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Title:
SHIFTING ELEMENT FOR TRANSMITTING TORQUE IN A FRICTIONAL AND INTERLOCKING MANNER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/160744
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a shifting element (1), in particular for a drive train (2) of a motor vehicle (3), having an axis of rotation (5) extending along an axial direction (4), said shifting element comprising: a first shaft (6); a second shaft (7) arranged coaxially with respect to the first shaft (6); and a shifting device (8) for shiftably connecting the shafts (6, 7); wherein the shifting device (8) has an actuator (9) for shifting the connection, wherein, in order to connect the shafts (6, 7) by means of the actuator (9), a frictional first connection (10) of the shafts (6, 7) can initially be established, thereby bringing about a subsequent interlocking second connection (11) of the shafts (6, 7), wherein the second shaft (7) is positioned so as to be stationary relative to the first shaft (6) with respect to the axial direction (4).

Inventors:
RABER CHRISTOPH (DE)
Application Number:
PCT/DE2023/100051
Publication Date:
August 31, 2023
Filing Date:
January 24, 2023
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG (DE)
International Classes:
F16D11/14; F16D27/108; F16D13/48; F16D23/04; F16D23/12
Foreign References:
DE102019130417A12021-05-12
CN102434602A2012-05-02
US20180031052A12018-02-01
DE102016204111A12017-09-14
DE102021104355A12022-08-25
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Claims:
Patentansprüche Schaltelement (1 ), insbesondere für einen Antriebsstrang (2) eines Kraftfahrzeugs (3), mit einer sich entlang einer axialen Richtung (4) erstreckenden Drehachse (5), umfassend 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); wobei die Schalteinrichtung (8) einen Aktor (9) zur Schaltung der Verbindung aufweist, wobei zur Verbindung der Wellen (6, 7) durch den Aktor (9) zunächst eine reibschlüssige erste Verbindung (10) der Wellen (6, 7) herstellbar ist und dadurch eine nachfolgende formschlüssige zweite Verbindung (11 ) der Wellen (6, 7) erfolgt; wobei die zweite Welle (7) gegenüber der axialen Richtung (4) ortsfest relativ zur ersten Welle (6) angeordnet ist. Schaltelement (1 ) nach Anspruch 1 , wobei der Aktor (9) eine Magnetkupplung ist, die zumindest mindestens einen Magneten (12), einen mit der ersten Welle

(6) drehfest verbundenen Drehübertrager (13) sowie einen mit der zweiten Welle

(7) verbundenen Stator (14) aufweist, wobei durch Bestromung des Magneten (12) der Stator (14) entlang der axialen Richtung (4) verlagerbar ist zur Ausbildung der ersten Verbindung (10) mit dem Drehübertrager (13). Schaltelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindung der Wellen (6, 7) über einen ersten Arbeitsspeicher (15) erfolgt, der eine relative Verdrehung der über den ersten Arbeitsspeicher (15) verbundenen Komponenten zueinander um einen begrenzten ersten Winkelbereich erlaubt und dabei die zur Verdrehung erforderliche Arbeit speichert. Schaltelement (1 ) nach Anspruch 3, wobei der erste Arbeitsspeicher (15) mindestens eine Feder umfasst, die zumindest gegenüber einer Umfangsrichtung (16) zur Speicherung von Arbeit verformbar ist. 5. Schaltelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schalteinrichtung (8) zumindest

• ein mit der ersten Welle (6) nur über die erste Verbindung (10) verbindbares Zwischenelement (18), das eine gegenüber der axialen Richtung (4) ortsfest relativ zur ersten Welle (6) angeordnete erste Rampe (28) eines Kugelrampensystems (17) umfasst; sowie

• ein gegenüber dem Zwischenelement (18) entlang der axialen Richtung (4) verlagerbares zweites Rampenteil (47), das eine mit der ersten Rampe (28) als Kugelrampensystem (17) zusammenwirkende zweite Rampe (29) umfasst; aufweist; wobei das zweite Rampenteil (47) und das Zwischenelement (18) über das Kugelrampensystem (17) zueinander um einen begrenzten zweiten Winkelbereich verdrehbar verbunden sind; wobei das zweite Rampenteil (47) bei einer relativen Verdrehung des Zwischenelements (18) gegenüber dem zweiten Rampenteil (47) über das Kugelrampensystem (17) entlang der axialen Richtung (4) verlagerbar und infolge dieser Verlagerung die zweite Verbindung (11 ) zwischen der ersten Welle (6) und der zweiten Welle (7) herstellbar ist.

