WO2021115693A1 - Antriebsvorrichtung - Google Patents

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WO2021115693A1
WO2021115693A1 PCT/EP2020/081408 EP2020081408W WO2021115693A1 WO 2021115693 A1 WO2021115693 A1 WO 2021115693A1 EP 2020081408 W EP2020081408 W EP 2020081408W WO 2021115693 A1 WO2021115693 A1 WO 2021115693A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sliding sleeve
actuator
energized
drive device
shift gate
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/081408
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bastian Gebhard
Original Assignee
Audi Ag
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 Audi Ag filed Critical Audi Ag
Publication of WO2021115693A1 publication Critical patent/WO2021115693A1/de

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Classifications

    • 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
    • F16D27/00—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor
    • F16D27/10—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with an electromagnet not rotating with a clutching member, i.e. without collecting rings
    • F16D27/118—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with an electromagnet not rotating with a clutching member, i.e. without collecting rings with interengaging jaws or gear teeth

Definitions

  • the invention relates to a drive device for, for example, a vehicle axle of an electrically operated vehicle according to the preamble of claim 1.
  • an output shaft is integrated in the drive train, which is divided into a first shaft section and a second shaft section, which can be coupled to one another or decoupled from one another by means of a form-fitting coupling to transmit torque.
  • the form-fit coupling has a sliding sleeve which is non-rotatably but axially displaceable on egg ner splines of the first shaft section.
  • the sliding sleeve can be displaced by means of an electrically controllable actuator in an axial stroke movement between an open position and a closed position. In the sliding sleeve open position, the form-fit coupling is open. In the sliding sleeve closed position, the form-fit coupling is closed.
  • the form-fit coupling can be closed when the actuator is de-energized (that is, the coupling closed in the de-energized state) and open when the actuator is energized.
  • the form-fit coupling must be elaborately designed so that the form-fit coupling does not unintentionally move from its open position to its closed position during ferry operation in the event of an actuator malfunction.
  • a switchable magnetic coupling is known from DE 10 2010 012 610 A1.
  • a connection device such as a transmission for a vehicle drive train is known.
  • DE 10 2015223 375 A1 an electromagnetic claw circuit is known.
  • DE 10 2017 127 577 A1 a coupling unit for a drive train with a positive coupling is known.
  • DE 10 2015 201 854 A1 an electromagnetic coupling for the non-rotatable connection of two rotatable shafts is known.
  • a vehicle drive train system is known from DE 102016203285 A1.
  • the object of the invention is to provide a drive device in which the safety requirements required for the form-fit coupling can be met in a simple manner.
  • the sliding sleeve is provided with a bistable function, by means of which the sliding sleeve either assumes a stable open position or assumes a stable closed position when the Stellak gate is de-energized.
  • the sliding sleeve can only be switched between the open position and the closed position when the actuator is energized.
  • the sliding sleeve should remain stable in its open position or stable in its closed position, without the need for permanent energization of the actuator.
  • the actuator energized with a first current pulse can switch the sliding sleeve from its open position to its closed position.
  • the actuator energized with a fol lowing second current pulse can switch the sliding sleeve from its closed position back to its open position.
  • the form-fit coupling according to the invention is therefore both normally open and normally closed.
  • the actuator can have an electromagnet with an associated return spring.
  • the sliding sleeve can be preloaded in the direction of a first sliding sleeve position (in particular closed position).
  • the electromagnet can axially adjust the sliding sleeve by means of magnetic force against the biasing force of the return spring in the second sliding sleeve position.
  • the sliding sleeve can have a mechanical stepping mechanism to provide its bistable effect.
  • the indexing mechanism can act on the sliding sleeve in such a way that after pulsed energization or actuation of the actuator, the indexing mechanism keeps the sliding sleeve alternately stable in the first sliding sleeve position or stable in the second sliding sleeve position.
  • the mechanical indexing mechanism can be composed of at least one link pin and a switching link ring that interacts with it.
  • the link pin can be formed on the non-rotatable, axially displaceable sliding sleeve.
  • the shift gate ring can be rotatably arranged on the first shaft section, but axially fixed.
  • the sliding sleeve can be axially lengthened with a sliding sleeve protrusion. This is part of the mechanical indexing mechanism and can (in a nested arrangement) be positioned radially outside the shift gate ring.
  • the link pin can protrude radially inward from the inner circumference of the sliding sleeve overhang and be in engagement with the shift gate ring.
  • the shift gate ring interacting with the link pin can have a first link mimic and a second link mimic.
  • the first link mechanism can be formed on the outer circumference of the shift link ring and face (in the axial direction) the positive coupling and have longer and shortened axial grooves. These can be arranged alternately in the circumferential direction on the Wegku lissen ring.
