DE102012210287A1

DE102012210287A1 - Verbindungsvorrichtung und Getriebe für einen Fahrzeugantriebsstrang sowie Verfahren zur Betätigung einer solchen Verbindungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102012210287A1
Application number: DE102012210287A
Authority: DE
Inventors: Georg GERAUER; Alois Böck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2013-12-19
Also published as: US20130334000A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbindungsvorrichtung, insbesondere für einen Fahrzeugantriebsstrang, zur drehfesten Verbindung einer ersten und einer zweiten relativ zueinander drehbaren Welle (1, 2). Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Getriebe mit einer solchen Verbindungsvorrichtung und ein Verfahren zur Betätigung einer solchen Verbindungvorrichtung. Die Verbindungsvorrichtung ist aufweisend, ein axial bewegbares Verbindungselement (5) mit Formschlusselementen (8, 9), das in einer ersten Axialposition (A) mittels der Formschlusselemente (8, 9) einen Formschluss zwischen der ersten und der zweiten Welle (1, 2) herstellt und in einer zweiten Axialposition (B) den Formschluss auflöst, und einen elektromagnetischen Aktor (4), welcher bei elektrischer Bestromung eine Bewegung des Verbindungselementes (5) zwischen der ersten und der zweiten Axialposition (A, B) bewirkt. Erfindungsgemäß sind die Formschlusselemente (8, 9) in axialer Bewegungsrichtung des Verbindungselementes in mehreren voneinander beabstandeten ersten Reihen (8) angeordnet, so, dass sich in der ersten Axialposition (A) diese mehreren ersten Reihen (8) mit jeweils zumindest einer korrespondierenden zweiten Reihe (9) von Formschlusselementen der ersten Welle (1) in Formschluss befinden, wodurch der Formschluss zwischen der ersten und der zweiten Welle (1, 2) hergestellt ist und dass in der zweiten Axialposition (B) diese mehreren ersten Reihen (8) mit der jeweils korrespondierenden zweiten Reihe (9) von Formschlusselementen der ersten Welle (1) gelöst sind, wodurch der Formschluss zwischen der ersten und der zweiten Welle (1, 2) aufgelöst ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbindungsvorrichtung für einen Fahrzeugantriebsstrang zur drehfesten Verbindung einer ersten und einer zweiten relativ zueinander drehbaren Welle. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Getriebe für einen Fahrzeugantriebsstrang mit einer solchen Verbindungsvorrichtung und ein Verfahren zur Betätigung einer solchen Verbindungsvorrichtung.
Eine derartige Verbindungsvorrichtung dient in einem Fahrzeugantriebsstrang insbesondere zum Verbinden zweier Hälften einer Allradwelle oder einer Radantriebswelle, auch Radwelle oder Seitenwelle genannt. Beispielsweise ermöglich dies in einem Fahrzeugantriebsstrang mit mehreren antreibbaren Antriebachsen ein Umschalten zwischen einem Allradbetriebsweise (auch Allrad-Modus, 4WD-Modus, AWD-Modus oder ähnlich genannt), in welcher mehrere oder alle der Antriebsachsen des Fahrzeugantriebsstranges angetrieben werden in einen Zweiradbetriebsweise (auch 2-Rad-Modus, 2WD-Modus oder ähnlich genannt), in welchem wenige oder nur eine der Antriebsachse des Fahrzeugantriebsstranges angetrieben werden, und umgekehrt.
In 2 der DE 198 37 417 A1 ist eine Verbindungsvorrichtung eines Fahrzeugantriebsstranges zur drehfesten Verbindung zweier Wellen offenbart, i.e. eine automatische Kupplung zur Verbindung einer Vorderachse mit einer Radspindel. Hierzu verfügt die Kupplung über einen Elektromagneten mittels dessen ein Kupplungsring axial zwischen zwei Axialpositionen bewegbar ist. In der ersten Axialposition sind Radspindel und Vorderachse mittels des Kupplungsringes drehfest verbunden während in der zweiten Axialposition Radspindel und Vorderachse voneinander drehbar gelöst sind. Der Kupplungsring verfügt zu diesem Zweck in radialer Richtung innen (Innenseite) über eine Reihe von Zahnausnehmungen, welche immer in eine Reihe korrespondierender äußerer Zahnausnehmungen der Vorderachse eingreifen. Falls sich der Kupplungsring in der ersten Axialposition befindet greift die Reihe Zahnausnehmungen des Kupplungsringes zudem in eine Reihe von korrespondierenden äußeren Zahnausnehmungen der Radspindel ein, wodurch die drehfeste Verbindung zwischen Vorderachse und Radspindel hergestellt ist. Hingegen ist die Reihe Zahnausnehmungen des Kupplungsringes von der Reihe von korrespondierenden Zahnausnehmungen der Radspindel gelöst, wenn sich der Kupplungsring in der zweiten Axialposition befindet. Hierbei wird die Hinbewegung des Kupplungsringes in die erste Axialposition durch eine Feder bewirkt und die Rückbewegung in die zweite Axialposition durch den Elektromagneten.
Bei einer solchen drehfesten Verbindung mittels ineinandergreifender Zahnausnehmungen wird das übertragbare Drehmoment unter anderem von der axialen Überdeckung der Zahnausnehmungen bestimmt. Bei einer großen Überdeckung ist die Fläche zur Krafteinleitung je Zahnausnehmungspaarung größer, was die Flächenpressung auf jeder Zahnausnehmung vermindert. Außerdem steht dann mehr Werkstoff zur Kraftaufnahme bzw. Kraftweiterleitung bei einer Drehmomentübertragung zwischen den Wellen zur Verfügung, wodurch die Werkstoffbelastung innerhalb jeder Zahnausnehmung reduziert wird.
Zur Übertragung eines großen Drehmomentes muss bei der Vorrichtung gemäß DE 198 37 417 A1 folglich der Kupplungsring eine große axiale Strecke zurücklegen, um eine große Überdeckung der Zahnausnehmungen zu bewirken. Zum Lösen der drehfesten Verbindung muss der Elektromagnet den Kupplungsring dann über dieselbe Strecke durch magnetische Anziehung wieder zurückbewegen. Die Reichweite der magnetischen Anziehung ist allerdings stark begrenzt, wodurch sich nicht beliebig weite Verstellwege realisieren lassen. Folglich ist das übertragbare Drehmoment einer solchen Vorrichtung stark begrenzt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Verbindungsvorrichtung und ein Getriebe für einen Fahrzeugantriebsstrang zur drehfesten Verbindung einer ersten und einer zweiten relativ zueinander drehbaren Welle bereitzustellen, welche eine verbesserte Drehmomentübertragungsfähigkeit aufweisen.
Die Aufgabe wird durch eine Verbindungsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und einem Getriebe mit einer solchen Verbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst. Anspruch 14 bezieht sich auf ein Verfahren zur Betätigung einer solchen Verbindungsvorrichtung. Bevorzugte Weiterbildungen hiervon sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Demensprechend handelt es sich bei der Erfindung um eine Verbindungsvorrichtung, insbesondere für einen Fahrzeugantriebsstrang, zur drehfesten Verbindung einer ersten und einer zweiten relativ zueinander drehbaren Welle. Unter einem Fahrzeugantriebsstrang ist hierbei insbesondere ein Antriebsstrang eines Fahrzeuges zu verstehen, mittels dessen ein Antriebsdrehmoment zum Vortrieb des Fahrzeugs von einem Antriebsmotor, beispielsweise einem Elektro- und/oder Verbrennungsmotor auf Antriebsmittel beispielsweise Fahrzeugräder, -ketten oder -schrauben mechanisch übertragen werden.
Die Verbindungsvorrichtung weist ein axial bewegbares Verbindungselement mit Formschlusselementen auf, das in einer ersten Axialposition mittels der Formschlusselemente einen Formschluss zwischen der ersten und der zweiten Welle herstellt und in einer zweiten Axialposition den Formschluss auflöst. In der ersten Axialposition ist hierdurch eine Drehmomentübertragung von der ersten auf die zweite Welle über die Formschlusselemente möglich. Axial bewegbar bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere linear bzw. transversal bewegbar, d.h. zumindest entlang einer Geraden. Derartige Formschlusselemente sind insbesondere solche Bauelemente, mittels derer ein Formschluss mit korrespondierenden, beispielsweise komplementär ausgebildeten weiteren Formschlusselementen herstellbar ist, beispielsweise Klauen, Zähne oder Stifte. Ein zu einem ersten Formschlusselement korrespondierendes zweites Formschlusselement ist insbesondere so ausgeführt, dass es lösbar mit dem ersten Formschlusselement in Formschluss bringbar ist, i.e. durch entsprechende Formgebung (Keilwellenprofil, Polygonprofil, Klauen, Zähne, Stifte etc.). Die Formschlusselemente können mit dem Verbindungselement einstückig ausgebildet sein oder separate Bauteile bilden, die mit dem Verbindungselement fest verbunden sind, beispielsweise gesteckt, geschraubt, geschrumpft, geklebt etc.
Die Verbindungsvorrichtung weist außerdem einen elektromagnetischen Aktor auf, der bei elektrischer Bestromung eine Bewegung des Verbindungselementes zwischen der ersten und der zweiten Axialposition bewirkt. Diese Bewegung erfolgt insbesondere durch magnetische Anziehung oder Abstoßung eines mit dem Verbindungselement verbundenen (Magnet-)Ankers. Das Verbindungselement kann hierbei auch selbst als Anker dienen bzw. mit dem Anker einstückig ausgeführt sein. Bei dem elektromagnetischen Aktor handelt es sich insbesondere um einen oder mehrere Elektromagnete. Elektromagnete bilden bei elektrischer Bestromung ein Magnetfeld aus, mittels dessen ein bzw. der Anker bewegbar ist.
Erfindungsgemäß sind die Formschlusselemente in axialer Bewegungsrichtung des Verbindungselementes in mehreren voneinander beabstandeten ersten Reihen angeordnet. Somit sind mindestens zwei erste Reihen in Richtung der axialen Bewegungsrichtung des Verbindungselementes hintereinander mit Abstand zueinander angeordnet.