6. Schaltelement (1 ) nach Anspruch 5, wobei die Schalteinrichtung (8) einen zweiten Arbeitsspeicher (19) umfasst, der die zur Verlagerung des zweiten Rampenteils (47) entlang der axialen Richtung (4) erforderliche Arbeit speichert; wobei nur nach erfolgter Verlagerung des zweiten Rampenteils (47) die zweite Verbindung (11 ) zwischen der ersten Welle (6) und der zweiten Welle (7) herstellbar ist.

7. Schaltelement (1 ) nach Anspruch 6, wobei die zweite Welle (7) infolge der Verlagerung des zweiten Rampenteils (47) entlang der axialen Richtung (4) über eine reibschlüssige dritte Verbindung (20) mit der ersten Welle (6) verbindbar ist.

8. Schaltelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 und 7, wobei der zweite Arbeitsspeicher (19) eine Feder umfasst, die zumindest gegenüber der axialen Richtung (4) zur Speicherung von Arbeit verformbar ist. Schaltelement (1 ) nach Anspruch 8, wobei die Feder eine Federkennlinie (21 ) mit mindestens einem lokalen Minimum (22) aufweist, wobei die Schalteinrichtung (8) so eingerichtet ist, dass die zweite Verbindung (11 ) nur in einem Bereich (23) des lokalen Minimums (22) erfolgt. Schaltelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Verbindung (11 ) durch eine Mehrzahl von ersten Kugeln (24) erfolgt, 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 (8) mit der hergestellten zweiten Verbindung (11) in einer, entlang der axialen Richtung (4) verlaufenden, zweiten Kugelbahn (26) der zweiten Welle (7) und in einem anderen Zustand außerhalb der zweiten Kugelbahn (26) in einem zylindrischen Abschnitt (27) der zweiten Welle (7) angeordnet ist.

Description:
Schaltelement zur reib- und formschlüssiqen Übertragung von Drehmoment

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.

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 DE 10 2021 104 355.7 offenbarte Verlagerung der zweiten Welle wird vorliegend durch eine Verlagerung eines separaten (zweiten) Rampenteils 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 drehtest 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 drehtest 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 zweites Rampenteil, ein durch das Zwischenelement und das zweite Rampenteil ausgebildetes Kugelrampensystem, 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 auf, das (an einem mit dem Zwischenelement angeordneten oder durch das Zwischenelement gebildetes erstes Rampenteil) eine gegenüber der axialen Richtung ortsfest relativ zur ersten Welle angeordnete erste Rampe eines Kugelrampensystems umfasst. Insbesondere weist die Schalteinrichtung ein gegenüber dem Zwischenelement entlang der axialen Richtung verlagerbares zweites Rampenteil auf, das eine mit der ersten Rampe als Kugelrampensystem zusammenwirkende zweite Rampe umfasst.

Das zweite Rampenteil und das Zwischenelement (mit dem ersten Rampenteil) sind über das Kugelrampensystem zueinander um einen begrenzten zweiten Winkelbereich verdrehbar verbunden. Das zweite Rampenteil ist bei einer relativen Verdrehung des Zwischenelements gegenüber dem zweiten Rampenteil über das Kugelrampensystem entlang der axialen Richtung verlagerbar und infolge dieser Verlagerung ist die zweite Verbindung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle herstellbar.

