-
Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung zum drehfesten Verbinden eines über eine Antriebseinrichtung antreibbaren ersten Bauteils mit einem mit einem Abtriebselement gekoppelten zweiten Bauteil, umfassend ein mit dem ersten Bauteil drehfest verbundenes erstes Kupplungselement und ein mit dem Abtriebselement drehfest verbundenes zweites Kupplungselement sowie ein Stellmittel in Form eines elektromagnetischen Linearaktors umfassend ein linear bewegbares Stellelement, über das das zweite Kupplungselement mit dem ersten Kupplungselement durch eine axiale Verschiebung des zweiten Kupplungselements gegen das erste Kupplungselement in eine drehfeste Verbindung bringbar ist.
-
Derartige Kupplungseinrichtungen kommen in unterschiedlichen Bereichen überall dort zum Einsatz, wo ein über eine Antriebseinrichtung wie beispielsweise einen Motor antreibbares erstes Bauteil bei Bedarf mit einem zweiten Bauteil, über das der Abtrieb erfolgt, zu koppeln ist. Ein Beispiel ist ein Achsdifferential für ein Kraftfahrzeug, mit dem beispielsweise ein antreibender Elektromotor gekoppelt ist. Über die Kupplungseinrichtung kann das Achsdifferential bei Bedarf gesperrt werden, so dass die über das Achsdifferential angetriebenen Radachsen starr miteinander gekoppelt sind und sich nicht mehr relativ zueinander verdrehen können, wie dies im ungesperrten Zustand der Fall ist. In einem solchen Anwendungsfall ist beispielsweise das erste Kupplungselement drehfest mit einem Differentialkorb verbunden, wobei der Differentialkorb, das erste Bauteil darstellend, mit dem Elektromotor gekoppelt ist. Über die Kupplungseinrichtung besteht die Möglichkeit, das zweite Kupplungselement, das in diesem Beispielsfall mit einer Radachse, die das Abtriebselement ist und das zweite Bauteil darstellt, drehfest verbunden ist, über ein Stellmittel durch eine reversible axiale Verschiebung in eine lösbare, drehfeste Verbindung mit dem ersten Kupplungselement zu bringen, so dass das Differential gesperrt werden kann und beide von ihm angehenden Radachsen starr miteinander verbunden sind. Durch ein Lösen der Verbindung wird das Differential wieder entsperrt, so dass die Radachsen wieder relativ zueinander drehen können.
-
Zur Erwirkung der entsprechenden Linearbewegung des zweiten Kupplungselements wird häufig ein elektromagnetischer Aktor, also ein Solenoid, mit einer entsprechenden, ein Magnetfeld erzeugenden Spuleneinrichtung und einem entsprechend linear über das Magnetfeld bewegbaren Stellelement verwendet. Über das Stellelement wird der entsprechende Hub erwirkt, der erforderlich ist, um das zweite Kupplungselement axial in die Verbindungsstellung zu bewegen. Je nach Anwendungsfall sind entsprechend höhere oder auch hohe Schaltkräfte erforderlich, die über den elektromagnetischen Aktor aufzubringen sind, was erfordert, ihn entsprechend groß zu dimensionieren. Mitunter sind aber entsprechende Stellwege zu überbrücken, was ebenfalls in die Dimensionierung des Aktors eingeht. Gleichzeitig ist oft nur ein begrenztes Platzangebot gegeben, um den Aktor zu integrieren.
-
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine verbesserte Kupplungseinrichtung anzugeben, die es ermöglicht, ohne übermäßige Dimensionierung des Aktors einen entsprechenden Stellweg und/oder entsprechend hohe Stellkräfte zu realisieren.
-
Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Kupplungseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen dem Stellelement und dem zweiten Kupplungselement eine Übersetzungseinrichtung, über die die Linearbewegung des Stellelements in eine größere lineare, das zweite Kupplungselement bewegende Stellbewegung umsetzbar ist, vorgesehen ist.
