AT502708A2

AT502708A2 - Anordnung zur drehmomentermittlung an einer reibungskupplung

Info

Publication number: AT502708A2
Application number: AT0161506A
Authority: AT
Original assignee: Gkn Driveline Int Gmbh
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2007-05-15
Also published as: US20070186690A1; AT502708B1; AT502708A3; JP5124122B2; US7698960B2; JP2007120761A; DE102005051501B3

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Drehmomentermittlung an einer Reibungskupplung, insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Dabei kann die Reibungskupplung in einer Differentiaianordnung zur variablen Drehmomentverteilung zwischen zwei Ausgangswellen oder als Hang-on-Kupplung für eine bedarfsweise antreibbare Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Eine Differentiaianordnung mit variabler Drehmomentverteilung ist beispielsweise aus der DE 102005004290.2 bekannt, während die EP 0 466 863 B1 ein Beispiel für eine Hangon-Kupplung zeigt.
Die genannten Reibungskupplungen dienen der Drehmomentregelung, d. h. insbesondere dem Eingriff in die Drehmomentverteilung an zwei Rädern einer angetriebenen Achse oder in die Drehmomentverteilung zwischen zwei antreibbaren Achsen.

Um entsprechende Regelprozesse führen zu können, muss das von der Kupplung übertragene Kupplungsmoment bekannt sein und hierfür mit geeigneten Mitteln ständig ermittelt werden. Dabei ist die Bestimmung des Kupplungsmomentes über die Anpresskraft der Reiblamellen wegen auftretender Reibwertveränderungen des Reibbelags in Abhängigkeit von Temperatur und Lebensdauer nur eine ungenaue Annäherung an das tatsächlich eingestellte Kupplungsmoment. In anspruchsvollen Sperren- und Vektoringkonzepten mit variabler Drehmomentverteilung ist die Ungenauigkeit der Kupplungsmomentabschätzung unzureichend und führt zu erheblichem Regelaufwand oder eingeschränkter Nutzung der Systeme.
Aus der WO 2005/064209 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung des Kupplungsmomentes sowie eine Reibungskupplung mit einem elektromechanischen Aktuator bekannt.

Der Aktuator umfasst eine in einem Gehäuse axial festgelegte Stützscheibe und eine sich an dieser axial abstützende verschiebbare Stellscheibe. Die Stützscheibe ist als Ringkolben ausgebildet, der in einer mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Ringkammer angeordnet ist. Zur Messung des hydraulischen Drucks ist in der Ringkammer im Gehäuse ein Drucksensorelement angeordnet.

Der gemessene Druck wird in das aktuell übertragene Kupplungsmoment umgerechnet.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Drehmomentermittlung an einer Reibungskupplung, insbesondere für den Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, vorzuschlagen, die eine genaue und direkte Ermittlung der auftretenden Drehmomente ermöglicht.
Eine erfindungsgemässe erste Lösung liegt in einer Anordnung zur Kraftmessung an einer Reibungskupplung, insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Aussenlamellenträger, an dem Aussenlamellen drehgesichert und längs einer Längsachse A axial verschiebbar gehalten sind, wobei zumindest eine der Aussenlamellen einen äusseren Nocken aufweist; einen Innenlamellenträger, an dem Innenlamellen drehfest und längs der Längsachse A axial verschiebbar gehalten sind;

wobei die Aussenlamellen und die Innenlamellen axial abwechselnd angeordnet sind und gemeinsam ein Lamellenpaket bilden; sowie
Mittel zur Kraftmessung, die derart angeordnet sind, dass sie beim Betätigen der Reibungskupplung von dem Nocken in einer mit Abstand quer zur Längsachse A verlaufenden Wirkrichtung beaufschlagt werden.
Der Vorteil liegt darin, dass durch die Kraftmessung unmittelbar an der Reibungskupplung genaue Werte als Basis für die Ermittlung des Kupplungsmoments zur Verfügung stehen. Störgrössen wie beispielsweise eine Reibwertveränderung der Kupplungslamellen haben keinen Einfluss auf die Messung, so dass exakte Eingangsgrössen für das Regelsystem zur Regelung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden können. Dies führt wiederum zu verbesserten Regeleingriffen und letztlich zu einer höheren Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs.

Dass zumindest eine Au
ssenlamelle einen Nocken zum Beaufschlagen des Kraftsensors aufweist bedeutet, dass sowohl eine einzelne als auch mehrere Aussenlamellen an dem Kraftsensor abgestützt sein können. Beispielsweise könnten zwei von insgesamt vier Aussenlamellen eines Lamellenpakets zur Kraftmessung ausgebildet sein. Dabei ist es besonders günstig, wenn die zur Kraftmessung dienenden Aussenlamellen beidseitig mit Innenlamellen in Reibkontakt sind. In Konkretisierung ist die zumindest eine Aussenlamelle innerhalb des Lamellenpakets etwa axial mittig angeordnet. So werden Verfälschungen der Messergebnisse minimiert. Sofern vorhanden, sind die übrigen Aussenlamellen ohne Kontakt zu den Messmitteln direkt im Aussenlamellenträger drehfest gehalten. Die erfindungsgemässe Anordnung kann grundsätzlich bei allen Reibungskupplungen bzw.

