Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltelement, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, das eine reib- und formschlüssige Übertragung für Drehmomente erlaubt.

Das Schaltelement ist insbesondere für eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeuges vorgesehen. Über das Schaltelement kann das von einer elektrischen Maschine antreibbare Rad an- und abgekoppelt werden. Das Schaltelement ist insbesondere für Allradanwendungen vorgesehen und soll insbesondere auch für hohe Drehmomente eine schnelle An- bzw. Abkopplung realisieren können.

In der älteren, nicht vorveröffentlichten DE 10 2021 104 355.7 ist ein Schaltelement offenbart, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer sich entlang einer axialen Richtung erstreckenden Drehachse, umfassend eine erste Welle, eine koaxial zur ersten Welle angeordnete zweite Welle und eine Schalteinrichtung zur schaltbaren Verbindung der Wellen. Die Schalteinrichtung weist einen Aktor zur Schaltung der Verbindung auf, wobei zur Verbindung der Wellen durch den Aktor zunächst eine reibschlüssige erste Verbindung der Wellen herstellbar ist und dadurch eine nachfolgende formschlüssige zweite Verbindung der Wellen erfolgt. Zur Herstellung der formschlüssigen zweiten Verbindung wird die zweite Welle entlang der axialen Richtung bewegt.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere ein Schaltelement anzugeben, durch das für hohe Drehmomente eine sichere Verbindung zwischen zwei Wellen herstellbar ist, wobei aber die zweite Welle nicht entlang der axialen Richtung bewegt wird.

Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 .

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.

Es wird ein Schaltelement vorgeschlagen, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer sich entlang einer axialen Richtung erstreckenden Drehachse, umfassend eine erste Welle, eine koaxial zur ersten Welle angeordnete zweite Welle und eine Schalteinrichtung zur schaltbaren Verbindung der Wellen. Die Schalteinrichtung weist einen Aktor zur Schaltung der Verbindung auf, wobei zur Verbindung der Wellen durch den Aktor zunächst eine reibschlüssige erste Verbindung der Wellen herstellbar ist und dadurch eine nachfolgende formschlüssige zweite Verbindung der Wellen erfolgt, wobei die zweite Welle gegenüber der axialen Richtung ortsfest relativ zur ersten Welle angeordnet ist und eine zur Herstellung der zweite Verbindung erforderliche Verlagerung eines Stellelements entlang der axialen Richtung durch mindestens eine erste Blattfeder erfolgt.

Die Wellen sind insbesondere koaxial zueinander angeordnet und weisen daher eine gemeinsame Drehachse auf. Die Schalteinrichtung ermöglicht die schaltbare Verbindung der Wellen miteinander.

Die Schalteinrichtung umfasst einen Aktor, wobei durch dessen Betätigung die Verbindung zwischen den Wellen schaltbar herstellbar ist.

Die Verbindung der Wellen miteinander erfolgt sukzessiv. Zunächst wird nach Betätigung des Aktors die erste Verbindung hergestellt. Infolge der ersten Verbindung werden die unterschiedlichen Drehzahlen der Wellen miteinander synchronisiert (also aneinander angeglichen). Die zweite Verbindung wird insbesondere erst nach der Herstellung der ersten Verbindung initialisiert. Insbesondere erfolgt die zweite Verbindung selbsttätig, d. h. ohne zusätzliche Betätigung des Aktors. Ggf. erfolgt die zweite Verbindung durch eine Betätigung des Aktors, z. B. durch eine höhere Bestromung des Aktors als die zur Herstellung der ersten Verbindung erforderliche Bestromung des Aktors. Dabei erfolgt die zweite Verbindung aber insbesondere nur dann, wenn der Aktor zur Herstellung der ersten Verbindung betätigt wurde bzw. noch betätigt ist.

Endet die Betätigung des Aktors, wird die erste Verbindung und damit auch die zweite Verbindung gelöst.

Insbesondere ist die Schalteinrichtung so ausgeführt, dass die zweite Verbindung erst nach vollständiger oder fast vollständiger Synchronisierung der Drehzahlen der Wellen hergestellt wird.

Vorliegend ist zur Ausbildung der zweiten Verbindung eine relative Bewegung der zweiten Welle gegenüber der ersten Welle entlang der axialen Richtung nicht erforderlich. Die in der älteren, nicht vorveröffentlichten DE 10 2021 104 355.7 offenbarte Verlagerung der zweiten Welle wird vorliegend durch eine Verlagerung eines separaten Stellelements gelöst. Ortsfest bedeutet in diesem Zusammenhang, d. h. bezogen auf die Anordnung der ersten Welle und der zweiten Welle, dass die Wellen durchaus zueinander bewegbar angeordnet sein können (z. B. zum Ausgleich von Toleranzen und/ oder zur Bereitstellung eines Spiels zwischen diesen Wellen), wobei aber diese Bewegbarkeit keinen Einfluss auf die Herstellung oder das Lösen der zweiten Verbindung (oder der anderen im Schaltelement erzeugten Verbindungen) hat.

Insbesondere ist der Aktor eine Magnetkupplung, die zumindest mindestens einen Magneten, einen mit der ersten Welle drehfest verbundenen Drehübertrager sowie einen (über das im Folgenden angeführte Zwischenelement) mit der zweiten Welle verbundenen (bzw. verbindbaren) Stator aufweist, wobei durch Bestromung des Magneten der Stator entlang der axialen Richtung verlagerbar ist zur Ausbildung der ersten Verbindung mit dem Drehübertrager. Insbesondere umfasst die Magnetkupplung eine Mehrzahl von Magneten, die entlang einer Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind. Infolge einer Bestromung der (Elektro-)Magnete kann ein Magnetfeld erzeugt werden, durch das der Stator hin zum Drehübertrager bewegt wird. Der Drehübertrager überträgt das Magnetfeld von der stehenden Spule in das drehende System.

Insbesondere ist der Drehübertrager entlang der axialen Richtung zwischen dem mindestens einen Magneten und dem Stator angeordnet.

Der Drehübertrager ist mit der ersten Welle drehfest verbunden. Der Stator ist (über weitere Komponenten) mit der zweiten Welle verbunden, so dass über die reibschlüssige erste Verbindung zwischen Drehübertrager und Stator die erste Welle mit der zweiten Welle verbindbar ist.

Der mindestens eine Magnet ist insbesondere drehfest mit einem Gehäuse der Schalteinrichtung verbunden, wobei die erste Welle gegenüber dem Gehäuse drehbar angeordnet ist, z. B. über ein erstes Lager.

Über eine Stromregelung des Aktors kann eine Andruckkraft zwischen Drehübertrager und Stator geregelt werden.

Insbesondere erfolgt die Verbindung der Wellen über einen ersten Arbeitsspeicher, der eine relative Verdrehung der über den Arbeitsspeicher miteinander verbundenen Komponenten zueinander um einen begrenzten ersten Winkelbereich erlaubt und dabei die zur Verdrehung erforderliche Arbeit speichert.

Insbesondere umfasst der erste Arbeitsspeicher mindestens eine Feder, z. B. eine Bogenfeder, die zumindest gegenüber einer Umfangsrichtung zur Speicherung von Arbeit verformbar ist.

Der erste Winkelbereich, über den die über den Arbeitsspeicher miteinander verbundenen Komponenten relativ zueinander verdrehbar sind, umfasst insbesondere zwischen 20 und 180 Winkelgrad, insbesondere höchstens 120 Winkelgrad, bevorzugt höchstens 90 Winkelgrad. Insbesondere umfasst der erste Winkelbereich mindestens 45 Winkelgrad, bevorzugt mindestens 60 Winkelgrad.

