WO2017137125A1

WO2017137125A1 - Aktuatoranordnung

Info

Publication number: WO2017137125A1
Application number: PCT/EP2016/081501
Authority: WO
Inventors: Wolfgang Schweiger
Original assignee: Magna powertrain gmbh & co kg
Priority date: 2016-02-10
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2017-08-17
Also published as: DE102016202008B3

Abstract

Aktuatoranordnung (1) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend ein Schaltelement (2), wobei das Schaltelement (2) wahlweise in eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung bewegbar ist, wobei in der ersten Schaltstellung des Schaltelements (2) einerstes Wellenelement(3) und einzweites Wellenelement(4) antriebswirksam verbunden sind und in der zweiten Schaltstellung des Schaltelements (2)daserste Wellenelement(3) und das zweite Wellenelement(4) nicht antriebswirksam verbunden sind,einen elektromagnetischen Aktuator (5), wobei der Aktuator (5) bidirektional, nämlich ausgehend von einer Aktuatormittelposition (6) in eine radiale erste Aktuatorposition (7) und eine radiale zweite Aktuatorposition (8), bewegbar ist, wobei über den Aktuator (5) in der ersten Aktuatorposition (7) ein erster Schaltvorgang des Schaltelements (2), nämlich eine axiale Bewegung des Schaltelements (2) von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung, und über den Aktuator (5) in der zweiten Aktuatorposition (8) ein zweiter Schaltvorgang, nämlich eine axiale Bewegung des Schaltelements (2) von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung, aktuierbar ist, und einen Halte-und Entriegelungsmechanismus (9), wobei der Halte-und Entriegelungsmechanismus (9) derart ausgebildet ist, dass das Schaltelement (2) in der ersten Schaltstellung sowie in der zweiten Schaltstellung mechanisch gehalten ist und sich der Aktuator (5) in der ersten Schaltstellung des Schaltelements (2) sowie in der zweiten Schaltstellung des Schaltelements (2) in der Aktuatormittelposition (6) befindet.

Description

Aktuatoranordnung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aktuatoranordnung vorzugsweise zur Betätigung einer Kupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Patentanspruch 1 .

Stand der Technik

Aktuatoranordnungen in unterschiedlichsten konstruktiven Ausführungen dienen im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang der wahlweisen Aktuierung einer antriebswirksamen Verbindung eines Antriebselements mit einem Abtriebselement. So finden Aktuatoranordnungen der gattungsgemäßen Art insbesondere in allradgetriebenen Kraftfahrzeugen und in Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb Anwendung. Sie dienen dabei beispielsweise der Aktuierung der Stilllegung von Teilbereichen des Antriebsstranges, um derart ein unnöti- ges Mitdrehen und somit einen unnötigen Energieverbrauch der stillzulegenden Teilbereiche des Antriebsstrangs zu verhindern.

Insbesondere in dem Anwendungsbereich der allradgetriebenen Kraftfahrzeuge werden eine zuverlässige der Trennung der Teilbereiche des Antriebsstranges sowie eine bedarfsgerechte und hochdynamische Zuschaltung der jeweiligen Teilbereiche des Antriebsstranges ohne hohen Energieaufwand gewünscht.

Das Dokument DE 10 201 1 085 839 A1 beschreibt beispielsweise eine Kupplungsvorrichtung mit zwei mittels einer Schiebemuffe koppelbaren Kupplungstei- len, nämlich ein erstes Kupplungsteil und ein zweites Kupplungsteil, die im einge- kuppelten Zustand über die Schiebemuffe formschlüssig miteinander gekoppelt sind. Die Schiebemuffe ist drehfest und axial verschiebbar am ersten Kupplungsteil angebracht. Die Schiebemuffe weist an ihrer Umfangsflache mindestens eine erste Stufe auf, die eine erste Stufenflanke hat und sich mit einem ersten Stufen- verlauf an der Umfangsflache der Schiebemuffe erstreckt. Der erste Stufenverlauf weist auch eine axiale Richtungskomponente in Richtung der Drehachse des ersten Kupplungsteils auf. Ein Stellmittel, das zwischen einer Stellmittel- Kopplungsposition und einer Stellmittel-Entkopplungsposition hin und her verschiebbar ist, liegt während des Entkopplungsvorgangs der beiden Kupplungsteile in seiner Stellmittel-Entkopplungsposition in der ersten Stufenflanke der Schiebemuffe an, so dass sich die Schiebemuffe bei einer Rotation des ersten Kupplungsteils axial vom zweiten Kupplungsteil weg in eine Muffen- Entkoppelungsposition bewegt. Weiterhin ist die Schiebemuffe mittels einer axial wirkenden Feder abgestützt, so dass eine Federkraft die Schiebemuffe in einer das erste und das zweite Kupplungsteil mechanisch miteinander koppelnden Muffen-Kopplungsposition hält oder in diese Muffen-Kopplungsposition schiebt, wenn sich das Stellmittel in seiner Stellmittel-Kopplungsposition befindet. Die Schiebemuffe wird bei der beschriebenen Ausführung der Kopplungsvorrichtung über das Stellmittel in seiner Stellmittel-Entkopplungsposition in der Entkopplungsposi- tion gehalten, wodurch sich ein erhöhter Energieaufwand ergibt.

