Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung zur Betätigung ei nes kupplungsgesteuerten Verteilergetriebes mit einem zweistufigen Zwischenge triebe sowie ein mit einer solchen Betätigungsvorrichtung ausgestattetes kupp lungsgesteuertes Verteilergetriebe mit einem zweistufigen Zwischengetriebe mit einer ersten Schaltstufe und einer zweiten Schaltstufe, wobei die Betätigungsvor richtung sowohl die Kupplung wie auch das zweistufige Zwischengetriebe betätigt.

Stand der Technik

Zweistufige Verteilergetriebe mit einer aktiven Kupplung verfügen typischerweise über ein Betätigungssystem, das einen „High-/Low-“ Gang und eine Kupplung betätigt. Das Betätigungssystem ist in den meisten Fällen elektromechanisch ausgebildet. Wenn das System im Fahrzeug aktiviert ist, beispielsweise durch ein Signal „Zündung an“, muss dieses Betätigungssystem initialisiert werden. Dies erfordert in der Regel einen zusätzlichen Drehpositionssensor, damit das elektro mechanische Aktuatorsystem seine Nullposition genau kennt. Dies ist aus Grün den der Genauigkeit, aber auch der funktionalen Sicherheit notwendig. Das me chanische Betätigungssystem benötigt ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis, um hohe Kräfte für die Kupplungsbetätigung und den „Fligh-/Low-“ Schaltbetrieb zu gewährleisten. Obwohl der Stellgliedmotor über einen internen Positionssensor verfügt, kann die absolute Nullposition nicht geschätzt werden. Zusammenfassung der Erfindung

Einerseits ist es Aufgabe der Erfindung eine Betätigungsvorrichtung zur Betäti gung eines kupplungsgesteuerten Verteilergetriebes mit einem zweistufigen Zwi schengetriebe anzugeben, die sich insbesondere durch einen reduzierten Kosten aufwand auszeichnet.

Andererseits ist es Aufgabe der Erfindung ein verbessertes kupplungsgesteuertes Verteilergetriebe anzugeben.

Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 5 gedeckt werden. Vorteilhafte Ausfüh rungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung dient der Betätigung eines kupp lungsgesteuerten Verteilergetriebes mit einem zweistufigen Zwischengetriebe.

Erfindungsgemäß weist die Betätigungsvorrichtung einen Elektromotor und zu mindest eine direkt oder indirekt über den Elektromotor drehbare Komponente auf.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung sind an der drehbaren Komponente zwei Kulissen, nämlich eine erste Kulisse und eine zweite Kulisse, angeordnet.

Die drehbaren Komponenten sind erfindungsgemäß so ausgebildet und angeord net, dass sie jeweils zumindest einen Anschlag für ein positionsfestes federbelas tetes Element darstellen.

Das positionsfeste federbelastete Element kann beispielsweise als eine über eine Feder in Richtung der Kulissen vorgespannte Kugel ausgeführt sein.

Die drehbare Komponente ist vorzugsweise um 360° um eine Drehachse drehbar in eine erste Drehrichtung und in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung.

Bevorzugt sind die erste Kulisse und/oder die zweite Kulisse asymmetrisch aus gebildet und zwar derart, dass lediglich in eine Drehrichtung ein überdrückbarer Anschlag ausgebildet ist.

Alternativ dazu sind die erste Kulisse und/oder die zweite Kulisse spiegelsymmet risch ausgebildet und zwar derart, dass in beide Drehrichtungen ein überdrückba rer Anschlag ausgebildet ist.

Das erfindungsgemäße kupplungsgesteuerte Verteilergetriebe weist eine Kupp lung, ein zweistufiges Zwischengetriebe und eine Betätigungsvorrichtung zur Betä tigung eines kupplungsgesteuerten Verteilergetriebes mit einem zweistufigen Zwischengetriebe auf.