-
Die Erfindung sieht die Integration einer Übersetzungseinrichtung zwischen dem Aktor und dem zweiten Kupplungselement vor, die eine Transformation des aktorseitigen Stellwegs hin zu einem größeren, das zweite Kupplungselement bewegenden Stellweg erlaubt, so dass trotz Verwendung eines entsprechenden klein dimensionierten, kurzhubigen Aktors gleichwohl ein entsprechend großer Stellweg für die Bewegung des zweiten Kupplungselements erwirkt wird. Das heißt, dass in Folge der Übersetzung ein kurzer Hub des Stellelements in einen deutlich größeren Hub, beispielsweise einen verdoppelten Hub, des zweiten Kupplungselements umgesetzt werden kann.
-
Durch die erfindungsgemäße Integration der Übersetzungseinrichtung kann folglich ein entsprechend klein ausgelegter Aktor verwendet werden, der auch, je nach gegebenen Bauraumverhältnissen, entsprechend beabstandet zum zweiten Kupplungselement positioniert werden kann, da über die Übersetzungseinrichtung eine entsprechende Stellwegerzeugung möglich ist.
-
Bevorzugt weist die Übersetzungseinrichtung mehrere an einem Trägerbauteil schwenkbar gelagerte Hebel auf, die mit einem Ende mit dem Stellelement und mit dem anderen Ende mit dem zweiten Kupplungselement gekoppelt sind. Die Übersetzungseinrichtung ist also als Hebeleinrichtung ausgeführt. Die mehreren Hebel sind mit einem Ende direkt mit dem aktorseitigen Stellelement verbunden, während sie mit dem anderen Ende direkt am zweiten Kupplungselement angreifen. Die Hebel sind schwenkbar gelagert, so dass sich von der Hebelschwenkachse zwei Hebelarme erstrecken, nämlich ein erster Hebelarm, der mit dem aktorseitigen Stellelement gekoppelt ist, und ein zweiter Hebelarm, der mit dem Kupplungselement gekoppelt ist. Je nach Länge der Hebelarme ergibt sich eine entsprechende Stellwegübersetzung, das heißt, dass eine entsprechende Kraft-Weg-Transformation stattfindet. Der erste Hebelarm, der von der Schwenkachse zum Stellelement läuft, ist zweckmäßigerweise kürzer als der zweite Hebelarm, der von der Schwenkachse zum Kupplungselement läuft. Dies bewirkt, dass durch die erzeugte Stellkraft des Aktors, die das Stellelement linear bewegt, ein kurzer Stellweg, der zu einer kurzen Schwenkbewegung des ersten Hebelarms führt, zwangsläufig hier in eine entsprechend deutlich größere Stellbewegung des längeren, zweiten Hebelarms führt. Aus dem Verhältnis der Hebelarmlängen resultiert demzufolge die entsprechende Übersetzung des aktorseitig gegebenen, kurzen Stellwegs in den tatsächlichen, größeren Stellweg des Kupplungselements. Es findet also eine Kraft-Weg-Transformation statt.
-
Dabei kann die Hebelgeometrie je nach den gegebenen Randbedingungen respektive den erforderlichen Schaltkräften und benötigten Stellwegen gewählt werden. Es können längliche Hebel verwendet werden, bei denen also die beiden Hebelarme linear miteinander fluchten. Denkbar sind auch gewinkelte Hebel, bei denen der erste Hebelarm unter einem Winkel zum zweiten Hebelarm steht. Dabei kann je nach Wahl der entsprechenden Hebelarmlängen wie auch des etwaigen Anordnungswinkels der beiden Winkelarme zueinander eine Anpassung an den letztlich resultierenden Stellweg, um den das zweite Kupplungselement zu bewegen ist, wie auch in Bezug auf die benötigten Schaltkräfte erfolgen.
