DE102013209360A1

DE102013209360A1 - Kupplungsvorrichtung eines Getriebes eines Fahrzeugantriebsstranges

Info

Publication number: DE102013209360A1
Application number: DE102013209360.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kölbl; Alois Böck; Florian Knedler
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2014-11-27

Abstract

Es wird eine Kupplungsvorrichtung (8) mit zwei Kupplungshälften (4, 6) beschrieben, die über eine Verbindungseinrichtung (8) miteinander verbindbar sind. Ein Stellelement (11) einer Stelleinrichtung (12) wirkt mit einer mechanischen Steuereinrichtung zusammen, mittels der dem Stellelement (11) bei einer von einer von einem Aktor anlegbaren Stellkraft entgegen einer Rückstellkraft bewirkten Stellbewegung des Stellelementes (11) ausgehend von einer ersten Betriebsstellung in eine Zwischenbetriebsstellung eine Betriebszustandsänderung aufbringbar ist, dass das Stellelement (11) von der Rückstellkraft von der Zwischenbetriebsstellung in eine zweite Betriebsstellung überführbar und in dieser haltbar ist, während dem Stellelement bei einer von der Stellkraft bewirkten Stellbewegung des Stellelementes (11) ausgehend von der zweiten Betriebsstellung in Richtung der Zwischenbetriebsstellung von der Steuereinrichtung wiederum eine Betriebszustandsänderung aufprägbar ist, dass das Stellelement (11) von der Rückstellkraft von der Zwischenbetriebsstellung in Richtung der ersten Betriebsstellung überführbar und in dieser haltbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung eines Getriebes eines Fahrzeugantriebsstranges gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der nicht veröffentlichten DE 10 2011 085 839 der Anmelderin ist eine Kupplungsvorrichtung mit zwei mittels einer Schiebemuffe koppelbaren Kupplungsteilen eines Kraftfahrzeug-Antriebsstranggetriebes bekannt. Die Kupplungsteile sind jeweils um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert und im eingekuppelten Zustand der Kupplungsvorrichtung mittels einer Schiebemuffe formschlüssig miteinander gekoppelt. Eine axiale Verschiebung der Schiebemuffe erfolgt über ein als elektromagnetisch betätigbarer Aktuator mit einem in radialer Richtung zu der Schiebemuffe verschiebbaren Schaltstift ausgebildetes Stellmittel. Der Schaltstift bzw. Stellelement ist zwischen einer ausgefahrenen Stellmittel-Entkopplungsposition und einer eingefahrenen Stellmittel-Kopplungsposition hin und her bewegbar. Dabei greift der Schaltstift in seiner Stellmittel-Entkopplungsposition in Nuten ein, die an einer Umfangsfläche der Schiebemuffe vorgesehen sind.
Liegt die Kupplungsvorrichtung in ihrem eingekuppelten Betriebszustand vor, befindet sich der Schaltstift in seiner zurückgefahrenen Stellmittel-Entkopplungsposition. Die beiden Kupplungsteile sind dann mittels der Schiebemuffe gekoppelt und drehen sich gemeinsam um die Drehachse. Um die Kupplungsvorrichtung in den ausgekuppelten Zustand zu überführen, wird der Schaltstift in eine ausgefahrene Stellmittel-Entkopplungsposition gebracht, wobei er zunächst in eine erste Nut der schiebemuffe eingreift und an einer ersten Stufenflanke anliegt. Aufgrund der Drehbewegung der beiden Kupplungsteile sowie der darauf drehfest angebrachten Schiebemuffe bewegt sich der Schaltstift in der ersten Nut längs der ersten Stufenflanke auf eine Einmündungsstelle zu. Die Schiebemuffe wird aufgrund der Schraubwirkung axial gegen eine Kraft einer Feder verschoben und vom zweiten Kupplungsteil abgezogen. Sobald der Schaltstift die Einmündungsstelle erreicht hat, ist der Entkopplungsvorgang abgeschlossen und die beiden Kupplungsteile sind dann nicht mehr mechanisch miteinander gekoppelt. Der Schaltstift bleibt in seiner ausgefahrenen Stellmittel-Entkopplungsposition, liegt dann in einer zweiten Nut an einer zweiten Stufenflanke an und hält die Schiebemuffe entgegen einer angreifenden Federeinrichtung in der zum geöffneten Betriebszustand der Kupplungsvorrichtung äquivalenten Position.
Um die Kupplungsvorrichtung wieder in den eingekoppelten Zustand zu überführen, wird das erste Kupplungsteil über eine Antriebseinheit in eine Drehbewegung versetzt. Wenn die Drehgeschwindigkeit des ersten Kupplungsteils im Wesentlichen gleich der Drehbewegung des zweiten Kupplungsteils ist, wird der Schaltstift in seine eingefahrene Stellmittel-Kopplungsposition zurückgefahren. Dann schiebt die vorgespannte Feder die Schiebemuffe axial über das zweite Kupplungsteil in eine Muffen-Kopplungsposition, wodurch die mechanische formschlüssige Kopplung der beiden Kupplungsteile wieder hergestellt ist.
Derartige in Fahrzeuggetrieben in der vorbeschriebenen Art und Weise zum Aktuieren von Kupplungselementen verwendete elektromagnetisch betätigbare Stellmittel werden üblicherweise auch als Magnetstiftaktoren bezeichnet. Eine lineare Bewegung eines Ankers eines Magnetstiftaktors zwischen einer Hubanfangslage und einer Hubendlage wird mittels einer elektromagnetischen Krafteinwirkung erreicht. Das Halten des Ankers in der Hubendlage wird bei sogenannten monostabilen Magnetstiftaktoren durch einen dauerhaften Haltestrom des Elektromagneten sichergestellt. Die Rückstellung des Ankers in die Anfangsstellung bzw. in die Hubanfangslage und das Halten des Ankers in dieser Stellung erfolgt über äußere Kräfte oder eine dem Anker zugeordnete Federeinrichtung. Im Unterschied hierzu ist bei sogenannten magnetisch bistabilen Aktoren lediglich zum Ändern der Ankerposition eine kurzzeitige Bestromung des Stators erforderlich. Das Halten des Ankers in der Endlage erfolgt über einen Permanentmagnet. Die Rückstellung des Ankers aus der Endlage in Richtung der Anfangsstellung oder das Halten des Ankers in der Anfangsstellung wird entweder mittels äußeren Kräften oder einer dem Anker zugeordneten Federeinrichtung durchgeführt.
Der von monostabilen Magnetstiftaktoren zur Darstellung einer der beiden Endstellungen aufzubringende dauerhafte Haltestrom verursacht besonders bei CO₂ kritischen Anwendungen, wie bei Kraftfahrzeugen, einen unerwünschten Energiemehrverbrauch, was sich auf die Umweltbilanz des Obersystems negativ auswirkt. Zusätzlich besteht bei einem Ausfall der Bestromung eines monostabilen Aktors die Möglichkeit, dass durch das daraus folgende Auslösen der Mechanik bzw. das Umschalten des Schaltstiftes in die jeweils andere Endstellung eine Beschädigung des Magnetstiftaktors oder des aktorgesteuerten Systems auftreten kann.
Letztgenannter Nachteil wird bei bistabil-magnetischen Magnetstiftaktoren über den üblicherweise als Permanentmagnet ausgeführten Haltemagnet vermieden, da ein unbeabsichtigtes Schalten und ein damit einhergehendes Auslösen einer Mechanik über den Permanentmagnet auch bei einem Ausfall der elektrischen Versorgung verhindert werden.
