ein Differentialgetriebe 7 zur selektiven Übertragung des Drehmoments auf die Räder 4 aufweist. Der Antriebsstrang 2 umfasst ferner vier jeweils zum Koppeln und Entkoppeln eines Antriebselements 9 mit einem Abtriebselement 10 des Antriebsstrangs 2 vorgesehene Kopplungseinrichtungen 8. Das Antriebselement 9 ist jeweils eine zwischen dem Differentialgetriebe 7 und der Kopplungseinrichtung 8 angeordnete Antriebswelle. Das Abtriebselement 10 ist eine unmittelbar mit einer Radnabe des Rades 4 verbundene Welle. Obgleich die Kopplungseinrichtung 8 grundsätzlich an jeder beliebigen Stelle im Antriebsstrang 2 angeordnet sein kann, sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Räder 4 jeweils mittels einer der Kopplungseinrichtungen 8 vom restlichen Antriebsstrang 2 an- und abkoppelbar.

Nachfolgend werden weitere Details bezüglich der gleichartigen Kopplungseinrichtungen 8 anhand der Figur 2 erläutert, die einen Längsschnitt durch eine der Kopplungseinrichtungen 8 zeigt. So umfasst die Kopplungseinrichtung 8 ein Kopplungselement 11 , das vorliegend eine Schaltmuffe 12 ist. Die Kopplungselement 11 respektive die Schaltmuffe 12 ist von einer Kopplungsstellung, in der sie das Antriebselement 9 mit dem Abtriebselement 10 koppelt, in eine Entkopplungsstellung, in der das Antriebselement 9 von dem Abtriebselement 10 entkoppelt ist, überführbar. Die Schaltmuffe 12 ist ringförmig und weist eine an ihrem Innenumfang angeordnete Innenverzahnung 13 auf. Das Antriebselement 9 und das Abtriebselement 10 weisen an ihrem Außenumfang jeweils eine Außenverzahnung 14 auf. Das Kopplungselement 11 bzw. die Schaltmuffe 12 ist entlang eines Bewegungswegs 15, der in der Figur 2 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, linear verschiebbar. In der in Figur 2 dargestellten Stellung ist das Kopplungselement 11 respektive die Innenverzahnung 13 der Schaltmuffe 12 lediglich im Eingriff mit der Außenverzahnung 14 des Antriebselements 9, so dass die Elemente 9, 10 nicht miteinander drehgekoppelt sind und das Kopplungselement 11 mithin in der Entkopplungsstellung ist. Eine Verschiebung des Kopplungselements 11 entlang des Bewegungswegs 15, bezogen in der Figur 2 nach rechts, bewirkt, dass die Innenverzahnung 13 der Schaltmuffe 12 mit der Außenverzahnung 14 des Antriebselements 9 und gleichzeitig mit der Außenverzahnung 14 des Abtriebselements 10 in Eingriff gebracht wird. Der hierbei entstehende Formschluss bewirkt eine Drehkopplung der Elemente 9, 10, so dass das Kopplungselement 11 in dieser Position in der Kopplungsstellung ist.

Wie bereits erwähnt wurde ist die Schaltmuffe 12 ringförmig ausgebildet, wobei die Drehachsen 16 der Elemente 9, 10 bzw. dieser Wellen und die in Axialrichtung der Schaltmuffe 12 verlaufende Zentralachse zusammenfallen. So zeigt die Figur 2 nur eine Hälfte der Kopplungseinrichtung 8, wobei aufgrund der gegebenen Symmetrie um die Achse 16 der andere Teil der Kopplungseinrichtung 8 entsprechend gleichartig ausgebildet ist.

Die Kopplungseinrichtung 8 wird nach außen von einem zylindrischen Gehäuse 17 begrenzt, das koaxial bezüglich der Elemente 9, 10 angeordnet ist. Die Elemente 9, 10 laufen jeweils in das Gehäuse 17 ein und wieder heraus, wobei zur Abdichtung des Antriebselements 9 und des Abtriebselements 10 bezüglich eines innerhalb des Gehäuses 17 vorgesehenen Schmiermittels Dichtelemente 50, 51 vorgesehen sind. Exemplarisch ist das Dichtelement 50 eine dynamische Dichtung, vorzugsweise ein Radialwellendichtring, und das Dichtelement 51 eine statische Dichtung, vorzugsweise ein O-Ring.

