WO2017081037A1 - Actuator assembly - Google Patents

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WO2017081037A1
WO2017081037A1 PCT/EP2016/077038 EP2016077038W WO2017081037A1 WO 2017081037 A1 WO2017081037 A1 WO 2017081037A1 EP 2016077038 W EP2016077038 W EP 2016077038W WO 2017081037 A1 WO2017081037 A1 WO 2017081037A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
switching element
actuating
inner contour
actuator assembly
groove
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/077038
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Schweiger
Werner SCHÖFMANN
Jörg Weber
Original Assignee
Magna powertrain gmbh & co kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Magna powertrain gmbh & co kg filed Critical Magna powertrain gmbh & co kg
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D23/00—Details of mechanically-actuated clutches not specific for one distinct type
    • F16D23/12—Mechanical clutch-actuating mechanisms arranged outside the clutch as such
    • F16D23/14—Clutch-actuating sleeves or bearings; Actuating members directly connected to clutch-actuating sleeves or bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/22—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
    • F16H25/2204—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls

Definitions

  • the present invention relates to an actuator arrangement for selectively actuating a rotating switching element comprising an actuating unit, wherein by means of the actuating unit, the switching element is controllable in a first end position or a second end position, and a ball-groove mechanism, wherein the actuating unit and the switching element on the ball -Nut mechanism are operatively connected.
  • coupling arrangements are used in various embodiments. As a rule, these coupling arrangements serve to selectively shut down partial areas of a drive train of a motor vehicle. In particular, such coupling arrangements find application in drive trains of all-wheel drive and / or hybrid-powered motor vehicles.
  • An actuation of the coupling process and / or decoupling process for example, according to the prior art by means of an actuator order electromechanically, by means of DC motor, spur gear intermediate stage and gear segment ramp mechanism.
  • a disadvantage here is a high demand for electrical Aktu réellesenergie to carry out the coupling process and / or the decoupling process.
  • the document DE 39 1 1 122 C1 describes, for example, a positive clutch for the switchable coupling of a hollow shaft with a shaft lying coaxially therein by radially displaceable coupling members.
  • the coupling members are circumferentially fixed in openings of the hollow shaft and held radially displaceable.
  • the shaft journal has recesses which are associated axially with the openings of the hollow shaft.
  • the coupling members can enter the recesses of the shaft journal for non-rotatable connection of hollow shaft and shaft journal. This is effected by an axially displaceable shift sleeve having a thrust ring surface for radially displacing the coupling members inwardly (in the recesses of the shaft journal) and a locking surface for holding the coupling members in positive engagement between the hollow shaft and the shaft journal.
  • the clutch can be kept in this coupled state by means of radially and axially displaceable locking members with little effort.
  • the actuation of the coupling state takes place here by means of an electromagnet which actuates a setting ring, which in turn causes a displacement of the switching sleeve due to a direct connection to adjusting ring.
  • an actuator arrangement for selectively actuating a rotating switching element comprising an actuating unit, wherein by means of the actuating unit, the switching element is controllable in a first end position or a second end position, and a ball-groove mechanism, wherein the actuating unit and the switching element via the ball-groove mechanism are operatively connected, wherein the ball-groove mechanism is formed such that by the actuating unit via the ball-groove mechanism, a control of the switching element from the first end position to the second end position, or vice versa, takes place that the switching element performs an axial movement.
  • the actuator arrangement according to the invention serves for the selective actuation of a rotating switching element.
  • the actuator assembly according to the present invention comprises an actuator unit and a ball and groove mechanism.
  • the switching element according to the invention is controllable in an axial direction along a central axis of the actuator assembly.
  • axial describes a direction along or parallel to the central axis.
  • radial describes a direction normal to the central axis.
  • the operating unit and the switching element are operatively connected via the ball-and-groove mechanism.
  • the ball-and-groove mechanism is formed such that control of the switching element from the first end position to the second end position, or vice versa, is performed by the operating unit via the ball-and-groove mechanism, so that the switching element undergoes axial movement performs.
  • the operative connection of actuator and switching element via the ball-groove mechanism is a highly dynamic time and energy efficient transfer of the switching element from the first end position in the second end position, or vice versa, possible.
  • the switching element and the actuating unit are annular and arranged coaxially along the central axis, wherein the switching element is at least partially disposed within the actuating unit and such an overlap portion, namely an axial overlap, is formed.
  • an overlap portion namely an axial overlap
  • the ball-groove mechanism is formed in the region of the overlap portion between the switching element and the actuating unit.
  • the switching element is rotatably and axially movable on a rotating input member, such as a first shaft, arranged.
  • a rotating input member such as a first shaft
  • this first shaft may be connected to an output shaft of a wheel of a secondary, i. not permanently driven, drive axle of a motor vehicle with switchable four-wheel drive be operatively connected.
  • the first shaft may also be provided with another shaft connected to an electric machine for driving a secondary axis, i. a non-permanently driven axle, a motor vehicle with four-wheel drive and hybrid Strangg presentur is in operative connection, be operatively connected.
  • the actuating unit of the actuator arrangement comprises a housing, an actuating element fixedly arranged in the housing and an actuating disk.
  • the actuating disk is preferably arranged rotationally fixed in the housing and movable by means of the actuating element in an axial direction.
  • the actuating element is designed, for example, electromagnetically, electromechanically or electro-hydraulically acting.
  • the actuating disk preferably has three inner contour sections arranged coaxially to the central axis and at different radial positions, namely a first inner contour section, a second inner contour section and a third inner contour section.
  • the first inner contour portion of the actuating disk is disposed at a first radial position, the second inner contour portion of the actuating disk at a second radial position and the third inner contour portion of the actuating disk at a third radial position.
  • transition regions between the individual inner contour sections are preferably made conical.
  • the ball-groove mechanism comprises a control groove and at least three balls which can be guided in the control groove, wherein the control groove is formed on a switching element outer contour.
  • the control groove is preferably formed from three control grooves designed as ball raceways.
  • the balls are radially movable in the region between the cam groove and the first inner contour portion of the actuating disk and radially in the region between the cam groove and the second inner contour portion and the third inner contour portion of the actuating disc.
  • the control groove is preferably formed spirally along the switching element outer contour.
  • control groove is formed like a ball track with a slope.
  • the cam groove preferably has a plurality of cam groove segments.
  • cam groove segments have different slopes.
  • cam grooves may have different slopes.
  • the axial movement of the switching element in particular the speed of movement, can be easily adapted to the requirements.
  • the balls are arranged to be guidable in an annular coaxial with the switching element arranged cage.
  • FIG. 1 shows a detailed view of an exemplary actuator assembly according to the invention with a switching element in a first end position.
  • FIG. 2 shows a detailed view of an exemplary actuator arrangement according to the invention upon actuation of an axial movement of a switching element.
  • FIG. 3 shows a detailed view of an exemplary actuator arrangement according to the invention with a switching element in a second end position.
  • FIG. 4 shows an exploded view of an exemplary actuator arrangement according to the invention. shows a perspective detail view of a switching element. shows a further detailed view of a switching element. shows a third detail view of a switching element. shows a detailed view of an exemplary actuator assembly according to the invention with a switching element in a first end position with permanent magnets. shows an exemplary application of an actuator assembly according to the invention with a switching element in a first end position. shows an exemplary application of an actuator assembly according to the invention with a switching element in a second end position. shows an automotive architecture comprising an actuator assembly according to the invention for the selective actuation of a switching element in two switching positions. shows a detail view of FIG. 1. shows a detail view of FIG. 2.
  • FIG. 14 shows a detail view from FIG. 3.
  • Fig. 15 shows a perspective detail view of another
  • FIG. 16 shows a further motor vehicle architecture comprising an actuator arrangement according to the invention for selectively actuating the switching element in two switching positions.
  • FIG. 17 shows a third motor vehicle architecture comprising an actuator arrangement according to the invention for selectively actuating the switching element in two switching positions.
  • FIGS. 1 to 8 show very different detailed views of the actuator arrangement 1 according to the invention in conjunction with a switching element 2.
  • the actuator assembly 1 is used for selectively actuating the rotating switching element 2, here a shift sleeve.
  • the actuator assembly 1 comprises an actuator unit 3 and a ball-and-groove mechanism 4.
  • the switching element 2 and the actuating unit 3 are substantially annular and arranged coaxially along a central axis 5.
  • the switching element 2 is partially disposed within the actuator unit 3, so an overlap portion 6 is formed.
  • the ball-groove mechanism 4 is formed in the region of the overlapping portion 6 between the switching element 2 and the actuating unit 3.
  • the actuating unit 3 and the switching element 2 are operatively connected via the ball-groove mechanism 4.
  • the switching element 2 via the ball-groove mechanism 4 in an axial direction along the central axis 5 is controllable.
  • the ball-groove mechanism 4 is designed such that by the actuating unit 3 via the ball-groove mechanism 4, a control of the switching element
  • FIG. 1 shows the switching element 2 in the first end position.
  • FIG. 2 shows schematically the actuation of the axial movement of the switching element 2, so that an axial movement takes place from the first end position to the second end position.
  • FIG. 1 shows the switching element 2 in the first end position.
  • FIG. 2 shows schematically the actuation of the axial movement of the switching element 2, so that an axial movement takes place from the first end position to the second end position.
  • the actuating unit 3 comprises a housing 8, an actuating element 9 fixedly arranged in the housing 8 and an actuating disk 10.
  • the actuating disk 10 is arranged in a rotationally fixed manner in the housing 8 and can be moved in an axial direction by means of the actuating element 9.
  • the actuating element 9 is designed as an electromagnetic coil.
  • the actuating disk 10 is designed as an armature disk and is attracted in the exemplary embodiment, when energized, the electromagnetic coil of this in the axial direction.
  • the actuating disk 10 has three inner contour sections, namely a first inner contour section 11, a second inner contour section 11 'and a third Inner contour portion, on, wherein the first inner contour portion 1 1 at a first radial position 12, the second inner contour portion 1 1 'at a second radial position 12' and the third inner contour portion 1 1 "at a third radial position 12" is executed.
  • the ball-groove mechanism 4 comprises a control groove 13 and three balls 14 which can be guided in the control groove 13, wherein the control groove 13 is formed on a switching element outer contour 15 (FIGS. 4 to 7). Furthermore, an annular groove 24 is formed on the switching element outer contour 15 (FIGS. 5 to 7).
