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FACHGEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Antriebsstrangsystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere auf ein Stellglied zur Verwendung in einem Antriebsstrangsystem, das zum mechanischen Kuppeln und Entkuppeln eines Paares von drehbaren Elementen geeignet ist.
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Das Dokument
US 820 119 A offenbart als Stellglied einen elektromagnetischen Schalter, bei dem ein sich linear bewegender Anker durch eine lineare Bewegung in Drehung versetzt wird. Die lineare Verschiebung des Ankers wird durch eine selektive Erregung einer elektrischen Spule gesteuert.
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Aus der
US 4,725,801 A ist ein bistabile Magnetschalter bekannt, der über einen Stößel und einen zugehörigen beweglichen Kontakt verfügt, der von einer Spulen- und Spulenkörperbaugruppe kontrolliert in einen von zwei stabilen Zuständen hin- und herbewegt werden kann. Der bewegliche Kontakt ist in Richtung eines der stabilen Zustände vorgespannt, z. B. Kontakte geschlossen, in dem ein Paar stationärer Kontakte mit dem beweglichen Kontakt in Eingriff steht. Der Spulenkörper ist mit einem oder mehreren radialen Vorsprüngen versehen, um eine Rastfunktion gegenüber einer an einer Endfläche des Stößels ausgebildeten Fläche zu erfüllen. Wenn der Vorsprung des Spulenkörpers in den Steg des Stößels eingreift, wird er daran gehindert, den beweglichen Kontakt in Eingriff mit dem feststehenden Kontakt zu bringen, und es entsteht der zweite Zustand, der Zustand „Kontakte offen“. Der Stößel kann axial und winklig verschoben werden, um ihn in und aus dem eingerasteten Eingriff mit dem Spulenvorsprung zu bewegen.
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Aus der
EP 0 866 483 A1 ist ein Leistungsschalter, der als Sicherheitseinrichtung für einen Stromkreis verwendet wird, bekannt. Dieser Leistungsschalter ist mit einem elektromagnetischen Betätiger und mechanisch-galvanischen Schaltelementen ausgestattet.
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Aus dem Dokument
US 2, 874, 244 A ist ein elektromagnetischer Schalter bekannt, bei dem ein Kontaktüberbrückungselement zwischen zwei stabilen Zuständen bewegt werden kann. Solche Schalter werden auch als bistabile Solenoide bezeichnet. Ein Stößel wird hierbei axial zu einer ringförmigen Spule hin und herbewegt.
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Die
FR 2 865 313 A1 offenbart eine bistabile Betätigungsvorrichtung für Leistungsschalter, mit einem auf einer beweglichen Welle beweglich montierten Kern und einem sich über einen Teil der Länge des Kerns erstreckenden axialen Gehäuse, wobei ein Ende der Welle in das Gehäuse eingreift.
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HINTERGRUND
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Dieser Abschnitt enthält Hintergrundinformationen zu dieser Offenbarung, die nicht unbedingt dem Stand der Technik entsprechen.
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Antriebsstränge von Fahrzeugen, wie beispielsweise Kraftfahrzeugen, beinhalten typischerweise eine Kraftübertragungsanordnung mit einem Paar drehbarer Elemente, die konfiguriert sind, um in funktionsfähig gekoppelten Eingriff miteinander gebracht zu werden, so dass eines der Elemente bewirkt, dass sich das andere der Elemente dreht und um in eine entkoppelte Beziehung zueinander gebracht zu werden, so dass sich eines der Elemente drehen kann, während das andere der Elemente stationär bleibt. Einige dieser Kraftübertragungsanordnungen, wie sie in Fahrzeugantriebssträngen verwendet werden, umfassen Getriebe, Verteilergetriebe, Nebenabtriebe und trennbaren Achsen. Unabhängig von der spezifischen Position/Anwendung werden typischerweise eine Drehmomentübertragungsvorrichtung und ein kraftbetätigtes Stellglied in die Leistungsübertragungsanordnung integriert, um die drehbaren Elemente selektiv zu koppeln und zu entkoppeln. Stellglieder sind üblicherweise so konfiguriert, dass ein der Drehmomentübertragungsvorrichtung zugeordnetes Schaltelement linear zwischen einem aktivierten und einem deaktivierten Zustand übersetzt wird. Während sich die drehbaren Elemente in einem der aktivierten und deaktivierten Zustände befinden, können sie über das Schaltelement zur Mitdrehung miteinander gekoppelt werden, und während sich in dem anderen der aktivierten und deaktivierten Zustände die drehbaren Elemente voneinander entkoppelt werden können, um eine relative Drehung zwischen den drehbaren Elementen zu ermöglichen.
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Um die Bewegung des Schaltelements zwischen dem aktivierten und dem deaktivierten Zustand zu erleichtern, ist bekannt, dass es ein Stellglied bereitstellt, das elektronisch betätigbar ist. Obwohl sich bekannte elektronisch betätigbare Stellglieder als wirksam erweisen können, um die drehbaren Elemente in und aus dem gekoppelten Eingriff miteinander zu bringen, müssen sie typischerweise kontinuierlich mit Strom versorgt werden, um die drehbaren Elemente in mindestens einem der gekoppelten oder entkoppelten Zustände und in einigen Fällen in beiden Zuständen zu halten. Die Notwendigkeit, dass das Stellglied in mindestens einem der Zustände ständig mit Strom versorgt werden muss, kann sich sowohl aus funktionaler als auch aus leistungsbezogener Sicht als problematisch erweisen. Aus funktionaler Sicht kann es beispielsweise vorkommen, dass bei einer versehentlichen Unterbrechung der Energiequelle aus irgendeinem Grund der beabsichtigte Betriebszustand der drehbaren Elemente beeinträchtigt wird. In einem weiteren Beispiel, aus Performance-Sicht, führt die Notwendigkeit einer konstanten Energiezufuhr zum Stellglied, während es sich in mindestens einem seiner Zustände befindet, zu einer Entlastung anderer Systeme des Fahrzeugs und verringert gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs. Darüber hinaus kann die Gesamtnutzungsdauer des Stellglieds verringert werden, indem es in mindestens einem der Betriebszustände ständig unter Spannung gesetzt werden muss.
