DE102022212483A1

DE102022212483A1 - Device for decoupling and coupling a rotary movement between two components

Info

Publication number: DE102022212483A1
Application number: DE102022212483.9A
Authority: DE
Inventors: Patrick Kniess; Matthias Winkel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-11-23
Filing date: 2022-11-23
Publication date: 2024-05-23
Anticipated expiration: 2042-11-24
Also published as: DE102022212483B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (2) zum Entkoppeln und Koppeln einer Drehbewegung eines ersten Bauteils (3) und eines zweiten Bauteils (4) für einen Antrieb (1) eines Kraftfahrzeugs (100), umfassend- ein Schaltelement (5), das drehfest und axial verlagerbar zwischen einer ersten Position, in der eine Drehbewegung des ersten Bauteils (3) mit einer Drehbewegung des zweiten Bauteils (4) gekoppelt ist, und einer zweiten Position, in der die Drehbewegung des ersten Bauteils (3) von der Drehbewegung des zweiten Bauteils (4) entkoppelt ist, zwischen dem ersten und zweiten Bauteil (3, 4) angeordnet ist, und- eine Stelleinrichtung (17), aufweisend• zumindest ein drehbar um eine Drehachse (9) angeordnetes und/oder axial verlagerbares erstes Stellelement (6), das zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung drehbar gelagert und/oder axial verschieblich ist, und• ein Rückstellelement (8) zum Verschieben des Schaltelements (5) in die erste Position,wobei in der ersten Stellung des zumindest ersten Stellelements (6) das Schaltelement (5) mittels des Rückstellelements (8) in der ersten Position gehalten ist, und wobei in der zweiten Stellung des zumindest ersten Stellelements (6) das Schaltelement (5) gegen eine von dem Rückstellelement (8) ausgeübte Kraft in der zweiten Position gehalten ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Antrieb (1) für ein Kraftfahrzeug (100), umfassend wenigstens eine solche Vorrichtung (2). Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug (100) mit einem solchen Antrieb.The invention relates to a device (2) for decoupling and coupling a rotary movement of a first component (3) and a second component (4) for a drive (1) of a motor vehicle (100), comprising - a switching element (5) which is arranged between the first and second components (3, 4) in a rotationally fixed and axially displaceable manner between a first position in which a rotary movement of the first component (3) is coupled to a rotary movement of the second component (4), and a second position in which the rotary movement of the first component (3) is decoupled from the rotary movement of the second component (4), and - an actuating device (17) comprising • at least one first actuating element (6) which is arranged rotatably about an axis of rotation (9) and/or axially displaceable, which is rotatably mounted and/or axially displaceable between a first position and a second position, and • a return element (8) for displacing the switching element (5) into the first position, wherein in the first position of the at least first actuating element (6) the switching element (5) is held in the first position by means of the return element (8), and wherein in the second position of the at least first actuating element (6) the switching element (5) is held in the second position against a force exerted by the return element (8). The invention further relates to a drive (1) for a motor vehicle (100), comprising at least one such device (2). The invention also relates to a motor vehicle (100) with such a drive.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entkoppeln und Koppeln einer Drehbewegung eines ersten Bauteils und eines zweiten Bauteils für einen Antrieb eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung einen Antrieb für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antrieb.The invention relates to a device for decoupling and coupling a rotary movement of a first component and a second component for a drive of a motor vehicle. The invention further relates to a drive for a motor vehicle and a motor vehicle with such a drive.

Bei konventionell mit einem Verbrennungsmotor und/oder elektrisch angetriebenen Fahrzeugen wird für den Zyklusbetrieb in der Regel nur eine Antriebsachse benötigt. Fahrzeugarchitekturen mit mehreren Antriebsachsen (4x4, 6x4/6, 8x4/6/8) weisen hohe Schleppmomente durch unnötige mechanisch mitdrehende Teile auf. Daher besteht Bedarf, mechanische Trennstellen zu integrieren, über die Teile des Antriebs bedarfsgerecht entkoppelt werden können.In conventional vehicles with a combustion engine and/or electrically powered vehicles, only one drive axle is usually required for cycle operation. Vehicle architectures with multiple drive axles (4x4, 6x4/6, 8x4/6/8) have high drag torques due to unnecessary mechanically rotating parts. There is therefore a need to integrate mechanical separation points via which parts of the drive can be decoupled as required.

Aus der EP 1 362 406 A1 geht ein Stellantrieb zur Betätigung von Antriebskomponenten oder Verstellkomponenten an Fahrzeugen hervor. Der Stellantrieb umfasst einen elektrischen Aktuator, der auf Kraftübertragungselemente einwirkt, mit dem die Stellbewegung an die zu verstellende Antriebs- oder Verstellkomponente übertragen wird. Ein Ausrückelement ist vorgesehen, welches im stromlosen Zustand des elektrischen Aktuators die Kraftübertragung durch die Kranübertragungselemente unterbricht.From the EP 1 362 406 A1 An actuator is used to operate drive components or adjustment components on vehicles. The actuator comprises an electric actuator that acts on force transmission elements, with which the adjustment movement is transmitted to the drive or adjustment component to be adjusted. A release element is provided, which interrupts the power transmission through the crane transmission elements when the electric actuator is de-energized.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Vorrichtung zum Entkoppeln und Koppeln einer Drehbewegung eines ersten Bauteils und eines zweiten Bauteils sowie einen Antrieb bereitzustellen, die bzw. der insbesondere die Effizienz des Antriebs steigert und die bzw. der einfach herzustellen und zu montieren ist. Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie mit dem Antrieb nach Anspruch 9 gelöst. Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object of the present invention is to provide an alternative device for decoupling and coupling a rotary movement of a first component and a second component, as well as a drive, which in particular increases the efficiency of the drive and which is easy to manufacture and assemble. This object is achieved with a device according to claim 1 and with the drive according to claim 9. Embodiments are the subject of the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entkoppeln und Koppeln einer Drehbewegung eines ersten Bauteils und eines zweiten Bauteils für einen Antrieb eines Kraftfahrzeugs umfasst

- ein Schaltelement, das drehfest und axial verlagerbar zwischen einer ersten Position, in der eine Drehbewegung des ersten Bauteils mit einer Drehbewegung des zweiten Bauteils gekoppelt ist, und einer zweiten Position, in der die Drehbewegung des ersten Bauteils von der Drehbewegung des zweiten Bauteils entkoppelt ist, zwischen dem ersten und zweiten Bauteil angeordnet ist, und
- eine Stelleinrichtung, aufweisend
- • zumindest ein drehbar um eine Drehachse angeordnetes und/oder axial verlagerbares erstes Stellelement, das zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung drehbar gelagert und/oder axial verschieblich ist, und
- • ein Rückstellelement zum Verschieben des Schaltelements in die erste Position,

wobei in der ersten Stellung des zumindest ersten Stellelements das Schaltelement mittels des Rückstellelements in der ersten Position gehalten ist, und wobei in der zweiten Stellung des zumindest ersten Stellelements das Schaltelement gegen eine von dem Rückstellelement ausgeübte Kraft in der zweiten Position gehalten ist.A device according to the invention for decoupling and coupling a rotary movement of a first component and a second component for a drive of a motor vehicle comprises

- a switching element which is arranged between the first and second components in a rotationally fixed and axially displaceable manner between a first position in which a rotational movement of the first component is coupled to a rotational movement of the second component and a second position in which the rotational movement of the first component is decoupled from the rotational movement of the second component, and
- an adjusting device, comprising
- • at least one first actuating element which is rotatably arranged about a rotation axis and/or axially displaceable and which is rotatably mounted and/or axially displaceable between a first position and a second position, and
- • a reset element for moving the switching element to the first position,

wherein in the first position of the at least first actuating element, the switching element is held in the first position by means of the return element, and wherein in the second position of the at least first actuating element, the switching element is held in the second position against a force exerted by the return element.

