Schaltvorrichtung

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung zur Abkopplung zweier in Verbindung stehender Abtriebswellen, oder Abkopplungsvorrichtung mit einem Schaltmechanismus, in einem elektromechanischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.

Hintergrund der Erfindung

Die Anmeldung betrifft eine Schaltvorrichtung zur Abkopplung zweier in Verbindung stehender Abtriebswellen für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 .

Aus der DE 10 2014 217 066 A1 ist eine Kupplung für einen zuschaltbaren Allradantrieb bekannt, bei welchem zwei fluchtende Antriebswellen durch ein Kupplungsteil, welches eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Antriebswellen ermöglicht, miteinander verbunden werden. Die Kupplung weist ein Schaltelement in Form einer Schaltgabel auf, mit welchem ein in axialer Richtung verschiebbares Kupplungsteil derart verschoben wird, dass die formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Antriebswellen hergestellt wird.

Aus der WO 2011/098 595 A1 ist eine Kopplungsanordnung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt, welche mindestens eine Kupplung umfasst, die an einer rotierenden Welle angeordnet ist, um die rotierende Welle wahlweise mit einem Antriebselement des Antriebsstrangs zu koppeln. Die Kopplungsanordnung umfasst ferner wenigstens eine Betätigungseinrichtung zur Betätigung der Kupplung. Die Betätigungseinrichtung ist dazu ausgebildet, wahlweise einen Eingriffsabschnitt mit einem mit der Welle rotierenden Gewindeabschnitt in Eingriff zu bringen, um eine Relativbewegung des Eingriffsabschnitts und des Gewindeabschnitts in Richtung der Achse der rotierenden Welle zu bewirken und die Kupplung hierdurch in axialer Richtung zu betätigen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, eine verbesserte Schaltvorrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der dazugehörigen Beschreibung zu entnehmen.

Dies wird auf einfache Weise durch einen rotatorisch betriebenen Antrieb erreicht, welcher mit einem Steuerelement derart formschlüssig im Eingriff steht, dass die Rotationsbewegung des Antriebs in eine Translationsbewegung des Steuerelement übersetzt wird und so das Steuerelement in Richtung der Rotationsachse der Antriebswellen verschoben werden kann, wodurch auch ein verschiebbares Kupplungselement in dieselbe Richtung verschoben wird. Damit wird die Kupplungsvorrichtung zwischen den beiden Antriebswellen außer Eingriff gebracht und kein Drehmoment von der einen auf die andere Antriebswelle übertragen. Das verschiebbare Kupplungselement ist auf einer Antriebswellen angeordnet, so dass in Richtung der Rotationsachse eine Relativverschiebung stattfinden kann, jedoch diese Antriebswelle und das darauf angeordnete, verschiebbare Kupplungselement gemeinsam eine Drehbewegung ausführen können.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Kupplungseinrichtung durch eine Klauenkupplung gebildet. Eine Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass das Steuerelement derart gegenüber dem verschiebbaren Kupplungselement gelagert ist, dass das Steuerelement das verschiebbare Kupplungselement entlang der Rotationsachse bewegt, wobei sich das Steuerelement und das verschiebbare Kupplungselement gegeneinander drehen können.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das verschiebbare Kupplungselement über ein Wälzlager gegenüber dem Steuerelement um die Rotationsachse drehbar gelagert.

Bevorzugterweise ist vom Antrieb ein Federelement vorgesehen ist, wobei das Federelement die Bewegung des verschiebbaren Kupplungselements von der geöffneten Schaltstellung in die geschlossene Schaltstellung durch seine Vorspannung unterstützt. Das Federelement kann am Antrieb selbst, beispielsweise als Drehfeder, am Steuerelement und/oder an dem verschiebbaren Kupplungselement angeordnet sein.

In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Bewegung des verschiebbaren Kupplungselements von der geöffneten Schaltstellung in die geschlossene Schaltstellung durch die formschlüssige Verbindung zwischen dem Steuerelement und dem Antrieb. Dieser Formschluss kann mit verschiedenen geometrischen Formpaarungen ausgebildet sein, die eine Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung wandeln können. Beispielsweise mittels eines exzentrisch zu Drehachse des Antriebs angeordneten Stift, der in eine Nut oder Kulisse eingreift, wobei durch exzentrische Drehung des Stiftes um die Drehachse des Antriebs das Steuerelement verschoben wird.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist das verschiebbare Kupplungselement mit der einen oder zweiten Antriebswelle drehfest, vorzugsweise mittels einer Verzahnung, verbunden.