Zusammenfassung der Erfindung Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine alternative Aktuatoranordnung zur Aktuie- rung einer wahlweisen Verbindung eines ersten Wellenelements mit einem zweiten Wellenelement anzugeben, die bei minimalem Bauteil- und Bauraumaufwand effizient und energieoptimiert arbeitet. Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Aktuatoranordnung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend ein Schaltelement, wobei das Schaltelement wahlweise in eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung bewegbar ist, wobei in der ersten Schaltstellung des Schaltelements ein erstes Wel- lenelement und ein zweites Wellenelement antriebswirksam verbunden sind und in der zweiten Schaltstellung des Schaltelements das erste Wellenelement und das zweite Wellenelement nicht antriebswirksam verbunden sind, einen elektromagnetischen Aktuator, wobei der Aktuator bidirektional, nämlich ausgehend von einer Aktuatormittelposition in eine radiale erste Aktuatorposition und eine radiale zweite Aktuatorposition, bewegbar ist, wobei über den Aktuator in der ersten Aktuatorposition ein erster Schaltvorgang des Schaltelements, nämlich eine axiale Bewegung des Schaltelements von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung, und über den Aktuator in der zweiten Aktuatorposition ein zweiter Schaltvorgang, nämlich eine axiale Bewegung des Schaltelements von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung, aktuierbar ist, und einen Halte- und Entriegelungsmechanismus, wobei der Halte- und Entriegelungsmechanismus derart ausgebildet ist, dass das Schaltelement in der ersten Schaltstellung sowie in der zweiten Schaltstellung mechanisch gehalten ist und sich der Aktuator in der ersten Schaltstellung des Schaltelements sowie in der zweiten Schaltstellung des Schaltelements in der Aktuatormittelposition befindet.

Erfindungsgemäß umfasst die Aktuatoranordnung ein Schaltelement, einen elektromagnetischen Aktuator sowie einen Halte- und Entriegelungsmechanismus. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Schaltelement wahlweise in eine erste Schaltstellung und in eine zweite Schaltstellung bewegbar, wobei in der ersten Schaltstellung des Schaltelements das erste Wellenelement und das zweite Wellenelement antriebswirksam verbunden sind und in der zweiten Schaltstellung des Schaltelements das erste Wellenelement und das zweite Wellenelement nicht antriebswirksam verbunden sind. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Aktuatoranordnung einen elektromagnetischen Aktuator. Der elektromagnetische Aktuator ist gemäß der vorliegenden Erfindung bidirektional bewegbar. Die bidirektionale Bewegung des elektromagne- tischen Aktuators erfolgt ausgehend von einer Aktuatormittelposition in eine radiale erste Aktuatorposition oder eine radiale zweite Aktuatorposition.

Die radiale zweite Aktuatorposition ist ausgehend von der Aktuatormittelposition in ihrer Richtung der radialen ersten Aktuatorposition entgegengesetzt.

Erfindungsgemäß ist über den Aktuator in der ersten Aktuatorposition ein erster Schaltvorgang des Schaltelements, nämlich eine axiale Bewegung des Schaltelements von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung, und über den Aktuator in der zweiten Aktuatorposition ein zweiter Schaltvorgang, nämlich eine axiale Bewegung des Schaltelements von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung, aktuierbar.

Die Begrifflichkeit„axial" entspricht einer Richtung entlang oder parallel zu der Längsachse des ersten Wellenelements 3.

Die Begrifflichkeit„radial" entspricht einer Richtung normal auf die Längsachse des ersten Wellenelements.

Die erfindungsgemäße Aktuatoranordnung umfasst weiterhin einen Halte- und Entriegelungsmechanismus, wobei der Halte- und Entriegelungsmechanismus derart ausgebildet ist, dass das Schaltelement in der ersten Schaltstellung sowie in der zweiten Schaltstellung mechanisch gehalten ist. Erfindungsgemäß befindet sich der elektromagnetische Aktuator in der ersten Schaltstellung des Schaltelements sowie in der zweiten Schaltstellung des Schaltelements in der Aktuatormit- telposition. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Aktuatoranordnung ist es möglich auf einfache Art und Weise eine effiziente und hochdynamische Schaltung des Schaltelements und insbesondere ein energieoptimiertes Halten der erwünschten Schaltstellung des Schaltelements zu realisieren. Elektrische Hilfsenergie wird lediglich für die Aktuierung des ersten Schaltvorgangs und des zweiten Schaltvorgangs benötigt, d.h. lediglich zur Steuerung der Schaltvorgänge. Die für die Bewegung des Schaltelements notwendige Energie wird zum wesentlichen Teil dem rotierenden Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs entnommen.

Zudem weist die erfindungsgemäße Aktuatoranordnung einen bauraum- und kostenoptimierten Aufbau auf.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschrei- bung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der elektromagnetische Aktuator eine erste Spule, eine zweite Spule und ein Stellelement auf, wobei das Stellelement ausgehend von der stromlosen Aktuatormittelposition bei Bestromung der ersten Spule in die erste Aktuatorposition und bei Bestromung der zweiten Spule in die zweite Aktuatorposition bewegbar ist.