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Ein Stellglied für einen Antriebsstrang und ein Antriebsstrangsystem, das in Übereinstimmung mit den verschiedenen hierin offenbarten Aspekten konstruiert wurde, überwindet zumindest die oben diskutierten Nachteile und wahrscheinlich auch andere, was von einem Fachmann, der über Grundkenntnisse in Antriebssystemen und Stellgliedern verfügt, leicht geschätzt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Dieser Abschnitt bietet eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung und soll nicht als vollständige Auflistung aller ihrer Merkmale und Ausführungsformen dienen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung werden ein Fahrzeug-Antriebsstrangsystem und ein Stellglied für einen Antriebsstrang bereitgestellt. Das Stellglied für einen Antriebsstrang ist betreibbar, um ein erstes drehbares Element selektiv mit einem zweiten drehbaren Element zu koppeln, das einer Drehmomentübertragungsvorrichtung zugeordnet ist, um das Drehmoment dazwischen zu übertragen, und ist ferner betreibbar, um das erste drehbare Element selektiv von dem zweiten drehbaren Element zu entkoppeln, um die Übertragung von Drehmoment dazwischen zu verhindern. Das Stellglied für einen Antriebsstrang beinhaltet eine rohrförmige Nockenanordnung mit einem rohrförmigen ersten Element und einem rohrförmigen zweiten Element. Die ersten und zweiten rohrförmigen Elemente weisen Endflächen auf, die beim Erregen eines Solenoides miteinander interagieren. Bei einer ersten Erregung der Magnetspule wirken das erste und das zweite rohrförmige Element zusammen, um das erste und das zweite drehbare Element funktionsfähig zu koppeln, so dass das Drehmoment zwischen ihnen übertragen werden kann. Bei einer zweiten Erregung der Magnetspule wirken das erste und das zweite rohrförmige Element zusammen, um das erste und das zweite drehbare Element selektiv zu entkoppeln, um die Übertragung des Drehmoments zwischen ihnen zu verhindern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Stellglied für einen Fahrzeugantriebsstrang einen Solenoid, der an einer Wand befestigt ist, die einen Hohlraum begrenzt. Der Solenoid weist einen Kolben auf, der sich zwischen einem nahegelegenen Ende und einem entfernten Ende erstreckt, wobei das nahegelegene Ende für die Verbindung mit einer elektrisch aktivierbaren Spule konfiguriert ist, um zu bewirken, dass sich der Kolben im Hohlraum verschiebt. Eine Rohrhülse ist im Hohlraum fixiert, wobei die Rohrhülse eine Durchgangsbohrung mit einem Führungselement und einer Nockenverriegelung aufweist. Ein rohrförmiges erstes Element ist in der Rohrhülse um den Kolben angeordnet, wobei das rohrförmige erste Element eine erste Führungsvorrichtung aufweist, die zur Verschiebung entlang des Führungselements konfiguriert ist und ein erstes Eingriffsende mit einer Nockenoberfläche aufweist. Ein rohrförmiges zweites Element ist in der Rohrhülse um den Kolben angeordnet, wobei das rohrförmige zweite Element eine zweite Führungsvorrichtung aufweist, die zur Verschiebung entlang des Führungselements konfiguriert ist, und ein zweites Aktivierungsende aufweist, das konfiguriert ist, um an das erste Eingriffsende des rohrförmigen ersten Elements anzuschließen. Ein erstes Federelement ist innerhalb des ersten und zweiten rohrförmigen Elements angeordnet, um das erste und zweite Element voneinander fernzuhalten. Der Kolben ist bei einer ersten Erregung der Spule in Richtung der elektrisch aktivierbaren Spule verschiebbar. Während der ersten Betätigung übersetzen die rohrförmigen ersten und zweiten Elemente aus einer eingefahrenen, deaktivierten Position im Hohlraum, wobei die ersten und zweiten Führungsvorrichtungen entlang des Führungselements übersetzen, wobei die erste Führungsvorrichtung axial über das Führungselement hinaus verlängert wird, woraufhin das zweite Aktivierungsende die ersten und zweiten Führungsvorrichtungen drehbar aus der axialen Ausrichtung zueinander antreibt und eine Anschlagfläche des rohrförmigen ersten Elements in Eingriff mit der Nockenverriegelungsfunktion treibt, um das rohrförmige erste Element in einer axial übersetzten, ausgefahrenen aktivierten Position zu halten, wenn die Spule stromlos ist. Eine zweite Erregung der Spule bewirkt, dass sich das rohrförmige erste und zweite Element in der Rohrhülse verschieben, woraufhin das zweite Aktivierungsende die Anschlagfläche des rohrförmigen ersten Elements aus dem Eingriff mit der Nockenverriegelungsfunktion treibt und die erste Führungsvorrichtung in axiale Ausrichtung mit dem Führungselement bringt, wodurch das rohrförmige erste Element axial zurück in seine eingefahrene, deaktivierte Position verschoben werden kann, wenn die Spule spannungsfrei geschaltet wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung ist ein zweites Federelement um den Kolben zwischen dem rohrförmigen ersten Element und dem nahegelegenen Ende des Kolbens angeordnet, um die axiale Verschiebung des rohrförmigen ersten Elements zurück in seine eingefahrene, deaktivierte Position zu erleichtern, wenn die Spule spannungsfrei ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung ist ein drittes Federelement an das nahegelegene Ende des Kolbens angrenzend angeordnet, um die axiale Verschiebung des rohrförmigen ersten Elements zurück in seine eingefahrene, deaktivierte Position zu erleichtern, wenn die Spule spannungsfrei geschaltet wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung ist der Kolben des Magneten einseitig betätigbar, um sich über elektrische Energie in eine erste axiale Richtung zu bewegen, wodurch der Bedarf an Aufrechterhaltung der Leistung für den Magneten dauerhaft entfällt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung sind das erste Eingriffsende und das zweite Aktivierungsende mit geneigten Nockenflächen versehen, die so konfiguriert sind, dass sie aneinanderstoßen, um die ersten und zweiten Führungsvorrichtungen in und aus der axialen Ausrichtung miteinander zu treiben und die Anschlagfläche des rohrförmigen ersten Elements in und aus dem Eingriff mit der Nockenverriegelungsfunktion zu treiben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung ist ein Stellglied für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs gemäß der Offenbarung vorgesehen, das ein Gehäuse mit einer Wand, die einen Hohlraum begrenzt, und einem Durchgangsfenster beinhaltet. Eine elektrisch aktivierbare Spule ist angrenzend an den Hohlraum angeordnet. Ein Kolben ist im Hohlraum angeordnet. Der Kolben weist einen länglichen Abschnitt auf, der sich zwischen einem nahegelegenen Ende angrenzend an die Spule und einem entfernten Ende erstreckt. Das nahegelegene Ende ist für eine magnetische Verbindung mit der elektrisch aktivierbaren Spule konfiguriert, um zu bewirken, dass der Kolben als Reaktion auf eine magnetische Verbindung in den Hohlraum verlagert wird. Eine Rohrhülse ist fest in der Kavität angeordnet. Die Rohrhülse hat eine Durchgangsbohrung, die sich zwischen offenen, gegenüberliegenden Enden erstreckt. Die Durchgangsbohrung weist ein Führungselement auf, das sich axial zwischen den offenen gegenüberliegenden Enden erstreckt, und eine Nockenverriegelung, die radial neben dem Führungselement angeordnet ist. Ein rohrförmiges erstes Element ist in der Durchgangsbohrung der Rohrhülse und um den länglichen Abschnitt des Kolbens angeordnet. Das rohrförmige erste Element weist eine Außenfläche mit einer ersten Führungsvorrichtung auf, die zur Verschiebung entlang des Führungselements konfiguriert ist. Die Außenfläche erstreckt sich zwischen einem freien Ende, das dem nahegelegenen Ende des Kolbens zugewandt ist, und einem ersten Eingriffsende, das dem entfernten Ende des Kolbens zugewandt ist. Das erste Eingriffsende weist eine Nockenfläche und eine davon ausgehende Anschlagfläche auf. Ein rohrförmiges zweites Element ist in der Durchgangsbohrung der Rohrhülse um den länglichen Abschnitt des Kolbens zwischen dem rohrförmigen ersten Element und dem entfernten Ende des Kolbens angeordnet.
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Das rohrförmige zweite Element weist eine Außenfläche mit einer zweiten Führungsvorrichtung auf, die zur Verschiebung entlang des Führungselements konfiguriert ist, und weist ein freies Ende auf, das dem distalen Ende des Kolbens zugewandt ist, und ein zweites Aktivierungsende, das konfiguriert ist, um an das erste Eingriffsende des rohrförmigen ersten Elements anzuschließen. Ein erstes Federelement ist innerhalb des ersten und zweiten rohrförmigen Elements angeordnet, um das erste und zweite Element voneinander fernzuhalten.
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Ein zweites Federelement ist um den Kolben zwischen dem rohrförmigen ersten Element und dem nahegelegenen Ende des Kolbens angeordnet. Ein angetriebenes Element ist um den Kolben zwischen dem rohrförmigen ersten Element und der zweiten Feder angeordnet und erstreckt sich nach außen durch das Fenster. Die zweite Feder spannt das angetriebene Element in Richtung des rohrförmigen ersten Elements. Der Kolben verschiebt sich bei einer ersten Erregung der Spule in Richtung der elektrisch aktivierbaren Spule, wodurch die rohrförmigen ersten und zweiten Elemente in der Rohrhülse axial verschoben werden, wobei die ersten und zweiten Führungsvorrichtungen entlang des Führungselements verschoben werden, wodurch auch das angetriebene Element gemeinsam in Anlage mit dem ersten rohrförmigen Element verschoben wird. Nach der ersten Führungsvorrichtung, die sich axial über das Führungselement hinaus erstreckt, treibt das zweite Aktivierungsende die Nockenfläche am ersten Eingriffsende des rohrförmigen ersten Elements drehbar an und bringt die Anschlagfläche in einen lösbaren verriegelten Eingriff mit der Nockenverriegelungsfunktion der Rohrhülse, wodurch das rohrförmige erste Element und das angetriebene Element in einer axial verlängerten, aktivierten Position gehalten werden, wenn die Spule stromlos ist. Dann bewirkt eine zweite Erregung der Spule, dass sich das rohrförmige erste und zweite Element in der Rohrhülse verschieben, wobei die zweite Führungsvorrichtung entlang des Führungselements verschoben wird.
