Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus einer Reibungskupplung und einem Aktuator, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Reibungskupplung umfasst einen Satz Kupplungslamellen, die abwechselnd mit dem einen und dem anderen zweier gegeneinander drehbarer Kupplungsteile drehfest und axial verschiebbar verbunden sind und die sich an einer axial festgelegten Anlaufscheibe anlegen und von einer axial verschiebbaren Druckscheibe beaufschlagbar sind. Hierfür weist der Aktuator zwei relativ zueinander verdrehbare Scheiben auf, von denen eine gegenüber einem ortsfesten Gehäuse axial abgestützt ist und von denen die andere axial verschiebbar ist. Die beiden Scheiben weisen in ihren einander zugewandten Stirnflächen Kugelrillen mit gegenläufigen Steigungen auf.
Jeweils zwei einander gegenüberliegende Kugelrillen, welche in Umfangsrichtung verlaufen, bilden ein Paar und nehmen jeweils eine Kugel auf, über die sich die Scheiben axial abstützen. Die Tiefe eines Paares von Kugelrillen ist über den Umfang veränderlich, so dass ein Verdrehen der Scheiben zueinander zu einer Axialverschiebung und somit einer Betätigung der Druckscheibe der Lamellenkupplung führt.
Aus der WO 2005/035294 A1 ist eine Antriebsanordnung eines Kraftfahrzeugs mit zwei angetriebenen Achsen bekannt, die jeweils über eine Reibungskupplung an eine Ausgangswelle des Schaltgetriebes ankoppelbar sind. Zum Betätigen der Reibungskupplungen ist eine Aktuatorik vorgesehen, die zwei angetriebene Kugelgewindetriebe umfasst.
Die Kugelgewindetriebe umfassen jeweils eine Mutter und eine Spindel, von denen ein Bauteil mit einem zugehörigen Lamellenpaket in Wirkverbindung steht. Die Kraftübertragung von der Mutter bzw. der Spindel auf das Lamellenpaket erfolgt über ein dazwischenliegendes Axiallager sowie Federeinrichtungen. Aus der DE 103 34 468 A1 ist eine Axialverstellvorrichtung in Form einer Kugelrampenanordnung bekannt, die eine Tellerfeder-Übersetzung umfasst. Dabei ist eine erste Druckplatte vorgesehen, auf die die axial verschiebbare Scheibe der Kugelrampenanordnung einwirkt, sowie eine zweite Druckplatte, die die Reibungskupplung beaufschlagt.
Zwischen den beiden Druckplatten ist eine Tellerfeder angeordnet, die derart eingebaut ist, dass mittels Hebelwirkung eine Kraftübersetzung von der ersten auf die zweite Druckplatte erzeugt wird.
Aus der DE 41 11 296 A1 ist eine Axialverstellvorrichtung in Form einer Kugelrampenanordnung für eine Reibungskupplung bekannt. Zwischen der axial verschiebbaren Scheibe und dem Lamellenpaket sind ein Nadellager, ein Ring und Druckstifte axial in Reihe angeordnet. Zur Rückführung der axial verschiebbaren Scheibe ist funktional parallel hierzu eine Tellerfeder vorgesehen, die axial zwischen dem Ring und dem Kupplungskorb angeordnet ist.
Für eine bedarfsgerechte Regelung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs ist eine feinfühlige Ansteuerung der beteiligten Reibungskupplung wichtig.
Dabei führen unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der Kupplungsbauteile zu einem veränderten Ansprechverhalten der Reibungskupplung.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Reibungskupplung mit Aktuator, insbesondere für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, vorzuschlagen, die weniger einflussabhängig von Störgrössen ist und die eine feinfühlige Ansteuerung der Reibungskupplung ermöglicht.
Die Lösung liegt in einer Reibungskupplung mit Aktuator, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit folgenden zwischen zwei axial festgelegten Stützflächen in Reihe anzuordnenden Bauteilen:
einem Aktuator in Form einer Kugelrampenanordnung mit zwei zueinander koaxialen Scheiben, von denen zumindest eine um eine Drehachse drehend antreibbar ist, und von denen eine axial abgestützt und die andere axial verschiebbar ist, wobei die beiden Scheiben auf ihren einander zugewandten Stirnflächen jeweils mehrere Kugelril len aufweisen, die in zueinander entgegengesetzter Umfangsrichtung eine zunehmende Tiefe haben, wobei in Paaren von einander gegenüberliegenden Kugel rillen Kugeln aufgenommen sind, über die sich die beiden Scheiben axial abstützen; einem koaxial zu den Scheiben angeordneten Lamellenpaket mit Aussenlamellen, die mit einem Kupplungskorb drehfest verbunden sind, und Innenlamellen, die mit einer relativ zum Kupplungskorb drehbaren Kupplungsnabe drehfest verbunden sind, wobei die Aussenlamellen und die Innenlamellen axial abwechselnd angeordnet sind;
einer koaxial zu den Scheiben angeordneten Tellerfeder zur Einleitung einer Kraft in das Lamellenpaket, die axial vorgespannt ist und funktionell in Reihe mit dem Lamellenpaket angeordnet ist.
