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Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung zum schaltbar drehmomentübertragenden Koppeln eines Eingangsbauteils mit einem Ausgangsbauteil, mit einer Kupplung, insbesondere einer formschlüssigen Kupplung, wie einer Klauenkupplung, die ausgelegt ist, um das Eingangsbauteil und das Ausgangsbauteil in einer offenen Stellung drehmomentübertragend zu trennen und in einer geschlossenen Stellung drehmomentübertragend zu verbinden, und einer Betätigungseinrichtung, die zum Verstellen der Kupplung zwischen ihrer offenen Stellung und ihrer geschlossenen Stellung zwischen einer Grundstellung und einer Schaltstellung verlagerbar ist.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Kupplungseinrichtungen bekannt, die eingesetzt werden, um zwei Wellen drehmomentübertragend miteinander zu verbinden oder zu trennen. Insbesondere kommen solche Kupplungseinrichtungen bei Antrieben von, insbesondere elektromotorisch betriebenen, Kraftfahrzeugen zum Einsatz, bei denen zwei Antriebsachsen vorhanden sind, aber zumindest temporär nur eine Antriebsachse zum Antrieb genutzt wird und zur Reibungsreduzierung die nicht zum Antrieb genutzte weitere Antriebsachse mittels der Kupplungseinrichtung vom Antriebsstrang abgekoppelt wird.
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Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass bisherige Kupplungseinrichtungen mittels einer Betätigungseinrichtung mit einem Aktorantrieb betätigt werden, der eine hohe Dynamik aufweisen muss, um ein schnelles Verbinden und Trennen ermöglichen zu können. Solche Aktorantriebe sind jedoch in der Regel kostensowie bauraumintensiv.
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Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll eine Kupplungseinrichtung mit einer Betätigungseinrichtung bereitgestellt werden, bei der ein kostengünstiger und kompakter Aktorantrieb mit geringen Dynamikanforderungen verwendet werden kann, ohne dass sich negative Auswirkungen auf die Systemperformance ergeben oder Fail-Safe-Anforderungen, wie das Verbleiben der Betätigungseinrichtung in einer Zwischenstellung zwischen zwei Schaltzuständen bei Ausfall des Aktorantriebs, nicht erfüllt werden können.
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Die Aufgabe wird durch eine Kupplungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Insbesondere wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Betätigungseinrichtung eine zwischen der Grundstellung und der Schaltstellung befindliche Zwischenstellung aufweist, wobei die Betätigungseinrichtung so ausgebildet ist, dass die Betätigungseinrichtung in der Zwischenstellung vorgespannt ist. Das heißt, dass die Vorspannung in Schaltrichtung der Betätigungseinrichtung auf die Betätigungseinrichtung wirkt. Dies hat den Vorteil, dass die Vorspannung die Dynamik der Verstellung unterstützt, so dass für eine ausreichend schnelle Verstellung auch ein Aktorantrieb mit geringer Dynamik verwendet werden kann. Dadurch, dass die Betätigungseinrichtung vor dem eigentlichen Schalten/Schaltbefehl in die Schaltrichtung vorgespannt wird, wird das Auslösen/Ausführen des eigentlichen Schaltens/Schaltbefehls beschleunigt. Dabei kann der vorgelagerte Vorspannvorgang, nämlich das Verstellen in die Zwischenstellung, ohne zeitliche Beschränkung, also auch langsam, erfolgen.
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Gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Betätigungseinrichtung ein erstes Aktorelement zum Verlagern der Betätigungseinrichtung in eine erste Schaltrichtung, ein zweites Aktorelement zum Verlagern der Betätigungseinrichtung in eine zweite Schaltrichtung sowie eine Federeinrichtung au. Die Federeinrichtung drückt im vorgespannten Zustand das erste Aktorelement in die erste Schaltrichtung und/oder das zweite Aktorelement in die zweite Schaltrichtung. Somit verstärkt die Federeinrichtung jeweils die Kraft der beiden Aktorelemente, welche die Verlagerung der Betätigungseinrichtung hervorruft.