Bei einem Kraftfahrzeug, das beispielsweise einen Allradantrieb aufweist, kann es sinnvoll sein, die Drehbewegung einer Abtriebswelle oder einer Radnabe, welche mit einem Rad des Kraftfahrzeugs verbunden sein kann und ein Antriebsdrehmoment auf das entsprechende Rad übertragen kann, zu entkoppeln, wenn fahrsituationsbedingt ein Antrieb des jeweiligen Rades nicht erforderlich ist, insbesondere um Schleppmomente und Widerstände von Allradantrieben zu reduzieren. Eine derartige Vorrichtung kann insbesondere von Vorteil sein, wenn jedes Rad einer antreibbaren Achse eine solche Vorrichtung aufweist, sodass in bestimmten Fahrsituationen eine Achse insgesamt vom Abtrieb entkoppelt werden kann. Die Vorrichtung bildet eine Trennstelle zur fahrsituationsabhängigen Unterbrechung oder Kopplung einer Übertragung einer Antriebsleistung von einer Antriebseinheit auf das dazugehörige Rad.In a motor vehicle that has an all-wheel drive, for example, it can be useful to decouple the rotary movement of an output shaft or a wheel hub, which can be connected to a wheel of the motor vehicle and can transmit a drive torque to the corresponding wheel, if a drive of the respective wheel is not required due to the driving situation, in particular in order to reduce drag torques and resistances of all-wheel drives. Such a device can be particularly advantageous if each wheel of a drivable axle has such a device, so that in certain driving situations an axle can be decoupled from the output altogether. The device forms a separation point for interrupting or coupling a transmission of drive power from a drive unit to the associated wheel depending on the driving situation.

Das jeweilige Bauteil kann beispielsweise als Welle, insbesondere als Hohlwelle, ausgebildet sein. Die Bauteile können Teil eines Antriebs für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Allradfahrzeug, sein. Die beiden Bauteile sind bevorzugt koaxial zueinander angeordnet. Das erste Bauteil bzw. die erste Welle kann als Antriebswelle ausgebildet sein, welche mit einem Getriebe oder direkt mit einer Antriebseinheit verbunden ist und sich im Fahrbetrieb permanent mitdreht, während das zweite Bauteil bzw. die zweite Welle als Abtriebswelle ausgebildet sein kann, welche ein Antriebsdrehmoment des ersten Bauteils zumindest mittelbar auf ein Rad der jeweiligen Achse des Kraftfahrzeugs, beispielsweise auf ein Rad der Hinter- oder Vorderachse des Kraftfahrzeugs, überträgt. Das zweite Bauteil dreht sich nur dann im Fahrbetrieb mit, wenn die Vorrichtung derart geschaltet ist, dass eine Drehbewegung zwischen den Bauteilen übertragen wird, wie nachfolgend näher erläutert wird.The respective component can be designed as a shaft, in particular as a hollow shaft, for example. The components can be part of a drive for a motor vehicle, in particular for an all-wheel drive vehicle. The two components are preferably arranged coaxially to one another. The first component or the first shaft can be designed as a drive shaft which is connected to a gearbox or directly to a drive unit and rotates continuously during driving, while the second component or the second shaft can be designed as an output shaft which transmits a drive torque of the first component at least indirectly to a wheel of the respective axle of the motor vehicle, for example to a wheel of the rear or front axle of the motor vehicle. The second component only rotates during driving if the device is switched in such a way that a rotary movement is transmitted between the components, as explained in more detail below.

Vorzugsweise ist das erste Bauteil abschnittsweise im zweiten Bauteil aufgenommen und drehbar gelagert. Alternativ ist das zweite Bauteil abschnittsweise im ersten Bauteil aufgenommen und drehbar gelagert. Es kann eine Lagerung vorgesehen sein, die das erste Bauteil relativ zum zweiten Bauteil, und umgekehrt, drehbar lagert. Zudem erfolgt eine Zentrierung der beiden Bauteile zueinander. Am ersten oder zweiten Bauteil kann stirnseitig ein Pin oder ein Längsabschnitt angeformt oder ausgebildet sein, der in eine zentrische Ausnehmung am jeweils anderen Bauteil hineinragt und darin über ein Lagerelement drehbar gelagert ist.Preferably, the first component is accommodated in sections in the second component and rotatably mounted. Alternatively, the second component is accommodated in sections in the first component and rotatably mounted. A bearing can be provided that rotatably mounts the first component relative to the second component, and vice versa. In addition, the two components are centered relative to one another. A pin or a longitudinal section can be formed or formed on the front of the first or second component, which protrudes into a central recess on the other component and is rotatably mounted therein via a bearing element.

Die Vorrichtung ist eine sogenannte „normally closed“-Kupplung, die das Schaltelement im Normalbetrieb durch das Rückstellelement vorgespannt ist und so in der ersten Position gehalten ist, in der eine Drehbewegung des ersten Bauteils mit einer Drehbewegung des zweiten Bauteils gekoppelt ist. Die Vorrichtung ist folglich eine normal geschlossene Kupplung. Eine normal geschlossene Kupplung ist eine Kupplung, bei der das Schaltelement in einem unbetätigten Zustand der Vorrichtung, z. B. in einem Zustand, in dem die Stelleinrichtung unbetätigt ist, durch das zumindest erste Rückstellelement in die erste Position gedrängt bzw. gedrückt wird, in der die Kupplung geschlossen ist und eine Antriebsleistung übertragen wird.The device is a so-called "normally closed" clutch, in which the switching element is preloaded by the reset element during normal operation and is thus held in the first position in which a rotary movement of the first component is coupled with a rotary movement of the second component. The device is therefore a normally closed clutch. A normally closed clutch is a clutch in which the switching element is forced or pressed by the at least first reset element into the first position in which the clutch is closed and drive power is transmitted when the device is in an unactuated state, e.g. in a state in which the actuating device is unactuated.

Das Rückstellelement ist dazu eingerichtet, das Schaltelement in Richtung der ersten Position zu drücken und vorzuspannen, in der die Drehbewegung des ersten Bauteils mit der Drehbewegung des zweiten Bauteils gekoppelt ist. Wenn das Schaltelement in der ersten Position vorliegt, ist auch das zumindest erste Stellelement der Stelleinrichtung in der ersten Stellung angeordnet.The return element is designed to press and preload the switching element in the direction of the first position, in which the rotary movement of the first component is coupled to the rotary movement of the second component. When the switching element is in the first position, the at least first actuating element of the actuating device is also arranged in the first position.

Sofern infolge eines Eingabebefehls ein Öffnen der Kupplung bzw. Vorrichtung gefordert ist, wird die Stelleinrichtung betätigt, so dass das jeweilige zumindest erste Stellelement derart von der ersten Stellung in die zweite Stellung verlagert, dass sich das Schaltelement von der ersten Position in die zweite Position bewegt, in der die Drehbewegung des ersten Bauteils von der Drehbewegung des zweiten Bauteils entkoppelt ist. Mithin ist eine Drehbewegung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil, wenn das Schaltelement in der zweiten Position und das zumindest erste Stellelement in der zweiten Stellung vorliegen, entkoppelt, wobei eine Übertragung einer Antriebsleistung nicht erfolgt. Das Schaltelement wird durch das jeweilige Stellelement in die zweite Position entgegen einer Kraft des Rückstellelements verlagert, wobei das Rückstellelement, insbesondere axial, vorspannt bzw. eine Vorspannkraft aufbaut.If an input command requires the clutch or device to be opened, the actuating device is actuated so that the respective at least first actuating element is moved from the first position to the second position in such a way that the switching element moves from the first position to the second position, in which the rotary movement of the first component is decoupled from the rotary movement of the second component. Thus, when the switching element is in the second position and the at least first actuating element is in the second position, a rotary movement between the first and second components is decoupled, and no drive power is transmitted. The switching element is moved by the respective actuating element into the second position against a force of the return element, wherein the return element preloads, in particular axially, or builds up a preload force.

Unter einem drehbar angeordneten und/oder axial verlagerbaren ersten Stellelement ist zu verstehen, dass das erste Stellelement entweder nur drehbar angeordnet und axialfest angeordnet ist oder nur axial verlagerbar und drehfest angeordnet ist oder sowohl axial verlagerbar als auch drehbar angeordnet ist.A rotatably arranged and/or axially displaceable first actuating element is understood to mean that the first actuating element is either only rotatably arranged and axially fixed, or only axially displaceable and rotationally fixed, or both axially displaceable and rotatably arranged.

Das Rückstellelement ist bevorzugt ein federelastisches Rückstellelement. Das Rückstellelement kann ein oder mehrere Federelemente umfassen. Wenn mehrere Federelemente vorgesehen sind, können diese in Reihe geschaltet und/oder parallelgeschaltet sein. Das Rückstellelement stützt sich bevorzugt am ersten Bauteil ab und spannt das Schaltelement in die erste Position vor, wobei das Schaltelement bei Entspannung des jeweiligen Federelements in Richtung des zweiten Bauteils in die erste Position gedrückt wird.The reset element is preferably a spring-elastic reset element. The reset element can comprise one or more spring elements. If several spring elements are provided, these can be connected in series and/or in parallel. The reset element is preferably supported on the first component and preloads the switching element into the first position, wherein the switching element is pressed into the first position in the direction of the second component when the respective spring element is relaxed.