Die Anordnung der ersten Reihen Formschlusselemente ist so, dass sich in der ersten Axialposition diese mehreren ersten Reihen mit jeweils zumindest einer korrespondierenden zweiten Reihe von Formschlusselementen der ersten Welle in Formschluss befinden, wodurch der Formschluss zwischen der ersten und der zweiten Welle hergestellt ist. Mit anderen Worten weist neben dem Verbindungselement die erste Welle ebenfalls Formschlusselemente auf, und zwar mehrere zweite Reihen (zumindest zwei), wobei jeweils zumindest eine dieser zweiten Reihen mit einer korrespondierenden ersten Reihe des Verbindungselementes formschlüssig zusammenwirkt, wenn sich das Verbindungselement in der ersten Axialposition befindet, wodurch der Formschluss zwischen erster und zweiter Welle hergestellt ist.
Die Anordnung der ersten Reihe Formschlusselemente ist außerdem so, dass in der zweiten Axialposition diese mehreren ersten Reihen mit der jeweils korrespondierenden zweiten Reihe von Formschlusselementen der ersten Welle gelöst sind, wodurch der Formschluss zwischen der ersten und der zweiten Welle aufgelöst ist. Mit anderen Worten sind die ersten Reihen Formschlusselemente auch so angeordnet, dass sie von den zweiten Reihen Formschlusselemente ausgerückt sind, d.h. nicht mehr in Formschluss sind, wenn sich das Verbindungselement in der zweiten Axialposition befindet.
Grundsätzlich ist das Verschiebungselement axial beweglich ausgeführt. Der elektromagnetische Aktor kann daher insbesondere als Linearaktor ausgeführt sein, der das Verbindungselement direkt axial bewegt. Hierdurch ist ein einfacher mechanischer Aufbau des Aktors und der Verbindungsvorrichtung möglich. Das Verbindungselement kann gegebebenfalls jedoch auch zusätzlich drehbar bezüglich der ersten und/oder zweiten Welle angeordnet sein. Inbesondere dann kann es so mittels einer Führungsvorrichtung geführt sein, dass es bei einer Drehung bezüglich der ersten oder zweiten Welle gleichzeitig axial zwischen der ersten und zweiten Axialposition bewegt wird. Dies kann beispielsweise durch eine Kulissenführung oder eine Nocke, entlang welcher das Verschiebungselement läuft, erfolgen. Hierbei ist der elektromagnetische Aktor dann insbesondere so ausgeführt, dass er eine Drehbewegung erzeugt, welche auf das Verbindungselement übertragen wird.
Verbindungselement und zweite Welle sind insbesondere drehfest miteinander verbunden, zumindest dann, wenn sich das Verbindungselement in der ersten Position befindet. Dies kann durch bekannte drehfeste und gegebenenfalls zugleich axial verschiebbare Verbindungsmittel erfolgen, beispielsweise Polygonprofile, Keilwellenprofile, Stifte, Zähne, Klauen etc. Die drehfeste Verbindung kann auch lösbar sein bzw. gelöst sein, wenn sich das Verbindungselement in der zweiten Axialposition befindet, insbesondere analog zur Verbindung des Verbindungselementes mit der ersten Welle über erste und zweite Reihen von Formschlusselementen. In diesem Fall verfügt das Verbindungselement über weitere in axialer Bewegungsrichtung des Verbindungselementes beabstandete erste Reihen von Formschlusselemente, die so angeordnet sind, dass sich in der ersten Axialposition diese weiteren ersten Reihen mit jeweils zumindest einer korrespondierenden weiteren zweiten Reihe von Formschlusselementen der zweiten Welle in Formschluss befinden, wodurch der Formschluss zwischen der ersten und der zweiten Welle hergestellt ist und dass in der zweiten Axialposition diese mehreren ersten Reihen mit der jeweils korrespondierenden weiteren zweiten Reihe von Formschlusselementen der zweiten Welle gelöst sind, wodurch der Formschluss zwischen der ersten und der zweiten Welle aufgelöst ist. Alternativ hierzu ist das Verbindungselement ständig ortsfest mit der zweiten Welle verbunden, beispielsweise indem Verbindungselement und zweite Welle einstückig ausgeführt sind oder fest miteinander verbunden sind. In diesem Fall wird die zweite Welle bei einer Axialbewegung des Verbindungselementes mitbewegt. Da dies nicht immer gewünscht wird, können die zweite Welle und das Verbindungselement auch drehfest, jedoch gleichzeitig axial zueinander verschiebbar verbunden sein, was beispielsweise mittels bekannter Formschlusselemente bezweckt werden kann, wie einem Keilwellenprofil, Polygonprofil, Stifte, Zähne, Klauen etc.
Die Verbindungsvorrichtung wirkt im Sinne einer Kupplung, falls die erste und die zweite Welle beide drehbar sind. Falls eine der beiden Wellen ortsfest ist, insbesondere bezüglich eines Gehäuses, gegenüber dessen die andere der Wellen drehbar ist, wirkt die Verbindungsvorrichtung im Sinne einer Bremse.
In einer Weiterbildung der Verbindungvorrichtung sind der elektromagnetische Aktor und das Verbindungselement ringförmig ausgeführt und koaxial zu der ersten und/oder zweiten Welle angeordnet. Das Verbindungselement ist dabei zumindest teilweise radial innerhalb des elektromagnetischen Aktors angeordnet und die ersten Reihen der Formschlusselemente sind radial innerhalb des Verbindungselementes angeordnet. Hierdurch wird ein sehr kompakter Aufbau des Verbindungselementes bewirkt, insbesondere in axialer Richtung, da die einzelnen Bauteile radial ineinander angeordnet sind. „Radial“ gibt hierbei insbesondere eine Richtung an, welche senkrecht zu der gemeinsamen Achse, zu welcher die genannten Bauteile koaxial angeordnet sind, liegt. Der Aktor umschließt das Verbindungselement also ringförmig, welcher wiederum die ersten Reihen der Formschlusselemente ringförmig umschließt.
In einer Weiterbildung der Verbindungsvorrichtung weist diese außerdem ein Ankerelement auf, welches durch Bestromung des elektromagnetischen Aktors magnetisch bewegbar ist, insbesondere verschiebbar, und welches über ein Axiallager mit dem Verbindungselement drehbar verbunden ist und zwar so, dass eine Bewegung des Ankerelementes die axiale Bewegung des Verbindungselements zwischen der ersten und zweiten Axialposition bewirkt. Eine Drehung des Verbindungselementes wird somit nicht auf das Ankerelement übertragen, wodurch dieses nicht extra ausgewuchtet werden braucht. Hierbei ist das Ankerelement insbesondere drehfest bezüglich des elektromagnetischen Aktors ausgeführt. Damit ist sichergestellt, dass sich das Ankerelement auch tatsächlich nicht gegenüber dem Aktor dreht und gegebenenfalls zu unerwünschten Schwingungen in der Verbindungvorrichtung führt.
In einer anderen Weiterbildung der Verbindungsvorrichtung weist diese ein Ankerelement auf, welches durch Bestromung des elektromagnetischen Aktors magnetisch verschiebbar ist und welches mit dem Verbindungselement ortsfest verbunden ist. Somit bewirkt eine Verschiebung des Ankerelementes die Bewegung des Verbindungselementes zwischen der ersten und zweiten Axialposition. Da Verbindungselement und Ankerelement ortsfest miteinander verbunden sind und beispielsweise einstückig ausgeführt sind, ist diese Ausführung der Verbindungsvorrichtung einfacher mechanisch aufgebaut. Je nach Drehzahl, welche das Verbindungselement erreicht, kann es allerdings notwendig sein, den Anker auszuwuchten.
In einer Weiterbildung weist die Verbindungsvorrichtung ein Magnetjoch auf, welches ortsfest mit dem elektromagnetischen Aktor verbunden ist und den elektromagnetischen Aktor zumindest zu einem ersten Teil umhüllt. Alternativ oder zusätzlich dazu ist das Ankerelement so ausgeführt ist, dass es zumindest einen zweiten Teil des Elektromagneten umhüllt. Im Bereich dieser Umhüllung durch das Magnetjoch bzw. das Ankerelement wird der elektromagnetische Aktor besser gegen äußere mechanische Einflüsse geschützt. Außerdem bewirkt die Umhüllung eine verbesserte Weiterleitung des magnetischen Flusses in dem elektromagentischen Aktor. Dieser wird erzeugt, wenn der Aktor elektrisch bestromt wird, um die Bewegung des Ankerelementes und des Verbindungselementes zu bewirken. Durch die zumindest teilweise Umhüllung kann das magnetische Feld also auch besser zur Bewegung des Verbindungselementes ausgenutzt werden. Außerdem wird die magnetische Abschirmung für den Aktor verbessert.
In einer Weiterbildung hiervon sind Magnetjoch und Ankerelement so ausgeführt, dass diese den Elektromagneten zumindest dann (vollständig) umhüllen, wenn sich das Verbindungselement in der ersten oder der zweiten Axialposition befindet. Somit wird in der ersten bzw. zweiten Axialposition der magnetische Fluss des Aktors zu einem Kreis geschlossen. Die axiale Bewegungsreichweite des Aktors wird hierdurch maximiert. Außerdem wird das Umfeld besser von dem Magnetfeld des Aktors abgeschirmt, wie auch der Aktor von umgebenden Magnetfeldern besser abgeschirmt wird.
In einer Weiterbildung hiervon weist das Magnetjoch oder das Ankerelement, alternativ auch beide, mindestens eine Abflussöffnung auf, durch welchen ein Fluidabfluss, insbesondere Ölabfluss, aus der durch den Magnetjoch und dem Ankerelement gebildeten Umhüllung des elektromagnetischen Aktors möglich ist. Die Öffnung kann insbesondere als Bohrung(en) in Magnetjoch bzw. Ankerelement ausgeführt sein. Eine solche Öffnung ist vor allem dann von Vorteil, wenn die Verbindungsvorrichtung in einem zumindest teilweise mit flüssigem Fluid gefüllten Bauraum angeordnet ist, beispielsweise in einem mit Getriebeöl gefüllten Fahrzeuggetriebe. Bei dem Fluid handelt es sich dementsprechend insbesondere um ein Schmier- und/oder Kühlmittel innerhalb dessen die Verbindungsvorrichtung zumindest teilweise angeordnet ist. Bei der Bewegung des Verbindungselementes durch den Aktor kann das Fluid hierdurch schnell aus der Umhüllung, bestehend aus Magnetjoch und Ankerelement, entweichen bzw. das Ankerelement kann mit einem geringeren Strömungswiderstand in dem Fluid bewegt werden, wodurch sich die Schaltzeiten der Verbindungsvorrichtung verringern.