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Das zweite Aktivierungsende treibt die Nockenfläche am ersten Eingriffsende des rohrförmigen ersten Elements axial an und bewegt die Anschlagfläche aus dem Eingriff mit der Nockenverriegelungsfunktion heraus und bringt die erste Führungsvorrichtung in Ausrichtung mit dem Führungselement, wodurch das rohrförmige erste Element und das angetriebene Element axial zurück in eine eingefahrene, deaktivierte Position verschoben werden können, wenn die Spule stromlos ist.
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Weitere Anwendungsbereiche eines Fahrzeug-Antriebsstrangsystems ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Es ist zu verstehen, dass die Beschreibung und die konkreten Beispiele nur zur Veranschaulichung dienen und nicht dazu dienen, den Umfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
- 1 ist eine schematische Darstellung eines exemplarischen Allradfahrzeugs, das mit einem Fahrzeugantriebsstrang mit einer Leistungsübertragungsanordnung mit mindestens einem Antriebsstrangstellglied der vorliegenden Offenbarung ausgestattet ist;
- 1A ist eine schematische Darstellung eines exemplarischen Allradfahrzeugs, das mit einem anderen Fahrzeug-Antriebsstrang ausgestattet ist, der eine Leistungsübertragungsanordnung mit mindestens einem Stellglied für einen Antriebsstrang der vorliegenden Offenbarung aufweist;
- 2 ist eine Draufsicht auf ein Stellglied für einen Antriebsstrang, das gemäß einem Aspekt der Offenbarung konstruiert und mit einer Hülse einer Drehmomentübertragungsvorrichtung gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung gekoppelt dargestellt ist;
- 3A ist eine Schnittdarstellung des Stellglied für einen Antriebsstrangs von 2, das im abgeschalteten, spannungslosen Zustand arbeitet;
- 3B ist eine Schnittansicht des Stellglied für einen Antriebsstrangs von 3A, das im eingeschalteten Zustand arbeitet;
- 3C ist eine Querschnittsansicht ähnlich der 3A, die das Stellglied für einen Antriebsstrang in einem angeschlossenen, spannungslosen Zustand darstellt;
- 4A ist eine partielle schematische, perspektivisch transparente Ansicht eines Stellglieds für einen Antriebsstrang, das gemäß einem Aspekt der Offenbarung konstruiert wurde und in einem spannungslosen, entkoppelten Zustand arbeitet;
- 4B ist eine teilweise schematische, perspektivisch transparente Ansicht des Stellglieds für einen Antriebsstrang von 4A, das nun in einem erregten, gekoppelten Betätigungszustand arbeitet;
- 4C ist eine Ansicht ähnlich der 4A, die das Stellglied für einen Antriebsstrang in einem spannungslosen, gekoppelten Zustand darstellt;
- 4D ist eine teilweise schematische, perspektivisch transparente Ansicht des Stellglieds für einen Antriebsstrang von 4C, das in einem erregten, entkoppelten Betätigungszustand arbeitet, der das Stellglied für einen Antriebsstrang in seinen nicht erregten, abgekoppelten Zustand von 4A zurückführt;
- 5A-5D veranschaulichen fortschreitende Stufen der Betätigung des Stellglieds für einen Antriebsstrang von 4A-4D während einer erregten Betätigung zur Kopplung;
- 5E-5H veranschaulichen die fortschreitenden Stufen der Betätigung des Stellglieds für einen Antriebsstrang von 4A-4D während einer erregten Entkopplungsstellung;
- 6A ist eine Explosionszeichnung einer Nockenbaugruppe, die dem Stellglied für einen Antriebsstrang von 5A-5H zugeordnet ist;
- 6B ist eine Querschnittsansicht, die im Allgemeinen entlang einer zentralen Längsachse der Nockenanordnung von 6A betrachtet wird;
- 7A-7D veranschaulicht fortschreitende Stufen der Betätigung eines Antriebsstrangstellglieds gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung während einer Betätigung zur Kopplung;
- Die 7E-71 veranschaulichen die fortschreitenden Stufen der Betätigung des Stellglieds für einen Antriebsstrang der 7A-7D während einer Entkopplungsstellung;
- 8A ist eine Explosionszeichnung einer Nockenanordnung des Stellglieds für einen Antriebsstrang der 7A-7l; und
- 8B ist eine Querschnittsansicht, die im Allgemeinen entlang einer zentralen Längsachse der Nockenanordnung von 8A betrachtet wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER EXEMPLARISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung nicht einschränken. Es ist zu verstehen, dass in den Zeichnungen entsprechende Referenznummern gleichartige oder korrespondierende Teile und Merkmale angeben, sofern nicht anders angegeben.
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Im Allgemeinen werden nun exemplarische Ausführungsformen von Fahrzeug-Antriebssystemen und dafür ausgebildete Stellglieder für einen Antriebsstrang offenbart, die nach den Lehren der vorliegenden Offenbarung konstruiert wurden. Die exemplarischen Ausführungsformen werden so bereitgestellt, dass diese Offenbarung ausführlich ist und den Umfang vollständig an diejenigen weitergibt, die über Fachkenntnisse verfügen. Zahlreiche spezifische Details werden erläutert, wie z.B. Beispiele für spezifische Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein ausreichendes Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Den Fachleuten wird klar sein, dass auf spezifische Details verzichtet werden muss, dass exemplarische Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden können und dass keine der Ausführungsformen den Umfang der Offenbarung einschränken soll. In einigen Beispielen werden Ausführungsformen, bekannte Prozesse, bekannte Vorrichtungsstrukturen und bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben, da sie vom Fachmann im Hinblick auf die Offenlegung hinreichend leicht verstanden werden.
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Die hierin verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und ist nicht als Einschränkung gedacht. Wie hierin verwendet, können die Singularformen „ein“, „einen“ und „der, die das“ auch die Pluralformen beinhalten, sofern der Kontext nichts anderes bestimmt. Die Begriffe „umfasst“, „umfassen“, „enthalten“ und „haben“ sind inklusive und spezifizieren daher das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten, schließen aber nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon aus. Die hierin beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Operationen sind nicht so auszulegen, dass sie notwendigerweise ihre Leistung in der jeweils besprochenen oder veranschaulichten Reihenfolge erfordern, es sei denn, sie sind ausdrücklich als Leistungsordnung gekennzeichnet. Es ist auch zu verstehen, dass zusätzliche oder alternative Schritte eingesetzt werden können.
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Wenn ein Element oder eine Schicht als „eingerastet mit“, „verbunden mit“, oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, kann es direkt auf dem anderen Element oder der anderen Schicht angeordnet, eingerastet, verbunden oder mit diesem gekoppelt sein, oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu, wenn ein Element als „direkt an“, „direkt eingerastet“, „direkt verbunden“, „direkt gekoppelt“ oder „direkt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht verbunden" bezeichnet wird, dürfen keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die zur Beschreibung der Beziehung zwischen den Elementen verwendet werden, sollten in ähnlicher Weise interpretiert werden (z.B. „zwischen“ und „direkt dazwischen“, „angrenzend“ und „direkt angrenzend“, etc.). Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Punkte.
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Obwohl die Begriffe erste, zweite, dritte usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden. Diese Begriffe dürfen nur verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, eine Region, eine Region, eine Schicht oder einen Schnitt von einer anderen Region, einer anderen Schicht oder einem anderen Schnitt zu unterscheiden. Begriffe wie „erster“, „zweiter“ und andere numerische Begriffe, wenn sie hierin verwendet werden, bedeuten keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, sie werden durch den Kontext eindeutig angegeben. So könnte ein erstes Element, eine Komponente, eine Region, eine Schicht oder ein Abschnitt, die im Folgenden besprochen werden, als zweites Element, Komponente, Region, Schicht oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der exemplarischen Ausführungsformen abzuweichen.