  • the shift gate can have a gate mimicry turned away from the form-fitting coupling. This can extend in the circumferential direction with a sawtooth pattern. In the sawtooth pattern, each sawtooth can have a flat stop flank and a steep flank. These can converge at the sawtooth apex and at the sawtooth foot sections.
  • the link pin When the actuator is de-energized, the link pin can be arranged in one of the longer or shortened axial grooves under the action of the return spring.
  • the link pin When the actuator is energized in a pulsed manner, the link pin can move in the axial direction (against the action of the return spring) against an associated flat stop edge of the shift gate ring. In this way, the shift gate ring rotates by a predefined angle of rotation.
  • the angle of rotation is dimensioned in such a way that in the shift sleeve reversing movement that takes place after the actuator is energized, the link pin moves into the adjacent axial groove.
  • overload protection against shearing is provided for the link pin.
  • the overload protection can be implemented as a mechanical axial stop against which the sliding sleeve strikes when the actuator is energized (that is, when there is an axial stroke movement).
  • the Kulis senrich can still be spaced a free axial distance from the associated foot section of the sawtooth pattern of the shift gate ring, so that no shear force acts on the link pin.
  • the mechanical axial stop can be designed as a stop ring that is separate from the shift gate ring.
  • the stop ring can preferably be arranged directly on the end face of the Wegkulis senrings facing the positive coupling.
  • Figure 1 shows a drive device for a vehicle axle
  • FIG. 2 shows, in a partial sectional view, a form-fit coupling installed in the drive device, which is shown in the open coupling state;
  • Figures 3 to 5 are each views, on the basis of which the structure and the functionality of a stepping mechanism built into the form-fitting coupling is illustrated.
  • FIG. 1 an electrically drivable vehicle axle is shown.
  • the vehicle axle has an electric machine EM which, via an axle differential 3, drives the left and right drive shafts 7, 9 leading to the right and left front wheel 5.
  • the front right output shaft 9 shown in Figure 1 is divided into a wheel-side, first shaft section 17 and an axle-side, second shaft section 19. These can be coupled by means of a claw coupling 21 to drive the electric machine EM in drive connection with the vehicle wheels 5 bring.
  • the shaft sections 17, 19 can be decoupled from one another in order to avoid losses during ferry operation and when the electric machine EM is deactivated.
  • the bevel gear 27 is extended with the shaft section 19 on the axis. Radially within the shaft section 19 on the axle side, a plug-in shaft guided to the front wheel 5 is rotatably mounted and forms the shaft section 17 on the wheel side.
  • the claw clutch 21 has shift claws 33 on the axis and shift claws 35 on the wheel side. When the claw coupling 21 is closed, these are in a form-fitting connection with one another.
  • the wheel-side shifting claws 35 are part of a sliding sleeve 37 in FIG. 2.
  • the sliding sleeve 37 is non-rotatably but axially displaceable on a spline 39 of the wheel-side shaft section 17.
  • the shift claws 33 on the axle side are formed on a carrier ring 41, which is integrally formed on the shaft section 19 on the axle side and is made of the same material.
  • the sliding sleeve 37 which is arranged axially displaceably on the wheel-side shaft section 17, can be actuated in FIG. 2 via an actuator 49 with an electric magnet and with an associated return spring 51.
  • the actuator 49 When the actuator 49 is not energized, the sliding sleeve 37 is spring-loaded in the direction of its closed position G, in which the claw coupling 21 is closed.
  • the actuator 49 When the actuator 49 is energized, its electromagnet generates a magnetic force FM by means of which the sliding sleeve 37 is axially displaced in a stroke movement H (FIG. 2 or 5) against the restoring spring force in the direction of its open position 0.
  • a stepping mechanism 53 is assigned to the sliding sleeve 37.
  • the step switch mechanism 53 has a bistable effect, in which when the actuator 51 is de-energized, the sliding sleeve 37 either remains stable in its open position 0 (ie the claw clutch 21 is normally open) or remains stable in its closed position G (ie the claw clutch 21 is de-energized sen).
  • the sliding sleeve 37 can only be switched between its open position 0 and its closed position G when the actuator 49 is energized. If the actuator 49 is thus acted upon with current pulses, the stepping mechanism 53 can alternately hold the sliding sleeve 37 either stable in the open position 0 or stable in the closed position G after each current pulse.
  • the sliding sleeve 37 is extended on its side facing away from the claw coupling 21 with a sliding sleeve protrusion 54, which is part of the stepping mechanism 53.
  • a total of fifteen link pins 57 are arranged evenly distributed around the circumference, which protrude radially inward and are in engagement with a switching link ring 57.
  • the shift gate ring 59 is positioned radially inside half of the sliding sleeve projection 54.