Nachfolgend werden anhand der Figur 2 zunächst Einzelheiten hinsichtlich der Überführung des Kopplungselements 11 von der in der dort gezeigten Entkopplungsstellung als Ausgangsstellung in die Kopplungsstellung erläutert. So umfasst die Kopplungseinrichtung 8 einen in der Figur 2 äußerst schematisch dargestellten ersten Aktor 18, eine erste Rastiereinrichtung 19 und ein erstes Federelement 20. Das erste Federelement 20 ist eine Schraubenfeder, die sich entlang eines radial äußeren Abschnitts bzw. eines radialen, flanschartigen Außenabschnitts der Schaltmuffe 12 erstreckt. Denkbar ist auch, dass das erste Federelement 20 mehrere Schraubenfedern umfasst, die nebeneinander entlang des radial äußeren Abschnitts der Schaltmuffe 12 angeordnet sind, oder dass das erste Federelement 20 eine sich entlang des radial äußeren Abschnitts der Schaltmuffe 12 erstreckende Tellerfeder ist. Die Komponenten 18, 19, 20 dienen zur Überführung des Kopplungselements 11 von der Entkopplungsstellung in die Kopplungsstellung. Analog hierzu umfasst die Kopplungseinrichtung ferner einen zweiten Aktor 21 , eine zweite Rastiereinrichtung 22 und ein zweites Federelement 23, die bezüglich der Komponenten 18, 19, 20 identisch und lediglich spiegelverkehrt ausgebildet sind. Die Komponenten 21 , 22, 23 dienen dazu, das Kopplungselement von der Kopplungsstellung in die Entkopplungsstellung zu überführen. Die konkrete Wirkungsweise der Komponenten 18 bis 23 wird weiter unten erläutert. Die in Zusammenhang mit den Komponenten 18 bis 20 dargelegten Aspekte gelten grundsätzlich gleichermaßen für die Elemente 21 bis 23.

Zunächst wird der mechanische Aufbau der Kopplungseinrichtung 8 erläutert. So ist das Federelement 20 zwischen dem Kopplungselement 11 , vorliegend zwischen dem radialen, flanschartigen Außenabschnitt 24 der Schaltmuffe 12, und einer bezüglich des Gehäuses 17 ortsfesten Komponente 25 angeordnet und stützt sich hieran jeweils ab. Die ortsfeste Komponente 25 ist ein an dem Gehäuse 17 befestigtes, hohlzylindrisches und die Federelemente 20, 23 einhausendes Innengehäuse der Kopplungseinrichtung 8, wobei sich das erste Federelement 20, gleichermaßen wie das zweite Federelement 23, an einer Innenwandung der ortsfesten Komponente 25 respektive dem Innengehäuse direkt abstützt. Jeweils auf der anderen Seite stützen sich die Federelemente 20, 23 an dem Kopplungselement 11 im Bereich des Außenabschnitts 24 der Schaltmuffe 12 indirekt ab. „Indirekt“ heißt hierbei, dass zwischen dem jeweiligen Federelement 20, 23 und dem Kopplungselement 11 kein Berührungskontakt vorliegt, sondern weitere Komponenten angeordnet sind.

So stützt sich das Federelement 20 an einem scheibenförmigen ersten Führungselement 26 ab, das sich im Falle einer Verschiebung des Kopplungselements 11 entlang dem Bewegungsweg 15 mit diesem mitbewegt. Entsprechend stützt sich das zweite Federelement 23 an einem scheibenförmigen zweiten Führungselement 27 ab. Die Führungselemente 26, 27 sind innerhalb der als das Innengehäuse vorgesehenen ortsfesten Komponente 28 angeordnet und dort längsbeweglich gelagert. Zwischen dem ersten Führungselement 26 und dem Kopplungselement 11 respektive dem Außenabschnitt 24 der Schaltmuffe 12 ist ein als Axial-Nadellager vorgesehenes erstes Lager 28 vorgesehen, wobei das Kopplungselement 11 mittels des ersten Lagers 28 mit dem drehfesten ersten Führungselement 26 verbunden ist. Das erste Lager 28 umfasst eine drehfeste Lagerfläche 29, an der sich das erste Federelement 20 über das erste Führungselement 26 abstützt. Ferner umfasst das erste Lager 28 eine ringförmige, drehbare Lagerfläche 30, die an dem Außenabschnitt 24 der Schaltmuffe 12 befestigt ist. Zwischen den Lagerflächen 29, 30 sind Lagerwalzen 31 des ersten Lagers 28 angeordnet. Entsprechend ist auch zwischen dem zweiten Federelement 23 respektive dem zweiten Führungselement 27 und dem Kopplungselement 11 ein ebenfalls als ein Axial-Nadellager ausgebildetes zweites Lager 32 angeordnet. Die beiden drehbaren Lagerflächen 30 sind an den gegenüberliegenden Stirnseiten des Außenabschnitt 24 angeformt bzw. befestigt.