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Räumlich relative Begriffe, wie „innen“, „außen“, „darunter“, „niedriger“, „darüber“, „oberhalb“, „oben“, „unten“ und dergleichen, können hier zur einfachen Beschreibung der Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder einer anderen Eigenschaft, wie in den Abbildungen dargestellt, verwendet werden. Räumlich relative Begriffe können so beschrieben sein, dass sie neben der in den Abbildungen dargestellten Ausrichtung auch unterschiedliche Ausrichtungen des verwendeten oder betriebenen Gerätes umfassen. Wenn beispielsweise die Vorrichtung in den Figuren umgedreht wird, würden die als „unten“ oder „darunter“ beschriebenen Elemente oder Merkmale dann „über“ den anderen Elementen oder Merkmalen ausgerichtet. So kann der Beispielbegriff „unten“ sowohl eine Orientierung von oben als auch von unten umfassen. Die Vorrichtung kann anderweitig ausgerichtet sein (gedreht oder in anderen Ausrichtungen) und die hierin verwendeten räumlich relativen Beschreibungen entsprechend interpretiert werden.
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Im Allgemeinen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Stellglied für einen Antriebsstrang zur Verwendung mit einer Drehmomentübertragungsvorrichtung (d.h. Kupplung, Auskupplung usw.), die in einer Leistungsübertragungsanordnung installiert ist, die einem Antriebsstrangsystem eines Kraftfahrzeugs zugeordnet ist. Das Stellglied für einen Antriebsstrang ist betätigbar, um ein erstes Drehelement selektiv mit einem zweiten Drehelement zu koppeln, um die Übertragung von Drehmoment zwischen ihnen zu ermöglichen, und ist ferner betätigbar, um selektiv entkoppelt zu werden, um zu verhindern, dass Drehmoment zwischen ihnen übertragen wird. Beim Kuppeln oder Entkuppeln des ersten und zweiten Drehelements bleibt das Stellglied für einen Antriebsstrang im spannungslosen Zustand und benötigt oder verbraucht somit keine Energie aus dem Fahrzeug. Dementsprechend werden die Fahrzeugeffizienz und -leistung verbessert und der Verschleiß des Stellglieds für einen Antriebsstrang minimiert, wodurch die Nutzungsdauer des Stellglieds für einen Antriebsstrang maximiert wird.
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Unter besonderer Bezugnahme auf 1 ist ein Antriebsstrangsystem, genannt Antriebsstrang 10, für allradgetriebene Fahrzeuge dargestellt und beinhaltet im Allgemeinen einen vorderen Antriebsstrang 12, einen hinteren Antriebsstrang 14, einen Motor 16, ein Getriebe 18 und eine Kraftübertragungsanordnung 20. Das Getriebe 18 ist ein Quereinbau mit einem Abtriebsradsatz 30, der den Eingang zu einer vorderen Differentialanordnung 32 antreibt. Die Vorderachswellen 26, 28 werden von den Ausgängen der vorderen Differentialbaugruppe 32 angetrieben, um die Kraft (d.h. das Antriebsmoment) auf ein Paar Vorderräder 24 zu übertragen. Die Leistungsübertragungsanordnung 20 ist als Nebenabtriebseinheit oder PTU mit einer Eingangskomponente 33, die durch ein Zahnradgetriebe 30 angetrieben wird, einer Ausgangskomponente 35 und einer Drehmomentübertragungsvorrichtung 34 konfiguriert, die zum selektiven An- und Abkuppeln der Eingangskomponente 33 und der Ausgangskomponente 35 betrieben werden kann. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 34 kann entweder eine aktive Mehrscheiben-Reibungskupplung oder eine Klauenkupplung sein, die beide über ein Stellglied 62 betätigt werden können, das von einer Steuerung 37 als Reaktion auf Eingangssignale von Fahrzeugsensoren 39 gesteuert wird. Die Abtriebskomponente 35 der PTU 20 treibt eine rechtwinklige Antriebsanordnung, wie beispielsweise ein Hypoidgetriebe 36, zur Übertragung des Antriebsmoments auf eine Hinterachsanordnung 40 an, die dem hinteren Antriebsstrang 14 über eine Kardanwelle 38 zugeordnet ist. Die Hinterachsanordnung 40 beinhaltet ein hinteres Hypoidgetriebe 48, das eine hintere Differentialanordnung 50 antreibt, ein Paar Hinterräder 42, die von ersten und zweiten Hinterachswellen 44, 46 angetrieben werden, eine erste Drehmomentübertragungs- oder Trennvorrichtung 52 und eine zweite Drehmomentübertragungs- oder Trennvorrichtung 54.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 1 verbinden und trennen erste und zweite Trennvorrichtungen 52, 54 selektiv erste und zweite Hinterachswellen 44, 46 vom hinteren Hypoidgetriebe 48 und der hinteren Differentialanordnung 50. Erste und zweite Trennvorrichtungen 52, 54 können beispielsweise und ohne Einschränkung als Klauenkupplungen mit einem ersten drehbaren Element, auch als erstes Kupplungszahnrad 56 bezeichnet, das für eine selektiv betätigbare Verbindung mit einem zweiten drehbaren Element, auch als zweites Kupplungszahnrad 58 bezeichnet, über eine Kupplungshülse 60 konfiguriert ist. Die Kupplungshülse 60 ist selektiv über ein gemäß der Offenbarung konstruiertes Stellglied 62 in eine verbundene Konfiguration übersetzbar, um die Zahnräder 56, 58 in eine verbundene, gekoppelte Verbindung miteinander zu bringen, so dass sich die Zahnräder 56, 58 gemeinsam miteinander drehen, um einen gekoppelten Betriebszustand zu definieren. Die Kupplungshülse 60 wird auch selektiv in eine entkoppelte, entkoppelte Konfiguration übersetzt, so dass sich die Zahnräder 56, 58 relativ zueinander drehen können, um einen entkoppelten Betriebszustand zu definieren, so dass sich das zweite Zahnrad 58 drehen kann, während das erste Zahnrad 56 stillsteht.
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1A veranschaulicht ein alternatives Antriebssystem, das als Antriebsstrang 10' bezeichnet wird, für ein Fahrzeug mit Allradantrieb und beinhaltet allgemein einen vorderen Antriebsstrang 12', einen hinteren Antriebsstrang 14', einen Motor 16', ein Getriebe 18' und eine Kraftübertragungsanordnung 20'. Die Leistungsübertragungsbaugruppe 20' ist als Verteilergetriebe konfiguriert. Das vom Motor 16' und dem Getriebe 18' erzeugte Antriebsmoment wird in der Regel über eine hintere Kardanwelle 38' auf die Hinterachsbaugruppe 40' des Hinterachsantriebs 14' übertragen, um die Hinterräder 42' über die Hinterachswellen 44', 46' und die hintere Differentialbaugruppe 50' anzutreiben. Eine Drehmomentübertragungsvorrichtung oder -kupplung 34' befindet sich im Verteilergetriebe 20' und wird von der Steuerung 37' gesteuert, um das Antriebsmoment durch eine vordere Antriebswelle 39 selektiv auf eine vordere Differentialbaugruppe 32' zu übertragen. Zwischen der Vorderachswelle 28' und der vorderen Differentialbaugruppe 32' ist eine Trennvorrichtung 54' vorgesehen, um ein selektives Verbinden/Trennen des vorderen Antriebsstrangs 12' zu ermöglichen. Das Stellglied 62' für Fahrzeuge, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung konstruiert wurde, ist zum Bewegen einer Kupplungshülse, die der Trennvorrichtung 54' zugeordnet ist, betreibbar.
