DE102009049013B4 - Kupplung - Google Patents

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Johannes Quehenberger
Simon KAIMER
Klaus Eder
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    • F16D27/118—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with an electromagnet not rotating with a clutching member, i.e. without collecting rings with interengaging jaws or gear teeth
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Abstract

Kupplung mit zwei zur Drehmomentübertragung formschlüssig in Eingriff bringbaren Kupplungsteilen und einem Schaltelement (114; 214; 314), welches in einer ersten Richtung bewegbar ist, um die Kupplungsteile außer Eingriff zu bringen, und in einer zweiten Richtung bewegbar ist, um die Kupplungsteile in Eingriff zu bringen, wobei zur Bewegung des Schaltelements (114; 214; 314) in der ersten Richtung ein Motor (360) vorgesehen ist und zur Bewegung des Schaltelements (114; 214; 314) in der zweiten Richtung ein Federelement (126; 226; 326) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auslösung des Federelements (126; 226) durch eine Betätigung des Motors in der gleichen Drehrichtung erfolgt, die zuvor eine Spannung des Federelements (126; 226) bewirkt, oder dass eine Auslösung des Federelements (326) durch eine Betätigung des Motors (360) in einer zur Drehrichtung, die zuvor eine Spannung des Federelements (326) bewirkt, umgekehrten Drehrichtung erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kupplung, insbesondere eine Klauenkupplung, mit zwei zur Drehmomentübertragung formschlüssig in Eingriff bringbaren Kupplungsteilen und einem Schaltelement, welches in einer ersten Richtung bewegbar ist, um die Kupplungsteile außer Eingriff zu bringen, und in einer zweiten Richtung bewegbar ist, um die Kupplungsteile in Eingriff zu bringen.
  • Kupplungen der eingangs genannten Art und insbesondere Klauenkupplungen sind grundsätzlich bekannt und werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen, die über eine permanent angetriebene Primärachse und eine lediglich zeitweise angetriebene Sekundärachse verfügen, zur Abschaltung der Sekundärachse verwendet. Die bekannten Kupplungen werden entweder mittels eines hydraulischen oder pneumatischen Aktuators oder mittels eines Elektromotors betätigt, d.h. geöffnet und geschlossen. Dabei besteht insbesondere bei bekannten elektromotorisch betätigten Klauenkupplungen das Problem, dass sie sich nicht schnell genug schließen lassen, wodurch die Schnelligkeit der Zuschaltung der Sekundärachse begrenzt ist.
  • Das Dokument DE 10 2004 039 826 A1 beschreibt beispielsweise eine Kupplungseinheit aufweisend eine Antriebswelle, eine Klauenkupplung, eine Abtriebswelle, die ein- und auskuppelbar ist, um die Antriebswelle und die Abtriebswelle miteinander zu verbinden und voneinander zu trennen, einen Betätigungsmechanismus zum Betätigen der Klauenkupplung und einen ersten Bewegungsmechanismus zum Begrenzen einer Bewegung der Klauenkupplung in einer Richtung, in welcher die Klauenkupplung eingekuppelt wird, bis eine Drehzahl der Antriebswelle und eine Drehzahl der Abtriebswelle für ein Einkuppeln der Klauenkupplung angepasst sind.
  • Weiterhin beschreibt die Druckschrift DE 38 08 066 A1 eine Anordnung einer Elektromagnet-Zahnkupplung zur formschlüssigen Verbindung konzentrischer Getriebewellen.
  • Das Schriftstück DE 102 29 515 A1 beschreibt eine Getriebeschaltung mit einer Synchronisiereinrichtung für Losräder, welche hydraulisch betätigbar ist und zumindest einen mit einem ausgewählten Losrad in Eingriff bringbaren Kolben als Schiebemuffe aufweist. Der Kolben ist mittels hydraulischer Betätigung axial auf einer Welle verschiebbar und mit dieser drehfest verbunden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung zu schaffen, die eine schnellere Einrückung der beiden Kupplungsteile ermöglicht.
  • Zur Lösung der Aufgabe ist eine Kupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
  • Die erfindungsgemäße Kupplung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass zur Bewegung des Schaltelements in der ersten Richtung, d.h. in der Öffnungsrichtung, ein Motor vorgesehen ist, insbesondere ein Elektromotor, und zur Bewegung des Schaltelements in der zweiten Richtung, d.h. in der Schließrichtung, ein Federelement vorgesehen ist.
  • Grundsätzlich ist der Motor also nur zum Ausrücken der Kupplungsteile vorgesehen, wohingegen das Einrücken der Kupplungsteile, mit anderen Worten das Schließen der Kupplung, durch Federkraft erfolgt.
  • Die Grundidee der Erfindung besteht mit anderen Worten also darin, dass der Motor nicht in beide Bewegungsrichtungen des Schaltelements auf dieses wirkt, sondern normalerweise nur in einer Richtung Kraft ausübt. Zum Öffnen der Kupplung wirkt der Motor direkt auf das Schaltelement, wodurch gleichzeitig das Federelement gespannt wird. Zum Schließen der Kupplung wird das Schaltelement hingegen von dem Motor getrennt bzw. freigegeben, sodass sich das gespannte Federelement schlagartig entspannen und unter Beaufschlagung des Schaltelements die Kupplungsteile schnell einrücken kann. Das System kann somit auch als eine Art "Schusseinrichtung" bezeichnet werden.
  • Da das Ausrücken der Kupplungsteile normalerweise ein im Wesentlichen zeitunkritischer Vorgang ist, braucht die Geschwindigkeit des Motors keine besonderen Anforderungen zu erfüllen, sodass beispielsweise ein handelsüblicher kostengünstiger Elektromotor zum Einsatz kommen kann.
  • Gleichzeitig wird durch das Federelement eine schnellere Einrückung der Kupplungsteile erreicht, als sie durch eine Verwendung eines Elektromotors zum Schließen der Kupplung möglich wäre.
  • Aufgrund des schnelleren Schließens der Kupplung durch das Federelement kann diese beispielsweise zu einer schnelleren Zuschaltung einer abgeschalteten Sekundärantriebsachse eines Kraftfahrzeugs beitragen.
  • Erfindungsgemäß erfolgt eine Auslösung des Federelements durch eine Betätigung des Motors in der gleichen Drehrichtung, die zuvor eine Spannung des Federelements bewirkt oder durch eine Betätigung des Motors in einer zur Drehrichtung, die zuvor eine Spannung des Federelements bewirkt, umgekehrten Drehrichtung.
  • Im Falle einer Auslösung des Federelements durch eine Betätigung des Motors in der gleichen Drehrichtung, die zuvor die Spannung des Federelements bewirkt, ist unter Auslösung des Federelements eine Freigabe des gespannten Federelements derart zu verstehen, dass sich das Federelement entspannen und das Schaltelement in Schließrichtung bewegen kann. Eine Umkehrung der Drehrichtung des Motors ist zur Betätigung der Kupplung bei dieser Ausführungsform nicht erforderlich. Vielmehr erfolgt sowohl das Öffnen als auch das Schließen der Kupplung durch eine Aktivierung des Motors in ein und derselben Drehrichtung.
  • Im Falle einer Auslösung des Federelements durch eine Betätigung des Motors in einer zur Drehrichtung, die zuvor eine Spannung des Federelements bewirkt, umgekehrten Drehrichtung ist zur Schließung der Kupplung eine Umkehrung der Drehrichtung des Motors erforderlich. Dabei kann der Elektromotor in beide Richtungen auf Anschlag gefahren werden, und über die Auswertung der Stromaufnahme des Elektromotors ist eine Erkennung der jeweiligen Endposition der Spindelmutter möglich. Ein langsames Schließen der Kupplung lässt diese Ausführungsform nicht zu. Dafür kann die Auslösung des schnellen Schließens der Kupplung nicht nur bei in Endposition befindlichem Schaltungselement, d.h. bei vollständig geöffneter Kupplung, sondern während des gesamten Hubs, d.h. auch bei z.B. halb offener Kupplung erfolgen.
  • Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
  • Vorzugsweise bewirkt eine Bewegung des Schaltelements in die erste Richtung eine Spannung des Federelements. Durch das Öffnen der Kupplung wird das Federelement folglich mit Energie versorgt, gewissermaßen also aufgeladen. Das Federelement speichert die aufgenommene Energie, bis eine Einrückung der Kupplungsteile befohlen wird, die dann durch eine Entladung des Federelements erreicht wird. Der Motor erfüllt somit eine Doppelfunktion, indem er nicht nur für eine Ausrückung der Kupplungsteile sorgt, sondern gleichzeitig auch die zum Spannen bzw. Aufladen des Federelements erforderliche Energie liefert. Das Federelement bildet gewissermaßen also einen Speicher für die vom Motor gelieferte und für das Schließen der Kupplung benötigte Energie, insbesondere auch für den Fall, dass sich bei einem Einrücken der Kupplungsteile zunächst eine "Zahn-Zahn"-Stellung ergeben sollte.
  • In einer einfachsten Form kann es sich bei dem Federelement um eine Druckfeder, insbesondere Schraubendruckfeder, handeln.
  • Im Falle, dass eine Auslösung des Federelements durch eine Betätigung des Motors in der gleichen Drehrichtung erfolgt, die zuvor eine Spannung des Federelements bewirkt, umfasst vorzugsweise ein zwischen dem Motor und dem Schaltelement angeordneter Getriebemechanismus wenigstens eine Schaltrampe und mindestens ein relativ zu der Schaltrampe bewegbares Gegenelement, welches mit der Schaltrampe derart zusammenwirkt, dass das Schaltelement bei einem Gleiten des Gegenelements die Schaltrampe hinauf entgegen der Rückstellkraft des Federelementes in die erste Richtung bewegt wird, insbesondere gedrückt wird.
  • Es ist leicht nachzuvollziehen, dass die Anzahl der Gegenelemente vorzugsweise gleich der Anzahl der Schaltrampen ist. Dies stellt jedoch kein zwingendes Erfordernis dar, d.h. die Anzahl der Gegenelemente kann grundsätzlich auch von der Anzahl der Schaltrampen abweichen.
  • Bevorzugt weist die oder jede Schaltrampe – abgewickelt betrachtet – einen längeren flachen Rampenabschnitt mit geringer Steigung zum Öffnen der Kupplung und einen kürzeren steilen Rampenabschnitt mit höherer Steigung zum Schließen der Kupplung auf. Durch den längeren flachen Rampenabschnitt wird eine hohe Übersetzung erreicht, sodass ein Elektromotor mit vergleichsweise geringem Drehmoment eine Feder mit vergleichsweise hoher Kraft vorspannen kann. Auf diese Weise können der Elektromotor und damit verbundene Bauteile, wie beispielsweise eine Motorsteuerung und/oder ein Kabelstrang, kleiner ausgeführt werden. Aufgrund des kürzeren steileren Rampenabschnitts genügt gleichzeitig eine kurze Bewegung, um die Kupplung schnell zu schließen.
  • Die Schaltrampe ist vorteilhafterweise direkt an dem Schaltelement ausgebildet. Beispielsweise kann das Schaltelement ring- oder hülsenförmig ausgebildet sein, eine Welle umgeben und bezüglich dieser verschiebbar sein, während die Schaltrampe an einer zum Gegenelement weisenden Stirnseite des Schaltelements ausgebildet ist.
  • Das Federelement kann zwischen einer der Schaltrampe abgewandten Stirnseite des Schaltelements und einem Anschlag angeordnet sein.
  • Bevorzugt wird das Gegenelement durch den Motor entlang der Schaltrampe bewegt.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Gegenelement einen Stift, welcher aus einer Schaltwelle radial vorsteht, die durch den Motor relativ zu dem Schaltelement verdrehbar ist. Die Schaltwelle kann beispielsweise über ein Schneckenrad und eine Schnecke durch den Motor angetrieben werden.
  • Um die Kupplung zu öffnen, wird die Schaltwelle durch den Motor so gedreht, dass der Stift den längeren flachen Rampenabschnitt entlang gleitet, bis er das Ende der Schaltrampe erreicht. Das Schaltelement wird hierbei auf der Schaltwelle und entgegen der Rückstellkraft des Federelements verschoben. Um den Stift am Ende der Schaltrampe und somit die Kupplung in ihrer geöffneten Stellung zu fixieren, kann am Ende der Schaltrampe eine Rastvertiefung vorgesehen sein, in welche der Stift einrastet. Zum Schließen der Kupplung wird die Schaltwelle in der gleichen Richtung weiter gedreht, sodass der Stift frei kommt und den kürzeren steilen Rampenabschnitt "hinabstürzt", während sich das Federelement entspannt und das Schaltelement in Schließrichtung bewegt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplung weist das Gegenelement eine Gegenrampe auf, die an einer zum Schaltelement weisenden Stirnseite eines die Welle umgebenden Gegenrades ausgebildet ist. Bei dem Gegenrad kann es sich beispielsweise um ein Schneckenrad handeln, welches mit einer durch den Motor angetriebenen Schnecke in Eingriff steht.