Permanentmagnete werden jedoch üblicherweise aus seltenen Erden hergestellt, die aufgrund der Elektrifizierung vieler Anwendungen weltweit eine immer größere Nachfrage erfahren, weshalb die Kosten dieser seltenen Erden steigen. Zusätzlich sind seltene Erden, wie viele weitere Rohstoffvorkommen, nur endlich verfügbar. Aus diesem Grund steht der Verwendung seltener Erden dem Nachhaltigkeitsgedanken entgegen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungsvorrichtung, insbesondere eines Getriebes eines Fahrzeugantriebsstranges, mit zwei Kupplungshälften, die über eine durch eine Stelleinrichtung betätigbare Verbindungseinrichtung miteinander verbindbar sind, zur Verfügung zu stellen, mit der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile auf konstruktiv einfache und kostengünstige Art und Weise vermeidbar sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Kupplungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung, insbesondere eines Getriebes eines Fahrzeugantriebsstranges, mit zwei Kupplungshälften, die über eine Verbindungseinrichtung miteinander verbindbar sind, ist die Verbindungseinrichtung über ein Stellelement einer Stelleinrichtung aus einem ersten Betriebszustand, zu dem die Kupplungshälften miteinander verbunden sind, in einen zweiten Betriebszustand überführbar, zu dem die Kupplungshälften voneinander entkoppelt sind. Das Stellelement ist über eine von einem Aktor anlegbare Stellkraft entgegen einer Rückstellkraft aus einer ersten Betriebsstellung, zu der eine Betätigung der Verbindungseinrichtung durch die Stelleinrichtung in Richtung des zweiten Betriebszustandes unterbleibt, in Richtung einer zweiten Betriebsstellung verstellbar und in der zweiten Betriebsstellung haltbar, zu der die Verbindungseinrichtung von der Stelleinrichtung in den die Kupplungshälften entkoppelten zweiten Betriebszustand überführbar ist.
Erfindungsgemäß wirkt das Stellelement mit einer mechanischen Steuereinrichtung zusammen, mittels der dem Stellelement bei einer von der Stellkraft bewirkten Stellbewegung des Stellelementes ausgehend von der ersten Betriebsstellung in eine Zwischenbetriebsstellung eine Betriebszustandsänderung aufprägbar ist, dass das Stellelement von der Rückstellkraft von der Zwischenbetriebsstellung in die zweite Betriebsstellung überführbar und in dieser haltbar ist, während dem Stellelement bei einer von der Stellkraft bewirkten Stellbewegung ausgehend von der zweiten Betriebsstellung in Richtung der Zwischenbetriebsstellung von der Steuereinrichtung wiederum eine Betriebszustandsänderung aufprägbar ist, dass das Stellelement von der Rückstellkraft von der Zwischenbetriebsstellung in Richtung der ersten Betriebsstellung überführbar und in dieser haltbar ist.
Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung ist auf konstruktiv einfache und kostengünstige Art und Weise im Bereich der Stelleinrichtung mit einer mechanischen Bistabilität ausgeführt, bei der die aktorseitige Stellkraft entgegen der Rückstellkraft jeweils nur für einen Betriebszustandswechsel der Stelleinrichtung selbst aufzubringen ist. Damit ist die Stelleinrichtung und auch die Kupplungsvorrichtung in den jeweiligen Betriebsstellungen bzw. Betriebszuständen ohne eine von einem Energie benötigenden Aktor permanent aufzubringende Stellkraft von einer beispielsweise von einer Federeinrichtung oder dergleichen am Stellelement ohne jeden Energieaufwand dauerhaft anlegbare Rückstellkraft wirkungsgradoptimiert haltbar. Im Fehlerfall, zu dem die aktorseitige Stellkraft nicht zur Verfügung steht, ist aufgrund der erfindungsgemäßen Ausführung der Kupplungsvorrichtung ein bei aus der Praxis bekannten monostabilen Magnetstiftaktoren auftretender selbstständiger Betriebszustandswechsel der Stelleinrichtung und damit ein einhergehendes unerwünschtes Öffnen oder Schließen der Kupplungsvorrichtung durch die Rückstellkraft sicher vermeidbar.
Des Weiteren ist die bei aus der Praxis bekannten bistabilen Magnetstiftaktoren über Permanentmagnete zur Verfügung gestellte Haltekraft bei der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung im Bereich der Stelleinrichtung auf einfache und kostengünstige Art und Weise beispielsweise über die Rückstellkraft in Verbindung mit mechanischen Anschlägen zur Verfügung stellbar, in dessen Bereich das Stellelement entgegen einem beispielsweise über eine Federeinrichtung oder dergleichen angreifenden Rückstellbestreben in Richtung der ersten oder der zweiten Betriebsstellung des Stellelementes ohne das Aufbringen einer energetisch erzeugten Haltekraft und ohne Permanentmagnet in gewünschtem Umfang haltbar ist.
Bei einer konstruktiv einfachen und mit geringem Aufwand herstellbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung weist die mechanische Steuereinrichtung im Bereich des Stellelementes oder eines hiermit zusammenwirkenden weiteren Bauteiles eine Steuerkurve auf, in die ein mit dem weiteren Bauteil oder dem Stellelement wirkverbundenes Steuerelement eingreift, wobei das Steuerelement während einer Stellbewegung des Stellelementes in der Steuerkurve verläuft und dem Stellelement oder dem Steuerelement von der Steuerkurve eine Drehbewegung aufgeprägt wird.
Ist das Stellelement wenigstens bereichsweise wenigstens annähernd bolzenförmig ausgebildet und zumindest teilweise innerhalb des zumindest abschnittsweise als hülsenförmiges Führungselement ausgeführten weiteren Bauteiles angeordnet, wobei das Stellelement gegenüber dem Führungselement axial verschiebbar und verdrehbar ausgeführt ist, ist wiederum auf bauraumgünstige und konstruktiv einfache Art und Weise sowie mit geringen Kosten gewährleistet, dass das Stellelement von der anlegbaren Stellkraft von der ersten Betriebsstellung in eine Zwischenbetriebsstellung und von dort von der Rückstellkraft in die zweite Betriebsstellung überführbar und in dieser haltbar ist. Des Weiteren ist mit dieser Ausführung ebenfalls mit geringem Aufwand gewährleistet, dass das Stellelement von der aktorseitigen Stellkraft aus der zweiten Betriebsstellung in die Zwischenbetriebsstellung und von dort von der Rückstellkraft wiederum in die erste Betriebsstellung geführt und dort von dieser gehalten werden kann.
Bei einer konstruktiv einfachen und mit geringem Aufwand herstellbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung ist die Steuerkurve im Bereich einer dem Führungselement zugewandten äußeren Mantelfläche des Stellelementes oder im Bereich einer dem Stellelement zugewandten inneren Mantelfläche des Führungselementes vorgesehen.
Ist das Steuerelement ein bereichsweise in eine Vertiefung des Stellelementes oder des weiteren Bauteiles und in die Steuerkurve eingreifendes Kugelelement, ist die Kupplungsvorrichtung durch einen konstruktiv einfachen Aufbau gekennzeichnet und einfach zu montieren.