Die Kupplung dient der wahlweisen Steuerung der Verteilung von Antriebsmoment auf zumindest zwei Antriebsachsen eines Kraftfahrzeugs. Die Kupplung ist bevor zugt als Reibungskupplung, nämlich als Einscheibenkupplung oder Reiblamellen kupplung, ausgeführt.

Das zweistufige Zwischengetriebe weist entsprechend der vorliegenden Erfindung eine erste Schaltstufe und eine zweite Schaltstufe auf. Die erste Schaltstufe ist dabei beispielsweise für einen Straßenbetrieb ausgelegt und die zweite Schaltstu fe beispielsweise für einen Gelände- und/oder schweren Zugbetrieb. Ein solches zweistufiges Zwischengetriebe kann beispielsweise durch ein Planetenradgetriebe verwirklicht sein, bei dem zum Beispiel vermittels mindestens einer Klauenkupp- lung ein oder mehrere Stufen relativ zueinander und/oder relativ zu einem ruhen den Gehäuse und/oder relativ zu einer Welle gesperrt werden können, wodurch sich das Übersetzungsverhältnis ändert.

Über die Betätigungsvorrichtung ist erfindungsgemäß sowohl die Kupplung wie auch das zweistufige Zwischengetriebe schaltbar. Die Betätigungsvorrichtung weist erfindungsgemäß einen Elektromotor und eine direkt oder indirekt über den Elektromotor drehbare Komponente auf.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung sind an der über den Elektromotor direkt oder indirekt drehbaren Komponente zwei Kulissen, nämlich eine erste Kulisse und eine zweite Kulisse, angeordnet. Die beiden Kulissen sind erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass sie jeweils zumindest einen Anschlag für ein positionsfes tes federbelastetes Element darstellen.

Der Elektromotor ist in eine erste Drehrichtung und in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung drehbar.

Bevorzugt ist die erste Kulisse asymmetrisch ausgebildet und stellt lediglich beim Übergang von einem zweiten Drehwinkelbereich in einen ersten Drehwinkelbe reich einen überdrückbaren Anschlag dar.

Alternativ dazu kann die erste Kulisse spiegelsymmetrisch ausgeführt sein und so sowohl beim Übergang vom zweiten Drehwinkelbereich in den ersten Drehwinkel bereich wie auch umgekehrt einen überdrückbaren Anschlag darstellen.

Weiterhin bevorzugt ist die zweite Kulisse asymmetrisch ausgebildet ist und stellt lediglich beim Übergang von einem dritten Drehwinkelbereich in den ersten Dreh winkelbereich einen überdrückbaren Anschlag dar. Alternativ dazu kann die zweite Kulisse spiegelsymmetrisch ausgeführt sein und so sowohl beim Übergang vom dritten Drehwinkelbereich in den ersten Drehwin kelbereich wie auch umgekehrt einen überdrückbaren Anschlag darstellen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeich nungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine isometrische Ansicht eines kupplungsgesteuerten

Verteilergetriebes mit einem zweistufigen Zwischengetriebe.

Fig. 2 zeigt eine isometrische Ansicht einer beispielhaften Ausfüh rungsvariante einer ersten Kulisse und einer zweiten Kulisse an einer über einen Elektromotor drehbaren Komponente ei ner Betätigungsvorrichtung.

Fig. 3 zeigt eine weitere Darstellung der in Fig. 2 gezeigten Kom ponente.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm zur Darstellung von Drehwinkelberei chen einer über einen Elektromotor direkt oder indirekt dreh baren Komponente einer Betätigungsvorrichtung.

Fig. 5 zeigt schematisch die Funktion von Kulissen an einer über einen Elektromotor direkt oder indirekt bewegten Komponen te in Bezug auf das in Fig. 2 dargestellte Diagramm mit einer ersten Ausführungsvariante eines federbelasteten Elements. Fig. 6 zeigt schematisch die Funktion von Kulissen an einer über einen Elektromotor direkt oder indirekt bewegten Komponen te in Bezug auf das in Fig. 2 dargestellte Diagramm mit einer ersten Ausführungsvariante eines federbelasteten Elements.