Eine Konkretisierung der Erfindung sieht vor, dass das Steuerelement eine Steuerkulisse aufweist und der Antrieb einen Stift aufweist, wobei der Stift in die Steuerkulisse eingreifend platziert ist und die Rotationsbewegung des Antriebs in eine Translationsbewegung des Steuerelements übersetzt. Alternativ zu einem Stift kommen auch andere Eingriffselemente in Frage, welche die Funktion der Bewegungswandlung (Rotation in Translation) umsetzen können. Selbstverständlich ist dafür auch die Form der Steuerkulisse wesentlich, insbesondere im Kontaktbereich des Stiftes mit der Steuerkulisse bei Betätigung des Antriebs.

In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist das Steuerelement als ein nicht rotationssymmetrisches Bauteil ausgebildet. Bevorzugtermaßen ist das Steuerelement als Platte oder flaches Bauteil ausgeführt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Steuerelement eine Führungskulisse auf, mit der das Steuerelement am Gehäuse geführt ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung und

Figur 2 das Steuerelement der Schaltvorrichtung mit seinen Schnittstellen zu den peripheren Bauteilen.

In Figur 1 ist eine Schaltvorrichtung 1 mit einer ersten Antriebswelle 3 und einer zweiten Antriebswelle 4 dargestellt, die über eine Kupplungseinrichtung 6 drehfest miteinander verbindbar sind.

Die zweite Antriebswelle 4 umfasst zwei Teilwellen, die über eine Verzahnung 18 drehfest miteinander verbunden sind. Die zweite Antriebswelle 4 ist an einem Ende in einer Aufnahme 19 der ersten Antriebswelle 3 gelagert und über ein Kugellager 20 gegenüber einem Gehäuse 2. Die erste Antriebswelle 3 ist innerhalb des Gehäuses 2 durch ein Kugellager 21 gelagert und durch einen Fortsatz der zweiten Antriebswelle 4, der in die Aufnahme 19 der ersten Antriebswelle 3 hineinragt. Die erste und die zweite Antriebswellen 3 und 4 sind koaxial zueinander ausgerichtet und rotieren daher um eine gemeinsame Rotationsachse 5.

Jeweils ein Ende der ersten und zweiten Antriebswelle 3 und 4 ragt aus dem Gehäuse 2 heraus. Im montierten Zustand kann die erste Antriebswelle 3 dann beispielsweise mit einem Differentialgetriebe drehfest verbunden sein und die zweite Antriebswelle 4 beispielsweise mit einem Antriebsrad, oder umgekehrt. An den einander zugewandten Enden der ersten und zweiten Antriebswelle 3 und 4 ist die Kupplungseinrichtung 6 vorgesehen, die ein der ersten Antriebswelle 3 zugeordnetes erstes Kupplungselement 7 sowie ein der zweiten Antriebswelle 4 zugeordnetes und gegenüber der zweiten Antriebswelle 4 axial verschiebbares Kupplungselement 8 umfasst. Die Kupplungseinrichtung 6 kann in eine geöffnete Schaltstellung geschaltet werden, in der die erste Antriebswelle 3 und die zweite Antriebswelle 4 nicht drehfest miteinander verbunden sind. Ferner kann die Kupplungseinrichtung 6 in eine geschlossene Schaltstellung geschaltet werden, in der die erste Antriebswelle 3 drehfest mit der zweiten Antriebswelle 4 verbunden ist. Die Steuerung der Kupplungseinrichtung 6 erfolgt mittels eines Steuerelements 9, das axial verschiebbar, also in Richtung der Rotationsachse 5, und vom Gehäuse 2 gelagert ist.

Beim Schalten der Kupplungseinrichtung 6 von der geöffneten in die geschlossene Schaltstellung wird das Steuerelement 9 durch einen Antrieb 10 in Richtung des unverschiebbaren Kupplungselements 7 bewegt. Der Antrieb 10 ist vorzugsweise als Elektromotor ausgebildet.