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Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform kann die Federeinrichtung eine zwischen dem ersten Aktorelement und dem zweiten Aktorelement wirkende (Drück-)Feder sein. Insbesondere kann die Feder axial zwischen den beiden Aktorelementen angeordnet sein. Das heißt, dass die Feder doppelseitig/symmetrisch genutzt wird, so dass nur eine einzige Feder für die Erzeugung der Vorspannung erforderlich ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann Betätigungseinrichtung eine durch die beiden Aktorelemente axial verschiebbare Schaltgabel und eine Rastierung aufweisen. Dabei kann die Rastierung ausgebildet sein, um die Schaltgabel in ihrer axialen Endpositionen zu verrasten. Insbesondere entsprechen die axialen Endpositionen der Schaltgabel den Stellungen der Kupplung, d.h. einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung. Das heißt, dass sich die Position der Schaltgabel an sich durch das Erzeugen der Vorspannung nicht verändert, so dass die Schaltgabel und damit die Kupplung nicht in eine (undefinierte) Zwischenposition versetzt wird, wenn sich die Betätigungseinrichtung in ihrer Zwischenstellung befindet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Betätigungseinrichtung eine motorisch verstellbare Schaltkontur aufweisen, entlang deren Kontur das erste Aktorelement und das zweite Aktorelement in die erste Schaltrichtung und/oder in die zweite Schaltrichtung geführt werden. Vorzugsweise sind die beiden Aktorelemente ausgebildet, um der Kontur der Schaltkontur zu folgen (d.h. sogenannte Konturfolger), so dass die Position der Aktorelemente durch die Ausbildung und Verstellung der Schaltkontur bestimmt werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform kann die Schaltkontur so ausgebildet sein, dass das erste Aktorelement und das zweite Aktorelement jeweils zwischen einer ausgelenkten Position und einer nicht-ausgelenkten Position verlagerbar sind. Insbesondere kann die Betätigungseinrichtung so ausgebildet sein, dass die Federeinrichtung vorgespannt (bzw. maximal vorgespannt) ist, wenn sich sowohl das erste Aktorelement als auch das zweite Aktorelement in der ausgelenkten Position befinden. Vorzugsweise kann die Betätigungseinrichtung so ausgebildet sein, dass die Federeinrichtung entspannt (bzw. minimal vorgespannt) ist, wenn sich eines der beiden Aktorelemente in der ausgelenkten Position und eines der beiden Aktorelemente in der nicht-ausgelenkten Position befindet. Das heißt, dass die Ausbildung und die Verstellung der Schaltkontur festlegen, ob die Federeinrichtung vorgespannt ist oder nicht.
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Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform kann die Schaltkontur als ein Kreisring ausgestaltet sein, der zur Verlagerung der Betätigungseinrichtung verdrehbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die Schaltkontur unbeschränkt in eine Richtung verdreht werden kann, um wiederholt zwischen der Grundstellung (über die Zwischenstellung) in die Schaltstellung und wieder (über die Zwischenstellung) in die Grundstellung, usw. hin und her zuschalten.
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Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform kann die Betätigungseinrichtung einen Aktorantrieb zum Verstellen der Schaltkontur aufweisen, wobei der Aktorantrieb selbsthemmend ausgelegt ist. Durch die selbsthemmende Auslegung kann der Aktorantrieb kostengünstig ausgebildet werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform können der Aktorantrieb und die Schaltkontur über eine Getriebestufe zum Verstellen der Schaltkontur miteinander verbunden sein. Dies hat den Vorteil, dass der durch die Selbsthemmung entstehende geringe Übertragungswirkungsgrad ausgeglichen werden kann.