Nachfolgend werden die Komponenten der ersten Rastiereinrichtung 19 anhand der diesbezüglich äußerst schematischen Figur 2 erläutert. So umfasst die erste Rastiereinrichtung 19 eine erste Rastklinke 33, eine mit der ersten Rastklinke 33 gekoppelte erste Rückstellfeder 34 und einen ersten Klinkenaktor 35. Entsprechend weist die zweite Rastiereinrichtung 22 eine zweite Rastklinke 36, ein mit der zweiten Rastklinke 36 gekoppelte zweite Rückstellfeder 37 und einen zweiten Klinkenaktor 38 auf. Die Funktionsweise und der Zweck der Rastiereinrichtungen 19, 22 wird nachfolgend.

So wird im Folgenden anhand Figur 2, unter zusätzlicher Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4, die Überführung des Kopplungselements 11 von der Kopplungsstellung in die Entkopplungsstellung und anschließend die Überführung von der Entkopplungsstellung in die Kopplungsstellung erläutert. Exemplarisch ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Aktoren 18, 21 , die Rastiereinrichtungen 19, 22, die Federelemente 20, 23 sowie die Führungselemente 26, 27 und die Lager 28, 32 jeweils spiegelsymmetrisch bezüglich des Außenabschnitts 24 ausgebildet sind. Die Federelemente 20, 23 besitzen hierbei insbesondere dieselbe Federhärte.

In der Figur 2 ist die Position des ersten Führungselements 26 bezogen auf den Bewegungsweg 15 bzw. die Horizontalrichtung in dieser Figur, wenn sich das Kopplungselement 11 in der Entkopplungsstellung befindet, durch die gestrichelte Linie 39 angedeutet. Ferner ist die Position des zweiten Kopplungselements 11 respektive des Außenabschnitts 24, wenn sich das Kopplungselement 11 in der Kopplungsstellung befindet, durch die Linie 40 angedeutet.

Die fünf in der Figur 3 gezeigten Teilabbildungen zeigen jeweils die Kopplungseinrichtung 8 der Figur 2, wobei die, von links gesehen, erste Teilabbildung dem in der Figur 2 gezeigten Zustand entspricht, also dem Zustand, in dem sich das Kopplungselement 11 in der Entkopplungsstellung befindet. In dieser Stellung ist das Kopplungselement 11 mittels der ersten Rastiereinrichtung 19 fixiert und das erste Federelement 20 komprimiert, so dass dessen elastische Rückstellkraft das Kopplungselement 11 entlang des Bewegungswegs 15 in die Richtung der Kopplungsstellung drückt. Die Fixierung des Kopplungselements 11 in dieser Position erfolgt mittels eines Vorsprungs 41 des ersten Führungselements 26. Der Vorsprung 41 ragt durch eine Längsöffnung des Innengehäuses und bewegt sich entlang eines Bewegungspfades 54, wenn die Schaltmuffe 12 in Axialrichtung verschoben wird. Die erste Rastklinke 33 befindet sich in diesem Zustand in einer Rastposition, in dem sie in den Bewegungspfad 54 des Vorsprungs 41 ragt. Der Vorsprung 41 stützt sich hierbei an der ersten Rastklinke 33 entgegen der elastischen Rückstellkraft des ersten Federelements 20 ab. Die erste Rückstellfeder 34 drückt hierbei die erste Rastklinke 33, bezogen auf die Figur 2, nach unten in den Bewegungspfad 54 des Vorsprungs 41 .