  • the shift gate ring 59 is rotatable on the first shaft section 17, but axially fixed between a stop ring 61 described later and an annular shoulder 63 of the first shaft section 17.
  • the shift gate ring 59 is shown on its own. This has on the outer circumference a claw coupling 21 facing coulisse mimik 65 with longer axial grooves 67 and shortened axial grooves 69, which are shortened by an axial distance a compared to the longer axial grooves 67.
  • the shift gate ring 59 has a gate mimic 71 facing away from the claw clutch 21 with a sawtooth pattern extending in the circumferential direction. In the sawtooth pattern, each sawtooth is formed with a flat stop flank 73 and a steep stop flank 75, which converge at sawtooth apex 77 and at sawtooth foot sections 79.
  • the return spring 51 automatically returns the sliding sleeve 37 to its closed position G or open position 0.
  • the open and closed positions 0, G of the sliding sleeve 37 alternate with each pulse-like electromagnet activation.
  • the link pins 57 do not come into contact with the foot sections 79 of the sawtooth link of the shift gate ring 59 during the electromagnet stroke movement H of the sliding sleeve 37. For this reason, the stop ring 61 forms a mechanical axial stop against which the sliding sleeve 37 strikes when the actuator 49 is energized. In the case of the sliding sleeve stop against the stop ring 61, the link pins 57 still remain at a free axial distance from the respectively assigned foot section 79 of the sawtooth gate of the shift gate ring 59 spaced. In this way, the link pins 57 can be prevented from shearing off.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit einer Abtriebswelle (9), die in einen ersten Wellenabschnitt (17) und einen zweiten Wellenabschnitt (19) aufgeteilt ist, die mittels einer Formschlusskupplung (21) momentenübertragend miteinander koppelbar sind oder voneinander entkoppelbar sind, wobei die Formschlusskupplung (21) eine Schiebemuffe (37) aufweist, die auf einer Steckverzahnung (39) des ersten Wellenabschnittes (17) drehfest, jedoch axial verschiebbar angeordnet ist, und wobei die Schiebemuffe (37) mittels eines elektrisch ansteuerbaren Aktors (49) in einer axialen Hubbewegung zwischen einer Offenstellung (O) in der die Formschlusskupplung (21) geöffnet ist, und einer Geschlossenstellung (G) verschiebbar ist, in der die Formschlusskupplung (21) geschlossen ist. Erfindungsgemäß wirkt die Schiebemuffe (37) derart bistabil, dass bei unbestromtem Aktor (49) die Schiebemuffe (37) entweder stabil die Offenstellung (O) einnimmt oder stabil die Geschlossenstellung (G) einnimmt, und dass bei bestromtem Aktor (49) die Schiebemuffe zwischen der Offenstellung (O) und der Geschlossenstellung (G) umschaltbar ist.

Description

Antriebsvorrichtung
BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für zum Beispiel eine Fahr zeugachse eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
In einer gattungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist eine Abtriebswelle im An- triebsstrang eingebunden, die in einen ersten Wellenabschnitt und in einen zweiten Wellenabschnitt aufgeteilt ist, die mittels einer Formschlusskupplung momentenübertragend miteinander koppelbar oder voneinander entkoppel bar sind. Die Formschlusskupplung weist eine Schiebemuffe auf, die auf ei ner Steckverzahnung des ersten Wellenabschnittes drehfest, jedoch axial verschiebbar angeordnet ist. Die Schiebemuffe kann mittels eines elektrisch ansteuerbaren Aktors in einer axialen Hubbewegung zwischen einer Offen stellung und einer Geschlossenstellung verschiebbar sein. In der Schiebe- muffen-Offenstellung ist die Formschlusskupplung geöffnet. In der Schiebe- muffen-Geschlossen-Stellung ist die Formschlusskupplung geschlossen. Die Formschlusskupplung kann bei stromlosem Aktor geschlossen sein (das heißt stromlos geschlossene Kupplung) und bei bestromtem Aktor offen sein. In diesem Fall muss die Formschlusskupplung aufwendig so ausgelegt sein, dass sich im Fährbetrieb bei einer Aktor-Funktionsstörung die Formschluss kupplung nicht unbeabsichtigt von ihrer Offenstellung in ihre Schließstellung verstellt.