Der Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung aus Reibungskupplung und Aktuator ist, dass sie weniger anfällig gegen Störeinflüsse ist und somit eine feinfühlige Ansteuerung der Reibungskupplung ermöglicht. Durch die im Kraftfluss zwischen der axial abgestützten Scheibe und dem Lamellenpaket angeordnete Tellerfeder hat die ganze Baueinheit eine höhere Elastizität. Dies bewirkt, dass die Kennlinie für das Kupplungsmoment über dem Verdrehwinkel der Stellscheibe flacher verläuft, und dass sich die Wärmeausdehnung der beteiligten Bauteile weniger auf das erzeugte Kupplungsmoment auswirkt.
Somit kann das Kupplungsmoment genau nach Bedarf eingestellt werden, und es ergibt sich eine verbesserte Regelbarkeit der Eingriffe in die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs. Die erfindungsgemässe Anordnung ist universell einsetzbar und kann beispielsweise in einem Differentialgetriebe zur variablen Drehmomentverteilung zwischen den beiden Seitenwellen dienen. Ferner kann die Reibungskupplung mit Aktuator auch als Sperre in einem Differentialgetriebe verwendet werden.
Als weiterer Anwendungsfall kann die erfindungsgemässe Anordnung auch als sogenannte hang-on Kupplung dienen, die zum bedarfsweisen Zuschalten eines weiteren Antriebsstrangs dient, der zusätzlich zu einem permanent angetriebenen Antriebsstrang antreibbar ist.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Kugellager zum drehbaren Lagern der drehend antreibbaren Scheibe vorgesehen, wobei ein Lagerring des Kugellagers von der drehend antreibbaren Scheibe gebildet ist. Hierdurch ergibt sich eine geringe Teilezahl und ein axial kompakter Aufbau der Anordnung, was sich günstig auf die Herstellkosten auswirkt. Die axial verschiebbare Scheibe ist nach einer günstigen Ausgestaltung ausschliesslich über die Kugeln der Kugelrampenanordnung auf der Drehachse zentriert gehalten, so dass keine zusätzlichen Lagermittel erforderlich sind.
Die drehend antreibbare Scheibe wird vorzugsweise mittels eines Elektromotors drehend angetrieben.
Die Tellerfeder hat eine konische Druckfläche, die das Lamellenpaket mit einem Ringabschnitt axial beaufschlagt, wobei die Tellerfeder derart gestaltet ist, dass der Ringabschnitt etwa radial im Bereich eines mittleren Reibradius des Lamellenpakets liegt. Dabei ist es für die Krafteinleitung in das Lamellenpaket besonders günstig, wenn der Ringabschnitt radial im Bereich eines mittleren Drittels der Radialerstrekkung der Reibflächen der Kupplungslamellen liegt. In unbetätigtem Zustand der Kugelrampenanordnung wird das Lamellenpaket zunächst von einer kleineren Ringfläche der Druckfläche der Tellerfeder beaufschlagt. Bei Betätigung der Kugelrampenanordnung und damit steigender Axialkraft, vergrössert sich die Ringfläche, die das Lamellenpaket zumindest mittelbar beaufschlagt.
Dabei ist die Tellerfeder so ausgelegt, dass diese im gesamten Arbeitsbereich der Reibungskupplung eine vorzugsweise lineare Charakteristik hat. Somit kann die Reibungskupplung besonders präzise angesteuert werden. Die Tellerfeder kann so gestaltet bzw. angeordnet werden, dass sich die konische Druckfläche - je nach Einbauverhältnissen - nach radial aussen oder nach radial innen öffnet.
Nach einer ersten Ausführungsform ist die axial abgestützte Scheibe drehend antreibbar, während die axial verschiebbare Scheibe hierzu drehfest gehalten ist, wobei die drehend antreibbare Scheibe mittels des Kugellagers relativ zu der ersten Stützfläche um die Drehachse drehbar gelagert ist. Das Kugellager ist vorzugsweise in Form eines Axial-Schrägkugellagers gestaltet, das die verdrehbare Scheibe sowohl axial als auch radial auf der Drehachse zentriert.
Dadurch, dass ein Lagerring des Kugellagers in der verdrehbaren Scheibe gebildet ist, ergibt sich ein kompakter Aufbau. Vorzugsweise sind axial zwischen der verschiebbaren Scheibe und der zweiten Stützfläche Federmittel vorgesehen, die der Federkraft der Tellerfeder entgegenwirken und somit zur Rückstellung der verschiebbaren Scheibe dienen. .<*>..<*>... ...
Nach einer ersten Variante der ersten Ausführungsform ist die Tellerfeder axial zwischen der verschiebbaren Scheibe und dem Lamellenpaket angeordnet, wobei sich die Tellerfeder unmittelbar an der verschiebbaren Scheibe abstützt. Dabei kann zwischen der Tellerfeder und dem Lamellenpaket eine Druckplatte zwischengeschaltet sein, die die Axialkräfte in das Lamellenpaket einleitet. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind Zentriermittel zum Zentrieren der Tellerfeder auf der Drehachse vorgesehen.
Diese können an der Rückseite der verschiebbaren Scheibe oder an der Druckplatte ausgebildet sein. Die Zentriermittel können beispielsweise in Form einer ringförmigen Ausnehmung oder eines axialen Vorsprungs in einer Stirnfläche der genannten Bauteile gestaltet sein.