Der zweite Winkelbereich, über den das Zwischenelement gegenüber dem zweiten Rampenteil relativ zueinander 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. Insbesondere ist das Kugelrampensystem so ausgeführt, dass ausgehend von einer unverschobenen Anordnung des zweiten Rampenteils das Zwischenelement in beide Drehrichtungen gegenüber dem zweiten Rampenteil (bzw. der zweiten Welle) verdrehbar ist, so dass bei einer relativen Verdrehung in beiden Drehrichtungen das zweite Rampenteil 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.

Das Zwischenelement weist insbesondere eine Mehrzahl erster Rampen und das zweite Rampenteil eine entsprechende Mehrzahl zweiter Rampen, insbesondere jeweils drei Rampen mit zusammen drei Kugeln, auf, die das Kugelrampensystem ausbilden. Zwischen den Rampen ist jeweils eine (zweite) Kugel angeordnet.

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 dem zweiten Rampenteil, so dass über das Kugelrampensystem das zweite Rampenteil entlang der axialen Richtung verlagert wird.

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

Insbesondere ist das zweite Rampenteil infolge der Verlagerung des zweiten Rampenteils entlang der axialen Richtung über eine reibschlüssige dritte Verbindung mit der ersten Welle verbindbar. Weiter ist das zweite Rampenteil infolge der Verlagerung des zweiten Rampenteils entlang der axialen Richtung über die reibschlüssige dritte Verbindung mit der zweiten Welle verbindbar. Insbesondere ist die zweite Welle über Blattfedern mit einer Lamelle (Reibscheibe) verbunden. Die Lamelle bildet insbesondere die dritte Verbindung mit dem zweiten Rampenteil aus. Die Lamelle bildet insbesondere die dritte Verbindung mit der ersten Welle (z. B. über das Käfigelement, siehe im Folgenden). Die Blattfedern stützen ein Drehmoment gegenüber der Umfangsrichtung ab.

Insbesondere ist das zweite Rampenteil über Blattfedern mit der Lamelle (Reibscheibe) und/ oder der zweiten Welle verbunden. Die Blattfedern stützen 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 zweiten Rampenteils 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 zweiten Rampenteil und der ersten Welle (über das Käfigelement) bzw. zwischen erster Welle (bzw. dem Käfigelement) und zweiter Welle ausgebildet werden.

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 zweiten Rampenteils 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.

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 zweiten Rampenteils 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 und dem zweiten Rampenteil angeordnet. Insbesondere ist zwischen dem zweiten Arbeitsspeicher und dem Flanschabschnitt eine Lamelle angeordnet. Bevorzugt weist der Flanschabschnitt Reibbeläge auf. Die Reibbeläge können insbesondere an dem zweiten Rampenteil und/ oder an der Lamelle angeordnet sein. Über den Flanschabschnitt wird die reibschlüssige dritte Verbindung zwischen dem zweiten Rampenteil (sowie der Lamelle) und der ersten Welle ausgebildet.

Die Lamelle ist insbesondere über Blattfedern mit der zweiten Welle verbunden. Über den Flanschabschnitt wird die reibschlüssige dritte Verbindung zwischen der ersten Welle und dem zweiten Rampenteil (bzw. der Lamelle) und damit der ersten Welle 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. Anschließend erfolgt eine Verdrehung des Zwischenelements gegenüber dem zweiten Rampenteil über das Kugelrampensystem, so dass das zweite Rampenteil sukzessive entlang der axialen Richtung verlagert wird. Infolge der Verlagerung des zweiten Rampenteils wird insbesondere die reibschlüssige dritte Verbindung ausgebildet, durch die ebenfalls ein Drehmoment von der ersten Welle auf das zweite Rampenteil und auf die zweite Welle übertragen wird. Die Drehzahlen der Wellen werden so zunehmend aneinander angeglichen. Infolge der Verlagerung des zweiten Rampenteils speichert der zweite Arbeitsspeicher und insbesondere auch der erste Arbeitsspeicher zunehmend Arbeit.