Weist die Steuerkurve zumindest bereichsweise einen herzförmigen Verlauf auf, ist das Stellelement aiuf einfache Art und Weise von der Rückstellkraft in der ersten Betriebsstellung und in der zweiten Betriebsstellung haltbar, während die Zwischenbetriebsstellung des Stellelementes ohne zusätzlich Steueraufwand während einer aktorseitigen Betätigung des Stellelementes zwischen der ersten Betriebsstellung und der zweiten Betriebsstellung bzw. in umgekehrter Richtung in gewünschtem Umfang vom Steuerelement durchfahren wird.
Ist das Stellelement zweiteilig ausgebildet, wobei ein erster Teil des Stellelementes über das Steuerelement mit dem Führungselement in Wirkverbindung steht und eine axiale Stellbewegung des ersten Teils des Stellelementes über eine in axialer Richtung zwischen den beiden Teilen des Stellelementes angeordnete Drehentkopplung auf den zweiten Teil des Stellelementes übertragbar ist, das über Radiallager, vorzugsweise kostengünstige Radialgleitlager, im Führungselement gelagert ist, sind am Stellelement angreifende und das Stellelemente in Rotation versetzende Betätigungskräfte, die im Bereich zwischen dem Stellelement und der Verbindungseinrichtung auftreten, auf einfache Art und Weise im Bereich der Drehentkopplung von dem restlichen Bereich der Stelleinrichtung entkoppelt bzw. werden nicht in diesen verbleibenden Bereich der Stelleinrichtung eingeleitet. Damit wird die Betätigung des Stellelementes über die herstellbare Wirkverbindung zwischen dem Stellelement und der Verbindungseinrichtung nicht beeinträchtigt bzw. ist unabhängig von dieser durchführbar.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung ist der zweite Teil des Stellelementes einenends mit der Verbindungseinrichtung in Wirkverbindung bringbar und anderenends über die Drehentkopplung mit dem ersten Teil des Stellelementes gekoppelt. Damit ist die vorbeschriebene vorteilhafte und von der zeitweise zwischen dem Stellelement und der Verbindungseinrichtung hergestellten Wirkverbindung unabhängige Betätigung des Stellelementes auf konstruktiv einfache Art und Weise realisiert.
Dabei ist die Drehentkopplung auf konstruktiv einfache und kostengünstige Art und Weise als Axiallager, vorzugsweise als Axialgleitlager, ausführbar.
Weist die Stelleinrichtung einen elektromagnetischen Aktor auf, in dessen Bereich die am Stellelement anlegbare und jeweils in Richtung der Zwischenbetriebsstellung wirkende Stellkraft erzeugbar ist, während die ausgehend von der Zwischenbetriebsstellung in Richtung der ersten Betriebsstellung und in Richtung der zweiten Betriebsstellung am Stellelement anliegende Rückstellkraft einer Federkraft einer am Stellelement angreifenden Federeinrichtung entspricht, die der Stellkraft des elektromagnetischen Aktors entgegenwirkt, ist das Stellelement mit geringem Steuer- und Energieaufwand in gewünschtem Umfang über den elektromagnetischen Aktor durch kurzzeitiges Bestromen des Aktors betätigbar. Das bedeutet, dass das Stellelement durch Bestromen des elektromagnetischen Aktors entgegen der Federkraft der Federeinrichtung aus der ersten Betriebsstellung oder aus der zweiten Betriebsstellung in die Zwischenbetriebsstellung überführbar ist. Erreicht das Stellelement aufgrund der aktorseitigen Betätigung die Zwischenbetriebsstellung, ist die Bestromung des Aktors abschaltbar und das Stellelement wird aufgrund der dem Stellelement von der Steuereinrichtung aufgeprägten Betriebszustandsänderung von der Federkraft ausgehend von der Zwischenbetriebsstellung in die zweite Betriebsstellung überführt, wenn das Stellelement von dem Aktor zuvor aus der ersten Betriebsstellung heraus in Richtung der Zwischenbetriebsstellung geführt wurde. Gleichzeitig wird das Stellelement von der Federkraft der Federeinrichtung aufgrund der dem Stellelement von der Steuereinrichtung aufgeprägten Betriebszustandsänderung ausgehend von der Zwischenbetriebsstellung in Richtung der ersten Betriebsstellung geführt, wenn das Stellelement vom Aktor zuvor von der zweiten Betriebsstellung in die Zwischenbetriebsstellung übergeleitet wurde.
Ist der zweite Teil des Stellelementes über ein zwischen dem Führungselement und dem zweiten Teil des Stellelementes angeschultertes Federelement der Federeinrichtung in axialer Richtung (gegebenenfalls über die Drehentkoppelung) gegen den ersten Teil des Stellelementes gedrückt, wobei zwischen dem Federelement und dem zweiten Teil des Stellelementes ein Axiallager vorgesehen ist, liegt die das Stellelement jeweils in die erste Betriebsstellung oder in die zweite Betriebsstellung überführende Rückstellkraft auf konstruktiv einfache Art und Weise permanent am Stellelement an. Das zwischen dem Federelement und dem zweiten Teil des Stellelementes vorgesehene Axiallager entkoppelt mit geringem konstruktivem Aufwand die Stellbewegung des Stellelementes von einer dem Stellelement unter Umständen von der Verbindungseinrichtung aufgeprägten Drehbewegung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung ist auf der dem Federelement bzw. der Drehentkopplung abgewandten Seite des ersten Teils des Stellelementes ein ebenfalls in axialer Richtung im Führungselement längsbeweglich gelagerter Anker des Elektromagneten vorgesehen und in axialer Richtung ist zwischen dem Anker und dem ersten Teil des Stellelementes ein weiteres Federelement der Federeinrichtung eingespannt, das der Federkraft des dem zweiten Teil des Stellelementes zugeordneten Federelementes entgegenwirkt und mit dem Federelement unabhängig von der axialen Position der Teile des Stellelementes und des Ankers in axialer Richtung eine dauerhafte Vorspannung zwischen diesen herstellt. Hierdurch werden undefinierte Betriebszustände im Bereich der Stelleinrichtung mit geringem konstruktiven Aufwand vermieden und die Kupplungsvorrichtung ist mit geringen sowie reproduzierbaren Schließ- und Öffnungszeiten betreibbar.
Greift das zwischen dem ersten Teil des Stellelementes und dem Anker eingespannte weitere Federelement der Federeinrichtung in den ersten Teil des Stellelementes ein und liegt der Anker ab Erreichen eines definierten Einfederungsbetriebszustandes des weiteren Federelementes mit einer Stirnfläche an einer dem Anker zugewandten Stirnfläche des ersten Teils des Stellelementes an, ist eine aktorseitige Betätigung des Stellelementes unabhängig von der Federrate des weiteren Federelementes durchführbar.
Um eine Betätigung des Stellelementes auf einfache Art und Weise jeweils ausgehend von einem definierten Betriebszustand der Stelleinrichtung bzw. des Aktors durchführen zu können, ist der Anker bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung von dem zwischen dem ersten Teil des Stellelementes und dem Anker einspannten weiteren Federelement gegen einen Anschlag gedrückt, wenn eine Stellkraft des elektromagnetischen Aktors kleiner als die Federkraft des weiteren Federelementes ist.
Einer einfach herstellbare und mit geringem Aufwand montierbare Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Bauteil wenigstens zweiteilig ausgeführt, wobei ein erster Teil dem Führungselement entspricht, während in einem zweiten mit dem Führungselement verbundenen Teil des Bauteils ein Stator des elektromagnetischen Aktors angeordnet ist, das gemeinsam mit dem Führungselement ein Gehäuse der Stelleinrichtung ausbildet.