Eine alternative Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators weist eine Spule und ein am Stellelement angebrachtes Element aus hartmagnetischem Material, nämlich einen Permanentmagneten, auf. Das Stellelement ist durch

Bestromung der Spule aus einer stromlosen federzentrierten Mittelposition in die erste Aktuatorposition und durch Umkehr der Stromrichtung an der Spule in die zweite Aktuatorposition bewegbar. Eine weitere alternative Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators weist eine Spule und ein Stellelement auf, wobei das Stellelement durch ein definiertes Strom- oder Spannungsniveau an der Spule in der Aktuatormittelposition, entgegen einer wirksamen Federkraft, gehalten wird. Durch Erhöhung oder Ab- Senkung des anliegenden Strom- oder Spannungsniveaus an der Spule ist das Stellelement in die erste Aktuatorposition oder in die zweite Aktuatorposition bewegbar.

Das Stellelement weist bevorzugt einen ersten Eingriffsfortsatz und einen zweiten Eingriffsfortsatz auf, wobei der erste Eingriffsfortsatz in eine radiale Richtung ausgebildet ist und der zweite Eingriffsfortsatz in eine axiale Richtung ausgebildet ist.

Weiterhin bevorzugt weist der Halte- und Entriegelungsmechanismus ein axial wirkendes erstes elastisches Element, ein Halteelement mit mehreren radial wir- kenden zweiten elastischen Elementen und ein Entriegelungselement auf.

Das Halteelement des Halte- und Entriegelungsmechanismus ist bevorzugt fest auf dem ersten Wellenelement angeordnet und ringförmig ausgebildet. Die zweiten elastischen Elemente sind vorzugsweise gleichmäßig entlang dem Außenum- fang des ringförmigen Halteelements ausgebildet.

Weiterhin bevorzugt ist das Entriegelungselement axial fest jedoch drehbar auf dem Schaltelement angeordnet und im Wesentlichen ringförmig ausgebildet. Vorzugsweise weist das Entriegelungselement einen ersten Kulissenabschnitt und einen zweiten Kulissenabschnitt auf.

Bevorzugt ist das Schaltelement in einer zweiten Schaltstellung entgegen der Kraft des ersten elastischen Elements über das Zusammenwirken des ersten Kulissen- abschnitts des Entnegelungselennents mit den zweiten elastischen Elementen des Halteelements mechanisch gehalten.

Weiterhin bevorzugt ist das Schaltelement in einer ersten Schaltstellung durch die Kraft des ersten elastischen Elements mechanisch gehalten.

In einer vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung greift in der zweiten Aktuatorposition der zweite Eingriffsfortsatz des Stellelements in den zweiten Kulissenabschnitt des Entriegelungselements ein, so dass der zweite Schaltvor- gang des Schaltelements aktuiert wird.

Weiterhin greift in der ersten Aktuatorposition der erste Eingriffsfortsatz des Stellelements in einen dritten Kulissenabschnitt entlang des Außenumfangs des Schaltelements ein, so dass der erste Schaltvorgang des Schaltelements aktuiert wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ak- tuatoranordnung in einer ersten Schaltstellung eines Schalt- elements.

Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Aktua- toranordnung gemäß Fig. 1 . zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ak- tuatoranordnung in einer zweiten Schaltstellung eines Schaltelements. zeigt eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Aktua- toranordnung gemäß Fig. 3. zeigt eine perspektivische Detaildarstellung einer beispielhaften Aktuatoranordnung in einer ersten Schaltstellung eines Schaltelements.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Detaildarstellung einer beispielhaften Aktuatoranordnung bei Aktuierung eines ersten Schaltvorgangs.

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Detaildarstellung einer beispielhaften Aktuatoranordnung in einer zweiten Schaltstellung eines Schaltelements. Fig. 8 zeigt eine perspektivische Detaildarstellung einer beispielhaften Aktuatoranordnung bei Aktuierung eines zweiten Schaltvorgangs.

Fig. 9a zeigt eine Schnittansicht eines Halte- und Entriegelungsme- chanismus gemäß Fig. 8 in der Schnittebene des ersten Kulissenabschnitts des Entriegelungselements (Schnitt A-A in Fig. 4).

Fig. 9b zeigt eine weitere Schnittansicht des Halte- und Entriegelungsmechanismus gemäß Fig. 8 in der Schnittebene des zweiten Kulissenabschnitts des Entnegelungselements

(Schnitt B-B in Fig. 4).

Fig. 10 zeigt eine weitere perspektivische Detaildarstellung einer beispielhaften Aktuatoranordnung bei Aktuierung eines zweiten Schaltvorgangs.

Fig. 1 1 a zeigt eine Schnittansicht eines Halte- und Entriegelungsme- chanismus gemäß Fig. 10 in der Schnittebene des ersten Kulissenabschnitts des Entriegelungselements (Schnitt A-A in Fig. 4).