Infolge eines zu übertragenen hohen Drehmoments wird das Zwischenelement weiter gegenüber dem zweiten Rampenteil verdreht, so dass dieses 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 Zwischenelements gegenüber dem zweiten Rampenteil bzw. 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 zweiten Rampenteils 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 zweite Rampenteil über die in dem zweiten Arbeitsspeicher 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 Seitenansicht im Schnitt;

Fig. 3: das Schaltelement nach Fig. 2 unmittelbar nach Betätigung des Aktors, in einer Seitenansicht im Schnitt;

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

Diagramm;

Fig. 5: das Schaltelement nach Fig. 2 und 3 nach Betätigung des Aktors und vor

Herstellung der zweiten Verbindung, in einer Seitenansicht im Schnitt;

Fig. 6: den aktuellen Zustand des Schaltelements gemäß Fig. 5 in einem

Diagramm;

Fig. 7: das Schaltelement nach Fig. 2, 3 und 5 nach Herstellung der zweiten

Verbindung, in einer Seitenansicht im Schnitt; und

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

Die Fig. 2 bis 8 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu Fig. 1 wird verwiesen.

In den Diagrammen der Fig. 4, 6 und 8 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. 3). 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. 7).

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 Magneten 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 drehfest verbunden. Der Stator 14 ist (über weitere Komponenten) mit der zweiten Welle 7 verbunden, 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. 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 mit einem ersten Rampenteil 32, ein zweites Rampenteil 47, ein durch das Zwischenelement 18 und das zweite Rampenteil 47 gebildetes Kugelrampensystem 17, 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 zweiten Rampenteil 47 über ein Kugelrampensystem 17 verbundenes Zwischenelement 18 auf. Das Zwischenelement 18 und das zweite Rampenteil 47 sind über das Kugelrampensystem 17 zueinander um einen begrenzten zweiten Winkelbereich verdrehbar verbunden. Das zweite Rampenteil 47 ist, bei einer relativen Verdrehung des Zwischenelements 18 gegenüber dem zweiten Rampenteil 47, über das Kugelrampensystem 17, zur Ausbildung der zweiten Verbindung 11 mit der ersten 6 Welle, entlang der axialen Richtung 4 verlagerbar. Das Kugelrampensystem 17 ist so ausgeführt, dass ausgehend von einer nicht verschobenen Anordnung des zweiten Rampenteils 47 (siehe Fig. 2) das Zwischenelement 18 mit dem ersten Rampenteil 32 in beide Drehrichtungen gegenüber dem zweiten Rampenteil 47 verdrehbar ist, so dass bei einer relativen Verdrehung in beiden Drehrichtungen das zweite Rampenteil 47 in der axialen Richtung 4 verschoben wird. Ebenso ist der erste Arbeitsspeicher 15 so ausgeführt, dass ausgehend von einer nicht verschobenen Anordnung des zweiten Rampenteils 47 das Zwischenelement 18 in beide Drehrichtungen gegenüber dem zweiten Rampenteil 47 verdrehbar ist.

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.

Das Zwischenelement 18 weist an einem mit dem Zwischenelement 18 verbundenen ersten Rampenteil 32 eine Mehrzahl erster Rampen 28 und das zweite Rampenteil 47 eine entsprechende Mehrzahl zweiter Rampen 29 auf, die das Kugelrampensystem 17 ausbilden. Zwischen den Rampen 28, 29 ist jeweils eine zweite Kugel 30 angeordnet. Die Rampen 28, 29 erstrecken sich in der Umfangsrichtung 16.

