Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Axialverstellvorrichtung sowie eine Aktuie- rungsanordnung zur Aktuierung einer Kupplungseinheit und eines Parksperren mechanismus umfassend eine solche Axialverstellvorrichtung.

Stand der Technik

Axialverstellvorrichtungen dienen dazu eine rotatorische Antriebsbewegung sei tens einer Antriebseinheit, nämlich in der Regel eines Elektromotors, in eine trans latorische Stellbewegung, beispielsweise zur Aktuierung einer Mehrscheiben- Lamellenkupplung, umzuwandeln. Aufgrund von bauraum- sowie bauteil- und somit auch kostenrelevanten Vorgaben bei der Konstruktion und Entwicklung von Kraftfahrzeugen ist es meist vorteilhaft Synergien innerhalb des Aufbaus zu nut zen. Eine solche Synergie stellt die Verstellung mehrerer mechanischer Kompo nenten mit einem einzigen Verstellsystem dar, da die Verwendung einer Vielzahl von unabhängigen Verstellsystemen, abgesehen von der steigenden Komplexität des Aufbaus, zum einen einen hohen Bauraumbedarf und zum anderen erhöhte Kosten bedingt.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist zum einen Aufgabe der Erfindung eine Axialverstellvorrichtung anzugeben über die zumindest zwei mechanische Elemente bedarfsweise unabhängig vonei- nander schaltbar sind. Zum anderen ist es Aufgabe der Erfindung eine Aktuie- rungsanordnung zur Aktuierung einer Kupplungseinheit und eines Parksperren mechanismus anzugeben, die sich durch einen besonders bauraum- sowie bau teiloptimierten Aufbau auszeichnet.

Diese Aufgaben können durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung ge mäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 2 gelöst werden. Vorteilhafte Ausfüh rungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Axialverstellvorrichtung umfasst eine erste Scheibe und eine zweite Scheibe.

Die erste Scheibe ist erfindungsgemäß sowohl in eine erste Umfangsrichtung wie auch in eine zweite Umfangsrichtung, nämlich einer Umfangsrichtung entgegen der ersten Umfangsrichtung, drehbare und axial verschiebbar.

Die zweite Scheibe ist erfindungsgemäß in die erste Umfangsrichtung verdrehge sichert und in die zweite Umfangsrichtung drehbar ausgebildet.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist die zweite Scheibe an ihrer von der ersten Scheibe abgewandten Stirnseite ein Betätigungselement auf. Das Betä tigungselement kann beispielsweise als Nocke ausgeführt sein.

Weiterhin erfindungsgemäß weisen die erste Scheibe und die zweite Scheibe an ihren einander zugewandten Stirnflächen jeweils zumindest drei identisch ausge bildete Vertiefungen auf, die einander jeweils paarweise gegenüberliegen und so zumindest drei Vertiefungspaarungen ausbilden. In den Vertiefungspaarungen ist erfindungsgemäß jeweils ein Wälzelement angeordnet. Das Wälzelement kann beispielsweise eine Kugel sein. Die Vertiefungen weisen erfindungsgemäß jeweils ausgehend von einem unteren Totpunkt in die erste Umfangsrichtung eine Steigung zu einem oberen Totpunkt hin, auf. Die Steigung kann mehrstufig, beispielsweise zweistufig, d.h. umfassend einen ersten Abschnitt mit einer ersten Steigung und umfassend einen zweiten Abschnitt mit einer von der ersten Steigung abweichenden zweiten Steigung, ausgeführt sein.

Erfindungsgemäß wirken die Vertiefungspaarungen über die Wälzelemente jeweils derart zusammen, dass die Wälzelemente bei einer Drehung der ersten Scheibe in eine erste Umfangsrichtung von dem unteren Totpunkt in Richtung des oberen Totpunkts laufen und so die erste Scheibe gedreht und in Bezug auf die zweite Scheibe axial verschoben wird und dass die Wälzelemente bei einer Drehung der ersten Scheibe in die zweite Umfangsrichtung in den unteren Totpunkt der Vertie fungen laufen und so die erste Scheibe und die zweite Scheibe im Verbund in die zweite Umfangsrichtung gedreht werden.

Die erfindungsgemäße Axialverstellvorrichtung ermöglicht bei einfachstem kon struktivem Aufwand eine im Wesentlichen voneinander unabhängige Schaltung von zwei mechanischen Komponenten innerhalb eines Kraftfahrzeugantriebs strangs.