Nach einer zweiten Variante der ersten Ausführungsform ist die Tellerfeder axial zwischen dem Lamellenpaket und der zweiten Stützfläche angeordnet, die der ersten Stützfläche gegenüberliegt. Dabei kann die Tellerfeder unmittelbar an der zweiten Stützfläche abgestützt sein oder mittelbar über eine Druckplatte. Auch in dieser Variante sind vorzugsweise Zentriermittel zum Zentrieren der Tellerfeder vorgesehen.
Diese können beispielsweise als ringförmige Ausnehmung in der zweiten Stützfläche gestaltet sein, in der die Tellerfeder und gegebenenfalls die Druckplatte einliegen.
Nach einer zweiten Ausführungsform ist die axial abgestützte Scheibe drehfest relativ zu der ersten Stützfläche gehalten, während die axial verschiebbare Scheibe drehend antreibbar ist. Dabei ist die Tellerfeder vorzugsweise axial zwischen der drehend antreibbaren Scheibe und dem Lamellenpaket angeordnet, wobei die Tellerfeder mittels des Kugellagers relativ zur drehend antreibbaren Scheibe drehbar gelagert ist. Das Lamellenpaket ist seinerseits an der zweiten Stützfläche axial abgestützt, die der ersten Stützfläche gegenüberliegt.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Kugellager in Form eines Axialrillenkugellagers gestaltet.
Dies ist besonders günstig, da die Kugeln - im Längsschnitt betrachtet - einen definierten Druckpunkt bilden, um den die Tellerfeder schwenken kann, um das Lamellenpaket zu beaufschlagen. Es ist vorgesehen, dass das Kugellager einen Käfig umfasst, in dem die Kugeln umfangsverteilt gehalten sind. Wie bereits oben beschrieben, ist ein erster Lagerring des Kugellagers von der drehend antreibbaren Scheibe gebildet, das heisst in einer der Tellerfeder zugewandten Stirnfläche der besagten Scheibe ist eine erste Lagerrille gebildet, in der die Kugeln des Kugellagers laufen. Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zweite Lagerring des Kugellagers von der Tellerfeder gebildet ist. Hierfür weist die Tellerfeder in ihrer der Kugelrampenanordnung zugewandten Stirnfläche eine zweite Lagerrille auf, in der die Kugeln des Kugellagers laufen.
Die genannte Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Tellerfeder ausschliesslich über die Kugeln des Kugellagers gegenüber der drehend antreibbaren Scheibe zentriert gehalten ist. Ein zusätzliches Radiallager ist somit nicht erforderlich, so dass sich insgesamt ein kompakter Aufbau mit einer geringen Teilezahl ergibt. Weiterhin liegen die Kugeln des Axialkugellagers vorzugsweise etwa auf gleichem Radius wie die Kugeln der Kugelrampenanordnung. Hierdurch ergibt sich eine direkte Krafteinleitung von der verschiebbaren Scheibe auf die Tellerfeder, wobei Biegemomente in der Stellscheibe gering sind.
Die Lagerrille der Tellerfeder liegt vorzugsweise auf einem grösseren Radius als der Ringabschnitt der Druckfläche, die das Lamellenpaket beaufschlagt.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Lamellenpaket eine Druckplatte, die einerseits von der Tellerfeder axial beaufschlagt ist, und andererseits von Federmitteln zur Rückstellung der Kugelrampenanordnung beaufschlagt ist. Vorzugsweise umfassen die Federmittel mehrere Schraubenfedern, die über den Umfang der Druckplatte verteilt sind.
Die Schraubenfedern sind mit ihren der Druckplatte entgegengesetzten Enden gegenüber der Stützfläche, beispielsweise eines stehenden Gehäuses, oder einer mit der Stützfläche in Anlagekontakt befindlichen Lamelle abgestützt.
Eine weitergehende Lösung der obengenannten Aufgabe liegt in einer Differentialanordnung zur variablen Drehmomentverteilung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Differentialgetriebe mit einem drehend antreibbaren Differentialkorb und zwei auf einer Drehachse gelagerten Seitenwellen, die mit dem Differentialkorb über einen Differentialrädersatz antriebsverbunden sind, wobei zwischen dem Differentialkorb und jeder der Seitenwellen ein erster Antriebsstrang gebildet ist;
je Seitenwelle eine Getriebestufe, die mit dem Differentialkorb einerseits und einer der Seitenwellen andererseits antriebsverbunden ist und die Teil eines zum ersten Antriebsstrang funktional parallelen zweiten Antriebsstranges ist; je Getriebestufe eine Anordnung aus einer Reibungskupplung und einem Aktuator zum An- und Abkoppeln des zweiten Antriebsstranges.
Dabei ist die Reibungskupplung mit Aktuator nach einer der obengenannten Ausführungsformen gestaltet ist. Die erfindungsgemässe Differentialanordnung bietet dieselben Vorteile wie die obengenannte erste Lösung, nämlich insbesondere eine geringe Anfälligkeit gegen Störeinflüsse und eine feinfühlige Ansteuerung der Reibungskupplung. Durch die Elastizität der gesamten Anordnung aus Aktuator und Reibungskupplung verläuft die Kennlinie für das Kupplungsmoment über dem Verdrehwinkel der Stellscheibe flacher.