Vorzugsweise weist das Schaltelement eine Innenverzahnung auf, die in der ersten Position in Zahneingriff mit einer ersten Außenverzahnung am ersten Bauteil sowie mit einer zweiten Außenverzahnung am zweiten Bauteil steht, und die in der zweiten Position nur in Zahneingriff mit der ersten Außenverzahnung am ersten Bauteil steht. Preferably, the switching element has an internal toothing which, in the first position, is in tooth engagement with a first external toothing on the first component and with a second external toothing on the second component, and which, in the second position, is only in tooth engagement with the first external toothing on the first component.

Mit anderen Worten liegt im unbetätigten bzw. unbestromten Zustand des Systems über die Verzahnungen ein Formschluss zwischen den beiden Bauteilen vor. Zwischen dem Schaltelement und dem ersten Bauteil liegt dabei ein permanenter Formschluss vor, während zwischen dem Schaltelement und dem zweiten Bauteil nur dann ein Formschluss vorliegt, wenn die Vorrichtung bzw. Kupplung unbetätigt ist bzw. im geschlossenen vorliegt bzw. wenn das Schaltelement in der ersten Position vorliegt. Die Verzahnungen am Schaltelement und an den beiden Bauteilen wirken in Form einer Steckverzahnung, wobei das Schaltelement mit der Innenverzahnung relativ zu den beiden Bauteilen axial beweglich ist.In other words, when the system is not actuated or de-energized, there is a positive connection between the two components via the gears. There is a permanent positive connection between the switching element and the first component, while there is only a positive connection between the switching element and the second component when the device or clutch is not actuated or is closed or when the switching element is in the first position. The gears on the switching element and on the two components act in the form of a plug-in toothing, whereby the switching element with the internal toothing is axially movable relative to the two components.

Nach einem Ausführungsbeispiel umfasst die Stelleinrichtung neben dem drehbar um die Drehachse angeordneten ersten Stellelement ein zweites Stellelement, wobei am ersten Stellelement eine erste Rampenstruktur mit mindestens einer in Umfangsrichtung axial ansteigenden ersten Rampe ausgebildet ist, und wobei am zweiten Stellelement eine zweite Rampenstruktur mit mindestens einer in Umfangsrichtung axial abfallenden zweiten Rampe ausgebildet ist, wobei die Rampenstrukturen stirnseitig über die jeweiligen Rampen miteinander in Wirkverbindung stehen, um eine axiale Verschiebung des ersten oder zweiten Stellelements zwischen der ersten und zweiten Stellung zu bewirken und dadurch das Schaltelement entgegen der Kraft des Rückstellelements von der ersten Position in die zweite Position zu verlagern. Mit anderen Worten sind das erste und zweite Stellelement als Well- oder Konturscheiben mit gegenläufigen Rampenstrukturen ausgeführt.According to one embodiment, the actuating device comprises a second actuating element in addition to the first actuating element arranged to rotate about the axis of rotation, wherein a first ramp structure with at least one first ramp axially rising in the circumferential direction is formed on the first actuating element, and wherein a second ramp structure with at least one second ramp axially falling in the circumferential direction is formed on the second actuating element, wherein the ramp structures are operatively connected to one another at the front via the respective ramps in order to effect an axial displacement of the first or second actuating element between the first and second positions and thereby to displace the switching element from the first position to the second position against the force of the return element. In other words, the first and second actuating elements are designed as corrugated or contoured disks with opposing ramp structures.

Die Rampenstrukturen können als separate Bauteile an dem ersten bzw. zweiten Bauteil drehfest angeordnet sein. Alternativ können die Rampenstrukturen am jeweiligen Bauteil integriert bzw. daran angeformt bzw. einteilig damit verbunden sein.The ramp structures can be arranged as separate components on the first or second component in a rotationally fixed manner. Alternatively, the ramp structures can be integrated into the respective component, molded onto it, or connected to it as one piece.

Gemäß einer ersten Alternative ist das erste Stellelement neben dessen drehbarer Anordnung auch axial verlagerbar, um das Schaltelement von der ersten Position in die zweite Position zu verlagern. Das zweite Stellelement bildet dabei ein axiales Widerlager des ersten Stellelements und ist dreh- und axialfest angeordnet. In diesem Fall ist das erste Stellelement um eine Drehachse drehbar angeordnet sowie axial verlagerbar. Wird das axial verlagerbare erste Stellelement relativ zum zweiten Stellelement, mit dem es in Wirkverbindung steht, verdreht, führt die mindestens eine in Umfangsrichtung axial ansteigende Rampe der ersten Rampenstruktur bei einer Kontaktaufnahme mit der in gleicher Umfangsrichtung axial abfallenden zweiten Rampe der zweiten Rampenstruktur zur axialen Verschiebung des ersten Stellelements von der ersten in die zweite Stellung, indem die Rampen der Rampenstrukturen zumindest mittelbar aneinander abscheren.According to a first alternative, the first actuating element is not only rotatable but also axially displaceable in order to move the switching element from the first position to the second position. The second actuating element forms an axial abutment for the first actuating element and is arranged in a rotationally and axially fixed manner. In this case, the first actuating element is arranged to rotate about an axis of rotation and is axially displaceable. If the axially displaceable first actuating element is rotated relative to the second actuating element with which it is operatively connected, the at least one ramp of the first ramp structure which rises axially in the circumferential direction, when it comes into contact with the second ramp of the second ramp structure which falls axially in the same circumferential direction, leads to the axial displacement of the first actuating element from the first to the second position, in that the ramps of the ramp structures at least indirectly shear against one another.

Gemäß einer zweiten Alternative ist das zweite Stellelement relativ zum drehbaren und axialfesten ersten Stellelement axial verlagerbar ausgeführt. Das erste Stellelement ist demnach das axiale Widerlager für das zweite Stellelement, wobei das zweite Stellelement das Schaltelement von der ersten Position in die zweite Position verlagert. In diesem Fall ist das erste Stellelement ausschließlich um dessen Drehachse drehbar angeordnet. Wird das erste Stellelement relativ zum axial verlagerbaren zweiten Stellelement, mit dem es in Wirkverbindung steht, verdreht, führt die mindestens eine in Umfangsrichtung axial ansteigende Rampe der ersten Rampenstruktur bei einer Kontaktaufnahme mit der in gleicher Umfangsrichtung axial abfallenden zweiten Rampe der zweiten Rampenstruktur zur axialen Verschiebung des zweiten Stellelements, indem die Rampen der Rampenstrukturen zumindest mittelbar aneinander abscheren.According to a second alternative, the second actuating element is designed to be axially displaceable relative to the rotatable and axially fixed first actuating element. The first actuating element is therefore the axial abutment for the second actuating element, with the second actuating element displacing the switching element from the first position to the second position. In this case, the first actuating element is arranged to be rotatable exclusively about its axis of rotation. If the first actuating element is rotated relative to the axially displaceable second actuating element with which it is operatively connected, the at least one ramp of the first ramp structure which rises axially in the circumferential direction leads to the axial displacement of the second actuating element when it comes into contact with the second ramp of the second ramp structure which falls axially in the same circumferential direction, in that the ramps of the ramp structures at least indirectly shear against one another.

Die Struktur der Rampen kann beliebig gewählt werden. Einfach herzustellen sind Rampenstrukturen mit einer gleichmäßig ansteigenden bzw. abfallenden Rampe. Denkbar sind auch Kurvenrampen mit einer wenigstens abschnittsweisen Kurvengeometrie.The structure of the ramps can be chosen as desired. Ramp structures with a uniformly rising or falling ramp are easy to manufacture. Curved ramps with a curved geometry in at least some sections are also conceivable.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel sind räumlich zwischen den Rampenstrukturen Wälzkörper angeordnet. Auch in diesem Fall weist die Stelleinrichtung zwei Stellelemente mit Rampenstrukturen und Rampen auf, an denen jeweils mindestens ein Wälzkörper abrollen kann. Die Rampen der Rampenstrukturen kommen also nicht direkt aneinander zur Anlage. Vielmehr sind räumlich zwischen den Rampenkonturen Wälzkörper, beispielsweise Kugeln, Zylinder, Kegelrollen oder dergleichen, angeordnet, die an den Rampen abrollen, und so bei einer entsprechenden Relativverdrehung der beiden Stellelemente die Spreizwirkung zur Betätigung des Schaltelements erzielen. Durch Wälzkörper können Verluste zwischen den Stellelementen bzw. im System reduziert werden.According to a further embodiment, rolling elements are arranged spatially between the ramp structures. In this case too, the actuating device has two actuating elements with ramp structures and ramps, on each of which at least one rolling element can roll. The ramps of the ramp structures therefore do not come into direct contact with one another. Instead, rolling elements, for example balls, cylinders, tapered rollers or the like, are arranged spatially between the ramp contours, which roll on the ramps and thus achieve the spreading effect for actuating the switching element when the two actuating elements are rotated accordingly. Rolling elements can reduce losses between the actuating elements or in the system.