Die erfindungsgemäße Aktuierungsanordnung dient der Aktuierung zweier me chanischer Komponenten innerhalb eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs, nämlich einer Kupplungseinheit und eines Parksperrenmechanismus.

Erfindungsgemäß umfasst die Aktuierungsanordnung eine Kupplungseinheit, einen Parksperrenmechanismus, einen Aktuator sowie eine erfindungsgemäße Axialverstellvorrichtung. Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist die erste Scheibe der Axialverstell vorrichtung über den Aktuator in die erste Umfangsrichtung und in die zweite Um fangsrichtung betätigbar.

Die Aktuierungsanordnung ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass bei einer Betätigung der ersten Scheibe in die erste Umfangsrichtung die Kupplungseinheit in eine Einrückstellung aktuiert wird und bei einer Betätigung der ersten Scheibe in die zweite Umfangsrichtung die Kupplungseinheit in eine Ausrückstellung aktuiert wird und wahlweise der Parksperrenmechanismus betätigt wird.

Die erfindungsgemäße Ausführung der Aktuierungsanordnung erlaubt mittels eines einzigen Aktuators und einer einzigen Axialverstellvorrichtung die Aktuierung von zwei unabhängigen mechanischen Komponenten eines Kraftfahrzeug an - triebsstrangs, nämlich einer Kupplungseinheit und eines Parksperrenmechanis mus. Durch die synergetische Nutzung des Aktuators und der Axialverstellvorrich tung zur Schaltung bzw. Aktuierung der Kupplungseinheit sowie des Parksper renmechanismus kann ein bauteil-, bauraum- sowie kostenoptimiertes Design dargestellt werden.

Der Aktuator ist vorzugsweise als Elektromotor ausgebildet. Weiterhin ist der Ak tuator vorzugsweise über ein Untersetzungsgetriebe mit der Axialverstellvorrich tung, nämlich der ersten Scheibe der Axialverstellvorrichtung, antriebswirksam verbunden.

Die Kupplungseinheit kann eine reibschlüssige, formschlüssige oder kraftschlüssi ge Kupplung aufweisen.

Bevorzugt ist die Aktuierungsanordnung funktionswirksam an einer Seitenwelle einer Kraftfahrzeugachse angeordnet. Kurzbeschreibung der Zeichnungen

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

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Aktuierungsanord- nung.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung zur Verdrehsicherung einer zweiten Scheibe in eine erste Umfangsrichtung.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung zur Verdrehung einer zweiten Scheibe in eine zweite Umfangsrichtung

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Scheibe und einer zweiten Scheibe mit Kugeln im Verbund.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Flubmagneten eines Parksperrenmechanismus in einer arretierten Stellung.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Parksperrenme chanismus mit einem eingerasteten Klinkenhebel.

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Hubmagneten eines Parksperrenmechanismus in einer nicht arretierten Stellung.

Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Parksperrenme chanismus mit einem freigegebenen Klinkenrad. Fig. 9 zeigt eine isometrische Darstellung eines inaktiven Parksper renmechanismus.

Fig. 10 zeigt eine isometrische Ansicht zur Verdrehung eines Schei benverbunds, nämlich einer ersten Scheibe und einer zwei ten Scheibe im Verbund.

Fig. 11a, 11b zeigen jeweils eine isometrische Ansicht zum Einrastvorgang einer Fixierkralle durch einen Verschlusshebel und eine Kulisse.

Fig. 12 zeigt eine isometrische Ansicht eines Verschlusselements.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Im Folgenden werden die Erfindungsgegenstände anhand eines Beispiels gemäß den vorliegenden Figuren, nämlich Fig. 1 bis Fig. 12, beschrieben.

In Fig. 1 ist eine beispielhafte Aktuierungsanordnung 9 dargestellt. Die Aktuie- rungsanordnung 1 ist funktionswirksam an einer Seitenwelle 14 einer Kraftfahr zeugachse angeordnet.

Die Aktuierungsanordnung 9 weist eine Kupplungseinheit 10, einen Parksperren mechanismus 11 , einen Aktuator 12 und eine Axialverstellvorrichtung 1 auf.