Aus der DE 10 2010 012 610 A1 ist eine schaltbare Magnetkupplung be kannt. Aus der DE 102012 210 287 A1 ist eine Verbindungsvorrichtung so wie ein Getriebe für einen Fahrzeugantriebsstrang bekannt. Aus der DE 10 2015223 375 A1 ist eine elektromagnetische Klauenschaltung bekannt. Aus der DE 10 2017 127 577 A1 ist eine Kupplungseinheit für einen Antriebs strang mit formschlüssiger Kupplung bekannt. Aus der DE 10 2015 201 854 A1 ist eine elektromagnetische Kupplung zur drehfesten Verbindung zweier drehbarer Wellen bekannt. Aus der DE 102016203285 A1 ist ein Fahrzeug- Antriebsstrangsystem bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung bereitzu stellen, bei der die für die Formschlusskupplung erforderlichen Sicherheits anforderungen in einfacher Weise erfüllt werden können.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist die Schiebemuffe mit einer bistabilen Funktion versehen, mittels der bei unbestromtem Stellak tor die Schiebemuffe entweder eine stabile Offenstellung einnimmt oder eine stabile Geschlossenstellung einnimmt. Erst bei bestromtem Stellglied kann die Schiebemuffe zwischen der Offenstellung und der Geschlossenstellung umgeschaltet werden. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass zum Beispiel bei einer Aktor-Funktionsstörung die Schiebemuffe stabil in ihrer Offenstel lung oder stabil in ihrer Geschlossenstellung verbleiben soll, ohne dass eine dauerhafte Bestromung des Stellglieds erforderlich ist. Beispielsweise kann der mit einem ersten Stromimpuls bestromte Aktor die Schiebemuffe von ih rer Offenstellung in ihre Geschlossenstellung schalten. Der mit einem fol genden zweiten Stromimpuls bestromte Aktor kann die Schiebemuffe von ihrer Geschlossenstellung wieder in ihre Offenstellung schalten. Die erfin dungsgemäße Formschlusskupplung ist daher sowohl stromlos offen als auch stromlos geschlossen.
In einer technischen Umsetzung kann das Stellglied einen Elektromagneten mit zugeordneter Rückstellfeder aufweisen. Bei unbestromtem Stellglied kann die Schiebemuffe in Richtung einer ersten Schiebemuffen-Stellung (insbesondere Geschlossenstellung) vorgespannt sein. Bei bestromtem Stellglied kann der Elektromagnet die Schiebemuffe mittels Magnetkraft ent gegen der Vorspannkraft der Rückstellfeder in die zweite Schiebemuffen- Stellung axial hubverstellen.
Die Schiebemuffe kann zur Bereitstellung ihrer bistabilen Wirkung ein me chanisches Schrittschaltwerk aufweisen. Das Schrittschaltwerk kann so auf die Schiebemuffe einwirken, dass nach impulsartigen Bestromungen bzw. Betätigungen des Aktors das Schrittschaltwerk die Schiebemuffe alternierend stabil in der ersten Schiebemuffen-Stellung oder stabil in der zweiten Schie- bemuffen-Stellung hält.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann das mechanische Schritt schaltwerk aus zumindest einem Kulissenstift und einem damit zusammen wirkenden Schaltkulissenring zusammengesetzt sein. Der Kulissenstift kann an der unverdrehbaren, axial verschiebbaren Schiebemuffe ausgebildet sein. Der Schaltkulissenring kann auf dem ersten Wellenabschnitt drehbar, jedoch axial ortsfest angeordnet sein.
Im Hinblick auf eine bauraum reduzierte Anordnung kann die Schiebemuffe mit einem Schiebemuffen-Überstand axial verlängert sein. Dieser ist Be standteil des mechanischen Schrittschaltwerkes und kann (in einer ver schachtelten Anordnung) radial außerhalb des Schaltkulissenrings positio niert sein. Der Kulissenstift kann vom Innenumfang des Schiebemuffen- Überstands radial nach innen abragen und in Eingriff mit dem Schaltkulissen ring sein.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann der mit dem Kulissenstift zusammenwirkende Schaltkulissenring eine erste Kulissenmimik und eine zweite Kulissenmimik aufweisen. Die erste Kulissenmimik kann am Schaltku- lissenring-Außenumfang ausgebildet sein und (in Axialrichtung) der Form schlusskupplung zugewandt sein sowie längere und verkürzte Axialnuten aufweisen. Diese können in Umfangsrichtung alternierend auf dem Schaltku lissenring angeordnet sein. Zudem kann die Schaltkulisse eine von der Formschlusskupplung abge wandte Kulissenmimik aufweisen. Diese kann sich in Umfangsrichtung mit einem Sägezahnmuster erstrecken. In dem Sägezahnmuster kann jeder Sä gezahn eine flache Anschlagflanke und eine steile Flanke aufweisen. Diese können jeweils an Sägezahn-Scheitel und an Sägezahn-Fußabschnitten zu sammenlaufen.
