Die Erfindung betrifft eine Kopplungseinheit zur reversiblen Kopplung einer Antriebsseite mit einer Abtriebsseite eines Antriebsstrangs.

Eine solche Kopplungseinheit, oft auch „Disconnect Unit“ oder „Disconnect-Einheit“ genannt, kommt beispielsweise bei Antriebsaggregaten eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz, beispielsweise einer Antriebsachse, bei der es sich auch um eine elektrische Achse, oft e-Achse genannt, handeln kann. Die Kopplungseinheit dient dazu, eine Antriebsseite, an der ein Drehmoment anliegt, reversibel mit einer Abtriebsseite, an die das Drehmoment zu übertragen ist und wo es weitergeleitet wird, zu koppeln. Sie kann beispielsweise zwischen einer Antriebseinheit und einer Zwischenwelle angeordnet sein, um einen Ausgang der Antriebseinheit, also die Antriebsseite, mit dem Eingang der Zwischenwelle, also der Abtriebsseite, zu koppeln. Auch eine Anordnung zwischen einer solchen Zwischenwelle und einem Differenzial ist denkbar, wobei dann die Zwischenwelle, an der das vom Antrieb kommende Drehmoment anliegt, die Antriebsseite darstellt, während das Differenzial, an das das Drehmoment übertragen wird, die Abtriebsseite darstellt. Die Kopplungseinheit kann also an unterschiedlichen Positionen in einen solchen Antriebsstrangs integriert werden. Dabei ist die Kopplungseinheit schaltbar, um über ein ansteuerbares Schaltmittel, also einen Aktor, eine drehmomentfeste Kopplung der Antriebs- und der Abtriebsseite zu erwirken respektive auch wieder aufzuheben.

Eine solche Kopplungseinheit verbindet zwei verzahnte Elemente an der Antriebsund der Abtriebsseite, das heißt, dass an der Antriebsseite ein außenverzahntes Antriebselement, beispielsweise ein erstes Zahnrad, angeordnet ist, während an der Abtriebsseite ein außenverzahntes Abtriebselement, beispielsweise ein zweites Zahnrad, vorgesehen ist, die über ein Kopplungselement reversibel verbunden werden. Ein solches Kopplungselement ist regelmäßig in Form einer linear verschiebbaren Schaltmuffe vorgesehen, die auf dem Antriebselement sitzt, also antriebsseitig vorgesehen ist, und mit einer Innenverzahnung in die Außenverzahnung des Antriebselements eingreift. Mittels eines Aktors kann die Schaltmuffe zum Koppeln der Antriebs- mit der Abtriebsseite längs der Außenverzahnung des Antriebselements verschoben und über das Abtriebselement geschoben werden, sodass die Innenverzahnung der Schaltmuffe zusätzlich auch in die Außenverzahnung des Abtriebselements greift. Das Antriebselement und das Abtriebselement sind dann über die sie beide umgreifende, sie über den Verzahnungseingriff verbindende Schaltmuffe drehfest miteinander gekoppelt, sodass das an der Antriebsseite anstehende Drehmoment an die Abtriebsseite übertragen werden kann.

Die Integration des Aktors erfordert einen entsprechenden Bauraum, der in einem Getriebe aber oft nicht in ausreichendem Maß an einer bevorzugten Montageposition vorhanden ist.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine verbesserte Kopplungseinheit anzugeben.

Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß eine Kopplungseinheit zur reversiblen Kopplung einer Antriebsseite mit einer Abtriebsseite eines Antriebsstrangs vorgesehen, umfassend eine linear verschiebbare Schaltmuffe, die auf einem Antriebselement der Antriebsseite sitzt und mit einer Innenverzahnung in eine Außenverzahnung des Antriebselements eingreift, und die aus einer Entkopplungsstellung längs der Außenverzahnung über ein Abtriebselement der Abtriebsseite unter Eingriff der Innenverzahnung auch in eine Außenverzahnung des Abtriebselements in eine Kopplungsstellung schiebbar ist, wobei zum Verschieben der Schaltmuffe ein Aktor vorgesehen ist, der einen linear verschiebbaren Kolben und eine mit dem Kolben gekoppelte Schaltstange, die mit der Schaltmuffe verbunden ist, aufweist, wobei der Kolben in einem aus einem Metallblech bestehenden, topfförmigen Zylinderbauteil geführt ist, das an einer Seite eine von der Schaltstange durchsetzte Öffnung aufweist und an der anderen Seite über einen Deckel, der eine von der Schaltstange durchsetzte Öffnung aufweist, geschlossen ist, wobei das Zylinderbauteil in der Montagestellung in eine formkompatible Aufnahme in einer Wand eines Getriebes eingesetzt ist. Die Erfindung sieht die Anordnung respektive Integration des Aktors direkt in einer entsprechenden Aufnahme, die in einer Wand eines Getriebes, in welches ein solcher Aktor respektive die Kopplungseinheit verbaut ist, vor. Dieses Getriebe ist beispielsweise Teil einer e-Achse oder eines anderen Antriebsaggregats. Bei der Wand kann es sich um eine Wand des Getriebegehäuses handeln, oder eine Zwischenwand, über die das Getriebe unterteilt ist. Durch die Ausbildung dieser Wand mit einer entsprechenden, formkompatiblen Aufnahme ist es folglich möglich, den Aktor unmittelbar wandseitig zu positionieren und entsprechend in die Aufnahme zu versenken, so dass für seine Montage kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird.

Der Aktor, bei dem es sich bevorzugt um einen hydraulischen Aktor handelt, weist einen Kolben auf, der linear in einem Zylinderbauteil respektive einem dort ausgebildeten Zylinderabschnitt geführt ist. Erfindungsgemäß ist dieses Zylinderbauteil aus einem einfachen, möglichst dünnen Metallblech hergestellt, bevorzugt durch Tiefziehen. Dieses Zylinderbauteil ist entsprechend topfförmig ausgeführt, weist also eine spezifische Geometrie auf und ist an einer Seite mit einer entsprechenden Öffnung oder Bohrung versehen, die einen Führungsabschnitt für die Schaltstange, die mit dem Kolben gekoppelt ist, bildet. An der anderen Seite ist das Zylinderbauteil über einen lösbaren Deckel mit einer von der Schaltstange durchsetzten, an dieser Seite einen Führungsabschnitt bildenden Öffnung geschlossen. Der Deckel ermöglicht einerseits die Integration der Schaltstange und des Kolbens in das Zylinderbauteil und andererseits kann durch Befestigen oder Anordnen des Deckels der Zylinder auch geschlossen werden, so dass sich ein Unterzusammenbau ergibt, bestehend aus Zylinderbauteil, Schaltstange, Kolben und Deckel sowie entsprechenden Dichtelementen, die zur Ausbildung entsprechender Druckräume dienen, in die das Hydraulikfluid oder die Druckluft eingepresst wird. Dieser Unterzusammenbau kann nun vorteilhaft im Rahmen einer Vormontage aufgebaut werden, so dass der Aktor auf seine Funktionsfähigkeit getestet werden kann. Einfach ist auch die Montage, da dieser Unterzusammenbau im Rahmen der Montage lediglich wandseitig in die Aufnahme eingesetzt und fixiert werden muss. Die Aufnahme selbst weist eine entsprechende Durchbrechung auf, durch die die Schaltstange greift, an der wie beschrieben beispielsweise die Schaltgabel angeordnet ist, die mit der Schaltmuffe gekoppelt ist.