Bei der vorgeschlagenen Kupplungsvorrichtung handelt es sich bevorzugt um eine Kupplungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Land-Kraftfahrzeugs, wie eines Automobils oder eines Lastkraftwagens. Ein Antriebsstrang eines solchen Kraftfahrzeugs verfügt in der Regel zumindest über einen Antriebsmotor, beispielsweise einen Verbrennungs- und/oder Elektromotor, sowie ein Gangwechselgetriebe, d.h. ein Getriebe durch welches zwischen mehreren Gängen (und damit Übersetzungen) des Getriebes (und damit des Antriebsstranges) umgeschaltet werden kann, sowie über ein Verteilergetriebe, d.h. einem Quer- oder Längsverteilergetriebe durch welches ein Antriebsdrehmoment des Antriebsmotors zwischen mehreren Antriebsrädern bzw. Antriebsachsen des Antriebsstranges verteilbar ist. In derartigen Antriebsstranggetrieben steht in der Regel lediglich ein stark beengter Bauraum zur Verfügung. Durch den geringen Bauraumbedarf der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupplungsvorrichtung eignet sich diese daher besonders zum Einsatz in einem solchen Getriebe, d.h. bei der Kupplungsvorrichtung handelt es sich insbesondere um eine Kupplungsvorrichtung eines solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstranggetriebes. Bei Verwendung der Kupplungsvorrichtung in einem Gangwechselgetriebe dient diese bevorzugterweise zum Ein- bzw. Auslegen eines oder mehrerer Gänge des Getriebes, während die Kupplungsvorrichtung bei Verwendung in einem Verteilergetriebe bevorzugterweise zum antriebstechnischen Koppeln und Entkoppeln zumindest einer der Antriebsachsen bzw. eines der Antriebsräder des Antriebsstranges dient.
Die Kupplungsvorrichtung ist darüber hinaus auch für eine Vielzahl weiterer Anwendungen geeignet. So eignet sich die Kupplungsvorrichtung auch zum Koppeln und Entkoppeln eines Aggregats, beispielsweise einer Kühlmittelpumpe, Kältemittelpumpe, Hydraulikpumpe, eines Stromgenerators, Kompressors, einer Seilwinde, eines land- oder forstwirtschaftlichen Geräts etc. an bzw. von einem Maschinenantriebsstrang oder dem vorgenannten Kraftfahrzeugantriebsstrang.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die im nachfolgenden Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
1 eine schematisierte Längsschnittansicht eines Getriebes eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer Kupplungsvorrichtung mit zwei drehbaren Kupplungshälften;
2 eine schematisierte Darstellung der Kupplungsvorrichtung gemäß 1 in geöffnetem Betriebszustand;
3 eine 2 entsprechende Darstellung der Kupplungsvorrichtung in geschlossenem Betriebszustand;
4 eine stark schematisierte Längsschnittansicht einer Stelleinrichtung der Kupplungsvorrichtung; und
5 eine Einzeldarstellung eines ersten Teils eines Stellelementes der Stelleinrichtung gemäß 4.
1 zeigt ein Getriebe 1 eines nicht näher dargestellten Fahrzeugantriebsstranges mit einer ersten Welle 2, die mit einer Motorausgangswelle einer Antriebsmaschine des Fahrzeugantriebsstranges koppelbar ist. Das von der Antriebsmaschine im Bereich der Welle 2 anliegende Drehmoment wird im Bereich einer Kegelradverzahnung 3 in Richtung einer zweiten Welle 4 weitergeleitet, die drehfest mit einem Kegelrad 5 der Kegelradverzahnung 3 verbunden ist. Eine dritte Welle 6 ist vorliegend über eine in geschlossenem Betriebszustand dargestellte Kupplungsvorrichtung 7 wiederum drehfest mit der zweiten Welle 4 verbunden, womit das über die Welle 2 in das Getriebe 1 eingeleitete Antriebsmoment der Antriebsmaschine des Fahrzeugantriebsstranges sowohl auf die zweite Welle 4 als auch auf die dritte Welle 6 geführt wird. Die zweite Welle 4 ist mit einer ersten antreibbaren Fahrzeugachse des Fahrzeugantriebsstranges verbunden, während die dritte Welle 6 mit einer zweiten antreibbaren Fahrzeugachse in Wirkverbindung steht. Damit wird ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang ausgeführtes Fahrzeug in geöffnetem Betriebszustand der Kupplungsvorrichtung 7 lediglich im Bereich der mit der zweiten Welle 4 verbundenen Fahrzeugachse angetrieben, während das Fahrzeug in geschlossenem Betriebszustand der Kupplungsvorrichtung 7 als Allradfahrzeug betrieben wird.
Die Kupplungsvorrichtung 7 ist vorliegend als Klauenkupplung ausgeführt und umfasst eine Verbindungseinrichtung 8, die als eine Schiebemuffe ausgebildet ist. Die Wellen 4 und 6 stellen jeweils Kupplungshälften der Kupplungsvorrichtung 7 dar, die über die Verbindungseinrichtung 8 drehfest miteinander verbindbar sind. Hierfür ist die Schiebemuffe 8 axial, d.h. in Richtung einer Drehachse 9 der beiden Wellen 4 und 6 zwischen einer ersten und einer zweiten Endstellung verschiebbar ausgebildet, wobei die Schiebemuffe 8 in Richtung ihrer die beiden Wellen 4 und 6 drehfest miteinander verbindenden Schaltstellung von einer Federeinrichtung 10 angefedert ist.
Die Verbindungseinrichtung 8 bzw. die Schiebemuffe ist im Wesentlichen in der in der DE 10 2011 085 839 näher beschriebenen Art und Weise ausgeführt und mit Hilfe eines in 2 und 3 näher gezeigten Stellelementes 11 einer Stelleinrichtung 12 in den in 2 dargestellten Betriebszustand, zu dem die Kupplungshälften bzw. die Wellen 4 und 6 voneinander entkoppelt sind, in einen weiteren wiederum in 1 und 3 gezeigten weiteren Betriebszustand überführbar, zu dem die Kupplungshälften bzw. die Wellen 4 und 6 miteinander verbunden sind.
Eine mögliche Ausführungsform der Stelleinrichtung 12 der Kupplungsvorrichtung 7 ist in 4 dargestellt, bei der das Stellelement 11 über eine von einem elektromagnetischen Aktor 13 am Stellelement 11 anlegbare Stellkraft entgegen einer Rückstellkraft aus der in 3 gezeigten ersten Betriebsstellung, zu der eine Betätigung der Verbindungseinrichtung 8 durch die Stelleinrichtung 12 in Richtung des Betriebszustandes unterbleibt, in Richtung einer in 2 gezeigten zweiten Betriebsstellung verstellbar ist und in der später beschriebenen Art und Weise ohne die aktorseitige Stellkraft von der Rückstellkraft in der zweiten Betriebsstellung haltbar ist, zu der die Verbindungseinrichtung 8 in den die Kupplungshälften 4 und 6 entkoppelnden weiteren Betriebszustand überführbar ist. Des Weiteren ist das Stellelement 11 von der aktorseitigen Stellkraft wiederum entgegen der Rückstellkraft von der zweiten Betriebsstellung wiederum in die erste Betriebsstellung überführbar, in der eine von der Federeinrichtung 10 ausgehende Betriebszustandsänderung der Verbindungseinrichtung 8 in Richtung des die Wellen 4 und 6 koppelnden Betriebszustandes der Verbindungseinrichtung von der Stelleinrichtung 12 freigegeben ist.
