Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Kraftfahrzeug an - triebsstrang umfassend eine Antriebskomponente, eine erste Abtriebskomponen te, eine zweite Abtriebskomponente, eine Lamellenkupplung sowie eine Schalt einheit, wobei die Schalteinheit eine Aktuatoreinheit und ein mittels der Aktua toreinheit axial bewegbares Stellglied aufweist.

Stand der Technik

Im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik, insbesondere im Bereich von Elektro- und Hybridfahrzeugen und/oder Allradkraftfahrzeugen, werden sogenannte „mode shift“ Einheiten, nämlich Einheiten zum Schalten zwischen zumindest zwei unter schiedlichen Fahrmodi (2WD, „two wheel drive“; 4WD, „four wheel drive“) bzw. Schaltstufen (erste Gangstufe, zweite Gangstufe) eingesetzt. Wird als Antriebs einheit eine elektrische Maschine eingesetzt so werden oftmals auch Vorrichtun gen zum Schutz vor Überlast, wie beispielsweise Überlastkupplungen, insbeson dere im Bereich des 4WD Fahrmodus, eingesetzt. Auch eine „Disconnect“ Funkti on zur Unterbrechung des Drehmomentflusses ist in vielen Anwendungen wün schenswert. In der Regel sind zur Aktuierung aller dieser Funktionen mehrere Aktuatoren, wie Elektromotoren, und auch Schalteinheiten von Nöten.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung für einen Kraftfahrzeug an - triebsstrang anzugeben, die es ermöglicht über eine Schalteinheit eine Schaltung zwischen drei Schaltstellungen zu gewährleisten, wobei gleichzeitig, ohne zusätz liche bauliche Maßnahmen eine „Disconnect“-Funktion sowie ein Überlastschutz realisiert werden.

Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß dem unabhängigen ersten Anspruch gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungs formender vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrie ben.

Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang eine Antriebskomponente, eine erste Abtriebskomponente, eine zweite Abtriebs komponente, eine Lamellenkupplung sowie eine Schalteinheit.

Die Schalteinheit weist erfindungsgemäß eine Aktuatoreinheit und ein mittels der Aktuatoreinheit axial bewegbares Stellglied auf.

Die Richtungsangabe „axial“ beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu einer zentralen Achse der Vorrichtung. Die Richtungsangabe „radial“ beschreibt eine Richtung normal zu der zentralen Achse der Vorrichtung.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung aktuiert die Aktuatoreinheit in einer ersten Schaltstellung der Schalteinheit das Stellglied in eine erste Position, wobei in dieser ersten Schaltstellung die Antriebskomponente über das Stellglied an triebswirksam mit der ersten Abtriebskomponente verbunden ist.

Erfindungsgemäß aktuiert die Aktuatoreinheit in einer zweiten Schaltstellung der Schalteinheit das Stellglied in eine zweite Position, wobei in dieser zweiten Schalt stellung die Antriebskomponente weder mit der ersten Abtriebskomponente noch mit der zweiten Abtriebskomponente antriebswirksam verbunden ist. Weiterhin erfindungsgemäß aktuiert die Aktuatoreinheit in einer dritten Schaltstel lung der Schalteinheit das Stellglied in eine dritte Position, wobei in dieser dritten Schaltstellung die Antriebskomponente über die Lamellenkupplung antriebswirk sam mit der zweiten Abtriebskomponente verbunden ist.

Über die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung ist es möglich drei Schalt stellungen über eine Schalteinheit mit einer Aktuatoreinheit und einem Stellglied zu stellen. Dieser einfache Aufbau schlägt sich insbesondere im Bauraumaufwand sowie in den Kosten nieder. Die Lamellenkupplung kann im geschlossenen, d.h. aktuierten Zustand, also in der dritten Schaltstellung der Schalteinheit als Über lastkupplung agieren. So werden durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Vor richtung drei Schaltstellungen der Schalteinheit, wobei neben einer Schaltfunktion zwischen zwei Schaltstufen bzw. zwei Fahrmodi, nämlich in der ersten Schaltstel lung und der dritten Schaltstellung, in der zweiten Schaltstellung eine „Dis- connect“-Funktion und in der dritten Schaltstellung eine Überlastschutzfunktion realisiert werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante weist die Aktuatoreinheit einen Elekt romotor, ein Schneckengetriebe und eine Kugelrampeneinheit auf, wobei über eine Bestromungshöhe des Elektromotors die erste Schaltstellung, die zweite Schaltstellung und die dritte Schaltstellung der Schalteinheit stellbar sind. Durch diesen Aufbau können mittels eines einzigen Elektromotors drei Schaltstellungen der Schalteinheit, wobei neben einer Schaltfunktion zwischen zwei Schaltstufen bzw. zwei Fahrmodi, nämlich in der ersten Schaltstellung und der dritten Schalt stellung, in der zweiten Schaltstellung eine „Disconnect“-Funktion und in der drit ten Schaltstellung eine Überlastschutzfunktion realisiert werden.