  • the three balls 14 are radially movable in the area between the control groove 13 and the first inner contour section 11 of the actuating disk 10 and in the area between the control groove 13 and the second inner contour section 11 'of the actuating disk 10 and the third inner contour section 11' 'of the actuating disk 10 can not be moved radially (FIGS. 12-14).
  • the control groove 13 is spirally formed along the switching element outer contour 15 (FIGS. 5 to 7).
  • the three balls 14 are arranged guidable in an annular, coaxial with the switching element 2 arranged cage 16.
  • the cage 16 is, as shown in Fig. 4, arranged in the region of the ball-groove mechanism 4 between the switching element 2 and the actuating unit 3.
  • the actuating disk 10 of the actuating unit 3 When current is supplied to the actuating unit 3, which is designed as an electromagnetic coil, the actuating disk 10 of the actuating unit 3 is attracted against the spring force of the actuating disk return spring 22 as a result of the electromagnetic force from the actuating element 9, wherein the tapered transition from the first inner contour section 1 1 the actuating disk 10 on the second inner contour portion 1 1 'of the actuating disk 10 in the axially fixed, circumferential cage 16 guided balls 14 radially inwardly, ie in the direction of the switching element outer contour, are moved and engage in the control groove 13. The balls are held radially here via the second inner contour section 11 'of the actuating disk 10 in the control groove 13 (FIGS. 2, 13).
  • the switching element is rotationally fixed and arranged axially movable on the rotating input element 7 and rotates with this.
  • the rotation of the switching element 2 causes due to the formation of the control groove 13 on the outer contour 15 of the switching element 2 as a result, an axial movement of the switching element 2 in an axial direction - with respect to FIG. 2 from left to right.
  • the direction of the axial movement of the switching element 2 is illustrated by an arrow.
  • the control groove 13 has a plurality of control groove segments 17, 17 ', 17 ", each with a different pitch (FIG. 5).
  • the movement of the over the control grooves 13 coupled to the rotational movement of the switching element 2 axial movement of the switching element 2 can be influenced by appropriate design (slope) of the control groove segments 17, 17 ', 17 ".
  • the switching element 2 At the end of the axial movement of the switching element 2, the switching element 2 is in the second end position and the balls 14 engage in the circumferential annular groove 24 and are held radially via the third inner contour section 11 'of the actuating disk 10. In the second end position the minimum air gap 26 between the actuating element 9 and the actuating disk 10 is reached (FIGS. 3, 14).
  • the second end position of the switching element 2 can be maintained by energizing the actuator 9 with a very small holding current or by using at least one (additional) permanent magnet 25, as shown in Fig. 8, even without electrical power supply.
  • a permanent magnet 25 is used, a magnetically bistable system without additionally required electrical holding power is formed by the actuating element 9.
  • FIGS. 9 and 10 show an exemplary application of the actuator arrangement 1 according to the invention for the selective actuation of the switching element 2 in order to couple and / or decouple a rotating input element 7 and an output element 20 by means of a coupling element 21.
  • the input element 7 and the output element 20 can be seen as torque transmitting components of a drive train of a motor vehicle, wherein the input member 7 is permanently driven and the output member 20 is driven by coupling with the input member 7.
  • the input element 7 is formed as a hollow shaft and arranged coaxially with the output element 20 designed as a shaft.
  • the switching element 2 also a shift sleeve, is rotatably and axially movable on the rotating input member 7 is arranged.
  • the rotationally fixed and axially movable connection between the switching element 2 and the input element 7 is achieved by means of a driving toothing 18 between the switching element 2 and the input element 7.
  • the driving teeth 18 on the side of the switching element 2 is formed in sections on a switching element inner contour 19 of the switching element 2.
  • the coupling element 21 is embodied as a ball in the application example cited in FIGS. 9 and 10.
  • the coupling element 21 can be transferred from the switching element 2 from a coupled position to a decoupled position, or vice versa. If the switching element 2 assumes the first end position by axial movement, then the coupling element 21 is moved by the switching element 2 into the coupled position. If the switching element 2 assumes the second end position by axial movement, the coupling element 21 is moved according to the centrifugal forces acting on the coupling elements 21 during rotation of the input element 7 into a decoupled position.
  • the transferring of the switching element 2 from the first end position to the second end position thus corresponds to a process of decoupling the input element 7 and the output element 20.
  • the transfer of the switching element 2 from the second end position to the first end position corresponds to a process of the coupling of the input element 7 and the output element 20.
  • Figure 1 1 shows an exemplary motor vehicle architecture with an arranged longitudinally to the direction of combustion engine 30 (longitudinal engine assembly), which, in addition to the internal combustion engine 30, as essential power transmitting components a main gear 31, a transfer case 32, a Vorderachsgetriebe 35, a Schuachsgetriebe 36 and includes front and rear side shafts 37, 38.
  • combustion engine 30 longitudinal engine assembly
  • main gear 31 a main gear 31
  • a transfer case 32 a Vorderachsgetriebe 35, a Häachsgetriebe 36 and includes front and rear side shafts 37, 38.
  • 4WD four-wheel drive mode
  • the term “4WD” stands for "four wheel drive” and describes a motor vehicle drive via at least two motor vehicle axles, in the example shown in FIG. 11 a rear axle 42 and a front axle 41.
  • “2WD” operation in this case the drive via a rear axle 42, power is transmitted through the transfer case 32 entirely to the rear wheels of the motor vehicle via the rear propeller shaft 33.
  • the "Disconnecf” unit 39 designed as a coupling element makes it possible in this operating state, with the help of the actuator assembly 1 according to the invention - a complete shutdown of the angle drive in the front axle 35 and the front propeller shaft 34, whereby an economic "2WD” operation is ensured by reducing unnecessary drag losses.
  • the term “2WD” stands for "two wheel drive” and describes a motor vehicle drive via only a motor vehicle axle, in the example shown in FIG. 11 the rear axle 42 or the front axle 41.
  • the control of the "Disconnecf" unit 39 and thus of the actuator assembly 1 according to the invention is carried out by a control unit (not shown) via an electrical control line 40.
  • switching element 15 shows a further embodiment of the switching element 2, namely a switching element 2 with two control grooves 13, 13 'which are arranged with opposite pitch along the outer contour 15 of the switching element 2.
  • the switching element 2 In such a design of the switching element 2, this can be moved starting from a spring-centered center position either in a first end position or in a second end position.
  • a transmission control with a neutral position and two switching stages, namely a first gear and a second gear, realize.
  • the actuating unit 3 of the actuator assembly 1 comprises a housing 8, an actuating element 9 fixedly arranged in the housing 8, an actuation disk 10 and a further actuation element fixedly arranged in the housing 8.
  • the actuating unit 3 and the switching element 2 are via a two-part ball groove mechanism 4, consisting of two ball track-like control grooves 13, 13 ', which in turn each have a plurality of cam groove segments 17, 17 ', 17 ", the pitch direction of the cam groove segments 17, 17', 17" of the two cam grooves 13, 13 'being made in opposite directions (FIG. 15). Furthermore, two annular grooves 24, 24 'are formed on the switching element outer contour 15 (FIG. 15).
  • the switching element 2 is partially disposed within the operating unit 3, whereby an overlapping portion 6 and a further overlapping portion between the switching element 2 and the actuating unit 3 is formed.
  • the switching element 2 via the ball-groove mechanism 4, starting from the spring-centered position selectively in two switching positions, namely a first end position or in a second end position controllable.
  • the actuating element 9 in this case comprises two electromagnetic coils.
  • the actuating disk 10 is designed as a common armature disk and is attracted by the respectively energized electromagnetic coil, starting from the spring-centered middle position in a corresponding axial direction.
  • each solenoid coil can be assigned a separate actuator disc 10.
  • FIG. 16 shows a further exemplary system architecture of a motor vehicle with an internal combustion engine 30 arranged longitudinally to the direction of travel, which, in addition to the internal combustion engine 30, has an electric machine 43 as a drive module on the rear axle 42.
  • the electric machine 43 is coupled via a reduction gear 44 and the rear differential 36 and the rear side shafts 38 with the rear wheels of the motor vehicle.
  • the electrical machine 43 can be decoupled from the rear axle differential 36 when required, for example in the higher speed range of the motor vehicle, with the aid of the actuator arrangement 1 according to the invention, by means of the "disconnecf" unit 39 integrated in the reduction gear 44 as a coupling element.
  • FIG. 17 shows a system architecture according to FIG. 16, but with a switchable gear stage integrated in the reduction gear 44.
  • the electrical machine 43 can be decoupled from the rear axle differential 36 as required by the switching unit 45 integrated in the reduction gear 44 and, in addition, selectively switched to a first gear stage or a second gear stage of the reduction gear 44.
  • the switching unit 45 comprises the actuator arrangement 1 according to the invention for the selective actuation of the switching element 2 in two switching positions, namely starting from a spring-centered center position in a first end position or a second end position.
  • the appropriate selection of the gear stage allows the electric machine 43 to be operated in respectively favorable operating states or, if required, to be completely decoupled from the drive train, which in turn causes unnecessary drag losses in operating states in which no electrical operation is required avoids.

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Abstract

Actuator assembly (1) for selectively actuating a rotating switching element (2), comprising an actuation unit (3) that can bring the switching element (2) in a controlled manner into a first end position or a second end position, and a ball-and-groove mechanism (4), by means of which the actuation unit (3) and the switching element (2) are effectively connected. The ball-and-groove mechanism (4) is designed in such a way that the actuation unit (3) moves the switching element in a controlled manner via the ball-and-groove mechanism (4) from the first end position into the second end position, and vice versa, so that the switching element (2) performs an axial movement.

Description

Aktuatoranordnung  actuator
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aktuatoranordnung zum wahlweisen Betätigen eines rotierenden Schaltelements umfassend eine Betätigungseinheit, wobei vermittels der Betätigungseinheit das Schaltelement in eine erste Endposition oder eine zweite Endposition steuerbar ist, und einen Kugel-Nut-Mechanismus, wobei die Betätigungseinheit und das Schaltelement über den Kugel-Nut-Mechanismus wirkverbunden sind. The present invention relates to an actuator arrangement for selectively actuating a rotating switching element comprising an actuating unit, wherein by means of the actuating unit, the switching element is controllable in a first end position or a second end position, and a ball-groove mechanism, wherein the actuating unit and the switching element on the ball -Nut mechanism are operatively connected.