Nassbremsen eingesetzt werden, bei denen die Aussenlamellen in einem Gehäuse stationär aufgenommen sind. Solche Reibungskupplungen sind in Automatikgetrieben und, in Verbindung mit Planetengetrieben, auch in den obengenannten Systemen zur variablen Verteilung von Antriebsmomenten zu finden.
Nach einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zumindest eine Aussenlamelle um eine zur Längsachse A parallele Schwenkachse im Aussenlamellenträger ' mit Abstand zum Nocken schwenkbar gelagert ist. Mit schwenkbar gelagert ist in diesem Zusammenhang gemeint, dass die zumindest eine Aussenlamelle gegenüber dem Aussenlamellenträger um die Schwenkachse B minimal schwenkbar ist und gleichzeitig durch die zwei gebildeten Abstützpunkte, nämlich den Mitteln zur Kraftmessung und dem Schwenklager, gegenüber dem Aussenlamellenträger drehgesichert sind.

Sowohl die Schwenkachse B als auch der Nocken mit seinem Messpunkt haben dabei einen definierten Mittenversatz zur Längsachse A, der bei der Ermittlung des Kupplungsmoments aus der gemessenen Kraft berücksichtigt wird. Die Kraftmessung kann sowohl an nur einem der Abstützpunkte als auch an beiden Abstützpunkten der Aussenlamelle erfolgen. Die Schwenkachse ist zum radialen Vorsprung vorzugsweise etwa diametral gegenüberliegend angeordnet. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung hat die zumindest eine Aussenlamelle eine Lagerbohrung, in die ein Lagerbolzen zum schwenkbaren Lagern eingesteckt werden kann.

Dabei ist die Lagerbohrung vorzugsweise in einem radialen Ansatz der zumindest einen Aussenlamelle gebildet.
Nach einer zweiten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zumindest eine Aussenlamelle gegenüber dem Aussenlamellenträger um die Längsachse A begrenzt drehbar gelagert ist. Mit begrenzt drehbar ist gemeint, dass die zumindest eine Aussenlamelle so weit drehbar ist, bis sie gegen die Mittel zur Kraftmessung anläuft, so dass die gesamte Umfangskraft am Nocken abgestützt wird. Zur Lagerung sind vorzugsweise mehrere Stützlager über den Umfang der zumindest einen Aussenlamelle verteilt angeordnet.

Besonders günstig ist die Verwendung von zwei Stützlagern, die innerhalb eines Winkelbereichs von 180[deg.] um die Längsachse A - in Bezug auf eine Hauptdrehrichtung, nämlich bei Vorwärtsbetrieb des Kraftfahrzeugs - vor den Mitteln zur Kraftmessung liegen und an denen die zumindest eine Aussenlamelle anliegt. Die Kraftmessung erfolgt wie bei der obengenannten Ausführungsform über geeignete Messmittel, die von dem Nocken in einer mit Abstand quer zur Längsachse A verlaufenden Wirkrichtung beaufschlagt werden. Die Stützlager sind vorzugsweise als Wälzlager gestaltet und umfassen jeweils einen am Aussenlamellenträger festgelegten Zapfen, Wälzkörper sowie einen Aussenring, gegen den die zumindest eine Aussenlamelle mit einer Umfangsfläche anliegt.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist ein Aktuator zum Betätigen der Reibungskupplung vorgesehen.

Dieser kann beispielsweise elektromechanisch oder hydraulisch betätigt sein. Vorzugsweise ist der Aktuator in Form eines Kugelrampenmechanismus gestaltet, der zwei relativ zueinander verdrehbare, koaxial zueinander angeordnete Scheiben umfasst, die in Umfangsrichtung tiefenveränderliche Paare von Kugelrillen zur Aufnahme von Kugeln aufweisen, wobei eine der Scheiben axial abgestützt ist und die andere der Scheiben gegen Rückstellkräfte von Federmitteln axial verschiebbar ist, wobei die axial verschiebbare Scheibe das Lamellenpaket mit einer Axialkraft zumindest mittelbar beaufschlagt. Die Verwendung eines Kugelrampenmechanismus hat den Vorteil einer genauen Ansteuerung sowie Unabhängigkeit von einem Hydraulikkreis.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Mittel zur Kraftmessung in Form eines Kraftsensors gestaltet, der quer und mit Abstand zur Längsachse wirksam ist.

Der Kraftsensor kann zum Messen der Kraft in einer Drehrichtung der Aussenlamellen als reiner Drucksensor oder Zugsensor gestaltet sein, oder er kann zur Messung der _
Kraft in beide Drehrichtungen als kombinierter Zug-Druck-Sensor ausgebildet sein. Letztere Ausgestaltung würde eine Kraftmessung bei Betätigung der Reibungskupplung sowohl bei Vorwärtsfahrt als auch bei Rückwärtsfahrt ermöglichen, so dass die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs auch in beiden Fahrtrichtungen geregelt werden könnte. Die Verwendung eines Kraftsensor soll die Möglichkeit, mehrere umfangsverteilte Kraftsensoren zu verwenden, mit einschliessen. Die Verwendung von drei Kraftsensoren wäre für eine genaue Zentrierung der betroffenen Aussenlamellen günstig, würde aber eine aufwendige Lösung darstellen.