  • Die Gegenrampe kann einen ansteigenden ersten Rampenabschnitt und einen zweiten Rampenabschnitt aufweisen, der steil abfällt oder stufenförmig ausgebildet ist und insbesondere einen steileren ersten Bereich, einen flacheren zweiten Bereich und einem steileren dritten Bereich umfasst.
  • Gemäß einer Ausführungsform steigt der erste Rampenabschnitt flach und insbesondere linear an.
  • Alternativ kann der erste Rampenabschnitt aber auch nicht-linear ansteigen. Dabei nimmt die Steigung des ersten Rampenabschnitts in Richtung des höchsten Punkts der Gegenrampe vorzugsweise ab, d.h. der erste Rampenabschnitt ist in der ersten Phase des Öffnens der Kupplung steiler ausgelegt. Hierdurch kann der Rampenweg insgesamt kleiner gehalten werden. Gleichzeitig kann die Rückstellkraft des Federelements durch das Parallel- und/oder Hintereinanderschalten von Federn verschiedener Steifigkeit oder durch die Verwendung einer Feder mit spezieller Kennlinie an den Steigungsverlauf des ersten Rampenabschnitts angepasst werden.
  • Auf diese Weise lassen sich die Steigung zum Öffnen der Kupplung und die Federrate des Federelements so aufeinander abstimmen, dass sich über den Hub ein in etwa konstantes Moment am Motor ergibt. Dabei wird in vorteilhafter Weise der Tatsache Rechnung getragen, dass sich typischerweise die Federkraft einer Feder über den Hub verändert. Das ergibt sich zum einem daraus, dass Federn üblicherweise bei stärkerer Kompression eine höhere Rückstellkraft aufbauen. Zum anderen kann die Federkraft aber auch bewusst so gewählt werden, dass die Federkraft im Synchronisierpunkt höher ist und im geschlossenen Zustand geringer ist. Die Kraft am Synchronisierpunkt wird deshalb bevorzugt höher gewählt, da die Betätigung der Synchronisiereinrichtung eine erhöhte Kraft erfordert. Im geschlossenen Zustand bzw. beim Schließen der Klauenkupplung ist dagegen eine geringere Kraft ausreichend. Außerdem kann eine höhere Kraft beim Schließen der Kupplung zu unerwünschten hörbaren Schlägen führen.
  • Um eine möglichst gleichmäßige Kräfteverteilung zu erreichen, sind bevorzugt mindestens zwei Schaltrampen und mindestens zwei Gegenrampen vorgesehen, die vorteilhafterweise jeweils über den Umfang gleich verteilt angeordnet sind.
  • Bei dieser Ausführungsform gleiten also jeweils paarweise zwei Rampen gegeneinander, um eine Verschiebung des Schaltelements und somit eine Spannung bzw. Entspannung des Federelements zu bewirken.
  • Das Gegenrad kann eine auf der Welle sitzende Schaltmuffe umgeben, welche mit dem Schaltelement gekoppelt und durch dieses relativ zu der Welle verschiebbar ist.
  • Obwohl normalerweise eine schnelle Einrückung der Kupplungsteile gewünscht sein wird, ist es grundsätzlich auch möglich, die Kupplung langsam zu schließen, indem die Drehrichtung des Gegenelements umgekehrt wird, sodass das Gegenelement den längeren flachen Rampenabschnitt wieder hinabgleitet und das Schaltelement durch die Rückstellkraft des Federelements langsam in Schließrichtung bewegt wird. Dieses langsame Schließen der Kupplung kann beispielsweise in dem Fall vorteilhaft sein, dass bei einem schnellen Schließen der Kupplung leichte Schläge oder Geräusche entstehen.
  • Im Falle dass eine Auslösung des Federelements durch eine Betätigung des Motors in einer zur Drehrichtung, die zuvor eine Spannung des Federelements bewirkt, umgekehrten Drehrichtung erfolgt ist vorteilhafterweise ein Rückholmechanismus zwischen dem Motor und dem Schaltelement angeordnet, welcher eine Mitnahmeeinrichtung umfasst, die mit dem Schaltelement in Eingriff bringbar ist, um das Schaltelement entgegen der Rückstellkraft des Federelements in die erste Richtung, d.h. in die Öffnungsrichtung, zu ziehen.
  • Die Mitnahmeinrichtung kann eine durch den Motor angetriebene Spindel und eine auf der Spindel sitzende Spindelmutter umfassen, an der ein Mitnahmefinger ausgebildet ist, welcher durch eine Verdrehung der Spindelmutter in eine Richtung mit einem Vorsprung des Schaltelements in Eingriff bringbar und durch eine Verdrehung der Spindelmutter in die entgegengesetzte Richtung von dem Vorsprung lösbar ist.
  • Der Rückholmechanismus ist bevorzugt so ausgebildet, dass der Mitnahmefinger und der Vorsprung dadurch in Eingriff gebracht werden, dass die Spindelmutter in den Bereich des Schaltelements bewegt und die Drehrichtung des Motors umgekehrt wird, um das Schaltelement in die erste Richtung zu ziehen.
  • Außerdem kann ein Auslösemechanismus vorgesehen sein, welcher eine axiale Bewegung der Spindelmutter verhindert, wenn diese zur Lösung des Mitnahmefingers von dem Vorsprung verdreht wird. Bei dem Auslösemechanismus kann es sich z.B. um einen Freilauf, eine Arretierung, einen Klinkenmechanismus oder eine andere geeignete Art von entsprechend richtungsabhängig schaltendem Mechanismus handeln.
  • Um sicherzustellen, dass sich die Spindelmutter lediglich zum Ankoppeln an das Schaltelement bzw. zum Freigeben des Schaltelements geringfügig um die Spindel verdrehen kann und ansonsten in axialer Richtung entlang der Spindel bewegt, ist vorteilhafterweise eine Verdrehlimitierung zur Begrenzung einer Verdrehung der Spindelmutter vorgesehen.
  • Die Verdrehlimitierung kann beispielsweise einen sich parallel zur Spindel erstreckenden Stab umfassen, der im Bereich seines einen Endes mit dem Schaltelement verbunden und im Bereich seines anderen Endes in einer in Umfangsrichtung gekrümmten Führungsöffnung der Spindelmutter geführt ist. Durch die Länge der Führungsöffnung in Umfangsrichtung gesehen ist der Verdrehwinkel der Spindelmutter definiert.
  • Da sich die erfindungsgemäße Kupplung wie bereits erwähnt insbesondere zur schnellen Zuschaltung einer nur zeitweise angetriebenen Sekundärachse eines Kraftfahrzeugs eignet, bildet auch der Antriebsstrang nach Anspruch 10 einen Gegenstand der Erfindung.
  • Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebseinheit zum Erzeugen eines Antriebsmoments; einer permanent angetriebenen Primärachse; einer ersten Kupplung zum Übertragen eines variablen Teils des Antriebsmoments an eine Sekundärachse des Kraftfahrzeugs; einer zweiten Kupplung zum Stilllegen eines zwischen der ersten Kupplung und der zweiten Kupplung angeordneten Drehmomentübertragungsabschnitts des Antriebsstrangs, wenn die erste Kupplung geöffnet ist; und einer Steuereinheit zum automatischen Steuern der ersten und zweiten Kupplung, wobei für die zweite Kupplung eine Kupplung der vorstehend erläuterten Art verwendet wird.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieses Verfahrens wird ermittelt, ob an der Primärachse ein Radschlupf vorliegt, und, ausgehend von einem stillgelegten Zustand des Drehmomentübertragungsabschnitts, wird in Abhängigkeit von einem detektierten Radschlupf an der Primärachse die zweite Kupplung geschlossen.
  • Dabei trägt das Schließen der zweiten Kupplung in Abhängigkeit von einem an der Primärantriebsachse detektiertem Radschlupf zu einer noch schnelleren Zuschaltung der Sekundärachse bei, da durch die Detektion des Radschlupfs der Bedarf eines zusätzlich Antriebs der Sekundärachse gewissermaßen antizipiert wird, wodurch der Schließvorgang der zweiten Kupplung früher eingeleitet werden kann.
  • Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Schaltvorrichtung einer erfindungsgemäßen Kupplung mit aufgeschnittenem Gehäuse;
  • 2A eine Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer Schaltvorrichtung einer erfindungsgemäßen Kupplung;
  • 2B eine Abwicklungsdarstellung eines Rampenringmechanismus der Schaltvorrichtung von 2A;
  • 2C eine Abwicklungsdarstellung eines alternativen Rampenringmechanismus;
  • 2D eine Abwicklungsdarstellung eines weiteren alternativen Rampenringmechanismus;
  • 3 eine Längsschnittansicht einer dritten Ausführungsform einer Schaltvorrichtung einer erfindungsgemäßen Kupplung;
  • 4A–4F Ausschnittsvergrößerungen der Schaltvorrichtung von 3 in verschiedenen Öffnungs- bzw. Schließstadien der Kupplung;
  • 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 6 eine schematische Darstellung eines Achsdifferenzials mit nebengeschalteter Klauenkupplung einer Sekundärachse des Antriebsstrangs von 5;
  • 7 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs;
  • 8 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs;
  • 9 eine Graphik, in welcher die Drehzahlen einer Primärachse, einer Sekundärachse, eines von der Primärachse zur Sekundärachse führenden Drehmomentübertragungsabschnitts und der Verlauf des an die Sekundärachse übertragenen Drehmoments während des Zuschaltens der Sekundärachse aus einem abgeschalteten Zustand der Sekundärachse dargestellt sind;
  • 10 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs;
  • 11 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs;
  • 12 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs;
  • 13 eine schematische Darstellung einer siebten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs.
  • 14A–14C Querschnittsansichten einer in dem Antriebsstrang von 13 zum Einsatz kommenden Klauenkupplung mit Synchronisiervorrichtung; und
  • 15 eine Graphik, in welcher die Drehzahlen einer Primärachse, einer Sekundärachse, eines von der Primärachse zur Sekundärachse führenden Drehmomentübertragungsabschnitts und der Verlauf des an die Sekundärachse übertragenen Drehmoments während des Zuschaltens der Sekundärachse aus einem stillgelegten Zustand des Drehmomentübertragungsabschnitts bei dem Antriebsstrang von 13 dargestellt sind.
  • In 1 ist eine erste Ausführungsform einer Schaltvorrichtung einer erfindungsgemäßen Kupplung dargestellt, welche zwei nicht gezeigte Kupplungsteile umfasst, die zum Schließen der Kupplung formschlüssig in Eingriff bringbar sind bzw. zum Öffnen der Kupplung außer Eingriff gebracht werden können. Bei der Kupplung kann es sich beispielsweise um eine Klauenkupplung handeln. Ferner kann die Kupplung eine, insbesondere in die Kupplung integrierte, Synchronisiereinrichtung umfassen.
  • Die Betätigung der Kupplungsteile erfolgt in an sich bekannter Weise mittels einer Schaltmuffe 110, die zwischen einer Öffnungsstellung A (rechts in 1) und einer Schließstellung B (links in 1) verschiebbar ist.
  • Zur Verschiebung der Schaltmuffe 110 ist eine Schaltgabel 112 vorgesehen, die mit einem Schaltelement 114 fest verbunden ist. Das Schaltelement 114 ist hülsen- oder ringförmig ausgebildet und verschiebbar auf einer Schaltwelle 116 gelagert. Die Schaltwelle 116 ist in einem Gehäuse 118 verdrehbar gelagert. Zur Verdrehung der Schaltwelle 116 ist ein nicht gezeigter Elektromotor vorgesehen, der eine Schnecke 120 antreibt, welche mit einem Schneckenrad 122 in Eingriff steht, das auf der Schaltwelle 116 sitzt und drehfest mit dieser verbunden ist. Zur Ermittlung der Drehposition der Schaltwelle 116 ist ein Positionssensor 124 vorgesehen.
  • Eine Schraubendruckfeder 126, welche die Schaltwelle 116 umgibt, ist zwischen einer ersten Stirnseite 128 des Schaltelements 114 und dem Gehäuse 118 angeordnet und derart ausgebildet, dass sie komprimiert ist und eine Rückstellkraft auf das Schaltelement 114 ausübt, wenn sich dieses in der Öffnungsstellung A befindet.