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Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine Abkoppeleinheit für angetriebene Räder eines Kraftfahrzeugs, die zur Reibungsminimierung in (Allrad-) Antrieben von Kraftfahrzeugen, insbesondere bei E-Fahrzeuge, eingesetzt werden kann. Insbesondere, wenn bei einem Fahrzeug mit zwei von mindestens je einem Motor angetriebenen Achsen nur eine der beiden Achsen zum Fahrzeugantrieb genutzt wird, entstehen Reibungsverluste, wenn die weitere Achse inklusive Antriebswellen und gegebenenfalls Motor durch die Räder mitgeschleppt werden. Um die Reibungsverluste zu reduzieren, insbesondere zu eliminieren, kann eine erfindungsgemäße Abkoppeleinheit/Kupplungseinheit eingesetzt werden. Die Abkoppeleinheit kann insbesondere eine formschlüssige Kupplung wie eine Klauenkupplung sein, das diese im Gegensatz zu vielen Reibkupplungen vollständig gelüftet werden kann. Die Betätigung der Klauenkupplung, d.h. ein Öffnen und Schließen, erfolgt mittels einer Feder, die vorzugsweise vor Erteilung des Schaltbefehls vom Aktorantrieb vorgespannt wird, um die Schaltdynamik zu maximieren, ohne dass ein Aktorantrieb mit hohen Dynamikanforderungen verwendet werden muss. Somit ist kein „schneller Antrieb“ erforderlich, da erfindungsgemäß ein gegebenenfalls langsames Vorspannen vor dem Schaltbefehl und ein Auslösen ab dem Schaltbefehl möglich ist. Vorzugsweise sind dazu die beiden Enden einer Feder, insbesondere Druckfeder, jeweils mit einem Konturfolger/Aktorelement verbunden. Beide Konturfolger folgen durch die Vorspannung der Feder jeweils auf einer Seite einer Schaltkontur, welche vorzugsweise durch einen Aktormotor/Antriebsmotor, z.B. mittels einer Stirnradstufe, in genau einer Richtung vorgeschoben werden kann. Hierzu ist die Schaltkontur vorzugsweise als Kreisring gestaltet, so dass diese unbeschränkt in eine Richtung verdreht werden kann. Außen an die Konturfolger greift beidseitig eine Schaltgabel, welche zum Verschieben z.B. einer Schaltmuffe dient. Die Schaltmuffe verfügt vorzugsweise über eine beidseitige Endlagenrastierung, so dass diese nicht aufgrund von Vibrationen etc. ohne aktive Federeinwirkung (ungewollt) verschoben werden kann. Weiterhin wird das NVH-Verhalten (Noise, Vibration, Harshness-Verhalten) dadurch verbessert. In einer Grundstellung befindet sich ein erster Konturfolger in einer ausgelenkten Position und ein zweiter Konturfolger in einer nicht-ausgelenkten Position, also in Lücke der (Schalt-)Kontur. Somit ist die Feder minimal vorgespannt und die Schaltgabel liegt beidseitig an den Konturfolgern an. Wird nun die Kontur mittels Aktorantrieb verstellt/vorgeschoben, insbesondere verdreht, so verbleibt der erste Konturfolger in einer ausgelenkten Position, der zweite Konturfolger wird mittels Rampe auf der Kontur ebenfalls in ein ausgelenkte Position verfahren, so dass die Feder maximal vorgespannt wird, aber die Schaltgabel aufgrund ihrer Rastierung in ihrer Position verbleibt, bis der Schaltbefehl erteilt wird. Erfolgt der Schaltbefehl, so wird die Kontur weiter verstellt/vorgeschoben, insbesondere verdreht, so dass der zweite Konturfolger in der ausgelenkten Position verbleibt, der erste Konturfolger jedoch aufgrund der vorgespannten Feder in die Lücke der Kontur gedrückt wird und somit die Schaltgabel bewegt bzw. mit Federkraft beaufschlagt. In einem Fall, in dem die Schaltmuffe auf Zähne der Klauenverzahnung trifft, so dass sie nicht verschoben werden kann, so verbleibt die Kraft der Feder auf der Schaltgabel. Sobald die Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgelöst wird, kann die Schaltmuffe von der Feder verschoben werden, ohne dass in der Zwischenzeit der Aktorantrieb bestromt bleiben muss. Vorteilhafterweise ist durch die doppelseitige (symmetrische) Nutzung der Feder/Betätigungsfeder nur genau eine Feder für das Schalten in beide Schaltrichtungen erforderlich. Zudem kann der Aktorantrieb selbsthemmend ausgelegt sein. Trotzdem kann die Schaltmuffe bei Stromausfall nicht in einer zwischen der Grundposition und Schaltposition befindlichen (Axial-)Position stehen bleiben, da in der Zwischenstellung nur ein Vorspannen der Feder, zunächst ohne Verschiebung der Schaltmuffe, erfolgt. Durch die geringe Dynamikanforderung des Aktorantriebs und der Möglichkeit den Antrieb selbsthemmend auslegen zu können, ist ein sehr kostengünstiger und kompakter Aktorantrieb möglich, ohne dass die Systemperformance verschlechtert oder Fail-Safe-Anforderungen, nicht erfüllt werden, da lediglich eine Umschaltfrequenz von der Schnelligkeit des Aktorantriebs abhängt. Ferner kann die Betätigungseinrichtung vorzugsweise ohne Wälzlagerungen auskommen (Selbsthemmung erlaubt), da der dadurch entstehende geringere Übertragungswirkungsgrad durch eine entsprechend mögliche größere Antriebsübersetzung ausgeglichen werden kann, wodurch Kosten und Bauraum eingespart werden können. Besonders bevorzugt ist es, dass die erfindungsgemäße Abkoppeleinheit aufgrund ihrer Kompaktheit und Robustheit am Antriebsrad (anstatt am Getriebe/Differential) positioniert werden kann. Zudem kann die Abkoppeleinheit zum Abkoppeln einer Seitenwelle oder einer gesamten Achse (Antriebswelle) verwendet werden. Zur Verdrehung der Kontur kann z.B. ein Elektromotor vorzugsweise mit einer (selbsthemmenden) Getriebestufe zum Einsatz kommen.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Kupplungseinrichtung,
- 2a bis 2f schematische Darstellungen der Kupplungseinrichtung in unterschiedlichen Stellungen,
- 3 eine perspektivische Schnittdarstellung einer Betätigungseinrichtung der Kupplungseinrichtung, und
- 4 eine perspektivische Darstellung der Betätigungseinrichtung.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kupplungseinrichtung 1.
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Die Kupplungseinrichtung 1 dient zum schaltbar drehmomentübertragenden Koppeln eines Eingangsbauteils mit einem Ausgangsbauteil. Die Kupplungseinrichtung 1 weist eine Kupplung 2 auf. Die Kupplung 2 ist ausgelegt, um das Eingangsbauteil und das Ausgangsbauteil in einer offenen Stellung drehmomentübertragend zu trennen und in einer geschlossenen Stellung drehmomentübertragend zu verbinden. Die Kupplung 2 kann vorzugsweise als eine formschlüssige Kupplung ausgebildet sein. In der dargestellten Ausführungsform ist die Kupplung 2 als eine Klauenkupplung ausgebildet, deren einer Bestandteil/eine Klauenverzahnung mit dem Eingangsbauteil und deren anderer Bestandteil/andere Klauenverzahnung mit dem Ausgangsbauteil verbunden ist.
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Die Kupplungseinrichtung 1 weist Betätigungseinrichtung 3 zum Verstellen der Kupplung 2 zwischen ihrer offenen Stellung und ihrer geschlossenen Stellung auf. Dazu ist die Betätigungseinrichtung 3 zwischen einer Grundstellung und einer Schaltstellung verlagerbar. Wenn sich die Betätigungseinrichtung 3 in der Grundstellung befindet, ist die Kupplung 2 in ihrer offenen Stellung. Wenn sich die Betätigungseinrichtung 3 in der Schaltstellung befindet, ist die Kupplung 2 in ihrer geschlossenen Stellung.