Die Figur 4 zeigt ein Koordinatensystem, dessen Abszisse 42 die Position des Kopplungselements 11 respektive dem zugehörigen Außenabschnitt 24 zeigt, und zwar bezogen auf den Bewegungsweg 15. Zum besseren Verständnis ist in den Figuren 2, 3 und 4 jeweils die Linie 40 betreffend die in Figur 2 dargestellte Position des Kopplungselements 11 mit eingezeichnet. Die Ordinate 43 des in Figur 4 gezeigten Koordinatensystems betrifft die mittels der Federelemente 20, 23 bewirkte elastische Rückstellkraft. Die gestrichelte Linie 44 zeigt die mittels des ersten Federelements 20 und die gepunktete Linie 45 die mittels des zweiten Federelements 23 bewirkte elastische Rückstellkraft. Die Linie 46 zeigt die Summe der beiden Linien 44, 45, also die insgesamt auf das Kopplungselement 11 wirkende und durch die Federelemente 20, 23 bewirkte Gesamtkraft. Zum Überführen des Kopplungselements 11 von dem Entkopplungszustand in den Kopplungszustand ist vorgesehen, dass das erste Federelement 20 mittels des ersten Aktors 18 weiter gespannt wird, wobei dieser das erste Führungselement 26 samt dem Kopplungselement 11 nach links bewegt, und zwar bis der in der zweiten Teilabbildung von links in Figur 3 gezeigte Zustand der Kopplungseinrichtung 8 erreicht wird. Der Vorsprung 41 befindet sich hierbei an der bezüglich des Bewegungspfades 54 äußersten Endposition. Gleichermaßen befindet sich das Kopplungselement hierbei an der bezüglich des Bewegungsweges 15 äußersten Endposition, die durch die Linie 47 in den Figuren 3 und 4 angedeutet ist. Exemplarisch ist das zweite Federelement 23 hierbei in dem entspannten Zustand, so dass die auf das Kopplungselement 11 wirkende Gesamtkraft ausschließlich durch das erste Federelement 20 bewirkt wird.

Während des soeben beschriebenen weiteren Spannens des ersten Federelements 20 wird die Fixierung des Kopplungselements 11 mittels der ersten Rastiereinrichtung 19 aufgehoben. Dies erfolgt dadurch, dass die erste Rastklinke 33 mittels des ersten Klinkenaktors 35 in eine Freigabeposition überführt wird, in der der Bewegungspfad 54 freigegeben ist respektive die erste Rastklinke 33 nicht mehr in Kontakt mit dem Vorsprung 41 kommt, sollte er die entsprechende Stelle des Bewegungspfades 54 passieren. Die entsprechende Bewegung der ersten Rastklinke 33 erfolgt entgegen der elastischen Rückstellkraft der ersten Rückstellfeder 34.

Anschließend wird das Kopplungselement 11 seitens des ersten Aktors 18 freigegeben, so dass sich das erste Federelement 20 entspannt. Hierbei wird das Kopplungselement 11 entlang des Bewegungswegs 15 und unter entsprechender Spannung des zweiten Federelements 23 nach rechts bewegt. Dabei passiert der Vorsprung 41 des ersten Führungselements 26 die erste, sich in der Freigabeposition befindende, Rastklinke 33. Der Vorsprung 41 des zweiten Führungselements 27 hingegen läuft von unten gegen die sich schräg zur entsprechenden Bewegungsrichtung erstreckende zweiten Rastklinke 36, so dass das zweite Federelement 37 entgegen seiner elastischen Rückstellkraft nach oben bewegt wird, bis der Vorsprung 41 des zweiten Führungselements 27 die entsprechende Position passiert hat. Nach diesem Passieren drückt das zweite Federelement 37 die zweite Rastklinke 36 wieder in den Bewegungspfades des Vorsprungs 41 des zweiten Führungselements 27 und mithin in die Rastposition. Die Bewegung des Kopplungselements 11 nach rechts kehrt sich aufgrund der größer werden elastischen Rückstellkraft des zweiten Federelements 23 nach dem Überschreiten eines entsprechenden Totpunkts um, so dass anschließend der Vorsprung 41 des zweiten Führungselements 27, bezogen auf die Figuren, von rechts gegen die zweite Rastklinke 36 läuft, so dass das Kopplungselement schließlich in der Kopplungsstellung fixiert ist. Dieser Zustand ist in der mittleren Teilabbildung der Figur 3 gezeigt, wobei sich das Kopplungselement 11 in der durch die Linie 48 angedeuteten Position befindet. In dieser Position greift die Innenverzahnung 13 des Kopplungselements 11 in beide Außenverzahnungen 14 des Antriebselements 9 und des Abtriebselements 10 formschlüssig ein, so dass ein seitens des Antriebselements 9 vorliegendes Drehmoment auf das Abtriebselement 10 übertragen wird und umgekehrt. Die Elemente 9, 10 sowie die Schaltmuffe 12 rotieren in diesem Zustand gebunden.