-
Die Hebel selbst sind zweckmäßigerweise in einer Ringform angeordnet und greifen mit den radial äußeren Enden in eine Ringnut des ringförmigen Stellelements ein, während sie mit den anderen Enden an einem ringförmigen Abschnitt des zweiten Kupplungselements angreifen. Für die ringförmige Anordnung wird einerseits die vom Aktor erzeugte Stellkraft, die in einer Linearbewegung des Stellelements resultiert, symmetrisch auf die Hebelanordnung verteilt, was andererseits in einer symmetrischen Kraftübertragung auf das Kupplungselement resultiert. Es kommt demzufolge zu keinen Kippmomenten oder ähnlichen Kraft-und-Wegasymmetrien.
-
Das Kupplungselement selbst ist bevorzugt hülsenartig, wie auch das Trägerbauteil bevorzugt hülsenartig ist, wobei beide in der Montagestellung von dem Abtriebselement durchsetzt sind. Das Abtriebselement ist regelmäßig eine Achse oder Welle, im Falle eines Achsdifferentials also beispielsweise eine Radachse, die mit einem Ausgleichskegelrad des Differentials über eine Verzahnungsverbindung drehfest verbunden ist. Dieses Abtriebselement respektive diese Radachse erstreckt sich also durch das Kupplungselement sowie das Trägerbauteil und dem zufolge durch die ringförmige Übersetzungseinrichtung und den ringförmigen Aktor, so dass sich letztlich ein rotationssymmetrischer Aufbau ergibt.
-
Zweckmäßigerweise sind die Hebel gegen eine Rückstellkraft gegen das zweite Kupplungselement und/oder das zweite Kupplungselement gegen eine Rückstellkraft gegen das erste Kupplungselement bewegbar. Soll also das Differential gesperrt werden, so wird der elektromagnetische Aktor angesteuert, um das den Stellvorgang erwirkende Magnetfeld zu erzeugen. Das Stellelement wird über das Magnetfeld linear bewegt, gleichzeitig werden die Hebel verschwenkt und das zweite Kupplungselement linear bewegt. Dabei erfolgt bevorzugt sowohl die Hebelverschwenkung als auch die Linearbewegung des Kupplungselements jeweils gegen eine Rückstellkraft, die mittels geeigneter Federelemente aufgebaut wird. Das heißt, dass, wenn die beiden Kupplungselemente miteinander verbunden, also eingerückt sind, die Kupplungseinrichtung entsprechend gespannt ist. Soll nun die Antriebseinrichtung respektive der Elektromotor wieder entkoppelt werden, so wird der Aktor wiederum entsprechend angesteuert und entregt, so dass das, das Stellelement vormals zwangsbewegende, Magnetfeld zusammenbricht. Die gegebenen Rückstellkräfte führen nun dazu, dass einerseits über das eine Federelement das zweite Kupplungselement aus seiner Eingriffsstellung am ersten Kupplungselement wieder zurückgedrückt wird, mithin also die kraftübertragende Elementverbindung wieder gelöst wird, während gleichzeitig auch die Rückstellkräfte der hebelseitigen Federelemente die Hebel wieder in die Ausgangsposition zurückstellen, wobei die Hebel hierbei das Stellelement ebenfalls mit zurückführen. Hierüber ist sichergestellt, dass die Kupplung sofort öffnet, sobald der Aktor nicht mehr angesteuert wird, mithin also entregt wird, und demzufolge das Differential unmittelbar entsperrt wird. Dabei ist es grundsätzlich bereits ausreichend, wenn nur das zweite Kupplungselement gegen eine Rückstellkraft in die Schließstellung bewegbar ist. Denn über die zwingende mechanische Kopplung zwischen dem zweiten Kupplungselement, den Hebeln sowie dem Stellelement werden neben dem zweiten Kupplungselement zwangsläufig auch die Hebel und das Stellelement wieder zurückgestellt, wenn das Federelement das zweite Kupplungselement wieder zurückdrückt. Gleichwohl können natürlich auch zur Unterstützung der Rückstell- und damit der Öffnungsbewegung die einzelnen Hebel selbst über Federelemente gespannt werden.