Zur Ausbildung der formkompatiblen Vertiefung wird das die Wand bildende Bauteil bevorzugt, was die Grundgeometrie angeht, bereits entsprechend profiliert. Bei dem Wandbauteil handelt es sich z.B. um ein Bauteil aus Aluminium oder ein Metallgussbauteil, an dem die grundlegende dreidimensionale Geometrie auch der Ausnehmung im Rahmen der Bauteilherstellung bereits ausbildbar ist. Denkbar wäre es, den Kolben unmittelbar in die zylindrische Ausnehmung einzusetzen und über Dichtelemente direkt an der Zylinderwandung der Ausnehmung zu führen. Dies setzt jedoch voraus, dass die Zylinderinnenwandung entsprechend aufwändig zerspanend bearbeitet ist, um dort einen geeigneten Dichtsitz für das oder die kolbenseitigen Dichtelemente auszubilden. Im Rahmen einer solchen Bearbeitung kann es jedoch zur Ausbildung von Lunkern oder Graten oder Ähnlichem kommen. Im Rahmen der Kolbenbewegung können diese Oberflächenstrukturen einen abrasiven Effekt auf das Dichtelement haben, das hierüber zerstört werden kann. Um dem zu begegnen, wird erfindungsgemäß das einfache, aus dem dünnen Metallblech bestehende Zylinderbauteil vorgesehen, das quasi als Zylinder- oder Führungsinlay in die dann nur relativ grob zu bearbeitende Aufnahme eingesetzt wird, und das selbst die entsprechenden Dichtflächen oder Dichtsitze für das oder die kolbenseitigen Dichtelemente aufweist.

Das blecherne, als Inlay in die Aufnahme dienende Zylinderbauteil weist gemäß der Erfindung einen den Kolben führenden Zylinderabschnitt auf, der axial über einen Ringflansch begrenzt ist, an den sich ein Zylinderflansch anschließt, der den Führungsabschnitt bildet. Über den Zylinderabschnitt und den Ringflansch wird letztlich die Topfform gebildet.

An den Ringflansch schließt sich bevorzugt ein sich axial erstreckender Zylinderflansch an, durch den die Schaltstange greift und in dem sie nach Art einer Linearführung geführt ist. In der Montagestellung greift der Zylinderflansch in eine entsprechende Durchbrechung oder Bohrung in der Wand ein, worüber auch eine Zentrierung des Zylinderbauteils respektive des Aktors möglich ist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Zylinderbauteil einen endständigen, sich radial erstreckenden Flansch aufweist, an dem der Deckel anliegt, wobei der Flansch und der Deckel mehrere miteinander fluchtende Durchbrechungen aufweisen, die in der Montagestellung von in der Gehäusewand verschraubten Befestigungsschrauben durchgriffen sind. Über den Ringflansch wird eine Anlageebene gebildet, an der der Deckel flächig anliegt. Der Flansch und der Deckel weisen miteinander fluchtende Durchbrechungen auf. Zur Montage werden entsprechende Befestigungsschrauben durch die fluchtenden Durchbrechungen geführt und in entsprechende Innengewindebohrungen in der Wand eingeschraubt, worüber der Aktor wandseitig fixiert wird. Über den Deckel und die Befestigungsschrauben erfolgt folglich die Fixierung sowie auch die Zentrierung des Zylinderbauteils, so dass die geforderte Konzentrizität gegeben ist. Darüber hinaus kann über die Deckelverschraubung auch die Vorspannung erzeugt werden, mit der das Zylinderbauteil auf entsprechende, aufnahmeseitig vorgesehene Dichtelemente drückt.

Wie beschrieben, ist aufgrund der Formkompabilität auch die Aufnahme zweckmäßigerweise topfförmig, so dass das Zylinderbauteil vollständig in die Aufnahme eingebracht werden kann. Dabei weist die Aufnahme wie beschrieben eine Bohrung auf, wobei in der Montagestellung der Zylinderflansch in die Bohrung eingreift. Ferner liegt zweckmäßigerweise auch der Flansch des Zylinderbauteils an der Stirnfläche der Wand an, so dass hierüber die axiale Abstützung gegeben ist, in Verbindung mit der axialen Abstützung über den den Boden des Zylinderabschnitts bildenden Ringflansch.