  • An der der Schraubendruckfeder 126 abgewandten zweiten Stirnseite 130 des Schaltelements 114 ist eine Schaltrampe 132 ausgebildet. Die Schaltrampe 132 umfasst einen längeren ersten Rampenabschnitt 134, der in Drehrichtung 136 der Schaltwelle 116 gesehen langsam ansteigt und deswegen auch als flacher Rampenabschnitt bezeichnet wird, sowie einen kürzeren zweiten Rampenabschnitt 138, der ausgehend von dem ersten Rampenabschnitt 134 steil abfällt und deswegen auch als steiler Rampenabschnitt bezeichnet wird. Der steile Rampenabschnitt 138 definiert sowohl den Anfang als auch das Ende der Schaltrampe 132.
  • Das Schaltelement 114 wird durch die Schraubendruckfeder 126 – in 1 nach links – gegen einen Schaltstift 140 gedrückt, der in die Schaltwelle 116 eingesetzt ist und in radialer Richtung gesehen zumindest so weit aus dieser herausragt, dass er mit dem Schaltelement 114 in Eingriff stehen kann.
  • Eine Verdrehung der Schaltwelle 116 in Drehrichtung 136 bewirkt, dass der Schaltstift 140 den flachen Rampenabschnitt 134 entlang die Schaltrampe 132 hinaufgleitet, wodurch das Schaltelement 114 entgegen der Rückstellkraft der Schraubendruckfeder 126 in Richtung seiner Öffnungsstellung A – in 1 also nach rechts – verschoben wird. Sobald der Schaltstift 140 den Endbereich der Schaltrampe 132, gewissermaßen also den höchsten Punkt der Schaltrampe 132, erreicht hat, befindet sich das Schaltelement 114 in seiner Öffnungsstellung A und die Kupplungsteile sind vollständig ausgerückt.
  • Um den Schaltstift 114 in dieser Lage zu sichern, ist eine Rastvertiefung 142 im Bereich des Endes des flachen Rampenabschnitts 134 vorgesehen, in welche der Schaltstift 140 einrasten kann, wie es in 1 gezeigt ist. Das Erreichen des Endes des flachen Rampenabschnitts 134 bzw. der Öffnungsstellung A wird durch den Positionssensor 124 detektiert.
  • Ist ein schnelles Schließen der Kupplung gewünscht, wird die Schaltwelle 116 um ein paar Grad in Drehrichtung 136 weiter gedreht, wodurch der Schaltstift 140 über das Ende der Schaltrampe 132 hinaus bewegt wird. Angetrieben durch die gespannte Schraubendruckfeder 126 bewegt sich das Schaltelement 114 hierdurch schlagartig nach links in die Schließstellung B, wodurch die Kupplungsteile innerhalb kürzester Zeit in Eingriff gebracht werden.
  • Sollte sich beim Einrücken der Kupplungsteile zunächst eine "Zahn-Zahn"-Stellung ergeben, übt die Schraubendruckfeder 126 ihre Rückstellkraft so lange auf das Schaltelement 114 aus, bis die Kupplungsteile korrekt eingerückt sind. Die Schraubendruckfeder 126 bildet mit anderen Worten also bis zum vollständigen Schließen der Kupplung einen Energiespeicher.
  • Zum Öffnen und schnellen Schließen der Kupplung braucht die Schaltwelle 116 wie voranstehend beschrieben immer nur in eine Richtung, nämlich in die Drehrichtung 136, gedreht zu werden. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Drehrichtung des Elektromotors und somit der Schaltwelle 116 umzukehren, um den Schaltstift 140 aus der in 1 gezeigten Endlage heraus die Schaltrampe 132 hinabgleiten zu lassen. Hierdurch wird das Schaltelement 114 durch die Schraubendruckfeder 162 langsam aus der Öffnungsstellung A in die Schließstellung B gedrückt und die Kupplung langsam geschlossen.
  • In der Schließstellung B stützt sich das Schaltelement 114 in dem Anfangsbereich der Schaltrampe 132 an dem Schaltstift 140 ab. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein anderes Bauteil zum Abstützen des Schaltelements 140 vorgesehen sein. Zur Minimierung von Schlägen kann für die Abstützung des Schaltelements 114 in der Schließstellung B außerdem ein Dämpfungselement vorgesehen sein.
  • In 2A ist eine zweite Ausführungsform einer Schaltvorrichtung einer erfindungsgemäßen Kupplung dargestellt, welche koaxial um die leistungsführenden Teile herum angeordnet ist, von denen in 2A eine Halbwelle 208, z.B. einer Sekundärachse eines Kraftfahrzeugs, gezeigt ist.
  • Die Schaltvorrichtung umfasst eine die Halbwelle 208 umgebende Schaltmuffe 210, die bezüglich der Halbwelle 208 aus einer Öffnungsstellung in eine Schließstellung verschoben werden kann. Im Bereich ihres einen, in 2A rechten, Endes ist die Schaltmuffe 210 radial nach außen umgebogen. Der radial nach außen umgebogene Endabschnitt 212 der Schaltmuffe 210 greift formschlüssig in eine Ringnut 213 eines ringförmigen Schaltelements 214 ein, welches die Schaltmuffe 210 in axialer Richtung gesehen zumindest teilweise umgibt.
  • Zwischen dem Schaltelement 214 und einem Gehäuseabschnitt 218 ist eine Schraubendruckfeder 226 angeordnet, welche die Halbwelle 208 umgibt und bei in Öffnungsstellung befindlicher Schaltmuffe 210 (rechts in 2A) gespannt ist und eine erste Stirnseite 228 des Schaltelements 214 mit einer Rückstellkraft beaufschlagt. Das Schaltelement 214 ist relativ zu dem Gehäuseabschnitt 218 nicht verdrehbar.
  • An einer der ersten Stirnseite 228 abgewandeten zweiten Stirnseite 230 des Schaltelements 214 sind mehrere Schaltrampen 232 ausgebildet, die sich in Umfangsrichtung erstrecken und jeweils einen in Drehrichtung 236 gesehen flach ansteigenden ersten Rampenabschnitt 234 sowie einen sich daran anschließenden steil abfallenden zweiten Rampenabschnitt 238 aufweisen (2B). Im Bereich des höheren Endes jeder Schaltrampe 232 ist eine Rasterhöhung 244 an dem flach ansteigenden ersten Rampenabschnitt 234 ausgebildet.
  • Um die Schaltmuffe 210 in ihre Öffnungsstellung zu bringen, muss das Schaltelement 214 entgegen der Rückstellkraft der Schraubendruckfeder 226 axial verschoben werden, in 2A also nach rechts.
  • Hierzu ist ein Schneckenrad 246 vorgesehen, welches die Schaltmuffe 210 umgibt. Das Schneckenrad 246 weist an seiner Umfangsfläche eine Verzahnung auf, die mit einer Schnecke 248 in Eingriff steht, welche von einem in 2A nicht dargestellten Elektromotor angetrieben wird. Der Elektromotor, die Schnecke 248 und das Schneckenrad 246 sind in axialer Richtung gesehen feststehend angeordnet. Die Schaltmuffe 210 ist relativ zu dem Schneckenrad 246 bewegbar in diesem gelagert, damit sich die Schaltmuffe 210 in axialer Richtung verschieben lässt.
  • An einer zum Schaltelement 240 weisenden Stirnseite 250 des Schneckenrads 246 sind mehrere Gegenrampen 252 ausgebildet, wobei die Anzahl der Gegenrampen 252 mit der Anzahl der Schaltrampen 232 des Schaltelements 214 übereinstimmt (2B). Die Gegenrampen 252 des Schneckenrades 246 sind im Wesentlichen wie die Schaltrampen 232 des Schaltelements 214 ausgebildet, jedoch entgegengesetzt orientiert. Das heißt ein erster Rampenabschnitt 254 der Gegenrampen 252 steigt entgegen der Drehrichtung 236 flach an, während ein zweiter Rampenabschnitt 256 entgegen der Drehrichtung 236 steil abfällt.
  • Jeder flach ansteigende erste Rampenabschnitt 254 weist im Bereich seines höheren Endes eine Rastvertiefung 258 auf, die so ausgebildet ist, dass sie eine Rasterhöhung 244 des Schaltelements 214 aufnehmen kann.
  • Durch die Schraubendruckfeder 226 wird das Schaltelement 214 gegen das Schneckenrad 246 gedrückt, in 2A nach links. Dabei stehen die Schaltrampen 232 des Schaltelements 214 mit den Gegenrampen 252 des Schneckenrades 246 miteinander in Eingriff, wie es in 2B dargestellt ist.
  • Um das Schaltelement 214 und somit die Schaltmuffe 210 zur Öffnung der Kupplung entgegen der Rückstellkraft der Schraubendruckfeder 226 zu verschieben (in 2A nach rechts), wird das Schneckenrad 246 über die Schnecke 248 durch den Elektromotor in Drehrichtung 236 verdreht, sodass die Gegenrampen 252 des Schneckenrades 246 die Schaltrampen 232 des Schaltelements 214 hinaufgleiten. Wenn sich die höheren Endbereiche der Gegenrampen 252 und der Schaltrampen 232 gegenüberliegen, ist das Schaltelement 214 maximal gegen die Schraubendruckfeder 226 verschoben und die Kupplung geöffnet.
  • Zur Detektion einer entsprechenden Drehstellung des Schneckenrades 246 ist ein Positionssensor vorgesehen, welcher ein entsprechendes Stellungssignal an den Elektromotor liefert, damit der Elektromotor gestoppt werden kann, um die Kupplung im geöffneten Zustand zu halten. Um das Schneckenrad 246 zusätzlich in dieser Stellung zu sichern, greifen die Rasterhöhungen 244 des Schaltelements 214 in die Rastvertiefungen 258 des Schneckenrades 246 ein.
  • Ist ein schnelles Schließen der Kupplung gewünscht, so braucht das Schneckenrad 246 lediglich um wenige Grade in Drehrichtung 236 weiter gedreht zu werden, sodass die Rasterhöhungen 244 aus den Rastvertiefungen 258 freikommen und das Schaltelement 214 durch die Schraubendruckfeder 226 schlagartig auf das Schneckenrad 246 zu bewegt wird, in 2A also nach links, während die steilen Rampenabschnitte 238 der Schaltrampen 232 entlang den steilen Rampenabschnitten 256 der Gegenrampen 252 des Schneckenrades 246 gleiten.
  • Ähnlich wie bei der voranstehend beschriebenen ersten Ausführungsform ist auch bei dieser zweiten Ausführungsform ein langsames Schließen der Kupplung möglich, indem die Drehrichtung des Schneckenrades 246 umgekehrt wird und das Schneckenrad 246 aus einer Stellung, in welcher das Schaltelement 214 maximal gegen die Schraubendruckfeder 226 verschoben ist, entgegen der Drehrichtung 236 verdreht wird, sodass die flachen Rampenabschnitte 254 der Gegenrampen 252 die flachen Rampenabschnitte 238 der Schaltrampen 232 hinabgleiten.
  • Das Schneckenrad 246 bildet bei geschlossener Kupplung, d.h. wenn das Schaltelement 214 und die Schaltmuffe 210 in 2A maximal nach links verschoben sind, einen Anschlag für das Schaltelement 214. Zusätzlich oder alternativ können bzw. kann ein separater Anschlag und/oder ein Dämpfer vorgesehen sein, um beim Schließen der Kupplung ein Aufschlagen des Schaltelements 214 auf das Schneckenrad 246 zu vermeiden bzw. abzudämpfen.
  • In 2C ist eine alternative Ausführungsform eines Rampenringmechanismus für die Schaltvorrichtung von 2A gezeigt, welcher sich von dem in 2B gezeigten Rampenringmechanismus dadurch unterscheidet, dass das Schaltelement 214 keine Rampen, sondern mehrere längliche Schaltvorsprünge 260 aufweist, die sich axial in Richtung des Schneckenrades 246 erstrecken und an ihren freien Enden mit diesem in Kontakt stehen. Die Schaltvorsprünge 260 sind in Umfangsrichtung gleichverteilt angeordnet, wobei der Abstand zwischen zwei benachbarten Schaltvorsprüngen 260 an die Länge der Gegenrampen 252 des Schneckenrades 246 in Umfangsrichtung gesehen angepasst sind.