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Zudem hat die Betätigungseinrichtung 3 eine Zwischenstellung, die zwischen der Grundstellung und der Schaltstellung liegt. Das heißt, dass die Betätigungseinrichtung 3 zur Verlagerung von der Grundstellung in die Schaltstellung bzw. umgekehrt zur Verlagerung von der Schaltstellung in die Grundstellung in die Zwischenstellung und von dort aus in die Schaltstellung bzw. Grundstellung bewegt wird.
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Erfindungsgemäß ist die Betätigungseinrichtung 3 so ausgebildet, dass sie in der Zwischenstellung in Richtung der Schaltstellung und/oder der Grundstellung vorgespannt ist. Das heißt, dass die Vorspannung in Schaltrichtung der Betätigungseinrichtung 3 auf die Betätigungseinrichtung 3 wirkt.
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Insbesondere besitzt die Betätigungseinrichtung 3 eine (axial) verschiebliche Schaltgabel 4 sowie ein erstes Aktorelement 5, das zum (axialen) Verschieben der Schaltgabel 4 in eine erste Schaltrichtung, hier in eine erste Axialrichtung (in 1 nach rechts), und damit zum Verstellen der Betätigungseinrichtung 3 in die Schaltstellung dient, und ein zweites Aktorelement 6, das zum axialen Verschieben der Schaltgabel 4 in eine zweite Schaltrichtung, hier in eine zweite Axialrichtung (in 1 nach links), und damit zum Verstellen der Betätigungseinrichtung 3 in die Grundstellung dient. Das heißt, dass die erste und zweite Schaltrichtungen entgegengesetzte Richtungen sind.
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Zudem weist die Betätigungseinrichtung 3 eine Federeinrichtung, hier in Form einer (einzigen) Feder 7, auf, die in der jeweiligen Schaltrichtung zwischen den beiden Aktorelementen 5, 6 wirkt. Die Feder 7 ist insbesondere axial zwischen den beiden Aktorelementen 5, 6 angeordnet. Die Feder 7 ist so angeordnet, dass sie in ihrem komprimierten Zustand eine Federkraft auf das erste Aktorelement 5 aufbringt, welche in Richtung der ersten Axialrichtung wirkt, sowie auf das zweite Aktorelement 6 aufbringt, welche in Richtung der zweiten Axialrichtung wirkt. Das heißt, dass die Federkraft jeweils in die entsprechende Verschieberichtung wirkt. Somit liegt die Feder 7 an einer Federanlagefläche des jeweiligen Aktorelements 5, 6 an, die einer Schaltgabelkontaktfläche des jeweiligen Aktorelements 5, 6 axial gegenüberliegt. In der Zwischenstellung der Betätigungseinrichtung 3 ist die Feder 7 komprimiert. Die Betätigungseinrichtung 3 weist eine axialfest mit der Schaltgabel 7 verbundene Schaltmuffe 8 auf, welche in Abhängigkeit ihrer Axialposition einen drehfesten Eingriff zwischen den beiden Bestandteilen der Klauenkupplung herstellt oder löst.
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Die Betätigungseinrichtung 3 weist eine Rastierung 9 auf. Die Rastierung 9 weist einen Rastkörper 10 auf, der axialfest mit der Schaltgabel 4 bzw. der Schaltmuffe 8 verbunden ist. Zudem weist die Rastierung 9 eine erste Rastnut 11 und eine zweite Rastnut 12 auf, wobei der Rastkörper 10 mit der ersten Rastnut 11 in Eingriff bringbar ist, wenn die Betätigungseinrichtung 3 in der Grundstellung ist, und mit der zweiten Rastnut 12 in Eingriff bringbar ist, wenn die Betätigungseinrichtung 3 in der Schaltstellung ist. Die Rastierung 9 weist eine Rastfeder 13 auf, die eine Vorspannung auf den Rastkörper 10 in Richtung der ersten Rastnut 11 bzw. der zweiten Rastnut 12 aufbringt, so dass die Vorspannung zur Verschiebung der Schaltgabel 4 überwunden werden muss. Somit hält die Rastierung 9 die Schaltgabel 4 in der Grundstellung bzw. Schaltstellung, bis die Kraft in Verschieberichtung größer als die durch die Rastfeder 13 der Verschiebung entgegenwirkende Kraft ist.