In der Aufnahme ist wie beschrieben bevorzugt ein oder sind mehrere Dichtelemente vorgesehen, die zu dem Zylinderbauteil hin abdichten, so dass, sofern über die Wand oder Zwischenwand ein entsprechendes Volumen abgetrennt und abgedichtet werden soll, auch an dieser Öffnung oder Schnittstelle eine entsprechende Dichtheit gegeben ist. Auch am Kolben und dem Deckel sind jeweils entsprechende Dichtelemente vorgesehen, über die der Kolben und der Deckel zum Zylinderbauteil sowie zur Schaltstange hin abgedichtet sind. Hierüber werden die entsprechenden Druckkammern gebildet, von denen eine vor und eine hinter dem Kolben liegt, so dass der Kolben aktiv in die eine oder die andere Richtung geschoben werden kann und dezidierte Positionen der Schaltmuffe, also die Entkopplungsstellung die Kopplungsstellung, angefahren werden können.

Neben der Kopplungseinheit selbst betrifft die Erfindung einen Aktor für eine solche Kopplungseinheit, mit einem aus einem Metallblech bestehenden, topfförmigen Zylinderbauteil, in dem ein Kolben linear verschiebbar aufgenommen ist, sowie eine mit dem Kolben gekoppelte Schaltstange, wobei das Zylinderbauteil an einer Seite eine von der Schaltstange durchsetzte Öffnung und an der anderen Seite über einen Deckel, der eine von der Schaltstange durchsetzte Öffnung aufweist, geschlossen ist.

Dabei kann das Zylinderbauteil einen den Kolben führenden Zylinderabschnitt aufweisen, der axial über einen Ringflansch begrenzt ist, an den sich ein Zylinderflansch anschließt, der die Öffnung und damit den dortigen Führungsabschnitt bildet.

Das Zylinderbauteil kann ferner einen endständigen, sich radial erstreckenden Flansch aufweisen, an dem der Deckel anliegt, wobei der Flansch und der Deckel mehrere miteinander fluchtende Durchbrechungen aufweisen, die in der Montagestellung von in der Gehäusewand verschraubten Befestigungsschrauben durchgriffen sind.

Über jeweils am Kolben und am Deckel vorgesehene Dichtelemente ist weiterhin eine entsprechende Abdichtung des Kolbens und des Deckels zum Zylinderbauteil sowie zur Schaltstange hin gegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen: Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kopplungseinheit, und

Figur 2 eine vergrößerte Teilansicht des Aktors der Kopplungseinheit als Unterzusammenbau.

Figur 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kopplungseinheit 1 , die auch als Kopplungseinrichtung bezeichnet werden kann, und die dazu dient, eine Antriebsseite 2, an der ein Drehmoment eingeleitet wird oder ansteht, mit einer Abtriebsseite 3, an die das Drehmoment zu übertragen ist und wo es weiter verzweigt wird, zu koppeln. An der Antriebsseite 2 ist ein Antriebselement 4 vorgesehen, das eine Außenverzahnung 5 aufweist. Das Antriebselement 4 ist beispielsweise ein Zahnrad oder eine außenverzahnte Welle.