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Jedes der oben genannten Fahrzeug-Antriebsstrangstellglieder, im Folgenden einfach als Stellglied 62 bezeichnet, wie in 2 am besten dargestellt, ist betreibbar, um ein angetriebenes Element 64, das als Schaltgabel dargestellt ist, exemplarisch und ohne Einschränkung zu verschieben, um die Hülse 60 selektiv zu bewegen, um den gekoppelten und den abgekuppelten Zustand herzustellen. In diesem nicht einschränkenden Beispiel ist die Hülse 60 dargestellt, um die Zahnräder 56, 58 der Trennvorrichtungen 52, 54, 54, 54' selektiv in und aus der gekoppelten Rotation miteinander zu bringen. Das Stellglied 62 beinhaltet ein einseitiges axiales Magnetventil 66, das eine zweiseitige Funktionalität ohne kontinuierlichen Stromverbrauch bietet. Dementsprechend kann die Gabel 64 beim ausgewählten Erregen und Abschalten des Magneten 66 des Stellglieds 62 zum ersten Mal in eine erste axiale Position (3A), die mit einer abgekuppelten Position der Hülse 60 übereinstimmen kann, und beim nachfolgenden zweiten Erregen und Abschalten des Magneten 66 des Stellglieds 62 zum zweiten Mal in eine zweite axiale Position (3B), die mit einer verbundenen Position der Hülse 60 übereinstimmen kann, verschoben werden. Zwischen den ausgewählten elektrischen Betätigungen des Magneten 66 bleibt der Magnet 66 spannungsfrei, während das angetriebene Element 64 (Gabel) und die Hülse 60 ausgewählt in ihren jeweiligen Positionen angeordnet bleiben, bis der Magnet 66 wieder ausgewählt erregt wird.
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Es wird von einem Fachmann der Technik leicht erkannt, dass der Magnet 66 für eine funktionsfähige Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle innerhalb des Fahrzeugs konfiguriert ist, wie beispielsweise einer Fahrzeugbatterie, einem Generator oder einer alternativen Energiequelle (nicht dargestellt), wobei eine elektrische Wicklung, auch als Spule 67 bezeichnet, selektiv erregt werden kann, um die Translation eines magnetisch betätigbaren Kolbens 68 (Eisen oder anderweitig) in eine einzige axiale Richtung zu bewirken, dargestellt durch Pfeil A (3A). Nach dem anschließenden Abschalten der Spule 67 wird der Kolben 68 automatisch ohne elektrische Energie vorgespannt, um in eine entgegengesetzte axiale Richtung zu einer Ruheposition zu übersetzen, beispielsweise unter der Vorspannung eines oder mehrerer Federelemente, wie beispielsweise eines Federelements 69, das zumindest teilweise in Anlage mit dem Kolben 68 angeordnet ist. Dementsprechend verschiebt sich der Kolben 68 in eine erste Richtung unter der Vorspannung einer magnetischen Anziehungskraft, die durch die selektiv erregte Spule 67 erzeugt wird, und in eine zweite Richtung, entgegen der ersten Richtung, unter der Vorspannung eines oder mehrerer Federelemente 69 beim Abschalten der Spule 67. Der Magnet 66 kann mit Pulsweitenmodulation (PWM) betrieben werden. Wenn der einseitig betätigte/erregte Magnet 66 mit einer pulsweitenmodulierten Spannung betrieben wird, kann der Eingriff angepasst oder optimiert werden, um den besten Eingriff für allgemeine Schalt- und Blockschaltbedingungen zu erzielen. Zum Beispiel eine schnelle Betätigung bei Bedarf oder ein sanftes Ein- und Ausrücken, wenn ein langsameres Ansprechverhalten akzeptabel ist, um Geräusche und Vibrationen zu minimieren.
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Gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform, die in den 3A-3B dargestellt ist, weist das Stellglied 62 ein Gehäuse 70 auf, das teilweise durch den Magneten 66 bereitgestellt oder an dem Magneten 66 befestigt ist und eine Wand 72 aufweist, die einen Hohlraum 74 begrenzt. Der Hohlraum 74 ist bemessen für die Aufnahme des Kolbens 68 zur axialen Verschiebung darin und für die Aufnahme einer Nockenanordnung 78, die betreibbar ist, um die Gabel 64 in bistabilen Zuständen zu halten, wobei ein erster Zustand, der der Hülse 60 entspricht, in einer abgetrennten Position und ein zweiter Zustand, der der Hülse 60 entspricht, in einer verbundenen Position positioniert ist. Zur Aufnahme der Gabel 64 weist die Wand 72 eine Durchgangsöffnung auf, auch als Fenster 76 bezeichnet, durch die sich die Gabel 64 erstreckt und verschiebt, wobei die Gabel 64 beim Ein- und Ausschalten des Magneten 66 ein Endpaar in verschiebbarer Beziehung um den Kolben 68 aufweist.
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Der Kolben 68 ist im Hohlraum 74 zur axialen Verschiebung angeordnet. Der Kolben 68 ist exemplarisch und ohne Einschränkung dargestellt als mit einem vergrößerten Durchmesserabschnitt 80, der für eine enge, geführte Gleitaufnahme entlang der Wand 72 des Hohlraums 74 bemessen ist, und einem langgestreckten Stangenabschnitt 82 mit reduziertem Durchmesser, der sich zwischen einem nahegelegenen Ende 84 erstreckt, an dem das Federelement 69 zusätzlich zu einer Stirnwand 81 des Hohlraums 74 angrenzt, angrenzend an die Spule 67, und einem gegenüberliegenden entfernten Ende 86, das einen radial vergrößerten Abschnitt aufweist, dargestellt als Ringflansch 88, wobei der Flansch 88 für ein Abstützen mit einem Ende der Nockenanordnung 78 bemessen ist, um die Nockenanordnung 78 am langgestreckten Abschnitt 82 zu halten. Das nahegelegene Ende 84 ist für eine magnetische Verbindung mit der elektrisch aktivierbaren Spule 67 konfiguriert, um den Kolben 68 zu veranlassen, sich axial im Hohlraum 74 zu verschieben, wenn die Spule 67 erregt wird.
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Eine rohrförmige Hülse nachfolgend Rohrhülse 90 genannt, ist fest im Hohlraum 74 angeordnet, um die Nockenanordnung 78 zur axialen Verschiebung darin aufzunehmen und zu führen, wobei die Rohrhülse 90 durch festgehaltenes Eingreifen einer sich radial nach außen erstreckenden Schulter oder eines Flansches 91 oder einer vertieften Kerbe 91' exemplarisch und uneingeschränkt fixierbar ist. Die Rohrhülse 90 weist eine Durchgangsbohrung 92 auf, die sich zwischen den offenen gegenüberliegenden Enden 93, 95 erstreckt. Die Durchgangsbohrung 92 weist mindestens ein Führungselement auf und ist als eine Vielzahl von Führungselementen 94 dargestellt, dargestellt als ein vertiefter Kanal, der sich radial nach außen in die die Durchgangsbohrung 92 begrenzende Innenfläche erstreckt, exemplarisch und ohne Einschränkung. Die Führungselemente 94 sind als axial zwischen den offenen gegenüberliegenden Enden 93, 95 verlaufend dargestellt. Die Hülse 90 beinhaltet weiterhin mindestens eine und ist als eine Vielzahl von Nockenschlossmerkmalen 96 dargestellt. Die Nockenschlossmerkmale 96 sind als vertiefte, umlaufend geneigte Nockenrampen dargestellt, die sich direkt von und in schräger Beziehung zu den vertieften Kanälen 94 erstrecken. Dementsprechend erstreckt sich jedes Nockenschlossmerkmal 96 in umfangsmäßig beabstandeter Beziehung zu einem der Führungselemente 94 und in radial benachbarter Beziehung zu diesem. Es ist zu beachten, dass so viele Nockenschlossmerkmale 96 vorgesehen werden können, wie die Anzahl der Führungselemente 94.