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Die Betätigungseinrichtung weist eine Schaltkontur 14 auf. Die Schaltkontur 14 dient zum Verlagern der beiden Aktorelemente 5, 6. Die beiden Aktorelemente 5, 6 liegen jeweils auf gegenüberliegenden Seiten, insbesondere axial außenseitig, an der Schaltkontur 14 an.
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Die Schaltkontur 14 weist auf der Seite des ersten Aktorelements 5 eine erste Außenfläche 15, eine in Verstellrichtung der Schaltkontur 14 (in 1 nach unten) an die erste Außenfläche 15 angrenzende erste Lücke 16 sowie eine in Verstellrichtung an die erste Lücke 16 angrenzende erste Rampe 17, an die wiederum in Verstellrichtung die erste Außenfläche 15 angrenzt, auf. Die erste Lücke 16 ist axial versetzt zur ersten Außenfläche 15 angeordnet. Die erste Rampe 17 verbindet den axialen Versatz zwischen der ersten Lücke 16 und der ersten Außenfläche 15 über eine Schrägfläche. Wenn das erste Aktorelement 5 an der ersten Außenfläche 15 anliegt, befindet es sich in einer ausgelenkten Position. Wenn das erste Aktorelement 5 an der ersten Lücke 16 anliegt, befindet es sich in einer nicht-ausgelenkten Position. Somit wird das erste Aktorelement 5 durch die Verstellung der Schaltkontur 14 in Verstellrichtung zwischen der ausgelenkten Position und der nicht-ausgelenkten Position verschoben. Durch die Verschiebung des ersten Aktorelements 5 aus der ausgelenkten Position in die nicht-ausgelenkte Position wird die Schaltgabel 4 axial verschoben und die Betätigungseinrichtung 3 aus der Grundstellung in die Schaltstellung verstellt.
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Die Schaltkontur 14 weist auf der Seite des zweiten Aktorelements 6 eine zweite Außenfläche 18, eine in Verstellrichtung der Schaltkontur 14 (in 1 nach unten) an die zweite Außenfläche 18 angrenzende zweite Lücke 19 sowie eine in Verstellrichtung an die zweite Lücke 19 angrenzende zweite Rampe 20, an die wiederum in Verstellrichtung die zweite Außenfläche 18 angrenzt, auf. Die zweite Lücke 19 ist axial versetzt zur zweiten Außenfläche 18 angeordnet. Die zweite Rampe 20 verbindet den axialen Versatz zwischen der zweiten Lücke 19 und der zweiten Außenfläche 18 über eine Schrägfläche. Wenn das zweite Aktorelement 6 an der zweites Außenfläche 18 anliegt, befindet es sich in einer ausgelenkten Position. Wenn das zweite Aktorelement 6 an der zweiten Lücke 19 anliegt, befindet es sich in einer nicht-ausgelenkten Position. Somit wird das zweite Aktorelement 6 durch die Verstellung der Schaltkontur 14 in Verstellrichtung zwischen der ausgelenkten Position und der nicht-ausgelenkten Position verschoben. Durch die Verschiebung des zweiten Aktorelements 6 aus der ausgelenkten Position in die nicht-ausgelenkte Position wird die Schaltgabel 4 axial verschoben und die Betätigungseinrichtung 3 aus der Schaltstellung in die Grundstellung verstellt.
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Die Schaltkontur 14 ist vorzugsweise als ein Kreisring ausgestaltet, so dass sich die erste Außenfläche 15, die erste Lücke 16 und die erste Rampe 17 bzw. die zweite Außenfläche 18, die zweite Lücke 19 und die zweite Rampe 20 in der Verstellrichtung wiederholen.
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In der dargestellten Ausführungsform weist die Betätigungseinrichtung 3 eine Führung 21 auf, in der die Schaltkontur 14 axial beidseitig geführt ist.