Somit kann das Kupplungsmoment genau nach Bedarf eingestellt werden, und es ergibt sich eine verbesserte Regelbarkeit der Eingriffe in die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Hierin zeigt
Figur 1 eine erfindungsgemässe Reibungskupplung mit Aktuator in einer ersten Ausführungsform im Längsschnitt;
Figur 2 die Tellerfeder aus Figur 1 im Längsschnitt;
Figur 3 die Tellerfeder aus Figur 1 in Ansicht;
Figur 4 die verschiebbare Scheibe aus Figur 1 in Ansicht;
Figur 5 eine erfindungsgemässe Getriebeanordnung mit einer erfindungsgemässen Reibungskupplung mit Aktuator gemäss Figur 1 im Längsschnitt;
Figur 6 eine erfindungsgemässe Reibungskupplung mit Aktuator in einer zweiten Ausführungsform im Einbauzustand in einer Getriebeanordnung als Ein zelheit im Längshalbschnitt;
Figur 7 eine erfindungsgemässe Reibungskupplung mit Aktuator in einer dritten Ausführungsform im Einbauzustand in einer Getriebeanordnung als Einzelheit im Längshalbschnitt;
Die Figuren 1 bis 4 werden im folgenden gemeinsam beschrieben. Es ist eine Anordnung mit einem Aktuator 2 und einem Lamellenpaket 3 einer Reibungskupplung dargestellt. Axial zwischen dem Aktuator 2 und dem Lamellenpaket 3 sind ein Kugellager 4 zur Drehentkopplung und eine Tellerfeder 5 zum Beaufschlagen des Lamellenpakets 3 vorgesehen, wobei die genannten Bauteile axial in Reihe geschaltet sind. Die Reibungskupplung umfasst neben dem Lamellenpaket 3 einen hier nicht dargestellten Kupplungskorb, in dem Aussenlamellen 24 des Lamellenpakets 3 drehfest und axial verschieblich gehalten sind, sowie eine Kupplungsnabe, auf der Innenlamellen 25 des Lamellenpakets 3 drehfest und axial verschieblich gelagert sind.
Der Aktuator 2 mit Lamellenpaket 3 wird, wie weiter unten genauer beschrieben ist, in einer Differentialanordnung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt und dient dort zur bedarfsweisen Drehmomentverteilung zwischen zwei Seitenwellen.
Der Aktuator 2 ist in Form einer Kugelrampenanordnung gestaltet. Die Kugelrampenanordnung 2 umfasst eine in einem hier nicht dargestellten Gehäuse drehfest aufzunehmende erste Scheibe 6 und eine hierzu koaxial angeordnete drehbare zweite Scheibe 7. Dabei ist die erste Scheibe als Stützscheibe 6 gestaltet, die gegenüber dem Gehäuse axial abgestützt ist, während die zweite Scheibe als Stellscheibe 7 gestaltet ist, die von einem hier nicht dargestellten Elektromotor drehend antreibbar und gegenüber der Stützscheibe 6 axial verschiebbar ist.
Zur Drehsicherung der Stützscheibe 6 dient ein Sicherungsstift 10, der in eine entsprechende Bohrung im Gehäuse einzustecken ist.
In den einander gegenüberliegenden Stirnflächen 8, 9 der beiden Scheiben 6, 7 sind Kugelrillen 12, 13 mit gegenläufigen Steigungen vorgesehen. Die Kugelrillen 12, 13 verlaufen in Umfangsrichtung, wobei jeweils zwei einander gegenüberliegende Kugelrillen 12, 13 ein Paar bilden und gemeinsam eine Kugel aufnehmen. Die Kugeln, I 9*die sich in anderen Schnittebenen befinden und daher in der vorliegenden Darstellung nicht sichtbar sind, sind in einem Käfig 14 geführt. Insgesamt können drei oder mehr Paare von Kugelrillen 12, 13 und eine entsprechende Anzahl von Kugeln vorgesehen sein, die regelmässig umfangsverteilt sind.
Die Tiefe eines Paares von Kugelrillen 12, 13 ist über den Umfang veränderlich, so dass ein Verdrehen der Stellscheibe 7 gegenüber der Stützscheibe 6 zu einer Axialverschiebung führt. Zur Erzielung der Drehbewegung der Stellscheibe 7 ist diese an ihrer Aussenumfangsfläche mit einer Aussenverzahnung 15 versehen.
In die Aussenverzahnung 15 greift ein hier nicht dargestelltes Ritzel ein, das im Gehäuse drehbar gelagert ist und mit dem Elektromotor antriebsverbunden ist Der Elektromotor ist mit einer Regeleinrichtung zur Regelung der Fahrdy[pi]amik des Kraftfahrzeugs wirkverbunden und wird von dieser angesteuert.
