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Die vorliegende Erfindung betrifft generell elektromagnetische Kupplungen, genauer gesagt eine elektromagnetische Kupplung mit einer solenoidbetätigten Kugelrampenbetätigungseinheit.
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Kupplungen, die von elektromagnetischen Spulen betätigt oder erregt werden, stellen besonders häufige Komponenten in Drehkraftübertragungssystemen von stationären Einheiten und Motorfahrzeugen dar. Solche elektromagnetischen Kupplungen können grob danach klassifiziert werden, ob Sie eine EIN-AUS-Energieübertragung oder modulierende Energieübertragung durchführen. Im erstgenannten Fall finden Klauenkupplungen Verwendung, die Hilfssynchronisiervorrichtungen aufweisen können, während im letztgenannten Fall Reibungskupplungspackungen Verwendung finden, die eine Vielzahl von ineinander verschachtelten Reibplatten oder Reibscheiben aufweisen. In jedem Fall wird die Kupplung von einer elektromagnetischen Betätigungseinheit, die Komponenten der Kupplung bei Erregung verschiebt oder komprimiert, aktiviert und bei Aberregung deaktiviert oder ausgerückt.
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Eines der Konstruktions- und Funktionsmerkmale von elektromagnetischen Kupplungen, denen der Ingenieur signifikante Aufmerksamkeit zuwendet, ist der Energieverbrauch. Es ist insbesondere bei Motorfahrzeugen wünschenswert, eine Kupplung zu konstruieren und zu verwenden, die einen geringen Energieverbrauch besitzt. Ein geringer Energieverbrauch ist als solcher wünschenswert, reduziert jedoch darüber hinaus die von der Spule erzeugte Wärme und kann die Notwendigkeit einer Kühlung der Spule verringern und die nutzbare Lebensdauer derselben verbessern, so daß er daher insgesamt ein wünschenswertes Konstruktionsziel darstellt.
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Eine Konstruktion, die einen geringen Energieverbrauch ermöglicht, wird generell als nocken- oder kugelrampenbetätigte Kupplung bezeichnet. Hierbei trennt sich ein Paar von gegenüberliegenden Platten mit Nockenelementen oder gegenüberliegenden bogenförmigen Ausnehmungen, die Kugeln oder Rollenlager aufnehmen, bei einer Relativdrehung, die durch einen Widerstand verursacht wird, der aus der Erregung der elektromagnetischen Spule resultiert. Durch eine derartige Trennung wird eine benachbarte Reibungskupplungspackung komprimiert, die Antriebsenergie oder Drehmoment über die Reibungskupplungspackung überträgt. Eine derartige Vorrichtung ist in Verbindung mit einem Verteilergetriebe in der
US 4 989 686 A offenbart.
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Eine elektromagnetische Kupplungseinheit mit einer solenoidbetätigten Kugelrampenbetätigungseinheit sorgt für einen reduzierten Energieverbrauch und eine verbesserte Steuerung. Die elektromagnetische Kupplungseinheit umfasst eine Primär- oder Pilotreibungskupplungspackung und eine Sekundär- oder Hauptreibungskupplungspackung. Eine ringförmige Spule und ein Gehäuse wirken mit einer ringförmigen Betätigungseinheit oder einem Plungerkolben zusammen. Wenn die Spule erregt wird, verschiebt und komprimiert der ringförmige Kolben die Primär- oder Pilotreibungskupplungspackung. Durch die Aktivierung der Pilotreibungskupplungspackung wird die Bewegung von einem der Elemente der Kugelrampenbetätigungseinheit verzögert, so daß wiederum eine Sekundär- oder Hauptreibungskupplungspackung komprimiert wird, die zwischen den Eingangs- und Ausgangselementen angeordnet ist, so daß auf diese Weise Drehmoment übertragen wird. Die Reibungskupplungspackungen sind vorzugsweise naß, d. h. in einem abgedichteten Gehäuse untergebracht, das ein Kupplungsströmungsmittel enthält. Die Kupplungseinheit der vorliegenden Erfindung besitzt einen reduzierten Energieverbrauch und eine verbesserte Funktionslinearität.
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Eine elektromagnetische Kupplung ist beschrieben in
DE 4135 534 A1 . Die elektromagnetische Kupplung weist ein Gehäuse und eine Wicklung, einen Rotor, der mit einer verzahnten Eingangswelle drehbar und längs dieser verschiebbar ist, sowie einen drehbaren Anker auf, der axial gegenüber dem Rotor angeordnet ist. Ein innen verzahnter Zahnring kann mit dem Anker gekoppelt werden, und er dreht sich mit einer verzahnten Ausgangswelle und ist längs dieser verschiebbar. Wenn die Wicklung erregt wird, wird der Anker in Eingriff mit dem Rotor durch den Magnetfluss gezogen, wobei über den Zahnring die Ausgangswelle auf im Wesentlichen dieselbe Drehzahl wie die Eingangswelle angetrieben wird. Danach werden durch den Magnetfluss Rotor und Anker axial als Einheit auf das Gehäuse verschoben, um den Zahnring in Eingriff mit der Eingangswelle zu bringen und dadurch die Ausgangswelle zur Drehung mit der Eingangswelle über die Zahnkupplung zu koppeln.