  • Ferner unterscheiden sich die Gegenrampen 252 des Schneckenrades 246 von 2C von den Gegenrampen 252 des Schneckenrades 246 von 2B dadurch, dass ihr zweiter Rampenabschnitt 256 jeweils stufenförmig ausgebildet ist. Genauer gesagt setzt sich jeder der zweiten Rampenabschnitte 256 jeweils aus drei Bereichen 262, 264, 266 unterschiedlicher Steigung zusammen, nämlich ausgehend von der Rastvertiefung 258 entgegen der Drehrichtung 236 gesehen aus einem steileren ersten Bereich 262, einem flacheren zweiten Bereich 264 und einem steileren dritten Bereich 266.
  • Bei geöffneter Kupplung sitzen die Schaltvorsprünge 260 des Schaltelements 214 in den Rastvertiefungen 258 der Gegenrampen 252 des Schneckenrades 246.
  • Wird das Schneckenrad 246 zum Schließen der Kupplung in Drehrichtung 236 gedreht, so wird das Schaltelement 214 durch die Schraubendruckfeder 226 schlagartig in eine Zwischenstellung bewegt, während sich die Schaltvorsprünge 260 jeweils den steileren ersten Bereich 262 der zugeordneten Gegenrampe 252 hinab bewegen und auf den flacheren zweiten Bereich 264 auftreffen. Bei einer weiteren Verdrehung des Schneckenrades 246 bleibt das Schaltelement solange in seiner Zwischenstellung, bis die Schaltvorsprünge 260 den flacheren zweiten Bereich 264 verlassen und sich den steileren dritten Bereich 266 hinab bewegen, wodurch die Kupplung schlagartig vollständig geschlossen wird.
  • Die in 2C gezeigte Variante des Rampenringmechanismus eignet sich insbesondere zum Schalten einer Klauenkupplung mit integrierter Synchronisiervorrichtung, wie sie in Verbindung mit 13 und 14 nachfolgend genauer erläutert wird.
  • Bei Verwendung mit einer derartigen Kupplung ist eine mit dem Schaltelement 214 verbundene Schaltgabel 268 zur Verschiebung eines Kopplungsrings 70 der Kupplung vorgesehen, und die Zwischenstellung des Schaltelements 214 entspricht einer Synchronisierstellung des Kopplungsrings 70 (14B), in welcher eine Synchronisierung der Drehzahl eines ersten Kupplungsteils 62 mit der Drehzahl eines zweiten Kupplungsteils 64 erfolgt.
  • Dabei ist die Länge der flacheren zweiten Bereiche 264 der Gegenrampen 252 des Schneckenrades 246 vorteilhafterweise gerade so gewählt, dass die Schaltvorsprünge 260 bei einer konstanten Drehgeschwindigkeit des Schneckenrades 246 für eine Zeitdauer in der Zwischenstellung gehalten werden, die ausreicht, um eine Drehzahlähnlichkeit bzw. Synchronisation zwischen den Kupplungsteilen 62, 64 soweit herzustellen, dass die Kupplung geschlossen werden kann, ohne dass es z.B. von einem Fahrzeuginsassen wahrgenommen wird.
  • In 2D ist eine weitere alternative Ausführungsform eines Rampenringmechanismus für die Schaltvorrichtung von 2A gezeigt, welcher sich von dem in 2C gezeigten Rampenringmechanismus lediglich dadurch unterscheidet, dass der erste Rampenanschnitt 254 nicht linear ansteigend ausgebildet ist, sondern einen nicht-linearen Steigungsverlauf aufweist. Genauer gesagt, ist der erste Rampenanschnitt 254 in seinem Anfangsbereich (links in 2D) steiler ausgelegt als in seinem Endbereich (rechts in 2D). Die Steigung nimmt also in Richtung des höchstens Punkts der Gegenrampe 252 ab.
  • In 3 und 4 ist eine dritte Ausführungsform einer Schaltvorrichtung einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung dargestellt. Die Schaltvorrichtung umfasst ein über eine Schaltgabel 312 mit einer nicht gezeigten Schaltmuffe gekoppeltes Schaltelement 314, das in einem Gehäuse 318 untergebracht und auf einem Wellenabschnitt 313 verschiebbar gelagert ist, welcher von einem ersten Wandabschnitt 319 des Gehäuses 318 gehalten ist und in das Innere des Gehäuses 318 hineinragt.
  • Eine Schraubendruckfeder 326 ist zwischen dem Schaltelement 314 und einem dem ersten Wandabschnitt 319 gegenüberliegenden zweiten Wandabschnitt 327 derart angeordnet, dass das Schaltelement 314 und damit die Schaltgabel 312 sowie die damit verbundene Schaltmuffe in 3 nach rechts gegen den ersten Wandabschnitt 319 in eine Schließstellung B gedrängt wird, in welcher die Kupplung geschlossen ist.
  • Um die Schaltgabel 312 zum Öffnen der Kupplung entgegen der Rückstellkraft der Schraubendruckfeder 326 in seine Öffnungsstellung A zu bewegen, d.h. in 3 also nach links, ist ein Rückholmechanismus vorgesehen, welcher einen Elektromotor 360, eine durch den Elektromotor 360 angetriebene und sich koaxial zu dem Wellenabschnitt 313 in das Innere des Gehäuses 318 erstreckende Spindel 362 und eine auf der Spindel 362 sitzende Spindelmutter 364 umfasst.
  • Ein Führungsstab 366 ist in das Schaltelement 314 fest eingelassen und erstreckt sich von diesem parallel versetzt zu der Mittelachse des Wellenabschnitts 313 und der Spindel 362 in Richtung der Spindelmutter 364. In der Spindelmutter 364 ist eine Führungsöffnung 368 ausgebildet, durch die sich der Führungsstab 366 hindurch erstreckt. Bei der Führungsöffnung 368 handelt es sich um ein sich in Umfangsrichtung erstreckendes Langloch, welches eine Verdrehung der Spindelmutter 364 um ihre Mittelachse um einige Grad relativ zu dem Führungsstab 366 ermöglicht. Durch das Anstoßen des Führungsstabes 366 an den Enden der Führungsöffnung 368 wird die Verdrehung der Spindelmutter 364 begrenzt, sodass der Führungsstab 366 und die Führungsöffnung 368 eine Verdrehlimitierung für die Spindelmutter 364 bilden.
  • Um das Schaltelement 314 aus seiner in 3 gezeigten Schließstellung B zurück in die Öffnungsstellung A zu holen, wird die Spindel 362 durch den Elektromotor 360 in einer ersten Drehrichtung derart angetrieben, dass die Spindelmutter 364 sich unter Wirkung der Verdrehlimitierung auf das Schaltelement 314 zu bewegt, in 3 also nach rechts.
  • Sobald die Spindelmutter 364 an das Schaltelement 314 anstößt oder durch einen geeigneten Anschlag an einer weiteren Bewegung auf das Schaltelement 314 zu gehindert wird, wird am Elektromotor 360 eine erhöhte Stromaufnahme detektiert, was ein Indiz dafür ist, dass sich die Spindelmutter 364 in einer ersten Endlage befindet.
  • In der ersten Endlage ragt ein zu dem Schaltelement 364 weisender Mitnahmefinger 370 der Spindelmutter 364 in eine an dem Schaltelement 314 entsprechend ausgebildete Mitnahmeöffnung 372 hinein (4D).
  • Bei Detektion der ersten Endlage wird die Drehrichtung des Elektromotors 360 in eine zweite Drehrichtung umgekehrt, wodurch die Spindelmutter 364 bedingt durch eine gewisse Reibung im Spindelgewinde um einige Grade so weit um seine Mittelachse verdreht wird, wie es die Verdrehlimitierung zulässt. Die Verdrehung der Spindelmutter 364 bewirkt, dass der Mitnahmefinger 370 der Spindelmutter 364 einen Mitnahmevorsprung 374 des Schaltelements 314 hintergreift (4E und 4F).
  • Da eine weitere Verdrehung der Spindelmutter 364 durch die Verdrehlimitierung verhindert wird, führt der weitere Antrieb der Spindel 362 in der zweiten Drehrichtung dazu, dass sich die Spindelmutter 364 nun in axialer Richtung auf den zweiten Wandabschnitt 327 des Gehäuses 318 zu bewegt, in 3 also nach links, wobei die Spindelmutter 364 über den Mitnahmefinger 370 und den Mitnahmevorsprung 374 das Schaltelement 314 entgegen der Rückstellkraft der Schraubendruckfeder 326 mitzieht und somit die Schaltgabel 312 in ihre Öffnungsstellung A bringt, d.h. also die Kupplung öffnet.
  • In der Öffnungsstellung A der Schaltgabel 312 stößt die Spindelmutter 364 an einen geeigneten Anschlag an, welcher eine zweite Endlage der Spindelmutter 364 definiert, welche wiederum durch eine erhöhte Stromaufnahme des Elektromotors 360 detektierbar ist (4A).
  • Soll die Kupplung wieder geschlossen werden, so brauchen lediglich der Mitnahmefinger 370 der Spindelmutter 364 und der Mitnahmevorsprung 374 des Schaltelements 314 außer Eingriff gebracht zu werden, damit das Schaltelement 314 durch die Rückstellkraft der Schraubendruckfeder 326 in die Schließstellung B gedrückt werden kann.
  • Das Außereingriffbringen von Mitnahmefinger 370 und Mitnahmevorsprung 374 erfolgt durch eine erneute Umkehrung der Drehrichtung des Elektromotors 360 in die erste Drehrichtung. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass der Mitnahmefinger 370 und der Mitnahmevorsprung 374 durch die Rückstellkraft der komprimierten Schraubendruckfeder 326 aneinandergedrückt werden.
  • Blieben der Mitnahmefinger 370 und der Mitnahmevorsprung 374 aufgrund von Reibungskräften in Eingriff, würde sich die Spindelmutter 364 entsprechend der Drehgeschwindigkeit der Spindel 362 zusammen mit dem Schaltelement 314 in die Schließstellung B bewegen, was ein langsames Schließen der Kupplung zur Folge hätte.
  • Um dies zu verhindern ist ein Auslösemechanismus vorgesehen, welcher dafür sorgt, dass der Mitnahmefinger 370 und der Mitnahmevorsprung 374 außer Eingriff gelangen, bevor sich die Spindelmutter 364 in Richtung ihrer ersten Endlage, in 3 und 4 also nach rechts, bewegen kann.
  • Der Auslösemechanismus umfasst einen von einer Umfangsfläche 376 der Spindelmutter 364 radial abstehenden Auslösestift 378 sowie einen an dem zweiten Wandabschnitt 327 des Gehäuses 380 angebrachten Auslösearm 380. Im Bereich eines zur Spindelmutter 364 weisenden Endes des Auslösearms 380 ist eine Vertiefung 382 ausgebildet, in welche der Auslösestift 378 eingreift, wenn sich die Spindelmutter 362 in ihrer zweiten Endlage befindet.
  • Die Vertiefung 382 ist so ausgebildet, dass sie bei einem Antrieb der Spindel 362 in der ersten Drehrichtung eine Verdrehung der Spindelmutter 364 zulässt (4A und 4B), gleichzeitig aber eine wesentliche axiale Bewegung der Spindelmutter 364 nach rechts so lange verhindert, bis sich der Mitnahmefinger 370 von dem Mitnahmevorsprung 374 gelöst hat. Dabei geraten der Mitnahmefinger 370 und der Mitnahmevorsprung 374 einerseits und der Auslösestift 378 und der Auslösearm 380 andererseits im Wesentlichen gleichzeitig außer Eingriff.
  • Wie bereits erwähnt wurde, wird eine weitere Verdrehung der Spindelmutter 364 durch die Verdrehlimitierung verhindert (4C), sodass sich die Spindelmutter 364 bei einem weiteren Antrieb der Spindel 362 in der ersten Drehrichtung nun wieder nach rechts bewegt (4D), um das Schaltelement 314 zum Öffnen der Kupplung aus seiner Schließstellung B wieder in seine Öffnungsstellung A zurückzuholen.
  • Der Auslösemechanismus ist so ausgebildet, dass er beim Öffnen der Kupplung, d.h. wenn die Spindelmutter 364 aus ihrer ersten Endlage in ihre zweite Endlage bewegt wird, einfach überfahren wird. Der Auslösestift 378 und/oder der Auslösearm 380 können bzw. kann hierfür entsprechend angeschrägt sein.