Fig. 1 1 b zeigt eine weitere Schnittansicht eines Halte- und Entriegelungsmechanismus gemäß Fig. 10 in der Schnittebene des zweiten Kulissenabschnitts des Entriegelungselements

(Schnitt B-B in Fig. 4).

Fig. 12a zeigt eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Stellelements.

Fig. 12b zeigt eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Halteelements.

Fig. 13a zeigt eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Ent- riegelungselements.

Fig. 13b zeigt eine weitere perspektivische Ansicht eines beispielhaften Entriegelungselements. Fig. 14 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ak- tuatoranordnung mit einer alternativen Koppelungslösung zur Koppelung eines ersten Wellenelements und eines zweiten Wellenelements.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Wie in den Fig. 1 bis Fig. 8 und in Fig. 10 dargestellt umfasst die Aktuatoranord- nung 1 ein Schaltelement 2, einen elektromagnetischen Aktuator 5 sowie einen Halte- und Entriegelungsmechanismus 9.

Das Schaltelement 2 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Schaltmuffe 2' ausgebildet und über eine Mitnahmeverzahnung 20 verdrehfest jedoch axial verschiebbar auf einem ersten Wellenelement 3 angeordnet.

Die wahlweise Koppelung des ersten Wellenelements 3 mit einem zweiten Wellenelement 4 ist über die Aktuatoranordnung 1 aktuierbar. Das erste Wellenelement 3 und das zweite Wellenelement 4 sind koaxial angeordnet und, wie in Fig. 1 bis Fig. 8 und Fig. 10 gezeigt, eine formschlüssige Verbindung, wie beispielsweise über einen„Flyball"-Mechanismus 32, verbindbar. In der ersten Schaltstellung des Schaltelements 2 drückt das Schaltelement 2 kugelförmig ausgeführte Koppelelemente 33 in entsprechende Bohrungen 34, um derart die Momentübertragung von dem ersten Wellenelement 3 auf das zweite Wellenelement 4, oder umgekehrt, zu gewährleisten.

Der elektromagnetische Aktuator 5 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bidirektional ausgeführt, d.h. ausgehend von einer stromlosen Aktuatormittelposi- tion 6 ist der Aktuator 5 bei Bestromung in eine erste Aktuatorposition 7 und eine zweite Aktuatorposition 8 bewegbar. Der elektromagnetische Aktuator 5 weist eine erste Spule, eine zweite Spule und ein Stellelement 10 auf, wobei das Stellelement 10 durch Bestromung der ersten Spule ausgehend von der Aktuatormittelposition 6 in die erste Aktuatorposition 7 bewegbar ist und durch Bestromung der zweiten Spule ausgehend von der Aktuatormittelposition 6 in die zweite Aktuatorposition 8 bewegbar ist.

Das Stellelement 10 des Aktuators 5 führt bei Bestromung der ersten Spule oder der zweiten Spule eine lineare Bewegung in eine radiale Richtung, d.h. eine Rich- tung normal auf eine Längsachse 21 des ersten Wellenelements 3, aus. Die Richtung der radialen Bewegung des Stellelements 10 in die erste Aktuatorposition 7 ist ausgehend von der Aktuatormittelposition 6 entgegengesetzt zu der Richtung der radialen Bewegung des Stellelements 10 in die zweite Aktuatorposition 8. Das Stellelement 10 führt eine radiale Bewegung ausgehend von der Aktuatormittelposition 6 in die erste Aktuatorposition 7 in Richtung der Schaltmuffe 2' aus.

Im Gegensatz dazu führt das Stellelement 10 eine radiale Bewegung ausgehend von der Aktuatormittelposition 6 in eine zweite Aktuatorposition 8 in die von der Schaltmuffe 2' wegweisende Richtung aus.

Fig. 12a zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführung des Stellelements 10. Das Stellelement 10 weist einen ersten Eingriffsfortsatz 1 1 und einen zweiten Eingriffsfortsatz 12 auf. Der erste Eingriffsfortsatz 1 1 erstreckt in einer radialen Richtung und weist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine abgeschrägte Fläche 24 auf. Der zweite Eingriffsfortsatz 12 erstreckt sich in einer axialen Richtung und ist in Bezug auf die Längsachse 21 des ersten Wellenelements leicht exzentrisch angeordnet. Das Stellelement 10 ist beispielsweise als Schmiedeteil, Kaltumformteil oder Sinterteil ausgeführt.

Das Stellelement 10 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel fest auf einem Anker 28 des elektromagnetischen Aktuators 5 angeordnet. Eine einteilige Ausführung, in der der Anker 28 des elektromagnetischen Aktuators 5 selbst als Stellelement 10 ausgebildet ist und somit einen ersten Eingriffsfortsatz 1 1 und einen zweiten Eingriffsfortsatz 12 aufweist, ist ebenso denkbar. Die Schaltmuffe 2' ist in zwei Schaltstellungen, nämlich eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung, axial bewegbar.

Die axiale Bewegung der Schaltmuffe 2' erfolgt entlang der Längsachse 21 des ersten Wellenelements 3.

