Die Erfindung betrifft eine Klauenkupplungsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Kupplungskörper, wobei der Kupplungskörper erste Zähne in einer ersten Verzahnung aufweist, und eine axial bewegbare Schiebemuffenanordnung mit zweiten Zähnen in einer zweiten Verzahnung.

Klauenkupplungen sind formschlüssige Kupplungen. Bei dieser werden zwei Verzahnungen in Eingriff gebracht, sodass Drehmoment übertragen werden kann.

Bei Hybrid-Fahrzeugen und Elektrofahrzeugen besteht Bedarf, eine bzw. die elektrisch angetriebene Achse beziehungsweise den Elektromotor, der ein Zuschaltantrieb ist, vom Rest des Antriebsstrangs abzukoppeln. Dadurch kann vermieden werden, dass das Schleppmoment des Elektromotors als Verlustleistung auftritt. Dabei besteht insbesondere Bedarf, die Klauenkupplung während der Fahrt zu schließen und so eine Ankopplung des Elektromotors im laufenden Betrieb zu erlauben.

Bei Klauenkupplungen kann beim Einrücken vorkommen, dass die Zähne der beiden Kupplungselemente aufeinander zum Liegen kommen und zunächst nicht ineinander greifen. Diese Stellung wird Zahn-auf-Zahn-Stellung genannt. Um trotz einer derartigen Zahn-auf-Zahn-Stellung ein Einrücken über einen Aktuator zu ermöglichen, ist es bekannt, das eigentlich axial ortsfeste Element, hier Kupplungskörper genannt, mit einer Feder abzustützen. So kann die Schiebemuffe, die eingerückt wird, bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung während des Einrückens kontinuierlich bewegt werden, wodurch die Steuerung des Aktuators vereinfacht wird. Dabei ist ein Sensor auf der Seite des Kupplungskörpers vorzusehen, um deren Position zu erkennen.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Klauenkupplungsanordnung anzugeben, die demgegenüber vereinfacht aufgebaut ist.

Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, dass die Schiebemuffenanordnung auf der Antriebsseite einen Schaltring und auf der Abtriebsseite eine Muffe mit der zweiten Verzahnung aufweist, wobei der Schaltring und die Muffe durch ein Entkoppelelement über einen vorgegebenen Weg entkoppelt sind. Mit anderen Worten kann der Schaltring und/oder die Muffe für einen bestimmten Weg, nämlich den vorgegebenen Weg, bewegt werden, ohne dass sich das andere Teil mitbewegen muss. Sie sind andererseits nicht vollständig entkoppelt, da sie ansonsten nicht gemeinsam eingerückt werden könnten. Aber für einen vorgegebenen Weg können sie entkoppelt sein.

Vorzugsweise sind der Schaltring und die Muffe ausschließlich in Richtung Einrücken für einen vorgegebenen Weg entkoppelt. Beispielsweise können der Schaltring und die Muffe in Richtung Ausrücken durchgehend oder ab einer bestimmten Position durchgehend gekoppelt sein.

Als Kern der Erfindung wird weiterhin angesehen, dass das Entkoppelelement, insbesondere ein Federelement, an der Schiebemuffenanordnung angeordnet ist. Dadurch kann auf der Seite des Kupplungskörpers eine zusätzliche Sensorik vermieden werden. Insbesondere kann mit der beschriebenen Anordnung auch das Betätigungsverfahren vereinfacht durchgeführt werden.

Die Klauenkupplung besteht also aus zwei Teilen. Der erste Teil wird Kupplungskörper genannt und ist im Wesentlichen ortsfest. Ortsfest heißt an dieser Stelle, dass er so wenig beweglich ist, dass seine axiale Beweglichkeit nicht die Klauenkupplung unbeabsichtigt einrücken kann. Bevorzugt ist der Kupplungskörper spielfrei angeordnet.

Als axial beweglichen Teil zum Einrücken weist die Klauenkupplungsanordnung eine Schiebemuffenanordnung auf. Diese ist zweiteilig ausgebildet, wobei die zwei Teile über ein Federelement miteinander gekoppelt sind. Die Muffe weist dabei die Verzahnung auf, während auf der Seite der Schaltgabel ein Schaltring vorhanden ist. Dieser ist bevorzugt ringförmig ausgestaltet, er kann jedoch auch abweichende Formen aufweisen. In der Funktion überträgt er lediglich die von einem Aktuator kommende Kraft auf das Federelement, das den Schaltring mit der Muffe verbindet.