Stand der Technik State of the art
In der Fahrzeugtechnik werden Kopplungsanordnungen in unterschiedlichsten Ausführungsformen eingesetzt. Diese Kopplungsanordnungen dienen in der Regel der wahlweisen Stillegung von Teilbereichen eines Antriebsstrangs eines Kraft- fahrzeugs. Insbesondere finden derartige Kopplungsanordnungen in Antriebssträngen allradgetriebener und/oder hybridgetriebener Kraftfahrzeuge Anwendung. In vehicle technology coupling arrangements are used in various embodiments. As a rule, these coupling arrangements serve to selectively shut down partial areas of a drive train of a motor vehicle. In particular, such coupling arrangements find application in drive trains of all-wheel drive and / or hybrid-powered motor vehicles.
Sämtliche Kopplungsanordnungen der genannten Art müssen zum einen eine zuverlässige Trennung (Entkopplung) des stillzulegenden Teilbereichs des Antriebsstrangs sowie eine bedarfsgerechte, energieeffiziente und hochdynamische Zuschaltung (Kopplung) des stillzulegenden Teilbereichs des Antriebsstrangs gewährleisten. Weitere wünschenswerte Verbesserungen stellen die Optimierung des NHV- Verhaltens und eine Bauraum- und Kostenminimierung dar. All coupling arrangements of the type mentioned must, on the one hand, ensure a reliable separation (decoupling) of the subordinate area of the drive train to be decommissioned and a demand-based, energy-efficient and highly dynamic connection (coupling) of the sub-area of the driveline to be decommissioned. Further desirable improvements are the optimization of NHV behavior and space and cost minimization.
In diesem Zusammenhang rückt insbesondere eine zuverlässige und zeitoptimier- te Aktuierung des Kopplungsvorgangs und/oder des Entkopplungsvorgangs in den Fokus des Interesses. In this context, in particular a reliable and time-optimized actuation of the coupling process and / or the decoupling process becomes the focus of interest.
Eine Aktuierung des Kopplungsvorgangs und/oder Entkopplungsvorgangs kann beispielsweise nach bekanntem Stand der Technik vermittels einer Aktuatoran- Ordnung elektromechanisch, mittels DC-Motor, Stirnrad-Zwischenstufe und Zahnsegment-Rampenmechanismus erfolgen. Als nachteilig erweist sich hierbei ein hoher Bedarf an elektrischer Aktuierungsenergie zur Durchführung des Kopplungsvorgangs und/oder des Entkopplungsvorgangs. Das Dokument DE 39 1 1 122 C1 beschreibt beispielsweise eine formschlüssige Schaltkupplung zum schaltbaren Koppeln einer Hohlwelle mit einem koaxial darin liegenden Wellenzapfen durch radial verlagerbare Koppelglieder. Die Koppelglieder sind in Öffnungen der Hohlwelle umfangsfest und radial verlagerbar gehalten. Weiterhin weist der Wellenzapfen Ausnehmungen auf, die den Öffnungen der Hohlwelle axial zugeordnet sind. Die Koppelglieder können zum drehfesten Verbinden von Hohlwelle und Wellenzapfen in die Ausnehmungen des Wellenzapfens eintreten. Dies wird durch eine axial verschiebbare Schalthülse bewirkt, die eine Anlaufringfläche zum radialen Verlagern der Koppelglieder nach innen (in die Ausnehmungen des Wellenzapfens) und eine Sperrfläche zum Festhalten der Koppelglieder im formschlüssigen Eingriff zwischen der Hohlwelle und dem Wellenzapfen aufweist. Die Schaltkupplung kann hierbei mittels radial und axial verlagerbaren Sperrgliedern unter geringem Kraftaufwand im gekoppelten Zustand gehalten werden. Die Aktuierung des Kopplungszustandes erfolgt hierbei vermittels eines Elektromagneten, der einen Stellring betätigt, der aufgrund einer direk- ten Verbindung zu Stellring wiederum eine Verschiebung der Schalthülse bewirkt. Zusammenfassung der Erfindung An actuation of the coupling process and / or decoupling process, for example, according to the prior art by means of an actuator order electromechanically, by means of DC motor, spur gear intermediate stage and gear segment ramp mechanism. A disadvantage here is a high demand for electrical Aktuierungsenergie to carry out the coupling process and / or the decoupling process. The document DE 39 1 1 122 C1 describes, for example, a positive clutch for the switchable coupling of a hollow shaft with a shaft lying coaxially therein by radially displaceable coupling members. The coupling members are circumferentially fixed in openings of the hollow shaft and held radially displaceable. Furthermore, the shaft journal has recesses which are associated axially with the openings of the hollow shaft. The coupling members can enter the recesses of the shaft journal for non-rotatable connection of hollow shaft and shaft journal. This is effected by an axially displaceable shift sleeve having a thrust ring surface for radially displacing the coupling members inwardly (in the recesses of the shaft journal) and a locking surface for holding the coupling members in positive engagement between the hollow shaft and the shaft journal. The clutch can be kept in this coupled state by means of radially and axially displaceable locking members with little effort. The actuation of the coupling state takes place here by means of an electromagnet which actuates a setting ring, which in turn causes a displacement of the switching sleeve due to a direct connection to adjusting ring. Summary of the invention
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine alternative Aktuatoranordnung anzugeben, wobei insbesondere eine energieeffiziente und zuverlässige Aktuierung eines rotierenden Schaltelements dargestellt wird. It is an object of the invention to provide an alternative actuator arrangement, wherein in particular an energy-efficient and reliable actuation of a rotating switching element is shown.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Aktuatoranordnung zum wahlweisen Betätigen eines rotierenden Schaltelements umfassend eine Betätigungseinheit, wobei vermittels der Betätigungseinheit das Schaltelement in eine erste Endposition oder eine zweite Endposition steuerbar ist, und einen Kugel-Nut-Mechanismus, wobei die Betätigungseinheit und das Schaltelement über den Kugel-Nut- Mechanismus wirkverbunden sind, wobei der Kugel-Nut-Mechanismus derart ausgebildet ist, dass durch die Betätigungseinheit über den Kugel-Nut- Mechanismus eine Steuerung des Schaltelements von der ersten Endposition in die zweite Endposition, oder umgekehrt, erfolgt, so dass das Schaltelement eine axiale Bewegung ausführt. The object is achieved by an actuator arrangement for selectively actuating a rotating switching element comprising an actuating unit, wherein by means of the actuating unit, the switching element is controllable in a first end position or a second end position, and a ball-groove mechanism, wherein the actuating unit and the switching element via the ball-groove mechanism are operatively connected, wherein the ball-groove mechanism is formed such that by the actuating unit via the ball-groove mechanism, a control of the switching element from the first end position to the second end position, or vice versa, takes place that the switching element performs an axial movement.
Die erfindungsgemäße Aktuatoranordnung dient dem wahlweisen Betätigen eines rotierenden Schaltelements. The actuator arrangement according to the invention serves for the selective actuation of a rotating switching element.
Die Aktuatoranordnung umfasst gemäß der vorliegenden Erfindung eine Betätigungseinheit und einen Kugel-Nut-Mechanismus. Vermittels der Betätigungseinheit ist das Schaltelement erfindungsgemäß in eine axiale Richtung entlang einer zentralen Achse der Aktuatoranordnung steuerbar. The actuator assembly according to the present invention comprises an actuator unit and a ball and groove mechanism. By means of the actuating unit, the switching element according to the invention is controllable in an axial direction along a central axis of the actuator assembly.
Die Begrifflichkeit„axial" beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu der zentralen Achse. Die Begrifflichkeit„radial" beschreibt eine Richtung normal auf die zentrale Achse. The term "axial" describes a direction along or parallel to the central axis. The term "radial" describes a direction normal to the central axis.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung sind die Betätigungseinheit und das Schaltelement über den Kugel-Nut-Mechanismus wirkverbunden. According to the present invention, the operating unit and the switching element are operatively connected via the ball-and-groove mechanism.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Kugel-Nut-Mechanismus derart ausgebildet, dass durch die Betätigungseinheit über den Kugel-Nut-Mechanismus eine Steuerung des Schaltelements von der ersten Endposition in die zweite Endposition, oder umgekehrt, erfolgt, so dass das Schaltelement eine axiale Bewegung ausführt. According to the present invention, the ball-and-groove mechanism is formed such that control of the switching element from the first end position to the second end position, or vice versa, is performed by the operating unit via the ball-and-groove mechanism, so that the switching element undergoes axial movement performs.
Vermittels der erfindungsgemäßen Ausbildung der vorliegenden Aktuatoranord- nung wird eine einfache, bauteiloptimierte sowie energieeffiziente Ausführung der Aktuatoranordnung realisiert. By means of the inventive construction of the present actuator arrangement, a simple, component-optimized and energy-efficient design of the actuator arrangement is realized.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausführung der Aktuatoranordnung, insbesondere der Wirkverbindung von Betätigungseinheit und Schaltelement über den Kugel-Nut-Mechanismus ist ein hochdynamisches zeit- und energieeffizientes Überführen des Schaltelements von der ersten Endposition in zweite Endposition, oder umgekehrt, möglich. Due to the inventive design of the actuator assembly, in particular the operative connection of actuator and switching element via the ball-groove mechanism is a highly dynamic time and energy efficient transfer of the switching element from the first end position in the second end position, or vice versa, possible.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben. Vorzugsweise sind das Schaltelement und die Betätigungseinheit ringförmig ausgebildet und koaxial entlang der zentralen Achse angeordnet, wobei das Schaltelement zumindest teilweise innerhalb der Betätigungseinheit angeordnet ist und derart ein Überlappungsabschnitt, nämlich eine axiale Überdeckung, ausgebildet wird. So wird ein besonders kompakter und gewichtsreduzierter Aufbau der Aktuatoranordnung erzielt. Further developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the accompanying drawings. Preferably, the switching element and the actuating unit are annular and arranged coaxially along the central axis, wherein the switching element is at least partially disposed within the actuating unit and such an overlap portion, namely an axial overlap, is formed. Thus, a particularly compact and weight-reduced structure of the actuator assembly is achieved.
Besonders bevorzugt ist der Kugel-Nut-Mechanismus im Bereich des Überlap- pungsabschnitts zwischen dem Schaltelement und der Betätigungseinheit ausgebildet. Particularly preferably, the ball-groove mechanism is formed in the region of the overlap portion between the switching element and the actuating unit.