In der ersten Schaltstellung der Schaltmuffe 2' sind das erste Wellenelement 3 und das zweite Wellenelement 4 miteinander antriebswirksam verbunden und der elektromagnetische Aktuator 5 befindet sich in einer Aktuatormittelposition 6. Fig. 1 , Fig. 2 und Fig. 5 zeigen unterschiedliche Darstellungen der Aktuatoranord- nung 1 in der ersten Schaltstellung der Schaltmuffe 2'.

In der zweiten Schaltstellung der Schaltmuffe 2' sind das erste Wellenelement 3 und das zweite Wellenelement 4 miteinander nicht antriebswirksam verbunden und der elektromagnetische Aktuator 5 befindet sich in einer Aktuatormittelposition 6.

Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 7 zeigen unterschiedliche Darstellungen der Aktuatoranord- nung 1 in der zweiten Schaltstellung der Schaltmuffe 2'. Ein erster Schaltvorgang beschreibt den Vorgang der axialen Bewegung der Schaltmuffe 2' von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung.

Der erste Schaltvorgang wird durch den elektromagnetischen Aktuator 5 in einer ersten Aktuatorposition 7 ausgelöst. Der Übergang von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung wird durch Rotation des ersten Wellenelements 3 hervorgerufen.

Ein zweiter Schaltvorgang beschreibt den Vorgang der axialen Bewegung der Schalmuffe 2' von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung.

Der zweite Schaltvorgang wird durch den elektromagnetischen Aktuator 5 in seiner zweiten Aktuatorposition 8 aktuiert. Der Halte- und Entriegelungsmechanismus 9 der Verbindungsanordnung 1 um- fasst ein erstes elastisches Element 13, ein Halteelement 14 mit mehreren zweiten elastischen Elementen 15 und ein Entriegelungselement 16.

Das erste elastische Element 13 ist als Druckfeder 13' ausgebildet und auf dem ersten Wellenelement 3 zwischen der Schaltmuffe 2' und einem fest auf dem ersten Wellenelement 3 angeordneten Anschlag 22 ausgebildet.

Die Federkraft der Druckfeder 13' wirkt in axialer Richtung auf die Schaltmuffe 2' und hält die Schaltmuffe 2' in der ersten Schaltstellung.

Das Halteelement 14 ist ringförmig ausgebildet und weist entlang seines Au- ßenumfangs gleichmäßig verteilt mehrere, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vier, zweite elastische Elemente 15 auf. Das Halteelement ist zwischen der Schaltmuffe 2' und dem Verbindungsbereich 23 von erstem Wellenelement 3 und zweitem Wellenelement 4 fest auf dem ersten Wellenelement 3 angeordnet. Die zweiten elastischen Elemente 15 sind als Federzungen 15' ausgebildet und wirken in radialer Richtung auf das Entriegelungselement 16. (Fig. 12b)

Das Halteelement 14 ist beispielsweise als Blechumformteil ausgeführt (Fig. 12b).

Das Entriegelungselement 16 ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und axial fest jedoch drehbar auf der Schaltmuffe 2' angeordnet. Die Schaltmuffe 2' und das Entriegelungselement 16 sind koaxial angeordnet. Das Entriegelungselement 16 weist einen ersten Kulissenabschnitt 17 und einen zweiten Kulissenabschnitt 18 auf. Der erste Kulissenabschnitt 17 bildet sich aus mehreren Federtaschen 25 aus, wobei an den Federtaschen zu beiden Seiten Schrägen, auch Fasen 26 genannt, ausgebildet sind. Der zweite Kulissenabschnitt ist als Zahnprofil 18' ausgebildet. (Fig. 9a, Fig. 9b, Fig. 1 1 a, Fig. 1 1 b, Fig. 13a und Fig. 13b)

Das Entriegelungselement ist beispielsweise als Sinterteil ausgeführt (Fig. 13a).

Fig. 5 zeigte eine Detailansicht der Aktuatoranordnung 1 in der ersten Schaltstel- lung. Die Federzungen 15' des Halteelements 14 sind vom Entriegelungselement 16 überdrückt. Durch die Vorspannung der Federzungen 15' wird das Entriegelungselement 16 von dem rotierenden ersten Wellenelement 3 rotatorisch mitbewegt. Das erste Wellenelement 3, die Schaltmuffe 2' und das Entriegelungselement 16 rotieren gleichförmig um die Längsachse 21 . Der elektromagnetische Aktuator 5 ist stromlos und das Stellelement 10 befindet sich in einer Aktuatormit- telposition 6 mit ausreichend Freigang zu der Schrägscheibe 19' sowie zu dem zweiten Kulissenabschnitt 18 des Entriegelungselements 16.

Fig. 6 zeigt eine Detailansicht der Aktuatoranordnung 1 , wobei die erste Spule des elektromagnetischen Aktuators 5 bestromt ist und sich das Stellelement 10 somit in eine erste Aktuatorposition 7 bewegt. Der in Fig. 6 schematisch dargestellte Vorgang entspricht dem ersten Schaltvorgang, nämlich einer Bewegung der Schaltmuffe 2' von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung. Wird die erste Spule des bidirektional wirksamen elektromagnetischen Aktuators 5 bestromt, so erfährt das Stellelement 10 zufolge der elektromagnetischen Kraftwirkung eine Hubbewegung in Richtung der Längsachse 21 des ersten Wellenelements 3 und bringt das Stellelement 10, genauer den ersten Eingriffsfortsatz 1 1 des Stellelements 10, in Eingriff mit einem dritten Kulissenabschnitt 19, der an dem Außenumfang der Schaltmuffe 2' ausgebildet ist.

