Gebiet der Erfindung

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.

Stand der Technik

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.

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.

In diesem Zusammenhang rückt insbesondere eine zuverlässige und zeitoptimier- te Aktuierung des Kopplungsvorgangs und/oder des Entkopplungsvorgangs in den Fokus des Interesses.

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

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine alternative Aktuatoranordnung anzugeben, wobei insbesondere eine energieeffiziente und zuverlässige Aktuierung eines rotierenden Schaltelements dargestellt wird.

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.

Die erfindungsgemäße Aktuatoranordnung dient dem wahlweisen Betätigen eines rotierenden Schaltelements.

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.

Die Begrifflichkeit„axial" beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu der zentralen Achse. Die Begrifflichkeit„radial" beschreibt eine Richtung normal auf die zentrale Achse.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung sind die Betätigungseinheit und das Schaltelement über den Kugel-Nut-Mechanismus wirkverbunden.

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.

Vermittels der erfindungsgemäßen Ausbildung der vorliegenden Aktuatoranord- nung wird eine einfache, bauteiloptimierte sowie energieeffiziente Ausführung der Aktuatoranordnung realisiert.

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.

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.

Besonders bevorzugt ist der Kugel-Nut-Mechanismus im Bereich des Überlap- pungsabschnitts zwischen dem Schaltelement und der Betätigungseinheit ausgebildet.

Derart wird auf einfache Art und Weise eine hinsichtlich Bauraum und Bauteilaufwand optimierte Aktuatoranordnung gestaltet.

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.

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.

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.

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.

Das Betätigungselement ist beispielsweise elektromagnetisch, elektromechanisch oder elektrohydraulisch wirkend ausgeführt.

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.

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.

Die Übergangsbereiche zwischen den einzelnen Innenkonturabschnitten sind vorzugsweise konisch ausgeführt.

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 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.

Weiterhin ist die Steuernut kugelbahnartig mit einer Steigung ausgebildet. Die Steuernut weist vorzugsweise mehrere Steuernut-Segmente auf.

Die Steuernut-Segmente weisen beispielsweise unterschiedliche Steigungen auf.

Durch die Untergliederung der Steuernut in mehrere Steuernut-Segmente wird eine äußerst variable Gestaltungsmöglichkeit der Steuernut erzielt - einzelne

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.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

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.

Fig. 2 zeigt eine Detailansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung bei Aktuierung einer axialen Bewegung eines Schaltelements.

Fig. 3 zeigt eine Detailansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung mit einem Schaltelement in einer zweiten Endposition.

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.

Fig. 14 zeigt eine Detailansicht aus Fig. 3. Fig. 15 zeigt eine perspektivische Detailansicht eines weiteren

Schaltelements.

Fig. 16 zeigt eine weitere Kraftfahrzeugarchitektur umfassend eine erfindungsgemäße Aktuatoranordnung für die wahlweise Betätigung des Schaltelements in zwei Schaltstellungen.

Fig. 17 zeigt eine dritte Kraftfahrzeugarchitektur umfassend eine erfindungsgemäße Aktuatoranordnung für die wahlweise Be- tätigung des Schaltelements in zwei Schaltstellungen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung Fig. 1 - Fig. 8 zeigen unterschiedlichste Detailansichten der erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung 1 in Verbindung mit einem Schaltelement 2.

Die Aktuatoranordnung 1 dient dem wahlweisen Betätigen des rotierenden Schaltelements 2, hier einer Schaltmuffe.

Die Aktuatoranordnung 1 umfasst eine Betätigungseinheit 3 und einen Kugel-Nut- Mechanismus 4.

Das Schaltelement 2 und die Betätigungseinheit 3 sind im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und koaxial entlang einer zentralen Achse 5 angeordnet.

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.

Vermittels der Betätigungseinheit 3 ist das Schaltelement 2 über den Kugel-Nut- Mechanismus 4 in eine axiale Richtung entlang der zentralen Achse 5 steuerbar.

Der Kugel-Nut-Mechanismus 4 ist derart ausgebildet, dass durch die Betätigungs- einheit 3 über den Kugel-Nut-Mechanismus 4 eine Steuerung des Schaltelements

2 von einer ersten Endposition in eine zweite Endposition, oder umgekehrt, erfolgt, so dass das Schaltelement 2 eine axiale Bewegung ausführt.

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.

3 zeigt die zweite Endposition des Schaltelements 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.

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.

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.

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.

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).

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).

Die Steuernut 13 ist spiralförmig entlang der Schaltelement-Außenkontur 15 aus- gebildet (Fig. 5 - Fig. 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.

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).

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).

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 .

Die Steuerung der„Disconnecf'-Einheit 39 und somit der erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung 1 erfolgt durch eine Steuereinheit (nicht dargestellt) über eine elektrische Steuerleitung 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.

. 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.

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.

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.

Bezugszeichenliste

1 Aktuatoranordnung

2 Schaltelement

3 Betätigungseinheit

4 Kugel-Nut-Mechanismus

5 Zentrale Achse

6 Überlappungsabschnitt

7 Eingangselement

8 Gehäuse

9 Betätigungselement

10 Betätigungsscheibe

1 1 , 1 1 ', 1 1 " (erster, zweiter, dritter) Innenkonturabschnitt

12, 12', 12" (erste, zweite, dritte) radiale Position

13, 13' Steuernut

14 Kugel

15 Außenkontur (des Schaltelements)

16 Käfig

17, 17', 17" Steuernut-Segmente

18 Mitnahmeverzahnung

19 Schaltelement-Innenkontur

20 Ausgangselement

21 Koppelelement

22 Betätigungsscheiben-Rückstellfeder

23 Federpaket

24, 24' Ringnut

25 Permanentmagnet

26 Luftspalt

30 Verbrennungskraftmaschine 31 Hauptgetriebe

32 Verteilergetriebe

33 Kardanwelle zur Hinterachse

34 Kardanwelle zur Vorderachse

35 Vorderachsgetriebe

36 Hinterachsgetriebe

37 Vordere Seitenwelle

38 Hintere Seitenwelle

39 „Disconnecf'-Einheit

40 Elektrische Steuerleitung

41 Vorderachse

42 Hinterachse

43 Elektrische Maschine

44 Reduktionsgetriebe

45 Schalteinheit