Derart wird auf einfache Art und Weise eine hinsichtlich Bauraum und Bauteilaufwand optimierte Aktuatoranordnung gestaltet. In this way, an actuator arrangement optimized in terms of installation space and component expenditure is designed in a simple manner.
Durch die hohe Integrationsdichte des vorteilhaften Aufbaus der erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung kann eine Reduktion des Bauteilaufwands erfolgen, indem einzelne Bauteile synergetisch genutzt werden. Derart kann die Komplexität des Aufbaus einer Aktuatoranordnung reduziert werden und weiterhin Gewicht und Kosten minimiert werden. Due to the high integration density of the advantageous construction of the actuator arrangement according to the invention, a reduction of the component expenditure can be effected by using individual components synergistically. Thus, the complexity of the structure of an actuator assembly can be reduced and weight and cost can be further minimized.
In einer überaus vorteilhaften Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist das Schaltelement drehfest und axial bewegbar auf einem rotierenden Eingangselement, wie beispielsweise einer ersten Welle, angeordnet. Diese erste Welle kann beispielsweise mit einer Abtriebswelle eines Rades einer sekundären, d.h. nicht permanent angetriebenen, Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs mit zuschaltbarem Allradantrieb wirkverbunden sein. Weiterhin kann die erste Welle auch mit einer weiteren Welle, die mit einer elektrischen Maschine zum Antrieb einer Sekundärachse, d.h. einer nicht permanent angetriebenen Achse, eines Kraftfahrzeugs mit Allradantrieb und hybridischer Triebstrangarchitektur in Wirkverbindung steht, wirkverbunden sein. In an extremely advantageous embodiment of the present invention, the switching element is rotatably and axially movable on a rotating input member, such as a first shaft, arranged. For example, this first shaft may be connected to an output shaft of a wheel of a secondary, i. not permanently driven, drive axle of a motor vehicle with switchable four-wheel drive be operatively connected. Furthermore, the first shaft may also be provided with another shaft connected to an electric machine for driving a secondary axis, i. a non-permanently driven axle, a motor vehicle with four-wheel drive and hybrid Stranggarchitektur is in operative connection, be operatively connected.
So ist es möglich auf einfache Art und Weise die Energie aus dem rotierenden Eingangselement zur Aktuierung des Kopplungsvorgangs und/oder des Entkopp- lungsvorgangs des Eingangselements und eines Ausgangselements, wie beispielsweise einer zweiten Welle, zu nutzen. Thus, it is possible in a simple way the energy from the rotating input element to actuate the coupling process and / or the decoupling operation of the input element and an output element, such as a second wave.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung umfasst die Betätigungseinheit der erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung ein Gehäuse, ein fest in dem Gehäuse angeordnetes Betätigungselement und eine Betätigungsscheibe. Die Betätigungsscheibe ist dabei bevorzugt drehfest in dem Gehäuse angeordnet und vermittels des Betätigungselements in eine axiale Richtung bewegbar. In a further advantageous embodiment variant of the present invention, the actuating unit of the actuator arrangement according to the invention comprises a housing, an actuating element fixedly arranged in the housing and an actuating disk. The actuating disk is preferably arranged rotationally fixed in the housing and movable by means of the actuating element in an axial direction.
Das Betätigungselement ist beispielsweise elektromagnetisch, elektromechanisch oder elektrohydraulisch wirkend ausgeführt. The actuating element is designed, for example, electromagnetically, electromechanically or electro-hydraulically acting.
Die Betätigungsscheibe weist bevorzugt drei koaxial zur zentralen Achse und auf unterschiedlichen radialen Positionen angeordnete Innenkonturabschnitte auf, nämlich einen ersten Innenkonturabschnitt, einen zweiten Innenkonturabschnitt und einen dritten Innenkonturabschnitt. The actuating disk preferably has three inner contour sections arranged coaxially to the central axis and at different radial positions, namely a first inner contour section, a second inner contour section and a third inner contour section.
Der erste Innenkonturabschnitt der Betätigungsscheibe ist an einer ersten radialen Position, der zweite Innenkonturabschnitt der Betätigungsscheibe an einer zweiten radialen Position und der dritte Innenkonturabschnitt der Betätigungsscheibe an einer dritten radialen Position angeordnet. The first inner contour portion of the actuating disk is disposed at a first radial position, the second inner contour portion of the actuating disk at a second radial position and the third inner contour portion of the actuating disk at a third radial position.
Die Übergangsbereiche zwischen den einzelnen Innenkonturabschnitten sind vorzugsweise konisch ausgeführt. The transition regions between the individual inner contour sections are preferably made conical.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Kugel-Nut Mechanismus eine Steuernut und zumindest drei in der Steuernut führbare Kugeln, wobei die Steuernut an einer Schaltelement-Außenkontur ausgebil- det ist. Die Steuernut bildet sich bevorzugt aus drei als Kugellaufbahnen ausgebildeten Steuernuten aus. Durch die Ausbildung der Steuernut des Kugel-Nut-Mechanismus an der Schalt- element Außenkontur wird auf einfache Art und Weise eine Wirkverbindung zwischen dem Kugel-Nut-Mechanismus und dem Schaltelement hergestellt. In an advantageous embodiment of the present invention, the ball-groove mechanism comprises a control groove and at least three balls which can be guided in the control groove, wherein the control groove is formed on a switching element outer contour. The control groove is preferably formed from three control grooves designed as ball raceways. By forming the control groove of the ball-groove mechanism on the switching element outer contour, an operative connection between the ball-groove mechanism and the switching element is produced in a simple manner.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung sind die Kugeln im Bereich zwischen der Steuernut und dem ersten Innenkonturabschnitt der Betätigungsscheibe radial bewegbar und im Bereich zwischen der Steuernut und dem zweiten Innenkonturabschnitt und dem dritten Innenkonturabschnitt der Betätigungsscheibe radial nicht bewegbar. Die Steuernut ist vorzugsweise spiralförmig entlang der Schaltelement- Außenkontur ausgebildet. In a preferred embodiment of the present invention, the balls are radially movable in the region between the cam groove and the first inner contour portion of the actuating disk and radially in the region between the cam groove and the second inner contour portion and the third inner contour portion of the actuating disc. The control groove is preferably formed spirally along the switching element outer contour.
Weiterhin ist die Steuernut kugelbahnartig mit einer Steigung ausgebildet. Die Steuernut weist vorzugsweise mehrere Steuernut-Segmente auf. Furthermore, the control groove is formed like a ball track with a slope. The cam groove preferably has a plurality of cam groove segments.
Die Steuernut-Segmente weisen beispielsweise unterschiedliche Steigungen auf. For example, the cam groove segments have different slopes.
Durch die Untergliederung der Steuernut in mehrere Steuernut-Segmente wird eine äußerst variable Gestaltungsmöglichkeit der Steuernut erzielt - einzelneThe subdivision of the tax lane into a plurality of tax lane segments results in an extremely variable possibility of designing the tax lane - individual ones
Steuernut-Segmente können beispielsweise unterschiedliche Steigungen aufweisen. Derart kann die axiale Bewegung des Schaltelements, insbesondere die Geschwindigkeit der Bewegung, auf einfache Art den Anforderungen angepasst werden. Somit ist es beispielsweise möglich, dass die axiale Bewegung des Schaltelements zu Bewegungsanfang aus der ersten Endposition langsam startet, dann beschleunigt und zu Bewegungsende hin zur zweiten Endposition wieder langsam erfolgt, was sich zum einen günstig auf die Bauteilbeanspruchung und zum anderen vorteilhaft auf das NHV-Verhalten auswirkt. Es ist von Vorteil, wenn die Kugeln in einem ringförmigen, koaxial zu dem Schaltelement angeordneten Käfig führbar angeordnet sind. For example, cam grooves may have different slopes. In this way, the axial movement of the switching element, in particular the speed of movement, can be easily adapted to the requirements. Thus, for example, it is possible for the axial movement of the switching element to start slowly from the first end position at the start of the movement, then accelerates and slows down towards the end of the movement towards the second end position, which on the one hand has a favorable effect on the component stress and, on the other hand, advantageously on the NHV behavior. It is advantageous if the balls are arranged to be guidable in an annular coaxial with the switching element arranged cage.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. zeigt eine Detailansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung mit einem Schaltelement in einer ersten Endposition. The invention will now be described by way of example with reference to the drawings. shows a detailed view of an exemplary actuator assembly according to the invention with a switching element in a first end position.
Fig. 2 zeigt eine Detailansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung bei Aktuierung einer axialen Bewegung eines Schaltelements. FIG. 2 shows a detailed view of an exemplary actuator arrangement according to the invention upon actuation of an axial movement of a switching element.
Fig. 3 zeigt eine Detailansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung mit einem Schaltelement in einer zweiten Endposition. FIG. 3 shows a detailed view of an exemplary actuator arrangement according to the invention with a switching element in a second end position.
Fig. 4 zeigt eine Explosionsdarstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung. zeigt eine perspektivische Detailansicht eines Schaltele- ments. zeigt eine weitere Detailansicht eines Schaltelements. zeigt eine dritte Detailansicht eines Schaltelements. zeigt eine Detailansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung mit einem Schaltelement in einer ersten Endposition mit Permanentmagneten. zeigt eine beispielhafte Anwendung einer erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung mit einem Schaltelement in einer ersten Endposition. zeigt eine beispielhafte Anwendung einer erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung mit einem Schaltelement in einer zweiten Endposition. zeigt eine Kraftfahrzeugarchitektur umfassend eine erfindungsgemäße Aktuatoranordnung für die wahlweise Betätigung eines Schaltelements in zwei Schaltstellungen. zeigt eine Detailansicht aus Fig. 1 . zeigt eine Detailansicht aus Fig. 2. 4 shows an exploded view of an exemplary actuator arrangement according to the invention. shows a perspective detail view of a switching element. shows a further detailed view of a switching element. shows a third detail view of a switching element. shows a detailed view of an exemplary actuator assembly according to the invention with a switching element in a first end position with permanent magnets. shows an exemplary application of an actuator assembly according to the invention with a switching element in a first end position. shows an exemplary application of an actuator assembly according to the invention with a switching element in a second end position. shows an automotive architecture comprising an actuator assembly according to the invention for the selective actuation of a switching element in two switching positions. shows a detail view of FIG. 1. shows a detail view of FIG. 2.
Fig. 14 zeigt eine Detailansicht aus Fig. 3. Fig. 15 zeigt eine perspektivische Detailansicht eines weiteren FIG. 14 shows a detail view from FIG. 3. Fig. 15 shows a perspective detail view of another
Schaltelements.  Switching element.