Insbesondere sind die Wellen über weitere Komponenten (z. B. über den Drehübertrager, den Stator, ein Zwischenelement, ein Stellelement, die mindestens eine erste Blattfeder, usw.) miteinander verbindbar bzw. verbunden, so dass die Wellen (auch bei hergestellter erster Verbindung) zueinander ggf. über einen größeren Winkelbereich als den ersten Winkelbereich relativ zueinander verdrehbar sind.

Insbesondere ermöglicht der erste Arbeitsspeicher bei erfolgter Synchronisierung der Drehzahlen der Wellen die erst dann erfolgende Herstellung der zweiten Verbindung.

Insbesondere weist die Schalteinrichtung ein mit der ersten Welle nur über die erste Verbindung verbindbares Zwischenelement sowie das gegenüber dem Zwischenelement entlang der axialen Richtung verlagerbare Stellelement auf. Das Stellelement ist über die mindestens eine erste Blattfeder mit der zweiten Welle gekoppelt, insbesondere über die mindestens eine erste Blattfeder unmittelbar mit der zweiten Welle verbunden. Das Stellelement ist insbesondere zumindest zweiteilig ausgeführt und umfasst zumindest einen ersten Teil und einen zweiten Teil. Der erste Teil und der zweite Teil sind miteinander gegenüber der axialen Richtung fest verbunden, also axialfest verbunden. Der erste Teil und der zweite Teil sind gegenüber einer Umfangsrichtung relativ zueinander verdrehbar verbunden. Der erste Teil des Stellelements ist über mindestens eine zweite Blattfeder mit dem Zwischenelement gekoppelt (bzw. unmittelbar verbunden) und der mit dem ersten Teil axialfest und in einer Umfangsrichtung relativ verdrehbare zweite Teil ist über die mindestens eine erste Blattfeder mit der zweiten Welle gekoppelt (bzw. unmittelbar verbunden).

Bei einer relativen Verdrehung des Zwischenelements gegenüber der zweiten Welle in der Umfangsrichtung, und infolge der Kopplung des ersten Teils des Stellelements mit dem Zwischenelement über die mindestens eine zweite Blattfeder, ist das Stellelement (also das erste Teil und das zweite Teil), infolge der Kopplung des zweiten Teils des Stellelements mit der zweiten Welle über die mindestens eine erste Blattfeder, in der axialen Richtung verlagerbar. Infolge dieser Verlagerung entlang der axialen Richtung (gegenüber der ersten Welle und der zweiten Welle) ist die zweite Verbindung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle herstellbar.

Über die zweite Blattfeder kann insbesondere ein Drehmoment gegenüber der Umfangsrichtung übertragen werden. Wird das Zwischenelement also infolge der hergestellten ersten Verbindung mit der ersten Welle reibschlüssig verbunden, wird, infolge der Drehzahldifferenz zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle bzw. aufgrund des anliegenden Drehmoments, das Zwischenelement gegenüber der zweiten Welle entlang der Umfangsrichtung verdreht. Über die zweite Blattfeder wird der erste Teil des Stellelements zusammen mit dem Zwischenelement gegenüber der zweiten Welle verdreht, insbesondere um einen zweiten Winkelbereich.

Der zweite Winkelbereich, über den das Zwischenelement (und damit der erste Teil des Stellelements) relativ zur zweiten Welle verdrehbar ist, umfasst insbesondere zwischen 20 und 160 Winkelgrad, insbesondere höchstens 120 Winkelgrad, bevorzugt höchstens 90 Winkelgrad. Insbesondere umfasst der zweite Winkelbereich mindestens 45 Winkelgrad, bevorzugt mindestens 60 Winkelgrad.

Die Verdrehung des ersten Teils entlang der Umfangsrichtung bewirkt eine relative Verdrehung des zweiten Teils gegenüber der zweiten Welle. Die mindestens eine erste Blattfeder ist insbesondere nicht zur Übertragung eines Drehmoments vorgesehen, sondern (zumindest im Wesentlichen) zur Veränderung des Abstands zwischen dem zweiten Teil des Stellelements und der zweiten Welle entlang der axialen Richtung in Abhängigkeit von der relativen Verdrehung des zweiten Teils gegenüber der zweiten Welle.

Infolge der durch das Herstellen der ersten Verbindung erfolgten Verdrehung des Zwischenelements und damit des zweiten Teils gegenüber der zweiten Welle, wird das zweite Teil, infolge der Kopplung mit der zweiten Welle, über die mindestens eine erste Blattfeder, entlang der axialen Richtung verlagert. Die zweite Welle ist insbesondere ortsfest gegenüber der axialen Richtung angeordnet, so dass das zweite Teil zusammen mit dem ersten Teil entlang der axialen Richtung relativ zur zweiten Welle (und relativ zur ersten Welle und dem Zwischenelement) verlagert wird.

Das Stellelement ist insbesondere dreiteilig ausgeführt und umfasst zumindest den ersten Teil, den gegenüber dem ersten Teil entlang der Umfangsrichtung um insbesondere den zweiten Winkelbereich verdrehbaren zweiten Teil sowie einen, mit dem ersten Teil und dem zweiten Teil axialfest und dabei gegenüber dem ersten Teil und dem zweiten Teil in der Umfangsrichtung relativ verdrehbaren, dritten Teil. Der erste Teil, der zweite Teil und der dritte Teil sind entlang der axialen Richtung insbesondere nur gemeinsam bewegbar. Insbesondere sind diese Teile über einen Bolzen axialfest miteinander gekoppelt.

Der dritte Teil ist in seiner Funktion dem zweiten Teil gleichgestellt und über mindestens eine dritte Blattfeder mit der zweiten Welle gekoppelt. Der dritte Teil wird in Abhängigkeit von einer Verdrehung der ersten Welle gegenüber der zweiten Welle (entgegengesetzt zu der Umfangsrichtung, die zu einer Verlagerung des zweiten Teils führt) entlang der axialen Richtung verlagert.

Insbesondere sind der zweite Teil und der dritte Teil gegeneinander und dabei gegenüber dem ersten Teil entlang der Umfangsrichtung verdrehbar.

Der erste Teil ist über die mindestens eine zweite Blattfeder mit dem Zwischenelement gekoppelt, insbesondere über die mindestens eine zweite Blattfeder unmittelbar mit dem Zwischenelement verbunden. Der erste Teil ist zusätzlich über (die mindestens eine axialfeste Kopplung mit dem zweiten Teil und ggf. zusätzlich dem dritten Teil und die) mindestens eine erste Blattfeder und/oder mindestens eine dritte Blattfeder mit der zweiten Welle gekoppelt. Insbesondere ist auch der zweite Teil über eine (weitere) erste Blattfeder und ggf. der dritte Teil über eine (weitere) dritte Blattfeder mit der zweiten Welle gekoppelt bzw. unmittelbar verbunden. Bei der Verdrehung des ersten Teils des Stellelements, der über die zweite Blattfeder mit dem Zwischenelement gekoppelt ist, kann der zweite Teil oder ggf. der dritte Teil (bei der relativen Verdrehung des ersten Teils gegenüber der zweiten Welle in der anderen Umfangsrichtung) insbesondere eine Verdrehung in der (jeweils) gleichgerichteten Richtung ausführen. Diese Ausführung eines mehrteiligen Stellelements ermöglicht insbesondere eine Beaufschlagung der Schalteinrichtung mit unterschiedlich gerichteten relativen Verdrehungen zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle.

Insbesondere sind das Stellelement und die mindestens eine erste Blattfeder, die mindestens eine zweite Blattfeder sowie die mindestens eine dritte Blattfeder so ausgeführt, dass ausgehend von einer nicht verschobenen Anordnung des Stellelements das Zwischenelement in beide Drehrichtungen gegenüber der der zweiten Welle verdrehbar ist, so dass bei einer relativen Verdrehung des Zwischenelements in beiden Drehrichtungen das Stellelement in der axialen Richtung verschoben wird.