Die Richtungsangabe „axial“ beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu einer zentralen Drehachse 42 der Seitenwelle 14. Die Richtungsangabe „radial“ beschreibt eine Richtung normal zu der zentralen Drehachse 42 der Seitenwelle 14.

Der Aktuator 12 ist als Elektromotor 12‘ ausgeführt und kann sowohl in eine erste Drehrichtung wie auch eine zweite Drehrichtung drehen. Der Elektromotor 12‘ ist über ein Untersetzungsgetriebe 13, nämlich ein Planetengetriebe, und ein Stirnrad 15 antriebswirksam mit der Axialverstellvorrichtung 1 , genauer einer ersten Schei be 2 der Axialverstellvorrichtung 1 , verbunden. Das Stirnrad 15 ist über das Plane tengetriebe und ein zusätzliches Rillenkugellager 17 in einem Gehäuse der Aktuierungsanordnung 9 gelagert.

Die Axialverstellvorrichtung 1 ist in Form einer Kugelrampenanordnung ausgebil det und umfasst die erste Scheibe 2, eine zweite Scheibe 3 sowie Kugeln 5‘ als Wälzelemente 5.

Die erste Scheibe 2 und die zweite Scheibe 3 weisen an ihren einander zuge wandten Stirnflächen jeweils drei identisch ausgebildete Vertiefungen 4 auf, die einander jeweils paarweise gegenüberliegen und so zumindest drei Vertiefungs paarungen ausbilden. In den Vertiefungspaarungen ist jeweils eine Kugel 5‘ ange ordnet. Die Vertiefungen 4 weisen jeweils ausgehend von einem unteren Totpunkt 6 in die erste Umfangsrichtung I eine Steigung zu einem oberen Totpunkt 7 hin, auf.

Die erste Scheibe 2 ist sowohl in eine erste Umfangsrichtung I wie auch in eine zweite Umfangsrichtung II, nämlich einer Umfangsrichtung entgegen der ersten Umfangsrichtung I, drehbare und axial verschiebbar ausgeführt. Die erste Scheibe 2 weist an ihrem Außenumfang eine Außenverzahnung 16 auf in die die Verzah nung des Stirnrads 15 eingreift.

Die zweite Scheibe 3 ist in die erste Umfangsrichtung I verdrehgesichert und in die zweite Umfangsrichtung II drehbar ausgeführt. Die Verdrehsicherung der zweiten Scheibe 3 erfolgt durch eine radiale Nase 18 an dem Außenumfang der zweiten Scheibe 3, die an einem Gehäuseteil 19 der Aktuierungsanordnung 9 anliegt.

Die Kupplungseinheit 10 ist als Lamellenkupplung ausgebildet und dient der Kopp lung bzw. Entkopplung einer Radanordnung von der Seitenwelle 14. Eine Ausfüh rung der Kupplungseinheit 10 als Klauenkupplung ist jedoch auch denkbar.

Durch das Verdrehen der ersten Scheibe 2 in die erste Umfangsrichtung I, bei spielsweise durch Bestromung des Elektromotors 12‘ und Drehung des Elektromo tors 12‘ in erster Drehrichtung, wird diese durch das Verfahren der Kugeln 5‘ in den jeweiligen Vertiefungspaarungen von dem unteren Totpunkt 6 hin zum oberen Totpunkt 7 axial verschoben (in Bezug auf Fig. 1 nach rechts) und drückt eine Druckplatte 20 über ein Axialnadellager 21 gegen ein Lamellenpaket 22 der Kupp lungseinheit 10 - die Kupplungseinheit 10 wird im Einrücksinn betätigt. Dabei werden Kupplungsfedern 23 der Kupplungseinheit 10 vorgespannt. Das bei der Verdrehung der ersten Scheibe 2 entstehende Moment wird an der zweiten Scheibe 3 durch die Verdrehsicherung im Gehäuse abgestützt.

Der Parksperrenmechanismus 11 dient dem Blockieren der Seitenwelle 14. Der Parksperrenmechanismus 11 weist ein Verschlusselement 24, drei elastische Elemente, nämlich ein erstes Federelement 25, ein zweites Federelement 26 und ein drittes Federelement 27, eine Axialnocke 28, einen Hubmagneten 29, eine Parksperrenklinke 31 , einen Klinkenhebelbolzen 32 und ein Parksperrenrad 33 auf.