Bei unbestromtem Aktor kann der Kulissenstift unter Wirkung der Rückstell feder in einer der längeren oder verkürzten Axialnuten angeordnet sein. Bei impulsartig bestromtem Aktor kann der Kulissenstift in der Axialrichtung (ent gegen der Rückstellfeder-Wirkung) gegen eine zugeordnete flache Anschlag flanke des Schaltkulissenrings fahren. Auf diese Weise verdreht sich der Schaltkulissenring um ein vordefiniertes Drehwinkel-Maß. Das Drehwinkel- Maß ist so bemessen, dass in der, nach der Stellglied-Bestromung erfolgen- den Schaltmuffen-Reversierbewegung der Kulissenstift in die benachbarte Axialnut einfährt.
Im Fl inblick auf eine gesteigerte Betriebssicherheit ist es bevorzugt, wenn für den Kulissenstift ein Überlastschutz gegen Abscheren bereitgestellt ist. Der Überlastschutz kann als ein mechanischer Axialanschlag realisiert sein, ge gen den die Schiebemuffe bei bestromtem Stellglied (das heißt bei axialer Flubbewegung) anschlägt. Beim Schiebemuffen-Anschlag kann der Kulis senstift nach wie vor um einen freien Axialabstand von dem zugeordneten Fußabschnitt des Sägezahnmusters des Schaltkulissenrings beabstandet sein, so dass keine Scherkraft auf den Kulissenstift wirkt. Beispielhaft kann der mechanische Axialanschlag als ein vom Schaltkulissenring separater Anschlagring ausgeführt sein. Der Anschlagring kann bevorzugt unmittelbar an der, der Formschlusskupplung zugewandten Stirnseite des Schaltkulis senrings angeordnet sein.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefüg ten Figuren beschrieben.
Es zeigen: Figur 1 eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse;
Figur 2 in einer Teilschnittansicht eine in der Antriebsvorrichtung verbaute Formschlusskupplung, die im geöffneten Kupp lungszustand dargestellt ist; und
Figuren 3 bis 5 jeweils Ansichten, anhand derer der Aufbau und die Funkti onsweise eines in der Formschlusskupplung verbauten Schrittschaltwerkes veranschaulicht ist.
In der Figur 1 ist eine elektrisch antreibbare Fahrzeugachse gezeigt. Die Fahrzeugachse weist eine Elektromaschine EM auf, die über ein Achsdiffe- renzial 3 auf die zum rechten und linken Vorderrad 5 führenden linken und rechten Antriebswellen 7, 9 abtreibt. Die in der Figur 1 gezeigte, vordere rechte Abtriebswelle 9 ist aufgeteilt in einen radseitigen, ersten Wellenab schnitt 17 und in einen achsseitigen, zweiten Wellenabschnitt 19. Diese sind mittels einer Klauenkupplung 21 koppelbar, um im Fährbetrieb die Elektro maschine EM in Antriebsverbindung mit den Fahrzeugrädern 5 zu bringen. Alternativ dazu sind die Wellenabschnitte 17, 19 voneinander abkoppelbar, um im Fährbetrieb sowie bei deaktivierter Elektromaschine EM Schleppver luste zu vermeiden.
Bei geöffneter Klauenkupplung 21 bleibt daher im Fährbetrieb lediglich eine lastlose Ausgleichsbewegung der Ausgleichskegelräder 29 im Achsdifferen- zial 3. Der Rest der Antriebseinheit (das heißt Getriebe und Elektromaschi- ne) kommt dagegen zum Stillstand, so dass Schleppverluste stark reduziert sind. In der Figur 1 ist die Elektromaschine EM der Fahrzeugachse über ein Vor gelege 23 mit einem eingangsseitigen Außenzahnrad 25 des Achsdifferenzi- als 3 trieblich verbunden. An der Ausgangsseite des Achsdifferenzials 3 sind Achskegelräder 27 an den beiden Antriebswellen 7, 9 angebunden. Die Achskegelräder 27 und die damit verzahnten Ausgleichskegelräder 29 sind innerhalb eines Ausgleichsgehäuses 31 des Achsdifferenzials 3 positioniert.
Nachfolgend werden anhand der Figur 2 der Aufbau und die Funktionsweise der Klauenkupplung 21 beschrieben. In der Figur 2 ist das Achskegelrad 27 mit dem achsseitigen Wellenabschnitt 19 verlängert. Radial innerhalb des achsseitigen Wellenabschnitts 19 ist eine zum Vorderrad 5 geführte Steck welle drehgelagert, die den radseitigen Wellenabschnitt 17 bildet. Die Klau enkupplung 21 weist in der Figur 2 achsseitige Schaltklauen 33 und radseiti ge Schaltklauen 35 auf. Diese sind bei geschlossener Klauenkupplung 21 miteinander in Formschlussverbindung. Die radseitigen Schaltklauen 35 sind in der Figur 2 Bestandteile einer Schiebemuffe 37. Die Schiebemuffe 37 ist auf einer Steckverzahnung 39 des radseitigen Wellenabschnitts 17 drehfest, jedoch axial verschiebbar angeordnet. Die achsseitigen Schaltklauen 33 sind auf einem Trägerring 41 ausgebildet, der materialeinheitlich und einstückig an dem achsseitigen Wellenabschnitt 19 angeformt ist.