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Die Betätigungseinrichtung 3 weist einen Aktorantrieb 22 auf, durch den die Schaltkontur 14 motorisch in der Verstellrichtung bewegt, insbesondere verdreht, werden kann.
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In 1 ist ein Antriebsrad 23 dargestellt, die mit der Kupplungseinrichtung 1 insbesondere von einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs abgekoppelt werden kann. Die Kupplungseinrichtung 1 ist direkt am Antriebsrad 23 positioniert.
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Die Funktionsweise der Kupplungseinrichtung 1 wird insbesondere mit Bezugnahme auf 2a bis 2f erläutert.
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In 2a ist die Betätigungseinrichtung 3 in der Grundstellung. Das erste Aktorelement 5 liegt an der ersten Außenfläche 15 an und ist in der ausgelenkten Position. Das zweite Aktorelement 6 liegt an der zweiten Lücke 19 an und ist in der nicht-ausgelenkten Position. Die Feder 7 ist minimal vorgespannt bzw. entspannt. Der Rastkörper 10 ist in der ersten Rastnut 11. Die Kupplung 2 ist geöffnet.
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In 2b ist die Betätigungseinrichtung 3 in der Zwischenstellung. Im Vergleich zu 2a wurde die Schaltkontur 14 in der Verstellrichtung bewegt. Das erste Aktorelement 5 wurde durch die Verstellung der Schaltkontur 14 entlang der ersten Außenfläche 15 verschoben, liegt (noch immer) an der ersten Außenfläche 15 an und ist in der ausgelenkten Position. Das zweite Aktorelement 6 wurde durch die Verstellung der Schaltkontur 14 entlang der zweiten Rampe 20 verschoben, liegt an der zweiten Außenfläche 18 an und ist in der ausgelenkten Position. Dadurch, dass beide Aktorelemente 5, 6 in ihrer ausgelenkten Position sind, wird die Feder 7 zwischen den beiden Aktorelementen 5, 6 komprimiert. Aufgrund der Rastierung 9 wird die Schaltgabel 4 axial nicht verstellt, aber die Betätigungseinrichtung 3 vorgespannt. Die Kupplung 2 bleibt geöffnet.
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In 2c trifft die Schaltmuffe 8 so auf die Klauenverzahnung (Zahn-auf-Zahn-Stellung), dass sie nicht verschoben werden kann und die Kupplung 2 geöffnet bleibt. Im Vergleich zu 2b wurde die Schaltkontur 14 in der Verstellrichtung bewegt. Das erste Aktorelement 5 wurde durch die Verstellung der Schaltkontur 14 entlang der ersten Außenfläche 15 in die erste Lücke 16 verschoben, aber ein Anliegen an der ersten Lücke 16 und eine Verschiebung in die nicht-ausgelenkte Position wird durch die nicht übereinstimmende Position von Klauenverzahnung und Schaltmuffe 8 verhindert. Das zweite Aktorelement 6 wurde durch die Verstellung der Schaltkontur 14 entlang der zweiten Außenfläche 18 verschoben, liegt (noch immer) an der zweiten Außenfläche 18 an und ist in der ausgelenkten Position. Die Vorspannung der Feder 7 drückt das erste Aktorelement 5 in Richtung der nicht-ausgelenkten Position, so dass die Rastierung 9 gelöst wird, aber die vollständige axiale Verstellung der Schaltgabel 4 wird durch die nicht übereinstimmende Position von Klauenverzahnung und Schaltmuffe 8 verhindert.
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In 2d ist die Betätigungseinrichtung 3 in der Schaltstellung. Im Vergleich zu 2c wurde die Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgehoben und die Betätigungseinrichtung 3 durch die Vorspannung der Feder 7 (auch ohne Bestromung des Aktorantriebs 22) in die Schaltstellung bewegt. Das erste Aktorelement 5 wurde durch die Vorspannung der Feder 7 bewegt, liegt nun an der ersten Lücke 16 an und ist in der nicht-ausgelenkten Position. Das zweite Aktorelement 6 liegt (noch immer) an der zweiten Außenfläche 18 an und ist in der ausgelenkten Position. Die Feder 7 ist entspannt. Der Rastkörper 10 ist in der zweiten Rastnut 12. Die Kupplung 2 ist geschlossen.