Das Verschlusselement 24 weist einen radial verlaufenden Bereich 37 und einen axial verlaufenden Bereich 38 auf. Weiterhin das Verschlusselement 24 sind an dem radial verlaufenden Bereich 37 ein Verschlusshebel 34 und eine Fixierkralle 35 ausgebildet. Sowohl der Verschlusshebel 34 wie auch die Fixierkralle erstre- cken sich in eine axiale Richtung entgegen der axialen Richtung, in die sich der axial verlaufende Bereich 38 des Verschlusselements 24 erstreckt (Fig. 12).

Die Axialnocke 28 des Parksperrenmechanismus ist im Wesentlichen hohl ausge führt und weist somit einen zentralen, axial verlaufenden Hohlraum 36 auf. Der axial verlaufende Bereich 38 des Verschlusselements 24 erstreckt sich teilweise in den Hohlraum 36 der Axialnocke 28. Zwischen dem radial verlaufenden Bereich 37 des Verstellelements 24, um den axial verlaufenden Bereich 38 herum, und der Axialnocke 28 ist das erste Federelement 25 angeordnet. Die Axialnocke 28 weist einen ersten Bereich 39 und einen zweiten Bereich 40 auf. Der erste Bereich 39 weist einen in Bezug auf den zweiten Bereich 40 der Axialnocke 28 größeren Durchmesser auf. Die Axialnocke 28 weist in dem zweiten Bereich eine umlaufen de Arretiernut 30 auf. Weiterhin ist die Axialnocke 28 über das zweite Federele ment 26 entgegen Verschlusselement 24 vorgespannt.

Der Klinkenbolzen 32 des Parksperrenmechanismus 11 ist im Wesentlichen paral lel zu der Axialnocke 28 angeordnet.

Die Parksperrenklinke 31 ist schwenkbar auf dem Klinkenbolzen 32 angeordnet und über das dritte Federelement entgegen der Axialnocke 28 vorgespannt.

Bei deaktiviertem Parksperrenmechanismus 11 wird die Parksperrenklinke 31 über das dritte Federelement 27 entgegen den zweiten Bereich 40 der Axialnocke gedrückt.

Bei aktiviertem Parksperrenmechanismus 11 wird die Parksperrenklinke 31 über die Axialnocke 28, nämlich den ersten Bereich 39 der Axialnocke 28, entgegen der Kraft des dritten Federelements 27 in das Parksperrenrad 33 eingerastet. Das Parksperrenrad 33 ist fest, nämlich drehtest und axial fest, an der Seitenwelle 15 angeordnet.

Wird der Elektromotor 12‘ stromlos geschaltet oder in zweiter Drehrichtung betrie ben wird die erste Scheibe 2 der Axialverstellvorrichtung 1 in die zweite Umfangs richtung II, gedreht, wodurch sich die Kugeln 5‘ in den Vertiefungspaarungen zwi schen der ersten Scheibe 2 und der zweiten Scheibe 3 von dem oberen Totpunkt 7 in den unteren Totpunkt 6 bewegen - die Kupplungseinheit 10 wird im Ausrück sinn betätigt. Durch weiteres Verdrehen der ersten Scheibe 2 in die zweite Um fangsrichtung II und somit gegen die Laufrichtung der Vertiefungen 4 werden die erste Scheibe 2 und die zweite Scheibe 3 im Verbund, nämlich im Scheibenver bund, verdreht.