Bevorzugt kann das Federelement einen Hubweg aufweisen, der kleiner als die

Überdeckung der Muffe ist. Die Überdeckung ist die maximale Wegstrecke, die die eingekuppelten Zähne in axialer Richtung übereinander liegen. Der Hubweg ist demnach so groß, dass er ausreicht, nach dem Auflösen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung die Verzahnungen einzuspuren, aber nicht so groß, dass bei einer Zahn-auf-Zahn- Stellung die Einkuppel-Position des Aktuators erreicht wird.

Vorzugsweise kann die Muffe einen Anschlag aufweisen, der die Federanordnung in Richtung Auskuppeln überbrückt. Dann ist das Federelement ausschließlich in Richtung Einrücken funktional.

Bevorzugt kann die Klauenkupplungsanordnung einen Aktuator mit einem Elektromotor aufweisen. Dieser Elektromotor kann einen Positionssensor aufweisen. Der Positionssensor kann bevorzugt als Drehwinkelsensor ausgestaltet sein. Dann kann über den Drehwinkelsensor und die geometrische Auslegung auch die Position des Schaltrings ermittelt werden. Wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird, kann unter Berücksichtigung von Randbedingungen bei der beschriebenen Klauenkupplungsanordnung auch auf die Position der Muffe geschlossen werden. Dadurch kann auf einen Positionssensor auf Seite des Kupplungskörpers verzichtet werden.

Der Aktuator kann bevorzugt elektromechanisch oder elektrohydraulisch ausgebildet sein. Er kann also zur Überbrückung längerer Strecken auch einen hydraulischen Abschnitt aufweisen.

Alternativ kann eine hydraulische Aktuatorik mit einem hydraulischen Steuergerät verwendet werden. Weiter alternativ ist eine magnetische Betätigung möglich.

Bevorzugt kann das Federelement als Tellerfeder ausgebildet sein. Weiterhin kann die Klauenkupplungsanordnung eine Schaltgabel aufweisen. Diese greift vorteilhafterweise in den Schaltring ein und verschiebt diesen in axialer Richtung.

Alternativ kann das Federelement als Wellfeder ausgebildet sein. Eine Wellfeder ist insbesondere bei größeren Federwegen bevorzugt. Allgemeiner ausgedrückt ist das Federelement bevorzugt ringförmig ausgebildet.

Dadurch kann eine gleichmäßige Kraftübertragung auf die Muffe erreicht werden.

Die Schaltverzahnung von Kupplungskörper und Schiebmuffe kann sich in axialer o- der radialer Richtung erstrecken. Weiterhin verfügt die bewegliche Schiebemuffe zusätzlich über eine axiale oder radiale Schiebeverzahnung.

Vorteilhafterweise können sich die ersten Zähne und/oder die zweiten Zähne in radialer Richtung erstrecken. Mit den Verzahnung sind bislang nur die Verzahnungen des Kupplungskörpers und der Muffe angesprochen. Die Muffe kann aber auch mit einer Antriebswelle über eine Verzahnung verbunden sein. Bevorzugt können die Verzahnungen als Passverzahnung ausgebildet sein. Alternativ können die Verzahnungen als Stirnverzahnung ausgebildet sein. Weiterhin können auch eine Passverzahnung und eine Stirnverzahnung verwendet werden. Insbesondere kann zwischen der Antriebswelle und der Muffe eine Passverzahnung und zwischen der Muffe und dem Kupplungskörper eine Stirnverzahnung vorhanden sein.

Daneben betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Achse und einer zweiten Achse, wobei an jeder Achse an jeder Seite wenigstens ein Rad angeordnet ist und an wenigstens einer der Achsen ein Differenzialgetriebe angeordnet ist. Der Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Differenzialgetriebe und einem der Räder eine Klauenkupplungsanordnung angeordnet ist, die wie beschrieben ausgebildet ist.

Daneben betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Achse und einer zweiten Achse, wobei an jeder Achse an jeder Seite wenigstens ein Rad angeordnet ist und die beiden Achsen über eine Kardanwelle verbunden sind. Der Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass an der Kardanwelle eine Klauenkupplungsanordnung wie beschrieben angeordnet ist.

Daneben betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Achse und einer zweiten Achse, wobei an jeder Achse an jeder Seite wenigstens ein Rad angeordnet ist. Zwischen Rotor und Differenzial befindet sich eine Übersetzungsstufe. Eine Welle, genannt Zwischenwelle, ist Teil dieser Übersetzungsstufe. Sie trägt vorteilhafterweise wenigstens zwei Stirnräder. Der Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass an der Zwischenwelle eine Klauenkupplungsanordnung wie beschrieben angeordnet ist.

Jedem der beschriebenen Antriebsstränge ist wenigstens ein Elektromotor, insbesondere Traktions-Elektromotor, zugeordnet. Dieser kann mit der Klauenkupplungsanordnung vom Rest des Antriebsstranges abgekoppelt werden. Der Traktions-Elektromotor wird so genannt, um ihn von anderen Elektromotoren des Antriebsstranges wie z.B. dem Elektromotor des Aktuators der Klauenkupplungsanordnung zu unterscheiden. Er hat selbstverständlich ein Vielfaches an Leistung, da er das Kraftfahrzeug antreiben soll.