Das Kugellager 4 ist in Form eines Axialrillenkugellagers gestaltet und umfasst einen ersten Lagerring 28, einen zweiten Lagerring 29, axial zwischen den beiden Lagerringen in einer gemeinsamen Ebene gehaltene Kugeln 16 sowie einen Käfig 17, in dem die Kugeln umfangsverteilt gehalten sind. Der erste Lagerring 28 ist integral mit der Stellscheibe 7 ausgebildet, die in ihrer dem Lamellenpaket 3 zugewandten Stirnfläche eine erste Lagerrille 18 aufweist, in der die Kugeln 16 aufgenommen sind.
Der zweite Lagerring 29 ist integral mit der Tellerfeder 5 ausgebildet, die in ihrer der Kugelrampenanordnung zugewandten Stirnfläche eine zweite Lagerrille 19 aufweist, in der die Kugeln 16 aufgenommen sind. Die Kugeln 16 bilden umfangsverteilte Druckpunkte, um die die Tellerfeder - im Längsschnitt betrachtet - schwenkbar ist. Auf ihrer den Kugeln 16 entgegengesetzten Seite hat die Tellerfeder 5 eine konische Druckfläche 20, die eine Druckplatte 22 axial beaufschlagt. Die konische Druckfläche 20 ist derart angeordnet, dass sie sich nach radial aussen öffnet. Es ist ersichtlich, dass die Lagerrille 19 auf einem grösseren Radius liegt, als ein radial innenliegender Ringabschnitt 23 der Druckfläche 20, der in unbetätigtem Zustand der Kugelrampenanordnung mit der Druckplatte 22 in Anlage ist.
Die Druckfläche 20 beaufschlagt das Lamellenpaket 3 somit zunächst radial innen mit einer kleineren Ringfläche, wobei sich die Kontaktfläche bei steigender Axialkraft nach radial aussen erweitert. Die Tellerfeder 5 ist für eine genaue Regelung so ausgelegt, dass sie über den gesamten Arbeitsbereich der Reibungskupplung eine lineare Charakteristik aufweist. *
Es ist ersichtlich, dass die beiden Scheiben 6, 7, das Axialkugellager 4, die Tellerfeder 5 und das Lamellenpaket 3 koaxial zur Drehachse A angeordnet sind. Dabei ist die Stellscheibe 7 ausschliesslich über die Kugeln der Kugelrampenanordnung 2 radial gelagert. Weiterhin ist die Tellerfeder 5 ausschliesslich über die Kugeln 16 des Axialkugellagers 4 auf der Drehachse A zentriert gehalten. Durch diese Ausgestaltung ergibt sich ein kompakter Aufbau mit einer geringen Teilezahl.
Es ist weiterhin ersichtlich, dass die Kugeln 16 etwa auf gleichem Radius liegen wie die Kugeln der Kugelrampenanordnung 2, so dass sich eine direkte Krafteinleitung und eine geringe radiale Baugrösse ergibt.
Das Lamellenpaket 3 umfasst neben der Druckplatte 22 mit dem Kupplungskorb drehfest zu verbindende Aussenlamellen 24 und mit der Kupplungsnabe drehfest zu verbindende Innenlamellen 25. Dabei sind die Aussenlamellen 24 und die Innenlamellen 25 axial abwechselnd zueinander angeordnet.
Das Lamellenpaket 3 wird von einer Anlaufplatte 26 abgeschlossen, die gegen eine Stützfläche des Kupplungskorbs axial abgestützt ist Zur Rückstellung der Kugelrampenanordnung 2 sind mehrere über den Umfang verteilte Federmittel 27 vorgesehen, die gegen die Anlaufplatte 26 axial abgestützt sind und die Druckplatte 22 entgegen der Wirkrichtung der Tellerfeder 5 axial beaufschlagen.
Die Funktionsweise der Anordnung ist wie folgt. Im Ausgangszustand, das heisst bei vollständig geöffneter Reibungskupplung befinden sich die beiden Scheiben 6, 7 in der zueinander nächstmöglichen Position. Bei entsprechender Verdrehung der Stellscheibe 7 laufen die Kugeln in den Kugelrillen 12, 13 in Bereiche geringerer Tiefe.
So findet zwischen den Scheiben 6, 7 eine Spreizung statt, wobei die Stellscheibe 7 axial in Richtung zum Lamellenpaket 3 verschoben wird und dieses über das Axialkugellager 4 und die Tellerfeder 5 beaufschlagt. Entsprechend der Verdrehung der Stellscheibe 7 wird die Reibungskupplung in einem vorbestimmten Masse gesperrt, und es erfolgt eine Ankopplung der umlaufenden Kupplungsnabe an den stehenden Kupplungskorb. Zum erneuten öffnen der Reibungskupplung wird die Stellscheibe 7 in entgegengesetzte Richtung betätigt. Die als Schraubenfedem gestalteten Federmittel 27 bewirken, dass die Stellscheibe 7 bei unbetätigtem Elektromotor wieder in ihre Ausgangsposition in Richtung Stützscheibe 6 verschoben wird. Figur 5 zeigt eine erfindungsgemässe Differentialanordnung 32 zur variablen Drehmomentverteilung zwischen zwei Achswellen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Die Differentialanordnung 32 wird von einem hier nicht dargestellten Stufengetriebe über eine Antriebswelle angetrieben und das eingehende Drehmoment wird auf zwei Seitenwellen 33[iota] , 332verteilt. Die Differentialanordnung 32 umfasst einen Differentialkorb 34, der in einem stehenden Differentialgehäuse 35 um die Drehachse A mittels Wälzlager 42[iota], 422drehbar gelagert ist. An dem Differentialkorb 34 ist ein Tellerrad 36 befestigt, das von der Antriebswelle angetrieben wird. Im Differentialkorb 34 sind mehrere Ausgleichsräder 36 auf zur Drehachse A senkrecht stehenden Zapfen 37 drehbar gelagert, die mit dem Differentialkorb 34 umlaufen.