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Die Nockenanordnung 78 beinhaltet, wie in den 4A-4D, 5A-5H und 6A-6B am besten dargestellt, ein rohrförmiges erstes Element 98 und ein rohrförmiges zweites Element 100. Die ersten und zweiten Elemente 98, 100 sind zumindest teilweise in der Rohrhülse 90 und um den länglichen Abschnitt 82 des Kolbens 68 angeordnet. Das rohrförmige erste Element 98 weist eine zylindrische Außenfläche 99 mit mindestens einem und eine Vielzahl von ersten Führungsvorrichtung 102 auf, die als eine Vielzahl von länglichen Rippen dargestellt sind, die sich von der Außenfläche 99 radial nach außen erstrecken, als Beispiel und ohne Einschränkung, wobei die ersten Führungsvorrichtung 102 zur Verschiebung entlang der Führungselemente 94 konfiguriert sind. Die Außenfläche 99 des rohrförmigen ersten Elements 98 erstreckt sich zwischen einem freien Ende 104, das dem nahegelegenen Ende 84 des Kolbens 68 zugewandt ist, und einem ersten Eingriffsende 106, das dem entfernten Ende 86 des Kolbens 68 zugewandt ist. Das erste Eingriffsende 106 weist mindestens einen auf und wird als eine Vielzahl von geneigten Nockenflächen 108 dargestellt. Die Nockenflächen 108 sind im Allgemeinen mit einer zickzackförmigen, wellenförmigen Kontur dargestellt, wobei benachbarte geneigte Nockenflächen 108 aufeinander zu wechselnden Erhebungen (P) und Vertiefungen (V) konvergieren.
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Das rohrförmige zweite Element 100 ist in der Rohrhülse 90 und um den länglichen Abschnitt 82 des Kolbens 68 zwischen dem rohrförmigen ersten Element 98 und dem entfernten Ende 86 des Kolbens 68 angeordnet. Das rohrförmige zweite Element 100 weist eine zylindrische Außenfläche mit mindestens einem und als eine Vielzahl von zweiten Führungsvorrichtungen 110 auf, die als eine Vielzahl von Rippen dargestellt sind, die sich von der Außenfläche radial nach außen erstrecken, als Beispiel und ohne Einschränkung, wobei die zweiten Führungsvorrichtungen 110 zur Verschiebung entlang der jeweiligen zugeordneten Führungselemente 94 konfiguriert sind. Das rohrförmige zweite Element 100 weist ein freies Ende 112 auf, das dem entfernten Ende 86 des Kolbens 68 zugewandt ist, und ein zweites Aktivierungsende 114 mit einer Vielzahl von geneigten Antriebsflächen 116, die konfiguriert sind, um die Nockenflächen 108 am ersten Eingriffsende 106 des rohrförmigen ersten Elements 98 während der Erregung des Magneten 66 zu berühren und anzutreiben. Die Antriebsflächen 116 sind im Allgemeinen mit einer ähnlich zickzackförmigen, wellenförmigen Kontur wie die Nockenflächen 108 dargestellt, wobei benachbarte geneigte Antriebsflächen 116 aufeinander zu wechselnden Erhebungen (P') und Vertiefungen (V') konvergieren.
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Wie in den 3A und 3B am besten dargestellt, ist ein erstes Federelement 118 innerhalb der rohrförmigen ersten und zweiten Elemente 98, 100 und um den länglichen Abschnitt 82 des Kolbens 68 angeordnet. Das erste Federelement 118 weist gegenüberliegende Enden auf, wobei ein Ende konfiguriert ist, um an einem Vorsprung oder einer ersten Schulter 119 innerhalb des ersten Rohrelements 98 anzuliegen, und ein anderes Ende, welches konfiguriert ist, um an einem Vorsprung oder einer zweiten Schulter 121 innerhalb des zweiten Rohrelements 100 anzuliegen, so dass das erste Federelement 118 axial komprimiert und zwischen der ersten und zweiten Schulter 119, 121 belastet wird. Dementsprechend neigt das erste Federelement 118 dazu, das erste und zweite Element 98, 100 voneinander wegzudrücken. Ein zweites Federelement 120 ist um den länglichen Abschnitt 82 des Kolbens 68 zwischen dem rohrförmigen ersten Element 98 und dem nahegelegenen Ende 84 des Kolbens 68 angeordnet und wird als zwischen und in Anlage an der Gabel 64 und einem Ende des Abschnitts 80 des Kolbens 68 mit vergrößertem Durchmesser angeordnet dargestellt. Das zweite Federelement 120 ist so bemessen, dass es ständig axial zusammengedrückt wird, um der Gabel 64 eine Vorspannung zu verleihen, wodurch die Gabel 64 zu und in das Widerlager mit einem Ende des rohrförmigen ersten Elements 98 vorgespannt wird.
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Im Gebrauch, wenn sich die Hülse 60 in einem abgekoppelten Zustand befindet und wenn der Betrieb des Fahrzeugs im Allradantrieb gewünscht wird, wird eine erste Erregung der Spule 67 selektiv durchgeführt, wodurch der Kolben 68 und die ersten und zweiten rohrförmigen Elemente 98, 100 in der Rohrhülse 90 aus dem abgetrennten Ruhezustand (5A) entlang der Pfeilrichtung A verschoben werden, wobei die ersten und zweiten Führungsvorrichtungen 102, 110 entlang des Führungselements 94 der Rohrhülse 90 verschoben werden. Während der anfänglichen axialen Bewegung des ersten und zweiten Elements 98, 100 bleiben ihre jeweiligen ersten und zweiten Führungsvorrichtungen 102, 110 in enger Gleitaufnahme im Aussparungskanal 94 des Führungselements, und so werden, obwohl die Antriebsflächen 116 des rohrförmigen zweiten Elements 100 ein Drehmoment auf die Gegennockenflächen 108 des rohrförmigen ersten Elements 98 ausüben, die rohrförmigen ersten und zweiten Elemente 98, 100 durch die Führungsvorrichtungen 102, 110 an einer relativen Drehung gehindert, wobei die Führungsvorrichtungen 110 durch die Führungsseitenwände des Aussparungskanals 94 des Führungselements anliegen und gegen eine Drehung blockiert werden (5B). Während sich die ersten und zweiten Elemente 98, 100 verschieben, bleibt die Rohrhülse 90 fest und die Gabel 64, die sich an das freie Ende 104 des rohrförmigen ersten Elements 98 anschließt, wird veranlasst, gemeinsam mit den ersten und zweiten Elementen 98, 100 entlang der Pfeilrichtung A über einen axialen Verschiebungsabstand „X“ (3B) zu verschieben, der ausreicht, um die Hülse 60 in einen verbundenen Zustand zu versetzen, wodurch das erste und zweite drehbare Element 56, 58 funktionsfähig miteinander zur Mitrotation gekoppelt werden.
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Nach vollständiger Bestromung und Betätigung werden die ersten Führungsvorrichtungen 102 axial verschoben, um sich über das vertiefte Führungselement 94 hinaus und axial nach außen zu erstrecken, und so wirkt die von den Antriebsflächen 116 am zweiten Aktivierungsende 114 des rohrförmigen zweiten Elements 100 an den gegenüberliegenden Nockenflächen 108 des rohrförmigen ersten Elements 98 auf die Gleitflächen 108' an den Enden der ersten Führungsvorrichtung 102 des rohrförmigen ersten Elements 98 in axial ausgerichtetem Eingriff mit schraubenförmig geneigten Oberflächen 96' der Nockenschlosseigenschaften 96 (5C), wodurch die Gleitflächen 108' die schraubenförmig geneigten Oberflächen 96' der Nockenschlossmerkmale 96 nach unten gleiten, um eine Anschlagfläche 103 der Führungsvorrichtungen 102 in das sitzende Widerlager gegen eine sich axial erstreckende Schließfläche 125 der Nockenschlossmerkmale 96 zu bringen (5D). Somit werden das rohrförmige erste Element 98 und die Gabel 64 in einer axial verschobenen, ausgefahrenen aktivierten Position gehalten, auch wenn die Spule anschließend spannungsfrei geschaltet wird (3B).