-
Um eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten und den zweiten Kupplungselement, über die die entsprechenden, mitunter hohen Drehmomente, die von der Antriebseinrichtung, also beispielsweise dem Elektromotor, über das erste Bauteil eingebracht werden, auch vollständig auf das zweite Bauteil, im Falle eines Differentials also auf die zugeordnete Radachse übertragen zu können, weisen das erste und das zweite Kupplungselement zweckmäßigerweise Axialverzahnungen auf, die zur Erwirkung der drehfesten Verbindung miteinander in Eingriff bringbar sind. Beide Kupplungselemente besitzen also axiale Stirnverzahnungen, die, da beide Kupplungselemente bevorzugt ringförmig sind, an entsprechenden Kontaktflächen der Kupplungselemente angeordnet sind. Im Falle der Axialverschiebung des zweiten Kupplungselements wird dessen Axialverzahnung in die Axialverzahnung des ersten Kupplungselements eingeschoben, was zu einem unmittelbaren Form- und Kraftschluss für die damit umgehend mögliche Drehmomentübertragung führt.
-
Neben der Kupplungseinrichtung selbst betrifft die Erfindung ferner ein Achsdifferential, umfassend einen antreibbaren Differentialkorb sowie zwei über einen Rädersatz mit dem Differentialkorb gekoppelte Radachsen, sowie eine Kupplungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche zum drehfesten Verbinden des Differentialkorbs mit einer Radachse. Das Achsdifferential kann z.B. für eine Kopplung mit einem Elektromotor, der die verbundenen Radachsen antreibt, ausgelegt sein.
-
Dabei kann in dem Differentialkorb oder in einem mit diesem gekoppelten Innenkorb der Rädersatz angeordnet sein, umfassend wenigstens ein im Differentialkorb oder dem Korb angeordnetes, drehbar gelagerten Planetenkegelrad sowie zwei mit dem Planetenkegelrad kämmenden Ausgleichskegelrädern, von denen jedes in der Montagestellung mit einer Radachse verbunden ist, wobei das erste Kupplungselement mit dem Differentialkorb oder dem Innenkorb verbunden ist und das zweite Kupplungselement drehfest mit dem Ausgleichskegelrad koppelbar ist.
-
Das erfindungsgemäße Achsdifferential weist je nach Ausgestaltung nur einen Differentialkorb, in dem der Rädersatz aufgenommen ist, auf, oder einen äußeren Differentialkorb, in dem ein mit dem äußeren Korb gekoppelter innerer Korb aufgenommen ist, in dem der Rädersatz angeordnet ist. Der Differentialkorb ist ein erstes Bauteil, wobei der Differentialkorb mit der Antriebseinrichtung, hier beispielsweise ein Elektromotor, in der Montagestellung gekoppelt ist. Im Differentialkorb oder dem Innenkorb ist die entsprechende Anordnung der Kegelräder aufgenommen. Zum einen ist am Differentialkorb oder am Innenkorb wenigstens ein Planetenkegelrad drehbar gelagert, das heißt, dass sich dieses Planetenkegelrad einerseits mit dem jeweiligen Korb um eine erste Achse dreht, während das Planetenkegelrad selbst um eine hierzu vertikal stehende Achse selbst relativ zum jeweiligen Korb drehbar ist. Mit dem Planetenkegelrad kämmen in bekannter Weise zwei Ausgleichskegelräder, die wiederum jeweils mit einer Radachse drehfest verbunden sind. Über den jeweiligen Korb sowie das Planetenkegelrad und die Ausgleichskegelräder wird in an sich bekannter Weise die eigentliche Differentialfunktion zur Verfügung gestellt, das heißt, dass beide Ausgleichskegelräder bei Geradeausfahrt mit gleicher Geschwindigkeit rotieren, da das Planetenkegelrad selbst nicht um seine eigene Achse dreht, sondern lediglich der Korb rotiert und das Planetenkegelrad die beiden Ausgleichskegelräder antreibt. Daneben ist auch eine Rotation der Ausgleichskegelräder mit unterschiedlicher Geschwindigkeit möglich, wenn das Planetenkegelrad zwar einerseits mit dem Korb um die Korbdrehachse rotiert, gleichzeitig aber auch um seine eigene Drehachse.