Fig. 16 zeigt eine weitere Kraftfahrzeugarchitektur umfassend eine erfindungsgemäße Aktuatoranordnung für die wahlweise Betätigung des Schaltelements in zwei Schaltstellungen. FIG. 16 shows a further motor vehicle architecture comprising an actuator arrangement according to the invention for selectively actuating the switching element in two switching positions.
Fig. 17 zeigt eine dritte Kraftfahrzeugarchitektur umfassend eine erfindungsgemäße Aktuatoranordnung für die wahlweise Be- tätigung des Schaltelements in zwei Schaltstellungen. 17 shows a third motor vehicle architecture comprising an actuator arrangement according to the invention for selectively actuating the switching element in two switching positions.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung Fig. 1 - Fig. 8 zeigen unterschiedlichste Detailansichten der erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung 1 in Verbindung mit einem Schaltelement 2. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION FIGS. 1 to 8 show very different detailed views of the actuator arrangement 1 according to the invention in conjunction with a switching element 2.
Die Aktuatoranordnung 1 dient dem wahlweisen Betätigen des rotierenden Schaltelements 2, hier einer Schaltmuffe. The actuator assembly 1 is used for selectively actuating the rotating switching element 2, here a shift sleeve.
Die Aktuatoranordnung 1 umfasst eine Betätigungseinheit 3 und einen Kugel-Nut- Mechanismus 4. The actuator assembly 1 comprises an actuator unit 3 and a ball-and-groove mechanism 4.
Das Schaltelement 2 und die Betätigungseinheit 3 sind im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und koaxial entlang einer zentralen Achse 5 angeordnet. The switching element 2 and the actuating unit 3 are substantially annular and arranged coaxially along a central axis 5.
Das Schaltelement 2 ist teilweise innerhalb der Betätigungseinheit 3 angeordnet, wobei so ein Überlappungsabschnitt 6 ausgebildet wird. Der Kugel-Nut-Mechanismus 4 ist im Bereich des Überlappungsabschnitts 6 zwischen dem Schaltelement 2 und der Betätigungseinheit 3 ausgebildet. Die Betätigungseinheit 3 und das Schaltelement 2 sind über den Kugel-Nut-Mechanismus 4 wirkverbunden. The switching element 2 is partially disposed within the actuator unit 3, so an overlap portion 6 is formed. The ball-groove mechanism 4 is formed in the region of the overlapping portion 6 between the switching element 2 and the actuating unit 3. The actuating unit 3 and the switching element 2 are operatively connected via the ball-groove mechanism 4.
Vermittels der Betätigungseinheit 3 ist das Schaltelement 2 über den Kugel-Nut- Mechanismus 4 in eine axiale Richtung entlang der zentralen Achse 5 steuerbar. By means of the actuating unit 3, the switching element 2 via the ball-groove mechanism 4 in an axial direction along the central axis 5 is controllable.
Der Kugel-Nut-Mechanismus 4 ist derart ausgebildet, dass durch die Betätigungs- einheit 3 über den Kugel-Nut-Mechanismus 4 eine Steuerung des SchaltelementsThe ball-groove mechanism 4 is designed such that by the actuating unit 3 via the ball-groove mechanism 4, a control of the switching element
2 von einer ersten Endposition in eine zweite Endposition, oder umgekehrt, erfolgt, so dass das Schaltelement 2 eine axiale Bewegung ausführt. 2 from a first end position to a second end position, or vice versa, takes place, so that the switching element 2 performs an axial movement.
Fig. 1 zeigt das Schaltelement 2 in der ersten Endposition. Fig. 2 zeigt schema- tisch die Aktuierung der axialen Bewegung des Schaltelements 2, so dass eine axiale Bewegung von der ersten Endposition in die zweite Endposition erfolgt. Fig.Fig. 1 shows the switching element 2 in the first end position. FIG. 2 shows schematically the actuation of the axial movement of the switching element 2, so that an axial movement takes place from the first end position to the second end position. FIG.
3 zeigt die zweite Endposition des Schaltelements 2. 3 shows the second end position of the switching element 2.
Die Betätigungseinheit 3 umfasst ein Gehäuse 8, ein fest in dem Gehäuse 8 an- geordnetes Betätigungselement 9 und eine Betätigungsscheibe 10. Die Betätigungsscheibe 10 ist drehfest in dem Gehäuse 8 angeordnet und vermittels des Betätigungselements 9 in eine axiale Richtung bewegbar. The actuating unit 3 comprises a housing 8, an actuating element 9 fixedly arranged in the housing 8 and an actuating disk 10. The actuating disk 10 is arranged in a rotationally fixed manner in the housing 8 and can be moved in an axial direction by means of the actuating element 9.
Das Betätigungselement 9 ist als Elektromagnetspule ausgebildet. Die Betäti- gungsscheibe 10 ist als Ankerscheibe ausgebildet und wird in dem beispielhaften Ausführungsbeispiel bei Bestromung der Elektromagnetspule von dieser in axialer Richtung angezogen. The actuating element 9 is designed as an electromagnetic coil. The actuating disk 10 is designed as an armature disk and is attracted in the exemplary embodiment, when energized, the electromagnetic coil of this in the axial direction.
Die Betätigungsscheibe 10 weist drei Innenkonturabschnitte, nämlich einen ersten Innenkonturabschnitt 1 1 , einen zweiten Innenkonturabschnitt 1 1 ' und einen dritten Innenkonturabschnitt, auf, wobei der erste Innenkonturabschnitt 1 1 an einer ersten radialen Position 12, der zweite Innenkonturabschnitt 1 1 ' an einer zweiten radialen Position 12' und der dritte Innenkonturabschnitt 1 1 " an einer dritten radialen Position 12" ausgeführt ist. The actuating disk 10 has three inner contour sections, namely a first inner contour section 11, a second inner contour section 11 'and a third Inner contour portion, on, wherein the first inner contour portion 1 1 at a first radial position 12, the second inner contour portion 1 1 'at a second radial position 12' and the third inner contour portion 1 1 "at a third radial position 12" is executed.
Die Innenkonturabschnitte 1 1 , 1 1 ', 1 1 " sowie die radialen Positionen 12, 12', 12" der Innenkonturabschnitte 12, 12', 12" sind zum einen in den Fig. 1 bis Fig. 3 und Fig. 8 bis Fig. 10 und zum anderen in den Fig. 12 bis Fig. 14 in einer Detailansicht dargestellt. The inner contour sections 1 1, 1 1 ', 1 1 "and the radial positions 12, 12', 12" of the inner contour sections 12, 12 ', 12 "are on the one hand in FIGS. 1 to 3 and 8 to FIG 10 and on the other hand in FIGS. 12 to 14 in a detailed view.
Der Kugel-Nut Mechanismus 4 umfasst eine Steuernut 13 und drei in der Steuernut 13 führbare Kugeln 14, wobei die Steuernut 13 an einer Schaltelement- Außenkontur 15 ausgebildet ist (Fig. 4 - Fig.7). Weiterhin ist an der Schaltelement-Außenkontur 15 eine Ringnut 24 ausgebildet (Fig. 5 - Fig. 7). The ball-groove mechanism 4 comprises a control groove 13 and three balls 14 which can be guided in the control groove 13, wherein the control groove 13 is formed on a switching element outer contour 15 (FIGS. 4 to 7). Furthermore, an annular groove 24 is formed on the switching element outer contour 15 (FIGS. 5 to 7).
Die drei Kugeln 14 sind im Bereich zwischen der Steuernut 13 und dem ersten Innenkonturabschnitt 1 1 der Betätigungsscheibe 10 radial bewegbar und im Be- reich zwischen der Steuernut 13 und dem zweiten Innenkonturabschnitt 1 1 ' der Betätigungsscheibe 10 und dem dritten Innenkonturabschnitt 1 1 " der Betätigungsscheibe 10 radial nicht bewegbar (Fig. 12 - Fig. 14). The three balls 14 are radially movable in the area between the control groove 13 and the first inner contour section 11 of the actuating disk 10 and in the area between the control groove 13 and the second inner contour section 11 'of the actuating disk 10 and the third inner contour section 11' 'of the actuating disk 10 can not be moved radially (FIGS. 12-14).
Die Steuernut 13 ist spiralförmig entlang der Schaltelement-Außenkontur 15 aus- gebildet (Fig. 5 - Fig. 7). The control groove 13 is spirally formed along the switching element outer contour 15 (FIGS. 5 to 7).
Die drei Kugeln 14 sind in einem ringförmigen, koaxial zu dem Schaltelement 2 angeordneten Käfig 16 führbar angeordnet. Der Käfig 16 ist, wie in Fig. 4 dargestellt, im Bereich des Kugel-Nut-Mechanismus 4 zwischen dem Schaltelement 2 und der Betätigungseinheit 3 angeordnet. The three balls 14 are arranged guidable in an annular, coaxial with the switching element 2 arranged cage 16. The cage 16 is, as shown in Fig. 4, arranged in the region of the ball-groove mechanism 4 between the switching element 2 and the actuating unit 3.
Wie bereits erwähnt zeigt Fig. 1 und Fig. 12 das Schaltelement 2 in der ersten Endposition - das Betätigungselement 9 ist nicht bestromt und zwischen dem Betätigungselement 9 und der Betätigungsscheibe 10 wird über eine Betätigungsscheiben-Rückstellfeder 22 der maximale Luftspalt 26 zwischen dem Betätigungselement 9 und der Betätigungsscheibe 10 erreicht. Bei Bestromung des als Elektromagnetspule ausgeführten Betätigungselements 9 der Betätigungseinheit 3 wird die Betätigungsscheibe 10 der Betätigungseinheit 3 entgegen der Federkraft der Betätigungsscheiben-Rückstellfeder 22 infolge der elektromagnetischen Kraftwirkung von dem Betätigungselement 9 angezogen, wobei durch den konisch ausgeführten Übergang von dem ersten Innenkonturab- schnitt 1 1 der Betätigungsscheibe 10 auf den zweiten Innenkonturabschnitt 1 1 ' der Betätigungsscheibe 10 die in dem axial fixierten, umlaufenden Käfig 16 geführten Kugeln 14 radial nach innen, d.h. in Richtung zur Schaltelement-Außenkontur, bewegt werden und in die Steuernut 13 einspuren. Die Kugeln sind hier über den zweiten Innenkonturabschnitt 1 1 ' der Betätigungsscheibe 10 in der Steuernut 13 radial gehalten (Fig. 2, Fig. 13). As already mentioned, Fig. 1 and Fig. 12, the switching element 2 in the first end position - the actuator 9 is not energized and between the actuator 9 and the actuator disc 10 via an actuating disc return spring 22, the maximum air gap 26 between the actuator 9 and the actuating disk 10 is reached. When current is supplied to the actuating unit 3, which is designed as an electromagnetic coil, the actuating disk 10 of the actuating unit 3 is attracted against the spring force of the actuating disk return spring 22 as a result of the electromagnetic force from the actuating element 9, wherein the tapered transition from the first inner contour section 1 1 the actuating disk 10 on the second inner contour portion 1 1 'of the actuating disk 10 in the axially fixed, circumferential cage 16 guided balls 14 radially inwardly, ie in the direction of the switching element outer contour, are moved and engage in the control groove 13. The balls are held radially here via the second inner contour section 11 'of the actuating disk 10 in the control groove 13 (FIGS. 2, 13).