Das Stellelement 11 wirkt mit einer mechanischen Steuereinrichtung 14 zusammen, mittels der dem Stellelement 11 bei einer von der Stellkraft bewirkten Stellbewegung des Stellelementes 11 ausgehend von der ersten Betriebsstellung in eine Zwischenbetriebsstellung eine Betriebszustandsänderung aufprägbar ist, dass das Stellelement 11 von der Rückstellkraft von der Zwischenbetriebsstellung sicher in die zweite Betriebsstellung überführbar und von der Rückstellkraft in der zweiten Betriebsstellung haltbar ist. Zusätzlich ist dem Stellelement 11 von der mechanischen Steuereinrichtung 14 bei einer von der aktorseitigen Stellkraft bewirkten Stellbewegung des Stellelementes 11 ausgehend von der zweiten Betriebsstellung in Richtung der Zwischenbetriebsstellung wiederum eine Betriebszustandsänderung aufprägbar, dass das Stellelement 11 von der Rückstellkraft sicher von der Zwischenbetriebsstellung in Richtung der ersten Betriebsstellung überführbar und in dieser haltbar ist.
Die mechanische Steuereinrichtung 14 weist hierfür im Bereich eines ersten Teils 11A des Stellelementes 11 eine in 5 näher gezeigte und wenigstens annähernd herzförmig ausgeführte Steuerkurve 15 auf, in die ein Steuerelement 16 eingreift. Die Steuerkurve 15 ist im Bereich einer dem Führungselement 17A zugewandten äußeren Mantelfläche 18 des Stellelementes 11 vorgesehen. Das Steuerelement 16 kann in einer ersten Ausführung, welche in der oberen Hälfte der 4 gezeigt ist, ortsfest am oder im Gehäuse 17 angeordnet sein. Das Steuerelement 16 kann daher beispielsweise kugelförmig und in einer Vertiefung eines das Stellelement 11 umgebenden Gehäuses 17 der Stelleinrichtung 12 angeordnet sein oder einteilig mit dem Gehäuse 17 verbunden sein. Es ist in dieser ersten Ausführung daher im montierten Zustand der Stelleinrichtung 12 nicht verschiebbar im Gehäuse 17 angeordnet. Das Steuerelement 16 verläuft während einer axialen Stellbewegung des Stellelementes 16 innerhalb des Gehäuses 17 in der Steuerkurve 15 und prägt dem Stellelement 11 durch das Zusammenspiel zwischen radialem Anteil der Steuerkurve 15 und dem Steuerelement 16 eine Drehbewegung auf. In einer zweiten Ausführung, die in der unteren Hälfte der 4 gezeigt ist, ist das Steuerelement 16 entlang einer umlaufenden Nut des Gehäuses 17 frei beweglich geführt. Dabei kann das Steuerelement 16 kugelförmig ausgeführt sein. Diese Nut verläuft insbesondere auf einer Ebene, die senkrecht zu derjenigen Achse liegt, entlang derer das Stellelement 11 bewegbar ist (siehe Doppelpfeil). Das Steuerelement 16 verläuft bei dieser Ausführung während einer axialen Stellbewegung des Stellelementes 16 ebenfalls innerhalb des Gehäuses 17 in der Steuerkurve 15. Dabei prägt es dem Stellelement 11 durch das Zusammenspiel zwischen radialem Anteil der Steuerkurve 15 und dem Steuerelement 16 allerdings keine Drehbewegung auf, sondern wird selbst innerhalb der umlaufenden Nut um das Steuerelement 11 bewegt/gedreht.
Das wenigstens annähernd bolzenförmig ausgebildete und innerhalb des zumindest abschnittsweise als hülsenförmiges Führungselement ausgeführten Gehäuses 17 angeordnete Stellelement 11 bzw. der erste Teil 11A ist gegenüber dem Gehäuse 17 bzw. dessen Führungselement 17A axial verschiebbar ausgeführt. Sofern die erste Ausführung des Steuerelements 16 vorliegt (4, obere Hälfte), ist der erste Teil 11A gegenüber dem Gehäuse 17 bzw. dessen Führungselement 17A zudem auch verdrehbar ausgeführt. Der erste Teil 11A des Stellelementes 11 ist in der vorbeschriebenen Art und Weise über das in die Steuernut 15 eingreifende Steuerelement 16 mit dem Führungselement 17A des Gehäuses 17 wirkverbunden. Eine axiale Stellbewegung des ersten Teils 11A des Stellelementes 11 wird über eine optionale in axialer Richtung zwischen dem ersten Teil 11A und einem zweiten Teil 11B des Stellelementes 11 angeordnete Drehentkopplung 19 auf den zweiten Teil 11B des Stellelementes 11 übertragen, das über Radiallager 20, 21 im Gehäuse 17 bzw. dem Führungselement 17A gelagert ist, insbesondere drehbar. Falls die Drehentkopplung 19 nicht vorgesehen ist (siehe beispielsweise 4, untere Hälfte), wird die axiale Stellbewegung des ersten Teils 11A und gegebenenfalls auch eine Drehbewegung des ersten Teils 11A direkt auf den zweiten Teil übertragen. Die beiden Teile 11A und 11B können in diesem Fall als ein gemeinsames Bauteil ausgebildet oder fest miteinander verbunden sein. Der zweite Teil 11B des Stellelementes 11 ist vorliegend zum Betätigen der Verbindungseinrichtung 8 einenends mit der Verbindungseinrichtung 8 in Wirkverbindung bringbar und er steht anderenends entweder direkt oder über die als Axiallager ausgeführte Drehentkopplung 19 mit dem ersten Teil 11A des Stellelementes 11 in Wirkverbindung.
Mittels des elektromagnetischen Aktors 13 ist die am Stellelement 11 anlegbare und jeweils in Richtung der vorgenannten Zwischenbetriebsstellung des Stellelementes 11 wirkende Stellkraft erzeugbar, während die ausgehend von der Zwischenbetriebsstellung in Richtung der ersten Betriebsstellung und in Richtung der zweiten Betriebsstellung jeweils am Stellelement 11 anliegende Rückstellkraft einer Federkraft einer am Stellelement 11 angreifenden Federeinrichtung 22 entspricht, die der Stellkraft des elektromagnetischen Aktors 13 entgegenwirkt.
Der zweite Teil 11B des Stellelementes 11 ist über ein zwischen dem weiteren Führungselement 17B und dem zweiten Teil 11B des Stellelementes 11 angeschultertes Federelement 23 der Federeinrichtung 22 in axialer Richtung gegen den ersten Teil 11A des Stellelementes 11 gedrückt (sofern vorhanden, über die Drehentkopplung 19). Zwischen dem Federelement 23 und dem zweiten Teil 11B des Stellelementes 11 ist ebenfalls ein Axiallager 24 vorgesehen ist, um auch zwischen dem Federelement 23 und dem zweiten Teil 11B des Stellelementes 11 auf konstruktiv einfache Art und Weise eine Drehentkopplung darstellen zu können.