-
Die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung erlaubt es nun, bei Bedarf das Achsdifferential zu sperren, indem über die Kupplungseinrichtung eine drehmoment-übertragende Verbindung zwischen dem das erste Bauteil bildenden Differentialkorb einerseits und einer der beiden Radachsen andererseits erwirkt wird.
-
Dabei kann das zweite Kupplungselement bevorzugt hülsenartig und mit einer längslaufenden Innenverzahnung versehen sein, die mit einer Innenverzahnung des Ausgleichskegelrads fluchtet, wobei in der Montagestellung eine am Außenumfang der Radachse vorgesehene Längsverzahnung in die Innenverzahnungen eingreift und wobei das zweite Kupplungselement auf der Längsverzahnung axial über das Stellelement verschiebbar ist. Die Innenlängsverzahnungen dienen der drehfesten Verbindung der Radachse einerseits mit dem Ausgleichskegelrad, worüber in jedem Fall der Drehmomenteintrag erfolgt. Der Verzahnungseingriff der Innenverzahnung des zweiten Kupplungselements mit der Längsverzahnung der Radachse dient der drehfesten Kopplung zum Differentialkorb, wenn die Kupplungseinrichtung geschlossen ist.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes Achsdifferential mit einer daran angeordneten erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung im geöffneten Zustand und
- 2 die Anordnung aus 1 mit geschlossener Kupplungseinrichtung
-
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Achsdifferential 1 sowie eine an diesem angeordnete, dem reversiblen Sperren des Achsdifferentials 1 dienende Kupplungseinrichtung 2.
-
Das Achsdifferential 1 weist einen Differentialkorb 3 auf, der in drehfester Verbindung zu einem Antriebsbauteil 4, hier einem Zahnrad steht, das beispielsweise mit einem Elektromotor gekoppelt ist. Der Differentialkorb 3 ist über zwei Wälzlager 5, 6 an einem nicht näher gezeigten Umgebungsbauteil drehgelagert. Er kann daher bei Antrieb über den Elektromotor rotieren.
-
Im Differentialkorb 3 ist ein Rädersatz angeordnet, umfassend ein an einer fest mit dem Differentialkorb 3 verbundenen Drehachse 7 drehbar gelagertes Planetenkegelrad 8 sowie zwei mit diesem kämmende, um 90° versetzt hierzu angeordnete Ausgleichskegelräder 9, 10, die jeweils eine Innenverzahnung 11, 12 aufweisen, über die eine Steckverzahnungsverbindung zu einer hier nicht näher gezeigten, jeweils von der Seite eingeschobenen Radachse erfolgt. Während die in 1 gezeigte, aufgeschnittene Darstellung nur ein Planetenkegelrad 8 zeigt, ist es selbstverständlich denkbar, auf der gegenüberliegenden Korbseite ein zweites Planetenkegelrad 8 vorzusehen, das über eine separate Drehachse 7 drehgelagert ist.
-
Wie für ein Differential üblich, erlaubt der Rädersatz eine Relativverdrehung der Kegelräder 9, 10 zueinander, sodass die beiden gekoppelten Radachsen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit drehen können.
-
Mitunter ist es erforderlich, diese Relativverdrehbarkeit zu sperren, mithin also die beiden Ausgleichskegelräder 9, 10 miteinander starr über das Planetenrad 8 zu koppeln, sodass demzufolge auch beide Radachsen starr miteinander gekoppelt sind und nicht mehr relativ zueinander verdreht werden können. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn ein zugeordnetes Rad auf einer rutschigen Fläche, beispielsweise Eis, steht und beim Aufbringen eines Drehmoments sofort durchdreht. Mit dem Sperren des Achsdifferentials 1 kann dieses Durchdrehen verhindert werden, sodass das Fahrzeug anfahren kann.