Weiterhin bevorzugt befindet sich die Schalteinheit in einem stromlosen Zustand des Elektromotors in der ersten Schaltstellung, in einem ersten bestromten Zu stand des Elektromotors in der zweiten Schaltstellung und in einem zweiten bestromten Zustand des Elektromotors in der dritten Schaltstellung, wobei die Bestromungshöhe des Elektromotors zur Einstellung der zweiten Schaltstellung zwischen dem stromlosen Zustand des Elektromotors und der Bestromungshöhe des Elektromotors zur Einstellung der dritten Schaltstellung liegt.

Die Aktuatoreinheit weist vorzugsweise ein elastisches Element auf, das das Stellglied in der ersten Position vorspannt. Das elastische Element kann als Druckfeder ausgebildet sein und ist bevorzugt zwischen der Antriebskomponente und dem Stellglied angeordnet.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

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

Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittdarstellung einer Vor richtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die in Fig. 1 dargestellte, beispielhafte Vorrichtung 1 für einen Kraftfahrzeugan triebsstrang umfasst eine Antriebskomponente 2, eine erste Abtriebskomponente 3, eine zweite Abtriebskomponente 4, eine Lamellenkupplung 5 sowie eine Schalteinheit 6.

Die Antriebskomponente 2 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als Kupplungskorb 2‘ der Lamellenkupplung 5 ausgebildet und antriebswirk sam mit einer Antriebseinheit, wie beispielsweise einer elektrischen Maschine, verbunden. Die erste Abtriebskomponente 3 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als Hohlwelle 3‘ ausgebildet. Die Hohlwelle 3‘ weist einen ersten Fortsatz 14 auf. Der erste Fortsatz 14 umfasst einen sich radial erstreckenden ersten Abschnitt 14‘ und einen sich axial erstreckenden zweiten Abschnitt 14“.

Die Richtungsangabe „axial“ beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu einer zentralen Achse 13 der Vorrichtung 1. Die Richtungsangabe „radial“ be schreibt eine Richtung normal auf die zentrale Achse 13 der Vorrichtung 1.

Die zweite Abtriebskomponente 4 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als Vollwelle 4‘ ausgebildet und erstreckt sich teilweise in axialer Richtung durch die Hohlwelle 3‘. Die Vollwelle 4‘ weist einen zweiten Fortsatz 15 auf. Der zweite Fortsatz 15 erstreckt sich an einem Ende der Vollwelle 4‘ in einem Bereich außerhalb der Hohlwelle 3‘ in radialer Richtung.

Die Lamellenkupplung 5 umfasst neben dem Kupplungskorb 2‘ auch eine Vielzahl von Außenlamellen 16 und Innenlamellen 17, die abwechselnd zu einem Lamel lenpaket angeordnet sind, sowie eine Kupplungsnabe 18. Die Außenlamellen 16 sind fest an einem Innenumfang des Kupplungskorbs 2‘ angeordnet. Die Innenla mellen 17 sind fest an einem Außenumfang der Kupplungsnabe 18 angeordnet.

Der zweite Fortsatz 15 der Vollwelle 4‘ ist über eine erste Verzahnung 19 an triebswirksam mit der Kupplungsnabe 18 der Lamellenkupplung 5 verbunden.

Die Schalteinheit 6 weist eine Aktuatoreinheit 7 und ein mittels der Aktuatoreinheit 7 axial bewegbares Stellglied 8 auf.