Die Mittel zur Kraftmessung sind vorzugsweise in der Wirkebene der zumindest einen Aussenlamelle angeordnet, um möglichst genaue Messergebnisse zu erhalten. Bei Verwendung einer Aussenlamelle mit Nocken wären die Mittel zur Kraftmessung somit in der Lamellenebene angeordnet. Bei Verwendung von zwei Aussenlamellen mit Nocken wären die Mittel zur Kraftmessung in einer mittig dazwischenliegenden Ebene angeordnet, usw.
Eine weitergehende Lösung der obengenannten Aufgabe liegt in einer Getriebeanordnung zur variablen Drehmomentverteilung im Antriebsstra[pi]g eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine erste Welle, die gegenüber einem stehenden Gehäuse um eine Längsachse A drehbar gelagert ist; eine koaxial hierzu angeordnete zweite Welle, die mit der ersten Welle antriebsverbunden ist;

eine im Drehmomentfluss zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle angeordnete Getriebestufe mit einem ersten Sonnenrad, das mit der zweiten Welle drehfest verbunden ist, einem zweiten Sonnenrad, das mit der ersten Welle drehfest verbunden ist, mindestens einem Planetenrad, das mit den beiden Sonnenrädern kämmt, und einem das zumindest eine Planetenrad tragenden Stegelement, das um die Längsachse A umlaufen kann; eine Anordnung zur Kraftmessung an einer Reibungskupplung, die zum Ankoppeln des Stegelements an das Gehäuse dient, wobei die Anordnung nach einer der obengenannten Ausführungsformen gestaltet ist. Durch das Ankoppeln des Stegelements an das Gehäuse erfolgt eine Drehmomentübertragung von einer der beiden Wellen auf die andere.

Diese Lösung bietet dieselben Vorteile wie die obengenannte erste Lösung, nämlich insbesondere genaue Messwerte als Grundlage zur Regelung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs durch variable Antriebsmomentverteilung. In Konkretisierung ist der Innenlamellenträger der Reibungskupplung integral mit den Stegelement des Planetengetriebes gestaltet. Weiterhin ist der Aussenlamellenträger der Reibungskupplung vorzugsweise integral mit dem Gehäuse der Getriebeanordnung gestaltet.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert.

Hierin zeigt
Figur 1 eine erfindungsgemässe Getriebeanordnung mit einer erfindungsgemässen Anordnung zur Kraftmessung an einer Reibungskupplung in einer ersten Ausführungsform im Längsschnitt;
Figur 2 die Getriebeanordnung aus Figur 1 im Querschnitt;
Figur 3 die Getriebeanordnung aus Figur 1 in perspektivischer Ansicht;
Figur 4 eine Aussenlamelle aus Figur 1 als Einzelheit in Draufsicht;
Figur 5 eine Innenlamelle aus Figur 1 als Einzelheit in Draufsicht;
Figur 6 den Kraftsensor aus Figur 1 als Einzelheit in perspektivischer Ansicht;
Figur 7 eine erfindungsgemässe Getriebeanordnung mit einer erfindungsgemässen Anordnung zur Kraftmessung an einer Reibungskupplung in einer zweiten Ausführungsform im Querschnitt;
Figur 8 eines der Stützlager aus Figur 6 als Einzelheit;
Figur 9 eine Differentiaianordnung mit zwei erfindungsgemässen Getriebeanordnungen im Längsschnitt;

Die Figuren 1 bis 3 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Es ist eine erfindungsgemässe Getriebeanordnung 2 mit einer erfindungsgemässen Anordnung zur Kraftmessung an einer Reibungskupplung 3 dargestellt. Die Getriebeanordnung 2 ist Teil eines im Zusammenhang mit Figur 9 beschriebenen Differentialgetriebes, das zum den Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs dient.
Die Anordnung zur Kraftmessung ist in einem Gehäuse 4 aufgenommen und umfasst neben der Reibungskupplung 3 Mittel 5 zur Kraftmessung, die in Form eines Kraftsensors gestaltet sind. Die Reibungskupplung 3 umfasst einen Aussenlamellenträger 6, in dem Aussenlamellen 7 drehgesichert und längs einer Längsachse A axial verschiebbar gehalten sind, sowie einen Innenlamellenträger 8, an dem Innenlamellen 9 drehfest und längs der Längsachse A axial verschiebbar gehalten sind.