  • Bei der in 3 und 4 gezeigten Ausführungsform ist ein schnelles Schließen der Kupplung nur dann möglich, wenn sich die Spindelmutter 364 in ihrer zweiten Endlage befindet. Grundsätzlich sind aber auch solche Ausführungsformen denkbar, bei denen ein schnelles Schließen der Kupplung aus unterschiedlichen Lagen der Spindelmutter 364 heraus und insbesondere über den gesamten Verfahrweg bzw. Hub der Spindelmutter 364 möglich ist. Dies erfordert letztlich nur eine geeignete Ausbildung eines richtungsabhängig schaltenden Auslösemechanismus, beispielsweise in Form eines Freilaufs, einer Arretierung oder eines Klinkenmechanismus.
  • Wie den voranstehenden Ausführungen zu entnehmen ist, erfolgt die Auslösung der Schließbewegung der Kupplung gemäß dritter Ausführungsform im Unterschied zu der ersten und zweiten Ausführungsform durch eine Umkehrung der Drehrichtung des Elektromotors. Des weiteren werden bei der dritten Ausführungsform keine Positionssensoren benötigt, um die Endlagen der Spindelmutter 364 zu bestimmen. Stattdessen erfolgt die Detektion der Endlagen der Spindelmutter 364 hier ausschließlich über die Stromaufnahme des Elektromotors 360.
  • Die voranstehend beschriebenen Ausführungen einer Kupplung eignen sich besonders gut für eine schnelle Zuschaltung einer sekundären Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs, wie nachfolgend näher erläutert wird.
  • In 5 ist der Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs dargestellt, in dessen vorderem Bereich eine Antriebseinheit 12 angeordnet ist, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein quer zur Längsachse des Kraftfahrzeugs liegender Verbrennungsmotor. Die Antriebseinheit 12 ist über ein Wechselgetriebe 14 dauerhaft mit einer ein Vorderachsdifferenzial 22 umfassenden Vorderachse 16 des Kraftfahrzeugs verbunden, sodass auf der Vorderachse 16 sitzende Vorderräder 18 während der Fahrt durch die Antriebseinheit 12 permanent angetrieben werden. Die Vorderachse 16 wird deshalb auch als Primärachse 20 bezeichnet.
  • In einem hinteren Fahrzeugbereich weist das Kraftfahrzeug eine Hinterachse 24 mit einem Hinterachsdifferenzial 26 und Hinterrädern 28 auf. Die Hinterachse 24 bildet eine sekundäre Antriebsachse, auch Sekundärachse 30 genannt, da sie bei Bedarf durch die Antriebseinheit 12 angetrieben werden kann.
  • Zu diesem Zweck ist an der Primärachse 20 eine steuerbare Drehmomentabzweigungseinrichtung 32 angeordnet, durch die ein einstellbarer Anteil des von der Antriebseinheit 12 bereitgestellten Antriebsmoments an die Sekundärachse 30 abgezweigt werden kann. Die Drehmomentabzweigungseinrichtung 32 umfasst eine Lamellenkupplung 33, die durch eine Steuereinheit 34 gesteuert wird.
  • Der Ausgang der Lamellenkupplung 33 ist mit dem einen Ende eines Drehmomentübertragungsabschnitts 36, z.B. einer Kardanwelle, verbunden. An seinem anderen Ende ist der Drehmomentübertragungsabschnitt 36 mit einem Kegelrad 38 verbunden, welches mit einem Tellerrad 40 in Eingriff steht, das mit einem Differenzialkorb 42 des Hinterachsdifferenzials 26 verbunden ist (6).
  • Um zu verhindern, dass der Drehmomentübertragungsabschnitt 36 und der Differenzialkorb 42 des Hinterachsdifferenzials 26 während der Fahrt und bei geöffneter Lamellenkupplung 33, d.h. bei reinem Vorderradantrieb, unnötigerweise mitdrehen und Energie verbrauchen, ist eine Einrichtung zur Stilllegung des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 und des Differenzialkorbs 42 vorgesehen.
  • Bei dem in 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stilllegungseinrichtung durch eine an einer Halbachse 44 der Hinterachse 24 in der Nähe des Hinterachsdifferenzials 26 angeordnete Klauenkupplung 46 gebildet. Bei der Klauenkupplung 46 handelt es sich um eine Kupplung von der Art, wie sie voranstehend in Verbindung mit 1 bis 4 beschrieben wurde.
  • Die Klauenkupplung 46 ist ebenfalls durch die Steuereinheit 34 steuerbar. Alternativ kann die Klauenkupplung 46 auch durch eine eigene, von der die Lamellenkupplung 33 steuernden Steuereinheit 34 getrennte Steuereinheit gesteuert werden, welche mit der Steuereinheit 34 z.B. über einen CAN-Bus verbunden ist.
  • In 7 ist eine alternative Ausführungsform einer Stilllegungseinrichtung dargestellt, welche zwei durch die Steuereinheit 34 steuerbare Klauenkupplungen 46 umfasst, die in den Naben der Hinterräder 28 angeordnet sind.
  • In 8 ist eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs dargestellt. Der Antriebsstrang umfasst eine in einem vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs angeordnete Antriebseinheit 12, z.B. einen Verbrennungsmotor. Im Unterschied zu den voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Antriebseinheit 12 der dritten Ausführungsform jedoch nicht quer zur Längsachse des Kraftfahrzeugs ausgerichtet, sondern parallel zu dieser.
  • Die Antriebseinheit 12 ist über ein Wechselgetriebe 14 mit der Eingangswelle 48 eines Verteilergetriebes 50 verbunden. Eine mit der Eingangswelle 48 starr verbundene Primärausgangswelle 52 des Verteilergetriebes 50 ist über ein Hinterachsdifferenzial 26 dauerhaft mit der Hinterachse 24 des Kraftfahrzeugs verbunden. Anders als bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen werden bei der dritten Ausführungsform also die auf der Hinterachse 24 sitzenden Hinterräder 28 permanent angetrieben, weshalb in diesem Fall die Hinterachse 24 als Primärachse 20 bezeichnet wird.
  • Das Verteilergetriebe 50 umfasst in an sich bekannter Weise eine Lamellenkupplung 54, deren Eingang mit der Eingangswelle 48 des Verteilergetriebes 50 drehfest verbunden ist und deren Ausgang über einen Kettentrieb 56 oder über in Eingriff stehende Zahnräder mit dem einen Ende eines zu dem Vorderachsdifferenzial 22 der Vorderachse 16 führenden Drehmomentübertragungsabschnitts 36 verbunden ist. An dem anderen Ende des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 ist – ähnlich wie in 6 gezeigt – ein Kegelrad vorgesehen, welches mit einem Tellerrad in Eingriff steht, das mit dem Differenzialkorb des Vorderachsdifferenzials 22 fest verbunden ist.
  • Die Lamellenkupplung 54 des Verteilergetriebes 50 ist mit einer Steuereinheit 34 verbunden. Durch eine entsprechende Steuerung der Lamellenkupplung 54 kann bei Bedarf ein Anteil des durch die Antriebseinheit 12 bereitgestellten Antriebsmoments über den Drehmomentübertragungsabschnitt 36 und die Vorderachse 16 an die Vorderräder 18 übertragen werden. In diesem Fall stellt also die Vorderachse 16 die Sekundärachse 30 dar.
  • Um zu verhindern, dass sich bei geöffneter Lamellenkupplung 54, d.h. bei reinem Hinterradantrieb, der Drehmomentübertragungsabschnitt 36 und der Kettentrieb 56 bzw. der Zahnradtrieb des Verteilergetriebes 50 während der Fahrt durch die Vorderräder 18 angetrieben werden und sich unnötig mitbewegen, ist auch bei der in 8 dargestellten dritten Ausführungsform eine Einrichtung zur Stilllegung des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 vorgesehen.
  • Die in 8 dargestellte Stilllegungseinrichtung ist ähnlich wie die in 5 gezeigte Stilllegungseinrichtung ausgebildet und umfasst eine durch die Steuereinheit 34 oder durch eine von der Steuereinheit 34 getrennte und mit dieser z.B. über einen CAN-Bus verbundene Steuereinheit steuerbare Klauenkupplung 46, die in einer Halbachse 44 der Vorderachse 16 im Bereich des Vorderachsdifferenzials 22 angeordnet ist.
  • Auch bei der in 8 dargestellten dritten Ausführungsform ist eine alternative Stilllegungseinrichtung vorstellbar, die ähnlich der in 7 dargestellten Ausführungsform durch in den Naben der Vorderräder 18 untergebrachte und durch die Steuereinheit 34 oder eine eigene Steuereinheit steuerbare Klauenkupplungen gebildet sein kann.
  • Der Betrieb der drei voranstehend beschriebenen Antriebsstränge erfolgt in einem Modus, in welchem zusätzlich zu einem permanenten Antrieb der Primärachse 20 bei Bedarf, d.h. beispielsweise unter vorbestimmten Fahrbedingungen, wie z.B. Radschlupf an den Rädern der Primärachse 20, durch die Steuereinheit 34 gesteuert automatisch Antriebsmoment der Antriebseinheit 12 an die Sekundärachse 30 geleitet und auf die Räder der Sekundärachse 30 übertragen wird. Dabei kann der an die Sekundärachse 30 übertragene Antriebsmomentanteil über eine entsprechende Einrückung der in der Drehmomentabzweigungseinrichtung 32 umfassten Lamellenkupplung 33 oder der Lamellenkupplung 54 des Verteilergetriebes 50 variabel eingestellt und somit an die Fahrbedingungen angepasst werden. Aufgrund der bedarfsweisen automatischen Zuschaltung der Sekundärachse 30 wird dieser Antriebsmodus hier als automatischer Vierradantriebsmodus bezeichnet.
  • Zusätzlich zu dem automatischen Vierradantriebsmodus kann das Fahrzeug außerdem über einen permanenten Zweiradantriebsmodus, in welchem ausschließlich die Primärachse 20 angetrieben wird, und/oder über einen permanenten Vierradantriebsmodus verfügen, in welchem sowohl die Primärachse 20 als auch die Sekundärachse 30 permanent angetrieben werden, wobei im permanenten Vierradantriebsmodus entweder eine fest vorgegebene oder eine an die Fahrbedingungen angepasste variabel einstellbare Verteilung des Antriebsmoments auf die Primärachse 20 und die Sekundärachse 30 vorstellbar ist.
  • Eine Voraussetzung dafür, dass im automatischen Vierradantriebsmodus bei Bedarf Antriebsdrehmoment möglichst umgehend an die Sekundärachse 30 übertragen werden kann, besteht darin, dass die oder jede Klauenkupplung 46 möglichst schnell geschlossen wird. Insbesondere aus dem stillgelegten Zustand des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 heraus erfordert dies eine Synchronisierung der Bewegung des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 mit der Bewegung der Sekundärachse 30. Die Dauer der Synchronisierung hängt dabei von der Differenz der Drehzahlen der Sekundärachse 30 und des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 ab, d.h. bei vollständig stillgelegtem Drehmomentübertragungsabschnitt 36 letztlich von der Fahrzeuggeschwindigkeit.
  • Um eine möglichst schnelle Zuschaltung der Sekundärachse 30 zu erreichen, ist erfindungsgemäß eine Überwachung der Räder der Primärachse 20 auf Radschlupf vorgesehen. Zu diesem Zweck ist die Steuereinheit 34 mit entsprechenden Radschlupfdetektoren verbunden. Bei den Radschlupfdetektoren kann es sich zum Beispiel um nicht gezeigte Drehzahlsensoren handeln, welche die Drehzahlen der Räder der Primärachse 20 und der Sekundärachse 30 überwachen.
  • Sobald die gemittelte Drehzahl der Räder der Primärachse 20 (Linie A in 9) die gemittelte Drehzahl der Räder der Sekundärachse 30 (Linie B in 9) um einen vorbestimmten (optional vom Lenkwinkel abhängigen) Betrag übersteigt, nimmt die Steuereinheit 34 an, dass an der Primärachse 20 Radschlupf vorliegt und ein Bedarf an Vierradantrieb besteht.
  • Die Steuereinheit 34 veranlasst zu einem Zeitpunkt t = 0 also die Zuschaltung der Sekundärachse 30, indem sie zunächst die Synchronisierung des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 mit der Sekundärachse 30 befiehlt.
  • Die Synchronisierung erfolgt mit Hilfe der Lamellenkupplung 54 des Verteilergetriebes 50 bzw. mit Hilfe der Lamellenkupplung 33 der Drehmomentabzweigungseinrichtung 32, welche zu diesem Zweck kontrolliert eingerückt wird. Die Lamellenkupplung 54 benötigt etwa 70 Millisekunden bis 80 Millisekunden, um das Lüftspiel zu durchlaufen, bevor sie den Drehmomentübertragungsabschnitt 36 tatsächlich zu beschleunigen beginnt (Kurve C in 9).