Die auf dem radseitigen Wellenabschnitt 17 axial verschiebbar angeordnete Schiebemuffe 37 ist in der Figur 2 über einen Aktor 49 mit einem Elektro magneten sowie mit zugeordneter Rückstellfeder 51 betätigbar. Bei un- bestromtem Aktor 49 ist die Schiebemuffe 37 in Richtung ihrer Geschlossen stellung G ferdervorgespannt, in der die Klauenkupplung 21 geschlossen ist. Bei bestromtem Aktor 49 generiert dessen Elektromagnet eine Magnetkraft FM, mittels der die Schiebemuffe 37 in einer Flubbewegung H (Figur 2 oder 5) entgegen der Rückstellfeder-Kraft in Richtung auf ihre Offenstellung 0 axial hubverstellt wird.
Der Schiebemuffe 37 ist ein Schrittschaltwerk 53 zugeordnet. Das Schritt schaltwerk 53 bewirkt eine bistabile Wirkung, bei der bei unbestromtem Aktor 51 die Schiebemuffe 37 entweder stabil in ihrer Offenstellung 0 verbleibt (d.h. die Klauenkupplung 21 ist stromlos offen) oder stabil in ihrer Geschlos senstellung G verbleibt (d.h. die Klauenkupplung 21 ist stromlos geschlos sen). Lediglich bei bestromtem Aktor 49 kann die Schiebemuffe 37 zwischen ihrer Offenstellung 0 und ihrer Geschlossenstellung G umgeschaltet werden. Wird somit der Aktor 49 mit Stromimpulsen beaufschlagt, kann nach jeden Stromimpuls das Schrittschaltwerk 53 die Schiebemuffe 37 alternierend ent weder stabil in der Offenstellung 0 oder stabil in der Geschlossenstellung G halten.
Nachfolgend ist der Aufbau sowie die Funktionsweise des mechanischen Schrittschaltwerkes 53 anhand der Figuren 3 bis 5 beschrieben. Demnach ist die Schiebemuffe 37 an ihrer, von der Klauenkupplung 21 abgewandten Sei te mit einem Schiebemuffen-Überstand 54 verlängert, der Bestandteil des Schrittschaltwerkes 53 ist. Am Innenumfang des Schiebemuffen-Überstands 54 sind insgesamt fünfzehn Kulissenstifte 57 gleichmäßig umfangsverteilt angeordnet, die radial nach innen abragen und in Eingriff mit einem Schalt kulissenring 57 ist. In der Figur 3 ist der Schaltkulissenring 59 radial inner halb des Schiebemuffen-Überstands 54 positioniert Der Schaltkulissenring 59 ist auf dem ersten Wellenabschnitt 17 drehbar, jedoch axial ortsfest zwi schen einem später beschriebenen Anschlagring 61 und einer Ringschulter 63 des ersten Wellenabschnitts 17 angeordnet.
In der Figur 3 ist der Schaltkulissenring 59 in Alleinstellung gezeigt. Dieser weist am Außenumfang eine, der Klauenkupplung 21 zugewandte Kulissen mimik 65 mit längeren Axialnuten 67 und verkürzten Axialnuten 69 auf, die um einen Axialabstand a gegenüber den längeren Axialnuten 67 verkürzt sind. Zudem weist der Schaltkulissenring 59 eine von der Klauenkupplung 21 abgewandte Kulissenmimik 71 mit einem sich in Umfangsrichtung erstre ckenden Sägezahnmuster auf. Im Sägezahnmuster ist jeder Sägezahn mit einer flachen Anschlagflanke 73 und einer steilen Anschlagflanke 75 ausge bildet, die jeweils an Sägezahn-Scheitel 77 und an Sägezahn- Fußabschnitten 79 zusammenlaufen.