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Während sich die Gabel 64 im gekoppelten Zustand befindet und die Spule spannungsfrei bleibt, wirken die ersten, zweiten und dritten Federelemente 118, 120, 69 in Kombination miteinander, um eine Druckvorspannung an den Komponenten aufrechtzuerhalten und ein axiales Spiel dazwischen zu verhindern, wie es von einem Fachmann verstanden wird. Insbesondere wirkt das dritte Federelement 69 auf das nahegelegene Ende 84 des Stößels 68, um den Stößel 68 in eine Richtung entgegengesetzt zum Pfeil A in das sitzende Widerlager mit einer Anschlagfläche 123 des Gehäuses 70 vorzuspannen; das zweite Federelement 120 bleibt axial zwischen der Gabel 64 und dem Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser 80 des Kolbens 68 komprimiert, und das erste Federelement 118 bleibt axial zwischen den ersten und zweiten Schultern 119, 121 der ersten und zweiten Rohrelemente 98, 100 komprimiert, um das zweite Rohrelement 100 in Anlage an den Flansch 88 des Kolbens 68 und das erste Rohrelement 98 in Anlage an die Gabel 64 zu halten.
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Wenn es dann gewünscht wird, das erste und zweite drehbare Element 56, 58 voneinander zu trennen und das Fahrzeug vom Allradantriebsmodus in einen Zweiradantriebsmodus zu verschieben, kann eine zweite Erregung der Spule 67 selektiv durchgeführt werden, um das rohrförmige zweite Element 100 innerhalb der Rohrhülse 90 zu verschieben, wobei die Anschlagfläche 103 der ersten Führungsvorrichtung 102 entlang der Verriegelungsfläche 125 des Führungselements 94 verschoben wird, woraufhin die Antriebsflächen 116 des zweiten Aktivierungsendes 114 in die Nockenflächen 108 des ersten Eingriffsendes 106 eingreifen, um das rohrförmige erste Element 98 axial entlang der Pfeilrichtung A (5E) bis die ersten Führungsvorrichtungen 102 axial über die Verriegelungsflächen 125 der Nockenschlossmerkmale 96 hinaus verschoben werden, woraufhin das Drehmoment zwischen den Antriebsflächen 116 und den Nockenflächen 108 bewirkt, dass das rohrförmige erste Element 98 in Pfeilrichtung R verdreht wird (4B), bis die Erhebungen P' des rohrförmigen zweiten Elements 100 in die Vertiefungen V des rohrförmigen ersten Elements 98 eingreifen (5F). Mit den Erhebungen P' des rohrförmigen zweiten Elements 100, das in den Vertiefungen V des rohrförmigen ersten Elements 98 sitzt, werden die Gleitflächen 108' der ersten Führungsvorrichtungen 102 in axiale Ausrichtung mit geneigten Führungsflächen 127 gebracht, die zu einem Eingang der Führungselemente 94 abfallen. Anschließend wird die Spule 67 spannungsfrei geschaltet, woraufhin das Federelement 69 eine ausreichende Federspannung auf den Kolben 68 ausübt, um den Kolben 68 mit der Anschlagfläche 123 des Gehäuses 70 in das sitzende Widerlager zurückzubringen. Weiterhin übt das zweite Federelement 120 eine ausreichende Federvorspannung gegen die Gabel 64 und das rohrförmige erste Element 98 aus, so dass sie sich axial verschieben, wobei die ersten und zweiten Führungsvorrichtungen 102, 110 axial zueinander und mit den Führungselementen 94 der Rohrhülse 90 ausgerichtet werden (5G), woraufhin das erste Federelement 118 eine ausreichende Federspannung auf das rohrförmige erste Element 98 ausübt, wodurch das rohrförmige erste Element 98 und die Gabel 64 axial in eine eingefahrene, deaktivierte Position zurückversetzt werden können, wenn die Spule 67 stromlos ist (5H), woran das Stellglied 62 und die Gabel 64 verbleiben, bis es gewünscht wird, deren Betriebszustand durch eine weitere ausgewählte Erregung der Spule 67 ausgewählt zu ändern.
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In 7A-71 und 8A-8B ist eine rohrförmige Hülsen- und Nockenanordnung 190 und 178 dargestellt, die gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung konstruiert ist, worin die gleichen Referenzziffern, versetzt um den Faktor 100, verwendet werden, um ähnliche Merkmale zu identifizieren. Die Funktion der Rohrhülse 190 und der Nockenbaugruppe 178 ist die gleiche wie oben beschrieben, wobei die wesentlichen strukturellen Unterschiede im Folgenden erläutert werden. Dementsprechend ist zu erkennen, dass die Rohrhülse 190 und die Nockenbaugruppe 178 mit der Rohrhülse 90 und der Nockenbaugruppe 78 nachrüstbar sind und umgekehrt. Die Rohrhülse 190 weist eine Durchgangsbohrung 192 mit mindestens einem Führungselement auf, wobei hier eine Vielzahl von Führungselemente 194 (am besten in 8B zu sehen) ausgebildet sind, beispielhaft und ohne Einschränkung dargestellt als Rippen, die sich radial nach innen von einer inneren zylindrischen Fläche in die Durchgangsbohrung 92 erstrecken. Die Führungselemente 194 enden, um eine Vielzahl von Nockenschlosselemente 196 bereitzustellen. Die Nockenschlosselemente 196 sind mit schrägen, schraubenförmig geneigten Gleitflächen dargestellt, die an einem freien Ende der Führungselemente 194 ausgebildet sind.
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Die Nockenanordnung 178 beinhaltet, wie in den 7A-71 und 8A-8B dargestellt, ein rohrförmiges erstes Element 198 und ein rohrförmiges zweites Element 200. Die rohrförmigen ersten und zweiten Elemente 198, 200 sind zumindest teilweise in der Rohrhülse 190 und um den länglichen Abschnitt 82 des Kolbens 68 angeordnet, wobei die ersten und zweiten Elemente 198, 200 axial voneinander weg über ein Federelement vorgespannt sind, das gegen die jeweiligen ersten und zweiten Schultern 219, 221 gelagert ist (8B) (wie vorstehend besprochen und in den 3A-3C dargestellt, ist zu erkennen, dass die Rohrhülse 190 und die Nockenbaugruppe 178 die Rohrhülse 90 und die Nockenbaugruppe 78 ersetzen können, so dass die übrigen Komponenten eines Antriebsstrangsystems einschließlich der Rohrhülse 190 und der Nockenbaugruppe 178 gleich oder ähnlich den vorstehend für das Stellglied 62 besprochenen bleiben). Das rohrförmige erste Element 198 weist eine Außenfläche mit mindestens einer Führungsvorrichtung auf und ist als eine Vielzahl von sich axial erstreckenden ersten Führungsvorrichtungen 202 dargestellt, die beispielhaft und ohne Einschränkung als eine Vielzahl von sich axial erstreckenden Oberflächen dargestellt sind, die als Anschlagfläche des Anschlags und zum Verschieben entlang der Führungselemente 194 konfiguriert sind. Die Außenfläche des rohrförmigen ersten Elements 198 erstreckt sich zwischen einem freien Ende 204, das dem nahegelegenen Ende 84 des Kolbens 68 zugewandt ist, und einem ersten Eingriffsende 206, das dem entfernten Ende 86 des Kolbens 68 zugewandt ist. Das erste Eingriffsende 206 weist mindestens eine Nockenfläche auf und ist als eine Vielzahl von schraubenförmig geneigten Nockenflächen 208 dargestellt, die sich von dort in Richtung des freien Endes 204 erstrecken. Die ersten Führungsvorrichtungen 202 und die Nockenflächen 208 werden wie dargestellt über gemeinsame einander zugewandte Ausschnitte oder Kerben gebildet, die sich axial in das erste Eingriffsende 206 erstrecken, wobei sich die zugehörige erste Führungsvorrichtung 202 entlang eines geraden, axialen Weges relativ zu einer zentralen Längsachse entlang einer Seite der Kerbe erstreckt und die zugehörige Nockenfläche 208 sich schräg zur ersten Führungsvorrichtung 202 entlang einer gegenüberliegenden Seite der Kerbe erstreckt. Es ist eine gekerbte Anschlagfläche 203 vorgesehen, die sich axial in jede der Nockenflächen 208 erstreckt. Die Anschlagflächen 203 sind so bemessen, dass sie beim Eingriff die Führungselemente 194 darin aufnehmen können, wie im Folgenden näher erläutert.