Das Schaltelement ist drehfest und axial beweglich auf dem rotierenden Eingangselement 7angeordnet und rotiert mit diesem. Die Rotation des Schaltelements 2 bewirkt aufgrund der Ausbildung der Steuernut 13 an der Außenkontur 15 des Schaltelements 2 in weiterer Folge eine axiale Bewegung des Schaltelements 2 in eine axiale Richtung - in Bezug auf Fig. 2 von links nach rechts. In Fig. 2 und Fig. 13 ist die Richtung der axialen Bewegung des Schaltelements 2 durch einen Pfeil verdeutlicht. Die Steuernut 13 weist mehrere Steuernut-Segmente 17, 17', 17" mit jeweils unterschiedlicher Steigung auf (Fig. 5). The switching element is rotationally fixed and arranged axially movable on the rotating input element 7 and rotates with this. The rotation of the switching element 2 causes due to the formation of the control groove 13 on the outer contour 15 of the switching element 2 as a result, an axial movement of the switching element 2 in an axial direction - with respect to FIG. 2 from left to right. In Fig. 2 and Fig. 13, the direction of the axial movement of the switching element 2 is illustrated by an arrow. The control groove 13 has a plurality of control groove segments 17, 17 ', 17 ", each with a different pitch (FIG. 5).
Der Bewegungsablauf der über die Steuernuten 13 an die Drehbewegung des Schaltelements 2 gekoppelten axialen Bewegung des Schaltelements 2 kann durch entsprechende Gestaltung (Steigung) der Steuernut-Segmente 17, 17', 17" beeinflusst werden. The movement of the over the control grooves 13 coupled to the rotational movement of the switching element 2 axial movement of the switching element 2 can be influenced by appropriate design (slope) of the control groove segments 17, 17 ', 17 ".
Am Ende der axialen Bewegung des Schaltelements 2 befindet sich das Schalt- element 2 in der zweiten Endposition und die Kugeln 14 spuren in die umlaufende Ringnut 24 ein und werden über den dritten Innenkonturabschnitt 1 1 " der Betätigungsscheibe 10 radial gehalten. In der zweiten Endposition ist der minimale Luftspalt 26 zwischen dem Betätigungselement 9 und der Betätigungsscheibe 10 erreicht (Fig. 3, Fig. 14). At the end of the axial movement of the switching element 2, the switching element 2 is in the second end position and the balls 14 engage in the circumferential annular groove 24 and are held radially via the third inner contour section 11 'of the actuating disk 10. In the second end position the minimum air gap 26 between the actuating element 9 and the actuating disk 10 is reached (FIGS. 3, 14).
Die zweite Endposition des Schaltelements 2 kann durch Bestromung des Betätigungselements 9 mit sehr kleinem Haltestrom oder durch Einsatz zumindest eines (zusätzlichen) Permanentmagneten 25, wie in Fig. 8 gezeigt, auch ohne elektrische Hilfsenergie beibehalten werden. Bei dem Einsatz eines Permanentmagne- ten 25 bildet sich ein magnetisch bistabiles System ohne zusätzlich notwendige elektrische Halteleistung durch das Betätigungselement 9 aus. The second end position of the switching element 2 can be maintained by energizing the actuator 9 with a very small holding current or by using at least one (additional) permanent magnet 25, as shown in Fig. 8, even without electrical power supply. When a permanent magnet 25 is used, a magnetically bistable system without additionally required electrical holding power is formed by the actuating element 9.
Wird die Bestromung (der elektrische Kreis) des Betätigungselements 9 unterbrochen oder bei Ausführung als magnetisch bistabiles System das permanentmag- netische Feld durch Gegenbestromung der Elektromagnetspule aufgehoben, erfolgt unmittelbar eine Rückstellung der Betätigungsscheibe 10 über die Betätigungsscheiben-Rückstellfeder 22, wodurch die Kugeln 14 zufolge der Fliehkraftwirkung in radialer Richtung von der Ringnut 24 abheben. In weiterer Folge wird auch das Schaltelement 2 über die beispielsweise in einem Federpaket 23 ge- speicherte Energie in die erste Endposition gebracht. Fig. 9 und Fig. 10 zeigen eine beispielhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung 1 zur wahlweisen Betätigung des Schaltelements 2, um so vermittels eines Koppelelements 21 ein rotierendes Eingangselement 7 und ein Ausgangselement 20 zu koppeln und/oder zu entkoppeln. If the energization (the electrical circuit) of the actuating element 9 is interrupted or canceled when running a magnetically bistable system, the permanent magnetic field by Gegenbestromung the electromagnetic coil, immediately a reset of the actuating disk 10 via the actuating disk return spring 22, whereby the balls 14 according to the Lift centrifugal force in the radial direction of the annular groove 24. As a result, the switching element 2 is also brought into the first end position via the energy stored, for example, in a spring assembly 23. FIGS. 9 and 10 show an exemplary application of the actuator arrangement 1 according to the invention for the selective actuation of the switching element 2 in order to couple and / or decouple a rotating input element 7 and an output element 20 by means of a coupling element 21.
Das Eingangselement 7 und das Ausgangselement 20 sind als drehmomentübertragende Bauteile eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs zu sehen, wobei das Eingangselement 7 permanent angetrieben ist und das Ausgangselement 20 durch Kopplung mit dem Eingangselements 7 angetrieben wird. The input element 7 and the output element 20 can be seen as torque transmitting components of a drive train of a motor vehicle, wherein the input member 7 is permanently driven and the output member 20 is driven by coupling with the input member 7.
Das Eingangselement 7 ist als Hohlwelle ausgebildet und koaxial zu dem als Welle ausgebildeten Ausgangselement 20 angeordnet. Das Schaltelement 2, auch hier eine Schaltmuffe, ist drehfest und axial bewegbar auf dem rotierenden Eingangselement 7 angeordnet. The input element 7 is formed as a hollow shaft and arranged coaxially with the output element 20 designed as a shaft. The switching element 2, also a shift sleeve, is rotatably and axially movable on the rotating input member 7 is arranged.
Die drehfeste und axial bewegliche Verbindung zwischen dem Schaltelement 2 und dem Eingangselement 7 wird vermittels einer Mitnahmeverzahnung 18 zwi- sehen dem Schaltelement 2 und dem Eingangselement 7 erzielt. Die Mitnahmeverzahnung 18 auf Seiten des Schaltelements 2 ist abschnittsweise an einer Schaltelement-Innenkontur 19 des Schaltelements 2 ausgebildet. The rotationally fixed and axially movable connection between the switching element 2 and the input element 7 is achieved by means of a driving toothing 18 between the switching element 2 and the input element 7. The driving teeth 18 on the side of the switching element 2 is formed in sections on a switching element inner contour 19 of the switching element 2.
Das Koppelelement 21 ist in dem in Fig. 9 und Fig. 10 angeführten Anwendungs- beispiel als Kugel ausgeführt. Das Koppelelement 21 kann von dem Schaltelement 2 von einer gekoppelten Position in eine entkoppelte Position, oder umgekehrt, überführt werden. Nimnnt das Schaltelement 2 durch axiale Bewegung die erste Endposition ein, so wird das Koppelelement 21 von dem Schaltelement 2 in die gekoppelte Position bewegt. Nimmt das Schaltelement 2 durch axiale Bewegung die zweite Endposition ein, so wird das Koppelelement 21 zufolge der bei Rotation des Eingangselements 7 auf die Koppelelemente 21 wirkenden Fliehkräfte in eine entkoppelte Position bewegt. The coupling element 21 is embodied as a ball in the application example cited in FIGS. 9 and 10. The coupling element 21 can be transferred from the switching element 2 from a coupled position to a decoupled position, or vice versa. If the switching element 2 assumes the first end position by axial movement, then the coupling element 21 is moved by the switching element 2 into the coupled position. If the switching element 2 assumes the second end position by axial movement, the coupling element 21 is moved according to the centrifugal forces acting on the coupling elements 21 during rotation of the input element 7 into a decoupled position.
Das Überführen des Schaltelements 2 von der ersten Endposition in die zweite Endposition entspricht somit einem Vorgang des Entkoppeins des Eingangselements 7 und des Ausgangselements 20. The transferring of the switching element 2 from the first end position to the second end position thus corresponds to a process of decoupling the input element 7 and the output element 20.
Das Überführen des Schaltelements 2 von der zweiten Endposition in die erste Endposition entspricht einem Vorgang des Koppeins des Eingangselements 7 und des Ausgangselements 20. The transfer of the switching element 2 from the second end position to the first end position corresponds to a process of the coupling of the input element 7 and the output element 20.
Figur 1 1 zeigt eine beispielhafte Kraftfahrzeugarchitektur mit einer längs zur Fahrtrichtung angeordneten Verbrennungskraftmaschine 30 (Längsmotor-Anordnung), welche, neben der Verbrennungskraftmaschine 30, als wesentliche leistungsüber- tragende Komponenten ein Hauptgetriebe 31 , ein Verteilergetriebe 32, ein Vorderachsgetriebe 35, ein Hinterachsgetriebe 36 sowie vordere und hintere Seitenwellen 37, 38 umfasst. Im Allradbetrieb (,,4WD"-Betrieb) erfolgt über das Verteilergetriebe 32 eine bedarfsgerechte Verteilung des Antriebsmomentes auf die vorderen Seitenwellen 37 und die hinteren Seitenwellen 38. Figure 1 1 shows an exemplary motor vehicle architecture with an arranged longitudinally to the direction of combustion engine 30 (longitudinal engine assembly), which, in addition to the internal combustion engine 30, as essential power transmitting components a main gear 31, a transfer case 32, a Vorderachsgetriebe 35, a Hinterachsgetriebe 36 and includes front and rear side shafts 37, 38. In four-wheel drive mode ("4WD" operation), distribution of the drive torque to the front side shafts 37 and the rear side shafts 38 takes place via the transfer case 32 as needed.