Die Verstellbewegung wird durch einen drehbaren Antrieb 10 gesteuert, welcher mit einem Stift 13 in eine Steuerkulisse 11 des Steuerelements 9 eingreift. Die Steuerkulisse 11 ist dabei vorzugsweise als Langloch ausgebildet, wobei die beiden zueinander parallelen Flanken 15, 16 des Langlochs jeweils in Kontakt mit dem Stift 13 bei einer Durchführung der Verstellbewegung sind. Die Flanken 15, 16 des Langlochs er- strecken sich in radialer Richtung zur Rotationsachse 5, wobei diese radiale Erstreckung der Flanken 15, 16 keinen Schnittpunkt mit der Rotationsachse 5 bilden muss.

Das Steuerelement 9 ist im dauerhaften Eingriff mit dem Wälzlager 12, welches wiederum auf einer Umfangsfläche des verschiebbaren Kupplungselement 8 sitzt. Idealerweise ist der Außenring 22 des Wälzlagers 12 vom Steuerelement 9 über einen zweiseitigen Formschluss umgriffen, um eine Translation des Steuerelementes 9 mit dem Wälzlager 12 in beiden Richtungen vollführen zu können. Der Innenring 24 des Wälzlagers 12 ist vorzugsweise mit dem verschiebbaren Kupplungselement 8 verpresst und/oder zumindest mittels eines einseitigen Formschlusses verbracht, wobei diese Verbindung mit einem Sicherungsring zusätzlich gesichert sein kann. Das verschiebbare Kupplungselement 8 kann sich gegenüber dem Steuerelement 9 über das Wälzlager 12 verdrehen.

Zwischen dem verschiebbaren Kupplungselement 8 und der zweiten Antriebswelle 4 ist eine als Geradverzahnung ausgebildete Verzahnung 18 vorgesehen, welche eine translatorische Relativbewegung zwischen dem verschiebbaren Kupplungselement 8 auf der zweiten Antriebswelle 4 zulässt, jedoch diese beiden Bauteile in jeder axialen Position des Verschiebebereichs drehmomentübertragend miteinander verbindet.

Zwischen dem verschiebbaren Kupplungselement 8 und dem unverschiebbaren Kupplungselement 7 ist eine Klauenkupplung ausgebildet. Diese Klauenkupplung beinhaltet jeweils an den Kupplungselemente 7 und 8 stirnseitig angeordnete Zähne (Klauen), welche in entsprechende Zahnlücken des Gegenstücks eingreifen können.

Soll die erste Antriebswelle 3 von der zweiten Antriebswelle 4 entkoppelt werden, so wird der Antrieb 10 betätigt, welcher den exzentrisch zur Drehachse des Antriebs 10 angeordneten Stift 13 um die Drehachse des Antriebs 10 dreht. Damit kommt der Stift 13 in Kontakt mit einer der Flanken (hier die rechte Flanke 16) der als Langloch ausgebildeten Steuerkulisse 11 und verschiebt das Steuerelement 9 translatorisch entlang der Rotationsachse 5 (nach rechts). Das Steuerelement 9 ist radial beabstandet zur Rotationsachse 5 ist. Durch die verschiebefeste Verbindung des Steuerelements 9 wird auch das verschiebbare Kupplungselement 8 entlang der Rotationsache 5 in dieselbe Richtung wie das Steuerelement 9 verschoben. Das verschiebbare Kupplungselement 8 ist koaxial zur Rotationsachse 5 und zur Antriebswelle 4 angeordnet. Durch die Verschiebung nach rechts kommt die Klauenkupplung außer Eingriff. Die Zähne bewegen sich aus den Zahnlücken heraus, da das verschiebbare Kupplungselement 8 zum unverschiebbaren Kupplungselement 7 an Abstand gewinnt. Ist ausreichend Be- abstandung erreicht, in dem die Zähne vollständig aus den Zahnlücken gebracht worden sind, so ist die erste Antriebswelle 3 von der zweiten Antriebswelle 4 entkoppelt; es kann kein Drehmoment über die Klauenkupplung mehr übertragen werden. Zur Aufrechterhaltung des entkoppelten Zustands ist es ausreichend, dass der Antrieb 10 in seiner Position nach der vollständigen Entkopplung der Wellen, idealerweise stromlos, verbleibt.