Bevorzugt ist das drehbar angeordnete erste Stellelement mit einem Stellaktuator antriebswirksam verbunden. Der Stellaktuator erzeugt die Antriebsleistung zur Verdrehung des drehbar angeordneten ersten Stellelements relativ zum zweiten Stellelement. Zwischen dem Stellaktuator und dem verdrehbaren ersten Stellelement kann ferner eine Übersetzungsstufe in Form einer Stirnradstufe, eines Umschlingungstrieb oder dergleichen angeordnet sein.Preferably, the rotatably arranged first actuating element is connected to an actuating actuator in a drive-effective manner. The actuating actuator generates the drive power for rotating the rotatably arranged first actuating element relative to the second actuating element. A transmission stage in the form of a spur gear stage, a belt drive or the like can also be arranged between the actuating actuator and the rotatable first actuating element.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das erste Stellelement der Stelleinrichtung eine Schaltgabel, die dazu eingerichtet ist, das Schaltelement zwischen der ersten und zweiten Stellung axial zu verlagern und dadurch das Schaltelement entgegen der Kraft des Rückstellelements von der ersten Position in die zweite Position zu verlagern. In diesem Fall ist das erste Stellelement ausschließlich axial verlagerbar. Die Schaltgabel ist zudem radial abgestützt und drehfest angeordnet, beispielsweise an einer Führungsstange.According to a further embodiment, the first actuating element of the actuating device is a shift fork which is designed to axially displace the switching element between the first and second positions and thereby to displace the switching element from the first position to the second position against the force of the return element. In this case, the first actuating element can only be displaced axially. The shift fork is also radially supported and arranged in a rotationally fixed manner, for example on a guide rod.

Unter dem Begriff „wirkverbunden“ oder „antriebswirksam verbunden“ oder „Wirkverbindung“ ist eine nicht schaltbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen zu verstehen, welche zu einer permanenten Übertragung einer Antriebsleistung, insbesondere einer Drehzahl und/oder eines Drehmoments, vorgesehen ist. Die Verbindung kann beispielsweise über eine feste Welle und/oder eine Verzahnung erfolgen.The term "operatively connected" or "drive-effectively connected" or "operative connection" refers to a non-switchable connection between two components, which is intended for the permanent transmission of a drive power, in particular a speed and/or a torque. The connection can be made, for example, via a fixed shaft and/or a gearing.

Unter dem Begriff „zumindest mittelbar“ ist zu verstehen, dass zwei Bauteile über mindestens ein weiteres Bauteil, das zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist, miteinander (wirk-)verbunden sind oder direkt und somit unmittelbar miteinander verbunden sind. Mithin können zwischen Wellen oder Zahnrädern noch weitere Bauteile angeordnet sein, die mit der Welle bzw. dem Zahnrad wirkverbunden sind.The term "at least indirectly" means that two components are (operatively) connected to one another via at least one other component that is arranged between the two components, or are directly and thus immediately connected to one another. Thus, further components that are operatively connected to the shaft or gear can be arranged between shafts or gears.

Ein erfindungsgemäßer Antrieb für ein Kraftfahrzeug umfasst wenigstens eine Vorrichtung gemäß den vorherigen Ausführungen, wobei das erste Bauteil mit einer Antriebseinheit antriebswirksam verbunden ist, und wobei das zweite Bauteil zumindest mittelbar mit einer Radfelge drehfest verbunden ist. Die Antriebseinheit ist bevorzugt eine Elektromaschine, wobei die Elektromaschine eine Antriebswelle, insbesondere ausgebildet als Rotor oder Rotorwelle, aufweist, die antriebswirksam mit dem ersten Bauteil der Vorrichtung verbunden ist. Der Rotor ist gegenüber einem gehäusefesten Stator der Elektromaschine drehbar gelagert. Die Elektromaschine ist vorzugsweise mit einem Akkumulator verbunden, der die elektrische Maschine mit elektrischer Energie versorgt. Ferner bevorzugt ist die Elektromaschine von einer Leistungselektronik steuer- bzw. regelbar. Die Antriebseinheit kann alternativ auch ein Verbrennungsmotor sein, wobei das erste Bauteil in diesem Fall beispielsweise eine Kurbelwelle ist oder zumindest mittelbar mit einer Kurbelwelle drehfest verbunden ist.A drive according to the invention for a motor vehicle comprises at least one device according to the previous embodiments, wherein the first component is connected to a drive unit in a driving manner, and wherein the second component is at least indirectly connected to a wheel rim in a rotationally fixed manner. The drive unit is preferably an electric machine, wherein the electric machine has a drive shaft, in particular designed as a rotor or rotor shaft, which is connected to the first component of the device in a driving manner. The rotor is rotatably mounted relative to a stator of the electric machine which is fixed to the housing. The electric machine is preferably connected to an accumulator which supplies the electric machine with electrical energy. Furthermore, the electric machine can preferably be controlled or regulated by power electronics. Alternatively, the drive unit can also be an internal combustion engine, wherein the first component in this case is, for example, a crankshaft or is at least indirectly connected to a crankshaft in a rotationally fixed manner.

Der Antrieb kann auch mehrere Vorrichtungen umfassen, wobei die ersten Bauteile der Vorrichtungen mit einer gemeinsamen oder separaten Antriebseinheit antriebswirksam verbunden sind. Eine gemeinsame Antriebseinheit ist insbesondere dann vorteilhaft einsetzbar, wenn beispielsweise zwei Räder einer gemeinsamen antreibbaren Achse mit einer Vorrichtung versehen sind, wobei eine einzige Antriebseinheit über ein Differential oder dergleichen eine Antriebsleistung auf die ersten Bauteile der Vorrichtungen überträgt.The drive can also comprise several devices, wherein the first components of the devices are connected to a common or separate drive unit. A common drive unit can be used particularly advantageously when, for example, two wheels of a common drivable axle are provided with a device, wherein a single drive unit transmits a drive power to the first components of the devices via a differential or the like.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst wenigstens einen Antrieb gemäß der vorher beschriebenen Art. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Automobil (z.B. ein Personenkraftfahrwagen mit einem Gewicht von weniger als 3,5 t), Bus oder Lastkraftwagen (Bus, Lastkraftwagen oder Nutzfahrzeug z. B. mit einem Gewicht von über 3,5 t). Je nach Ausgestaltung der Antriebseinheit kann das Kraftfahrzeug ein reiner Verbrenner (Antrieb erfolgt mittels Verbrennungsmotor), ein Elektrofahrzeug (Antriebseinheit ist eine Elektromaschine) oder ein Hybridfahrzeug (Antrieb erfolgt durch Kombination aus Verbrennungsmotor und Elektromaschine) sein. Das Kraftfahrzeug umfasst eine, vorzugsweise zwei antreibbare Achsen, wobei die jeweilige antreibbare Achse Teil des Antriebs ist, und wobei an jeder antreibbaren Achse mindestens eine erfindungsgemä-ße Vorrichtung, vorzugsweise zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen im Bereich des jeweiligen Rades der Achse angeordnet sind. Vorzugsweise ist das Kraftfahrzeug ein Allradfahrzeug, wobei alle Achsen des Fahrzeugs antreibbare Achsen sind. Nach einem Ausführungsbeispiel ist an jedem Rad des Fahrzeugs eine erfindungsgemäße Vorrichtung angeordnet, die jeweils fahrsituationsabhängig eine Antriebseinheit vom Abtrieb entkoppeln oder daran ankoppeln kann. Dadurch können in bestimmten Fahrsituationen, in denen der Antrieb des Fahrzeugs nicht im Allradmodus zu erfolgen hat, Schleppverluste reduziert werden.A motor vehicle according to the invention comprises at least one drive according to the type described above. The motor vehicle is preferably a motor vehicle, in particular an automobile (e.g. a passenger car weighing less than 3.5 t), bus or truck (bus, truck or commercial vehicle, e.g. weighing more than 3.5 t). Depending on the design of the drive unit, the motor vehicle can be a pure combustion engine (driven by means of a combustion engine), an electric vehicle (drive unit is an electric machine) or a hybrid vehicle (driven by a combination of combustion engine and electric machine). The motor vehicle comprises one, preferably two drivable axles, wherein the respective drivable axle is part of the drive, and wherein at least one device according to the invention, preferably two devices according to the invention, are arranged on each drivable axle in the region of the respective wheel of the axle. The motor vehicle is preferably an all-wheel drive vehicle, wherein all axles of the vehicle are drivable axles. According to one embodiment, a device according to the invention is arranged on each wheel of the vehicle, which can decouple a drive unit from the output or couple it to it depending on the driving situation. This can reduce drag losses in certain driving situations in which the vehicle does not have to be driven in all-wheel drive mode.