Das Zwischenelement ist insbesondere über den ersten Arbeitsspeicher mit dem Stator verbunden, so dass das Zwischenelement gegenüber dem Stator um den begrenzten ersten Winkelbereich verdrehbar ist.

Bei Herstellung der ersten Verbindung wird ein einstellbares Drehmoment zwischen der ersten Welle und der Schalteinrichtung übertragen. Dieses Drehmoment bewirkt eine Verdrehung des Zwischenelements gegenüber der zweiten Welle, so dass über die Kopplung des Stellelements mit dem Zwischenelement und mit der zweiten Welle das Stellelement entlang der axialen Richtung verlagert wird.

Insbesondere umfasst die Schalteinrichtung einen zweiten Arbeitsspeicher, der die zur Verlagerung des Stellelement entlang der axialen Richtung erforderliche Arbeit speichert. Nur nach erfolgter Verlagerung des Stellelements entlang der axialen Richtung ist die zweite Verbindung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle herstellbar.

Insbesondere ist das Stellelement infolge der Verlagerung des Stellelements entlang der axialen Richtung über eine reibschlüssige dritte Verbindung mit der ersten Welle verbindbar. Weiter ist das Stellelement infolge der Verlagerung des Stellelements entlang der axialen Richtung über die reibschlüssige dritte Verbindung mit der zweiten Welle (vor Herstellung der zweiten Verbindung) verbindbar. Insbesondere ist die zweite Welle über mindestens eine vierte Blattfeder mit einer Lamelle (Reibscheibe) gekoppelt bzw. unmittelbar verbunden. Die Lamelle bildet insbesondere die dritte Verbindung mit dem Stellelement aus. Die Lamelle bildet insbesondere die dritte Verbindung mit der ersten Welle (z. B. über das Käfigelement, siehe im Folgenden). Die mindestens eine vierte Blattfeder stützt ein Drehmoment gegenüber der Umfangsrichtung ab.

Insbesondere umfasst der zweite Arbeitsspeicher eine Feder, insbesondere eine Tellerfeder, die zumindest gegenüber der axialen Richtung zur Speicherung von Arbeit verformbar ist.

Die Tellerfeder kann z. B. entlang der axialen Richtung zwischen der zweiten Welle und der Lamelle angeordnet sein.

Infolge der Verlagerung des Stellelements entlang der axialen Richtung kann die Lamelle hin zur zweiten Welle verlagert und dabei die Tellerfeder sukzessive verformt werden. Die dritte Verbindung kann damit zwischen dem Stellelement und der ersten Welle (über das Käfigelement) bzw. zwischen erster Welle (bzw. dem Käfigelement) und zweiter Welle (über die Lamelle und die Tellerfeder) ausgebildet werden. Das Drehmoment der Lamelle wird über die mindestens vierte Blattfeder gegenüber der Umfangsrichtung abgestützt.

Insbesondere weist die Feder des zweiten Arbeitsspeichers eine Federkennlinie mit mindestens einem lokalen Minimum auf, wobei die Schalteinrichtung so eingerichtet ist, dass die zweite Verbindung nur in einem Bereich des lokalen Minimums erfolgt.

Insbesondere weist die Feder eine Federkennlinie mit mindestens einem lokalen Maximum auf. Ausgehend von einem unbetätigten Schaltelement, wird die Feder bei Betätigung des Schaltelements durch die Verlagerung des Stellelements entlang der axialen Richtung sukzessive verformt, so dass zunächst das lokale Maximum überschritten wird und die Federkraft (bis) hin zum lokalen Minimum mit weiterer Verformung sukzessive abnimmt. Das Vorliegen eines Maximums ermöglicht eine zweistufige Betätigung durch den Aktor. Z. B. kann durch eine erste Bestromung des Aktors die erste Verbindung und durch eine höhere zweite Bestromung des Aktors die zweite Verbindung hergestellt werden.

Insbesondere erfolgt die zweite Verbindung in einem Zustand der Schalteinrichtung, der zwischen dem lokalen Maximum und dem lokalen Minimum liegt. Bevorzugt in einem Bereich, der ausgehend von dem lokalen Maximum, nahe oder unmittelbar vor dem lokalen Minimum liegt. Der Bereich kann sich aber auch über das lokale Minimum hinaus erstrecken. Insbesondere muss das Minimum eine Mindestkraft aufweisen, die eine Rückstellung ermöglicht, so dass die zweite Verbindung wieder aufgelöst wird.

Zwischen dem lokalen Maximum und dem lokalen Minimum ist die Feder insbesondere um einen bestimmten Weg verformbar. Der Bereich, in dem die zweite Verbindung herstellbar ist bzw. hergestellt wird, umfasst insbesondere einen Weg, der höchstens 20 % des Wegs zwischen Maximum und Minimum beträgt.

Insbesondere ist die Feder in einem unbetätigten Zustand des Schaltelements bzw. der Schalteinrichtung entspannt, also kraftfrei angeordnet. Insbesondere wird die Feder nur bei Betätigung des Aktors und während der sukzessiven Herstellung der ersten Verbindung zunehmend gespannt.

Insbesondere erfolgt die zweite Verbindung durch eine Mehrzahl von ersten Kugeln, wobei jede erste Kugel einerseits in jedem Zustand der Schalteinrichtung in einer, entlang der axialen Richtung verlaufenden, ersten Kugelbahn der ersten Welle und andererseits, und nur im Zustand der Schalteinrichtung mit der hergestellten zweiten Verbindung, in einer, entlang der axialen Richtung verlaufenden, zweiten Kugelbahn der zweiten Welle und in einem anderen Zustand außerhalb der zweiten Kugelbahn in einem zylindrischen Abschnitt der zweiten Welle angeordnet ist.

Der zylindrische Abschnitt ist in der Umfangsrichtung umlaufend ausgeführt und erstreckt sich entlang der axialen Richtung, so dass, wenn die ersten Kugeln in dem zylindrischen Abschnitt angeordnet sind, die zweite Welle gegenüber den in den ersten Kugelbahnen angeordneten ersten Kugeln frei verdrehbar ist.

Sind die ersten Kugeln in dem zylindrischen Abschnitt angeordnet, ist die zweite Welle gegenüber der ersten Welle frei verdrehbar, ggf. nur eingeschränkt durch die reibschlüssige erste Verbindung und/oder die reibschlüssige dritte Verbindung.

Infolge der Verlagerung des Stellelements entlang der axialen Richtung können die ersten Kugeln ausgehend von dem zylindrischen Abschnitt in die zweiten Kugelbahnen überführt werden, so dass dann die gegenüber der Umfangsrichtung formschlüssige zweite Verbindung realisiert ist.

Insbesondere ist zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle ein Käfigelement angeordnet. Dieses Käfigelement umfasst zumindest einen zylindrischen Hülsenabschnitt, der sich entlang der axialen Richtung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle erstreckt und eine Mehrzahl von Fenstern aufweist. In jedem Fenster ist eine der ersten Kugeln angeordnet.

Insbesondere umfasst das Käfigelement einen sich ausgehend von dem Hülsenabschnitt in einer radialen Richtung nach außen erstreckenden Flanschabschnitt. Der Flanschabschnitt ist entlang der axialen Richtung insbesondere zwischen dem zweiten Arbeitsspeicher (bzw. der Lamelle) und dem Stellelement angeordnet. Insbesondere ist zwischen dem zweiten Arbeitsspeicher und dem Flanschabschnitt die Lamelle angeordnet. Bevorzugt weist der Flanschabschnitt Reibbeläge auf. Die Reibbeläge können insbesondere an dem Stellelement (bevorzugt an dem ersten Teil) und/ oder an der Lamelle angeordnet sein. Über den Flanschabschnitt wird die reibschlüssige dritte Verbindung zwischen dem Stellelement (sowie der Lamelle) und der ersten Welle ausgebildet.