In einer Weiterbildung weist die Verbindungsvorrichtung zumindest einen Permanentmagneten auf, der so ausgeführt ist, dass er das Ankerelement magnetisch festhält, wenn sich das Verbindungselement in der ersten oder zweiten Axialposition befindet. Somit wird das Verbindungselement in dieser Axialposition fixiert. Hierdurch kann eine elektrische Bestromung des elektromagnetischen Aktors reduziert oder ganz ausgeschaltet werden, wenn sich das Verbindungselement in der ersten bzw. der zweiten Axialposition befindet und damit ein Verbrauch an elektrischer Energie deutlich reduziert werden. Es wird somit eine stromlose Haltefunktion realisiert. Mit anderen Worten ist die Verbindungsvorrichtung bistabil ausgeführt. Insbesondere ist der Permanentmagnet so im Bereich eines bzw. des Magnetjochs der Verbindungsvorrichtung angeordnet, dass an der Einbauposition des Permanentmagneten dessen Magnetflussachse weitestgehend einer Magnetflussachse des elektromagnetischen Aktors entspricht, wenn dieser bestromt wird. Unter einer Magnetflussachse ist hierbei insbesondere eine örtliche Achse zu verstehen, entlang derer der magnetische Fluss des Magnetfeldes des Aktors bzw. Permanentmagneten an diesem Ort verläuft, sozusagen eine örtliche Richtungsachse der Magnetfeldlinien. In diesem Fall ist der Einbauort des Permanentmagneten also so gewählt, dass dort der magnetische Fluss des Aktors und des Permanentmagneten im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, wenn der Aktor elektrisch bestromt wird. Hierdurch ist mittels des Permanentmagneten eine Verstärkung des durch den Aktor erzeugten Magnetfeldes möglich, was die Bewegungsreichweite des Aktors erhöht. Außerdem ist durch Erzeugung eines entgegen gerichteten Magnetfeldes des Aktors mittels entsprechender Bestromung (entsprechende Polung) auch eine zeitweilige Abschwächung oder sogar Auslöschung des Magnetfeldes des Permanentmagneten möglich, um das Ankerelement von dem Permanentmagneten zu lösen und damit das Verbindungselement aus der ersten bzw. zweiten Position, in welcher der Permanentmagnet das Verbindungselement fixiert, herauszubewegen.
In einer Weiterbildung hiervon ist der elektromagnetische Aktor ringförmig ausgeführt und der Permanentmagnet radial innerhalb oder außerhalb des elektromagnetischen Aktors angeordnet. Hierdurch kann die oben beschriebene stromlose Haltefunktion realisiert werden, bei gleichbleibender geringer axialer Ausdehnung der Verbindungsvorrichtung.
Ein Verfahren zur Betätigung der Verbindungsvorrichtung, welche mit der oben beschriebenen stromlosen Haltefunktion ausgeführt ist, ist wie folgt:
Zur axialen Hinbewegung des Verbindungselementes in die eine der ersten oder zweiten Axialposition wird der elektromagnetische Aktor zumindest so lange bestromt, bis der Permanentmagnet das Ankerelement in dieser Axialposition magnetisch festhält. Die Bestromung erfolgt dabei so, dass das magnetische Feld des Elektromagneten im Bereich des Permanentmagneten gleichgerichtet ist mit dem magnetischen Feld des Permanentmagneten. Das bedeutet, dass die Polung der Bestromung so gewählt ist, dass die Magnetfeldlinien des Magnetfeldes des Aktors und des Permanentmagneten im Bereich des Permanentmagneten im Wesentlichen in die gleiche Richtung weisen. Hierdurch wird die Magnetkraft des Aktors durch den Permanentmagneten verstärkt und seine Bewegungsreichweite erhöht.
Zur axialen Rückbewegung des Verbindungselementes in die andere der ersten oder der zweiten Axialposition wird der elektromagnetische Aktor dann zumindest so lange bestromt bis sich das Ankerelement von dem magnetische Festhalten des Permanentmagnetes löst. Dabei erfolgt die Bestromung so, dass das magnetische Feld des Elektromagneten im Bereich des Permanentmagneten entgegengerichtet ist zu dem magnetischen Feld des Permanentmagneten. Das bedeutet, dass die Polung der Bestromung so gewählt ist, dass die Magnetfeldlinien des Magnetfeldes des Aktors und des Permanentmagneten im Bereich des Permanentmagneten im Wesentlichen in entgegengesetzte Richtungen weisen. Hierdurch wird die Magnetkraft und damit die Haltekraft des Permanentmagneten durch den Aktor verringert oder, durch ausreichend starker elektrische Bestromung des Aktors, sogar temporär vollständig ausgeglichen. Die eigentliche Rückbewegung des Verbindungselementes kann, natürlich nach ausreichender Verringerung oder Wegfall der Haltekraft, insbesondere federkraftinduziert erfolgen, beispielsweise mittels der unten beschriebenen Federanordnung.
Es sei hierzu angemerkt, dass dieses Verfahren auch für solche Verbindungsvorrichtungen geeignet ist, die lediglich über eine einzige erste und zweite Reihe Formschlusselemente aufweisen und über die genannten stromlose Haltefunktion mittels Permanentmagneten verfügen. Somit wäre das Verfahren grundsätzlich auch für eine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeführte Verbindungsvorrichtung, welche allerdings um den Permanentmagneten zur stromlosen Haltefunktion erweitert wurde, geeignet.
In einer Weiterbildung der Verbindungsvorrichtung ist der elektromagnetische Aktor so ausgeführt bzw. angeordnet, dass er die Hinbewegung des Verbindungselementes in die erste oder zweite Axialposition bewirkt und wobei eine Federanordnung vorgesehen ist, welche die Rückbewegung des Verbindungselementes in die jeweils andere der ersten oder zweiten Axialposition bewirkt. Mit anderen Worten erfolgt die Hinbewegung des Verbindungselementes aus einer Ausgangsstellung in die erste oder zweiten Axialposition mittels des Aktors und die Rückbewegung aus dieser ersten bzw. zweiten Axialposition heraus zurück in die Ausgangsstellung mittels der Federanordnung. Die Ausgangsstellung ist in diesem Fall die andere der ersten oder zweiten Axialposition. Die Federanordnung wird dementsprechend bei der Hinbewegung durch den Aktor gespannt und bei der Rückbewegung entspannt. Bei der Rückbewegung wird der Aktor gleichzeitig in seine Ausgangsstellung zurückbewegt, um im Anschluss daran zur Erzeugung der Hinbewegung wieder zur Verfügung zu stehen. Spannen bedeutet in diesem Zusammenhang einen Aufbau potentieller (Feder-)Energie und Entspannen bedeutet einen Abbau potentieller (Feder-)Energie. Somit braucht der Aktor lediglich für die Hinbewegung zu sorgen, während die Rückbewegung im Wesentlichen ohne Aufbringung zusätzlicher elektrischer Energie durch entspannen der Federanordnung erfolgt. Somit kann der Aktor einfach aufgebaut sein und die Verbindungsvorrichtung insgesamt weniger elektrischer Energie zur Betätigung benötigen. Die Federanordnung kann hierbei beliebig geeignet ausgeführt sein, beispielsweise als eine oder mehrere Teller-, Schrauben- oder Wellfedern. Die Federanordnung ist insbesondere zwischen zwei Bauteilen der Verbindungsvorrichtung angeordnet, bevorzugt einem Magnetanker und einem Magnetjoch. Hierdurch kann ein kompakter Aufbau der Verbindungsvorrichtung realisiert werden und diese als Modul ausgeführt sein.
In einer Weiterbildung hiervon sind das Verbindungselement, der elektromagnetische Aktor, das Ankerelement, das Magnetjoch und die Federanordnung jeweils ringförmig ausgeführt und koaxial zueinander angeordnet. Außerdem ist vorgesehen, dass die Federanordnung radial innerhalb des elektromagnetischen Aktors angeordnet ist, das Verbindungselement radial innerhalb der Federanordnung angeordnet ist und die Federanordnung axial zwischen dem Ankerelement und dem Magnetjoch angeordnet ist. Diese ineinander verschachtelte Bauweise ermöglicht eine sehr kompakte Verbindungsvorrichtung.