Die zweite Scheibe 3 weist an ihrer von der ersten Scheibe 2 abgewandten Stirn seite ein Betätigungselement 8 in Form einer Nocke 8‘ auf. Diese Nocke 8‘ drückt bei der Verdrehung des Scheibenverbunds, nämlich in zweiter Umfangsrichtung II, gegen das Verschlusselement 24 des Parksperrenmechanismus 11. Das Ver schlusselement 24 ist verdrehgesichert jedoch axial bewegbar ausgeführt. Durch Betätigung des Verschlusselements 24 über die Nocke 8‘ wird das Verschlus selement 24 axial mitsamt des ersten Federelements 25 und der Axialnocke 28 entgegen der Kraft des zweiten Federelements 26 verschoben. Aufgrund des Durchmessersprungs zwischen dem ersten Bereich 39 und dem zweiten Bereich 40 der Axialnocke 28 wird die Parksperrenklinke 31 über den ersten Bereich 39 der Axialnocke 28 entgegen der Federkraft des dritten Federelements 27 in das Parksperrenrad 33 gedrückt und der Parksperrenmechanismus 11 ist aktiviert. Um die Aktivierung des Parksperrenmechanismus 11 stromlos aufrecht zu erhalten, rastet der unbestromt ausgefahrene Flubmagnet 29 in die Arretiernut 30 der Axial nocke 28 ein. Um den Parksperrenmechanismus 11 zu lösen, d.h. zu deaktivieren, muss der Hubmagnet 29 bestromt werden, wodurch er einfährt und die Axialnocke 28 von dem zweiten Federelement 26 wieder axial in Richtung des Verschlusselements 24 gedrückt wird (in Bezug auf Fig. 1 nach rechts). Die Parksperrenklinke 31 wird nun über das dritte Federelement 27 entgegen dem zweiten Bereich 40 der Axial nocke 28 gedrückt und gibt das Parksperrenrad 33 frei.

Die Vertiefungen 4 sind jeweils zweistufig ausgeführt, d.h. sie weisen einen steile ren ersten Abschnitt und einen im Vergleich zum ersten Abschnitt flacheren zwei ten Abschnitt auf. Durch die zweistufige Ausführung der Vertiefungen 4 an den Scheiben 2, 3 der Axialverstellvorrichtung 1 kann diese durch den Elektromotor 12‘ gegen die Kupplungsfeder 23 bis zu einem gewissen Grenzmoment verdreht werden. Dies geschieht solange bis die Nocke 8‘ vom Verschlusselement 24 ab hebt und dieses mit dem Verschlusshebel 34 an einer Kulisse 41 in der ersten Scheibe 2 anliegt. Der Scheibenverbund wird nun solange vom Elektromotor 12‘ weiter gegen die Kupplungsfeder 23 verdreht bis die radiale Nase 18 am Außen umfang der zweiten Scheibe 3 am Gehäuseteil 19 anliegt. Sobald die radiale Nase 18 wieder am Gehäuseteil 19 anliegt kann die erste Stufe der zweistufigen Vertie fung überwunden werden und der Verschlusshebel 34 fällt in die Kulisse 41. Dabei fällt das Verschlusselement 24 durch die Federkraft des zweiten Federelements 26 nach vorne und die Fixierkralle 35 fixiert die radiale Nase 18 der zweiten Scheibe 3 zum Gehäuseteil 19. Die Kupplungseinheit 10 kann nun betätigt werden und ein Hämmern der radialen Nase 18 an dem Gehäuseteil 19 wird verhindert. Das Lösen der Fixierkralle 35 erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.

Wird die Steigung der Vertiefungen 4 entsprechend hoch bzw. steil gewählt, dann kann auch auf die zweistufige Ausführung verzichtet werden. Bezuqszeichenliste

1 Axialverstellvorrichtung

2 Erste Scheibe

3 Zweite Scheibe

4 Vertiefung

5 Wälzelement

5‘ Kugel

6 Unterer Totpunkt

7 Oberer Totpunkt

8 Betätigungselement

8‘ Nocke

9 Aktuierungsanordnung

10 Kupplungseinheit

11 Parksperrenmechanismus

12 Aktuator

12‘ Elektromotor

13 Untersetzungsgetriebe

14 Seitenwelle

15 Stirnrad

16 Außenverzahnung (der ersten Scheibe)

17 Rillenkugellager

18 Radiale Nase

19 Gehäuseteil

20 Druckplatte

21 Axialnadellager

22 Lamellenpaket

23 Kupplungsfeder

24 Verschlusselement 25 Erstes Federelement

26 Zweites Federelement

27 Drittes Federelement

28 Axialnocke 29 Flubmagnet

30 Arretiernut

31 Parksperrenklinke

32 Klinkenbolzen

33 Parksperrenrad 34 Verschlusshebel

35 Fixierkralle

36 Hohlraum

37 Radial verlaufender Bereich (des Verstellelements)

38 Axial verlaufender Bereich (des Verstellelements) 39 Erster Bereich (der Axialnocke)

40 Zweiter Bereich (der Axialnocke)

41 Kulisse (in der ersten Scheibe)

42 Zentrale Drehachse (der Seitenwelle) I Erste Umfangsrichtung

II Zweite Umfangsrichtung