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In 2e ist die Betätigungseinrichtung 3 in der Zwischenstellung. Im Vergleich zu 2d wurde die Schaltkontur 14 in der Verstellrichtung bewegt. Das erste Aktorelement 5 wurde durch die Verstellung der Schaltkontur 14 entlang der ersten Rampe 17 verschoben, liegt an der ersten Außenfläche 15 an und ist in der ausgelenkten Position. Das zweite Aktorelement 6 wurde durch die Verstellung der Schaltkontur 14 entlang der zweiten Außenfläche 18 verschoben, liegt (noch immer) an der zweiten Außenfläche 18 an und ist in der ausgelenkten Position. Dadurch, dass beide Aktorelemente 5, 6 in ihrer ausgelenkten Position sind, wird die Feder 7 zwischen den beiden Aktorelementen 5, 6 komprimiert. Aufgrund der Rastierung 9 wird die Schaltgabel 4 axial nicht verstellt, aber die Betätigungseinrichtung 3 vorgespannt. Die Kupplung 2 bleibt geschlossen.
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In 2f ist die Betätigungseinrichtung 3 in der Grundstellung. Im Vergleich zu 2b wurde die Schaltkontur 14 in der Verstellrichtung bewegt. Das erste Aktorelement 5 wurde durch die Verstellung der Schaltkontur 14 entlang der ersten Außenfläche 15 verschoben, liegt (noch immer) an der ersten Außenfläche 15 an und ist in der ausgelenkten Position. Das zweite Aktorelement 6 wurde durch die Verstellung der Schaltkontur 14 entlang der zweiten Außenfläche 18 in die zweite Lücke 19 verschoben, liegt an der zweiten Lücke 19 an und ist in der nicht-ausgelenkten Position. Die Feder 7 ist minimal vorgespannt bzw. entspannt. Der Rastkörper 10 ist in der ersten Rastnut 12. Die Kupplung 2 ist geöffnet.
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3 und 4 zeigen perspektivische Darstellungen der Betätigungseinrichtung 3. Die als Kreisring ausgestaltete Schaltkontur 14 wird durch den Aktorantrieb 22 in Verstellrichtung bewegt, insbesondere verdreht. Dazu weist der Aktorantrieb 22 eine Stirnradverzahnung 24 auf, die mit einer an der Schaltkontur 14 ausgebildeten Stirnradverzahnung 25 in Verzahnungseingriff steht. Insbesondere in 4 ist zu erkennen, dass sich die erste Außenfläche 15, die erste Lücke 16 und die erste Rampe 17 bzw. die zweite Außenfläche 18, die zweite Lücke 19 und die zweite Rampe 20 in Verstellrichtung betrachtet (d.h. in Umfangsrichtung) wiederholen, so dass die Schaltkontur 14 unbeschränkt in eine Richtung verdreht werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungseinrichtung
- 2
- Kupplung
- 3
- Betätigungseinrichtung
- 4
- Schaltgabel
- 5
- erstes Aktorelement
- 6
- zweites Aktorelement
- 7
- Feder
- 8
- Schaltmuffe
- 9
- Rastierung
- 10
- Rastkörper
- 11
- erste Rastnut
- 12
- zweite Rastnut
- 13
- Rastfeder
- 14
- Schaltkontur
- 15
- erste Außenfläche
- 16
- erste Lücke
- 17
- erste Rampe
- 18
- zweite Außenfläche
- 19
- zweite Lücke
- 20
- zweite Rampe
- 21
- Führung
- 22
- Aktorantrieb
- 23
- Antriebsrad
- 24
- Stirnradverzahnung
- 25
- Stirnradverzahnung