Die Aussenlamellen 7 und die Innenlamellen 9 sind axial abwechselnd angeordnet und bilden gemeinsam ein Lamellenpaket 10. Der Aussenlamellenträger 6 ist in dem stehenden Gehäuse 4 ausgebildet bzw. integral mit diesem gestaltet, während der Innenlamellenträger 8 mit einem Stegelement 40 integral gestaltet ist, das auf der Längsachse A drehbar gelagert ist. Durch Betätigen der Reibungskupplung 3 wird der drehende Innenlamellenträger 8 gegenüber dem Gehäuse 4 abgebremst.
Wie insbesondere aus den Figuren 2 und 4 hervorgeht, hat eine Teilzahl der Aussenlamellen 7 jeweils einen Nocken 12, der mit dem Kraftsensor 5 in Wirkverbindung steht. Dabei ist der Kraftsensor 5 etwa axial mittig in Bezug auf das Lamellenpaket 10 angeordnet. Vorliegend umfasst das Lamellenpaket 10 vier Aussenlamellen 7 und vier Innenlamellen 9.

Dabei haben die beiden mittleren beiden der vier Aussenlamellen 7 Nocken 12, die den Kraftsensor 5 beaufschlagen. Die beiden axial äussersten Aussenlamellen 7 sind nicht mit dem Kraftsensor in Kontakt, sondern unmittelbar im Aussenlamellenträger 6 drehgesichert gehalten. Wie insbesondere aus Figur 4 hervorgeht haben die Aussenlamellen 7 jeweils einen radialen Ansatz 13 mit einer Lagerbohrung 14, die dem äusseren Nocken 12 etwa diametral gegenüberliegt und auch als Kühlrippe dient. Die Aussenlamellen 7 sind mit ihren Lagerbohrungen auf einem Lagerbolzen 15 schwenkbar gelagert, der in einer Bohrung 16 im Gehäuse 3 einsitzt. Der Lagerbolzen 15 definiert dabei die Schwenkachse B, die parallel zur Längsachse A liegt. Der Kraftsensor 5 und das Schwenklager 15, gegen die die Aussenlamellen 7 . .

mit Achsversatz im Umfangssinn abgestützt sind, bilden zwei Abstützpunkte, so dass die Aussenlamellen gegenüber dem Gehäuse 4 drehgesichert sind. Wie insbesondere aus Figur 5 hervorgeht, haben die Innenlamellen 9 an ihrer Innenumfangsfiäche mehrere umfangsverteilte Verzahnungsabschnitte 11, mit denen sie in eine entsprechende Gegenverzahnung des Innenlamellenträgers 8 drehfest eingreifen.
Der Kraftsensor 5 ist so im Gehäuse 4 gehalten, dass er infolge Betätigung der Reibungskupplung 3 von dem Nocken 12 in einer mit Abstand quer zur Längsachse A verlaufenden Wirkrichtung C mit einer Kraft Fs beaufschlagt wird. Dabei ist der Kraftsensor 5 als Drucksensor ausgebildet, der die von dem Nocken 12 beim Betätigen der Reibungskupplung ausgeübte Druckkraft Fs in Wirkrichtung C registriert.

Hierfür hat der Kraftsensor 5, der als Einzelheit in Figur 6 dargestellt ist, einen Sensorkopf 58 mit einer zur Längsachse A parallel ausgerichteten Erhöhung 59, die von den Nocken 12 der beiden mittleren Aussenlamellen 7 beaufschlagt wird. Die konvexe Erhöhung dient dazu, unabhängig von der Winkellage des Kraftsensors 5, einen eindeutigen Kontaktpunkt bzw. eine eindeutige Kontaktlinie zwischen dem Sensorkopf 58 und den hiermit in Kontakt tretenden Nocken 12 zu erreichen. Es wäre auch eine Lösung mit ebenem Sensorkopf denkbar und einem Nocken mit in Richtung zum Kraftsensor konvex gewölbter Oberfläche denkbar. Die Wirkrichtung C des Kraftsensors 5 verläuft etwa in Umfangsrichtung bzw. tangential zu den entsprechenden Aussenlamellen 7. Auf Basis der vom Kraftsensor 5 gemessenen Kräfte wird in einer hier nicht dargestellten Rechnereinheit das Kupplungsmoment errechnet.

Dabei entspricht die auf den Kraftsensor 5 wirkende Druckkraft Fs multipliziert mit dem Achsabstand zwischen den beiden Abstützpunkten dem Kupplungsmoment, das gleich der auf der Reibfläche wirksamen Umfangskraft F multipliziert mit dem Reibdurchmesser der Aussenlamelle 7 ist. Das Kupplungsmoment dient als Eingangsgrösse für ein hier nicht dargestelltes Regelsystem zur Regelung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs, das die variable Verteilung der Antriebsmomente auf die Antriebsachsen regelt.
Die Reibungskupplung 3 wird mittels eines Aktuators 17 in Form eines Kugelrampenmechanismus betätigt.