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DE 690 19 426 T2 beschreibt eine weitere Kupplungseinrichtung. Die Kupplungseinrichtung umfasst eine erste, drehbare Einrichtung, eine zweite drehbare Einrichtung, eine Hauptkupplungseinrichtung zum steuerbaren Übertragen einer Drehbewegung zwischen der ersten und zweiten drehbaren Einrichtung, wenn steuerbar eingegriffen wird, sowie eine Nockenringeinrichtung, eine Steuerkupplungseinrichtung und eine Steuerkupplungsbetätigungseinrichtung. Die Nockenringeinrichtung ist zum steuerbaren Eingriff nur der Hauptkupplungseinrichtung betätigbar, wenn sie axial verschiebbar betätigt wird. Die Steuerkupplungseinrichtung betätigt die Nockenringeinrichtung, wenn sie steuerbar eingreift. Die Steuerkupplungsbetätigungseinrichtung dient zum einstellbaren und steuerbaren Eingreifen der Steuerkupplungseinrichtung, wobei das Maß bestimmt wird durch die Kraft, die durch die Steuerkupplungsbetätigungseinrichtung ausgeübt wird.
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Eine Antriebskraftübertragungsvorrichtung ist in
US 2002/0121418 A1 beschrieben. Die Vorrichtung ist innerhalb eines Differenzialgehäuses angeordnet und angepasst, um erste und zweite sich drehende Wellen treibend zu koppeln. Die Vorrichtung umfasst ein äußeres Gehäuse, das an die erste sich drehende Welle gekoppelt ist, eine innere Welle, die an die zweite sich drehende Welle gekoppelt ist, eine Reibkupplung, die in einen reibschlüssigen Zustand durch Aufnahme einer Druckkraft gebracht wird, um dadurch das äußere Gehäuse und die innere Welle aneinander zu koppeln, sowie einen elektromagnetischen Antriebsmechanismus zum Erzeugen der Druckkraft. Der elektromagnetische Antriebsmechanismus umfasst einen Elektromagneten, der außerhalb des äußeren Gehäuses angeordnet ist, ein Joch zum Unterstützen des Elektromagneten, wobei das Joch starr durch den Träger auf eine solche Weise unterstützt wird, dass das Joch eine Seitenwand des äußeren Gehäuses mit einem Spalt dazwischen gegenüberliegt, sowie einen Druckkrafterzeugungsmechanismus, der innerhalb des äußeren Gehäuses angeordnet ist und angepasst ist, um die auf die Reibkupplung anzuwendende Kraft aufgrund der Aufnahme von magnetischer Kraft von dem Elektromagneten über den Spalt und die Seitenwand des äußeren Gehäuses zu erzeugen. Eine Oberfläche des Jochs und eine Oberfläche der Seitenwand des äußeren Gehäuses, die dem Spalt gegenüberliegen, haben jeweils eine gehärtete Oberflächenschicht.
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US 3 425 529 A beschreibt eine magnetische Kupplung. Die Kupplung weist einen Rotor mit einer daran befestigten Kupplung sowie eine Druckplatte auf, die wirksam mit einem Mittelpunkt der Antriebswelle verbunden ist. Der Rotor weist innere und äußere ringförmige Flansche auf, die sich nach hinten Erstrecken und deren entgegengesetzte Flächen auseinanderstreben, und es ist ein Stator bereitgestellt, der an einem Gehäuse befestigt ist und Flansche aufweist, die in dem Raum zwischen den Flanschen des Rotors aufgenommen sind. Eine elektromagnetische Spule ist im Raum zwischen den Flanschen des Stators angeordnet. Die magnetische Spule ist angepasst, um, wenn sie mit Energie versorgt wird, die Druckplatte gegen die Kupplungsfläche des Rotos und in Reibkontakt damit zu ziehen.
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DE 39 03 341 A1 beschreibt eine weitere elektromagnetische Kupplung. Hierbei bewegt sich ein von einem Elektromagneten angezogener Anker bei Einschalten des Elektromagneten axial längs einer drehbaren Welle. Wenn sich der Anker auf den Elektromagneten zubewegt, zieht er eine bewegliche Druckplatte längs der Welle in Richtung auf eine feststehende Druckplatte, wobei die Scheiben eines Scheibenstapels reibschlüssig in Kontakt mit einander gebracht werden. Der Scheibenstapel ist zwischen den Druckplatten angeordnet und die Scheiben dienen, wenn sie in Reibkontakt miteinander gedrückt werden, dazu, ein Drehmoment von der Welle auf ein Ausgangselement zu übertragen.
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Eine weitere Kupplung ist in
US 2 956 657 A beschrieben. Hierbei werden mehrere Stifte zur Verbindung von zwei Platten verwendet.