Zur Rücküberführung des Kopplungselements 11 in die Entkopplungsstellung laufen die soeben erläuterten Schritte analog erneut ab, nur in die entsprechend andere Richtung. So wird zunächst das Kopplungselement 11 mittels des zweiten Aktors 21 nach rechts bewegt, so dass sich das zweite Federelement 23 weiter spannt, wobei der zweite Klinkenaktor 38 die zweite Rastklinke 36 entgegen der elastischen Rückstellkraft der zweiten Rückstellfeder 37 in die Freigabeposition überführt. Dieser Zustand ist in der vierten Teilabbildung von links in der Figur 3 gezeigt. Die zugehörige Position des Kopplungselements 11 wird durch die Linie 49 angedeutet. Anschließend wird das Kopplungselement 11 seitens des zweiten Aktors 21 freigegeben, so dass sich dieses unter Entspannung des zweiten Federelements 23 und unter einem Spannen des ersten Federelements 20 wieder zurück in die Entkopplungsstellung bewegt, in der das Kopplungselement 11 wieder mittels der ersten Rastiereinrichtung 19 fixiert ist. Dieser Zustand ist in der rechten Teilabbildung der Figur 3 dargestellt, die letztlich der linken Teilabbildung der Figur 3 entspricht. Das Kopplungselement 11 befindet sich hierbei wieder in der durch die Linie 40 angedeutete Position.

Das soeben erläuterte Funktionskonzept kann als bistabil bezeichnet werden. Kommt es etwa in dem Entkopplungs- oder Kopplungszustand des Kopplungselements 11 zu einem Ausfall, etwa der elektrischen Stromversorgung, mittels der die Aktoren 18, 21 respektive die Klinkenaktoren 35, 38 betrieben werden, dann bleibt die Kopplungseinrichtung 8 aufgrund der sich in dem jeweiligen Zustand befindenden Rastiereinrichtung 19, 22 in dem entsprechenden Zustand. Sofern ein solcher Ausfall während des Überführens des Rastelements 11 in die Kopplungs- bzw. Entkopplungsstellung auftritt, so verbleibt das Rastelement 11 in der jeweiligen Ausgangsstellung, wenn der Ausfall eintritt, bevor der Vorsprung 41 die jeweils zu passierende und sich in der Freigabeposition befindende Rastiereinrichtung 19, 22 passiert hat. Dies liegt daran, dass aufgrund der Rückstellkraft der Rückstellfedern 34, 37 die jeweilige Rastklinke 33, 36 bei Wegfall der mittels des Klinkenaktors 35, 38 erzeugten Kraft, die die Rastklinke 33, 36 in der Freigabeposition hält, automatisch in die Rastposition gedrückt wird. Entsprechend wechselt das Rastelement 11 in die jeweils andere Stellung, sofern der Ausfall eintritt, nachdem der Vorsprung 41 die jeweils zu passierende und sich in der Freigabeposition befindende Rastiereinrichtung 19, 22 passiert hat.

Unter erneuter Bezugnahme auf die Figur 1 ist eine Steuerungseinrichtung 52 vorgesehen, die mit den Aktoren 18, 21 und den Klinkenaktoren 35, 38 verbunden ist. Die Steuerungseinrichtung 52 ist dazu eingerichtet, bei Vorliegen eines eine Überführung des Kopplungselements 11 von der Ausgangsstellung in die jeweils andere Stellung anzeigenden Steuersignals die Aktoren 18, 21 und die Klinkenaktoren 35, 38 derart anzusteuern, dass die soeben erläuterte Überführung des Kopplungselements 11 erfolgt. Das die Überführung des Kopplungselements 11 anzeigende Steuersignal kann liegt seitens einer Fahrzeugsteuerung 53 vor und wird an die Steuerungseinrichtung 52 übertragen.

Bezuqszeichenliste

Kraftfahrzeug

Antriebsstrang elektrischen Maschine Räder

Vorderachse

Hinterachse

Differentialgetriebe Kopplungseinrichtungen Antriebselement

Abtriebselement

Kopplungselement

Schaltmuffe

Innenverzahnung

Außenverzahnung

Bewegungsweg

Drehachsen

Gehäuse

Aktor

Rastiereinrichtung

Federelement

Aktor

Rastiereinrichtung

Federelement

Außenabschnitt

Komponente

Führungselement

Führungselement

Lager

Lagerfläche

Lagerfläche

Lagerwalzen Lager erste Rastklinke erste Rückstellfeder erste Klinkenaktor zweite Rastklinke zweite Rückstellfeder zweite Klinkenaktor

Linie

Linie

Vorsprung

Abszisse

Koordinate

Linie

Linie

Linie

Linie

Linie

Linie

Dichtelement

Dichtelement

Steuerungseinrichtung

Fahrzeugsteuerung

Bewegungspfad