Der Kugelrampenmechanismus 17 umfasst eine drehfest im Gehäuse gehaltene Stützscheibe 18, eine hierzu koaxial angeordnete drehbare Stellscheibe 19, sowie Kugelrillenkonfigurationen mit Kugelrillen 21, 22 mit gegenläufigen Steigungen in den einander zugewandten Oberflächen der Stützscheibe 18 und der Stellscheibe 19. Jeweils zwei einander gegenüberliegende Kugelrillen 21, 22, welche in Umfangsrichtung verlaufen, bilden ein Paar und nehmen jeweils eine Kugel auf. Die Kugeln sind in einem Käfig 23 geführt. Die Tiefe eines Paares von Kugelrillen ist über den Umfang veränderlich, so dass ein Verdrehen der Stellscheibe 19 gegenüber der Stützscheibe 18 zu einer Axialverschiebung führt. Die Stellscheibe 19 beaufschlagt über ein Axiallager 24 und eine Druckplatte 25 das Lamellenpaket 10, so dass die Lamellenkupplung 3 betätigt wird.

Das Lamellenpaket 10 ist über eine Anlaufplatte 20 axial im Gehäuse 4 abgestützt. Zur Verdrehung der Stellscheibe 19 ist ein Elektromotor 26 vorgesehen, der an dem Gehäuse 4 befestigt ist und über einen Rädersatz 27 Drehmoment auf die Stellscheibe 19 überträgt. Hierfür ist an der Stellscheibe ein hier nicht sichtbares Verzahnungssegment vorgesehen, in die eines der Räder kämmend eingreift. Bei abgeschaltetem Elektromotor wir die Stellscheibe 19 von über den Umfang verteilten Federmitteln 28 wieder in Richtung zur Stützscheibe 18 in die Ausgangsposition gedrückt.

Der Elektromotor 26 wird von der elektronischen Regeleinrichtung angesteuert, die zum Regeln der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs dient.
Die dargestellte Getriebeanordnung 2 umfasst eine koaxial zur Reibungskupplung 2 und dem Aktuator 17 angeordnete erste Welle 29, die mittels eines Wälzlagers 30 im Gehäuse 3 drehbar gelagert und mittels einer Dichtung 31 gegenüber diesem abgedichtet. Die erste Welle 29 hat eine Längsverzahnung zum drehfesten Anschliessen an ein hier nicht dargestelltes Seitenwellenrad eines Differentialgetriebes. Koaxial auf der ersten Welle 29 ist eine zweite Welle 32 mittels einer Gleitlagerung drehbar gelagert. Die zweite Welle 32 hat eine Längsverzahnung zum drehfesten verbinden mit einem hier nicht dargestellten Differentialkorb.

Die erste Welle 29 hat an ihrem äusseren Ende einen Flansch 33 zum Verbinden mit einer zugehörigen hier nicht dargestellten Seitenwelle des Kraftfahrzeugs. Die erste und die zweite Welle 29, 32 sind über eine Getriebestufe 34 zur Drehmomentübertragung miteinander verbunden.
Die Getriebestufe 34 umfasst ein erstes Sonnenrad 35, das einstückig mit der zweiten Welle 32 verbunden ist, mehrere mit dem ersten Sonnenrad 35 in Verzahnungsein -
griff stehende Planetenräder 36 sowie ein mit den Planetenrädern 36 kämmendes zweites Sonnenrad 37, das mit der ersten Welle 29 über eine Längsverzahnung drehfest verbunden ist. Die Planetenräder 36 sind jeweils einstückig gestaltet und umfassen zwei Verzahnungsabschnitte, von denen einer mit dem ersten Sonnenrad 35 und der andere mit dem zweiten Sonnenrad 37 kämmend in Eingriff ist.

Die Verzahnung ist als Schrägverzahnung gestaltet, um ein günstiges sogenanntes NVHVerhalten ('noise-vibration-harshness') zu erzielen. Dabei ist die Schrägverzahnung so gestaltet, dass die bei der Drehmomentübertragung auf die Sonnenräder 35, 37 wirkenden Axialkräfte aufeinander zu gerichtet sind. Zwischen den beiden Sonnenrädern 35, 37 ist ein Axiallager 38 zum Abstützen vorgesehen. Um eine Drehzahlübersetzung zwischen der ersten Welle 29 und der zweiten Welle 32 zu erreichen, haben die beiden Sonnenräder 35, 37 eine unterschiedliche Zähnezahl. Dabei sind die Zähnezahlen der Planetenräder 36 und der Sonnenräder 35, 37 so gewählt, dass zwischen erster Welle 29 und zweiter Welle 32 ein Drehzahlunterschied von bis zu 20% erreicht wird.
Die Planetenräder 36 sind auf Zapfen 39 in dem Stegelement 40 mittels Nadellagern 42 drehbar aufgenommen.

Das Stegelement 40 ist korbförmig gestaltet und nach aussen hin weitestgehend geschlossen. Es ist ersichtlich, dass das Stegelement 40 einstückig mit dem Innenlamellenträger 8 gestaltet ist, der an seiner Aussenumfangsfiäche Eingriffsmittel 41 aufweist, in die Innenlamellen 9 der Reibungskupplung 3 mit ihren Verzahnungsabschnitten 11 zur Drehmomentübertragung eingreifen. Die Reibungskupplung 3, deren Aufbau bereits oben erläutert wurde, dient zum Ankoppeln des Stegelements 40 samt Planetenrädern 36 an das Gehäuse 3, um ein zusätzliches Drehmoment direkt am Differentialkorb abzugreifen und über die zweite Welle 32 und die Getriebestufe 34 auf die erste Welle 29 zu übertragen.