Effizienzoptimal ist die Vorrichtung bzw. die Trennstelle bevorzugt direkt am Rad des Kraftfahrzeugs angeordnet, da dadurch auch die Kardanwellen entkoppelt werden können. In diesem Sinn bildet das zweite Bauteil eine Radnabe, die zur drehfesten Verbindung mit der Radfelge eingerichtet ist. In einem Ausführungsbeispiel ist die Radnabe unmittelbar drehfest mit der Radfelge verbunden. Alternativ kann zwischen dem zweiten Bauteil und der Radfelge auch eine Lenkeinrichtung vorgesehen sein, um das jeweilige mit der Radnabe wirkverbundene Rad lenkbar auszuführen.For optimum efficiency, the device or the separation point is preferably arranged directly on the wheel of the motor vehicle, as this also allows the cardan shafts to be decoupled. In this sense, the second component forms a wheel hub, which is designed for a rotationally fixed connection to the wheel rim. In one embodiment, the wheel hub is directly connected to the wheel rim in a rotationally fixed manner. Alternatively, a steering device can also be provided between the second component and the wheel rim in order to make the respective wheel operatively connected to the wheel hub steerable.

Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelten sinngemäß ebenfalls für den erfindungsgemäßen Antrieb und das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug, und umgekehrt.The above definitions as well as statements on technical effects, advantages and advantageous embodiments of the device according to the invention also apply mutatis mutandis to the drive according to the invention and the motor vehicle according to the invention, and vice versa.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt

1 eine stark schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Antrieb, umfassend mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen zum Entkoppeln und Koppeln einer Drehbewegung eines ersten Bauteils und eines zweiten Bauteils,
2a eine schematische Längsschnittdarstellung einer Radanbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 1, wobei ein Schaltelement in einer ersten Position, in der eine Drehbewegung des ersten Bauteils mit einer Drehbewegung des zweiten Bauteils gekoppelt ist, vorliegt,
2b eine schematische Längsschnittdarstellung der Radanbindung nach 2a, wobei das Schaltelement in einer zweiten Position, in der die Drehbewegung des ersten Bauteils von der Drehbewegung des zweiten Bauteils entkoppelt ist, vorliegt,
3a eine schematische Längsschnittdarstellung der Radanbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei das Schaltelement in der ersten Position vorliegt,
3b eine schematische Längsschnittdarstellung der Radanbindung nach 3a, wobei das Schaltelement in der zweiten Position vorliegt,
4a eine schematische Längsschnittdarstellung der Radanbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform, wobei das Schaltelement in der ersten Position vorliegt,
4b eine schematische Längsschnittdarstellung der Radanbindung nach 4a, wobei das Schaltelement in der zweiten Position vorliegt,
5 eine stark vereinfachte Darstellung einer ersten und zweiten Rampenstruktur der Stelleinrichtung in der Abwicklung gemäß einer ersten Alternative, und
6 eine stark vereinfachte Darstellung der ersten und zweiten Rampenstruktur der Stelleinrichtung in der Abwicklung gemäß einer zweiten Alternative.

In the following, embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings, wherein identical or similar elements are provided with the same reference numerals.

1 a highly schematic representation of a motor vehicle according to the invention with a drive according to the invention, comprising several devices according to the invention for decoupling and coupling a rotary movement of a first component and a second component,
2a a schematic longitudinal sectional view of a wheel connection with the device according to the invention 1 , wherein a switching element is in a first position in which a rotary movement of the first component is coupled to a rotary movement of the second component,
2 B a schematic longitudinal section of the wheel connection according to 2a , wherein the switching element is in a second position in which the rotational movement of the first component is decoupled from the rotational movement of the second component,
3a a schematic longitudinal sectional view of the wheel connection with the device according to the invention according to a second embodiment, wherein the switching element is in the first position,
3b a schematic longitudinal section of the wheel connection according to 3a , wherein the switching element is in the second position,
4a a schematic longitudinal sectional view of the wheel connection with the device according to the invention according to a third embodiment, wherein the switching element is in the first position,
4b a schematic longitudinal section of the wheel connection according to 4a , wherein the switching element is in the second position,
5 a highly simplified representation of a first and second ramp structure of the actuating device in the development according to a first alternative, and
6 a highly simplified representation of the first and second ramp structure of the actuating device in the development according to a second alternative.

Gemäß 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 100 mit zwei Achsen 22a, 22b dargestellt. Das Kraftfahrzeug 100 ist ein Allradfahrzeug, wobei jede Achse 22a, 22b, an deren Enden jeweils ein Rad 23 angeordnet ist, eine angetriebene Achse mit einem erfindungsgemäßen Antrieb 1 ist. Die zweite Achse 22b ist vorliegend eine lenkbare Achse, worauf nachfolgend jedoch nicht näher eingegangen wird. Jeder der beiden Antriebe 1 umfasst jeweils zwei Vorrichtungen 2 zum Entkoppeln und Koppeln einer Drehbewegung eines ersten Bauteils 3 und eines zweiten Bauteils 4. Nachfolgend wird lediglich eine der Vorrichtungen 2 exemplarisch gezeigt, wobei die anderen drei Vorrichtungen 2 analog dazu, und je nach Fahrzeugseite entsprechend spiegelverkehrt, ausgebildet sind.According to 1 a motor vehicle 100 according to the invention is shown with two axles 22a, 22b. The motor vehicle 100 is an all-wheel drive vehicle, wherein each axle 22a, 22b, at the ends of which a wheel 23 is arranged, is a driven axle with a drive 1 according to the invention. The second axle 22b is a steerable axle in the present case, but this will not be discussed in more detail below. Each of the two drives 1 comprises two devices 2 for decoupling and coupling a rotary movement of a first component 3 and a second component 4. Only one of the devices 2 is shown below as an example, wherein the other three devices 2 are designed analogously and, depending on the side of the vehicle, are mirror-inverted.

Die Vorrichtung 2 ist besonders radnah am jeweiligen Rad 23 angeordnet, was insbesondere in 2a bis 4b gezeigt ist. Das erste Bauteil 3 ist eine Antriebswelle einer Antriebseinheit 20. Die Summe aller Vorrichtungen 2 und Antriebseinheiten 20 bilden den erfindungsgemäßen Antrieb 1. Die Antriebseinheit 20 der jeweiligen Achse 22a, 22b ist hier lediglich durch ein gestricheltes Rechteck dargestellt. Die Antriebseinheit 20 ist hier eine Elektromaschine, die eine Antriebsleistung zumindest mittelbar auf die Antriebswelle bzw. das ersten Bauteil 3 überträgt. Das zweite Bauteil 4 ist eine Radnabe des jeweiligen Rades 23, wobei das zweite Bauteil 4 drehfest mit einer Radfelge 19 des Rades 23 verbunden ist. Ferner ist eine Bremsvorrichtung 24 vorgesehen, deren Bremsscheibe31 einerseits mit der Radfelge 19 und andererseits mit einem ortsfesten Bauteil 25, hier ein Gehäuse oder das Fahrwerk des Kraftfahrzeugs 100, wirkverbunden bzw. wirkverbindbar ist. Auf die Bremsvorrichtung 24 wird nachfolgend nicht näher eingegangen. Die Bremsvorrichtung 24 ist lediglich in 2a und 2b mit Bezugszeichen versehen.The device 2 is arranged particularly close to the respective wheel 23, which is particularly 2a until 4b is shown. The first component 3 is a drive shaft of a drive unit 20. The sum of all devices 2 and drive units 20 form the drive 1 according to the invention. The drive unit 20 of the respective axle 22a, 22b is shown here only by a dashed rectangle. The drive unit 20 is here an electric machine which transmits a drive power at least indirectly to the drive shaft or the first component 3. The second component 4 is a wheel hub of the respective wheel 23, wherein the second component 4 is connected in a rotationally fixed manner to a wheel rim 19 of the wheel 23. Furthermore, a braking device 24 is provided, the brake disk 31 of which is operatively connected or operatively connectable on the one hand to the wheel rim 19 and on the other hand to a stationary component 25, here a housing or the chassis of the motor vehicle 100. The braking device 24 will not be discussed in more detail below. The braking device 24 is only in 2a and 2 B provided with reference symbols.