In einer Weiterbildung weist die Verbindungsvorrichtung ein Gehäuse auf, welches einen äußeren Umfang der Verbindungsvorrichtung sowie zumindest einen Teil einer ersten und einer dazu gegenüberliegenden zweiten Stirnseite der Verbindungsvorrichtung umschließt. Hierdurch kann die Verbindungsvorrichtung als einteiliges Modul vormontiert werden, welches in den endgültigen Einbauort nur noch als Ganzes hineingeschoben bzw. eingesetzt und elektrisch verbunden werden braucht. Außerdem bewirkt das Gehäuse einen mechanischen Schutz, sowohl im eingebauten Fall, als auch im Transportfall als ausgebautes bzw. einbaufertiges Modul. Da das Gehäuse beide Stirnseiten zumindest zum Teil umschließt, kann das Gehäuse Kräfte zwischen den Stirnflächen innerhalb der Verbindungsvorrichtung vollständig aufnehmen, insbesondere Federkräfte der Federanordnung zur Bewegung des Verbindungselements. Somit ist es nicht erforderlich, dass diese Kräfte am Einbauort aufwändig abgestützt werden brauchen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Getriebe für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, insbesondere Verteilergetriebe für einen solchen Kraftfahrzeugantriebsstrang. Das Getriebe ist aufweisend eine erste und eine zweite in dem Verteilergetriebe drehbare Welle und eine Verbindungsvorrichtung, wie sie oben beschrieben ist. Bei dem Getriebe kann es sich somit um ein Gangwechselgetriebe handeln, d.h. einem Getriebe, welches einen Wechsel von Übersetzungsverhältnissen zwischen einem An- und Abtrieb ermöglicht, insbesondere handelt es sich bei dem Getriebe allerdings um ein Verteilergetriebe. Unter einem solchen Verteilergetriebe ist insbesondere ein Getriebe mit einem Antrieb und mehreren Abtrieben zu verstehen. Gebräuchliche Ausdrücke für ein solches Verteilergetriebe eines Antriebsstranges sind Differentialgetriebe, Achsdifferentialgetriebe, Differential, Allradverteilergetriebe, Längs- oder Querverteilergetriebe etc. Durch die Vorrichtung kann einfach eine Allrad- oder Radantriebswelle, auch Seitenwelle oder Radwelle genannt, von einem Antriebsdrehmoment eines Antriebsmotors abgetrennt werden. Die Verbindungsvorrichtung benötigt wenig Bauraum und eignet sich daher sehr gut für ein solches Getriebe zur Abtrennung der Allrad- oder Radantriebswelle.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert, aus welchen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung entnehmbar sind. Es zeigen:
1, eine Schnittdarstellung einer Verbindungsvorrichtung im entkoppelten Zustand;
2, eine Schnittdarstellung der Verbindungsvorrichtung aus 1 im gekoppelten Zustand;
3, eine Schnittdarstellung einer Weiterbildung der Verbindungsvorrichtung aus 1 und 2 im entkoppelten Zustand;
4, eine Schnittdarstellung der Verbindungsvorrichtung aus 3 im gekoppelten Zustand;
5, eine Draufsicht auf einen Fahrzeugantriebsstrang.
1 und 2 zeigt schematische Schnittdarstellungen einer einzigen Verbindungsvorrichtung zur Verbindung einer ersten Welle 1 und einer zweiten Welle 2 in zwei verschiedenen Schaltzuständen. Dabei ist jeweils die untere Hälfte der Verbindungsvorrichtung der Übersicht halber nicht dargestellt. Gleichen Bauteilen sind in 1 und 2 gleiche Bezugszeichen zugeordnet. In 1 sind die Wellen 1, 2 mittels der Verbindungsvorrichtung voneinander gelöst, während sie in 2 mittels der Verbindungsvorrichtung miteinander gekoppelt sind um ein Drehmoment zu übertragen.
Die Wellen 1, 2 sind relativ zueinander drehbar und koaxial zueinander um eine Drehachse D angeordnet. Zwischen den Wellen 1, 2 ist ein Drehmoment übertragbar, sofern die Verbindungsvorrichtung die beiden Wellen 1, 2 miteinander koppelt. Im in 1 dargestellten Fall sind die Wellen 1, 2 durch die Verbindungsvorrichtung allerdings voneinander gelöst. Somit sind sie relativ zueinander drehbar und es ist kein Drehmoment übertragbar. Die Verbindungsvorrichtung wirkt im Sinne einer Kupplung, falls beide Wellen 1, 2 drehbar sind. Falls eine der Wellen 1, 2 ortsfest ist, beispielsweise bezüglich eines nicht gezeigten Gehäuses, gegenüber dem die andere der Wellen 1, 2 jedoch drehbar ist, wirkt die Verbindungsvorrichtung im Sinne einer Bremse.
Die Verbindungsvorrichtung weist einen elektromagnetischen Aktor 4 auf. Mittels dessen ist ein Verbindungselement 5 zwischen einer ersten Axialposition A und einer zweiten Axialposition B axial bewegbar. Die axiale Bewegungsrichtung des Verbindungselements 5 ist durch einen Doppelpfeil kenntlich gemacht und verläuft parallel zur Drehachse D. Aktor 4 und Verschiebungselement 5 sind ringförmig ausgeführt und koaxial zu der Drehachse D angeordnet. Der Aktor 4 liegt radial außerhalb bezüglich des Verbindungselements 5 und umschließt dieses daher ringförmig. Das Verbindungselement weist außerdem ein Ankerelement 10 auf, welches durch den Aktor magnetisch axial bewegbar ist. Im gezeigten Fall weist das Ankerelement 10 eine Scheibenform auf, kann jedoch, sofern geeignet, auch anders ausgeführt sein und beispielsweise den Aktor 4 zumindest zum Teil umhüllen. Das Ankerelement 10 überträgt seine Axialbewegung auf das Verbindungselement 5. Hierzu ist das Ankerelement 10 und das Verbindungselement 5 über ein Axiallager 11 miteinander drehbar verbunden. Ein solches Axiallager 11 ermöglicht die Übertragung einer Axialbewegung bzw. Axialkraft bei gleichzeitiger Gestattung einer Relativdrehbewegung der beteiligten Bauteile; hier Bauteile 5 und 10. Im gezeigten Fall ist das Axiallager 11 als zwei Anlaufscheiben ausgeführt, die axial beidseitig des Ankerelementes 10 angeordnet sind. Es kann selbstverständlich auch anders geeignet ausgeführt sein, beispielsweise durch ein oder mehrere Wälzlager oder eine umlaufenden Nut, innerhalb derer das Ankerelement 10 geführt ist. Bevorzugt ist das Ankerelement 10 gegenüber dem Aktor 4 drehfest und axial bewegbar ausgeführt (nicht näher in 1 und 2 gezeigt). Somit wird eine gegebenenfalls ungewollte Drehung des Ankerelementes 10 gegenüber dem Aktor 4 verhindert.
Alternativ zur drehbaren Verbindung zwischen Ankerelement 10 und Verbindungselement 5 sind diese Bauteile 5, 10 fest miteinander verbunden. Das Ankerelement 10 und das Verbindungselement 5 können dann auch einstückig ausgeführt sein. Hierdurch dreht sich das Ankerelement 10 bei einer Drehung des Verbindungselementes 5 zwangsweise mit diesem mit. Es wird somit ein einfacherer mechanischer Aufbau der Verbindungsvorrichtung ermöglicht. Allerdings kann es dann erforderlich sein, dass das Ankerelement 10 ausgewuchtet werden muss, um starke Schwingungen in der Vorrichtung zu verhindern, wenn sich dieses dreht. Dies ist bei der in 1 und 2 gezeigten beispielhaften Ausführung mit drehbarer Verbindung zwischen Anker- und Verbindungselement 10, 5 nicht erforderlich.
Ankerelement 10 und Aktor 4 sind im in 1 und 2 gezeigten Fall so angeordnet, dass deren axialer Abstand minimal ist, wenn sich das Verbindungselement 5 in der zweiten Axialposition B befindet (1) und dass deren Abstand maximal ist, wenn sich das Verbindungselement 5 in der ersten Axialposition A befindet (2). Alternativ dazu können Ankerelement 10 und Aktor 4 so angeordnet sein, dass deren axialer Abstand maximal ist, wenn sich das Verbindungselement 5 in der zweiten Axialposition B befindet und dass deren Abstand minimal ist, wenn sich das Verbindungselement 5 in der ersten Axialposition A befindet. Welche dieser Varianten die Geeignetere ist, hängt unter anderem von der Arbeitsweise des Aktors 4 in Verbindung mit dem Ankerelement 10 ab. Ankerelement 10 und Aktor 4 können so ausgeführt sein, dass der Aktor 4 eine abstoßende Wirkung auf das Ankerelement 10 hat. Andererseits können Ankerelement 10 und Aktor 4 so ausgeführt sein, dass der Aktor 4 eine anziehende Wirkung auf das Ankerelement 10 hat. Eine abstoßende Wirkung kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass das Ankerelement 10 einen oder mehrere Permanentmagnete aufweist, deren magnetisches Feld gegen ein magnetisches Feld des Aktors 4 gerichtet ist. Eine anziehende Wirkung kann dadurch erzielt werden das Ankerelement 10 einen oder mehrere Permanentmagnete aufweist, deren magnetisches Feld gleichgerichtet ist zu einem magnetischen Feld des Aktors 4. Oder die anziehende Wirkung kann dadurch erzeugt werden, dass das Ankerelement 10 magnetisierbares Material, beispielsweise Ferrite oder andere ferromagnetische Materialien, aufweist, welches von dem magnetischen Feld des Aktors 4 angezogen wird. In letzterem Fall kann der Anker sehr kostengünstig hergestellt werden, da keine Permanentmagnete in dem Ankerelement 10 erforderlich sind. Bei Verwendung eines/mehrerer Permanentmagnete im Ankerelement 10 ist dieses zwar kostenintensiver, anhand der Polung der Bestromung kann dann jedoch einfach zwischen einer anziehenden und abstoßenden Arbeitsweise des Aktors 4 in Bezug auf das Ankerelement 10 gewählt werden und das Verbindungselement 5 dann ausschließlich mittels des Aktors 4 bewegt werden.
Das Verbindungselement 5 ist im gezeigten Fall ständig drehfest mit der zweiten Welle 2 verbunden. Dazu verfügen Verbindungselement 5 und zweite Welle 2 über korrespondierende Formschlusselemente 6, 7. Im gezeigten, beispielhaften Fall verfügt das Verbindungselement 5 radial innenseitig über zumindest ein Formschlusselement 6, das sich in Formschluss mit zumindest einem korrespondierenden radial außenseitigen Formschlusselement 7 der zweiten Welle 2 befindet. Die Formschlusselemente 6, 7 sind dabei so ausgeführt, dass das Verbindungselement 5 relativ zur zweiten Welle 2 axial beweglich ist. Es ist klar, dass das Verbindungselement 5 die Formschlusselemente 7 gegebenenfalls auch radial außenseitig aufweisen kann, während die zweite Welle 2 die korrespondierenden Formschlusselemente 8 dann radial innenseitig aufweisen würde. Denkbar sind auch jeweils stirnseitig angeordnete Formschlusselemente, wie beispielsweise Klauen oder Stifte. Alternativ zu den Formschlusselementen 7, 8 können die zweite Welle 2 und das Verbindungselement 5 auch fest miteinander verbunden oder einstückig ausgeführt sein. Dazu ist dann die zweite Welle 2 analog zu dem in 1 gezeigten Verbindungselement 5 axial bewegbar auszuführen. Die Formschlusselemente 6, 7 bzw. die Verbindung zwischen zweiter Welle 2 und Verbindungselement 5 ist so ausgebildet, dass über diese eine Drehmomentübertragung zwischen der zweiten Welle 2 und dem Verbindungselement 5 erfolgt bzw. möglich ist – zumindest dann, wenn sich das Verbindungselement 5 in der ersten Axialposition A befindet.