Fig. 7 zeigt die Funktionsweise eines überdrückbaren Anschlags in

Bezug auf eine Bestromung eines Elektromotors.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt ein beispielhaftes kupplungsgesteuertes Verteilergetriebe 2 mit einem zweistufigen Zwischengetriebe 3, das sich zur Ausführung mit einer erfindungs gemäßen Betätigungsvorrichtung 1 eignet.

Das kupplungsgesteuerte Verteilergetriebe 2 weist eine Kupplung 11 , nämlich eine Reiblamellenkupplung, und ein zweistufiges Zwischengetriebe 3 mit einer ersten Schaltstufe Fl und einer zweiten Schaltstufe L auf.

Sowohl die Kupplung 11 wie auch das zweistufige Zwischengetriebe 3 sind über die Betätigungsvorrichtung 1 schaltbar.

Die Betätigungsvorrichtung 1 weist einen Elektromotor auf. Der Elektromotor betä tigt über ein Schneckengetriebe mit einer Schneckenwelle (nicht dargestellt) und einem Schneckenrad 14 eine Schaltwelle 15.

Auf der Schaltwelle 15 ist eine Kupplungsnocke 16 zur Betätigung der Kupplung 11 und eine Schaltkulisse 17 zur Betätigung des zweistufigen Zwischengetriebes 3 angeordnet. Das Schneckenrad 14, die Schaltkulisse 17 sowie die Kupplungsnocke 16 stellen jeweils indirekt über den Elektromotor drehbare Komponenten 5 der Betätigungs vorrichtung 1 dar. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind an dem Schneckenrad 14 zwei Kulissen, nämlich eine erste Kulisse 6 und eine zweite Kulisse 7, angeordnet. Fig. 2 und Fig. 3 zeigen unterschiedliche Ansichten des Schneckenrads 14. Die beiden Kulissen 6, 7 sind dabei axial angeordnet, sie kön nen in einer alternativen Ausführungsvariante jedoch auch radial angeordnet sein.

Die Richtungsangabe „axial“ beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu einer Drehachse 10 der drehbaren Komponente 5. Die Richtungsangabe „radial“ beschreibt eine Richtung normal zu der Drehachse 10 der drehbaren Komponente 5.

Fig. 4 stellt in Form eines Winkeldiagramms die Regel- bzw. Drehwinkelbereiche des Elektromotors und somit die Drehung der drehbaren Komponente 5, nämlich des Schneckenrads 14, dar. In dem Winkeldiagramm sind zwei Linien, nämlich eine erste Linie X und eine zweite Linie Y, die die Ruhepositionen des Elektromo tors in der entsprechenden Schaltstufe H, L des zweistufigen Zwischengetriebes 3 kennzeichnen und zwei Pfeile, die die beiden Drehrichtungen, nämlich die erste Drehrichtung I und die zweite Drehrichtung II, des Elektromotors und somit der drehbaren Komponente 5 kennzeichnen, dargestellt. An den durch die Linien X, Y gekennzeichneten Ruhepositionen befindet sich der Elektromotor im Stillstand.

Die über den Elektromotor drehbare Komponente 5, nämlich das Schneckenrad 14, ist um 360° um die Drehachse 10 drehbar und zwar in die erste Drehrichtung I und in die der ersten Drehrichtung I entgegengesetzten zweiten Drehrichtung II.

Ein erster Drehwinkelbereich D1 entspricht einem Winkel für die Schaltung zwi schen der ersten Schaltstufe Fl und der zweiten Schaltstufe L. Ein zweiter Dreh winkelbereich D2 entspricht einer Aktuierung der Kupplung 11 in der ersten Schaltstufe H und ein dritter Drehwinkelbereich D3 entspricht einer Aktuierung der Kupplung 11 in der zweiten Schaltstufe L.