-
Um das Achsdifferential 1 zu sperren, ist die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung 2 vorgesehen, die zum drehfesten Verbinden des Differentialkorbs 3 mit der im gezeigten Beispiel von rechts zuzuführenden Radachse, die die ringförmige Kupplungseinrichtung durchgreift, dient.
-
Die Kupplungseinrichtung 2 umfasst zum einen einen ringförmigen elektromagnetischen Aktor 13 mit einer Spulenanordnung 14, die entsprechend bestromt werden kann und ein Magnetfeld aufbaut, das mit einem ringförmigen Stellelement 15 des Aktors 13 interagiert. Das Stellelement 15 ist axial bewegbar an einem hülsenartigen Trägerbauteil 16 geführt, das ebenfalls Teil des positionsfest verbauten Aktors ist. Das heißt, dass das Stellelement 15 quasi gegen die Spulenanordnung 14 bewegt werden kann, wenn das Magnetfeld aufgebaut wird, und wieder davon wegbewegt werden kann, wenn das Magnetfeld zusammenbricht, die Spulenanordnung 14 also entregt wird.
-
Die Kupplungseinrichtung 2 umfasst des Weiteren eine Übersetzungseinrichtung 17 umfassend ein ersten Kupplungselement 30, ein zweites Kupplungselement 26 sowie eine Vielzahl von gewinkelten Hebeln 18, die jeweils um eine Schwenkachse 19 an den hülsenartigen Trägerbauteil 16 schwenkgelagert sind.
-
Die gewinkelten Hebel 18 sind in einer Ringform angeordnet. Jeder Hebel 18 weist einen kürzeren ersten Hebelarm 20 und einen längeren zweiten Hebelarm 21 auf. Der jeweils kürzere Hebelarm 20 erstreckt sich im Wesentlichen horizontal und greift in eine Nut 22 des ringförmigen Stellelements 15 ein, sodass bei einer linearen Verstellbewegung des Stellelements 15 über die bestromte Spulenanordnung 14, also bei Anlegen eines Magnetfelds, der jeweilige Hebel 18 über das Zusammenwirken des jeweiligen kurzen Hebelarms 20 mit dem Mitnehmerflansch 23 des Stellelements 15 mitgenommen wird. Dies führt dazu, dass der jeweils längere Hebelarm 21 ebenfalls eine Schwenkbewegung durchführt, die eine axiale Bewegungskomponente aufweist, also eine Bewegung parallel zur Stellbewegung des Stellelements 15, die parallel zur Längsachse der durchgesteckten Radachse ist, durchführt. Dabei sind die Hebel 18 bevorzugt jeweils gegen eine Rückstellkraft aus der in 1 gezeigten Lösestellung in die Verriegelungsstellung gemäß 2 verschwenkbar. Die entsprechend hierzu nötigen Federelemente sind beispielsweise im Bereich der Schwenklagerungen der Hebel 18 an entsprechenden Lagerwangen 24 des Trägerbauteils 16 vorgesehen.
-
Wie die Enden der kürzeren Hebelarme 20 sind auch die Enden der längeren Hebelarme 22 gerundet, was ein leichtes Abgleiten an den entsprechenden Kontaktpartnern ermöglicht. Die Hebelarme 21 liegen dabei an einer Kontakt- oder Gleitfläche 25 an, die an dem axial verschiebbaren zweiten Kupplungselement 26 in Form einer Hülse vorgesehen ist. Dieses Kupplungselement 26 weist eine Innenverzahnung 27 auf, die mit der Innenverzahnung 12 des Ausgleichskegelrades 10 fluchtet. Die nicht gezeigte durchgesteckte Radachse weist ebenfalls am Außenumfang eine Verzahnung auf, die in beide Verzahnungen 27, 12 eingreift, worüber die Radachse mit dem Kupplungselement 26 sowie dem Ausgleichskegelrad 10 drehfest gekoppelt ist.