Wird die Schiebemuffe 37 entgegen der Rückstellfeder-Kraft durch die Mag netkraft FM des Elektromagneten des Aktors 49 mit einer Flubbewegung H (Figur 2 oder 5) in ihre Offenstellung 0 verstellt, so fahren gemäß der Figur 5 die unverdrehbar an der Schiebemuffe 37 ausgebildeten Kulissenstifte 57 aus der längeren Axialnut 67 des Schaltkulissenrings 59 heraus. Im weiteren Verlauf der Hubbewegung H schlägt jeder der Kulissenstifte 57 gegen jeweils eine zugeordnete flache Anschlagflanke 73 der Sägezahnkulisse und ver dreht im Zusammenwirken mit der flachen Anschlagflanke 73 den Schaltku lissenring 59 in einer Drehbewegung D (Figur 5) um ein definiertes, durch die flache Anschlagflanke 73 vorgegebenes Drehwinkel-Maß. Bei der Hubbewe gung H des Kulissenstifts 57 geraten die Kulissenstifte 57 außer Eingriff mit den längeren Axialnuten 67 des Schaltkulissenrings 59.
Nach Wegfall der vom Elektromagneten ausgeübten Magnetkraft FM erfolgt mittels der Rückstellfeder 51 eine Rückstellbewegung R (Figur 2 oder 5) der Schiebemuffe 73. Das Drehwinkel-Maß ist dabei derart bemessen, dass bei der Rückstellbewegung R der Schiebemuffe 37 jeder Kulissenstift 57 in die jeweils benachbarte Axialnut 67, 69 des Schaltkulissenrings 59 einfährt. Auf diese Weise wirken die Schiebemuffen-Kulissenstifte 57 nach jeder Elektro magnet-Hubbewegung H alternierend entweder mit den verkürzten Axialnu ten 69 derart zusammen, dass die Schiebemuffe 37 in ihre Offenstellung 0 verbracht ist, oder mit den längeren Axialnuten 67 derart zusammen, dass die Schiebemuffe 37 in ihre Geschlossenstellung G verbracht ist.
Nach Wegfall der Magnetkraft FM stellt also die Rückstellfeder 51 die Schie bemuffe 37 selbsttätig zurück in ihre Geschlossenstellung G oder Offenstel lung 0. Die Offen- und Geschlossenstellungen 0, G der Schiebemuffe 37 wechseln alternierend mit jeder impulsartigen Elektromagnet-Aktivierung ab.
Im Hinblick auf einen Überlastschutz der Kulissenstifte 57 gegen ein Absche ren ist es von Vorteil, wenn bei der Elektromagnet-Hubbewegung H der Schiebemuffe 37 die Kulissenstifte 57 nicht bis unmittelbar in Anschlag ge gen die Fußabschnitte 79 der Sägezahn-Kulisse des Schaltkulissenrings 59 kommen. Aus diesem Grund bildet der Anschlagring 61 einen mechanischen Axialanschlag, gegen den die Schiebemuffe 37 bei bestromtem Aktor 49 an schlägt. Beim Schiebemuffen-Anschlag gegen den Anschlagring 61 bleiben die Kulissenstifte 57 nach wie vor um einen freien Axialabstand vom jeweils zugeordneten Fußabschnitt 79 der Sägezahnkulisse des Schaltkulissenrings 59 beabstandet. Auf diese Weise kann ein Abscheren der Kulissenstifte 57 verhindert werden.
BEZUGSZEICHENLISTE:
3 Achsdifferenzial
5 Vorderräder 7, 9 Abtriebswellen der Fahrzeugachse
17 radseitiger Wellenabschnitt
19 achsseitiger Wellenabschnitt
21 Klauenkupplung
23 Vorgelege 25 Außenzahnrad
27 Achskegelräder
29 Ausgleichskegelräder
31 Ausgleichsgehäuse
33 achsseitige Schaltklauen 35 radseitige Schaltklauen
37 Schiebemuffe
39 Steckverzahnung
41 Trägerring
49 Aktor 51 Rückstellfeder
53 Schrittschaltwerk
54 Schiebemuffen-Überstand
57 Kulissenstifte
59 Schaltkulissenring 61 Anschlagring
63 Ringschulter
65 erste Kulissenmimik
67 längere Axialnuten
69 kürzere Axialnuten 71 zweite Kulissenmimik
73 flache Anschlagflanke
75 steile Flanke
77 Sägezahn-Scheitel
79 Sägezahn-Fußabschnitt EM Elektromaschine
0 Offenstellung
G Geschlossenstellung a Axialabstand H Hubbewegung
R Rückstellbewegung
D Drehbewegung
FM Magnetkraft

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