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Das rohrförmige zweite Element 200 ist in der Rohrhülse 190 und um den länglichen Abschnitt 82 des Kolbens 68 zwischen dem rohrförmigen ersten Element 198 und dem entfernten Ende 86 des Kolbens 68 angeordnet. Das rohrförmige zweite Element 200 weist eine zylindrische Außenfläche mit mindestens einer Führungsvorrichtung, die als eine Vielzahl von zweiten Führungsvorrichtungen 210 ausgeführt ist auf, die als vertiefte, axial verlaufende Kanäle dargestellt sind, die sich beispielhaft und ohne Einschränkung radial nach innen in die zylindrische Außenfläche erstrecken, die zur Verschiebung entlang der jeweiligen korrespondierenden Führungselemente 194 konfiguriert sind. Das rohrförmige zweite Element 200 weist ein freies Ende 212 auf, das dem entfernten Ende 86 des Kolbens 68 zugewandt ist, und ein zweites Aktivierungsende 214 mit einer Vielzahl von schraubenförmig geneigten Antriebsflächen 216, die konfiguriert sind, um die Nockenflächen 208 anzustoßen und anzutreiben, die sich während der Erregung des Magneten 66 in das erste Eingriffsende 206 des rohrförmigen ersten Elements 198 erstrecken.
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Im Gebrauch, wenn sich die Hülse 60 in ihrem abgetrennten Zustand befindet und wenn die Aktivierung des Allradantriebsmodus gewünscht wird, wird eine erste Erregung der Spule 67 durchgeführt, wodurch der Kolben 68 und das rohrförmige erste und zweite Element 198, 200 in der Hülse 90 entlang der Richtung A verschoben werden, wobei die ersten und zweiten Führungsvorrichtungen 202, 210 axial zueinander ausgerichtet sind und entlang des Führungselements 194 der Rohrhülse 190 verschoben werden. Während der anfänglichen axialen Bewegung des ersten und zweiten Elements 198, 200 bleiben ihre jeweiligen ersten und zweiten Führungsvorrichtungen 202, 210 axial ausgerichtet und im engen Gleitlager mit der sich radial nach innen erstreckenden, axial geraden Oberfläche des Führungselements 194, und obwohl die Antriebsflächen 216 ein Drehmoment auf die gegenüberliegenden Nockenflächen 208 ausüben, werden das erste und zweite Element 198, 200 an einer relativen Drehung gehindert, wodurch die ersten und zweiten Führungsvorrichtungen 202, 210 an den sich nach innen erstreckenden Seitenwänden des Führungselements 194 anliegen und gegen eine Drehung gesichert sind (7A). Während der Verschiebung der ersten und zweiten Elemente 198, 200, bleibt die Rohrhülse 190 fest und die Gabel 64 wird veranlasst, sich gemeinsam mit dem ersten und zweiten Element 198, 200 entlang der Achse A über einen axialen Verschiebebewegungsabstand X (3C) zu verschieben, der ausreicht, um die Hülse 60 in einen ineinandergreifenden, verbundenen Zustand zu bringen, wodurch das erste und zweite drehbare Element 56, 58 funktionsfähig miteinander gekoppelt werden.
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Auf die ersten Führungsvorrichtungen 202, die sich axial über das Führungselement 194 hinaus und aus dem Eingriff heraus erstrecken, wirkt die von den Antriebsflächen 216 auf das zweite Aktivierungsende 214 auf die gegenüberliegenden Nockenflächen 208 ausgeübte Torsion, um das rohrförmige erste Element 198 drehbar zu beaufschlagen und die Nockenfläche 208 des rohrförmigen ersten Elements 198 in axialer Ausrichtung mit dem schraubenförmig geneigten Ende des Führungselements 194 drehbar anzutreiben. Dann, beim anschließenden Abschalten der Wicklung 67, beaufschlagen die Federn 69, 118, 120 das rohrförmige erste und zweite Element 198, 200, wie vorstehend erläutert, so dass das rohrförmige zweite Element 200 in seine Ausgangsposition zurückgeführt wird, während das rohrförmige erste Element 198 veranlasst wird, sich drehend in seine Eingriffsposition zu verlagern, um die Gabel 64 in ihrem gekoppelten Zustand zu halten. Während der Drehbewegung in ihre Einrastposition gleitet die Nockenfläche 208 des rohrförmigen zweiten Elements 200 entlang des schraubenförmig geneigten Endes der Nockensperre 196 am Führungselement 194 bis zum Ende der Nockensperre 196 und wird in der gekerbte Anschlagfläche 203 aufgenommen, die sich axial in die Nockenfläche 208 erstreckt (6C, 7D), wodurch das rohrförmige erste Element 198 und die Gabel 64 in einer axial verschobenen, verlängerten aktivierten Position gehalten werden, auch wenn die Spule 67 stromlos ist (3C). Während sich die Gabel 64 im gekoppelten Zustand befindet und die Spule 67 spannungsfrei bleibt, wirken die Federn 69, 118, 120, um eine Druckvorspannung an den Komponenten aufrechtzuerhalten, um ein axiales Spiel dazwischen zu verhindern, wie vorstehend erläutert und von einem Fachmann verstanden wird.
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Wenn es dann gewünscht wird, das Fahrzeug vom Allradmodus in den Zweiradantriebsmodus zu schalten, kann eine zweite Erregung der Spule 67 durchgeführt werden, um zu bewirken, dass das rohrförmige erste und zweite Element 198, 200 innerhalb der Rohrhülse 190 verschoben wird, wobei die zweiten Führungsvorrichtungen 210 entlang des Führungselements 194 verschoben werden, woraufhin die Antriebsflächen 216 des zweiten Aktivierungsendes 214 die Nockenflächen 208 des rohrförmigen ersten Elements 198 axial antreiben, bis der Anschlag 203 axial über das Ende der Nockenverriegelung 196 am Führungselement 194 hinaus angetrieben wird, woraufhin die Nockenfläche 208 axial und drehbar entlang der Antriebsfläche 216 gleitet, um die ersten Führungsvorrichtungen 202 wieder in axiale Ausrichtung mit den zweiten Führungsvorrichtungen 210 und in Eingriff mit dem Führungselement 194 zu bringen (7H), wodurch das rohrförmige erste Element 198 und die Gabel 64 axial zurück in eine eingefahrene, deaktivierte Position unter der Vorspannung der Federelemente 69, 120 verschoben werden können, wenn die Spule 67 anschließend spannungsfrei geschaltet wird.
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Die vorstehende Beschreibung der verschiedenen alternativen Ausführungsformen dient zur Veranschaulichung und Beschreibung. Insbesondere wurde ein Antriebsstrangstellglied zur Verwendung beim Bewegen eines Schaltelements (z.B. Rohrhülse, Gabel usw.) zwischen zwei verschiedenen Positionen offenbart, um gekoppelte und entkoppelte Betriebszustände zwischen zwei Drehelementen herzustellen. Diese Konfiguration, die zwar speziell in Verbindung mit den hinteren Trennvorrichtungen offenbart wird, ist jedoch für den Einsatz in jeder Drehmomentübertragungsvorrichtung bestimmt, die mit einer Leistungsübertragungsanordnung des Typs verbunden ist, der in Antriebsstranganwendungen für Kraftfahrzeuge verwendet wird. Daher ist diese spezifische Offenbarung nicht dazu bestimmt, vollständig zu sein oder die Offenlegung einzuschränken. Einzelne Elemente, Baugruppen/Unterbaugruppen oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern sind gegebenenfalls austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, auch wenn sie nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben sind. Das Gleiche kann auch in vielerlei Hinsicht variiert werden. Solche Abweichungen sind nicht als Abweichung von der Offenbarung zu betrachten, und alle diese Änderungen sollen in den Umfang der Offenbarung einbezogen werden.