  • Die Beschleunigung des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 kann gemäß einem fest vorgegebenen Drehzahlgradienten oder gemäß einem an die Fahrbedingungen angepassten und z.B. einer Nachschlagetabelle entsprechenden entnehmbaren Drehzahlgradienten erfolgen.
  • Wie 5, 7 und 8 zeigen ist die Steuereinheit 34 mit einem Drehzahlsensor 58 zur Überwachung der Drehzahl des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 verbunden. Der Drehzahlsensor 58 ermöglicht es der Steuereinheit 34, die tatsächliche Beschleunigung des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 zu ermitteln und mit einer gewünschten Beschleunigung bzw. mit einem Soll-Drehzahlgradienten zu vergleichen. Alternativ kann das Signal des Drehzahlsensors 58 als Ist-Wert für eine Drehzahlregelung herangezogen werden, d.h. die Lamellenkupplung 54 wird mittels eines Drehzahlreglers derart betätigt, dass der genannte Ist-Wert der Drehzahl einem Soll-Wert angenähert wird.
  • Die Steuereinheit 34 kann über eine Lernroutine verfügen, die es ermöglicht, ein ursprünglich voreingestelltes Synchronisationsdrehmoment anzupassen und dadurch Toleranzen und Temperatureffekte sowie Veränderungen über die Lebensdauer auszugleichen, welche die Genauigkeit der Lamellenkupplung beeinträchtigen können.
  • Des Weiteren kann die Lernroutine dazu verwendet werden, das System bei ausgerückter Klauenkupplung 46 zu kalibrieren und/oder zu überprüfen. Insbesondere kann der niedrige Drehmomentbereich und die Genauigkeit der Lamellenkupplung in dem niedrigen Drehmomentbereich verifiziert und/oder überprüft werden und/oder sonstige Diagnostik betrieben werden. Beispielsweise kann die Nachschlagetabelle, in welcher das übertragene Drehmoment gegenüber dem Einrückzustand der Lamellenkupplung hinterlegt ist, entsprechend angepasst werden, wenn die Beschleunigung des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 schneller oder langsamer als erwartet ausfällt.
  • Nach etwa 230 Millisekunden ist die Bewegung des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 mit der Bewegung der Sekundärachse 30 synchronisiert, d.h. die Drehzahl des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 entspricht in etwa der Drehzahl der Sekundärachse 30, sodass die oder jede Klauenkupplung 46 eingerückt werden kann. Zur Ermittlung der Drehzahl der Sekundärachse 30 ist ein mit der Steuereinheit 34 verbundener Drehzahlsensor (nicht gezeigt) vorgesehen.
  • Üblicherweise erfordert das Schließen der Klauenkupplung(en) 46 keine exakte Übereinstimmung der Drehzahlen des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 und der Sekundärachse 30, sondern die Einrückung kann innerhalb eines Drehzahldifferenzbereichs erfolgen, der einem Zeitraum entspricht, welcher in 9 durch die Kreuze "X" markiert ist.
  • Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Einrückung der Klauenkupplung 46 mit einer gewissen Verzögerung erfolgt, kann das Schließen der Klauenkupplung 46 bereits zu einem Zeitpunkt befohlen werden, der vor dem Zeitpunkt liegt, zu dem die Drehzahl des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 die Drehzahl der Sekundärachse 30 erreicht. Der genaue Zeitpunkt zur Aktivierung der Klauenkupplung 46 lässt sich aus der Beschleunigung des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 leicht ermitteln, d.h. aus dem vorgegebenen Soll-Drehzahlgradienten oder aus dem tatsächlichen Drehzahlgradienten, wie er durch die Überwachung der Drehzahl des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 mit Hilfe des Drehzahlsensors 58 ermittelt wird.
  • Zusätzlich kann eine Sperrsynchronisiervorrichtung vorgesehen sein, die ein Schließen der Klauenkupplung 46 verhindert, solange der Unterschied zwischen der Drehzahl der Sekundärachse 30 und der Drehzahl des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 zu hoch ist. Sobald die Drehzahldifferenz einen zulässigen Bereich erreicht, ermöglicht die Sperrsynchronisiervorrichtung eine automatische Einrückung der Klauenkupplung 46.
  • Um das Schließen der Klauenkupplung 46 und insbesondere die Betätigung einer dieser zugeordneten Schaltmuffe zu erleichtern, wird das durch die Lamellenkupplung 54 bereitgestellte Drehmoment (Kurve D in 9) während des Einrückens der Klauenkupplung 46 kurzzeitig reduziert und nach dem Schließen der Klauenkupplung 46 auf den Wert angehoben, der letztlich an die Sekundärachse 30 übertragen werden soll.
  • Durch die Verwendung der Lamellenkupplung 54 zur Synchronisierung des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 ist es möglich, den Drehmomentübertragungsabschnitt 36 innerhalb kürzester Zeit mit der Sekundärachse 30 zu synchronisieren.
  • Im Ergebnis ermöglichen die voranstehend beschriebenen Maßnahmen eine Zuschaltung der Sekundärachse 30 aus einem stillgelegten Zustand des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 heraus innerhalb kürzester Zeit, beispielsweise innerhalb von 200 Millisekunden bis 300 Millisekunden.
  • Dadurch, dass das Drehmoment zur Beschleunigung des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 von der Antriebseinheit 12 und somit von der Primärachse 20 abgezweigt wird, trägt die Synchronisierung des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 außerdem zusätzlich zu einer Traktionskontrolle dazu bei, den Radschlupf an der Primärachse 20 zu reduzieren, wodurch der Radschlupf an der Primärachse 20 auf einem geringen Wert gehalten werden kann.
  • Nach erfolgter Zuschaltung der Sekundärachse 30 wird der Antriebsstrang durch die Steuereinheit 34 im Vierradantriebsmodus betrieben, wobei in regelmäßigen Zeitabständen überprüft wird, ob der Vierradantriebsmodus noch erforderlich ist. Ist dies nicht mehr der Fall, wird in den Zweiradantriebsmodus zurückgeschaltet, indem die Klauenkupplung 46 und die Lamellenkupplung 33 bzw. 54 wieder geöffnet werden.
  • In 10 bis 13 sind weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs dargestellt, bei welchen sich der Drehmomentübertragungsabschnitt 36 jeweils in der voranstehend beschriebenen Art und Weise stilllegen bzw. zuschalten lässt.
  • 10 zeigt eine vierte Ausführungsform, die sich von der in 5 dargestellten Ausführungsform darin unterscheidet, dass die Klauenkupplung 46 an der Primärachse 20 angeordnet ist, und zwar zwischen dem Vorderachsdifferential 22 und der Drehmomentabzweigungseinrichtung 32, während sich die Lamellenkupplung 33 an der Sekundärachse 30, d.h. also der Hinterachse 24, befindet. Genauer gesagt ist die Lamellenkupplung zwischen das mit dem Kegelrad 38 des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 in Eingriff stehende Tellerrad 40 und den Differentialkorb 42 des Hinterachsdifferentials 26 geschaltet. Bei dieser Ausführungsform erfordert das Einrücken der Klauenkupplung 46 eine Synchronisation der Bewegung des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 mit der Bewegung der Primärachse 20, welche beispielsweise durch ein zumindest teilweises Schließen der Lamellenkupplung 33 an der Sekundärachse 30 erreicht werden kann.
  • 11 zeigt eine fünfte Ausführungsform, die sich von der in 10 dargestellten vierten Ausführungsform lediglich darin unterscheidet, dass die an der Hinterachse 24 bzw. Sekundärachse 30 angeordnete Lamellenkupplung 33 zwischen ein Achswellenrad 60 des Hinterachsdifferentials 26 und eine Halbachse 44 der Hinterachse 24 geschaltet ist.
  • 12 zeigt eine sechste Ausführungsform, die sich von der in 10 gezeigten vierten Ausführungsform darin unterscheidet, dass kein Hinterachsdifferential 26 vorgesehen ist, sondern zusätzlich zu der zwischen das Tellerrad 40 und die eine Halbachse 44 der Hinterachse 24 geschalteten Lamellenkupplung 33 eine weitere Lamellenkupplung 33' zwischen das Tellerrad 40 und die andere Halbachse 44' geschaltet ist. Das Hinterachsdifferential 26 wird bei dieser Ausführungsform also durch die Kombination der beiden Lamellenkupplungen 33, 33' ersetzt, wobei jede der Lamellenkupplungen 33, 33' durch die Steuereinheit 34 separat ansteuerbar ist.
  • Des Weiteren ist in 13 eine siebte Ausführungsform dargestellt, die sich von der in 11 dargestellten fünften Ausführungsform lediglich darin unterscheidet, dass die Klauenkupplung 46 mit einer integrierten Synchronisiereinrichtung versehen ist. In diesem Fall kann die Synchronisation der Bewegung des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 mit der Bewegung der Primärachse 20 alternativ oder zusätzlich zu der Lamellenkupplung 33 also auch durch die Synchronisiereinrichtung der Klauenkupplung 46 erfolgen.
  • Eine detailliertere Ansicht der in die Drehmomentabzweigungseinrichtung 32 des Antriebsstrangs gemäß siebter Ausführungsform integrierten Klauenkupplung 46 ist in 14 gezeigt. Die Klauenkupplung 46 umfasst einen ersten Kupplungsteil 62, welcher mit dem Differenzialkorb des Vorderachsdifferenzials 22 drehfest verbunden und bezüglich einer gezeigten Halbachse der Vorderachse 16 verdrehbar gelagert ist. Ein ebenfalls bezüglich der gezeigten Halbachse der Vorderachse 16 verdrehbar gelagerter zweiter Kupplungsteil 64 der Klauenkupplung 46 ist mit einem Tellerrad 66 drehfest verbunden, das mit einem Kegelrad 68 des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 in Eingriff steht.
  • Das Einrücken der Klauenkupplung 46 erfolgt mittels eines auf dem zweiten Kupplungsteil 64 drehfest und axial verschiebbar gelagerten Kopplungsrings 70. Der Kopplungsring 70 ist zwischen einer ersten Position, in welcher der Kopplungsring 70 nur mit dem zweiten Kupplungsteil 64 in Eingriff steht (14A), und einer zweiten Position axial bewegbar, in welcher der Kopplungsring 70 sowohl mit dem zweiten Kupplungsteil 64 als auch mit dem ersten Kupplungsteil 62 in Eingriff steht (14C), um Drehmoment von dem ersten Kupplungsteil 62 an das zweite Kupplungsteil 64 zu übertragen.
  • Zur axialen Verschiebung des Kopplungsrings 70 ist eine Schaltgabel 72 vorgesehen, die durch einen Motor bewegbar ist, welcher durch die Steuereinheit 34 gesteuert wird.
  • Bei stillgelegtem Drehmomentübertragungsabschnitt 36 stehen auch das zweite Kupplungsteil 64 und somit der Kopplungsring 70 still.
  • Damit der Kopplungsring 70 mit dem ersten Kupplungsteil 62 in Eingriff gebracht werden kann, ist eine gewisse Drehzahlähnlichkeit zwischen dem Kopplungsring 70 bzw. zweiten Kupplungsteil 64 und dem ersten Kupplungsteil 62 erforderlich. Zur Synchronisierung der Drehzahl des Kopplungsrings 70 mit der Drehzahl des ersten Kupplungsteils 62 ist eine Synchronisiervorrichtung in die Kupplung 46 integriert, die aktiv wird, sobald der Kopplungsring 70 in Richtung des ersten Kupplungsteils 62 bewegt wird.
  • Die Synchronisiervorrichtung umfasst mehrere Synchronisierbügel 74, welche um die Achse 16 bzw. 20 herum angeordnet sind und jeweils einen Abschnitt des ersten Kupplungsteils 62 und des Kopplungsrings 70 überragen. Die Synchronisierbügel 74 sind mit dem Kopplungsring 70 drehfest verbunden und rotieren folglich mit der gleichen Drehzahl wie der zweite Kupplungsteil 64.
  • Im Bereich seines dem ersten Kupplungsteil 62 zugewandten Endes ist jeder Synchronisierbügel 74 an seiner Innenseite mit einer Reibfläche 76 versehen. Entsprechend ist an der Außenseite des von den Synchronisierbügeln 74 überragten Abschnitts des ersten Kupplungsteils 62 eine Reibfläche 78 ausgebildet.