Das Verbindungselement 5 weist außerdem mehrere erste Reihen 8 von Formschlusselementen auf. Diese sind axial voneinander beabstandet. Die erste Welle 1 weist mehrere zweite Reihen 9 von Formschlusselementen auf. Diese korrespondieren mit den ersten Reihen 8 des Verbindungselementes 5. In 1 und 2 sind jeweils insgesamt 3 Reihen 8, 9 dargestellt, diese Zahl kann jedoch an das zwischen den Wellen 1, 2 zu übertragende Drehmoment angepasst werden. Eine größere Reihenanzahl ermöglicht eine größere Drehmomentübertragungsfähigkeit. Der axiale Abstand zwischen den Reihen 8 entspricht in etwa dem Doppelten des Schaltwegs S zwischen der ersten Axialposition A und der zweiten Axialposition B. Gleiches gilt für die Reihen 9. Der Abstand kann jedoch auch größer oder kleiner gewählt werden. Der axiale Abstand der Reihen 8 entspricht somit dem der Reihen 9 oder ist zumindest annähernd gleich. Hierdurch ergibt sich eine gleichmäßige Überdeckung der Reihen 8, 9 von Formschlusselemente im gekoppelten Zustand der Verbindungsvorrichtung, d.h. wenn sich das Verbindungselement 5 in der ersten Axialposition A befindet. Die Reihen 8, 9 sind entlang des Umfanges der ersten Welle 1 bzw. des Verbindungselementes 5 angeordnet. Der axiale Abstand zwischen einer ersten Reihe 8 und einer zweiten Reihe 9 ist somit entlang des Umfanges der ersten Welle 1 bzw. des Verbindungselementes 5 konstant. Einzelne Formschlusselemente der Reihen 8, 9 oder einzelne Reihen 8, 9 können axial etwas länger ausgeführt sein, als die verbleibenden Formschlusselemente bzw. Reihen 8, 9. Dies vermindert die Neigung zu „Zahn-auf Zahn-Stellungen“ der beiden Reihen 8, 9 Formschluss-elemente. Alternativ oder zusätzlich können alle, einzelne oder einige der Formschlusselemente der Reihen 8, 9 auch an einer axialen Stirnseite angespitzt sein, was ebenfalls diese Neigung zu „Zahn-auf-Zahn-Stellungen“ vermindert.
Im gezeigten, beispielhaften Fall sind die ersten Reihen 8 radial innenseitig am Verbindungselement 5 angeordnet und die zweiten Reihen 9 radial außenseitig an der ersten Welle 1. Im Sinne der Erfindung kann die Reihen 8 alternativ auch radial außenseitig am Verbindungselement 5 und die korrespondierenden Reihen 9 entsprechend radial innenseitig an der ersten Welle 1 angeordnet sein. Die Reihen von Formschlusselemente 8, 9 sind so ausgebildet, dass über diese eine Drehmomentübertragung zwischen der ersten Welle 2 und dem Verbindungselement 5 erfolgt bzw. möglich ist – dann, wenn sich das Verbindungselement 5 in der ersten Axialposition A befindet. Die ersten Reihen 8 Formschlusselemente sind hierbei so axial beabstandet, dass sich axial zumindest zwischen zwei, bevorzugt zwischen jeder der ersten Reihen 8 eine zweite Reihe 9 Formschlusselemente befindet, wenn das Verbindungselement die in 1 gezeigte zweite Axialposition B einnimmt. Dementsprechend ist in der zweiten Axialposition B auch zwischen zumindest zwei der zweiten Reihen 9 eine erste Reihe 8 axial angeordnet. Die Reihen 8, 9 der Formschlusselement sind in der zweiten Axialposition B nicht im Eingriff miteinander, wodurch ein Formschluss zwischen Verbindungselement 5 und erster Welle 1 aufgelöst ist.
Es ist klar, dass auch die Verbindung zwischen Verbindungselement 5 und zweiter Welle 2 analog zur lösbaren formschlüssigen Verbindung des Verbindungselementes 5 mit der ersten Welle 1 ausgeführt sein kann. In diesem Fall verfügt das Verbindungselement 5 über weitere erste Reihen axial beabstandeter Formschlusselemente, welche mit zweiten Reihen Formschlusselemente der zweiten Welle 2 so zusammenwirken, dass diese miteinander in Fomschluss sind, wenn sich das Verbindungselement 5 in der ersten Axialposition A befindet (wodurch die Wellen 1, 2 gekoppelt sind) und sich außer Formschluss befinden, wenn sich das Verbindungselement 5 in der zweiten Axialposition B befindet (wodurch die Wellen 1, 2 entkoppelt sind).
Die Funktion der in 1 und 2 gezeigten Verbindungsvorrichtung ist wie folgt:
Wie erläutert zeigt 1 die Verbindungsvorrichtung im entkoppelten Zustand, d.h. dass kein Formschluss zwischen erster und zweiter Welle 1, 2 vorhanden ist und somit keine Drehmomentübertragung zwischen erster und zweiter Welle 1, 2 erfolgt bzw. möglich ist. Um eine Drehmomentübertragung zwischen erster und zweiter Welle 1, 2 zu ermöglichen wird das Verbindungselement 5 von der zweiten Axialposition B axial in die erste Axialposition A bewegt. Hierbei geraten die ersten und zweiten Reihen 8, 9 von Formschlusselemente miteinander in Formschluss. Im Detail tritt dabei jede der ersten Reihen 8 mit der jeweils korrespondierenden zweiten Reihe 9 in formschlüssigen Kontakt. Da das Verbindungselement 5 bereits über die Formschlusselemente 6 und 7 in drehmomentübertragendem Kontakt mit der zweiten Welle 2 steht, wird somit bei der Axialbewegung des Verbindungselementes 5 in die erste Axialposition A durch die Reihen 8, 9 von Formschlusselementen endgültig Formschluss zwischen der ersten und zweiten Welle 1, 2 hergestellt. Somit ist eine Drehmomentübertragung zwischen diesen Wellen 1, 2 möglich.
Im gezeigten Fall wird bei der Bewegung des Verbindungselementes 5 in die erste Axialposition A der Abstand zwischen Ankerelement 10 und Aktor 4 maximiert.
Diese Bewegung des Verbindungselementes 5 kann daher entweder durch Hervorrufung einer abstoßenden Wirkung zwischen Ankerelement 10 und Aktor 4 bewirkt werden oder insbesondere durch nicht dargestellte andere Mittel. Diese Mittel können beispielsweise die Schwerkraft ausnutzen, indem das Verbindungselement 5 selbst oder eine Gewichtsanordnung, die mit dem Verbindungselement 5 geeignet verbunden ist, schwerkraftbedingt in Richtung Erdoberfläche gezogen wird. In letzterem Fall ist die Verbindungsvorrichtung demensprechend bezüglich der Erdoberfläche ausgerichtet. Die Mittel können jedoch auch eine Federanordnung sein, welche auf das Verbindungselement 5 selbst oder auf das Ankerelement 10 eine Federkraft ausüben. Diese Federkraft wird dann zur axialen Bewegung des Verbindungselements 5 in die erste Axialposition A genutzt.
Wenn sich das Verbindungselement 5 in der in 2 gezeigten ersten Axialposition A befindet, in welcher die Wellen 1, 2 miteinander gekoppelt sind und wenn diese Kopplung aufgelöst werden soll, wird das Verbindungselement 5 in die zweite Axialposition B bewegt. Hierdurch gelangen die in Eingriff befindlichen Reihen 8, 9 von Formschlusselemente wieder außer Eingriff, d.h. werden entsprechend 1 voneinander gelöst. Diese Axialbewegung erfolgt bevorzugt mittels des Aktors 4, der durch elektrische Bestromung ein magnetisches Feld erzeugt, das das Ankerelement 10 magnetisch anzieht, woraufhin das Ankerelement 10 auf den Aktor 4 zu bewegt wird, also in Richtung minimalem Abstand zum Aktor 4. Diese Axialbewegung des Ankerelementes 10 wird über das Axiallager 11 auf das Verbindungselement 5 übertragen, das entsprechend von der ersten in die zweite Axialposition A, B axial bewegt wird.
Die Bewegung des Verschiebungselementes 5 aus der ersten in die zweite Axialposition A, B (Entkoppelung der Wellen 1, 2) kann beispielsweise als Hinbewegung verstanden werden und die Bewegung des Verbindungselementes 5 aus zweiten in die erste Axialposition A, B (Koppelung der Wellen 1, 2) kann beispielsweise als Rückbewegung verstanden werden. Je nach Ausführung des Aktors 4 und des Ankerelements 10 kann entweder die Hinbewegung oder die Rückbewegung durch diese Bauteile 4, 10 magnetisch erfolgen. Die Axialbewegung in die jeweils entgegengesetzte Richtung, d.h. die Rück- bzw. Hinbewegung, erfolgt dann mittels besagter anderer Mittel, beispielsweise unter Ausnutzung der Schwerkraft oder einer Federanordnung. Falls das Ankerelement über einen oder mehrere Permanentmagnete verfügt können auch sowohl Hin- als auch Rückbewegung durch Ankerelement 10 und Aktor 4 erfolgen. Dann nämlich bestimmt die Polung der elektrischen Bestromung des Aktors 4 darüber, ob das dabei erzeugte Magnetfeld anziehend oder abstoßend auf das Ankerelement 10 wirkt und somit die Richtung, in welche sich das Verbindungselement 5 bewegen soll.
3 und 4 zeigen eine näher detaillierte Ausführungsform der in 1 und 2 dargestellten Verbindungsvorrichtung. Analog zu 1 und 2 ist jeweils die untere Hälfte der Übersicht halber nicht gezeigt. Gleiche oder zumindest funktionsgleiche Bauteile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Übersicht halber wurde die zweite Welle und die Verbindung des Verbindungselements mit dieser zweiten Welle nicht dargestellt. Das Verbindungselement 5 kann jedoch entsprechend der oben gemachten Erläuterungen zur 1 und 2 mit der zweiten Welle in Verbindung stehen.