Die Ruhepositionen des Elektromotors in der jeweiligen Schaltstufe H, L des zwei stufigen Zwischengetriebes 3 entsprechen den Positionen der beiden Kulissen 6,

7 und somit der überdrückbaren Anschläge 8, 8‘ in Fig. 2. Die erste Kulisse 6 ist in erster Drehrichtung I (in Bezug auf Fig. 4gegen den Uhrzeigersinn) funktionswirk sam beim Übergang von dem zweiten Drehwinkelbereich D2 zum ersten Drehwin kelbereich D1 angeordnet und die zweite Kulisse 7 ist in zweiter Drehrichtung II (in Bezug auf Fig. 4 mit dem Uhrzeigersinn) beim Übergang von dem dritten Dreh winkelbereich D3 in zum ersten Drehwinkelbereich D1 angeordnet, d.h. die erste Kulisse 6 ist im Bereich der ersten Linie X angeordnet und die zweite Kulisse 7 ist im Bereich der zweiten Linie Y angeordnet. Die erste Kulisse 6 und die zweite Kulisse 7 sind derart ausgebildet und angeordnet, dass sie jeweils einen über drückbaren Anschlag 8, 8‘ für ein positionsfestes federbelastetes Element 9 dar stellen (Fig. 5, Fig. 6). Und zwar bildet die erste Kulisse 6 in erster Drehrichtung I einen überdrückbaren Anschlag 8 beim Übergang von dem zweiten Drehwinkelbe reich D2 in den ersten Drehwinkelbereich D1 und die zweite Kulisse 7 in zweiter Drehrichtung II einen überdrückbaren Anschlag 8‘ beim Übergang von dem dritten Drehwinkelbereich D3 in den ersten Drehwinkelbereich D1 aus (Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6).

Die erste Kulisse 6 weist bei dem Übergang von dem zweiten Drehwinkelbereich D2 in den ersten Drehwinkelbereich D1 eine erste Rampe 18 auf. Diese erste Rampe 18 dient als überdrückbarer Anschlag 8 und ermöglicht die Realisierung der Flauptfunktion in der ersten Schaltstufe H, nämlich der Bestimmung der Null position der Betätigungsvorrichtung 1 in der ersten Schaltstufe H. Weiterhin weist die erste Kulisse 6 eine erste Gegenrampe 19 auf, die flacher ausgeführt ist als die erste Rampe 18 und in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel keine Funktion hat. Die erste Gegenrampe 19 muss beim „Durchschalten“ in die jeweilige Rich- tung, d.h. von dem ersten Drehwinkelbereich D1 in den zweiten Drehwinkelbereich D2 in zweiter Drehrichtung II, durchfahren werden. Die erste Kulisse 6 und die zweite Kulisse 7 sind spiegelsymmetrisch aufgebaut (Fig. 5, Fig. 6). Die zweite Kulisse 7 weist bei dem Übergang von dem dritten Drehwinkelbereich D3 in den ersten Drehwinkelbereich D1 eine zweite Rampe 20 auf. Diese zweite Rampe 20 dient als überdrückbarer Anschlag 8‘ und ermöglicht die Realisierung der Flaupt- funktion in der zweiten Schaltstufe L, nämlich der Bestimmung der Nullposition der Betätigungsvorrichtung 1 in der zweiten Schaltstufe L. Weiterhin weist die zweite Kulisse 7 eine zweite Gegenrampe 21 auf, die flacher ausgeführt ist als die zweite Rampe 20 und in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenso keine Funktion hat. Die zweite Gegenrampe 21 muss beim „Durchschalten“ in die jeweilige Rich tung, d.h. von dem ersten Drehwinkelbereich D1 in den dritten Drehwinkelbereich D3 in erster Drehrichtung I, durchfahren werden.