Die Lamelle ist insbesondere über mindestens eine dritte Blattfeder mit der zweiten Welle gekoppelt bzw. verbunden. Über den Flanschabschnitt wird die reibschlüssige dritte Verbindung zwischen der ersten Welle und dem Stellelement (bzw. der Lamelle) ausgebildet. Die Betätigung des Schaltelements (also das Verfahren zur Betätigung) erfolgt insbesondere folgendermaßen: zunächst wird z. B. über eine Steuereinheit ein Zustand des Schaltelements festgestellt. Umfasst der Zustand, dass der Aktor nicht betätigt ist, wird eine Betätigung des Aktors eingeleitet. Infolge der Betätigung des Aktors wird die erste Verbindung hergestellt. Das über die erste Verbindung übertragende Drehmoment kann durch den Aktor eingestellt werden, z. B. durch eine Stromregelung bei der vorgeschlagenen Magnetkupplung.

Infolge des über die erste Verbindung erzeugten Drehmoments wird insbesondere der Stator gegenüber dem Zwischenelement verdreht und der erste Arbeitsspeicher speichert Arbeit. Gleichzeitig erfolgt eine Verdrehung des Zwischenelements gegenüber der zweiten Welle. Infolge der Kopplung des Zwischenelements mit dem Stellelement über die mindestens eine zweite Blattfeder wird das Stellelement zusammen mit dem Zwischenelement relativ zur zweiten Welle verdreht. Infolge der Kopplung des Stellelements mit der zweiten Welle über die mindestens eine erste Blattfeder bzw. die mindestens eine dritte Blattfeder, wird das Stellelement entlang der axialen Richtung verlagert. Infolge der Verlagerung des Stellelements wird insbesondere die reibschlüssige dritte Verbindung ausgebildet, durch die ebenfalls ein Drehmoment von der ersten Welle auf das Stellelement und auf die zweite Welle übertragen wird. Die Drehzahlen der Wellen werden so zunehmend aneinander angeglichen. Infolge der Verlagerung des Stellelements speichert der zweite Arbeitsspeicher und insbesondere auch der erste Arbeitsspeicher zunehmend Arbeit.

Infolge eines zu übertragenen hohen Drehmoments wird das Zwischenelement weiter gegenüber der zweiten Welle verdreht, so dass das Stellelement zunehmend entlang der axialen Richtung verlagert wird. Dabei wird das lokale Maximum der Federkennlinie des insbesondere als Feder ausgeführten zweiten Arbeitsspeichers überschritten. Im Bereich des lokalen Minimums der Federkennlinie und/oder nach Unterschreiten einer einstellbaren Grenzkraft kann durch die in dem ersten Arbeitsspeicher gespeicherte Arbeit eine Verdrehung des Stellelements gegenüber der zweiten Welle bewirkt werden. Damit können sich die zweiten Kugelbahnen fluchtend zu den ersten Kugelbahnen anordnen und die ersten Kugeln infolge der nun möglichen weiteren Verschiebung des Stellelements in der axialen Richtung in die zweiten Kugelbahnen eintreten. Mit Eintritt der ersten Kugeln in die zweiten Kugelbahnen ist die formschlüssige zweite Verbindung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle hergestellt.

Wird der Aktor nicht mehr betätigt, wird das Stellelement über die in dem zweiten Arbeitsspeicher (und in der mindestens einen ersten Blattfeder bzw. dritten Blattfeder) gespeicherte Arbeit in der axialen Richtung zurückverlagert, so dass die ersten Kugeln aus den zweiten Kugelbahnen heraus und in den zylindrischen Abschnitt eintreten. Die formschlüssige zweite Verbindung wird damit gelöst. Der zweite Arbeitsspeicher erzeugt insbesondere, wenn die zweite Verbindung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle besteht, eine nur geringe Rückstellkraft, so dass der Aktor (insbesondere die Magnetkupplung) eine nur geringe Haltekraft erzeugen muss.

Die Verbindung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle lässt sich insbesondere ausschließlich über eine Betätigung des Aktors herstellen, da ohne Betätigung des Aktors die Wellen frei zueinander verdrehbar angeordnet sind.

Es wird ein Antriebsstrang vorgeschlagen, zumindest umfassend eine Antriebseinheit (eine elektrische Maschine) und das beschriebene Schaltelement, ggf. zusätzlich umfassend eine Steuereinheit. Insbesondere wird für jedes antreibbare Rad ein eigenes Schaltelement eingesetzt. Insbesondere umfasst der Antriebsstrang eine angetriebene Achse mit zwei Rädern, wobei jedes Rad über ein Schaltelement mit der Antriebseinheit schaltbar verbindbar ist.

Die für das Schaltelement offenbarten Details und Vorteile lassen sich auf den Antriebsstrang übertragen und anwenden und umgekehrt.

Es wird weiter eine Steuereinheit vorgeschlagen, über die das beschriebene Schaltelement betätigbar ist und das zur Betätigung des Schaltelements geeignet ausgestattet, konfiguriert oder programmiert ist. Die Betätigung des Schaltelements kann auch von einem Computer bzw. mit einem Prozessor einer Steuereinheit ausgeführt werden.

Es wird demnach auch ein System zur Datenverarbeitung vorgeschlagen, das einen Prozessor umfasst, der so angepasst/konfiguriert ist, dass er die Betätigung des Schaltelements durchführt.

Es kann ein computerlesbares Speichermedium vorgesehen sein, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch einen Computer/Prozessor diesen veranlassen, die Betätigung des Schaltelements auszuführen.

Die Ausführungen zu der Betätigung (dem Verfahren zur Betätigung) sind insbesondere auf das Schaltelement, den Antriebsstrang und/oder das computerirnplementierte Verfahren (also den Computer bzw. den Prozessor, das System zur Datenverarbeitung, das computerlesbare Speichermedium) übertragbar und umgekehrt.

Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.

Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ... ) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend. Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:

Fig. 1 : ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang;

Fig. 2: ein Schaltelement in einem unbetätigten Zustand in einer perspektivischen Ansicht im Schnitt;

Fig. 3: das Schaltelement in einem unbetätigten Zustand in einer weiteren perspektivischen Ansicht im Schnitt;

Fig. 4: das Schaltelement nach Fig. 2 und 3 unmittelbar nach Betätigung des

Aktors, in einer Seitenansicht im Schnitt;

Fig. 5: den aktuellen Zustand des Schaltelements gemäß Fig. 2 bis 4 in einem

Diagramm;

Fig. 6: das Schaltelement nach Fig. 2 bis 4 nach Betätigung des Aktors und vor

Herstellung der zweiten Verbindung, in einer Seitenansicht im Schnitt;

Fig. 7: den aktuellen Zustand des Schaltelements gemäß Fig. 6 in einem

Diagramm;

Fig. 8: das Schaltelement nach Fig. 2 bis 4 und 6 nach Herstellung der zweiten

Verbindung, in einer Seitenansicht im Schnitt; und Fig. 9: den aktuellen Zustand des Schaltelements gemäß Fig. 8 in einem Diagramm.

Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 3 mit einem Antriebsstrang 2. Der Antriebsstrang 2 umfasst eine elektrische Maschine 41 und zwei erste Wellen 6, die von der elektrischen Maschine 41 angetrieben werden können. An den Enden der ersten Wellen 6 kann jeweils ein Schaltelement 1 angeordnet sein. Über jedes Schaltelement 1 ist ein Rad (nicht dargestellt) mit der elektrischen Maschine 41 verbindbar. Jedes Rad ist mit der jeweiligen zweiten Welle 7 des Schaltelements 1 drehfest verbunden. Der Antriebsstrang 2 umfasst hier eine angetriebene Achse mit zwei Rädern, wobei jedes Rad über ein Schaltelement 1 mit der elektrischen Maschine 41 schaltbar verbindbar ist.

Fig. 2 zeigt ein Schaltelement 1 in einem unbetätigten Zustand in einer Seitenansicht im Schnitt. Fig. 3 zeigt das Schaltelement 1 in einem unbetätigten Zustand in einer weiteren perspektivischen Ansicht im Schnitt. Fig. 4 zeigt das Schaltelement 1 nach Fig. 2 und 3 unmittelbar nach Betätigung des Aktors 9, in einer Seitenansicht im Schnitt. Fig. 5 zeigt den aktuellen Zustand 40 des Schaltelements 1 gemäß Fig. 2 bis 4 in einem Diagramm. Fig. 6 zeigt das Schaltelement 1 nach Fig. 2 bis 4 nach Betätigung des Aktors 9 und vor Herstellung der zweiten Verbindung 11 , in einer Seitenansicht im Schnitt. Fig. 7 zeigt den aktuellen Zustand 40 des Schaltelements 1 gemäß Fig. 6 in einem Diagramm. Fig. 8 zeigt das Schaltelement 1 nach Fig. 2 bis 4 und 6 nach Herstellung der zweiten Verbindung 11 , in einer Seitenansicht im Schnitt. Fig. 9 zeigt den aktuellen Zustand 40 des Schaltelements 1 gemäß Fig. 8 in einem Diagramm.

Die Fig. 2 bis 9 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu Fig. 1 wird verwiesen.

In den Diagrammen der Fig. 5, 7 und 9 ist auf der horizontalen Achse jeweils der von der den zweiten Arbeitsspeicher 19 bildenden Tellerfeder zurückgelegte Weg 39 aufgetragen. Auf der vertikalen Achse ist die auf die Tellerfeder in der axialen Richtung 4 wirkende Kraft 38 dargestellt. In den Diagrammen ist jeweils der Verlauf der Federkennlinie 21 der Tellerfeder dargestellt. Der in jedem Diagramm dargestellte Punkt bezeichnet den aktuellen Zustand 40 des Schaltelements 1 und die in diesem Zustand vorliegende Verformung der Tellerfeder.

Das Schaltelement 1 weist eine sich entlang einer axialen Richtung 4 erstreckende Drehachse 5 und umfasst eine erste Welle 6, eine koaxial zur ersten Welle 6 angeordnete zweite Welle 7 und eine Schalteinrichtung 8 zur schaltbaren Verbindung der Wellen 6, 7. Die Schalteinrichtung 8 weist einen Aktor 9 zur Schaltung der Verbindung auf. Zur Verbindung der Wellen 6, 7 ist durch den Aktor 9 zunächst eine reibschlüssige erste Verbindung 10 der Wellen 6, 7 (über weitere Komponenten) herstellbar und dadurch erfolgt eine nachfolgende formschlüssige zweite Verbindung 11 der Wellen 6, 7.

Die Verbindung der Wellen 6, 7 miteinander erfolgt sukzessiv. Zunächst wird nach Betätigung des Aktors 9 die erste Verbindung 10 hergestellt (siehe Fig. 4). Infolge der ersten Verbindung 10 werden die unterschiedlichen Drehzahlen der Wellen 6, 7 miteinander synchronisiert (also aneinander angeglichen). Die zweite Verbindung 11 wird erst nach der Herstellung der ersten Verbindung 10 initialisiert (siehe Fig. 8).

Die zweite Verbindung 11 wird selbsttätig gebildet (z. B. wenn eine Differenzdrehzahl zwischen der ersten Welle 6 und der zweiten Welle 7 vorliegt), d. h. ohne zusätzliche Betätigung des Aktors 9. Dabei erfolgt die zweite Verbindung 11 aber nur dann, wenn der Aktor 9 zur Herstellung der ersten Verbindung 10 betätigt wurde und noch betätigt ist. Endet die Betätigung des Aktors 9, wird die erste Verbindung 10 und damit auch die zweite Verbindung 11 gelöst.

Der Aktor 9 ist als eine Magnetkupplung ausgeführt, die eine Mehrzahl von Magneten (bzw. von Wicklungen eines Elektromagneten) 12 umfasst, einen mit der ersten Welle 6 drehfest verbundenen Drehübertrager 13 sowie einen mit der zweiten Welle 7 (über weitere Komponenten) verbundenen Stator 14. Durch Bestromung der Magnete 12 ist der Stator 14 entlang der axialen Richtung 4 verlagerbar zur Ausbildung der ersten Verbindung 10 mit dem Drehübertrager 13. Der Drehübertrager 13 ist entlang der axialen Richtung 4 zwischen den Magneten 12 und dem Stator 14 angeordnet.

Der Drehübertrager 13 ist mit der ersten Welle 6 drehtest verbunden. Der Stator 14 ist (über weitere Komponenten) mit der zweiten Welle 7 verbunden bzw. verbindbar, so dass über die reibschlüssige erste Verbindung 10 zwischen Drehübertrager 13 und Stator 14 die erste Welle 6 mit der zweiten Welle 7 verbindbar ist (nach Herstellen der zweiten Verbindung 11).

Die Magnete 12 sind drehtest mit einem Gehäuse 42 der Schalteinrichtung 8 verbunden, wobei die erste Welle 6 gegenüber dem Gehäuse 42 drehbar über ein erstes Lager 36 angeordnet ist.

Über eine Stromregelung des Aktors 9 kann eine Andruckkraft zwischen Drehübertrager 13 und Stator 14 geregelt werden. Die Stromregelung kann über eine Steuereinheit erfolgen.

Die Verbindung der Wellen 6, 7 erfolgt über einen ersten Arbeitsspeicher 15, der eine relative Verdrehung der über den ersten Arbeitsspeicher 15 miteinander verbundenen Komponenten zueinander um einen begrenzten ersten Winkelbereich erlaubt und dabei die zur Verdrehung erforderliche Arbeit speichert. Der erste Arbeitsspeicher 15 umfasst eine Mehrzahl von Federn, hier Bogenfedern, die zumindest gegenüber einer Umfangsrichtung 16 zur Speicherung von Arbeit verformbar sind.

Die Wellen 6, 7 sind über weitere Komponenten (vorliegend über den Drehübertrager 13, den Stator 14, ein Zwischenelement 18, ein Stellelement 17, eine Mehrzahl von das Zwischenelement 18 mit dem Stellelement 17 verbindenden zweiten Blattfedern 32, eine Mehrzahl von das Stellelement 17 mit der zweiten Welle 7 verbindenden ersten Blattfedern 28, eine Mehrzahl von das Stellelement 17 mit der zweiten Welle 7 verbindenden dritten Blattfedern 49, eine reibschlüssige dritte Verbindung 20, die ersten Kugeln 24) miteinander verbindbar, so dass die Wellen 6, 7 (auch bei hergestellter erster Verbindung 10) zueinander über einen größeren Winkelbereich als den ersten Winkelbereich relativ zueinander verdrehbar sind. Der erste Arbeitsspeicher 15 ermöglicht bei erfolgter Synchronisierung der Drehzahlen der Wellen 6, 7 die erst dann erfolgende Herstellung der zweiten Verbindung 11 .