Aus Figur 3 ist ersichtlich, dass das Gehäuse 3 einen Flansch 42 zum Anschliessen an das weiter unten beschriebene Differentialgetriebe aufweist.
Die Figuren 7 und 8 zeigen eine erfindungsgemässe Getriebeanordnung in einer alternativen Ausführungsform. Diese entspricht hinsichtlich ihres Aufbaus weitestgehend derjenigen nach den Figuren 1 bis 6, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen und abgewandelte Bauteile mit Bezugszeichen mit gestrichenen Indizes versehen. Der Querschnitt ist so gelegt, dass eine Aussenlamelle 7' sichtbar ist. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die zum Beaufschlagen des Kraftsensors 5 dienenden Aussenlamellen 7' gegenüber dem Aussenlamellenträger 6<*>um die Längsachse A begrenzt drehbar gelagert sind.

Hierfür sind zwei aussenzylindrische Stützlager 43 vorgesehen, die an einer Aussenumfangsfiäche der Aussenlamellen 7' anliegen. Der Kraftsensor 5 ist ebenfalls als reiner Drucksensor ausgebildet, der tangential bzw. in Umfangsrichtung zu den Aussenlamellen 7' ausgerichtet ist. Die beiden Stützlager 43 sind innerhalb eines Winkelbereichs von 180[deg.] um die Längsachse A vor dem Kraftsensor 5 angeordnet, um eine günstige Lagerung der Aussenlamellen 7' bei Betätigung der Reibungskupplung 3 zu erreichen. Die Kraftmessung erfolgt wie bei der obengenannten Ausführungsform über Nocken 12[iota], die den Kraftsensor infolge Schliessens der Reibungskupplung 3 im Vorwärtsbetrieb des Kraftfahrzeugs in einer mit Abstand quer zur Längsachse A verlaufenden Wirkrichtung C beaufschlagen.

Im Rückwärtsbetrieb können sich die Aussenlamellen 7' gegenüber dem Aussenlamellenträger 6' entgegen dem Uhrzeigersinn begrenzt drehen, bis sie mit umfangsverteilten Nocken 12 gegen Schultern 51 im Aussenlamellenträger 6' anlaufen. Wie insbesondere aus Figur 8 hervorgeht, sind die Stützlager 43 als Wälzlager gestaltet und umfassen jeweils einen im Gehäuse 4 befestigten Zapfen 44, Wälzkörper 45 in Form von Nadeln sowie einen hülsenförmigen Aussenring 46, die mit den Aussenlamellen 7' in Anlage sind. Die zylinderförmigen Stützlager 43 erstrecken sich parallel zur Längsachse A. Die Funktionsweise der vorliegenden Ausführungsform ist mit der obengenannten identisch, so dass auf obige Beschreibung verwiesen wird.
Figur 9 zeigt ein Differentialgetriebe 47 mit variabler Drehmomentverteilung für den Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug.

Das Differentialgetriebe 47 wird von einem hier nicht dargestellten Stufengetriebe über eine Antriebswelle angetrieben und das eingehende Drehmoment wird auf zwei Seitenwellen 29, 48 verteilt. Das Differentialgetriebe umfasst einen Differentialkorb 49, der in einem stehenden Differentialgehäuse 50 um die Drehachse A drehbar gelagert ist. An dem Differentialkorb 49 ist ein Tellerrad 52 befestigt, das von der Antriebswelle angetrieben wird. Im Differentialkorb 49 sind mehrere Ausgleichsräder 53 auf zur Drehachse A senkrecht stehenden Zapfen 54 drehbar gelagert, die mit dem Differentialkorb 49 umlaufen.

Mit den Aus gleichsrädern 53 sind zwei Seitenwellenräder 55, 56 in Verzahnungseingriff, die zur Drehmomentübertragung auf die Seitenwellen 29, 48 dienen.
Seitlich benachbart zum Differentialgehäuse 50 sind zwei Getriebeanordnungen 2\, 22vorgesehen, die hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise weitestgehend den beiden oben beschriebenen Ausführungsformen gemäss Figur 1 bzw. 7 entsprechen. Insofern wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen, die für beide Getriebeanordnungen 2[iota], 22gleichermassen gilt. Die Getriebeanordnungen 2[iota], 22, sind mit ihrem Gehäuse 6t, 62über Flanschverbindungen 57^ 572an das Differentialgehäuse 50 angeschlossen. Vorliegend liegt der Kraftsensor der rechten Getriebeanordnung in einer anderen Schnittebene, so dass er nicht sichtbar ist.