Mit den Ausgleichsrädern 36 sind zwei Seitenwellen räder 381f382in Verzahnungseingriff, die zur Drehmomentübertragung auf die Seitenwellen 33[iota], 332dienen.
Seitlich benachbart zum Differentialgehäuse 35 sind zwei Getriebemodule 39[iota], 392vorgesehen. Diese entsprechen einander hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise, so dass sie gemeinsam beschrieben werden können. Dabei sind in der Zeichnung jeweils einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugsziffern mit unterschiedlichen Indizes versehen.
Die Getriebemodule 39 umfassen jeweils ein Gehäuse 40, in dem eine zugehörige Seitenwelle 33 auf der Drehachse A drehbar gelagert ist, sowie eine koaxial auf der Seitenwelle 33 drehbar gelagerte Hohlwelle 43.
Dabei ist die Seitenwelle 33 mittels eines Wälzlagers 44 in dem Gehäuse 40 drehbar gelagert und mittels eines Wellendichtrings 45 gegenüber diesem nach aussen abgedichtet. Eingangsseitig hat die Seitenwelle 33 eine Längsverzahnung 46 zum drehfesten Verbinden mit dem Seitenwellenrad 38. Ausgangsseitig hat die Seitenwelle 33 einen Flansch 47 zum Verbinden mit einer hier nicht dargestellten Achswelle des Kraftfahrzeugs. Die Hohlwelle 43 ist mittels Gleitlagerung auf der Seitenwelle 33 gelagert und hat eine Längsverzahnung 48 die in eine Gegenverzahnung des Differentialkorbs 34 drehfest eingesteckt ist Die Getriebemodule 39 sind mit ihrem Gehäuse 40 jeweils über Flanschverbindungen 59 an das Differentialgehäuse 35 angeschlossen.
Weiterhin umfassen die Getriebemodule 39 als Baugruppen jeweils eine Getriebestufe 49, die um die Drehachse A umlaufen kann, einen Aktuator 2 gemäss Figur 1 sowie eine von diesem betätigbare Reibungskupplung 50, von der das Lamellenpaket 3 als Detail in Figur 1 ersichtlich ist. Dabei dient der Aktuator 2 zum Betätigen der Reibungskupplung 50, die ihrerseits die Getriebestufe 49 ansteuert.
Die Getriebestufe 49 umfasst ein erstes Sonnenrad 52, das einstückig mit der Hohlwelle 43 verbunden ist, mehrere mit dem ersten Sonnenrad 52 in Verzahnungseingriff stehende Planetenräder 53 sowie ein mit den Planetenrädern kämmendes zweites Sonnenrad 54, das mit der Seitenwelle 33 über eine Längsverzahnung drehfest verbunden ist.
Die Planetenräder 53 sind jeweils einstückig gestaltet und umfassen zwei Verzahnungsabschnitte, von denen einer mit dem ersten Sonnenrad 52 und der andere mit dem zweiten Sonnenrad 54 kämmend in Eingriff ist. Zwischen den beiden Sonnenrädern ist ein Axiallager 51 vorgesehen. Um eine Drehzahlübersetzung zwischen der Seitenwelle 33 und der Hohlwelle 43 zu erreichen, haben die beiden Sonnenräder 52, 54 eine unterschiedliche Zähnezahl. Dabei sind die Zähnezahlen der Planetenräder 53 und der Sonnenräder 52, 54 so gewählt, dass zwischen der Seitenwelle 33 und zweiter Welle 43 ein Drehzahlunterschied von bis zu 15 % erreicht wird. Die Planetenräder 53 sind auf Zapfen 55 in einem Stegelement 56 mittels Nadellagern 57 drehbar aufgenommen. Das Stegelement 56 ist korbförmig gestaltet und nach aussen hin weitestgehend geschlossen.
An der Aussenumfangsfläche des Stegelements 56 sind Eingriffsmittel 41 vorgesehen, in die die Innenlamellen 25 der Reibungskupplung 50 drehfest eingreifen. Somit bildet das Stegelement 56 die Kupplungsnabe zu dem in Figur 1 gezeigten Lamellenpaket 3. Der Kupplungskorb zu dem genannten Lamellenpaket 3 wird durch das jeweilige Gehäuse 40 gebildet, in dem die Aussenlamellen 24 axial verschiebbar und drehfest gehalten sind.
Durch Betätigen der Reibungskupplung 4 wird das drehende Stegelement 56 der Getriebestufe 49 gegenüber dem ortsfesten Gehäuse 40 abgebremst, um ein zusätzliches Drehmoment direkt am Differentialkorb 34 abzugreifen und über die Hohlwelle 43 und die Getriebestufe 49 auf die Seitenwelle 33 zu übertragen. Im Gehäuse 40 ist ein Kraftsensor 58 fixiert, gegen den eine Teilzahl der Aussenlamellen 24 mit einem Nocken im Umfangssinn abgestützt ist.