  • Der Kopplungsring 70 besitzt an seiner Außenseite eine Führung 80, in der ein Federring 82 gelagert und gegen eine Verschiebung in axialer Richtung gesichert ist. Der Federring 82 drückt von innen gegen die Synchronisierbügel 74, d.h. er übt in radialer Richtung nach außen eine Kraft gegen die Synchronisierbügel 74 aus.
  • Der den Kopplungsring 70 überragende Abschnitt 84 jedes Synchronisierbügels 74 ist rampenartig derart ausgebildet, dass der Federring 82 entgegen seiner Rückstellkraft radial nach innen zusammengedrückt wird, wenn sich der Kopplungsring 70 zum Einrücken der Kupplung 46 auf den ersten Kupplungsteil 62 zu bewegt.
  • Die durch den Federring 82 auf die Synchronisierbügel 74 ausgeübte Kraft bewirkt, dass die Reibflächen 76 der Synchronisierbügel 74 an die Reibflächen 78 des ersten Kupplungsteils angedrückt werden. Dabei wird die Kraft, mit der die Reibflächen 76, 78 aneinander gedrückt werden, umso stärker, je weiter der Federring 82 komprimiert wird.
  • Im ausgerückten Zustand der Kupplung 46 (14A) ist die durch den Federring 82 auf die Synchronisierbügel 74 ausgeübte Kraft so klein, dass die Reibflächen gerade nicht in Kontakt stehen, während die Reibflächen 76, 78, kurz bevor der Kopplungsring 70 mit dem ersten Kupplungsteil 62 in Eingriff gerät (14B), mit einer Kraft aneinander gedrückt werden, die ausreicht, um den zweiten Kupplungsteil 64 mit einer gewünschten Beschleunigung auf die Drehzahl des ersten Kupplungsteils 62 zu beschleunigen.
  • Wie 14 zu entnehmen ist, ist die Synchronisiervorrichtung der Kupplung 46 ohne Sperreinrichtung ausgebildet. Dies ermöglicht es, die Kupplung 46 auch dann einzurücken, wenn noch keine Drehzahlidentität zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil 62, 64 hergestellt ist, d.h. selbst wenn noch eine gewisse Drehzahldifferenz zwischen den Kupplungsteilen 62, 64 vorliegt.
  • Anhand von 15 wird nun die Zuschaltung der Sekundärachse 30 des Antriebsstrangs von 9 ausgehend von einem stillgelegten Drehmomentübertragungsabschnitt 36 erläutert.
  • Sobald die gemittelte Drehzahl der Räder der Primärachse 20 (Linie A in 15) die gemittelte Drehzahl der Räder der Sekundärachse 30 (Linie B in 15) um einen vorbestimmten (optional vom Lenkwinkel abhängigen) Betrag übersteigt, nimmt die Steuereinheit 34 an, dass an der Primärachse 20 Radschlupf vorliegt und ein Bedarf an Vierradantrieb besteht.
  • Die Steuereinheit 34 veranlasst zu einem Zeitpunkt t = 0 also die Zuschaltung der Sekundärachse 30, indem sie zunächst die Synchronisierung des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 mit der Sekundärachse 30 befiehlt.
  • Die Synchronisierung erfolgt mit Hilfe der Klauenkupplung 46 der Drehmomentabzweigungseinrichtung 32, indem der Kopplungsring 70 in Richtung des ersten Kupplungsteils 62 verschoben wird, um die Reibflächen 76, 78 kontrolliert aneinander zu drücken. Nach etwa 30 ms wird ein vorgegebenes Synchronisiermoment von dem ersten Kupplungsteil 62 über die Synchronisierbügel 74 an das zweite Kupplungsteil 64 übertragen (Kurve E in 15), wodurch sich die Drehzahl des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 erhöht (Kurve C in 15). Das vorgegebene Synchronisiermoment beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 100 Nm und wird solange aufrechterhalten, bis die Drehzahl des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 zumindest annähernd die Drehzahl der Primärachse 20 erreicht hat.
  • Sobald die Drehzahldifferenz zwischen der Primärachse 20 und dem Drehmomentübertragungsabschnitt 36 eine vorgegebene Grenze unterschreitet, die ein für einen Fahrzeuginsassen im wesentlichen nicht wahrnehmbares Schließen der Klauenkupplung 46 erlaubt, wird das zweite Kupplungsteil 64 durch noch weitere Verschiebung des Kopplungsrings 70 mit dem ersten Kupplungsteil 62 in Eingriff gebracht, d.h. die Klauenkupplung 46 vollständig eingerückt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel geschieht dies etwa 210 ms nach der Detektion des Radschlupfs.
  • Bereits bevor der Drehmomentübertragungsabschnitt 36 (Kurve C in 15) die Drehzahl der Primärachse 20 (Kurve A in 15) erreicht hat, was gemäß 15 bei etwa 210 ms der Fall ist, wird damit begonnen, die Lamellenkupplung 33 einzurücken (Kurve D in 15), im vorliegenden Ausführungsbeispiel bei etwa 190 ms. Solange die Drehzahl der Sekundärachse 30 (Kurve B in 15) höher ist als die Drehzahl des Drehmomentübertragungsabschnitts 36, bewirkt das Einrücken der Lamellenkupplung 33 kein Bremsen des Drehmomentübertragungsabschnitts 36. D.h. zur Vorbereitung eines schnellen Einrückens der Lamellenkupplung 33 kann bereits das Lüftspiel überwunden werden, so dass die Lamellen der Lamellenkupplung 33 minimal miteinander in Kontakt stehen (so genannter "kiss point").
  • Erreicht der Drehmomentübertragungsabschnitt 36 die Drehzahl der Sekundärachse 30, kann die Lamellenkupplung 33 durch das Ansteuern des "kiss point" der weiteren Beschleunigung bzw. Synchronisation des Drehmomentübertragungsabschnitts 36 zwar entgegen wirken. Dies wird aber in Kauf genommen, um insgesamt eine schnellere Zuschaltung der Sekundärachse 30 zu erreichen. Da die Synchronisiervorrichtung der Klauenkupplung 46 – wie bereits erwähnt – ohne Sperreinrichtung ausgebildet ist, kann die Klauenkupplung 46 nämlich trotz Drehzahlungleichheit durchgeschaltet, d.h. also geschlossen, werden.
  • Im Ergebnis wird auf diese Weise eine schnelle Zuschaltung der Sekundärachse 30 in etwa 250 ms nach der Detektion eines Radschlupfs an der Primärachse 20 erreicht, wobei sich das an die Sekundärachse 30 übertragene Antriebsdrehmoment während dieser Zeit gemäß der Kurve F in 15 entwickelt.
  • Zusammenfassend bezieht sich die Erfindung auf die folgenden Ausführungsformen:
    • 1. Kupplung mit zwei zur Drehmomentübertragung formschlüssig in Eingriff bringbaren Kupplungsteilen und einem Schaltelement (114; 214; 314), welches in einer ersten Richtung bewegbar ist, um die Kupplungsteile außer Eingriff zu bringen, und in einer zweiten Richtung bewegbar ist, um die Kupplungsteile in Eingriff zu bringen, wobei zur Bewegung des Schaltelements (114; 214; 314) in der ersten Richtung ein Motor (360) vorgesehen ist und zur Bewegung des Schaltelements (114; 214; 314) in der zweiten Richtung ein Federelement (126; 226; 326) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auslösung des Federelements (126; 226) durch eine Betätigung des Motors in der gleichen Drehrichtung erfolgt, die zuvor eine Spannung des Federelements (126; 226) bewirkt, oder dass eine Auslösung des Federelements (326) durch eine Betätigung des Motors (360) in einer zur Drehrichtung, die zuvor eine Spannung des Federelements (326) bewirkt, umgekehrten Drehrichtung erfolgt.
    • 2. Kupplung nach Ausführungsform 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegung des Schaltelements (114; 214; 314) in die erste Richtung eine Spannung des Federelements (126; 226; 326) bewirkt.
    • 3. Kupplung nach einer der Ausführungsformen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem Motor und dem Schaltelement (114; 214) angeordneter Getriebemechanismus wenigstens eine Schaltrampe (132; 232) oder wenigstens einen Schaltvorsprung (260) und mindestens ein relativ zu der Schaltrampe (132; 232) bzw. dem Schaltvorsprung (260) bewegbares Gegenelement (140; 252) umfasst, welches mit der Schaltrampe (132; 232) bzw. dem Schaltvorsprung (260) derart zusammenwirkt, dass das Schaltelement (114; 214) bei einem Auflaufen des Gegenelements (140; 252) auf die Schaltrampe (132; 232) bzw. den Schaltvorsprung (260) entgegen der Rückstellkraft des Federelementes (126; 226) in die erste Richtung bewegt wird, insbesondere gedrückt wird.
    • 4. Kupplung nach Ausführungsform 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltrampe (132; 232) bzw. der Schaltvorsprung (260) an dem Schaltelement (114; 214) ausgebildet ist.
    • 5. Kupplung nach Ausführungsform 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltrampe (132) mit einer Rastvertiefung (142) für das Gegenelement (140) oder das Gegenelement (252) mit einer Rastvertiefung (258) für die die Schaltrampe (232) oder den Schaltvorsprung (260) versehen ist.
    • 6. Kupplung nach einer der Ausführungsformen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (140; 252) durch den Motor entlang der Schaltrampe (132; 232) bewegbar ist.
    • 7. Kupplung nach einer der Ausführungsformen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (114; 214) ring- oder hülsenförmig ausgebildet ist, eine Welle (116; 208) umgibt und bezüglich dieser verschiebbar ist, wobei die Schaltrampe (132; 232) oder der Schaltvorsprung (260) insbesondere an einer zum Gegenelement (140; 252) weisenden Stirnseite (130; 230) des Schaltelements (114; 214) ausgebildet ist.
    • 8. Kupplung nach einer der Ausführungsformen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (126; 226) zwischen einer der Schaltrampe (132; 232) bzw. dem Schaltvorsprung (260) abgewandten Stirnseite (128; 228) des Schaltelements (114; 214) und einem Anschlag angeordnet ist.
    • 9. Kupplung nach einer der Ausführungsformen 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement einen Stift (140) umfasst, welcher aus einer Schaltwelle (116) radial vorsteht, die durch den Motor relativ zu dem Schaltelement (114) verdrehbar ist.
    • 10. Kupplung nach einer der Ausführungsformen 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement eine Gegenrampe (252) umfasst, die an einer zum Schaltelement (114) weisenden Stirnseite eines die Welle (208) umgebenden Gegenrades (246) ausgebildet ist, insbesondere eines die Welle umgebenden Schneckenrades, welches bevorzugt mit einer durch den Motor angetriebenen Schnecke (248) in Eingriff steht.
    • 11. Kupplung nach einer der Ausführungsformen 3 bis 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement eine Gegenrampe (252) umfasst, die einen ansteigenden ersten Rampenabschnitt (254) und einen zweiten Rampenabschnitt (256) aufweist, der steil abfällt oder stufenförmig ausgebildet ist und insbesondere einen steileren ersten Bereich (262), einen flacheren zweiten Bereich (264) und einem steileren dritten Bereich (266) umfasst.
    • 12. Kupplung nach Ausführungsform 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rampenabschnitt (254) flach und insbesondere linear ansteigt.
    • 13. Kupplung nach Ausführungsform 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rampenabschnitt (254) nicht-linear ansteigt, wobei die Steigung des ersten Rampenabschnitts (254) in Richtung des höchsten Punkts der Gegenrampe (252) vorzugsweise abnimmt.
    • 14. Kupplung nach einer der Ausführungsformen 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Schaltrampen (232) bzw. Schaltvorsprünge (260) und mindestens zwei Gegenrampen (252) vorgesehen sind.
    • 15. Kupplung nach einer der Ausführungsformen 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenrad (246) eine auf der Welle sitzende Schaltmuffe (210) umgibt, welche mit dem Schaltelement (214) gekoppelt und durch dieses relativ zu der Welle (208) verschiebbar ist.
    • 16. Kupplung nach einer Ausführungsform gemäß 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückholmechanismus zwischen dem Motor (360) und dem Schaltelement (314) angeordnet ist, welcher eine Mitnahmeeinrichtung umfasst, die mit dem Schaltelement (314) in Eingriff bringbar ist, um das Schaltelement (314) entgegen der Rückstellkraft des Federelements (326) in die erste Richtung zu ziehen.
    • 17. Kupplung nach Ausführungsform 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnahmeeinrichtung eine durch den Motor (360) angetriebene Spindel (362) und eine auf der Spindel (362) sitzende Spindelmutter (364) umfasst, an der ein Mitnahmefinger (370) ausgebildet ist, welcher durch eine Verdrehung der Spindelmutter (364) in eine Richtung mit einem Vorsprung (374) des Schaltelements (314) in Eingriff bringbar und durch eine Verdrehung der Spindelmutter (364) in die entgegengesetzte Richtung von dem Vorsprung (374) lösbar ist.