In 2a bis 4b sind unterschiedliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 dargestellt. Die Vorrichtung 2 umfasst ein hülsenförmiges Schaltelement 5, das eine Schulter 5a aufweist, an der ein Stellelement einer Stelleinrichtung 17 zur Anlage kommen kann bzw. abgestützt ist. Das Schaltelement 5 ist drehfest und axial verlagerbar zwischen einer ersten axialen Position, in der eine Drehbewegung des ersten Bauteils 3 mit einer Drehbewegung des zweiten Bauteils 4 gekoppelt ist, und einer zweiten axialen Position, in der die Drehbewegung des ersten Bauteils 3 von der Drehbewegung des zweiten Bauteils 4 entkoppelt ist, zwischen dem ersten und zweiten Bauteil 3, 4 angeordnet ist. Das erste Bauteil 3 ist hier teilweise räumlich innerhalb des Schaltelements 5 angeordnet.In 2a until 4b different embodiments of the device 2 according to the invention are shown. The device 2 comprises a sleeve-shaped switching element 5 which has a shoulder 5a on which an actuating element of an actuating device 17 can come into contact or is supported. The switching element 5 is arranged between the first and second components 3, 4 in a rotationally fixed and axially displaceable manner between a first axial position in which a rotational movement of the first component 3 is coupled to a rotational movement of the second component 4, and a second axial position in which the rotational movement of the first component 3 is decoupled from the rotational movement of the second component 4. The first component 3 is here partially arranged spatially within the switching element 5.

Das Schaltelement 5 weist eine Innenverzahnung 10 auf, die, wenn das Schaltelement 5 in der ersten Position vorliegt, in Zahneingriff mit einer ersten Außenverzahnung 11 am Außenumfang des ersten Bauteils 3 sowie mit einer zweiten Außenverzahnung 12 am Außenumfang des zweiten Bauteils 4 steht, sodass in einer Ausgangsstellung der Vorrichtung 2 ein Formschluss zur drehfesten Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil 3, 4 vorliegt. Wenn das Schaltelement 5 in der zweiten Position vorliegt, steht das Schaltelement 5 lediglich in Zahneingriff mit der ersten Außenverzahnung 11 des ersten Bauteils 3, sodass kein Formschluss zwischen dem ersten und zweiten Bauteil 3, 4 vorliegt. In dieser Situation ist die Kupplung geöffnet und zwischen den Bauteilen 3, 4 wird keine Antriebsleistung übertragen.The switching element 5 has an internal toothing 10 which, when the switching element 5 is in the first position, is in meshing engagement with a first external toothing 11 on the outer circumference of the first component 3 and with a second external toothing 12 on the outer circumference of the second component 4, so that in an initial position of the device 2 there is a positive connection for the rotationally fixed connection between the first and second components 3, 4. When the switching element 5 is in the second position, the switching element 5 is only in meshing engagement with the first external toothing 11 of the first component 3, so that there is no positive connection between the first and second components 3, 4. In this situation, the clutch is open and no drive power is transmitted between the components 3, 4.

Das erste Bauteil 3 ist über einen Längsabschnitt 3a abschnittsweise im zweiten Bauteil 4 aufgenommen und über ein Lagerelement 29 daran drehbar gelagert. Dadurch wird eine Zentrierung der beiden Bauteile 3, 4 zueinander realisiert.The first component 3 is accommodated in sections in the second component 4 via a longitudinal section 3a and is rotatably mounted thereon via a bearing element 29. This enables the two components 3, 4 to be centered relative to one another.

Gemäß der ersten Ausführungsform der Vorrichtung 2 nach 2a und 2b in Verbindung mit 5 umfasst die Vorrichtung 2 eine Stelleinrichtung 17, aufweisend ein drehbar um eine Drehachse 9 und axialfest angeordnetes erstes Stellelement 6 sowie ein drehfest und relativ zum ersten Stellelement 6 axial verlagerbar angeordnetes zweites Stellelement 7. Ferner weist die Stelleinrichtung 17 ein federelastisches Rückstellelement 8 in Form eines axial vorspannbaren Federelements auf, das zur axialen Vorspannung des Schaltelements 5 ausgebildet ist.According to the first embodiment of the device 2 according to 2a and 2 B combined with 5 the device 2 comprises an adjusting device 17, having a first adjusting element 6 which is rotatable about an axis of rotation 9 and axially fixed, and a second adjusting element 7 which is rotatably fixed and axially displaceable relative to the first adjusting element 6. Furthermore, the adjusting device 17 has a spring-elastic return element 8 in the form of an axially prestressable spring element which is designed to axially prestress the switching element 5.

Das erste Stellelement 6 weist eine erste Rampenstruktur 13 mit mehreren in Umfangsrichtung axial ansteigenden ersten Rampen 14 auf, wobei das zweite Stellelement 7 eine zweite Rampenstruktur 15 mit mehreren in Umfangsrichtung axial abfallenden zweiten Rampen 16 aufweist. Die Rampenstrukturen 13, 15 für dieses Beispiel sind in 5 stark vereinfacht dargestellt. Die Rampenstrukturen 13, 15 stehen stirnseitig über die jeweiligen Rampen 14, 16 miteinander in Wirkverbindung. Die Rampen 14, 16 der Rampenstrukturen 13, 15 sind aneinander abgleitend ausgeführt. Zur besseren Veranschaulichung sind die Rampen 14, 16 in 50 axial beabstandet zueinander dargestellt. In Realität kommen die Rampen 14, 16 direkt aneinander zur Anlage und gleiten bei einer Relativverdrehung des ersten Stellelements 6 zum zweiten Stellelement 7 aneinander ab. Die gegenüberliegenden Rampen 14, 16 sind in Umfangsrichtung mit einer gegenläufigen Steigung ausgeführt. Einer in Umfangsrichtung axial ansteigenden ersten Rampe 14 ist mit anderen Worten axial gegenüberliegend eine in gleicher Umfangsrichtung axial abfallende zweite Rampe 16 angeordnet, und umgekehrt. Vorliegend ist an jeder Rampenstruktur 13 bzw. 15 in Umfangsrichtung je eine axial ansteigende und axial abfallende Rampe 14 bzw. 16 abwechselnd angeordnet.The first actuating element 6 has a first ramp structure 13 with a plurality of first ramps 14 rising axially in the circumferential direction, the second actuating element 7 having a second ramp structure 15 with a plurality of second ramps 16 falling axially in the circumferential direction. The ramp structures 13, 15 for this example are shown in 5 shown in a highly simplified manner. The ramp structures 13, 15 are connected to one another at the front via the respective ramps 14, 16. The ramps 14, 16 of the ramp structures 13, 15 are designed to slide against one another. For better For illustration purposes, ramps 14, 16 in 50 shown axially spaced from each other. In reality, the ramps 14, 16 come into direct contact with each other and slide off each other when the first actuating element 6 rotates relative to the second actuating element 7. The opposite ramps 14, 16 are designed with an opposite gradient in the circumferential direction. In other words, a first ramp 14 that rises axially in the circumferential direction has a second ramp 16 that falls axially in the same circumferential direction arranged axially opposite it, and vice versa. In the present case, an axially rising and an axially falling ramp 14 or 16 is arranged alternately in the circumferential direction on each ramp structure 13 or 15.

Das erste Stellelement 7 ist zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung drehbar gelagert, wobei eine Verdrehung des ersten Stellelements 6 zwischen der ersten und zweiten Stellung eine axiale Verlagerung des zweiten Stellelements 7 relativ zum ersten Stellelement 6 bewirkt. Die Betätigung des ersten Stellelements 7 kann analog zu den Ausführungen zu 3a und 3b erfolgen. Mit anderen Worten wird durch Verdrehen des ersten Stellelements 6 relativ zum zweiten Stellelement 7 aufgrund der drehfesten Anordnung des zweiten Stellelements 7 eine axiale Spreizkraft erzeugt, die das zweite Stellelement 7 in Richtung des Schaltelements 5 axial drückt. Eine axiale Bewegung des zweiten Stellelements 7 bewirkt wiederum eine axiale Verlagerung des Schaltelements 5 von der ersten in die zweite Position, hier von links nach rechts, wobei gleichzeitig das Rückstellelement 8 axial komprimiert und eine Federvorspannkraft aufgebaut wird. Mithin ist das Schaltelement 5 durch die Stelleinrichtung 17 entgegen der Kraft des Rückstellelements 8 von der ersten Position in die zweite Position verlagerbar.The first actuating element 7 is rotatably mounted between a first position and a second position, wherein a rotation of the first actuating element 6 between the first and second positions causes an axial displacement of the second actuating element 7 relative to the first actuating element 6. The actuation of the first actuating element 7 can be carried out analogously to the explanations for 3a and 3b In other words, by rotating the first actuating element 6 relative to the second actuating element 7, an axial spreading force is generated due to the rotationally fixed arrangement of the second actuating element 7, which presses the second actuating element 7 axially in the direction of the switching element 5. An axial movement of the second actuating element 7 in turn causes an axial displacement of the switching element 5 from the first to the second position, here from left to right, with the return element 8 being axially compressed at the same time and a spring preload force being built up. The switching element 5 can therefore be displaced by the actuating device 17 from the first position to the second position against the force of the return element 8.