Dabei haben die beiden mittleren der vier Aussenlamellen 24 Nocken, die den Kraftsensor 23 beaufschlagen. Die beiden axial äussersten Aussenlamellen 24 sind unmittelbar im Gehäuse 40 drehfest gehalten. Alle Aussenlamellen 24 sind an ihrer dem Kraftsensor 58 diametral gegenüberliegenden Seite schwenkbar auf einem Bolzen gelagert, der im Gehäuse 40 fixiert ist. Dabei befindet sich der Bolzen in einer anderen Schnittebene, so dass er hier nicht sichtbar ist. Der Kraftsensor 58 ist so im Gehäuse 40 gehalten, dass er infolge Betätigung der Reibungskupplung 50 von den Nocken in einer mit Abstand quer zur Längsachse A verlaufenden Wirkrichtung mit einer Kraft beaufschlagt wird. Auf Basis der vom Kraftsensor 58 gemessenen Kräfte wird in einer hier nicht dargestellten Rechnereinheit das Kupplungsmoment errechnet.
Das Kupplungsmoment dient als Eingangsgrösse für ein Regelsystem zur Regelung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs, das die variable Verteilung der Antriebsmomente auf die Antriebsachsen regelt. Vorliegend liegt der Kraftsensor der rechten Getriebeanordnung in einer anderen Schnittebene, so dass er nicht sichtbar ist.
Insgesamt hat die erfindungsgemässe Differentialanordnung mit der erfindungsgemässen Reibungskupplung mit Aktuator den Vorteil, dass Störeinflüsse wie beispielsweise unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der Bauteile der Reibungskupplung nur eine geringe Auswirkung auf die Regelbarkeit der Reibungskupplung haben. Ausserdem wird durch eine erhöhte Elastizität der aus Aktuator und Reibungskupplung bestehenden Baugruppe ein flacher Verlauf der Kennlinie für das Kupplungsmoment über dem Verdrehwinkel der Stellscheibe erreicht.
Somit kann das Kupplungsmoment genau nach Bedarf eingestellt werden, und es ergibt sich eine gute Regelbarkeit der Eingriffe in die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs.
Figur 6 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anordnung aus Reibungskupplung mit Aktuator. Diese ist als Detail einer Getriebeanordnung zur variablen Drehmomentverteilung gezeigt, die der Getriebeanordnung nach Figur 5 entspricht. Insofern wird auf obige Beschreibung Bezug genommen, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern und abgewandelte Bauteile mit um eins gestrichenen Indizes versehen sind. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die axial abgestützte erste Scheibe 6' von dem Elektromotor drehend antreibbar ist, während die axial verschiebbare zweite Scheibe T in dem Gehäuse 40 drehfest und axial verschieblich gehalten ist.
Somit nimmt die erste Scheibe 6' sowohl die Stell- als auch die Stützfunktion wahr. Die erste Scheibe 6' ist mittels des Kugellagers 4' gegenüber dem Gehäuse 35, 40 auf der Drehachse A gelagert. Dabei ist das Kugellager 4' als Axial-Schrägkugellagers gestaltet, das die erste Scheibe 6' sowohl axial als auch radial auf der Drehachse A zentriert. Das Kugellager 4' umfasst einen ersten Lagerring 29', der auf einen Zylinderabschnitt des Gehäuses 35 aufsitzt, sowie einen zweiten Lagerring 28', der durch die erste Scheibe 6' gebildet ist. Hierfür weist die erste Scheibe 6' in einer dem ersten Lagerring 29' zugewandten Stirnfläche eine Lagerrille 18' auf, in der die Kugeln 16 des Kugellagers laufen.
Axial benachbart zur ersten Scheibe 6' befindet sich die zweite Scheibe 7', die ausschliesslich über die hier nicht sichtbaren Kugeln der Kugelrampenanordnung auf der Drehachse A zentriert ist. Die Tellerfeder 5' ist an einer Rückseite der zweiten Scheibe 7' einerseits und an einer das Lamellenpaket 3' beaufschlagenden Druckplatte 22' andererseits axial abgestützt. In der dem Lamellenpaket 3' zugewandten Stirnfläche der zweiten Scheibe T ist als Zentriermittel eine axiale Ausnehmung 30 vorgesehen, in der die Tellerfeder 5' auf der Drehachse A zentriert einsitzt. Durch die axiale Ausnehmung 30 ist eine umlaufende Schulter 31 gebildet, gegen die die Tellerfeder 5' mit einer äusseren Kante radial abgestützt ist. Das Lamellenpaket 3' ist an einer Stützfläche 21 des Gehäuses 40 axial abgestützt, die der Stützfläche 11 gegenüberliegt.