Zusätzlich ist auf der dem Federelement 23 bzw. der Drehentkopplung 19 abgewandten Seite des ersten Teils 11A des Stellelementes 11 ein in axialer Richtung im Führungselement 17A und einem weiteren Gehäuseteil 17B des Gehäuses längsbeweglich gelagerter Anker 25 des elektromagnetischen Aktors 13 vorgesehen. Zusätzlich ist in dem weiteren Gehäuseteil 17B des Gehäuses 17 ein Stator 30 des elektromagnetischen Aktors 13 angeordnet. Zwischen dem Anker 25 und dem ersten Teil 11A des Stellelementes 11 ist ein weiteres Federelement 26 der Federeinrichtung 22 eingespannt, dessen Federkraft der Federkraft des dem zweiten Teil 11B des Stellelementes 11 zugeordneten Federelementes 23 entgegenwirkt und mit dem Federelement 23 unabhängig von der axialen Position der Teile 11A und 11B des Stellelementes 11, der Drehentkopplung 19 (sofern vorhanden) und des Ankers 25 in axialer Richtung einen dauerhaften Kontakt und eine dauerhafte Vorspannung zwischen diesen herstellt. Damit ist jederzeit gewährleistet, dass die Betätigungskette zwischen dem Anker 25 und dem zweiten Teil 11B des Stellelementes 11 eine Wirkverbindung vorliegt und eine vom Aktor 13 ausgehende Stellkraft auf das Stellelement 11 sofort mit Beginn der Bestromung des Aktors 13 übertragen wird.
Das zwischen dem ersten Teil 11A des Stellelementes 11 und dem Anker 25 eingespannte weitere Federelement 26 der Federeinrichtung 22 greift in den ersten Teil 11A des Stellelementes 11 ein. Damit ist gewährleistet, dass der Anker 25 ab Erreichen eines definierten Einfederungsbetriebszustandes des weiteren Federelementes 26 mit einer Stirnfläche 28 an einer dem Anker 25 zugewandten Stirnfläche 27 des ersten Teils 11A des Stellelementes 11 anliegt. Zusätzlich ist dadurch eine Betätigung der Verbindungseinrichtung 8 durch die Stelleinrichtung 12 unabhängig von der Federrate des weiteren Federelementes 26 durchführbar. Ist eine Stellkraft des elektromagnetischen Aktors 13 bzw. des Elektromagneten kleiner als die Federkraft des weiteren Federelementes 26, wird der Anker 25 von dem zwischen dem ersten Teil 11A des Stellelementes 11 und dem Anker 25 einspannten weiteren Federelement 26 gegen einen Anschlag 29 des Gehäuses 17 gedrückt. Dadurch wird wiederum erreicht, dass sich der Anker 25 in unbestromtem Zustand des Aktors 13 in einer definierten axialen Position befindet und eine Betätigung des Stellelementes 11 durch den elektromagnetischen Aktor 13 bzw. den Elektromagneten jeweils ausgehend von einem definierten Betriebszustand des Elektromagneten 13 erfolgt.
Nachfolgend wird die Betriebsweise der Stelleinrichtung 12 gemäß 4 mit Hilfe der Darstellung des in 5 gezeigten Bereiches des Stellelementes 11 näher erläutert.
Das Steuerelement 16 ist in 5 in einem Endbereich 15A der Steuerkurve 15 angeordnet. Ist das Steuerelement 16 in diesen Bereich der Steuerkurve 15 verschoben, befindet sich das Stellelement 11, d. h. der erste Teil 11A und der zweite Teil 11B des Stellelementes 11, in seiner ersten Betriebsstellung und wird von der Federeinrichtung 22 bzw. deren Rückstellkraft in dieser gehalten, zu der eine Betätigung der Verbindungseinrichtung 8 durch die Stelleinrichtung 12 in den zum geöffneten Betriebszustand der Kupplungsvorrichtung äquivalenten weiteren Betriebszustand unterbleibt. Wird der Elektromagnet 13 ausgehend von diesem Betriebszustand der Stelleinrichtung 12 bestromt, hebt der Anker 25 vom Anschlag 29 entgegen der Federkraft des weiteren Federelementes 26 in Richtung des ersten Teils 11A des Stellelementes 11 ab und kommt mit seiner Stirnfläche 28 an der Stirnfläche 27 des ersten Teils 11A des Stellelementes 11 zum Anliegen, wenn das weitere Federelement 26 entgegen der Federkraft des Federelementes 23 der Federeinrichtung 22 vom Anker 25 überdrückt ist. In diesem Betriebszustand der Stelleinrichtung 12 wird die Stellkraft des Elektromagneten 13 unabhängig von der Federrate des weiteren Federelementes 26 auf den zweiten Teil 11B des Stellelementes 11 übertragen (sofern vorhanden, über die Drehentkopplung 19). Während der axialen Bewegung des Ankers 25 federt auch das weitere Federelement 23 in Abhängigkeit seiner Federrate zunehmend ein. Dies führt wiederum dazu, dass auch der zweite Teil 11B des Stellelementes 11 in Bezug auf das Führungselement 17A in axialer Richtung verstellt wird und zunehmend mit seinem dem ersten Teil 11A des Stellelementes 11 abgewandten Ende aus dem Führungselement 17A vorkragt.
Während dieser axialen Stellbewegung des ersten Teils 11A des Stellelementes 11 wandert das Steuerelement 16 aus der in 5 dargestellten Position in der Steuerkurve 15 in Richtung eines Bereiches 33 der Steuerkurve 15, der zu der vorbeschriebenen Zwischenbetriebsstellung des Stellelementes 11 äquivalent ist. Durch den radialen Anteil des Verlaufs der Steuerkurve 15 wird dabei entweder eine Drehbewegung des ersten Teils 11A innerhalb des Gehäuses 17 bewirkt, sofern das Steuerelement 16 ortsfest an dem Gehäuse 17 angeordnet ist (Ausführung gemäß 4, oben), oder es wird eine Drehung des Steuerelements 16 entlang der umlaufenden Nut des Gehäuses 17 bewirkt, sofern dieses innerhalb einer umlaufenden Nut beweglich vorgesehen ist (Ausführung gemäß 4, unten). Wird in dieser Lage des Steuerelementes 16 die Bestromung des Elektromagneten 13 abgeschaltet, liegt am Stellelement 11 nur noch die von der Federeinrichtung 22 ausgehende Rückstellkraft an, die das Stellelement 11 wiederum in Richtung des Ankers 25 verstellt. Das Steuerelement 16 wird dann gemeinsam mit dem Stellelement 11 von der Rückstellkraft der Federeinrichtung 22 ausgehend vom Bereich 33 in der Steuerkurve 15 in einen weiteren Bereich 32 der Steuerkurve 15 geführt und dort von der Rückstellkraft in der damit korrespondierenden axialen Position gehalten, die zu der zweiten Betriebsstellung des Stellelementes 11 äquivalent ist. Aufgrund der Ausgestaltung der Steuerkurve 15 wird das Steuerelement 16 und damit das Stellelement 11 bei im weiteren Bereich 32 der Steuerkurve 15 angeordnetem Steuerelement 16 dauerhaft von der am Stellelement 11 angreifenden Federkraft der Federeinrichtung 22 und somit einer von der vom Aktor 13 am Stellelement 11 anlegbaren Stellkraft unabhängigen Haltekraft in der zweiten Betriebsstellung gehalten.