Der dritte Kulissenabschnitt 19 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Schrägscheibe 19' ausgebildet, die an der Schaltmuffe 2' fest angeordnet ist. Eine direkte Ausbildung des dritten Kulissenabschnitts 19 an dem Außenumfang der Schaltmuffe 2' ist ebenso denkbar.

Durch die Rotation des ersten Wellenelements 3 um die Längsachse 21 des ersten Wellenelements 3 wird die Schaltmuffe 2' über einen durch die Ausbildung der Schrägscheibe 19' vorgegebenen Drehwinkel von der ersten Schaltstellung der Schaltmuffe 2' in die zweite Schaltstellung der Schaltmuffe 2' bewegt. Während dieser Bewegung wird das erste elastische Element 13, die Druckfeder 13', entgegen seiner elastischen Kraft vorgespannt.

Durch den Eingriff des Stellelements 10, genauer des ersten Eingriffsfortsatzes 1 1 des Stellelements 10, an der Schrägscheibe 19' erfährt die Schaltmuffe 2' eine axiale Bewegung, entsprechend der Steigung des an der Schrägscheibe 19' angebrachten Profils. Die axiale Bewegung der Schaltmuffe 2' ist durch die Geometrie der Schrägscheibe 19' vorgegeben und wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine als Anschlag 22 wirksame Einstellscheibe 22' begrenzt. Über die Ausbildung der Schrägscheibe 19' kann der Bewegungsablauf und/oder das Geschwindigkeitsprofil der Schaltmuffe 2' beeinflusst werden. Es ist beispielsweise möglich die Bewegung der Schaltmuffe 2' über die Ausbildung der Schrägscheibe 19' derart zu gestalten, dass sich die Schaltmuffe 2' zu Beginn des ersten Schaltvorgangs langsam bewegt, dann beschleunigt und vor dem Anschlag 22 wieder abgebremst wird. Dies wirkt sich günstig auf die Bauteilbeanspruchung und das Geräuschverhalten der Aktuatoranordnung 1 aus.

Fig. 7 zeigt eine Detailansicht der Aktuatoranordnung 1 in der zweiten Schaltstellung. Die Federzungen 15' des Halteelements 14 stehen mit den Federtaschen 25 des Entriegelungselements 16 in Eingriff. Dadurch wird die zweite Schaltstellung verriegelt und ein unerwünschtes Entspannen der Druckfeder 13' und ein daraus resultierendes Rücksteilen der Schaltmuffe 2' in die erste Schaltstellung bei un- bestromtem Aktuator 5 verhindert. Zum Lösen der zweiten Schaltstellung der Schaltmuffe 2' wird die zweite Spule des bidirektional wirksamen elektromagnetischen Aktuators 5 bestromt. Fig. 8 zeigt eine Detailansicht der Verbindungsanordnung 1 bei bestromter zweiter Spule des Aktuators 5. Das Stellelement 10 erfährt ausgehend von der Aktuatormittelposition 6 eine radiale, sich von der Längsachse 21 des ersten Wellenelements 3 entfernende Hubbewegung in die zweite Aktuatorposition 8. In der zweiten Aktuatorposition 8 des Stellelements 10 kommt der am Stellelement 10 in axialer Richtung ausgebildete, exzentrisch angeordnete zweite Eingriffsfortsatz 12 in Eingriff mit dem am Entrie- gelungselement 16 ausgebildeten Zahnprofil 18'. Das Entriegelungselement 16 wird durch den Eingriff des zweiten Eingriffsfortsatzes 12 des Stellelements 10 in das Zahnprofil 18 des Entnegelungselennents 16 rotatorisch eingehalten und kann sich um bis zu eine Zahnteilung des Zahnprofils 18' relativ zur Schaltmuffe 2' verdrehen, was durch die entsprechende Gestaltung der Winkelteilung der Federta- sehen 25 und der an den Federtaschen angebrachten Fasen 26 ein Überdrücken der der Federzungen 15' des Haltelements 14 bewirkt. (Fig. 9a, Fig. 9b, Fig. 1 1 a und Fig. 1 1 b)

Um auch bei stillstehendem, d.h. nicht rotierendem, ersten Wellenelement 3 den zweiten Schaltvorgang auslösen zu können ist das Entriegelungselement 16 exzentrisch zur Längsachse 21 des ersten Wellenelements 3 angeordnet. Somit kann das Entriegelungselement 16 entgegen der Federkraft der Federzugen 15' des Halteelements 14 aktiv verdreht werden, wodurch die Federzungen 15' des Halteelements 14 überdrückt werden und der zweite Schaltvorgang ausgelöst wird.