Die Schalteinrichtung 8 weist ein mit der ersten Welle 6 nur über die erste Verbindung 10 verbindbares und mit dem Stellelement 17 über die zweiten Blattfedern 32 verbundenes Zwischenelement 18 auf. Das Zwischenelement 18 und das Stellelement 17 sind über die zweiten Blattfedern 32 miteinander gekoppelt und über gegenüber der zweiten Welle 7 verdrehbar. Das Stellelement 17 ist, bei einer relativen Verdrehung des Zwischenelements 18 und des Stellelements 17 gegenüber der zweiten Welle 7, infolge der ersten Blattfedern 28 bzw. der dritten Blattfedern 49, zur Ausbildung der zweiten Verbindung 11 der zweiten Welle 7 mit der ersten 6 Welle, entlang der axialen Richtung 4 verlagerbar.

Das Stellelement 17 ist über die ersten Blattfedern 28 bzw. dritten Blattfedern 49 mit der zweiten Welle 7 gekoppelt bzw. unmittelbar mit der zweiten Welle 7 verbunden. Das Stellelement 17 ist über die zweiten Blattfedern 32 mit dem Zwischenelement 18 gekoppelt, bzw. unmittelbar mit dem Zwischenelement 18 verbunden.

Bei einer relativen Verdrehung des Zwischenelements 18 gegenüber der zweiten Welle 7 in der Umfangsrichtung 16, und infolge der Kopplung des Stellelements 17 mit dem Zwischenelement 18 über die zweiten Blattfedern 32, ist das Stellelement 17, infolge der Kopplung des Stellelements 17 mit der zweiten Welle 7 über die ersten Blattfedern 28 bzw. die dritten Blattfedern 49, in der axialen Richtung 4 verlagerbar. Infolge dieser Verlagerung entlang der axialen Richtung 4 (gegenüber der ersten Welle 6 und der zweiten Welle 7) ist die zweite Verbindung 11 zwischen der ersten Welle 6 und der zweiten Welle 7 herstellbar.

Über die zweite Blattfeder 32 kann ein Drehmoment gegenüber der Umfangsrichtung 16 übertragen werden. Wird das Zwischenelement 18 also infolge der hergestellten ersten Verbindung 10 mit der ersten Welle 6 reibschlüssig verbunden, wird, infolge der Drehzahldifferenz zwischen der ersten Welle 6 und der zweiten Welle 7 bzw. aufgrund des anliegenden Drehmoments, das Zwischenelement 18 gegenüber der zweiten Welle 7 entlang der Umfangsrichtung 16 verdreht. Über die zweiten Blattfedern 32 wird das Stellelement 17 zusammen mit dem Zwischenelement 18 gegenüber der zweiten Welle 7 verdreht.

Die Verdrehung des Stellelements 17 entlang der Umfangsrichtung 16 bewirkt eine relative Verdrehung des Stellelements 17 gegenüber der zweiten Welle 7. Die ersten Blattfedern 28 bzw. die dritten Blattfedern 49 übertragen das Moment des Aktors 9 (der Magnetkupplung) und verstellen infolge dieses Moments den Abstand zwischen Stellelement 17 und zweiter Welle 7 entlang der axialen Richtung 4 in Abhängigkeit von der relativen Verdrehung des Stellelements 17 gegenüber der zweiten Welle 7.

Infolge der durch das Herstellen der ersten Verbindung 10 erfolgten Verdrehung des Zwischenelements 18 und damit des Stellelements 17 gegenüber der zweiten Welle 7, wird das Stellelement 17, infolge der Kopplung mit der zweiten Welle 7, über die ersten Blattfedern 28 bzw. die dritten Blattfedern 49 entlang der axialen Richtung 4 verlagert. Die zweite Welle 7 ist ortsfest gegenüber der axialen Richtung 4 angeordnet, so dass das Stellelement 17 entlang der axialen Richtung 4 relativ zur zweiten Welle 7 (und relativ zur ersten Welle 6 und dem Zwischenelement 18) verlagert wird (siehe Fig. 6 und 8).

Das Stellelement 17 ist mehrteilig ausgeführt und umfasst zumindest einen ersten Teil 29 sowie jeweils einen gegenüber dem ersten Teil 29 entlang einer Umfangsrichtung 16 um den zweiten Winkelbereich verdrehbaren zweiten Teil 30 und einen dritten Teil 50. Der erste Teil 29, der zweite Teil 30 sowie der dritte Teil 50 sind entlang der axialen Richtung 4 nur gemeinsam bewegbar. Der erste Teil 29, der zweite Teil 30 sowie der dritte Teil 50 sind über einen Bolzen 52 axialfest miteinander gekoppelt.

Der erste Teil 29 ist über die zweiten Blattfedern 32 mit dem Zwischenelement 18 gekoppelt bzw. unmittelbar verbunden. Der erste Teil 29 ist zusätzlich über die ersten Blattfedern 28 und die dritten Blattfedern 49 (indirekt) mit der zweiten Welle 7 gekoppelt. Der zweite Teil 30 ist über die ersten Blattfedern 28 und der dritte Teil 50 über die dritten Blattfedern 49 mit der zweiten Welle 7 gekoppelt bzw. unmittelbar verbunden. Bei der Verdrehung des ersten Teils 29 des Stellelements 17, der über die zweiten Blattfedern 32 mit dem Zwischenelement 18 gekoppelt ist, kann der zweite Teil 30 eine Verdrehung in der entgegengesetzten Umfangsrichtung 16 ausführen (siehe Fig. 6 und 8 gegenüber Fig. 4). Diese Ausführung eines mehrteiligen Stellelements 17 ermöglicht eine Beaufschlagung der Schalteinrichtung 8 mit unterschiedlich gerichteten relativen Verdrehungen zwischen der ersten Welle 6 und der zweiten Welle 7.

Der dritte Teil 50 ist in seiner Funktion dem zweiten Teil 30 gleichgestellt und über dritte Blattfedern 49 mit der zweiten Welle 7 gekoppelt. Der dritte Teil 50 wird in Abhängigkeit von einer Verdrehung der ersten Welle 6 gegenüber der zweiten Welle 7 (entgegengesetzt zu der Umfangsrichtung 16, die zu einer Verlagerung des zweiten Teils 30 führt) entlang der axialen Richtung 4 verlagert.

Der zweite Teil 30 und der dritte Teil 50 sind gegeneinander und dabei gegenüber dem ersten Teil 29 entlang der Umfangsrichtung 16 verdrehbar.

Der erste Teil 29 ist über die zweiten Blattfedern 32 mit dem Zwischenelement 18 gekoppelt bzw. unmittelbar mit dem Zwischenelement 18 verbunden. Der erste Teil 29 ist zusätzlich über die axialfeste Kopplung mit dem zweiten Teil 30 und dem dritten Teil 50 und die ersten Blattfedern 28 und die dritten Blattfedern 49 mit der zweiten Welle 7 gekoppelt. Der zweite Teil 30 ist über die ersten Blattfedern 28 und der dritte Teil 50 über die dritten Blattfedern 49 mit der zweiten Welle 7 gekoppelt bzw. unmittelbar verbunden. Bei der Verdrehung des ersten Teils 29 des Stellelements 17, der über die zweiten Blattfedern 32 mit dem Zwischenelement 18 gekoppelt ist, kann der zweite Teil 30 und der dritte Teil 50 (bei der relativen Verdrehung des ersten Teils 29 gegenüber der zweiten Welle 7 in der anderen Umfangsrichtung 16) eine Verdrehung in der (jeweils) gleichgerichteten Umfangsrichtung 16 ausführen. Diese Ausführung eines mehrteiligen Stellelements 17 ermöglicht eine Beaufschlagung der Schalteinrichtung 8 mit unterschiedlich gerichteten relativen Verdrehungen zwischen der ersten Welle 6 und der zweiten Welle 7.