Erst wenn der Elektromagnet 13 ausgehend vom letztbeschriebenen Betriebszustand der Stelleinrichtung 12 wieder bestromt wird, wird das Stellelement 11 in axialer Richtung entgegen der Federkraft der Federeinrichtung 22 verstellt und das Steuerelement 16 ausgehend vom weiteren Bereich 32 der Steuerkurve 15 in Richtung eines zusätzlichen Bereiches 31 der Steuerkurve 15 geführt, der wiederum im Wesentlichen einer Zwischenbetriebsstellung des Stellelementes 11 entspricht. Wird die Bestromung des Elektromagneten 13 bei im zusätzlichen Bereich 33 der Steuerkurve angeordnetem Steuerelement 16 wiederum abgeschaltet, wird das Steuerelement 16 gemeinsam mit dem Stellelement 11 von der Federeinrichtung 22 ausgehend vom zusätzlichen Bereich 31 der Steuerkurve 15 in dieser direkt zurück in den Endbereich 15A der Steuerkurve 15 überführt, in dem das Steuerelement 16 in 5 dargestellt ist. Das Stellelement 11 befindet sich dann wieder in seiner ersten Betriebsstellung und wird dort von der Federeinrichtung 22 dauerhaft gehalten.
Über die vorbeschriebene Wirkungsweise der Stelleinrichtung 12 ist das Stellelement 11 ohne eine vom Aktor 13 aktiv zur Verfügung gestellte Stellkraft sowohl in der ersten Betriebsstellung als auch in der zweiten Betriebsstellung über das Steuerelement 16 und die damit zusammenwirkende Steuernut 15 in Verbindung mit der Federeinrichtung 22 ohne Energieaufwand sicher gehalten. Lediglich zum Überführen des Stellelementes 11 ausgehend von der ersten Betriebsstellung in Richtung der zweiten Betriebsstellung oder ausgehend von der zweiten Betriebsstellung in Richtung der ersten Betriebsstellung ist jeweils über den Elektromagneten 13 kurzfristig eine der Federkraft der Federeinrichtung 22 entgegenwirkende Stellkraft am Stellelement 11 anzulegen. Sobald die Zwischenbetriebsstellung des Stellelementes 11 vorliegt, ist die Bestromung des Elektromagneten 13 abschaltbar, um das Stellelement 11 alleine über die Federeinrichtung 22 entweder in die erste Betriebsstellung oder in die zweite Betriebsstellung zu überführen, je nachdem ob das Stellelement 11 zuvor vom Aktor 13 aus der ersten Betriebsstellung oder aus der zweiten Betriebsstellung herausgeführt wurde.
Die Kupplungsvorrichtung 7 ist im Bereich der Stelleinrichtung 12 mit einer konstruktiv einfachen und kostengünstigen rein mechanisch realisierten Bistabilität ausgeführt. Hierfür wirkt der elektromagnetische Aktor 13 mit einem mechanisch bistabilen Element zusammen. Im Bereich der Stelleinrichtung 12 ist das als sogenanntes Push-Push-Element ausgeführte Stellelement 11 im Sinne eines Kugelschreiberprinzips betätigbar und jeweils in eine definierte Endlage überführbar. Der elektromagnetische Aktor 13 ist lediglich für den Stellungs- bzw. Positionswechsel des Stellelementes 11 vorgesehen bzw. verantwortlich. Die Rückstellung des Stellelementes 11 in die Anfangsstellung und das Halten in dieser Stellung erfolgt vorliegend über die Federeinrichtung 22 oder über anderweitig an Stellelement 11 anlegbare äußere Kräfte.
Die beschriebene Trennung des elektromagnetischen Aktors 13 bzw. der Aktorbaugruppe der Stelleinrichtung 12 und der sogenannten Push-Push-Element-Baugruppe erleichtert eine Komponentenfertigung, verbessert eine Montagesicherheit und erfordert im Servicefall lediglich den Austausch einer zu ersetzenden fehlerhaften Unterbaugruppe. Es sei angemerkt, dass statt der in den Figuren dargestellten besonders bevorzugten Push-Push-Element-Baugruppe auch eine anders ausgeführte Push-Push-Element-Baugruppe einsetzbar ist. Derartige Push-Push-Element-Baugruppen werden auch als mechanische T-Flipflops bezeichnet.
Alternativ zu der vorbeschriebenen Herzkurvenmechanik, über die das Stellelement bzw. der erste Teil 11A des Stellelementes 11 während einer Betätigung in Bezug auf das Gehäuse 11 verdreht wird, besteht auch die Möglichkeit, eine sogenannte Keilelementlösung vorzusehen, um das Stellelement 11 in der vorbeschriebenen Art und Weise ohne permanent darzustellende Haltekraft in der ersten Betriebsstellung und in der zweiten Betriebsstellung halten zu können und zwischen diesen beiden Betriebsstellungen durch eine kurzfristig zu erzeugende Stellkraft überführen zu können. Eine mögliche Ausführung einer solchen Keilelementlösung kann beispielsweise äquivalent zu einer Kugelschreiberbetätigungsmechanik ausgeführt sein.
Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, den Anker des elektromagnetischen Aktors fest mit dem Stellelement zu verbinden. Der Anker wird dann nicht in der vorbeschriebenen Art und Weise in unbestromtem Zustand des Aktors vollständig an den Anschlag 29 des Gehäuses 17 zurückgeführt, sondern verbleibt in einer zu der zweiten Betriebsstellung des Stellelementes äquivalenten axialen Halbstellung. Dies folgt daraus, dass das Stellelement in der zweiten Betriebsstellung in seiner gegenüber dem Gehäuse der Stelleinrichtung ausgefahrenen Position vorliegt. Der Anker wird bei einer erneuten Bestromung des elektromagnetischen Aktors aus dieser Zwischenstellung bzw. Halbstellung heraus angefahren.
Die Federelemente 23 und 26 der Federeinrichtung 22 sind in der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Kupplungsvorrichtung 1 jeweils als Druckfedern ausgebildet und als Schraubenfederelemente ausgeführt. Alternativ hierzu können die Federelemente der Federeinrichtung auch Zugfedern sein. Des Weiteren besteht in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles auch die Möglichkeit, anstatt Schraubenfederelemente Tellerfederelemente oder andere geeignete Ausführungen von Federelementen, wie aus Elastomeren oder dergleichen hergestellte federnde Elemente, zu verwenden, um die vorbeschriebene Wirkungsweise der Stelleinrichtung darstellen zu können.