Die Begrifflichkeit„4WD" steht für„four wheel drive" und beschreibt einen Kraftfahrzeugantrieb über zumindest zwei Kraftfahrzeugachsen, in dem in Fig. 1 1 gezeigten Beispiel eine Hinterachse 42 und eine Vorderachse 41 . lm„2WD"-Betrieb, hier dem Antrieb über eine Hinterachse 42, erfolgt die Leistungsübertragung durch das Verteilergetriebe 32 zur Gänze über die hintere Kardanwelle 33 auf die Hinterräder des Kraftfahrzeuges. Die als Koppelelement ausgeführte„Disconnecf'-Einheit 39 ermöglicht in diesem Betriebszustand - mit Hilfe der erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung 1 - eine gänzliche Stillegung des Winkeltriebs im Vorderachsgetriebe 35 sowie der vorderen Kardanwelle 34, wodurch ein ökonomischer„2WD"-Betrieb durch Reduktion unnötiger Schleppverluste gewährleistet wird. Die Begrifflichkeit„2WD" steht für„two wheel drive" und beschreibt einen Kraftfahrzeugantrieb über lediglich eine Kraftfahrzeugachse, in dem in Fig. 1 1 gezeigten Beispiel die Hinterachse 42 oder die Vorderachse 41 . The term "4WD" stands for "four wheel drive" and describes a motor vehicle drive via at least two motor vehicle axles, in the example shown in FIG. 11 a rear axle 42 and a front axle 41. In "2WD" operation, in this case the drive via a rear axle 42, power is transmitted through the transfer case 32 entirely to the rear wheels of the motor vehicle via the rear propeller shaft 33. The "Disconnecf" unit 39 designed as a coupling element makes it possible in this operating state, with the help of the actuator assembly 1 according to the invention - a complete shutdown of the angle drive in the front axle 35 and the front propeller shaft 34, whereby an economic "2WD" operation is ensured by reducing unnecessary drag losses. The term "2WD" stands for "two wheel drive" and describes a motor vehicle drive via only a motor vehicle axle, in the example shown in FIG. 11 the rear axle 42 or the front axle 41.
Die Steuerung der„Disconnecf'-Einheit 39 und somit der erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung 1 erfolgt durch eine Steuereinheit (nicht dargestellt) über eine elektrische Steuerleitung 40. The control of the "Disconnecf" unit 39 and thus of the actuator assembly 1 according to the invention is carried out by a control unit (not shown) via an electrical control line 40.
Fig. 15 zeigt eine weitere Ausführungsform des Schaltelements 2, nämlich eines Schaltelements 2 mit zwei Steuernuten 13, 13' welche mit gegenläufiger Steigung entlang der Außenkontur 15 des Schaltelements 2 angeordnet sind. 15 shows a further embodiment of the switching element 2, namely a switching element 2 with two control grooves 13, 13 'which are arranged with opposite pitch along the outer contour 15 of the switching element 2.
. Bei einer derartigen Ausbildung des Schaltelements 2 kann dieses ausgehend von einer federzentrierten Mittelposition wahlweise in eine erste Endposition oder in eine zweite Endposition bewegt werden. Dadurch lässt sich beispielsweise eine Getriebesteuerung mit einer Neutralstellung und zwei Schaltstufen, nämlich einem ersten Gang und einem zweiten Gang, realisieren. Dazu umfasst die Betätigungseinheit 3 der erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung 1 ein Gehäuse 8, ein fest in dem Gehäuse 8 angeordnetes Betätigungselement 9, eine Betätigungsscheibe 10 sowie ein fest in dem Gehäuse 8 angeordnetes weiteres Betätigungselement. Die Betätigungseinheit 3 und das Schaltelement 2 sind über einen zweiteiligen Kugel- Nut Mechanismus 4, bestehend aus zwei kugelbahnartigen Steuernuten 13, 13', welche jeweils wiederum mehrere Steuernut-Segmente 17, 17', 17" aufweisen, wobei die Steigungsrichtung der Steuernut-Segmente 17, 17', 17" der beiden Steuernuten 13, 13' gegenläufig ausgeführt ist, verbunden (Fig. 15). Weiterhin sind an der Schaltelement-Außenkontur 15 zwei Ringnuten 24, 24' ausgebildet (Fig. 15). Das Schaltelement 2 ist teilweise innerhalb der Betätigungseinheit 3 angeordnet, wobei so ein Überlappungsabschnitt 6 und ein weiterer Überlappungsabschnitt zwischen dem Schaltelement 2 und der Betätigungseinheit 3 ausgebildet wird. Vermittels der Betätigungseinheit 3 ist das Schaltelement 2 über den Kugel-Nut-Mechanismus 4 ausgehend von der federzentrierten Mittelstellung wahlweise in zwei Schaltstellungen, nämlich eine erste Endposition oder in eine zweite Endposition steuerbar. Das Betätigungselement 9 umfasst in diesem Fall zwei Elektromagnetspulen. Die Betätigungsscheibe 10 ist als gemeinsame Ankerscheibe ausgebildet und wird von der jeweils bestromten Elektromagnetspule, ausgehend von der federzentrierten Mittelstellung in entsprechender axialer Rich- tung angezogen. Alternativ dazu kann auch jeder Elektromagnetspule eine separate Betätigungsscheibe 10 zugeordnet werden. , In such a design of the switching element 2, this can be moved starting from a spring-centered center position either in a first end position or in a second end position. As a result, for example, a transmission control with a neutral position and two switching stages, namely a first gear and a second gear, realize. For this purpose, the actuating unit 3 of the actuator assembly 1 according to the invention comprises a housing 8, an actuating element 9 fixedly arranged in the housing 8, an actuation disk 10 and a further actuation element fixedly arranged in the housing 8. The actuating unit 3 and the switching element 2 are via a two-part ball groove mechanism 4, consisting of two ball track-like control grooves 13, 13 ', which in turn each have a plurality of cam groove segments 17, 17 ', 17 ", the pitch direction of the cam groove segments 17, 17', 17" of the two cam grooves 13, 13 'being made in opposite directions (FIG. 15). Furthermore, two annular grooves 24, 24 'are formed on the switching element outer contour 15 (FIG. 15). The switching element 2 is partially disposed within the operating unit 3, whereby an overlapping portion 6 and a further overlapping portion between the switching element 2 and the actuating unit 3 is formed. By means of the actuating unit 3, the switching element 2 via the ball-groove mechanism 4, starting from the spring-centered position selectively in two switching positions, namely a first end position or in a second end position controllable. The actuating element 9 in this case comprises two electromagnetic coils. The actuating disk 10 is designed as a common armature disk and is attracted by the respectively energized electromagnetic coil, starting from the spring-centered middle position in a corresponding axial direction. Alternatively, each solenoid coil can be assigned a separate actuator disc 10.
Fig. 16 zeigt eine weitere beispielhafte Systemarchitektur eines Kraftfahrzeuges mit einer längs zur Fahrtrichtung angeordneten Verbrennungskraftmaschine 30, welche, neben der Verbrennungskraftmaschine 30, eine elektrische Maschine 43 als Antriebsmodul an der Hinterachse 42 aufweist. Die elektrische Maschine 43 ist über ein Reduktionsgetriebe 44 und das Hinterachsdifferential 36 sowie die hinteren Seitenwellen 38 mit den Hinterrädern des Kraftfahrzeuges gekoppelt. Durch die im Reduktionsgetriebe 44 integrierte als Koppelelement ausgeführte„Dis- connecf'-Einheit 39 kann die elektrische Maschine 43 bei Bedarf, beispielsweise im höheren Geschwindigkeitsbereich des Kraftfahrzeuges, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung 1 , vom Hinterachsdifferential 36 entkoppelt werden. Dadurch ist eine gänzliche Stillegung des elektrischen Antriebsmoduls, nämlich der elektrischen Maschine 43, möglich und unnötige Schleppverluste in Betriebszuständen in denen kein elektrischer Betrieb erforderlich ist, können vermieden werden. 16 shows a further exemplary system architecture of a motor vehicle with an internal combustion engine 30 arranged longitudinally to the direction of travel, which, in addition to the internal combustion engine 30, has an electric machine 43 as a drive module on the rear axle 42. The electric machine 43 is coupled via a reduction gear 44 and the rear differential 36 and the rear side shafts 38 with the rear wheels of the motor vehicle. The electrical machine 43 can be decoupled from the rear axle differential 36 when required, for example in the higher speed range of the motor vehicle, with the aid of the actuator arrangement 1 according to the invention, by means of the "disconnecf" unit 39 integrated in the reduction gear 44 as a coupling element. As a result, a complete shutdown of the electric drive module, namely the electric machine 43, possible and unnecessary drag losses in Operating conditions in which no electrical operation is required, can be avoided.