An der Abtriebsseite 3 ist ein Abtriebselement 6 vorgesehen, das eine Außenverzahnung 7 aufweist, wobei auch dieses Abtriebselement 6 ein Zahnrad oder eine außenverzahnte Welle oder Ähnliches sein kann. Die Außenverzahnungen 5, 7 sind lineare Radialverzahnungen, die gleiche Teilung aufweisen und auf gleichem Radius liegen. Um das Antriebselement 4 mit dem Abtriebselement 6 drehfest zu koppeln, ist eine Schaltmuffe 8 vorgesehen, die axial verschiebbar ist. Sie weist eine Innenverzahnung 9 auf, mit der sie in der in Figur 1 gezeigten Entkopplungsstellung vollständig in die Außenverzahnung 5 des Antriebselements 4 eingreift. Das heißt, dass in der Entkopplungsstellung die Schaltmuffe 8 nur mit dem Antriebselement 4 gekoppelt ist. Eine Drehmomentübertrag zum Abtriebselement 6 ist in dieser Position nicht möglich. Soll jedoch ein Drehmomentübertrag erfolgen, so ist es erforderlich, die Schaltmuffe 8 axial zu verschieben und über das Abtriebselement 6 respektive dessen Außenverzahnung 7 zu schieben, sodass die Innenverzahnung 9 der Schaltmuffe 8 in die Außenverzahnung 7 geschoben wird und mit dieser kämmt. Gleichzeitig bleibt der Eingriff der Innenverzahnung 9 mit der Außenverzahnung 5 bestehen, sodass das Antriebselement 4 und das Abtriebselement 6 über die Schaltmuffe 8 drehfest gekoppelt sind. Um diese Bewegung der Schaltmuffe 8 zu realisieren, ist ein Aktor 10 vorgesehen, bei dem es um einen hydraulischen Aktor handelt. Er ist in eine Wand 11 eines Getriebes integriert, wozu die Wand 11 eine topfartige Aufnahme 34 mit einer Durchbrechung 35 aufweist. Der Aktor 10 weist ein aus einem Blech gebildetes, topfartigen Zylinderbauteil 12 auf, das formschlüssig in die form kompatible Aufnahme 34 eingesetzt ist und in dieser vollständig versenkt ist. In dem Zylinderbauteil 12 ist ein Zylinderabschnitt 36 vorgesehen, der einen Führungszylinder bildet und in dem ein Kolben 13 angeordnet ist. Das Zylinderbauteil 12 wird axial über einen Deckel 14 geschlossen. Innerhalb des Zylinderbauteils 12 ist der Kolben 13 über ein Hydraulikfluid axial verschiebbar, wozu eine erste Druckkammer 15 vorgesehen ist, die zwischen dem Kolben 13 und dem Deckel 14 realisiert ist. An der gegenüberliegenden Seite ist eine zweite Druckkammer 16 realisiert, die zwischen dem Kolben 13 und der Stirnwand des Einsatzes 12 realisiert ist. Je nachdem, in welche Druckkammer 15, 16 das Hydraulikfluid eingepresst wird, wird der Kolben in die eine oder andere Richtung verschoben.

Vorgesehen ist des Weiteren eine Schaltstange 17, die sich durch das Zylinderbauteil 12 und den Deckel 14 erstreckt und über entsprechende Dichtelemente 18, 19 daran abgedichtet geführt ist. Die Schaltstange 17 ist axial beweglich, wozu sie mit dem Kolben 13 gekoppelt ist. Hierzu sind an der Schaltstange 17 zwei Axialanschläge 20, 21 vorgesehen, die über zwei in jeweiligen Nuten 22, 23 aufgenommene Sicherungsringe 24, 25 realisiert sind. Zwischen diesen Axialanschlägen 20, 21 ist der Kolben 13 geringfügig axial verschiebbar.

Diese Axialverschiebung ist gegen ein Federelement 26 möglich, das als Wellfeder oder Tellerfeder oder als entsprechendes Federpaket ausgeführt ist und in einer ringförmigen Vertiefung 27 des Kolbens aufgenommen ist. Einerseits ist das Federelement 26 am Kolben 13 respektive dem Boden der Vertiefung 17 abgestützt, andererseits an dem Axialanschlag 20 respektive einer an dem Sprengring 24 abgestützten Stützscheibe 28. Wird ein Fluid in die Druckkammer 15 eingedrückt, so wird der Kolben 13 nach links verschoben, bis das Federelement 26 an der Stützscheibe 28 anliegt, sofern dies nicht von Haus aus der Fall ist. Die Schaltstange 17 ist ferner mit einem Mitnehmer 29 verbunden, beispielsweise einer Schaltgabel, die wiederum über einen entsprechenden formschlüssigen Eingriff mit der Schaltmuffe 8 verbunden ist. Die mit dem Antriebselement 4 rotierende Schaltmuffe 8 weist hierzu beispielsweise einen umlaufenden Ringvorsprung 30 auf, der in eine entsprechende Aufnahmenut 31 an der Schaltgabel 29 eingreift.