Die zweite Welle 7 erstreckt sich in das Zwischenelement 18 hinein. Das zweite Rampenteil 47 ist innerhalb eines Hülsenabschnitts der zweiten Welle 7 angeordnet und gegenüber der zweiten Welle 7 entlang der axialen Richtung 4 verlagerbar. Das zweite Rampenteil 47 ist mit der zweiten Welle 7 oder mit der Lamelle 35 über Blattfedern (hier nicht dargestellt) verbunden. Der Flanschabschnitt 34 des Käfigelements 33 ist innerhalb des Hülsenabschnitts der zweiten Welle 7 und entlang der axialen Richtung 4 zwischen dem zweiten Rampenteil 47 und der Lamelle 35 bzw. dem zweiten Arbeitsspeicher 19 angeordnet Die Lamelle 35 ist über Blattfedern 49 an der zweiten Welle 7 befestigt, so dass sich ein Drehmoment der Lamelle 35 über die Blattfedern 49 an der zweiten Welle 7 abstützen kann. Die Lamelle 35 stützt sich gegenüber der axialen Richtung 4 an der zweiten Welle 7 ab, so dass bei einem nicht verschobenen zweiten Rampenteil 47 (siehe Fig. 2 und 3) die dritte Verbindung 20 gerade nicht vorliegt.

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 bzw. des ersten Rampenteils 32 gegenüber dem zweiten Rampenteil 47, so dass über das Kugelrampensystem 17 das zweite Rampenteil 47 entlang der axialen Richtung 4 verlagert wird (siehe Fig. 5).

Die Schalteinrichtung 8 umfasst einen zweiten Arbeitsspeicher 19, der die zur Verlagerung des zweiten Rampenteils 47 entlang der axialen Richtung 4 erforderliche Arbeit speichert. Nur nach erfolgter Verlagerung des zweiten Rampenteils 47 entlang der axialen Richtung 4 ist die zweite Verbindung 11 zwischen der ersten Welle 6 und der zweiten Welle 7 herstellbar.

Die zweite Welle 7 ist infolge der Verlagerung des zweiten Rampenteils 47 entlang der axialen Richtung 4 über eine reibschlüssige dritte Verbindung 20 mit der ersten Welle 6 verbindbar (siehe Fig. 5).

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 zweiten Rampenteils 47 entlang der axialen Richtung 4 sukzessive verformt, so dass zunächst das lokale Maximum 31 (siehe Fig. 5 und 6) überschritten wird und die (Feder-)Kraft 38 hin zum lokalen Minimum 22 mit weiterer Verformung sukzessive abnimmt. 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. 8 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 und 3). Die Feder wird nur bei Betätigung des Aktors 9 und während der sukzessiven Herstellung der ersten Verbindung 10 zunehmend gespannt.

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. 7), in einer, entlang der axialen Richtung 4 verlaufenden, zweiten Kugelbahn 26 der zweiten Welle 7 und in einem anderen Zustand (siehe Fig. 2, 3, 5) 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 zweiten Rampenteils 47 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 zweiten Rampenteil 47 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 zweiten Rampenteil 47 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 mit dem ersten Rampenteil 32, das zweite Rampenteil 47, 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. 3). 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 gegenüber dem zweiten Rampenteil 47 (das über Blattfedern an der zweiten Welle 7 angebunden ist) über das Kugelrampensystem 17, so dass das zweite Rampenteil 47 sukzessive entlang der axialen Richtung 4 verlagert wird (siehe Fig. 5). Infolge der Verlagerung des zweiten Rampenteils 47 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 zweiten Rampenteils 47 speichert der zweite Arbeitsspeicher 19 zunehmend Arbeit.

Infolge eines zu übertragenen hohen Drehmoments wird das Zwischenelement 18 weiter gegenüber dem zweiten Rampenteil 47 verdreht, so dass dieses 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 kann durch die in dem ersten Arbeitsspeicher 15 gespeicherte Arbeit eine (Weiter-)Verdrehung der zweiten Welle 7 gegenüber der ersten Welle 6 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 zweiten Rampenteils 47 in der axialen Richtung 4 in die zweiten Kugelbahnen 26 eintreten (siehe Fig. 7). 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 zweite Rampenteil 47 über die in dem zweiten Arbeitsspeicher 19 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 Kugelrampensystem

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 Rampe

29 zweite Rampe

30 zweite Kugel 31 Maximum

32 erstes Rampenteil

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 zweites Rampenteil

48 Grenzkraft

49 Blattfeder