In der ersten Stellung bzw. der ersten rotativen Position des Stellelements 6 ist das Schaltelement 5 mittels des Rückstellelements 8 in der ersten Position gehalten bzw. wird in Richtung des zweiten Bauteils 4 gedrückt. In der zweiten Stellung bzw. der zweiten rotativen Position des ersten Stellelements 6 ist das Schaltelement 5 gegen eine von dem Rückstellelement 8 ausgeübte Federkraft in der zweiten Position gehalten bzw. wird in Richtung des ersten Bauteils 3 gedrückt. 2a zeigt das Schaltelement 5 in der ersten Position und das erste Stellelement 6 in der ersten Stellung, wobei das erste und zweite Bauteil 3, 4 miteinander drehmomentführend gekoppelt sind. 2b zeigt das Schaltelement 5 in der zweiten Position und das erste Stellelement 6 in der zweiten Stellung, wobei das erste und zweite Bauteil 3, 4 voneinander entkoppelt sind.In the first position or the first rotary position of the actuating element 6, the switching element 5 is held in the first position by means of the return element 8 or is pressed in the direction of the second component 4. In the second position or the second rotary position of the first actuating element 6, the switching element 5 is held in the second position against a spring force exerted by the return element 8 or is pressed in the direction of the first component 3. 2a shows the switching element 5 in the first position and the first actuating element 6 in the first position, wherein the first and second components 3, 4 are coupled to one another in a torque-guiding manner. 2 B shows the switching element 5 in the second position and the first actuating element 6 in the second position, wherein the first and second components 3, 4 are decoupled from each other.

Ein erneutes Koppeln der beiden Bauteile 3, 4 erfolgt beispielsweise, wenn ein - hier nicht gezeigter - Aktuator zum Drehantrieb des ersten Stellelements 6 deaktiviert wird bzw. im unbestromten Zustand vorliegt. In diesem Fall wird die im Rückstellelement 8 erzeugte Vorspannkraft abgebaut, so dass das Schaltelement 5 axial zurück in die erste Position gedrückt wird. Gleichzeitig wird auch das zweite Stellelement 7 zurück in Richtung des ersten Stellelements 6 axial verlagert, wobei das erste Stellelement 6 aus der zweiten Stellung zurück in die erste Stellung rotiert. Die Rückstellung von der zweiten in die erste Stellung des ersten Stellelements 6 kann durch einen Aktuator analog zu 3a und 3b unterstützt oder ausgeführt werden.The two components 3, 4 are re-coupled, for example, when an actuator (not shown here) for the rotary drive of the first actuating element 6 is deactivated or is in a non-energized state. In this case, the preload force generated in the return element 8 is reduced, so that the switching element 5 is pressed axially back into the first position. At the same time, the second actuating element 7 is also axially displaced back in the direction of the first actuating element 6, whereby the first actuating element 6 rotates from the second position back into the first position. The return from the second to the first position of the first actuating element 6 can be carried out by an actuator analogous to 3a and 3b supported or executed.

Bei der Verlagerung des Schaltelements 5 von der ersten in die zweite Position wird eine Vorspannkraft bzw. Rückstellkraft im Rückstellelement 8 aufgebaut, die zur Rückstellung des Schaltelements 5 von der zweiten in die erste Position abgebaut wird.When the switching element 5 is moved from the first to the second position, a preload force or restoring force is built up in the restoring element 8, which is reduced to return the switching element 5 from the second to the first position.

Gemäß der weiteren Ausführungsform der Vorrichtung 2 nach 3a und 3b in Verbindung mit 6 umfasst die Stelleinrichtung 17 ebenfalls zwei Stellelemente 6, wobei das erste Stellelement 6 drehbar gelagert und axialfest angeordnet ist, und wobei das zweite Stellelement 7 drehfest und axial verlagerbar angeordnet ist. Das Rückstellelement 8 ist analog zum ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet und angeordnet. Auch die Rampenstrukturen 13, 15 mit den jeweiligen Rampen 14, 16 sind analog zu 2a und 2b ausgeführt. Der Unterschied besteht hier darin, dass räumlich zwischen den Rampenstrukturen 12, 14 Wälzkörper 21 angeordnet sind, die an den jeweiligen Rampenpaaren abwälzen, vgl. 6. Vorliegend sind die Wälzkörper 21 als Kugeln ausgebildet, wobei die Rampen 14, 16 - hier nicht dargestellte - Laufbahnen für die Wälzkörper 21 aufweisen. Durch die Wälzkörper können Verluste weiter reduziert werden.According to the further embodiment of the device 2 according to 3a and 3b combined with 6 the adjusting device 17 also comprises two adjusting elements 6, wherein the first adjusting element 6 is rotatably mounted and axially fixed, and wherein the second adjusting element 7 is arranged in a rotationally fixed and axially displaceable manner. The return element 8 is designed and arranged analogously to the first embodiment. The ramp structures 13, 15 with the respective ramps 14, 16 are also analogous to 2a and 2 B The difference here is that rolling elements 21 are arranged spatially between the ramp structures 12, 14, which roll on the respective ramp pairs, cf. 6 In the present case, the rolling elements 21 are designed as balls, with the ramps 14, 16 - not shown here - having raceways for the rolling elements 21. Losses can be further reduced by the rolling elements.

3a zeigt das Schaltelement 5 in der ersten Position und das erste Stellelement 6 in der ersten Stellung, wobei das erste und zweite Bauteil 3, 4 miteinander drehmomentführend gekoppelt sind. 3b zeigt das Schaltelement 5 in der zweiten Position und das erste Stellelement 6 in der zweiten Stellung, wobei das erste und zweite Bauteil 3, 4 voneinander entkoppelt sind. 3a shows the switching element 5 in the first position and the first actuating element 6 in the first position, wherein the first and second components 3, 4 are coupled to one another in a torque-guiding manner. 3b shows the switching element 5 in the second position and the first actuating element 6 in the second position, wherein the first and second components 3, 4 are decoupled from each other.

Das drehbar angeordnete erste Stellelement 6 mit einem Stellaktuator 18 antriebswirksam verbunden. Der Stellaktuator 18 kann als Elektromaschine ausgebildet sein, umfassend eine Antriebswelle 26. Der Stellaktuator 18 ist über eine als Stirnradstufe ausgebildete Übersetzungsstufe 27 mit dem ersten Stellelement 6 antriebswirksam verbunden. Damit kann ein Übersetzungsverhältnis realisiert werden und die Elektromaschine kann parallel zu dem ersten und zweiten Bauteil 3, 4 angeordnet sein, wodurch axialer Bauraum eingespart wird. Die Stirnradstufe ist einstufig ausgebildet und weist ein drehfest mit der Antriebswelle 26 verbundenes erstes Zahnrad Z1 sowie ein damit in Zahneingriff stehendes und mit dem ersten Stellelement 6 drehfest verbundenes zweites Zahnrad Z2 auf. Die Stirnradstufe kann auch mehrstufig ausgebildet sein. Das erste Stellelement 6 nach 2a und 2b ist analog drehantreibbar. Alternativ kann an Stelle eines Stirnradsatzes auch ein Umschlingungstrieb oder dergleichen vorgesehen sein. Ferner alternativ kann auf die Übersetzungsstufe 27 ganz verzichtet werden, wobei der Stellaktuator 18 direkt an das drehantreibbar angeordnete erste Stellelement 6 angebunden ist. Das zweite Stellelement 7 ist über eine an seinem Außenumfang ausgebildeten Mitnahmeverzahnung 30 gegenüber dem ortsfesten Bauteil 25 drehfest und axial verlagerbar angeordnet. Das zweite Stellelement 7 nach 2a und 2b kann analog dazu angeordnet sein.The rotatably arranged first actuating element 6 is connected to an actuating actuator 18 in a driving manner. The actuating actuator 18 can be designed as an electric machine, comprising a drive shaft 26. The actuating actuator 18 is connected to the first actuating element 6 in a driving manner via a transmission stage 27 designed as a spur gear stage. This allows a transmission ratio to be realized and the electric machine can be operated in parallel to the first and second component 3, 4, thereby saving axial installation space. The spur gear stage is designed as a single stage and has a first gear Z1 connected in a rotationally fixed manner to the drive shaft 26 and a second gear Z2 meshing therewith and connected in a rotationally fixed manner to the first actuating element 6. The spur gear stage can also be designed as a multi-stage stage. The first actuating element 6 according to 2a and 2 B can be driven in rotation in the same way. Alternatively, a belt drive or the like can be provided instead of a spur gear set. Alternatively, the transmission stage 27 can be dispensed with entirely, with the actuating actuator 18 being connected directly to the first actuating element 6 arranged in rotation. The second actuating element 7 is arranged in a rotationally fixed and axially displaceable manner relative to the stationary component 25 via a driving toothing 30 formed on its outer circumference. The second actuating element 7 according to 2a and 2 B can be arranged analogously.