Bezugszeichenliste

1: Getriebe
2: Welle
3: Kegelradverzahnung
4: zweite Welle
5: Kegelrad
6: dritte Welle
7: Kupplungsvorrichtung
8: Verbindungseinrichtung, Schiebemuffe
9: Drehachse
10: Federeinrichtung
11: Stellelement
11A: erster Teil des Stellelementes
11B: zweiter Teil des Stellelementes
12: Stelleinrichtung
13: elektromagnetischer Aktor
14: mechanische Steuereinrichtung
15: Steuerkurve
15A: Endbereich der Steuerkurve
16: Steuerelement
17: Gehäuse
17A: Führungselement
17B: weiteres Gehäuseteil
18: äußere Mantelfläche des Stellelementes
19: Drehentkopplung
20, 21: Radiallager
22: Federeinrichtung
23: Federelement
24: Axiallager
25: Anker
26: weiteres Federelement
27: Stirnfläche des ersten Teils des Stellelementes
28: Stirnfläche des Ankers
29: Anschlag des Gehäuses
30: Stator des elektromagnetischen Aktors
31: Bereich der Steuerkurve
32: weiterer Bereich der Steuerkurve
33: zusätzlicher Bereich der Steuerkurve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011085839 [0002, 0041]

Claims

Kupplungsvorrichtung (7), insbesondere eines Getriebes (1) eines Fahrzeugantriebsstranges, mit zwei Kupplungshälften (4, 6), die über eine Verbindungseinrichtung (8) miteinander verbindbar sind, wobei die Verbindungseinrichtung (8) über ein Stellelement (11) einer Stelleinrichtung (12) aus einem ersten Betriebszustand, zu dem die Kupplungshälften (4, 6) miteinander verbunden sind, in einen zweiten Betriebszustand, zu dem die Kupplungshälften (4, 6) voneinander entkoppelt sind, überführbar ist, und wobei das Stellelement (11) über eine von einem Aktor (13) <anlegbare Stellkraft entgegen einer Rückstellkraft aus einer ersten Betriebsstellung, zu der eine Betätigung der Verbindungseinrichtung (8) durch die Stelleinrichtung (12) in Richtung des zweiten Betriebszustandes unterbleibt, in Richtung einer zweiten Betriebsstellung verstellbar ist und in der zweiten Betriebsstellung entgegen der Rückstellkraft haltbar ist, zu der die Verbindungseinrichtung von der Stelleinrichtung in den die Kupplungshälften entkoppelten zweiten Betriebszustand überführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (11) mit einer mechanischen Steuereinrichtung (14) zusammenwirkt, mittels der dem Stellelement (11) bei einer von der Stellkraft bewirkten Stellbewegung des Stellelementes (11) ausgehend von der ersten Betriebsstellung in eine Zwischenbetriebsstellung eine Betriebszustandsänderung aufprägbar ist, dass das Stellelement von der Rückstellkraft von der Zwischenbetriebsstellung in die zweite Betriebsstellung überführbar und von der Rückstellkraft in dieser haltbar ist, während dem Stellelement (11) bei einer von der Stellkraft bewirkten Stellbewegung des Stellelementes (11) ausgehend von der zweiten Betriebsstellung in Richtung der Zwischenbetriebsstellung von der Steuereinrichtung (12) wiederum eine Betriebszustandsänderung aufprägbar ist, dass das Stellelement (11) von der Rückstellkraft von der Zwischenbetriebsstellung in Richtung der ersten Betriebsstellung überführbar und in dieser haltbar ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Steuereinrichtung (14) im Bereich des Stellelementes (11) oder eines hiermit zusammenwirkenden weiteren Bauteiles (17) eine Steuerkurve (15) aufweist, in die ein mit dem weiteren Bauteil (17) oder dem Stellelement (11) wirkverbundenes Steuerelement (16) eingreift, wobei das Steuerelement (16) während einer Stellbewegung des Stellelementes (11) in der Steuerkurve (15) verläuft und dem Stellelement (11) oder dem Steuerelement (16) von der Steuerkurve (15) eine Drehbewegung aufgeprägt wird.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (11) wenigstens bereichsweise wenigstens annähernd bolzenförmig ausgebildet und zumindest teilweise innerhalb des zumindest abschnittsweise als hülsenförmiges Führungselement (17A) ausgeführten weiteren Bauteiles (17) angeordnet ist, wobei das Stellelement (11) gegenüber dem Führungselement (17A) axial verschiebbar und verdrehbar ausgeführt ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkurve (15) im Bereich einer dem Führungselement (17A) zugewandten äußeren Mantelfläche (18) des Stellelementes (11) oder im Bereich einer dem Stellelement zugewandten inneren Mantelfläche des Führungselementes vorgesehen ist.
Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (16) ein bereichsweise in eine Vertiefung des Stellelementes (11) oder des weiteren Bauteiles (17) und in die Steuerkurve (15) eingreifendes Kugelelement ist.
Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkurve (15) zumindest bereichsweise einen herzförmigen Verlauf aufweist.
Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (11) zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein erster Teil (11A) des Stellelementes (11) über das Steuerelement (16) mit dem Führungselement (17A) in Wirkverbindung steht und eine axiale Stellbewegung des ersten Teils (11A) des Stellelementes (11) über eine in axialer Richtung zwischen den beiden Teilen (11A, 11B) des Stellelementes (11) angeordnete Drehentkopplung (19) auf den zweiten Teil des Stellelementes (11) übertragbar ist, das über Radiallager (20, 21) im Führungselement (17A) gelagert ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (11B) des Stellelementes (11) einenends mit der Verbindungseinrichtung (8) in Wirkverbindung bringbar ist und anderenends über die Drehentkopplung (19) mit dem ersten Teil (11A) des Stellelementes (11) gekoppelt ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehentkopplung (19) als Axiallager ausgebildet ist.
Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (12) einen elektromagnetischen Aktor (13) aufweist, in dessen Bereich die am Stellelement (11) anlegbare und jeweils in Richtung der Zwischenbetriebsstellung wirkende Stellkraft erzeugbar ist, während die ausgehend von der Zwischenbetriebsstellung in Richtung der ersten Betriebsstellung und in Richtung der zweiten Betriebsstellung am Stellelement (11) anliegende Rückstellkraft einer Federkraft einer am Stellelement (11) angreifenden Federeinrichtung (22) entspricht, die der Stellkraft des elektromagnetischen Aktors (13) entgegenwirkt.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (11B) des Stellelementes (11) über ein zwischen dem Führungselement (17A) und dem zweiten Teil (11B) des Stellelementes (11) angeschultertes Federelement (23) der Federeinrichtung (22) in axialer Richtung gegen den ersten Teil (11A) des Stellelementes (11) gedrückt ist, wobei zwischen dem Federelement (23) und dem zweiten Teil (11B) des Stellelementes (11) ein Axiallager (24) vorgesehen ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Federelement (23) abgewandten Seite des ersten Teiles (11A) des Stellelementes (11) ein ebenfalls in axialer Richtung im Führungselement (17A) längsbeweglich gelagerter Anker (25) des elektromagnetischen Aktors (13) vorgesehen ist, wobei in axialer Richtung zwischen dem Anker (25) und dem ersten Teil (11A) des Stellelementes (11) ein weiteres Federelement (26) der Federeinrichtung (22) eingespannt ist, das der Federkraft des dem zweiten Teil (11B) des Stellelementes (11) zugeordneten Federelementes (23) entgegenwirkt und mit dem Federelement (23) unabhängig von der axialen Position der Teile (11A, 11B) des Stellelementes (11) und des Ankers (25) in axialer Richtung eine dauerhafte Vorspannung zwischen diesen herstellt.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen dem ersten Teil (11A) des Stellelementes (11) und dem Anker (25) eingespannte weitere Federelement (26) der Federeinrichtung (22) in den ersten Teil (11A) des Stellelementes (11) eingreift und der Anker (25) ab Erreichen eines definierten Einfederungsbetriebszustandes des weiteren Federelementes (26) mit einer Stirnfläche (28) an einer dem Anker (25) zugewandten Stirnfläche (27) des ersten Teils (11A) des Stellelementes (11) anliegt.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (25) von dem zwischen dem ersten Teil (11A) des Stellelementes (11) und dem Anker (25) eingespannten weiteren Federelement (26) gegen einen Anschlag (29) gedrückt ist, wenn eine Stellkraft des elektromagnetischen Aktors (13) kleiner als die Federkraft des weiteren Federelementes (26) ist.
Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Bauteil (17) wenigstens zweiteilig ausgeführt ist, wobei ein erster Teil dem Führungselement (17A) entspricht, während in einem zweiten mit dem Führungselement (17A) verbundenen Gehäuseteil (17B) des Bauteiles (17) ein Stator (30) des elektromagnetischen Aktors (13) angeordnet ist, das gemeinsam mit dem Führungselement (17A) ein Gehäuse der Stelleinrichtung (12) ausbildet.