    • 18. Kupplung nach Ausführungsform 17, gekennzeichnet durch einen Auslösemechanismus (378, 380), welcher eine axiale Bewegung der Spindelmutter (364) verhindert, wenn diese zur Lösung des Mitnahmefingers (370) von dem Vorsprung (374) verdreht wird.
    • 19. Kupplung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, gekennzeichnet durch eine Verdrehlimitierung (366, 368) zur Begrenzung einer Verdrehung der Spindelmutter (364).
    • 20. Kupplung nach Ausführungsform 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehlimitierung einen sich parallel zur Spindel (362) erstreckenden Stab (366) umfasst, der im Bereich seines einen Endes mit dem Schaltelement (314) verbunden und im Bereich seines anderen Endes in einer in Umfangsrichtung gekrümmten Führungsöffnung (368) der Spindelmutter (364) geführt ist.
    • 21. Kupplung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung dazu ausgebildet ist, dass das Schaltelement (114; 214; 314) in der ersten Richtung allein durch den Motor (360) und in der zweiten Richtung allein durch das Federelement (126; 226; 326) bewegt wird
    • 22. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer permanent angetriebenen Primärachse (20), umfassend: eine Antriebseinheit (12) zum Erzeugen eines Antriebsmoments; eine erste Kupplung (33; 54) zum Übertragen eines variablen Teils des Antriebsmoments an eine Sekundärachse (30) des Kraftfahrzeugs; eine zweite Kupplung (46) zum Stilllegen eines zwischen der ersten Kupplung (33; 54) und der zweiten Kupplung (46) angeordneten Drehmomentübertragungsabschnitts (36) des Antriebsstrangs, wenn die erste Kupplung (33; 54) geöffnet ist; und eine Steuereinheit (34) zum automatischen Steuern der ersten Kupplung (33; 54), wobei die Steuereinheit (34) mit wenigstens einem Sensor zur Detektion eines Radschlupfs an der Primärachse (20) verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplung (46) eine Kupplung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 23 umfasst.
    • 23. Antriebsstrang nach Ausführungsform 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (34) dazu ausgebildet ist, ausgehend von einem stillgelegten Zustand des Drehmomentübertragungsabschnitts (36) in Abhängigkeit von einem detektierten Radschlupf an der Primärachse (20) die zweite Kupplung (46) zu schließen.
    • 24. Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebseinheit (12) zum Erzeugen eines Antriebsmoments; einer permanent angetriebenen Primärachse (20); einer ersten Kupplung (33; 54) zum Übertragen eines variablen Teils des Antriebsmoments an eine Sekundärachse (30) des Kraftfahrzeugs; einer zweiten Kupplung (46) zum Stilllegen eines zwischen der ersten Kupplung (33; 54) und der zweiten Kupplung (46) angeordneten Drehmomentübertragungsabschnitts (36) des Antriebsstrangs, wenn die erste Kupplung (33; 54) geöffnet ist; und einer Steuereinheit (34) zum automatischen Steuern der ersten und zweiten Kupplung (33; 54, 46), dadurch gekennzeichnet, dass für die zweite Kupplung (46) eine Kupplung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 23 verwendet wird.
    • 25. Verfahren nach Ausführungsform 24, dadurch gekennzeichnet, dass ermittelt wird, ob an der Primärachse (20) ein Radschlupf vorliegt, und, ausgehend von einem stillgelegten Zustand des Drehmomentübertragungsabschnitts (36), in Abhängigkeit von einem detektierten Radschlupf an der Primärachse (20) die zweite Kupplung (46) geschlossen wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 12
    Antriebseinheit
    14
    Wechselgetriebe
    16
    Vorderachse
    18
    Vorderräder
    20
    Primärachse
    22
    Vorderachsdifferenzial
    24
    Hinterachse
    26
    Hinterachsdifferenzial
    28
    Hinterräder
    30
    Sekundärachse
    32
    Drehmomentabzweigungseinrichtung
    33
    Lamellenkupplung
    34
    Steuereinheit
    36
    Drehmomentübertragungsabschnitt
    38
    Kegelrad
    40
    Tellerrad
    42
    Differenzialkorb
    44
    Halbachse
    46
    Klauenkupplung
    48
    Eingangswelle
    50
    Verteilergetriebe
    52
    Primärausgangswelle
    54
    Lamellenkupplung
    56
    Kettentrieb
    58
    Drehzahlsensor
    60
    Achswellenrad
    62
    Kupplungsteil
    64
    Kupplungsteil
    66
    Tellerrad
    68
    Kegelrad
    70
    Kopplungsring
    72
    Schaltgabel
    74
    Synchronisierbügel
    76
    Reibfläche
    78
    Reibfläche
    80
    Führung
    82
    Federring
    84
    Abschnitt
    110
    Schaltmuffe
    112
    Schaltgabel
    114
    Schaltelement
    116
    Schaltwelle
    118
    Gehäuse
    120
    Schnecke
    122
    Scheckenrad
    124
    Positionssensor
    126
    Schraubendruckfeder
    128
    erste Stirnseite
    130
    zweite Stirnseite
    132
    Schaltrampe
    134
    flacher Rampenabschnitt
    136
    Drehrichtung
    138
    steiler Rampenabschnitt
    140
    Schaltstift
    142
    Rastvertiefung
    208
    Halbwelle
    210
    Schaltmuffe
    212
    Endabschnitt
    213
    Ringnut
    214
    Schaltelement
    218
    Gehäuseabschnitt
    226
    Schraubendruckfeder
    228
    erste Stirnseite
    230
    zweite Stirnseite
    232
    Schaltrampe
    236
    Drehrichtung
    234
    flacher Rampenabschnitt
    238
    steiler Rampenabschnitt
    244
    Rasterhöhung
    246
    Schneckenrad
    248
    Schnecke
    250
    Stirnseite
    252
    Gegenrampe
    254
    flacher Rampenabschnitt
    256
    steiler Rampenabschnitt
    258
    Rastvertiefung
    260
    Schaltvorsprung
    262
    Rampenbereich
    264
    Rampenbereich
    266
    Rampenbereich
    268
    Schaltgabel
    312
    Schaltgabel
    313
    Wellenabschnitt
    314
    Schaltelement
    318
    Gehäuse
    319
    erster Wandabschnitt
    326
    Schraubendruckfeder
    327
    zweiter Wandabschnitt
    360
    Elektromotor
    362
    Spindel
    364
    Spindelmutter
    366
    Führungsstab
    368
    Führungsöffnung
    370
    Mitnahmefinger
    372
    Mitnahmeöffnung
    374
    Mitnahmevorsprung
    376
    Umfangsfläche
    378
    Auslösestift
    380
    Auslösearm
    382
    Vertiefung

Claims (9)

  1. Kupplung mit zwei zur Drehmomentübertragung formschlüssig in Eingriff bringbaren Kupplungsteilen und einem Schaltelement (114; 214; 314), welches in einer ersten Richtung bewegbar ist, um die Kupplungsteile außer Eingriff zu bringen, und in einer zweiten Richtung bewegbar ist, um die Kupplungsteile in Eingriff zu bringen, wobei zur Bewegung des Schaltelements (114; 214; 314) in der ersten Richtung ein Motor (360) vorgesehen ist und zur Bewegung des Schaltelements (114; 214; 314) in der zweiten Richtung ein Federelement (126; 226; 326) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auslösung des Federelements (126; 226) durch eine Betätigung des Motors in der gleichen Drehrichtung erfolgt, die zuvor eine Spannung des Federelements (126; 226) bewirkt, oder dass eine Auslösung des Federelements (326) durch eine Betätigung des Motors (360) in einer zur Drehrichtung, die zuvor eine Spannung des Federelements (326) bewirkt, umgekehrten Drehrichtung erfolgt.
  2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung dazu ausgebildet ist, dass das Schaltelement (114; 214; 314) in der ersten Richtung allein durch den Motor (360) und in der zweiten Richtung allein durch das Federelement (126; 226; 326) bewegt wird, und/oder dass eine Bewegung des Schaltelements (114; 214; 314) in die erste Richtung eine Spannung des Federelements (126; 226; 326) bewirkt.
  3. Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem Motor und dem Schaltelement (114; 214) angeordneter Getriebemechanismus wenigstens eine Schaltrampe (132; 232) oder wenigstens einen Schaltvorsprung (260) und mindestens ein relativ zu der Schaltrampe (132; 232) bzw. dem Schaltvorsprung (260) bewegbares Gegenelement (140; 252) umfasst, welches mit der Schaltrampe (132; 232) bzw. dem Schaltvorsprung (260) derart zusammenwirkt, dass das Schaltelement (114; 214) bei einem Auflaufen des Gegenelements (140; 252) auf die Schaltrampe (132; 232) bzw. den Schaltvorsprung (260) entgegen der Rückstellkraft des Federelementes (126; 226) in die erste Richtung bewegt wird.
  4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltrampe (132; 232) bzw. der Schaltvorsprung (260) an dem Schaltelement (114; 214) ausgebildet ist, und/oder dass die Schaltrampe (132) mit einer Rastvertiefung (142) für das Gegenelement (140) oder das Gegenelement (252) mit einer Rastvertiefung (258) für die die Schaltrampe (232) oder den Schaltvorsprung (260) versehen ist, und/oder dass das Gegenelement (140; 252) durch den Motor entlang der Schaltrampe (132; 232) bewegbar ist.
  5. Kupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (114; 214) ring- oder hülsenförmig ausgebildet ist, eine Welle (116; 208) umgibt und bezüglich dieser verschiebbar ist, wobei die Schaltrampe (132; 232) oder der Schaltvorsprung (260) an einer zum Gegenelement (140; 252) weisenden Stirnseite (130; 230) des Schaltelements (114; 214) ausgebildet ist.
  6. Kupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement einen Stift (140) umfasst, welcher aus einer Schaltwelle (116) radial vorsteht, die durch den Motor relativ zu dem Schaltelement (114) verdrehbar ist, oder dass das Gegenelement eine Gegenrampe (252) umfasst, die an einer zum Schaltelement (114) weisenden Stirnseite eines die Welle (208) umgebenden Gegenrades (246) ausgebildet ist und/oder die einen ansteigenden ersten Rampenabschnitt (254) und einen zweiten Rampenabschnitt (256) aufweist, der steil abfällt oder stufenförmig ausgebildet ist.
  7. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückholmechanismus zwischen dem Motor (360) und dem Schaltelement (314) angeordnet ist, welcher eine Mitnahmeeinrichtung umfasst, die mit dem Schaltelement (314) in Eingriff bringbar ist, um das Schaltelement (314) entgegen der Rückstellkraft des Federelements (326) in die erste Richtung zu ziehen.
  8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnahmeeinrichtung eine durch den Motor (360) angetriebene Spindel (362) und eine auf der Spindel (362) sitzende Spindelmutter (364) umfasst, an der ein Mitnahmefinger (370) ausgebildet ist, welcher durch eine Verdrehung der Spindelmutter (364) in eine Richtung mit einem Vorsprung (374) des Schaltelements (314) in Eingriff bringbar und durch eine Verdrehung der Spindelmutter (364) in die entgegengesetzte Richtung von dem Vorsprung (374) lösbar ist, wobei ein Auslösemechanismus (378, 380) vorgesehen ist, welcher eine axiale Bewegung der Spindelmutter (364) verhindert, wenn diese zur Lösung des Mitnahmefingers (370) von dem Vorsprung (374) verdreht wird.
  9. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer permanent angetriebenen Primärachse (20), umfassend: eine Antriebseinheit (12) zum Erzeugen eines Antriebsmoments; eine erste Kupplung (33; 54) zum Übertragen eines variablen Teils des Antriebsmoments an eine Sekundärachse (30) des Kraftfahrzeugs; eine zweite Kupplung (46) zum Stilllegen eines zwischen der ersten Kupplung (33; 54) und der zweiten Kupplung (46) angeordneten Drehmomentübertragungsabschnitts (36) des Antriebsstrangs, wenn die erste Kupplung (33; 54) geöffnet ist; und eine Steuereinheit (34) zum automatischen Steuern der ersten Kupplung (33; 54), wobei die Steuereinheit (34) mit wenigstens einem Sensor zur Detektion eines Radschlupfs an der Primärachse (20) verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplung (46) eine Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche umfasst.
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