Somit sind die Bauteile Kugellager 4', erste Scheibe 6', zweite Scheibe 7', Tellerfeder 5', Druckplatte 22' und Lamellenpaket 3' axial in Reihe geschaltet und bilden gemeinsam mit dem Gehäuse 40 und dem Gehäuse 35 einen geschlossenen Kraftwirkungskreis. Durch die Verwendung der Tellerfeder 7' im Kraftfluss ergeben sich die obengenannten Vorteile einer erhöhten Elastizität der Anordnung und damit einer guten Regelbarkeit.
Figur 7 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Reibungskupplung mit Aktuator. Diese ist als Detail einer Getriebeanordnung zur variablen Drehmomentverteilung gezeigt, die der Getriebeanordnung nach Figur 5 entspricht. Insofern wird auf obige Beschreibung Bezug genommen, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern und abgewandelte Bauteile mit um zwei gestrichenen Indizes versehen sind.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist - wie auch bei der Ausführungsform nach Figur 6, auf deren Beschreibung insofern verwiesen wird - die axial abgestützte erste Scheibe 6" von dem Elektromotor drehend antreibbar, während die axial verschiebbare zweite Scheibe 7" in dem Gehäuse 40" drehfest und axial verschieblich gehalten ist. Im Unterschied zur obigen Ausführungsform ist die Tellerfeder 5" hier axial zwischen dem Lamellenpaket 3" und der durch das Gehäuse 40" gebildeten Stützfläche 21" angeordnet. Dabei sitzt die Tellerfeder 5" in einer ringförmigen Ausnehmung 30" des Gehäuses 40" ein, so dass sie radial auf der Drehachse A zentriert ist Die Ausnehmung 30" dient somit als Zentriermittel.
Zwischen die Tellerfeder 5" und die Stützfläche 21" ist eine Druckplatte 22" axial zwischengeschaltet Insgesamt sind die Bauteile Kugellager 4", erste Scheibe 6", zweite Scheibe 7", Lamellenpaket 3", Tellerfeder 5" und Druckplatte 22" axial in Reihe geschaltet und bilden gemeinsam mit dem Gehäuse 40" und dem Gehäuse 35" einen geschlossenen Kraftwirkungskreis. Durch die Verwendung der Tellerfeder 7" im Kraftfluss ergeben sich die obengenannten Vorteile einer erhöhten Elastizität der Anordnung und damit einer guten Regelbarkeit. Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wie folgt dargestellt werden:
Die Erfindung betrifft eine Reibungskupplung mit Aktuator, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Diese umfasst folgende zwischen zwei axial festgelegten Stützflächen in Reihe anzuordnende Bauteile: einen Aktuator in Form einer Kugelrampenanordnung 2 mit zwei zueinander koaxialen Scheiben 6, 7, von denen zumindest eine um eine Drehachse A drehend antreibbar ist, und von denen eine axial abgestützt und die andere axial verschiebbar ist, wobei die beiden Scheiben 6, 7 auf ihren einander zugewandten Stirnflächen jeweils mehrere Kugelrillen 12, 13 aufweisen, die in zueinander entgegengesetzter Umfangsrichtung eine zunehmende Tiefe haben, wobei in Paaren von einander gegenüberliegenden Kugelrillen Kugeln aufgenommen sind, über die sich die beiden Scheiben 6, 7 axial abstützen;
ein koaxial zu den Scheiben 6, 7 angeordnetes Lamellenpaket 3 mit Aussenlamellen
24, die mit einem Kupplungskorb 40 drehfest zu verbinden sind, und Innenlamellen
25, die mit einer Kupplungnabe 56 drehfest zu verbinden sind; eine koaxial zu den Scheiben 6, 7 angeordnete Tellerfeder 5 zur Einleitung einer Kraft in das Lamellenpaket 3, die axial vorgespannt ist und funktionell in Reihe mit dem Lamellenpaket 3 angeordnet ist.
[Phi]^JA^i^ S[beta]Sitlää[iota] GmbH
<EMI ID=15.1>
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Bezugszeichenliste
2 Aktuator / Kugelrampenanordnung
3 Lamellenpaket
4 Axiallager
5 Tellerfeder
6 erste Scheibe
7 zweite Scheibe
8 Stirnfläche
9 Stirnfläche
10 Sicherungsstift
11 Stützfläche
12 Kugelrille
13 Kugelrille
14 Käfig
15 Aussenverzahnung
16 Kugel
17 Käfig
18 erste Lagerrille
19 zweite Lagerrille
20 Druckfläche
21 Stützfläche
22 Druckplatte
23 Ringabschnitt
24 Aussenlamelle
25 Innenlamelle
26 Anlaufplatte
27 Federmittel
28 erster Lagerring
29 zweiter Lagerring
30 Ausnehmung
31 Schulter
<EMI ID=16.1>
32 Differentialanordnung Seitenwelle
Differentialkorb
Differentialgehäuse
Ausgleichsrad
Zapfen
Seitenwellenrad
Getriebemodul
Gehäuse
Eingriffsmittel
Wälzlager
Hohlwelle
Wälzlager
Wellendichtring
Längsverzahnung
Flansch
Längsverzahnung
Getriebestufe
Lamellenkupplung
Axiallager erstes Sonnenrad
Planetenräder zweites
Sonnenrad
Zapfen
Stegelement
Nadellager
Kraftsensor
Flanschverbindung
<EMI ID=17.1>
Drehachse