Die in 3 und 4 gezeigten Weiterbildungen beziehen sich im Wesentlichen auf die den Aktor 4 umgebenden Bauteile. Aktor 4, Verbindungselement 5, erste und zweite Reihen Formschlusselemente 8, 9, Ankerelement 10 und Axiallager 11 weisen die gleichen Funktionen auf, wie in 1 und 2 und können auch entsprechend der dort genannten Alternativen ausgeführt bzw. angeordnet sein.
Gemäß 3 und 4 ist das Ankerelement 10 so ausgeführt, dass es den Aktor 4 zumindest zum Teil umhüllt. Im Detail wird eine erste Stirnseite, ein Teil einer radial außenliegenden Seite und ein Teil einer radial innenliegenden Seite des Aktors 4 von dem Ankerelement 10 umhüllt, wenn sich das Verbindungselement 5 in der ersten und zweiten Axialposition A, B befindet. Des Weiteren ist ein Magnetjoch 12 vorgesehen, welches eine zweite Stirnseite des Aktors 4, die der ersten Stirnseite gegenüberliegt, sowie einen Teil der radial außenliegenden und einen Teil der radial innenliegenden Seite des Aktors 4 umhüllt. Das Magnetjoch 12 liegt bevorzugt direkt an dem Aktor 4 an, um einen (Luft-)Spalt zwischen Aktor 4 und Magnetjoch 12 zu minimieren. Ankerelement 10 und Magnetjoch 12 sind jeweils ringförmig und koaxial zu der Drehachse D angeordnet. Hierdurch ist ein in axialer Richtung sehr kompakter Aufbau der Verbindungsvorrichtung möglich. Durch die Umhüllung des Aktors 4 durch das Ankerelement 10 und das Magnetjoch 12 wird das Magnetfeld des Aktors 4 gezielt gelenkt und somit zur Bewegung des Ankerelementes 10 besser ausgenutzt. Das Magnetjoch 12 ist fest mit dem Aktor 4 verbunden. Ein Teil des Magnetjochs 12, insbesondere der Teil, der den Aktor 4 radial innenliegend umhüllt, dient bevorzugt als Führung für das Verbindungselement 5.
Radial außen bezüglich des Aktors 4 und axial zwischen dem Ankerelement 10 und dem Magnetjoch ist ein Permanentmagnet 13 angeordnet. Es können selbstverständlich auch mehrere Permanentmagnete 13 dort vorgesehen sein. Der Permanentmagnet 13 ist ringförmig um den Aktor 4 angeordnet. Durch ihn ist eine stromlose Haltefunktion des Ankerelements 10 und damit des Verbindungselements 5 realisiert. Das bedeutet, dass das Ankerelement 10 und daher das Verbindungselement 5 in der in 3 gezeigten Position haltbar sind, ohne dass eine elektrische Bestromung des Aktors 4 erforderlich wäre. Dies beruht darauf, dass der Permanentmagnet 13 das Ankerelement 10 magnetisch festhält, wenn sich das Verbindungselement 5, wie in 3 gezeigt, in der zweiten Axialposition B befindet. Der Permanentmagnet 13 kann auch in das Magnetjoch 12 eingebettet sein, beispielsweise eingespritzt oder eingeklebt. Somit wird ein ungewolltes Lösen des Permanentmagneten 13 verhindert. Der Permanentmagnet 13 ist so bezüglich des Magnetjochs 12 angeordnet, dass eine Magnetflussachse des Permanentmagneten 13, d.h. die Achse, entlang derer dessen Magnetflusslinien verlaufen, im Bereich des Permanentmagneten 14 im Wesentlichen einer Magnetflussachse des Aktors 4 entspricht, wenn dieser entsprechend bestromt wird. Der Permanentmagnet 13 kann entweder ortsfest zu dem Ankerelement 10 sein (und dann mit diesem mitbewegt werden) oder ortsfest zu dem Magnetjoch 12 sein. In 3 und 4 ist er ortsfest zu dem Magnetjoch 12.
In der Ausführung nach 3 und 4 ist axial zwischen Permanentmagnet 13 und Ankerelement 10 und ebenfalls radial außen bezüglich des Aktors 4 ein ringförmiges Anlaufelement 14 angeordnet. Sofern der Permanentmagnet 13 ortsfest an dem Ankerelement 10 angeordnet ist, befindet sich das Anlaufelement 14 dann allerdings axial zwischen Permanentmagnet 13 und Magnetjoch 12. In beiden Ausführungsformen ist das Anlaufelement 14 ortsfest bezüglich des Permanentmagneten 13, beispielsweise indem beide fest miteinander verbunden sind. Das Anlaufelement 14 gemäß 3 und 4 tritt mit einem Rand 10a des Ankerelementes 10 in Kontakt, wenn sich das Verbindungselement 5 in der zweiten Axialposition B befindet. Es dient zur Übertragung des magnetischen Feldes des Permanentmagneten 13 und/oder des Aktors 4 auf das Ankerelement 10. Außerdem verhindert es ein direktes Anprallen des Ankerelementes 10 gegen den Permanentmagneten 13, um eine Beschädigung desselben zu verhindern. Eine dem Ankerelement 10, im Detail dem Rand 10a des Ankerelements 10, zugewandte Seite des Anlaufelements 14 ist abgeschrägt und bildet somit eine konische Fläche. Diese korrespondiert mit einer konischen Fläche des Randes 10a des Ankerelements 10. Hierdurch wird die Kontaktoberfläche zwischen Anlaufelement 14 und Ankerelement 10 vergrößert. Außerdem wird durch diese konische Fläche eine Aufprallwucht des Ankerelements 10 gegen das Anlaufelement 14 abgeschwächt.
Permanentmagnet 13 und/oder Anlaufelement 14 können auch an anderen geeigneten Stelle angeordnet sein, insbesondere radial innenliegend in Bezug auf den Aktor 4. Durch die radiale Anordnung des Permanentmagneten 13 und/oder Anlaufelements 14 bezüglich des Aktors 4 ist der benötigte Bauraum des Verbindungselements 5 in axialer Richtung sehr gering.
Radial innen bezüglich des Aktors 4 und axial zwischen Magnetjoch 12 und Ankerelement 10 ist eine Federanordnung 15 angeordnet. Diese bewirkt eine axial wirkende Federkraft zwischen Ankerelement 10 und Magnetjoch 12. Die Richtung der Federkraft ist in dem in 3 und 4 gezeigten Fall so, dass das Verbindungselement aus der zweiten Axialposition B federkraftinduziert in die ersten Axialposition A gedrückt wird. Mit anderen Worten ist die Federanordnung 15 so ausgeführt, dass diese das Ankerelement 10 von dem Aktor 4 wegdrückt. Diese Federkraft wird von dem Ankerelement 10 über das Axiallager 11 auf das Verbindungselement 5 übertragen. Somit ist ohne Bestromung des Aktors 4 eine Rückbewegung des Verbindungselementes 5 aus der zweiten Axialposition B (3) in die erste Axialposition A (4) möglich. Die Hinbewegung aus der ersten Axialposition A in die zweite Axialposition B erfolgt hingegen durch die Bestromung des Aktors 4 und mit Hilfe des Ankerelements 10. Zur Realisierung der Federanordnung 15 kann jedes geeignete Mittel genutzt werden, welches durch elastische Verformung potentielle Energie bei der Hinbewegung aufnimmt und diese zur Erzeugung der Rückbewegung weitestgehend wieder abgeben kann. Die Federanordnung 15 kann daher beispielsweise aus einer oder mehreren Tellerfedern, Schraubenfedern, Wellfedern, Gummielementen, Schaumstoffelementen etc. bestehen. Die Federanordnung 15 ist insbesondere in einer Ausnehmung des Magnetjochs 12 und/oder des Ankerelements 10 radial geführt, um ein radiales Verrutschen zur verhindern.
Es sei angemerkt, dass die Federanordnung 15 auch an einer anderen geeigneten Stelle angeordnet sein kann, insbesondere radial außenliegend in Bezug auf den Aktor 4. Je nach dem gewählten Einbauort und ob sie die Hin- oder Rückbewegung des Verbindungselementes 5 bewirkt, kann Sie so ausgeführt sein, dass sie entweder eine Zugkraft oder eine Druckkraft auf das Ankerelement 10 oder das Verbindungselement 5 ausübt. Die Position des Randes 10a, des Anlaufelements 14 und des Permanentmagneten 13 können auch mit der Position der Federanordnung 15 ausgetauscht werden. Somit befände sich die Federanordnung 15 an der Position, an der in 3 und 4 der Rand 10a, das Anlaufelement 14 und der Permanentmagnet 13 angeordnet sind, während sich diese an der Position befinden würden, an der sich in 3 und 4 die Federanordnung 15 befindet.