In beiden Beispielen nach 2a bzw. 2b und 3a bzw. 3b ist ferner denkbar, dass die Rampen 14, 16 eine Kurvengeometrie aufweisen. Anders gesagt können die Rampen 14, 16 auch wenigstens abschnittsweise kurvenförmig ausgebildet sein. Im Übrigen wird auf die Ausführungen zu 2a und 2b verwiesen, da die Funktionsweise, der Kopplungs- bzw. Entkopplungsvorgang und der übrige Aufbau der Vorrichtung 2 identisch sind.In both examples after 2a or. 2 B and 3a or. 3b it is also conceivable that the ramps 14, 16 have a curved geometry. In other words, the ramps 14, 16 can also be curved at least in sections. For the rest, reference is made to the explanations on 2a and 2 B since the mode of operation, the coupling or decoupling process and the remaining structure of the device 2 are identical.

Gemäß der weiteren Ausführungsform der Vorrichtung 2 nach 4a und 4b ist das erste Stellelement 6 der Stelleinrichtung 17 eine Schaltgabel, die an einer Führungsstange 28 axial geführt und radial abgestützt ist. Die Schaltgabel ist dazu eingerichtet, betätigt durch einen - hier nicht gezeigten - Aktuator zwischen der ersten und zweiten Stellung axial zu verlagern, um das Schaltelement 5 entgegen der Kraft des Rückstellelements 8 von der ersten in die zweite Position axial zu verlagern. Die Rückstellung des Schaltelements 5 erfolgt analog zu den vorherigen Ausführungen durch das Rückstellelement 8.According to the further embodiment of the device 2 according to 4a and 4b the first actuating element 6 of the actuating device 17 is a shift fork which is axially guided and radially supported on a guide rod 28. The shift fork is designed to be axially displaced between the first and second positions by an actuator (not shown here) in order to axially displace the shifting element 5 from the first to the second position against the force of the reset element 8. The reset of the shifting element 5 takes place analogously to the previous embodiments by the reset element 8.

4a zeigt das Schaltelement 5 in der ersten Position und das erste Stellelement 6 in der ersten Stellung, wobei das erste und zweite Bauteil 3, 4 miteinander drehmomentführend gekoppelt sind. 4b zeigt das Schaltelement 5 in der zweiten Position und das erste Stellelement 6 in der zweiten Stellung, wobei das erste und zweite Bauteil 3, 4 voneinander entkoppelt sind. 4a shows the switching element 5 in the first position and the first actuating element 6 in the first position, wherein the first and second components 3, 4 are coupled to one another in a torque-guiding manner. 4b shows the switching element 5 in the second position and the first actuating element 6 in the second position, wherein the first and second components 3, 4 are decoupled from each other.

Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Beschreibung und der Patentansprüche.The invention is not limited to the embodiments disclosed. Other embodiments or variations will become apparent to those skilled in the art upon use of the present invention and upon careful analysis of the drawings, description, and claims.

BezugszeichenReference symbols

11: Antriebdrive
22: Vorrichtungcontraption
33: Erstes BauteilFirst component
3a3a: Längsabschnitt des ersten BauteilsLongitudinal section of the first component
44: Zweites BauteilSecond component
55: SchaltelementSwitching element
5a5a: Schulter des SchaltelementsShoulder of the switching element
66: Erstes StellelementFirst control element
77: Zweites StellelementSecond control element
88th: RückstellelementReset element
99: DrehachseRotation axis
1010: InnenverzahnungInternal gearing
1111: Erste AußenverzahnungFirst external gearing
1212: Zweite AußenverzahnungSecond external gear
1313: Erste RampenstrukturFirst ramp structure
1414: Erste RampeFirst ramp
1515: Zweite RampenstrukturSecond ramp structure
1616: Zweite RampeSecond ramp
1717: StelleinrichtungAdjustment device
1818: StellaktuatorActuator
1919: RadfelgeWheel rim
2020: AntriebseinheitDrive unit
2121: WälzkörperRolling elements
22a22a: Erste AchseFirst axis
22b22b: Zweite AchseSecond axis
2323: Radwheel
2424: BremsvorrichtungBraking device
2525: Ortsfestes BauteilFixed component
2626: Antriebswelledrive shaft
2727: ÜbersetzungsstufeTranslation level
2828: FührungsstangeGuide rod
2929: LagerelementBearing element
3030: Mitnahmeverzahnung Driving gearing
100100: Kraftfahrzeug Motor vehicle
Z1Z1: Erstes ZahnradFirst gear
Z2Z2: Zweites ZahnradSecond gear

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1362406 A1 [0003]

Claims

Device (2) for decoupling and coupling a rotary movement of a first component (3) and a second component (4) for a drive (1) of a motor vehicle (100), comprising - a switching element (5) which is arranged between the first and second components (3, 4) in a rotationally fixed and axially displaceable manner between a first position in which a rotary movement of the first component (3) is coupled to a rotary movement of the second component (4) and a second position in which the rotary movement of the first component (3) is decoupled from the rotary movement of the second component (4), and - an actuating device (17) comprising • at least one first actuating element (6) which is arranged rotatably about an axis of rotation (9) and/or axially displaceable and which is rotatably mounted and/or axially displaceable between a first position and a second position, and • a return element (8) for displacing the switching element (5) into the first position, wherein in the first position of the at least first actuating element (6) the switching element (5) is held in the first position by means of the return element (8), and wherein in the second position of the at least first actuating element (6) the switching element (5) is held in the second position against a force exerted by the return element (8).

Device (2) according to Claim 1 , wherein the return element (8) is a spring-elastic return element.

Device (2) according to Claim 1 or Claim 2 , wherein the switching element (5) has an internal toothing (10) which, in the first position, is in tooth engagement with a first external toothing (11) on the first component (3) and with a second external toothing (12) on the second component (4), and which, in the second position, is only in tooth engagement with the first external toothing (11) on the first component (3).

Device (2) according to one of the preceding claims, wherein the actuating device (17) comprises a second actuating element (7) in addition to the first actuating element (6) arranged to rotate about the axis of rotation (9), wherein a first ramp structure (13) with at least one first ramp (14) rising axially in the circumferential direction is formed on the first actuating element (6), and wherein a second ramp structure (15) with at least one second ramp (16) falling axially in the circumferential direction is formed on the second actuating element (7), wherein the ramp structures (13, 15) are operatively connected to one another at the end via the respective ramps (14, 16) in order to effect an axial displacement of the first or second actuating element (6, 7) between the first and second positions and thereby to displace the switching element (5) from the first position to the second position against the force of the return element (8).

Device (2) according to Claim 4 , wherein rolling elements (21) are arranged spatially between the ramp structures (12, 14).

Device (2) according to Claim 5 , wherein the rotatably arranged first actuating element (6) is drive-effectively connected to an actuating actuator (18).

Device (2) according to one of the Claims 1 until 3 , wherein the first actuating element (6) of the actuating device (17) is a shift fork which is designed to axially displace the switching element (5) between the first and second positions and thereby to displace the switching element (5) from the first position to the second position against the force of the return element (8).

Device (2) according to one of the preceding claims, wherein the first component (3) is partially received and supported in the second component (4), or vice versa.

Drive (1) for a motor vehicle, comprising at least one device (2) according to one of the preceding claims, wherein the first component (3) is connected to a drive unit (20) in a driving manner, and wherein the second component (4) is at least indirectly connected to a wheel rim (19) in a rotationally fixed manner.

Drive (1) to Claim 9 , wherein the second component (4) forms a wheel hub which is designed for a rotationally fixed connection to the wheel rim (19).

Motor vehicle (100), comprising a drive (1) according to Claim 9 or Claim 10 .