Das Stellelement 17 und die ersten Blattfedern 28, die zweiten Blattfedern 32 sowie die dritten Blattfedern 49 sind so ausgeführt, dass ausgehend von einer nicht verschobenen Anordnung des Stellelements 17 das Zwischenelement 18 in beide Drehrichtungen (Umfangsrichtung 16) gegenüber dem Stellelement 17 (bzw. der zweiten Welle 7) verdrehbar ist, so dass bei einer relativen Verdrehung des Zwischenelements 18 in beiden Drehrichtungen das Stellelement 17 in der axialen Richtung 4 verschoben wird.

Bei Herstellung der ersten Verbindung 10 wird ein einstellbares Drehmoment zwischen der ersten Welle 6 und der Schalteinrichtung 8 übertragen. Dieses Drehmoment bewirkt eine Verdrehung des Zwischenelements 18 gegenüber der zweiten Welle 7, so dass über die Kopplung des Stellelements 17 mit dem Zwischenelement 18 und mit der zweiten Welle 7 das Stellelement 17 entlang der axialen Richtung 4 verlagert wird.

Die Schalteinrichtung 8 umfasst einen zweiten Arbeitsspeicher 19, der die zur Verlagerung des Stellelements 17 entlang der axialen Richtung 4 erforderliche Arbeit speichert. Nur nach erfolgter Verlagerung des Stellelements 17 entlang der axialen Richtung 4 ist die zweite Verbindung 11 zwischen der ersten Welle 6 und der zweiten Welle 7 herstellbar.

Das Stellelement 17 ist infolge der Verlagerung des Stellelements 17 entlang der axialen Richtung 4 über eine reibschlüssige dritte Verbindung 20 mit der ersten Welle 6 verbindbar. Weiter ist das Stellelement 17 infolge der Verlagerung des Stellelements 17 entlang der axialen Richtung 4 über die reibschlüssige dritte Verbindung 20 mit der zweiten Welle 7 (vor Herstellung der zweiten Verbindung 11 ) verbindbar.

Die zweite Welle 7 ist über vierte Blattfedern 52 mit einer Lamelle 35 (Reibscheibe) gekoppelt bzw. unmittelbar verbunden. Die Lamelle 35 bildet die dritte Verbindung 20 mit dem Stellelement 17 aus. Die Lamelle 35 bildet die dritte Verbindung 20 mit der ersten Welle 6. Die vierten Blattfedern 52 stützen ein Drehmoment gegenüber der Umfangsrichtung 16 ab. Das Zwischenelement 18 ist über den ersten Arbeitsspeicher 15 mit dem Stator 14 verbunden, so dass das Zwischenelement 18 gegenüber dem Stator 14 um den begrenzten ersten Winkelbereich verdrehbar ist.

Das Zwischenelement 18 ist über ein zweites Lager 37 drehbar an der ersten Welle 6 gelagert. Die zweite Welle 7 ist über ein drittes Lager 47 an dem Zwischenelement 18 gelagert.

Die zweite Welle 7 erstreckt sich in das Zwischenelement 18 hinein. Das Stellelement 17, die Blattfedern 28, 32, 49, 52 sowie die Lamelle 35 sind ebenfalls innerhalb des Zwischenelements 18 angeordnet. Der Flanschabschnitt 34 des Käfigelements 33 ist entlang der axialen Richtung 4 zwischen dem Stellelement 17 und der Lamelle 35 bzw. dem zweiten Arbeitsspeicher 19 angeordnet. Die Lamelle 35 ist über vierte Blattfedern 52 an der zweiten Welle 7 befestigt, so dass sich ein Drehmoment der Lamelle 35 über die vierten Blattfedern 52 an der zweiten Welle 7 abstützen kann.

Der zweite Arbeitsspeicher 19 umfasst eine Tellerfeder, die zumindest gegenüber der axialen Richtung 4 zur Speicherung von Arbeit verformbar ist.

Die Feder weist eine Federkennlinie 21 mit einem lokalen Minimum 22 auf, wobei die Schalteinrichtung 8 so eingerichtet sein kann, dass die zweite Verbindung 11 nur in einem Bereich 23 des lokalen Minimums 22 erfolgt.

Die Feder weist eine Federkennlinie 21 mit einem lokalen Maximum 31 auf.

Ausgehend von einem unbetätigten Schaltelement 1 wird die Feder bei Betätigung des Schaltelements 1 durch die Verlagerung des Stellelements 17 entlang der axialen Richtung 4 sukzessive verformt, so dass zunächst das lokale Maximum 31 (siehe Fig.

6) überschritten wird und die (Feder-)Kraft 38 hin zum lokalen Minimum 22 mit weiterer Verformung sukzessive abnimmt (siehe Fig. 9). Das lokale Maximum 31 wird nur durch eine entsprechende Betätigung des Aktors 9 überschritten (bei einer entsprechend hohen Bestromung). Die zweite Verbindung 11 erfolgt in einem Zustand der Schalteinrichtung 8, der zwischen dem lokalen Maximum 31 und dem lokalen Minimum 22 liegt, hier in einem planen Zustand der Feder. Bevorzugt wird die Feder überdrückt, so dass die zweite Verbindung 11 in einem Bereich 23 erfolgt (siehe in Fig. 9 angedeutet), der ausgehend von dem lokalen Maximum 31 , nahe oder unmittelbar vor dem lokalen Minimum 22 liegt.

Die Feder ist in einem unbetätigten Zustand des Schaltelements 1 bzw. der Schalteinrichtung 8 entspannt, also kraftfrei angeordnet (siehe Fig. 2 bis 4). Die Feder wird nur bei Betätigung des Aktors 9 und während der sukzessiven Herstellung der ersten Verbindung 10 zunehmend gespannt (siehe Fig. 6 und 8).

Die zweite Verbindung 11 erfolgt durch eine Mehrzahl von ersten Kugeln 24, wobei jede erste Kugel 24 einerseits in jedem Zustand der Schalteinrichtung 8 in einer, entlang der axialen Richtung 4 verlaufenden, ersten Kugelbahn 25 der ersten Welle 6 und andererseits, und nur im Zustand der Schalteinrichtung 1 mit der hergestellten zweiten Verbindung 11 (siehe Fig. 8), in einer, entlang der axialen Richtung 4 verlaufenden, zweiten Kugelbahn 26 der zweiten Welle 7 und in einem anderen Zustand (siehe Fig. 2, 3, 4 und 6) außerhalb der zweiten Kugelbahn 26 in einem zylindrischen Abschnitt 27 der zweiten Welle 7 angeordnet ist.

Der zylindrische Abschnitt 27 ist in der Umfangsrichtung 16 umlaufend ausgeführt und erstreckt sich entlang der axialen Richtung 4, so dass, wenn die ersten Kugeln 24 in dem zylindrischen Abschnitt 27 angeordnet sind, die zweite Welle 7 gegenüber den in den ersten Kugelbahnen 25 angeordneten ersten Kugeln 24 frei verdrehbar ist.

Sind die ersten Kugeln 24 in dem zylindrischen Abschnitt 27 angeordnet, ist die zweite Welle 7 gegenüber der ersten Welle 6 frei verdrehbar, ggf. nur eingeschränkt durch die reibschlüssige erste Verbindung 10 und/oder die reibschlüssige dritte Verbindung 20.

Infolge der Verlagerung des Stellelements 17 entlang der axialen Richtung 4 können die ersten Kugeln 24 ausgehend von dem zylindrischen Abschnitt 27 in die zweiten Kugelbahnen 26 überführt werden, so dass dann die gegenüber der Umfangsrichtung 16 formschlüssige zweite Verbindung 11 realisiert ist. Dies ist nur durch die gespeicherte Energie des ersten Arbeitsspeichers 15 möglich, da sobald der Formschluss wirkt keine Differenzdrehzahl zwischen den Wellen 6, 7 mehr vorliegt.