Die überdrückbaren Anschläge 8, 8‘ erlauben somit eine Kalibrierung (Nullpunkt suche) der Betätigungsvorrichtung 1 während einer Initialisierung des Verteilerge triebes 2. Für diese Kalibrierung wird lediglich ein geringes bis durchschnittliches Drehmoment seitens des Elektromotors benötigt. Übersteigt dieses Drehmoment einen definierten Wert, so wird der jeweilige überdrückbare Anschlag 8, 8‘ über drückt.

Fig. 5 und Fig. 6 unterscheiden sich lediglich in der Ausführung des federbelaste ten Elements 9. In Fig. 5 wird eine Kugel 23 mittels der Federkraft einer Feder 24 gegen die Stirnseite der drehbaren Komponente 5, nämlich des Schneckenrads 14, und somit gegen die Kulissen 6, 7 gedrückt. Die Feder 24 und die Kugel 23 sind in einem Gehäuse 25 entlang der Längsachse 26 des Gehäuses axial be wegbar angeordnet. In Fig. 6 wird das federbelastete Element 9 durch eine an einem Ende abgerundete Hülse 27 dargestellt, dass über die Federkraft einer Feder 24‘ gegen die Stirnseite der drehbaren Komponente 5, nämlich des Schne ckenrads 14, und somit gegen die Kulissen 6, 7 gedrückt wird. In Fig. 7 wird eine funktionale Darstellung der Wirkweise der Anschläge 8, 8‘ in Bezug auf die Bestromung des Elektromotors (Motor-Strom IEM) gezeigt. Der senkrechte Pfeil 22 beschreibt den Anstieg des Motor-Stroms IEM in Pfeilrichtung. Im Bereich der überdrückbaren Anschläge 8, 8‘, nämlich in einem niedrigen An- schlagsbestromungsbereich A des Elektromotors, soll das System reproduzierbar als harter mechanischer Anschlag arbeiten. In diesem Bereich findet die Kalibrie rung statt, wodurch eine hohe Genauigkeit bei der Anschlagsuche erreicht werden kann. Für eine robuste Funktion ist ein Toleranzbestromungsbereich B des Stroms des Elektromotors zu berücksichtigen. Der Toleranzbestromungsbereich B dient als Sicherheit um mechanische Flysterese und Ungenauigkeiten abzudecken und so das System nicht zu früh freizugeben. Im Freigabebestromungsbereich C sind hohe Stellgliedmomente erforderlich - in diesem Bereich kann der jeweilige über- drückbare Anschlag 8, 8‘ überdrückt werden und in die entsprechende Schaltstufe H, L geschalten werden.

Bezuqszeichenliste

1 Betätigungsvorrichtung

2 Kupplungsgesteuertes Verteilergetriebe

3 Zweistufiges Zwischengetriebe

5 Drehbare Komponente

6 Erste Kulisse

7 Zweite Kulisse

8, 8‘ Überd rückbarer Anschlag

9 Federbelastetes Element

10 Drehachse

11 Kupplung

14 Schneckenrad

15 Schaltwelle

16 Kupplungsnocke

17 Schaltkulisse

18 Erste Rampe

19 Erste Gegenrampe

20 Zweite Rampe

21 Zweite Gegenrampe

22 Senkrechter Pfeil (Anstieg des Motor-Stroms)

23 Kugel 24, 24‘ Feder

25 Gehäuse

26 Längsachse des Gehäuses

27 Hülse

I Erste Drehrichtung

II Zweite Drehrichtung IEM Motor-Strom

A Anschlagsbestromungsbereich

B Toleranzbestromungsbereich C Freigabebestromungsbereich

X Erste Linie

Y Zweite Linie H Erste Schaltstufe L Zweite Schaltstufe

D1 Erster Drehwinkelbereich

D2 Zweiter Drehwinkelbereich D3 Dritter Drehwinkelbereich