-
Das Kupplungselement 26 weist einen Radialflansch 28 auf, an dem eine Axialverzahnung 29 vorgesehen ist. In der offenen Kupplungsstellung axial benachbart zu dem Kupplungselement 26 ist das erste Kupplungselement 30 am Differentialkorb 3 befestigt, wobei auch das erste Kupplungselement 30 eine Axialverzahnung 31 aufweist, die mit der Verzahnung 29 des zweiten Kupplungselements 26 in Eingriff bringbar ist, sodass eine drehfeste Verbindung zwischen beiden Kupplungselementen 26, 30 herstellbar ist. In diesem Fall ist damit aber zwangsläufig auch eine drehfeste Verbindung des Differentialkorbs 3 mit der Radachse, die mit dem zweiten Kupplungselement 26 drehfest verbunden ist, gegeben. Aufgrund der Kopplung der beiden Ausgleichskegelräder 9, 10 über das Planetenrad 8 ist demzufolge eine starre Achsverbindung der beiden gesteckten Radachsen gegeben, sodass diese nicht mehr relativ zueinander verdrehen können.
-
Wie 1 ferner zeigt, ist ein Federmittel 32 vorgesehen, das einerseits am Differentialkorb 3 und andererseits am Radialflansch 28 des zweiten Kupplungselements 26 axial abgestützt ist und dort beispielsweise auf entsprechenden Gleitringen 33, 34 aufliegt, die ein Abgleiten ermöglichen, nachdem im normalen Betrieb, wenn es zu einer Differenzdrehzahl zwischen den Radachsen kommt, das zweite Kupplungselement 26 relativ zum Differentialkorb 3 verdrehen kann. Das Federmittel 32 dient, wie auch die nicht näher gezeigten Federmittel, über die die Hebel 18 angefedert sind, dazu, die jeweils gekoppelten Bauteile, also in einem Fall das hülsenartige zweite Kupplungselement 26, im anderen Fall die Hebel 18, wieder in die Ausgangsposition gemäß 1, also die geöffnete Kupplungsposition zurückzubewegen, in der das zweite Kupplungselement 26 nicht in Verzahnungseingriff mit dem ersten Kupplungselement 30 steht, mithin also der Differentialkorb 3 nicht mit der Radachse gekoppelt ist, und auch die Hebel 18 in der in 1 gezeigten Offenstellung positioniert sind.
-
Soll situationsbedingt die Achse gesperrt werden, also die beiden Radachsen starr miteinander verbunden werden, so wird die Spulenanordnung 14 des elektromagnetischen Aktors 13 angesteuert und baut ein Magnetfeld auf, das auf das Stellelement 15 wirkt. Dieses wird axial in Richtung der Spulenanordnung 14 bewegt, bis es auf Anschlag zu einem Aktorgehäuse 35 läuft, wie 2 zeigt. Hierbei werden die Hebel 18 um die jeweiligen Schwenkachsen 19 verschwenkt, nachdem die jeweiligen kürzeren Hebelarme 20 vom Stellelement 15 mitgenommen werden. Zwangsläufig stellen sich die längeren Hebelarme 21 quasi auf, sie werden von den Trägerelement 16 wegbewegt und drücken hierbei axial gegen das zweite Kupplungselement 26, was dazu führt, dass dieses axial gegen das erste Kupplungselement 30 geschoben wird, sodass die Verzahnungen 29, 31 in Eingriff gelangen. Diese Axialverschiebung ist möglich, da das zweite Kupplungselement 26 durch den Verzahnungseingriff mit der Radachsenverzahnung axial verschiebbar auf dieser Radachsenverzahnung geführt ist. Durch den Eingriff der Verzahnungen 29, 31 ist eine drehfeste Verbindung des Differentialkorbs 3 mit der Radachse einerseits gegeben, andererseits ist aber auch eine drehfeste Verbindung des ebenfalls auf der Radachse aufgesteckten Ausgleichskegelrads 10 mit dem Ausgleichskegelrad 9 und damit mit der in dieses gesteckten Radachse gegeben.
-
Die ringförmige Anordnung der Hebel 18 respektive die rotationsymmetrische Ausbildung der Übertragungseinrichtung 17 ermöglicht eine symmetrische Schwenkbewegung und damit eine symmetrische Kraftübertragung vom Stellelement 15 zum nachgeschalteten Bauteil, und damit auch zu einer symmetrischen Wegverschiebung.