Der Permanentmagnet 13 muss für die stromlose Haltefunktion zumindest so stark ausgelegt sein, dass dieser das Ankerelement 10 gegen die Federkraft der Federanordnung 14 festhält, nachdem der Aktor 4 das Ankerelement 10 in die entsprechende Axialposition A, B bewegt hat. Gemäß 3 und 4 ist dies der Fall, wenn zwischen Permanentmagnet 13 und Ankerelement 10 ein minimaler Abstand besteht. Auch der Aktor 4 weist dann einen minimalen Abstand zu dem Ankerelement 10 auf. Herbei befindet sich das Verbindungselement 5 in der zweiten Axialposition B. In dem in 3 gezeigten entkoppelten Zustand der Verbindungsvorrichtung ist diese daher insbesondere stromlos, d.h. der Aktor 4 wird nicht elektrisch bestromt. Die Federanordnung 15 ist in diesem Zustand maximal gespannt. Zur Bewegung des Ankerelementes 10 und damit des Verbindungselements aus der zweiten Axialposition B (3) in die erste Axialposition (4) wird der Aktor 4 so bestromt, insbesondere wird die Polung und Stärke dieser Bestromung so gewählt, dass das magnetische Feld des Permanentmagneten 14 aureichend stark abgeschwächt wird, bis die auf das Ankerelement 10 wirkende Federkraft der Federanordnung 15 die auf das Ankerelement 10 wirkende Haltekraft des Permanentmagneten 14 übersteigt. Hierdurch beginnt sich das Ankerelement 10 und folglich auch das Verbindungselement 5 aus der zweiten Axialposition B in Richtung der ersten Axialposition A zu bewegen. Die Reichweite der Haltekraft des Permanentmagneten 14 ist sehr gering gewählt, beispielsweise 1/10 der gesamten Wegstrecke S, wodurch die Bestromung des Aktors 14 früh beendet werden kann, sobald sich das Ankerelement 10 aus dieser Reichweite bewegt hat. Hierdurch kann der Energieverbrauch der Verbindungsvorrichtung minimiert werden. Die Federkraft der Federanordnung 15 bewirkt, dass sich das Ankerelement 10 und das Verbindungselement 5 weiter in die erste Axialposition A bewegen, wobei im Laufe dieser Bewegung die ersten Reihen 8 Formschlusselemente mit den zweiten Reihen 9 Formschlusselemente in Eingriff geraten und die Wellen 1, 2 miteinander drehmomentübertragbar koppeln. In der in 4 gezeigten Endposition sind Ankerelement 10 und Permanentmagnet 13 maximal von dem Aktor 4 entfernt. Außerdem ist die Federanordnung 15 maximal entspannt.
Zum Lösen der Verbindung von erster und zweiter Welle 1, 2 wird der Aktor wieder bestromt, bevorzugt so, dass im Bereich des Permanentmagneten 14 das von dem Aktor 4 erzeugte magnetische Feld gleichgerichtet ist mit dem vom Permanentmagneten 13 erzeugte magnetische Feld. Hierdurch wird die Reichweite des Aktors 4 vergrößert. Das Ankerelement 10 erfährt hierbei eine magnetische Anziehung und beginnt sich gegen die Federkraft der Federanordnung 15 auf den Aktor 4 zuzubewegen. Die Federanordnung 15 wird während dieser Bewegung gespannt, und die ersten und zweiten Reihen 8, 9 Formschlusselemente werden voneinander gelöst, d.h. geraten außer Eingriff. Hierdurch werden auch die Wellen 1, 2 voneinander gelöst – sie sind somit frei zueinander drehbar und die Verbindungsvorrichtung befindet sich nun im entkoppelten Zustand. Sobald das Ankerelement 10 den minimalsten Abstand zu dem Aktor 4 und dem Permanentmagneten 13 eingenommen hat – das Verbindungselement 5 befindet sich dann in der zweiten Axialposition B – kann die Bestromung des Aktors 4 eingestellt werden, da sich das Ankerelement 10, im Detail der Rand 10a des Ankerelements 10, in Reichweite des Permanentmagneten 13 befindet, so dass dieser das Ankerelement 10 gegen die Federkraft der Federanordnung 15 festhält. Die Verbindungsvorrichtung ist daher bistabil, d.h. sie braucht weder im gekoppelten Zustand (4), noch im entkoppelten Zustand (3) elektrisch bestromt zu werden, um den jeweiligen Zustand aufrechtzuhalten.
Die in 3 und 4 gezeigte Verbindungsvorrichtung weist außerdem ein Gehäuse 16 auf, welches eine radiale Außenwand der Verbindungsvorrichtung bildet. Das Gehäuse 16 umhüllt außerdem einen Teil der beiden axialen Stirnflächen der Verbindungsvorrichtung. Es schirmt hierdurch die Bauteile 4, 5, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15 der Verbindungsvorrichtung gegen äußere Einflüsse (mechanisch, magnetisch) ab. Außerdem stützt es die zwischen Ankerelement 10 und Magnetjoch 12 auftretende Federkraft der Federanordnung 15 ab. Das Gehäuse 16 beinhaltet daher die wesentlichen Bauteile der Verbindungsvorrichtung und fixiert diese zueinander. Die innerhalb der Verbindungsvorrichtung auftretenden Kräfte werden somit durch die Verbindungsvorrichtung selbst abgestützt. Hierdurch kann die Verbindungsvorrichtung als fertiges Modul vorgefertigt werden und braucht am späteren Einbauort lediglich in den dazu vorgesehenen Einbauraum eingefügt/eingesetzt zu werden, ohne dass weitere Zusammenbauschritte für die Verbindungsvorrichtung nötig sind.
Es können eine oder mehrere spezielle Ablauföffnungen 3 vorgesehen sein, welche ein Ablaufen von Fluids während der Betätigung der Verbindungsvorrichtung, d.h. während der Bewegung des Ankerelements 10 und des Verbindungselements 5, ermöglichen. Dies ist insbesondere bei Anordnung der Verbindungsvorrichtung in hochviskosem Fluid, beispielsweise Hydrauliköl oder Getriebeöl, von Vorteil, wodurch diese Bewegung weniger stark gedämpft ist und die Verbindungsvorrichtung schneller reagiert. Insbesondere sind eine oder mehrere Ablauföffnungen 3 vorgesehen, um Fluid zwischen Ankerelement 10 Aktor 4 abfließen zu lassen. Im in 3 und 4 gezeigten Fall befindet sich diese Öffnung 3 im Ankerelement 10. Die Öffnung 3 kann sich alternativ oder zusätzlich auch an anderer Stelle, beispielsweise im Magnetjoch 12 befinden.
Es sei angemerkt, dass als Formschlusselemente 6, 7, 8, 9 grundsätzlich alle geeigneten Mittel verwendet werden können, beispielsweise Stifte, Klauen, Zähne, Polygonprofile etc. Es kann grundsätzlich auch eine Synchronisationeinrichtung, wie beispielsweise ein aus Fahrzeugschaltgetrieben bekannter Synchchronring etc., zwischen einer, mehreren oder allen der Reihen 8, 9 von Formschlusselemente angeordnet sein. Hierdurch wird eine Drehzahlangleichung zwischen erster Welle 1 und Verbindungselement 5 möglich, bevor der Formschluss zwischen diesen Bauteilen 1, 5 endgültig hergestellt wird.
5 zeigten einen Fahrzeugantriebsstrang in einer Draufsicht. In einem solchen Antriebsstrang wird die vorstehend erläuterte Verbindungsvorrichtung auf Grund des geringen benötigten Bauraumes besonders bevorzugt eingesetzt, i.e. in einem/mehreren der Getriebe (18, 19, 22, 25) des Antriebsstranges.
Bei dem in 5 gezeigten Antriebsstrang handelt es sich um einen Allrad-Fahrzeugantriebsstrang, auch 4WD- oder AWD-Antriebsstrang genannt. Es weist einen Antriebsmotor 17 auf, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine, einen Elektromotor oder einen Verbrennungskraftmaschine-Elektromotor-Hybridantrieb. An den Antriebsmotor 17 abtriebsseitig schließt sich ein konventionelles Gangwechselgetriebe 18 an, beispielsweise ein Automatgetriebes oder ein manuelles/automatisiertes Schaltgetriebe oder ein stufenloses Getriebe. Nicht dargestellt ist hierbei, dass sich antriebstechnisch zwischen Antriebsmotor 17 und Gangwechselgetriebe 18 eine Trennkupplung, i.e. Anfahrkupplung, befinden kann. Antriebsmotor 17 und Gangwechselgetriebe 18 sind hier in Front-Längs-Anordnung ausgeführt, anderen Anordnungen sind allerdings ebenso denkbar, beispielsweise eine Front-Quer-Anordnung oder eine Mittelmotoranordnung.
Innerhalb des Gangwechselgetriebes 18 wird in der Regel fahrsituationsabhängig durch eine Schalteinrichtung eines von mehreren Übersetzungsverhältnissen eingelegt, um ein von dem Antriebsmotor 17 bereitgestelltes Antriebsdrehmoment herauf oder herabzusetzen. Direkt an das Gangwechselgetriebe 18 angeflanscht, weist der Antriebsstrang ein erstes Verteilergetriebe 19 auf, im Detail ein Längsverteilergetriebe, welches das Ausgangsdrehmoment des Gangwechselgetriebe 18 auf eine Vorderachse 20 und eine Hinterachse 21 verteilt (entsprechend der dargestellten Pfeile). Das erste Verteilergetriebe 19 kann hierbei zumindest eine der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtungen integriert aufweisen, um die Vorderachse 20 und/oder die Hinterachse 21 antriebstechnisch von dem Gangwechselgetriebe 18 an- oder abzukoppeln. Hierdurch kann wahlweise kein Drehmoment auf die jeweilige Achse 20, 21 übertragen werden oder ein maximal mögliches Drehmoment.
Alternativ oder zusätzlich können auch zwischen dem ersten Verteilergetriebe 19 und der Vorder- und/oder Hinterachse 20, 21 eine oder mehrere der Verbindungsvorrichtungen angeordnet sein, durch welche die jeweiligen Achsen 20, 21 mit dem Verteilergetriebe 19 an- und koppelbar sind – beispielhafte Einbauorte hierfür sind mit dem Bezugszeichen Y markiert. Die Verbindungsvorrichtung kann natürlich auch innerhalb des Gangwechselgetriebes 18 eingesetzt werden.
Ausgehend von dem ersten Verteilergetriebe 19 wird das der Vorderachse 20 zugewiesene Drehmoment auf ein zweites Verteilergetriebe 22, hier ein Querverteilergetriebe, übertragen, wo es wiederum auf eine rechte und linke Radantriebswelle 23 (auch Seitenwelle oder Radwelle genannt) und von dort auf ein rechtes bzw. linkes Fahrzeugrad 24 verteilt wird (entsprechend der dargestellten Pfeile). Analog zu der Vorderachse 20 wird das Drehmoment auch auf Fahrzeugräder 24 der Hinterachse 21 übertragen, welche hierzu ein drittes Verteilergetriebe 25 aufweist.