Die Aktuatoreinheit 7 weist einen Elektromotor 9, ein Schneckengetriebe 10 und eine Kugelrampeneinheit 11 auf. Das Schneckengetriebe 10 dient der Unterset- zung des Drehmoments seitens des Elektromotors 9. Über die Kugelrampenein heit 11 wird die rotatorische Bewegung seitens des Elektromotors 9 in eine trans latorische, axiale Bewegung überführt. Das Stellglied 8 ist als axial verschiebbarer Kolben 8‘ ausgeführt. Die Kugelrampeneinheit 11 ist verstellwirksam zwischen dem ersten Abschnitt 14‘ des ersten Fortsatzes 14 der Hohlwelle 3‘ und dem Kol ben 8‘ angeordnet. Der Kolben 8‘ weist einen sich radial erstreckenden dritten Fortsatz 24 und zwei Verzahnungsabschnitte, nämlich einen ersten Verzahnungs abschnitt 20 und einen zweiten Verzahnungsabschnitt 21 , auf. Zwischen dem dritten radialen Fortsatz 24 und einer Stirnseite des Kupplungskorbs 2‘ ist eine Druckfeder 12‘ als elastisches Element 12 angeordnet. Der erste Verzahnungsab schnitt ist mit einem ersten Gegenverzahnungsabschnitt 22 in Eingriff bringbar.

Der zweite Verzahnungsabschnitt 21 ist mit einem zweiten Gegenverzahnungsab schnitt 23 im Eingriff. Der erste Gegenverzahnungsabschnitt 22 ist an dem zwei ten Abschnitt 14“ des ersten Fortsatzes 14 der Hohlwelle 3‘ ausgebildet. Der zwei te Gegenverzahnungsabschnitt 23 ist an dem Innenumfang des Kupplungskorbs 2‘ ausgebildet.

Die Schalteinheit 6 kann drei Schaltstellungen, nämlich eine erste Schaltstellung, eine zweite Schaltstellung und eine dritte Schaltstellung, einnehmen.

In der ersten Schaltstellung der Schalteinheit 6 ist der Elektromotor 9 der Aktua toreinheit 7 stromlos geschaltet, der Kolben 8‘ befindet sich in einer ersten Positi on und die Druckfeder 12’ weist ihre maximale Verbaulänge auf.

In der zweiten Schaltstellung der Schalteinheit 6 ist der Elektromotor 9 der Aktua toreinheit 7 in einen ersten bestromten Zustand geschaltet, der Kolben 8‘ befindet sich in einer zweiten Position und die Druckfeder 12’ wird vorgespannt.

In der dritten Schaltstellung der Schalteinheit 6 ist der Elektromotor 9 der Aktua toreinheit 7 in einen zweiten bestromten Zustand geschaltet, der Kolben 8‘ befin- det sich in einer dritten Position und die Druckfeder 12’ wird weiter vorgespannt.

Eine Bestromungshöhe des Elektromotors 9 zur Schalung des ersten bestromten Zustands des Elektromotors 9 und somit zur Einstellung der zweiten Schaltstel lung der Schalteinheit 6 liegt zwischen dem stromlosen Zustand des Elektromotors 9 und der Bestromungshöhe des Elektromotors 9 zur Schalung des zweiten bestromten Zustands des Elektromotors 9 und somit zur Einstellung der dritten Schaltstellung Schalteinheit 6.

Im Folgenden werden die Schaltvorgänge in Bezug auf Fig. 1 näher beschrieben:

Die Aktuatoreinheit 7 aktuiert in der ersten Schaltstellung der Schalteinheit 6 den Kolben 8‘ in die erste Position. In Fig. 1 ist diese Position des Kolbens 8‘ darge stellt. Der Elektromotor 9 der Aktuatoreinheit 7 ist stromlos geschaltet. Die Druck feder 12‘ drückt den Kolben 8‘ in die erste Position und weist ihre maximale Ver baulänge auf. Der erste Verzahnungsabschnitt 20 ist mit dem ersten Gegenver zahnungsabschnitt 22 im Eingriff. Der zweite Verzahnungsabschnitt 21 ist mit dem zweiten Gegenverzahnungsabschnitt 23 im Eingriff. So wird in dieser ersten Schaltstellung der Kupplungskorb 2‘ über den Kolben 8‘ antriebswirksam mit der Flohlwelle 3‘ verbunden. Die Lamellenkupplung 5 wird nicht betätigt und befindet sich somit in einer offenen Stellung.