Soll die erste Antriebswelle 3 mit der zweiten Antriebswelle miteinander gekoppelt werden, so wird der Antrieb 10 erneut betätigt. Der Stift 13 dreht sich und kommt mit der linken Flanke 15 in Kontakt und schiebt dadurch das Steuerelement 9 in die andere Richtung als beim Entkopplungsvorgang. Die Drehrichtung des Antriebs 10 ist hierbei zunächst unerheblich. Die Drehrichtung des Antriebs 10 kann gleichsinnig der des Entkopplungsvorgangs sein oder, als Drehrichtungsumkehr, gegensinnig zu dieser. Über die eingangs genannte Verbindung zwischen dem Steuerelement 9 und der verschiebbaren Kupplungselement 8 wird das Kupplungselement 8 entlang der Rotationsachse, aber entgegen der vorherigen Bewegungsrichtung, auf das unverschiebbare Kupplungselement 7 zu bewegt. In der Klauenkupplung tauchen die Zähne in die Zahnlücken ein, wonach die Zähne beider Kupplungselemente 7 und 8 im Eingriff stehen und ein Drehmoment übertragen können. Für den Fall, dass ein Zahn des unverschiebbaren Kupplungselements 7 einem Zahn des verschiebbaren Kupplungselements gegenübersteht und folglich kein Eingriff Zahn/Zahnlücke erfolgen kann, kann ein Federelement am Antrieb 10, am Steuerelement 9 oder an dem verschiebbaren Kupplungselement 8 vorgesehen sein, welches die die Klauenkupplung schließende Bewegung unterstützt.

In Fig. 2 ist das Steuerelement 9 der Schaltvorrichtung 1 mit seinen Schnittstellen zu den peripheren Bauteilen zu sehen. Orthogonal zur Erstreckung der als Langloch ausgebildeten Steuerkulisse 11 ist vom Steuerelement 9 eine Führungskulisse 14 ausgebildet, welche ebenfalls die Form eines Langlochs aufweist. Die Flanken 17 dieses Langlochs erstrecken sich parallel zur Rotationsachse 5. In die Führungskulisse 14 greift zumindest ein Element 19 des Gehäuses 2 oder eines gehäusefesten Bauteils ein. Vorzugsweise sind zwei voneinander beabstandete, entlang der Erstreckungsrichtung der Rotationsachse 5 angeordnete Elemente 19 vorgesehen, damit keine schwerkraftbedingte Drehung des Steuerungselements 9 um ein einzelnes Element 19 vom Stift 13 zusätzlich mit abgestützt werden muss. Ferner weist das Steue- relement 9 eine Aufnahme 23 für den Außenring 22 des Wälzlagers 12 auf. In anschaulicher Weise ist die Form der Aufnahme 23 konkruent zur Form des Außenrings 22 des Wälzlagers 12.

Der Stift 13, dessen Mittelpunkt die Linie „Angekoppelt“ schneidet, kann durch Dre- hung des Antriebs zumindest innerhalb des „Verstellbereichs“ so bewegt werden, dass der Mittelpunkt des Stifts 13 sich nun mit der Linie „Entkoppelt“ schneidet. Die Zustände „Angekoppelt“ und „Entkoppelt“ beschreiben die Auswirkungen auf die Zustände der Kupplungsvorrichtung, welche entweder die beiden Antriebswellen miteinander „ankoppelt“ oder „entkoppelt“. Der Schnittpunkt beider Linien „Angekoppelt“ und „Entkoppelt“ schneidet die Drehachse des rotatorisch wirkenden Antriebs 10. Somit wird klar ersichtlich, dass der Stift 13 exzentrisch zu dieser Drehachse angeordnet ist.

1 Schaltvorrichtung

2 Gehäuse

3 erste Antriebswelle

4 zweite Antriebswelle

5 Rotationsachse

6 Kupplungseinrichtung

7 unverschiebbares Kupplungselement

8 verschiebbares Kupplungselement

9 Steuerelement

10 Antrieb

11 Steuerkulisse

12 Wälzlager

13 Stift

14 Führungskulisse

15 linke Flanke

16 rechte Flanke

17 Flanken

18 Verzahnung

19 Element

20 Kugellager

21 Kugellager

22 Außenring

23 Aufnahme (für Außenring)

24 Innenring

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