Zwischen der ersten Welle 6 und der zweiten Welle 7 ist ein Käfigelement 33 angeordnet. Dieses Käfigelement 33 umfasst einen zylindrischen Hülsenabschnitt 44, der sich entlang der axialen Richtung 4 zwischen der ersten Welle 6 und der zweiten Welle 7 erstreckt und eine Mehrzahl von Fenstern 45 aufweist. In jedem Fenster 45 ist eine der ersten Kugeln 24 angeordnet.

Das Käfigelement 33 umfasst einen sich ausgehend von dem Hülsenabschnitt 44 in einer radialen Richtung 43 nach außen erstreckenden Flanschabschnitt 34. Der Flanschabschnitt 34 ist entlang der axialen Richtung 4 zwischen dem zweiten Arbeitsspeicher 19 und dem Stellelement 17 angeordnet. Zwischen dem zweiten Arbeitsspeicher 19 und dem Flanschabschnitt 34 ist eine Lamelle 35 angeordnet. Der Flanschabschnitt 34 weist Reibbeläge 46 auf. Über den Flanschabschnitt 34 wird die reibschlüssige dritte Verbindung 20 zwischen dem Stellelement 17 bzw. dem ersten Teil 29 sowie der Lamelle 35 (sowie der zweiten Welle 7) und der ersten Welle 6 ausgebildet.

Die in der axialen Richtung 4 bis zum Ende der ersten Welle 6 verlaufenden ersten Kugelbahnen 25 werden durch einen an der zweiten Welle 7 vorgesehenen Anschlag (das Ende der zweiten Kugelbahnen 26) begrenzt.

Die erste Welle 6 erstreckt sich entlang der axialen Richtung 4 durch ein Gehäuse 42, in dem es über ein erstes Lager 36 drehbar gelagert ist. Die erste Welle 6 erstreckt sich entlang der axialen Richtung 4 durch den Drehübertrager 13, den Stator 14, das Zwischenelement 18, das Stellelement 17, den ersten Arbeitsspeicher 15, den zweiten Arbeitsspeicher 19 und die Lamelle 35. Die zweite Welle 7 ist koaxial zu der ersten Welle 6 angeordnet und überdeckt die erste Welle 6 im Bereich der Kugelbahnen 25, 26 und des zylindrischen Abschnitts 27. Die Betätigung des Schaltelements 1 (also das Verfahren zur Betätigung) erfolgt folgendermaßen: zunächst wird z. B. über eine Steuereinheit ein Zustand des Schaltelements 1 festgestellt. Umfasst der Zustand, dass der Aktor 9 nicht betätigt ist und dass eine Drehmomentübertragung zwischen der ersten Welle 6 und der zweiten Welle 7 gewünscht ist, wird eine Betätigung des Aktors 9 eingeleitet. Infolge der Betätigung des Aktors 9 wird die erste Verbindung 10 hergestellt (siehe Fig. 4). Das über die erste Verbindung 10 übertragende Drehmoment kann durch den Aktor 9 eingestellt werden, z. B. durch eine Stromregelung bei der vorgeschlagenen Magnetkupplung.

Infolge des über die erste Verbindung 10 erzeugten Drehmoments wird der Stator 14 gegenüber dem Zwischenelement 18 verdreht und der erste Arbeitsspeicher 15 speichert Arbeit. Anschließend bzw. zeitgleich erfolgt eine Verdrehung des Zwischenelements 18 und des damit über die zweiten Blattfedern 32 gekoppelten Stellelements 17 gegenüber der zweiten Welle 7. Infolge der Kopplung des Stellelements 17 mit der zweiten Welle 7 über die ersten Blattfedern 28 bzw. die dritten Blattfedern 49 wird das Stellelement 17 sukzessive entlang der axialen Richtung 4 verlagert (siehe Fig. 6). Infolge der Verlagerung des Stellelements 17 wird die reibschlüssige dritte Verbindung 20 ausgebildet, durch die ebenfalls ein Drehmoment von der ersten Welle 6 auf die zweite Welle 7 übertragen wird. Die Drehzahlen der Wellen 6, 7 werden so zunehmend aneinander angeglichen. Infolge der Verlagerung des Stellelements 17 speichert der zweite Arbeitsspeicher 19 und der erste Arbeitsspeicher 15 zunehmend Arbeit.

Infolge eines zu übertragenen hohen Drehmoments wird das Zwischenelement 18 zusammen mit dem Stellelement 17 weiter gegenüber der zweiten Welle 7 verdreht, so dass das Stellelement 17 zunehmend entlang der axialen Richtung 4 verlagert wird. Dabei wird das lokale Maximum 31 der Federkennlinie 21 des als Feder ausgeführten zweiten Arbeitsspeichers 19 überschritten. Nach Unterschreiten einer einstellbaren Grenzkraft 48 (aktueller Zustand 40 in Fig. 9) kann durch die in dem ersten Arbeitsspeicher 15 gespeicherte Arbeit eine (Weiter-)Verdrehung des Zwischenelements 18 gegenüber der zweiten Welle 7 bewirkt werden. Damit können sich die zweiten Kugelbahnen 26 fluchtend zu den ersten Kugelbahnen 25 anordnen und die ersten Kugeln 24 infolge der nun möglichen weiteren Verschiebung des Stellelements 17 in der axialen Richtung 4 in die zweiten Kugelbahnen 26 eintreten (siehe Fig. 8). Mit Eintritt der ersten Kugeln 24 in die zweiten Kugelbahnen 26 ist die formschlüssige zweite Verbindung 11 hergestellt.

Wird der Aktor 9 nicht mehr betätigt, wird das Stellelement 17 über die in dem zweiten Arbeitsspeicher 19 und in den ersten Blattfedern 28 bzw. den dritten Blattfedern 49 gespeicherte Arbeit in der axialen Richtung 4 zurückverlagert, so dass die ersten Kugeln 24 aus den zweiten Kugelbahnen 26 heraus und in den zylindrischen Abschnitt 27 eintreten. Die formschlüssige zweite Verbindung 11 wird damit gelöst.

Die Verbindung zwischen der ersten Welle 6 und der zweiten Welle 7 lässt sich ausschließlich über eine Betätigung des Aktors 9 herstellen, da ohne Betätigung des Aktors 9 die Wellen 6, 7 frei zueinander verdrehbar angeordnet sind.

Bezuqszeichenliste

1 Schaltelement

2 Antriebsstrang

3 Kraftfahrzeug

4 axiale Richtung

5 Drehachse

6 erste Welle

7 zweite Welle

8 Schalteinrichtung

9 Aktor

10 erste Verbindung

11 zweite Verbindung

12 Magnet

13 Drehübertrager

14 Stator

15 erster Arbeitsspeicher

16 Umfangsrichtung

17 Stellelement

18 Zwischenelement

19 zweiter Arbeitsspeicher

20 dritte Verbindung

21 Federkennlinie

22 Minimum

23 Bereich

24 erste Kugel

25 erste Kugelbahn

26 zweite Kugelbahn

27 Abschnitt

28 erste Blattfeder

29 erster Teil

30 zweiter Teil 31 Maximum

32 zweite Blattfeder

33 Käfigelement

34 Flanschabschnitt

35 Lamelle

36 erstes Lager

37 zweites Lager

38 Kraft

39 Weg

40 aktueller Zustand

41 elektrische Maschine

42 Gehäuse

43 radiale Richtung

44 Hülsenabschnitt

45 Fenster

46 Reibbelag

47 drittes Lager

48 Grenzkraft

49 dritte Blattfeder

50 dritter Teil

51 vierte Blattfeder

52 Bolzen