Es ist ersichtlich, dass die erste Welle 29 der linken Getriebeanordnung die linke Seitenwelle bildet und über eine Steckverbindung mit dem zugehörigen linken Seitenwellenrad 55 des Differentials drehfest verbunden ist. Die zweite Welle 32 der linken Getriebeanordnung, die als Hohlwelle ausgebildet ist, ist über eine Steckverbindung mit dem Differentialkorb 49 drehfest verbunden. Der Anschluss der rechten Getriebeanordnung 22erfolgt analog.
Durch die erfindungsgemässen Differentialanordnungen 2\, 22mit den erfindungsgemassen Anordnungen zur Kraftmessung an den Reibungskupplungen 3 können die Kupplungsmomente genau ermittelt werden und stellen eine exakte Eingangsgrösse für das Regelsystem zur Regelung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs bereit. Dies führt zu verbesserten Regeleingriffen und letztlich zu einer höheren Fahrstabilität.

Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wie folgt beschrieben werden:
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kraftmessung an einer Reibungskupplung, insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Anordnung umfasst einen Aussenlamellenträger 6, an dem Aussenlamellen 7 drehgesichert und längs einer Längsachse A axial verschiebbar gehalten sind, wobei zumindest eine der Aussenlamellen 7 einen äusseren Nocken 12 aufweist; einen Innenlamellenträger 8, an dem Innenlamellen 9 drehfest und längs der Längsachse A axial verschiebbar gehalten sind; wobei die Aussenlamellen 7 und die Innenlamellen 9 axial abwechselnd ange 3"
m ordnet sind und gemeinsam ein Lamellenpaket 10 bilden;

sowie Mittel 5 zur Kraftmessung, die derart angeordnet sind, dass sie beim Betätigen der Reibungskupplung 3 von dem Nocken 12 in einer mit Abstand quer zur Längsachse A verlaufenden Wirkrichtung beaufschlagt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Getriebeanordnung mit einer solchen Anordnung zur Kraftmessung.
28.9.2006
GKN Driveline International GmbH vertreten durch:

rv
<EMI ID=13.1>

.9 m. ..
Bezugszeichenliste
2 Getriebeanordnung
3 Reibungskupplung
4 Gehäuse
5 Mittel zur Kraftmessung
6 Aussenlamellenträger
7 Aussenlamelle
8 Innenlamellenträger
9 Innenlamelle
10 Lamellenpaket
11 Verzahnungsabschnitt
12 Nocken
13 Ansatz
14 Lagerbohrung
15 Lagerbolzen
16 Bohrung
17 Aktuator
18 Stützscheibe
19 Stellscheibe
20 Anlaufplatte
21 Kugelrille
22 Kugelrille
23 Käfig
24 Axiallager
25 Druckplatte
26 Elektromotor
27 Rädersatz
<EMI ID=14.1>
28 Federmittel [phi] [phi]
erste Welle,

Seitenwelle
Lager
Dichtung zweite Welle
Flansch
Getriebestufe erstes Sonnenrad
Planetenrad zweites Sonnenrad
Axiallager
Zapfen
Stegelement
Eingriffsmittel
Umfangsfläche
Stützlager
Zapfen
Wälzkörper
Aussenring
Differentialgetriebe
Seitenwelle
Differentialkorb
Differentialgehäuse
Schulter
Tellerrad
Ausgleichsrad
Zapfen
Seitenwellenrad
Seitenwellenrad
<EMI ID=15.1>
Flanschverbindung 58 Sensorkopf
59 Erhöhung
A Längsachse
B Schwenkachse
C Wirkrichtung
<EMI ID=16.1>
F Kraft

Claims

1070 Wien, Lkidensassc 8 * [phi] [phi] - . . H182-128ooo-pAT GKN Driveline International GmbH in Lohmar (DE) B/U Patentansprüche

1. Anordnung zur Kraftmessung an einer Reibungskupplung, insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Aussenlamellenträger (6), an dem Aussenlamellen (7) drehgesichert und längs einer Längsachse (A) axial verschiebbar gehalten sind, wobei zumindest eine der Aussenlamellen (7) einen äusseren Nocken (12) aufweist; einen Innenlamellenträger (8), an dem Innenlamellen (9) drehfest und längs der Längsachse (A) axial verschiebbar gehalten sind; wobei die Aussenlamellen (7) und die Innenlamellen (9) axial abwechselnd angeordnet sind und gemeinsam ein Lamellenpaket (10) bilden; Mittel (5) zur Kraftmessung, die derart angeordnet sind, dass sie beim Betätigen der Reibungskupplung (3) von dem Nocken (12) in einer mit Abstand quer zur Längsachse (A) verlaufenden Wirkrichtung beaufschlagt werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass die zumindest eine Aussenlamelle (7) um eine zur Längsachse (A) parallele Schwenkachse (B) im Aussenlamellenträger (6) mit Abstand zum Nocken (12) schwenkbar gelagert ist. [phi] . [Phi][Phi] e.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Schwenkachse (B) dem Nocken (12) etwa diametral gegenüberliegend angeordnet ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass die zumindest eine Aussenlamelle (7) eine Lagerbohrung (14) aufweist, in die ein Lagerbolzen (15) zum schwenkbaren Lagern eingesteckt werden kann.