Antriebsvorrichtung mit einer Abtriebswelle (9), die in einen ersten Wel lenabschnitt (17) und einen zweiten Wellenabschnitt (19) aufgeteilt ist, die mittels einer Formschlusskupplung (21) momentenübertragend mit einander koppelbar sind oder voneinander entkoppelbar sind, wobei die Formschlusskupplung (21) eine Schiebemuffe (37) aufweist, die auf ei ner Steckverzahnung (39) des ersten Wellenabschnittes (17) drehfest, jedoch axial verschiebbar angeordnet ist, und wobei die Schiebemuffe (37) mittels eines elektrisch ansteuerbaren Aktors (49) in einer axialen Hubbewegung zwischen einer Offenstellung (0) in der die Form schlusskupplung (21) geöffnet ist, und einer Geschlossenstellung (G) verschiebbar ist, in der die Formschlusskupplung (21) geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (37) bistabil derart wirkt, dass bei unbestromtem Aktor (49) die Schiebemuffe (37) entwe der stabil die Offenstellung (O) einnimmt oder stabil die Geschlossen stellung (G) einnimmt, und dass bei bestromtem Aktor (49) die Schie bemuffe zwischen der Offenstellung (0) und der Geschlossenstellung (G) umschaltbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (49) einen Elektromagneten mit zugeordneter Rückstellfeder (51) aufweist, und dass bei unbestromtem Aktor (49) die Schiebemuffe (37) mittels der Rückstellfeder (51) in Richtung einer ersten Schiebe rn uffen-Stellung (G) vorgespannt ist, und dass bei bestromtem Aktor (49) der Elektromagnet die Schiebemuffe (37) mittels Magnetkraft (FM) entgegen der Rückstellfeder (51) in die zweite Schiebemuffen-Stellung (0) axial hubverstellt.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (37) zur Bereitstellung ihrer bistabilen Wir kung ein mechanisches Schrittschaltwerk (53) aufweist, und dass das Schrittschaltwerk (53) so auf die Schiebemuffe (37) einwirkt, dass nach impulsartigen Bestromungen des Aktors (49) das Schrittschaltwerk (53) die Schiebemuffe (37) alternierend entweder stabil in der ersten Schie- bemuffen-Stellung (G) oder stabil in der zweiten Schiebemuffen- Stellung (0) hält.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich das mechanische Schrittschaltwerk (53) aus zumindest einem Ku lissenstift (57), der an der unverdrehbaren, axial verschiebbaren Schie bemuffe (37) ausgebildet ist, und einem Schaltkulissenring (59) zu sammensetzt, der auf dem ersten Wellenabschnitt (17) drehbar, jedoch axial ortsfest angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (37) mit einem Schiebemuffen-Überstand (54) axial verlängert ist, der Bestandteil des mechanischen Schrittschaltwerks (53) ist und/oder dass Schiebemuffen-Überstand (54) radial außerhalb des Schaltkulissenrings (53) angeordnet ist, und/oder dass der Kulis senstift (57) vom Innenumfang des Schiebemuffen-Überstands (54) ra dial nach innen abragt und in Eingriff mit dem Schaltkulissenring (59) ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkulissenring (59) am Außenumfang eine der Form schlusskupplung (21) zugewandte Kulissenmimik (65) mit längeren Axi alnuten (67) und kürzeren Axialnuten (69) aufweist, die in Umfangsrich tung alternierend angeordnet sind, und dass der Schaltkulissenring (59) eine von der Formschlusskupplung (21) abgewandte Kulissenmimik (71) aufweist, die sich in Umfangsrichtung mit einem Sägezahnmuster erstreckt, in dem jeder Sägezahn eine flache Anschlagflanke (73) und eine steile Flanke (75) aufweist, die an Sägezahn-Scheitel (77) und an Sägezahn-Fußabschnitten (79) zusammenlaufen.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei unbestromtem Aktor (49) der Kulissenstift (57) unter Wirkung der Rückstellfeder (51) in einer der Axialnuten (67, 69) des Schaltkulissen- rings (59) angeordnet ist, und dass bei impulsartig bestromtem Aktor (39) der Kulissenstift (57) in Axialrichtung gegen eine zugeordnete fla che Anschlagflanke (73) des Schaltkulissenrings (59) fährt, wodurch sich der Schaltkulissenring (59) um ein vordefiniertes Drehwinkel-Maß verdreht, und dass insbesondere das Drehwinkel-Maß so bemessen ist, dass in der nach dem Verdreh-Vorgang erfolgenden Schaltmuffen- Rückstellbewegung (R) der Kulissenstift (57) in die benachbarte Axial nut (67, 69) einfährt. 8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für den Kulissenstift (57) ein Überlastschutz gegen Abscheren bereitge stellt ist, und dass insbesondere der Überlastschutz ein mechanischer Axialanschlag (61 ) ist, gegen den die Schiebemuffe (37) bei bestrom tem Aktor (49) anschlägt, und dass bei einem solchen Schiebemuffen- Anschlag der Kulissenstift (57) nach wie vor um einen freien Axialab stand vom zugeordneten Fußabschnitt (79) des Sägezahnmusters der Schaltkulissenrings (59) beabstandet ist.
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