Fig. 9a und Fig. 9b sowie Fig. 1 1 a und Fig. 1 1 b zeigen jeweils Schnittansichten der Aktuatoranordnung 1 zur Darstellung der Verdrehung des Entriegelungselements 16 durch Eingriff des zweiten Eingriffsfortsatzes 12 des Stellelements 10 in das Zahnprofil 18 des Entriegelungselements 16 während dem zweiten Schaltvorgang. Bei einer relativen Verdrehung zwischen dem Entriegelungselement 16 und der Schaltmuffe 2' werden die Federzungen 15' des Haltelements 14 durch die an den Federtaschen 25 ausgebildeten Fasen 26 in Aussparungen 27 an dem Außenumfang der Schaltmuffe 2' gedrückt und die zweite Schaltstellung entriegelt.

Fig. 10 zeigt eine weitere Detailansicht der Verbindungsanordnung 1 bei bestrom- ter zweiter Spule des Aktuators 5 in einem im Vergleich zu Fig. 8 weiter fortgeschrittenen Stadium des zweiten Schaltvorgangs. Die Federzungen 15' des Halteelements 14 sind vollständig überdrückt und durch die in der Druckfeder 13' gespeicherte Energie wird die Schaltmuffe 2' in die erste Schaltstellung bewegt. Ein am ersten Wellenelement 3 angeordnetes Dämpfungselement 29 im Bereich zwischen der Schaltmuffe 2, 2^' und dem Halteelement 14 sorgt für ein gemäßigtes und geräuscharmes Abbremsen der Schaltmuffe 2, 2' am Ende des zweiten Schaltvorgangs.

Fig. 14 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Aktuatoranordnung mit einer zur vorhergehend ausgeführten formschlüssigen Koppelung von dem ersten Wellenelement 3 und dem zweiten Wellenelement 4, nämlich über den beispielhaften„Flyball"-Mechanismus 32, alternativen Lösung zur Verbindung des ersten Wellenelements 3 mit dem zweiten Wellenelement 4. Die Koppelung des ersten Wellenelements 3 mit dem zweiten Wellenelement 4 erfolgt hier über ein Koppelelement 33, das als Schiebemuffe 30 ausgebildet ist und fest mit der Schaltmuffe 2' verbunden ist. Die perspektivische Ansicht in Fig. 14 zeigt die Aktuatoranordnung 1 zu Beginn der Aktuierung des ersten Schaltvorganges. Die formschlüssige Koppelung zwischen dem ersten Wellenelement 3 und dem zweiten Wellenelement 4 erfolgt über eine Schiebemuffenverzahnung 31 . Die Schiebemuffe 30 wird bei Aktuierung des Schaltvorganges vom Schaltelement 2, der Schaltmuffe 2', in eine erste oder in eine zweite Schaltstellung bewegt. Während in einer ersten Schaltstellung eine antriebswirksame Verbindung von einem ers- tem Wellenelement 3 und einem zweitem Wellenelement 4 gegeben ist, erfolgt in einer zweiten Schaltstellung eine vollständige und Schleppmomentfreie Trennung der beiden Wellenelemente 3, 4.

Bezugszeichenliste

1 Aktuatoranordnung

2 Schaltelement

2' Schaltmuffe

3 Erstes Wellenelement

4 Zweites Wellenelement

5 Aktuator

6 Aktuatormittelposition

7 Erste Aktuatorposition

8 Zweite Aktuatorposition

9 Halte- und Entriegelungsmechanismus

10 Stellelement

1 1 Erster Eingriffsfortsatz

12 Zweiter Eingriffsfortsatz

13 Erstes elastisches Element

13' Druckfeder

14 Halteelement

15 Zweites elastisches Element

15' Federzungen

16 Entriegelungselement

17 Erster Kulissenabschnitt (des Entriegelungselements)

18 Zweiter Kulissenabschnitt (des Entriegelungselements)

18' Zahnprofil

19 Dritter Kulissenabschnitt (des Schaltelements)

19' Schrägscheibe

20 Mitnahmeverzahnung

21 Längsachse (des ersten Wellenelements)

22 Anschlag Einstellscheibe

Verbindungsbereich (von erstem und zweitem Wellenelement)

Abgeschrägte Fläche

Federtasche

Fase

Aussparung

Anker

Dämpfungselement

Schiebemuffe

Schiebemuffenverzahnung

„Flyball"-Mechanismus

Koppelelement

Bohrungen

Claims

Patentansprüche

Aktuatoranordnung (1 ) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend

- ein Schaltelement (2), wobei das Schaltelement (2) wahlweise in eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung bewegbar ist, wobei in der ersten Schaltstellung des Schaltelements (2) ein erstes Wellenelement (3) und ein zweites Wellenelement (4) antriebswirksam verbunden sind und in der zweiten Schaltstellung des Schaltelements (2) das erste Wellenelement (3) und das zweite Wellenelement (4) nicht antriebswirksam verbunden sind,