-
Durch die Verschwenkbewegung der Hebel 18 und die axiale Verschiebung des Kupplungselements 26 werden die entsprechenden Federmittel, also die Federmittel der Hebel 18 sowie das Federmittel 32 des Kupplungselements 26, komprimiert und bauen eine Rückstellkraft auf. Soll nun die Sperre aufgehoben werden, so wird die Spulenanordnung 14 nicht länger bestromt, das Magnetfeld bricht zusammen. Die in den Federmitteln gespeicherte Rückstellkraft führt dazu, dass sich die Federmittel entspannen, das heißt, dass das Federmittel 32 das hülsenartige Kupplungselement 26 wieder zurückdrückt, also in Richtung des Aktors 13, was gleichzeitig zur Mitnahme der Hebel 18 und zum Zurückschwenken sowie zum Zurückstellen des Stellelements 15 führt, soweit diese Rückstellbewegungen nicht durch die hebelseitigen Federelemente initiiert wird. Hierbei ist festzustellen, dass hebelseitig nicht unbedingt entsprechende Federelemente vorzusehen sind, da bereits das Federmittel 32 ausreichend ist, die Übersetzungseinrichtung 17 komplett wieder zurückzustellen.
-
Die Übersetzungseinrichtung 17 ermöglicht es, den relativ kurzen Stellweg des Stellelements 15 in einen deutlich längeren Stellweg des zweiten Kupplungselements 26 zu übersetzen. Dies ist durch entsprechende Ausgestaltung der Hebelgeometrie möglich, wobei im gezeigten Beispiel eine gewinkelte Geometrie vorgesehen ist. Diese gezeigte Geometrie ist jedoch keinesfalls beschränkend, selbstverständlich können auch andere Geometrien, beispielsweise gerade Hebel oder einen anderen Winkel aufweisende Hebel oder Hebel mit einer anderen Hebelarmlängenbemaßung vorgesehen sein. Durch eine integrierte Übersetzungseinrichtung 17 ist es ohne Weiteres möglich, den Stellweg des Stellelements 15 in einen mindestens doppelt so großen Stellweg des Kupplungselements 26 zu übersetzen. Dies ermöglicht es, mit einem relativ klein bauenden beziehungsweise kurzhubigen Aktor 13 gleichwohl einen entsprechend langen resultierenden Stellweg am Kupplungselement zu realisieren.
-
Die Erfindung ist nicht auf die Anordnung oder Integration der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung 2 in ein Achsdifferential beschränkt. Vielmehr kann eine solche Kupplungseinrichtung überall dort eingesetzt werden, wo eine entsprechende Stellwegübersetzung erforderlich ist, um zwei Bauteile miteinander reversibel drehfest zu koppeln.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Achsdifferential
- 2
- Kupplungseinrichtung
- 3
- Differentialkorb
- 4
- Antriebsbauteil
- 5
- Wälzlager
- 6
- Wälzlager
- 7
- Drehachse
- 8
- Planetenkegelrad
- 9
- Ausgleichskegelrad
- 10
- Ausgleichskegelrad
- 11
- Innenverzahnung
- 12
- Innenverzahnung
- 13
- Aktor
- 14
- Spulenanordnung
- 15
- Stellelement
- 16
- Trägerbauteil
- 17
- Übersetzungseinrichtung
- 18
- Hebel
- 19
- Schwenkachse
- 20
- Hebelarm
- 21
- Hebel
- 22
- Ringnut
- 23
- Mitnehmerflansch
- 24
- Lagerwange
- 25
- Kontaktfläche
- 26
- Kupplungselement
- 27
- Innenverzahnung
- 28
- Radialflansch
- 29
- Axialverzahnung
- 30
- Kupplungselement
- 31
- Axialverzahnung
- 32
- Federmittel
- 33
- Axialring
- 34
- Axialring
- 35
- Aktorgehäuse