5. Anordnung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Lagerbohrung (14) in einem radialen Ansatz (13) der zumindest einen Aussenlamelle (7) gebildet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass die zumindest eine Aussenlamelle (7) gegenüber dem Aussenlamellenträger (6) um die Längsachse (A) begrenzt drehbar gehalten ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Stützlager (43) zur Lagerung der zumindest einen Aussenlamelle (7) über den Umfang verteilt angeordnet sind.

8. Anordnung nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass zwei Stützlager (43) vorgesehen sind, die innerhalb eines Winkelbereichs von 180[deg.] um die Längsachse (A) vor den Mitteln (5) zur Kraftmessung in Bezug auf eine Hauptdrehrichtung liegen und an denen die zumindest einen Aussenlamelle (7) anliegt.

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Stützlager (43) als Wälzlager gestaltet sind, die jeweils einen am Aussenlamellenträger (6) festgelegten Zapfen (44), Wälzkörper (45) sowie einen Aussenring (46) umfassen, gegen den die zumindest eine Aussenlamelle (7) mit einer Umfangsfläche (42) anliegt.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass die zumindest eine Aussenlamelle (7) axial zwischen zwei Innenlamellen (9) angeordnet ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Aussenlamelle (7) etwa axial mittig im Lamellenpaket (10) angeordnet ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein Aktuator (17) zum Betätigen der Reibungskupplung (3) vorgesehen ist.

13. Anordnung nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Aktuator (17) in Form eines Kugelrampenmechanismus gestaltet ist, der zwei relativ zueinander verdrehbare, koaxial zueinander angeordnete Scheiben (18, 19) umfasst, die in Umfangsrichtung tiefenveränderliche Paare von Kugelrillen (21, 22) zur Aufnahme von Kugeln aufweisen, wobei eine der Scheiben (18, 19) axial abgestützt ist und die andere der Scheiben (18, 19) gegen Rückstellkräfte von Federmitteln (28) axial verschiebbar ist, wobei die axial verschiebbare Scheibe (19) das Lamellenpaket (10) mit einer Axialkraft zumindest mittelbar beaufschlagt.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Mittel (5) zur Kraftmessung in Form eines Kraftsensors gestaltet sind, der quer und mit Abstand zur Längsachse (A) wirksam ist.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,

dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (5) zur Kraftmessung in einer Wirkebene der zumindest einen Aussenlamelle (7) liegen.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Mittel (5) zur Kraftmessung mit dem Aussenlamellenträger (6) fest verbunden sind.

17. Getriebeanordnung (2) zur variablen Drehmomentverteilung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine erste Welle (29), die gegenüber einem stehenden Gehäuse (4) um eine Längsachse (A) drehbar gelagert ist; eine koaxial hierzu angeordnete zweite Welle (32), die mit der ersten Welle (29) antriebsverbunden ist; eine im Drehmomentfluss zwischen der ersten Welle (29) und der zweiten Welle (32) angeordnete Getriebestufe (34) mit einem ersten Sonnenrad (35), das mit der zweiten Welle (32) drehfest verbunden ist, einem zweiten Sonnenrad (37), das mit der ersten Welle (29) drehfest verbunden ist, mindestens einem Planetenrad (36), das mit den beiden Sonnenrädern (35, 37) kämmt, und einem das zumindest eine Planetenrad (36) tragenden Stegelement (40), das um die Längsachse (A) umlaufen kann;

eine Anordnung zur Kraftmessung an einer Reibungskupplung (3), die zum Ankoppeln des Stegelements (40) an das Gehäuse (4) dient, wobei die Anordnung die folgenden Teile umfasst: einen Aussenlamellenträger (6), an dem Aussenlamellen (7) drehgesichert und längs der Längsachse (A) axial verschiebbar gehalten sind, wobei zumindest eine der Aussenlamellen (7) einen äusseren Nocken (12) aufweist; einen Innenlamellenträger (8), an dem Innenlamellen (9) drehfest und längs der Längsachse (A) axial verschiebbar gehalten sind, wobei die Aussenlamellen (7) und die Innenlamellen (9) axial abwechselnd angeordnet sind und gemeinsam ein Lamellenpaket () bilden; und

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Mittel (5) zur Kraftmessung, die derart angeordnet sind, dass sie beim Betätigen der Reibungskupplung (3) von dem Nocken (12) in einer mit Abstand quer zur Längsachse (A) verlaufenden Wirkrichtung beaufschlagt werden;

18. Getriebeanordnung nach Anspruch 17,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Anordnung zur Kraftmessung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 gestaltet ist.

19. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 17 oder 18,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Innenlamellenträger (8) der Reibungskupplung (3) integral mit den Stegelement (40) der Getriebestufe (34) gestaltet ist.

20. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 19,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Aussenlamellenträger (6) der Reibungskupplung (3) integral mit dem Gehäuse (4) der Getriebeanordnung (2) gestaltet ist.

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