- einen elektromagnetischen Aktuator (5), wobei der Aktuator (5) bidirektional, nämlich ausgehend von einer Aktuatormittelposition (6) in eine radiale erste Aktuatorposition (7) und eine radiale zweite Aktuatorpositi- on (8), bewegbar ist, wobei über den Aktuator (5) in der ersten Aktuatorposition (7) ein erster Schaltvorgang des Schaltelements (2), nämlich eine axiale Bewegung des Schaltelements (2) von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung, und über den Aktuator (5) in der zweiten Aktuatorposition (8) ein zweiter Schaltvorgang, nämlich eine axiale Bewegung des Schaltelements (2) von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung, aktuierbar ist, und

- einen Halte- und Entriegelungsmechanismus (9), wobei der Halte- und Entriegelungsmechanismus (9) derart ausgebildet ist, dass das Schaltelement (2) in der ersten Schaltstellung sowie in der zweiten Schaltstellung mechanisch gehalten ist und sich der Aktuator (5) in der ersten Schaltstellung des Schaltelements (2) sowie in der zweiten Schaltstellung des Schaltelements (2) in der Aktuatormittelposition (6) befindet.

Aktuatoranordnung (1) nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der elektromagnetische Aktuator (5) eine erste Spule, eine zweite Spule und ein Stellelement (10) aufweist, wobei das Stellelement (10) ausgehend von der stromlosen Aktuatormittelposition (6) bei Bestromung der ersten Spule in die erste Aktuatorposition (7) und bei Bestromung der zweiten Spule in die zweite Aktuatorposition (8) bewegbar ist.

Aktuatoranordnung (1) nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der elektromagnetische Aktuator (5) eine Spule und ein Stellelement (10) aufweist, wobei an dem Stellelement (10) ein Element aus hartmagnetischem Material angeordnet ist, wobei das Stellelement (10) ausgehend von einer federzentrierten stromlosen Aktuatormittelposition (6) bei Bestromung der Spule in die erste Aktuatorposition (7) und durch Umkehr der Stromrichtung an der Spule in die zweite Aktuatorposition (8) bewegbar ist.

Aktuatoranordnung (1) nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der elektromagnetische Aktuator (5) eine Spule und ein Stellelement (10) aufweist, wobei das Stellelement (10) durch ein definiertes Strom- oder Spannungsniveau entgegen einer wirksamen Federkraft an der Spule in der Aktuatormittelposition (6) haltbar ist und durch Erhöhung oder Absenkung des anliegenden Strom- oder Spannungsniveaus an der Spule in die erste Aktuatorposition (7) oder die zweite Aktuatorposition (8) bewegbar ist.

Aktuatoranordnung (1) nach Anspruch 2, 3 oder 4

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Stellelement (10) einen ersten Eingriffsfortsatz (11) und einen zweiten Eingriffsfortsatz (12) aufweist, wobei der erste Eingriffsfortsatz (11) in eine radiale Rieh tung und der zweite Eingriffsfortsatz (12) in eine axiale Richtung ausgebildet ist.

Aktuatoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Halte- und Entriegelungsmechanismus (9) ein axial wirkendes erstes elastisches Element (13), ein Halteelement (14) mit mehreren radial wirkenden zweiten elastischen Elementen (15) und ein Entriegelungselement (16) aufweist.

Aktuatoranordnung (1) nach Anspruch 6,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Halteelement (14) fest auf dem ersten Wellenelement (3) angeordnet ist und ringförmig ausgebildet ist, wobei die zweiten elastischen Elemente (15) gleichmäßig entlang dem Außenumfang des ringförmigen Halteelements (14) ausgebildet sind.

Aktuatoranordnung (1) nach Anspruch 6 oder 7,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Entriegelungselement (16) axial fest jedoch drehbar auf dem Schaltelement (2) angeordnet ist und im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist.

9. Aktuatoranordnung (1) nach Anspruch 6, 7 oder 8,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Entriege- lungselement (16) einen ersten Kulissenabschnitt (17) und einen zweiten Kulissenabschnitt (18) aufweist.

10. Aktuatoranordnung (1) nach Anspruch 9,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Schaltele- ment (2) in einer zweiten Schaltstellung entgegen der Kraft des ersten elas- tischen Elements (13) über das Zusammenwirken des ersten Kulissenabschnitts (17) des Entriegelungselements (16) mit den zweiten elastischen Elementen (15) des Halteelements (14) mechanisch gehalten ist.

11. Aktuatoranordnung (1 ) nach Anspruch 9 oder 10,

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) in einer ersten Schaltstellung durch die Kraft des ersten elastischen Elements (13) mechanisch gehalten ist.

12. Aktuatoranordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 11 ,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der zweiten

Aktuatorposition (8) der zweite Eingriffsfortsatz (12) des Stellelements (10) in den zweiten Kulissenabschnitt (18) des Entriegelungselements (16) eingreift, so dass der zweite Schaltvorgang des Schaltelements (2) aktuiert wird. Aktuatoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 12,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der ersten Aktuatorposition (7) der erste Eingriffsfortsatz (11) des Stellelements (2) in einen dritten Kulissenabschnitt (19) entlang des Außenumfangs des Schaltelements (2) eingreift, so dass der erste Schaltvorgang des Schaltelements (10) aktuiert wird.