Daneben betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Achse und einer zweiten Achse, wobei an jeder Achse an jeder Seite wenigstens ein Rad angeordnet ist und an wenigstens einer der Achsen ein Differenzialgetriebe angeordnet ist. Der Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass im Differenzialgetriebe eine Klauenkupplungsanordnung wie beschrieben angeordnet ist.

Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Klauenkupplungsanordnung und / oder einem Antriebsstrang. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass die Klauenkupplungsanordnung und / oder der Antriebsstrang wie beschrieben ausgebildet ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Kraftfahrzeug,

Fig. 2 ein Wegprofil eines Betätigungsvorgangs einer Klauenkupplung,

Fig. 3 eine Klauenkupplungsanordnung in einer ersten Position, Fig. 4 eine Klauenkupplungsanordnung in einer zweiten Position,

Fig. 5 eine Klauenkupplungsanordnung in einer dritten Position, und

Fig. 6 eine Klauenkupplungsanordnung in einer vierten Position.

Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit zwei Achsen 2 und 3. An wenigstens einer der Achsen ist ein Differenzial 4 angeordnet. Die Achsen können über eine Zwischenwelle 5 verbunden sein. Zwischen dem Differenzial und den Rädern 6 der Achsen befinden sich sogenannte Seitenwellen 7. Fig. 1 zeigt weiterhin eine Klauenkupplungsanordnung 8. Diese ist rein exemplarisch an der Kardanwelle 5 eingezeichnet. Sie kann aber genauso gut an der Seitenwelle 7 oder im Differenzial 4 angeordnet sein.

Fig. 2 zeigt die Wegstrecke 9 eines Betätigungsweges. Diese ist in Millimetern angegeben, die angegebenen Weglängen sind aber grundsätzlich willkürlich. Die im Folgenden vorgestellte Abfolge von wesentlichen Punkten ist nicht auf die angegebenen Weglängen beschränkt, diese können vielmehr im Einzelfall angepasst werden.

Die Schiebemuffe der Klauenkupplungsanordnung 8 befindet sich im ausgerückten Zustand an der Position 10. Diese kann auch als Ausrückposition bezeichnet werden. Wird die Muffe dann Richtung Einrücken verschoben, so gelangt sie nach einem bestimmten Weg zur Zahn-auf-Zahn-Position 12. Da der Elektromotor der Klauenkupplungsanordnung 8 einen Drehwinkelsensor aufweist, ist es bekannt, wann diese Position erreicht ist. Da, wie weiter unten noch dargestellt wird, zwischen dem Schaltring und der Muffe ein Federelement angeordnet ist, kann dessen Hubweg 15 bis zur Blockposition 14 problemlos weiter verfahren werden. Ist die Zahn-auf-Zahn-Stellung überwunden, kann die Muffe auch weiter in Richtung Kupplungskörper bewegt werden, bis sie die Endposition 16 erreicht. An der Endposition 16 ist die vollständige Überdeckung der Schaltverzahnung hergestellt. Die Hubbegrenzung erfolgt hierbei entweder im Zahngrund der Schaltverzahnung oder an einem beliebigen Anschlag im Kupplungskörper. An der Endposition 16 kann das gesamte Antriebsstrangmo- ment/Drehmoment übertragen werden. Dabei ist der Hubweg 15 kleiner als der Einrückweg 17. Der Einrückweg 17 ist der Weg, den die Muffe oder der Schaltring von Position 10 bis Position 16 beim Einrücken zurücklegt.

Fig. 3 zeigt die Klauenkupplungsanordnung 8 in einer ersten Position, und zwar der Ausrückposition. Zu sehen ist ein Teil einer Schaltgabel 20, die in einen Schaltring 22 angreift. Dieser ist über eine Tellerfeder 24 als Federelement 26 mit der Muffe 28 verbunden. Der Schaltring 22, die Tellerfeder 24 und die Muffe 28 bilden zusammen die Schiebemuffenanordnung 30.

An der Muffe 28 befinden sich als zweite Verzahnung 32 zweite Zähne 34.

Diese zweiten Zähne 34 sind mit ersten Zähnen 36 der ersten Verzahnung 38 des Kupplungskörpers 40 in Eingriff zu bringen.

Der Kupplungskörper ist dabei axial ortsfest. Das heißt, dass seine axiale Beweglichkeit nicht dazu ausreicht, die Klauenkupplungsanordnung 8 einzurücken.