Die Aktuatoreinheit 7 aktuiert in der zweiten Schaltstellung der Schalteinheit 6 den Kolben 8‘ in die zweite Position. Zur Erreichung des ersten bestromten Zustands des Elektromotors 9 und somit der zweiten Position des Kolbens 8‘ wird der Elekt romotor 9 bestromt und der Kolben 8‘ über die Kugelrampeneinheit 11 in Bezug auf Fig. 1 axial nach rechts verschoben, so dass der erste Verzahnungsabschnitt 20 mit dem ersten Gegenverzahnungsabschnitt 22 außer Eingriff gebracht wird. Diese zweite Schaltstellung der Schalteinheit 6 entspricht einer „Disconnect“- Funktion, denn weder die Flohlwelle 3‘ noch die Vollwelle 4‘ sind mit dem Kupp- lungskorb 2‘ antriebswirksam verbunden. Die Druckfeder 12‘ wird durch die axiale Bewegung des Kolbens 8‘ in die zweite Position zwischen dem dritten Fortsatz 24 und der Stirnseite des Kupplungskorbs 2‘ weiter vorgespannt. Die Lamellenkupp lung 5 wird nicht betätigt und befindet sich somit in einer offenen Stellung.

Die Aktuatoreinheit 7 aktuiert in der dritten Schaltstellung der Schalteinheit 6 den Kolben 8‘ in die dritte Position. Zur Erreichung des zweiten bestromten Zustands des Elektromotors 9 und somit der dritten Position des Kolbens 8‘ wird der Elekt romotor 9 weiter (höher) bestromt und der Kolben 8‘ über die Kugelrampeneinheit 11 in Bezug auf Fig. 1 axial noch weiter nach rechts verschoben, so dass der Kolben 8‘ die Lamellenkupplung 5 betätigt und in eine geschlossene Stellung überführt. So wird in der dritten Schaltstellung der Kupplungskorb 2‘ über die La mellenkupplung 5 antriebswirksam mit der Vollwelle 4‘ verbunden. Über die dritte Schaltstellung der Schalteinheit 6 kann eine Überlastschutzfunktion durch die Lamellenkupplung 5 gewährleistet werden. Die Druckfeder 12‘ wird durch die weitere axiale Bewegung des Kolbens 8‘ in die dritte Position zwischen dem drit ten Fortsatz 24 und der Stirnseite des Kupplungskorbs 2‘ weiter vorgespannt und wirkt mit maximaler Rückstellkraft auf den dritten Fortsatz 24 des Kolbens 8‘.

Wir der Elektromotor 9 beispielsweise wieder stromlos geschaltet, so wird der Kolben 8‘ durch die Rückstellkraft der Druckfeder 12‘ wieder in die erste Position entsprechend Fig. 1 gedrückt - die Schalteinheit 6 befindet sich wieder in der ersten Schaltstellung. Die Druckfeder 12‘ dient bei diesem Rückstellvorgang gleichzeitig als Schutzelement für eine mögliche Zahn-Zahn Stellung zwischen dem ersten Verzahnungsabschnitt 20 und dem ersten Gegenverzahnungsab schnitt 22. Bezuqszeichenliste

1 Vorrichtung

2 Antriebskomponente

2‘ Kupplungskorb

3 Erste Abtriebskomponente

3‘ Hohlwelle

4 Zweite Abtriebskomponente

4‘ Welle

5 Lamellenkupplung

6 Schalteinheit

7 Aktuatoreinheit

8 Stellglied

8‘ Kolben

9 Elektromotor

10 Schneckengetriebe

11 Kugelrampeneinheit

12 Elastisches Element

12‘ Druckfeder

13 Zentrale Achse (der Vorrichtung)

14 Erster Fortsatz

14‘ Erster Abschnitt (des ersten Fortsatzes)

14“ Zweiter Abschnitt (des ersten Fortsatzes)

15 Zweiter Fortsatz

16 Außenlamellen

17 Innenlamellen

18 Kupplungsnabe

19 Erste Verzahnung 20 Erster Verzahnungsabschnitt

21 Zweiter Verzahnungsabschnitt

22 Erster Gegenverzahnungsabschnitt

23 Zweiter Gegenverzahnungsabschnitt 24 Dritter Fortsatz