Insbesondere wenn das zweite und/oder das dritte Verteilergetriebe 22, 25 als Sperrdifferentialgetriebe oder zum An- und Abkoppeln einer der Radantriebs – wellen 23 ausgeführt sind, können diese jeweils zumindest eine der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtungen integriert aufweisen, um das jeweilige Rad 24 antriebstechnisch von dem restlichen Fahrzeugantriebsstrang an- oder abzukoppeln. Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere der Verbindungsvorrichtungen auch zwischen einem der Fahrzeugräder 24 und dem zugehörigen Verteilergetriebe 22, 25 an oder in der entsprechenden Radantriebswelle 23 angeordnet sein – beispielhafte Einbauorte hierfür sind mit dem Bezugszeichen X markiert.
Der dargestellte Antriebsstrang ist hierbei beispielhaft und nicht einschränkend für die Erfindung zu sehen. Dem Fachmann ist klar, dass der Antriebsstrang auch so ausgeführt sein kann, dass lediglich die Vorder- oder die Hinterachse 20, 21 von dem Antriebsmotor 17 angetrieben werden kann, d.h. dass es sich bei dem Fahrzeugantriebsstrang um einen so genannten 2WD-Antriebsstrang handeln kann. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung ist auch nicht nur auf mehrspurige Fahrzeuge beschränkt, sondern kann auch bei einspurigen Fahrzeugen, beispielsweise einem Motorrad, einem Motorroller oder dergleichen, eingesetzt werden. Der Fahrzeugantriebsstrang kann auch über mehr als zwei angetriebene Achsen verfügen und beispielsweise als 6 × 6- oder 8 × 8-Antriebsstrang ausgeführt sein, d.h. 3 bzw. 4 antreibbare Achsen aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: erste Welle
2: zweite Welle
3: Ablauföffnung
4: elektromagnetischer Aktor
5: Verbindungselement
6: Formschlusselement
7: Formschlusselement
8: erste Reihen Formschlusselemente
9: zweite Reihen Formschlusselemente
10: Ankerelement
11: Axiallager
12: Magnetjoch
13: Permanentmagnet
14: Anlaufelement
15: Federanordnung
16: Gehäuse
17: Antriebsmotor
18: Gangwechselgetriebe
19: erstes Verteilergetriebe
20: Vorderachse
21: Hinterachse
22: zweites Verteilergetriebe
23: Radantriebswelle
24: Fahrzeugrad
25: drittes Verteilergetriebe
A: erste Axialposition
B: zweite Axialposition
S: Schaltweg
X: Einbauort
Y: Einbauort

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19837417 A1 [0003, 0005]

Claims

Verbindungsvorrichtung, insbesondere für einen Fahrzeugantriebsstrang, zur drehfesten Verbindung einer ersten und einer zweiten relativ zueinander drehbaren Welle (1, 2), wobei die Verbindungsvorrichtung aufweist, ein axial bewegbares Verbindungselement (5) mit Formschlusselementen (8, 9), das in einer ersten Axialposition (A) mittels der Formschlusselemente (8, 9) einen Formschluss zwischen der ersten und der zweiten Welle (1, 2) herstellt und in einer zweiten Axialposition (B) den Formschluss auflöst, und einen elektromagnetischen Aktor (4), welcher bei elektrischer Bestromung eine Bewegung des Verbindungselementes (5) zwischen der ersten und der zweiten Axialposition (A, B) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusselemente (8, 9) in axialer Bewegungsrichtung des Verbindungselementes in mehreren voneinander beabstandeten ersten Reihen (8) angeordnet sind, so, dass sich in der ersten Axialposition (A) diese mehreren ersten Reihen (8) mit jeweils zumindest einer korrespondierenden zweiten Reihe (9) von Formschlusselementen der ersten Welle (1) in Formschluss befinden, wodurch der Formschluss zwischen der ersten und der zweiten Welle (1, 2) hergestellt ist und dass in der zweiten Axialposition (B) diese mehreren ersten Reihen (8) mit der jeweils korrespondierenden zweiten Reihe (9) von Formschlusselementen der ersten Welle (1) gelöst sind, wodurch der Formschluss zwischen der ersten und der zweiten Welle (1, 2) aufgelöst ist.
Verbindungvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der elektromagnetische Aktor (4) und das Verbindungselement (5) ringförmig ausgeführt und koaxial zu der ersten und/oder zweiten Welle (1, 2) angeordnet sind und das Verbindungselement (5) zumindest teilweise radial innerhalb des elektromagnetischen Aktors (4) angeordnet ist und die ersten Reihen (8) der Formschlusselemente radial innerhalb des Verbindungselementes (5) angeordnet sind.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, aufweisend ein Ankerelement (10, 10a), welches durch Bestromung des elektromagnetischen Aktors (4) magnetisch bewegbar ist und welches über ein Axiallager (11) mit dem Verbindungselement (5) drehbar verbunden ist, so, dass eine Bewegung des Ankerelementes (10, 10a) die axiale Bewegung des Verbindungselementes (5) zwischen der ersten und zweiten Axialposition (A, B) bewirkt.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, aufweisend ein Ankerelement (10, 10a), welches durch Bestromung des elektromagnetischen Aktors (4) magnetisch verschiebbar ist und welches mit dem Verbindungselement (5) ortsfest verbunden ist, so, dass eine Verschiebung des Ankerelementes (10, 10a) die axiale Bewegung des Verbindungselementes (5) zwischen der ersten und zweiten Axialposition (A, B) bewirkt.
Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, aufweisend ein Magnetjoch (12), welches ortsfest mit dem elektromagnetischen Aktor (4) verbunden ist und den elektromagnetischen Aktor (4) zumindest zu einem ersten Teil umhüllt und/oder wobei das Ankerelement (10, 10a) so ausgeführt ist, dass es zumindest einen zweiten Teil des elektromagnetischen Aktors (4) umhüllt.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei Magnetjoch (12) und Ankerelement (10, 10a) so ausgeführt sind, dass diese den elektromagnetischen Aktor (4) zumindest dann wenn sich das Verbindungselement (5) in der ersten oder der zweiten Axialposition (A, B) befindet vollständig umhüllen.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Magnetjoch (12) und/oder das Ankerelement (10, 10a) mindestens eine Öffnung (3) aufweisen, durch welchen ein Fluidabfluss, insbesondere Ölabfluss, aus der durch Magnetjoch (12) und dem Ankerelement (10, 10a) gebildeten Umhüllung des elektromagnetischen Aktors (4) möglich ist.
Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend zumindest einen Permanentmagneten (13), der so ausgeführt ist, dass er das Ankerelement (10, 10a) magnetisch festhält, wenn sich das Verbindungselement (5) in der ersten oder zweiten Axialposition (A, B) befindet und damit das Verbindungselement (5) in dieser Axialposition (A, B) fixiert, insbesondere ist dabei der Permanentmagnet (13) so im Bereich eines Magnetjochs (12) der Verbindungsvorrichtung angeordnet, dass im Bereich der Einbauposition des Permanentmagneten (13) dessen Magnetflussachse weitestgehend einer Magnetflussachse des elektromagnetischen Aktors (4) entspricht, wenn dieser bestromt wird.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der elektromagnetische Aktor (4) ringförmig ausgeführt ist und der Permanentmagnet (13) radial innerhalb oder außerhalb des elektromagnetischen Aktors (4) angeordnet ist.
Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektromagnetische Aktor (4) so angeordnet ist, dass er eine Hinbewegung des Verbindungselementes (5) in die erste oder zweite Axialposition (A, B) bewirkt und wobei eine Federanordnung (15) vorgesehen ist, welche eine Rückbewegung des Verbindungselementes (5) in die jeweils andere der ersten oder zweiten Axialposition (A, B) bewirkt.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 5 und 10, wobei das Verbindungselement (5), der elektromagnetische Aktor (4), das Ankerelement (10, 10a), das Magnetjoch (12) und die Federanordnung (15) jeweils ringförmig ausgeführt sind und koaxial zueinander angeordnet sind, und wobei die Federanordnung (15) radial innerhalb des elektromagnetischen Aktors (4) angeordnet ist und das Verbindungselement (5) radial innerhalb der Federanordnung (15) angeordnet ist, und wobei die Federanordnung (15) axial zwischen dem Ankerelement (10, 10a) und dem Magnetjoch (12) angeordnet ist.
Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend ein Gehäuse (16), welches einen äußeren Umfang der Verbindungsvorrichtung sowie zumindest einen Teil einer ersten und einer dazu gegenüberliegenden zweiten Stirnseite der Verbindungsvorrichtung umschließt.
Getriebe (18, 19, 22, 25) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, insbesondere Verteilergetriebe (19, 22, 25) für einen solchen, aufweisend eine erste und eine zweite in dem Getriebe drehbare Welle (1, 2) und eine Verbindungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 zur drehfesten Verbindung dieser beiden Wellen (1, 2).
Verfahren zur Betätigung einer Verbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei • der elektromagnetische Aktor (4) zur axialen Hinbewegung des Verbindungselementes (5) in die eine der ersten oder zweiten Axialposition (A, B) zumindest so lange elektrisch bestromt wird bis der Permanentmagnet (13) das Ankerelement (10, 10a) in dieser Axialposition (A, B) magnetisch festhält und dabei die Bestromung so erfolgt, dass ein magnetisches Feld des elektromagnetischen Aktors (4) im Bereich des Permanentmagneten (13) gleichgerichtet ist mit einem magnetischen Feld des Permanentmagneten (13), und wobei • der elektromagnetische Aktor (4) zur axialen Rückbewegung des Verbindungselementes (5) in die andere der ersten oder der zweiten Axialposition (A, B) zumindest so lange bestromt wird bis sich das Ankerelement (10, 10a) von dem magnetische Festhalten des Permanent-magnetes (13) löst und hierbei die Bestromung so erfolgt, dass das magnetisches Feld des elektromagnetischen Aktors (4) im Bereich des Permanentmagneten (13) entgegengerichtet ist zu dem magnetischen Feld des Permanentmagneten(13), insbesondere ist hierbei die Bestromung so stark, dass im Bereich des Permanentmagneten (13) das magnetische Feld des elektromagnetischen Aktors (4) das magnetische Feld des Permanentmagneten (13) zumindest größtenteils aufhebt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die axiale Rückbewegung des Verbindungselementes (5) in die andere der ersten oder zweiten Axialposition (A, B) federkraftinduziert erfolgt.