In Fig. 3 befindet sich die Klauenkupplungsanordnung 8 in der Ausrückposition 10.

Zwischen dem Schaltring 22 und der Muffe 28 ist weiterhin eine Dichtung 42 angeordnet. Diese kann in Zusammenspiel mit der Blende 44 dazu verwendet werden, die Bewegung der Schiebemuffenanordnung 30 zu dämpfen.

Fig. 4 zeigt die Klauenkupplungsanordnung 8 in der Zahn-auf-Zahn-Position 12. Dabei können die ersten Zähne 36 und die zweiten Zähne 34 aufeinander stehen. In dieser Position müssen nicht die gesamten Zahnflächen direkt aufeinander stehen, es ist vielmehr ausreichend, wenn ein kleiner Teil überlappt. Dann können die Zähne nicht in die korrespondierenden Lücken einfahren. Der Aktuator kann trotzdem weiter verfahren, da auf den Schaltring 22 zunächst das Federelement 26 folgt. Liegt eine Zahn-auf-Zahn-Stellung vor, so kann diese zunächst ignoriert werden, da dann einfach das Federelement 26 vorgespannt wird. Die Zahn-auf-Zahn-Stellung zwischen den ersten Zähnen 36 und den zweiten Zähnen 34 ist nämlich, zumindest solange eine bestimmte Differenzdrehzahl da ist, irgendwann aufgelöst. Dann können die Verzahnungen ineinandergreifen, was insbesondere bei einem vorgespannten Federelement 26 beschleunigt geschieht. Ab der Zahn-auf-Zahn-Position 12 wird der Schaltring 22 allerdings bevorzugt mit einer vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit verfahren. Diese Geschwindigkeit wird so berechnet, dass die Zahn-auf-Zahn-Stel- lung aufgelöst ist, bevor der Hubweg 15 des Federelementes 26 aufgebraucht ist. Dabei ist selbstverständlich die Differenzdrehzahl zwischen Muffe 28 und Kupplungskörper 40 zu berücksichtigen. Je größer diese ist, desto schneller ist die Zahn-auf- Zahn-Stellung überwunden. Dabei kann aus Sicherheitsgründen eine obere Schwelle vorgesehen sein, die bspw. Abweisgrenzdrehzahl heißen kann. Oberhalb dieser ist ein Einkuppelvorgang nicht möglich.

Fig. 5 zeigt die Klauenkupplungsanordnung 8 in der Blockposition 14. Ob hier eine Blockierung vorliegt, kann durch eine zusätzliche Messung der Kraft bzw. eine Begrenzung der Kraft am Elektromotor des Aktuators der Kupplungsanordnung ermittelt werden. An und für sich werden bei genügend großen Differenzdrehzahlen Blockierungen vermieden. Insbesondere bei einem stehenden Kraftfahrzeug, beispielsweise an einer roten Ampel, kann es aber dazu kommen, dass die Zahn-auf-Zahn-Stellung bis zum Erreichen des Blockpunktes 14 nicht überwunden ist. Dies heißt aber nicht automatisch, dass das Federelement 26 auf Block ist. Sollte die Differenzdrehzahl eine gegebene Schwelle unterschreiten, kann an dieser Position aber überprüft werden, ob das durch den Elektromotor abgegebene Drehmoment größer als ein anderer Schwellwert ist bzw. ob der kraftbegrenzte Aktuator zum Stehen kommt. Ist dies der Fall, kann von einer momentanen Auf-Block-Lage des Federelementes ausgegangen werden. Dann wird der Aktuatorstrom reduziert, sodass Schäden an der Klauenkupplungsanordnung vermieden werden können.

Ansonsten wird diese auf-Block-Lage des Federelementes 26 bereits dadurch überwunden, dass bei ansteigenden Differenzdrehzahlen zwischen der Muffe 28 und dem Kupplungskörper 40 ein Einspuren der Zähne möglich wird. Fig. 6 zeigt die Klauenkupplungsanordnung 8 in der Endposition 16. Die Verzahnungen sind in Eingriff gebracht, mit anderen Worten eingespurt und überdecken sich auf einer derartigen Länge, dass das volle Drehmoment des Elektromotors des Antriebsstrangs übertragen werden kann.

Bezuqszeichen

Kraftfahrzeug

Achse

Achse

Differenzial

Zwischenwelle

Rad

Kardanwelle

Klauenkupplungsanordnung

Wegstrecke

Ausrückposition

Zahn-auf-Zahn-Position

Blockposition

Hubweg

Endposition

Einrückweg

Schaltgabel

Schaltring

Tellerfeder

Federelement

Muffe

Schiebemuffenanordnung zweite Verzahnung zweiter Zahn erster Zahn erste Verzahnung

Kupplungskörper

Dichtungselement

Ausnehmung