Fig. 17 zeigt eine Systemarchitektur gemäß Fig. 16, jedoch mit einer im Redukti- onsgetriebe 44 integrierten, schaltbaren Getriebestufe. Durch die im Reduktionsgetriebe 44 integrierte Schalteinheit 45 kann die elektrische Maschine 43 bei Bedarf vom Hinterachsdifferential 36 entkoppelt werden und zusätzlich, wahlweise in eine erste Getriebestufe oder eine zweite Getriebestufe des Reduktionsgetriebes 44 geschaltet werden. Die Schalteinheit 45 umfasst die erfindungsgemäße Aktua- toranordnung 1 für die wahlweise Betätigung des Schaltelements 2 in zwei Schaltstellungen, nämlich ausgehend von einer federzentrieten Mittel position in eine erste Endposition oder eine zweite Endposition. Somit lässt sich eine„Dis- connect"- sowie Gangschaltfunktion darstellen. Durch die entsprechende Wahl der Getriebestufe lässt sich die elektrische Maschine 43 in jeweils günstigen Betriebs- zuständen betreiben oder bei Bedarf auch gänzlich vom Antriebsstrang abkoppeln, was wiederum unnötige Schleppverluste in Betriebszuständen in denen kein elektrischer Betrieb erforderlich ist, vermeidet. FIG. 17 shows a system architecture according to FIG. 16, but with a switchable gear stage integrated in the reduction gear 44. The electrical machine 43 can be decoupled from the rear axle differential 36 as required by the switching unit 45 integrated in the reduction gear 44 and, in addition, selectively switched to a first gear stage or a second gear stage of the reduction gear 44. The switching unit 45 comprises the actuator arrangement 1 according to the invention for the selective actuation of the switching element 2 in two switching positions, namely starting from a spring-centered center position in a first end position or a second end position. The appropriate selection of the gear stage allows the electric machine 43 to be operated in respectively favorable operating states or, if required, to be completely decoupled from the drive train, which in turn causes unnecessary drag losses in operating states in which no electrical operation is required avoids.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Aktuatoranordnung 1 actuator assembly
2 Schaltelement  2 switching element
3 Betätigungseinheit  3 operating unit
4 Kugel-Nut-Mechanismus  4 ball-groove mechanism
5 Zentrale Achse  5 central axis
6 Überlappungsabschnitt  6 Overlap section
7 Eingangselement  7 input element
8 Gehäuse  8 housing
9 Betätigungselement  9 actuator
10 Betätigungsscheibe  10 actuating disc
1 1 , 1 1 ', 1 1 " (erster, zweiter, dritter) Innenkonturabschnitt 1 1, 1 1 ', 1 1 "(first, second, third) inner contour section
12, 12', 12" (erste, zweite, dritte) radiale Position 12, 12 ', 12 "(first, second, third) radial position
13, 13' Steuernut  13, 13 'control groove
14 Kugel  14 ball
15 Außenkontur (des Schaltelements)  15 outer contour (of the switching element)
16 Käfig  16 cage
17, 17', 17" Steuernut-Segmente  17, 17 ', 17 "rudder segments
18 Mitnahmeverzahnung  18 driving toothing
19 Schaltelement-Innenkontur  19 switching element inner contour
20 Ausgangselement  20 output element
21 Koppelelement  21 coupling element
22 Betätigungsscheiben-Rückstellfeder  22 actuating disk return spring
23 Federpaket  23 spring pack
24, 24' Ringnut  24, 24 'annular groove
25 Permanentmagnet  25 permanent magnet
26 Luftspalt  26 air gap
30 Verbrennungskraftmaschine 31 Hauptgetriebe30 internal combustion engine 31 main gearbox
32 Verteilergetriebe 32 transfer cases
33 Kardanwelle zur Hinterachse 33 Cardan shaft to the rear axle
34 Kardanwelle zur Vorderachse34 Cardan shaft to the front axle
35 Vorderachsgetriebe 35 front axle transmission
36 Hinterachsgetriebe  36 rear axle
37 Vordere Seitenwelle  37 Front page wave
38 Hintere Seitenwelle  38 Rear side wave
39 „Disconnecf'-Einheit  39 "Disconnecf" unit
40 Elektrische Steuerleitung 40 electrical control line
41 Vorderachse 41 front axle
42 Hinterachse  42 rear axle
43 Elektrische Maschine  43 Electric machine
44 Reduktionsgetriebe  44 reduction gearbox
45 Schalteinheit  45 switching unit

Claims

Patentansprüche claims
Aktuatoranordnung (1) zum wahlweisen Betätigen eines rotierenden Schaltelements (2) umfassend Actuator assembly (1) for selectively actuating a rotating switching element (2) comprising
- eine Betätigungseinheit (3), wobei vermittels der Betätigungseinheit (3) das Schaltelement (2) in eine erste Endposition oder zweite Endposition steuerbar ist, und  - An actuating unit (3), wherein by means of the actuating unit (3), the switching element (2) is controllable in a first end position or second end position, and
- einen Kugel-Nut-Mechanismus (4), wobei die Betätigungseinheit (3) und das Schaltelement (2) über den Kugel-Nut-Mechanismus (4) wirkverbunden sind,  a ball and groove mechanism (4), wherein the actuating unit (3) and the switching element (2) via the ball-groove mechanism (4) are operatively connected,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kugel-Nut- Mechanismus (4) derart ausgebildet ist, dass durch die Betätigungseinheit (3) über den Kugel-Nut-Mechanismus (4) eine Steuerung des Schaltelements (2) von der erste Endposition in die zweite Endposition, oder umgekehrt, erfolgt, so dass das Schaltelement (2) eine axiale Bewegung ausführt. characterized in that the ball-groove mechanism (4) is formed such that by the actuating unit (3) via the ball-groove mechanism (4) a control of the switching element (2) from the first end position to the second end position, or vice versa, takes place, so that the switching element (2) performs an axial movement.
Aktuatoranordnung (1) nach Anspruch 1, Actuator assembly (1) according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Schaltelement (2) und die Betätigungseinheit (3) ringförmig ausgebildet sind und koaxial entlang einer zentralen Achse (5) angeordnet sind, wobei das Schaltelement (2) zumindest teilweise innerhalb der Betätigungseinheit (3) angeordnet ist und derart ein Überlappungsabschnitt (6) ausgebildet wird. characterized in that the switching element (2) and the actuating unit (3) are annular and coaxial along a central axis (5) are arranged, wherein the switching element (2) is at least partially disposed within the actuating unit (3) and such an overlapping section ( 6) is formed.
Aktuatoranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, Actuator assembly (1) according to claim 1 or 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kugel-Nut- Mechanismus (4) im Bereich des Überlappungsabschnitts (6) zwischen dem Schaltelement (2) und der Betätigungseinheit (3) ausgebildet ist. That is, the ball groove mechanism (4) is formed in the region of the overlapping portion (6) between the switching element (2) and the operating unit (3).
Aktuatoranordnung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, Actuator assembly (1) according to claim 1, 2 or 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Schaltelement (2) drehfest und axial bewegbar auf einem rotierenden Eingangselement (7) angeordnet ist. That is, the switching element (2) is arranged rotationally fixed and axially movable on a rotating input element (7).
Aktuatoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, Actuator arrangement (1) according to one of claims 1 to 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Betätigungseinheit (3) ein Gehäuse (8), ein fest in dem Gehäuse (8) angeordnetes Betätigungselement (9) und eine Betätigungsscheibe (10) aufweist, wobei die Betätigungsscheibe (10) drehfest in dem Gehäuse (8) angeordnet ist und vermittels des Betätigungselements (9) in eine axiale Richtung bewegbar ist. characterized in that the actuating unit (3) comprises a housing (8), a fixedly arranged in the housing (8) actuating element (9) and an actuating disc (10), wherein the actuating disc (10) rotatably in the housing (8) is arranged and by means of the actuating element (9) is movable in an axial direction.
Aktuatoranordnung (1) nach Anspruch 5, Actuator assembly (1) according to claim 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Betätigungsscheibe (10) drei Innenkonturabschnitte, nämlich einen ersten Innen- konturabschnitt (11), einen zweiten Innenkonturabschnitt (11') und einen dritten Innenkonturabschnitt (11"), an jeweils unterschiedlichen radialen Positionen, nämliche den ersten Innenkonturabschnitt (11) an einer ersten radialen Position (12), den zweiten Innenkonturabschnitt (11') an einer zweiten radialen Position (12') und den dritten Innenkonturabschnitt (11") an einer dritten radialen Position (12"), aufweist. characterized in that the actuating disc (10) has three inner contour sections, namely a first inner contour section (11), a second inner contour section (11 ') and a third inner contour section (11 ") at respectively different radial positions, namely the first inner contour section (11). at a first radial position (12), the second inner contour portion (11 ') at a second radial position (12') and the third inner contour portion (11 ") at a third radial position (12").
7. Aktuatoranordnung (1) nach Anspruch 6, 7. actuator assembly (1) according to claim 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Übergangsbereiche zwischen den einzelnen Innenkonturabschnitten (11, 11', 11 ") konisch ausgeführt sind.  That is, the transition regions between the individual inner contour sections (11, 11 ', 11 ") are conical.
8. Aktuatoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. actuator assembly (1) according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kugel-Nut Mechanismus (4) eine Steuernut (13, 13') und zumindest drei in der Steuernut (13, 13') führbare Kugeln (14) umfasst, wobei die Steuernut (13, 13') an einer Schaltelement-Außenkontur (15) ausgebildet ist.  characterized in that the ball-groove mechanism (4) comprises a control groove (13, 13 ') and at least three in the control groove (13, 13') feasible balls (14), wherein the control groove (13, 13 ') on a switching element -Outer contour (15) is formed.
9. Aktuatoranordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, 9. actuator assembly (1) according to any one of claims 6, 7 or 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kugeln (14) im Bereich zwischen der Steuernut (13, 13') und dem ersten Innenkonturabschnitt (11) der Betätigungsscheibe (10) radial bewegbar sind und, dass die Kugeln (14) im Bereich zwischen der Steuernut (13, 13') und dem zweiten Innenkonturabschnitt (11') der Betätigungsscheibe (10) und dem dritten Innenkonturabschnitt (11 ") der Betätigungsscheibe (10) radial nicht bewegbar sind.  characterized in that the balls (14) in the area between the control groove (13, 13 ') and the first inner contour portion (11) of the actuating disc (10) are radially movable and that the balls (14) in the region between the cam groove (13, 13 ') and the second inner contour portion (11') of the actuating disc (10) and the third inner contour portion (11 ") of the actuating disc (10) are not radially movable.
10. Aktuatoranordnung (1 ) nach Anspruch 8 oder 9, 10. actuator assembly (1) according to claim 8 or 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuernut (13, 13') spiralförmig entlang der Schaltelement-Außenkontur (15) ausgebildet ist.  That is, the control groove (13, 13 ') is formed spirally along the switching element outer contour (15).
11. Aktuatoranordnung (1 ) nach Anspruch 8, 9 oder 10, 11. actuator assembly (1) according to claim 8, 9 or 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuernut (13, 13') mehrere Steuernut-Segmente (17, 17', 17") aufweist. characterized in that the cam groove (13, 13 ') has a plurality of cam groove segments (17, 17', 17 ").
12. Aktuatoranordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kugeln (14) in einem ringförmigen, koaxial zu dem Schaltelement (2) angeordneten Käfig (16) führbar angeordnet sind. 12, actuator arrangement (1) according to one of claims 8 to 11, d a d u r c h e c e n e c h e s in that the balls (14) in an annular, coaxial with the switching element (2) arranged cage (16) are arranged guidable.
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