Das Zylinderbauteil 12 weist ferner einen sich an Zylinderabschnitt 36 anschließenden Ringflansch 37 auf, an den sich ein Zylinderflansch 38 anschließt, der in die Durchbrechung 35 eingreift. Der Zylinderflansch 38 ist von der Schaltstange 17 durchgriffen, er dient als Führungsabschnitt bzw. als Linearführung für die Schaltstange 17 an dieser Seite. An der anderen Seite weist das Zylinderbauteil 12 einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch 39 auf, der in der Montagestellung an der Stirnfläche der Wand 34 anliegt und auf dem der Deckel 14 aufsitzt. Der Deckel 14 ist mittels mehrerer Befestigungsschrauben 40, die am Deckel 14 und am Flansch 39 vorgesehene Durchbrechungen durchgreifen und in an der Wand 11 vorgesehene Innengewindebohrungen eingeschraubt sind, an der Wand 11 befestigt. Über Dichtelemente 41 ist das Zylinderbauteil 12 in der Aufnahme 35 abgedichtet, wobei über die Verschraubung des Deckels 14 die Vorspannung auf die Dichtelemente erzeugt wird.

Am Kolben sind zwei Dichtelemente 32, 33 vorgesehen, über die eine Abdichtung einerseits zur Schaltstange 17 und andererseits zu dem Zylinderbauteil 12 gegeben ist. Auch am Deckel sind zwei Dichtelemente 42, 43 vorgesehen, über die die Abdichtung zum Zylinderbauteil 12 und zur Schaltstange 17 gegeben ist. Die Schaltstange 17 ihrerseits ist mit einem Dichtelement 44 versehen, das zum Zylinderflansch 38 hin abdichtet. Die Dichtelemente 32, 33, 42, 43 sind in entsprechenden Nuten aufgenommen.

Figur 2 zeigt in einer vergrößerten Ansicht den Aktors 10 als reinen Unterzusammenbau. Dieser ist ersichtlich eine eigenständige, vormontierte Baueinheit, die als solche vor der Montage geprüft werden kann. Hierzu wird z.B. Hydraulikfluid über an dem Zylinderbauteil 12 vorgesehene Zuführbohrungen 45, 46 entweder in die Druckkammer 15 oder in die Druckkammer 16 geleitet, um den Kolben 13 zu verschieben. Im Rahmen der Montage ist dieser Unterzusammenbau unter Durchführung der Schaltstange 17 durch die Durchbrechung 35 lediglich in die Aufnahme 34 einzusetzen und über die Befestigungsschrauben 40 zu fixieren.

Gezeigt ist ferner eine am Aktor vorgesehene Wegsensorik 47, die der genauen Posi- tionserfassung der Schaltstange 17 und damit der Schaltmuffe 8 dient. Die Wegsensorik 47 umfasst einen Sensor 48, z.B. einen Hall-Sensor, der in einem Sensorgehäuse 49 aufgenommen ist. Das Sensorgehäuse 49 ist L-förmig und über eine Befestigungsschraube 40 fixiert. Es erstreckt sich mit einem Schenkel axial benachbart zur Schaltwelle 17, wobei der Sensor 48 in diesem Schenkel und damit benachbart zur Schaltstange 17 angeordnet ist. An der Schaltstange 17 ist ein Magnetelement 50 axial angeordnet, z.B. angeklebt und mit einer Schutzkappe 51 abgedeckt. Es interagiert mit dem Sensor 48, dessen Signale von einer Steuerungs- und Verarbeitungseinrichtung zur exakten Positionserfassung des Magnetelements ausgewertet werden.

Bezuqszeichenliste

Kopplungseinheit

Antriebsseite

Abtriebsseite

Antriebselement

Außenverzahnung

Abtriebselement

Außenverzahnung

Schaltmuffe

Innenverzahnung

Aktor

Wand

Zylinderbauteil

Kolben

Deckel

Druckkammer

Druckkammer

Schaltstange

Dichtelement

Dichtelement

Axialanschlag

Axialanschlag

Nut

Nut

Sicherungsring

Sicherungsring

Federelement

Vertiefung

Stützscheibe

Mitnehmer Ringvorsprung Schaltgabel Dichtelement Dichtelement

Aufnahme

Durchbrechung Zylinderabschnitt Ringflansch Zylinderflansch

Flansch

Befestigungsschraube

Dichtelement

Dichtelement

Dichtelement

Dichtelement

Zuführbohrung

Zuführbohrung Wegsensorik Sensor

Sensorgehäuse Magnetelement Schutzkappe