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Die
EP 1 277 982 A2 beschreibt ein Antriebskraftübertragungssystem. Das System umfasst ein Kupplungsgehäuse und eine Welle, die im Bezug aufeinander drehbar angeordnet sind, eine Pilotkupplung und eine Hauptkupplung zum Steuern einer Drehmomentübertragung zwischen dem Kupplungsgehäuse und der Welle, einen Elektromagneten zum Steuern der Aktionen der Pilotkupplung und der Hauptkupplung sowie Öl zum Erhalten der Funktionen der Pilotkupplung und der Hauptkupplung. Das System umfasst weiterhin ein Kupplungsgehäuse, eine Welle, einen Rotor, einen X-Ring und einen O-Ring zum flüssigkeitsdichten Isolieren einer Kammer, in der die Pilotkupplung und die Hauptkupplung angeordnet sind, vom umgebenden Raum.
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Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektromagnetische Kupplung mit einer Betätigungseinheit vom Solenoidtyp zu schaffen.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrifft die Schaffung einer elektromagnetischen Kupplung mit einer Solenoid-Betätigungseinheit, einer Kugelrampenbetätigungseinheit und einer Primär- und Sekundärreibungskupplungspackung.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrifft die Schaffung einer elektromagnetischen Kupplung mit einer Solenoidbetätigungseinheit und einer Primär- und Sekundärnaßreibungskupplungspackung.
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Noch eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektromagnetische Kupplung mit einer Betätigungseinheit vom Solenoidtyp und einer Kugelrampenbetätigungseinheit zu schaffen, die einen reduzierten Energieverbrauch und eine verbesserte Operationslinearität besitzt.
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Noch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrifft die Schaffung einer elektromagnetischen Kupplung zum Einsatz in Verteilergetrieben, Hinterachsen und anderen Antriebszugkomponenten von Motorfahrzeugen.
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine elektromagnetische Kupplungseinheit mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten, Elemente oder Merkmale bezeichnen. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Getriebes eines Motorfahrzeuges mit Vierradantrieb einschließlich einer elektromagnetischen Kupplungseinheit mit einer Betätigungseinheit vom Solenoidtyp gemäß der vorliegenden Erfindung, die benachbart zu einem hinteren Differential angeordnet ist;
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2 eine Gesamtschnittansicht einer elektromagnetischen Kupplungseinheit mit einer Betätigungseinheit vom Solenoidtyp gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 eine ebene Entwicklungsdarstellung einer Kugelrampenbetätigungseinheit der elektromagnetischen Kupplungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung entlang Linie 3-3 in 2;
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4 eine vergrößerte Teilansicht der elektromagnetischen Kupplungseinheit mit Betätigungseinheit vom Solenoidtyp gemäß der vorliegenden Erfindung;
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5 eine Teilschnittansicht einer elektromagnetischen Kupplungseinheit mit Betätigungseinheit vom Solenoidtyp gemäß der vorliegenden Erfindung entlang Linie 5-5 in 3; und
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6 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Nockenbetätigungseinheit mit schiefen Nockenflächen für eine elektromagnetische Kupplungseinheit mit Betätigungseinheit vom Solenoidtyp gemäß der vorliegenden Erfindung.
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In 1 ist ein die vorliegende Erfindung aufweisender Antriebszug eines Vierradfahrzeuges schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Dieser Antriebszug 10 besitzt eine Primärbewegungseinheit 12, die mit einer Transaxle 14 gekoppelt ist und diese direkt antreibt. Der Ausgang der Transaxle 14 treibt einen Kegelrad- oder Spiralradsatz 16 an, der einen Primär- oder Vorderantriebszug 20 mit Bewegungsenergie versorgt, welcher eine vordere oder primäre Antriebswelle 22, ein vorderes oder Primärdifferential 24, ein Paar von Vorderantriebsachsen 26 und ein entsprechendes Paar von vorderen oder primären Rad/Reifeneinheiten 28 umfaßt. Das Vorder- oder Primärdifferential 24 ist herkömmlich ausgebildet.
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Der Satz 16 von Kegelrädern oder Spiralrädern versorgt ferner einen Sekundär- oder Hinterantriebszug 30 mit Bewegungsenergie, welcher eine sekundäre Antriebswelle 32 mit geeigneten Universalgelenken 34, eine hintere oder Sekundärdifferentialeinheit 36, ein Paar von Sekundär- oder Hinterachsen 38 und ein entsprechendes Paar von sekundären oder hinteren Rad/Reifeneinheiten 40 umfaßt. Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf ein Fahrzeug, bei dem der Primärantriebszug 20 an der Vorderseite des Fahrzeuges und der Sekundärantriebszug 30 entsprechend an der Rückseite des Fahrzeuges angeordnet sind. Ein derartiges Fahrzeug wird üblicherweise als Fahrzeug mit Vorderradantrieb bezeichnet. Die Bezeichnungen „primär” und „sekundär”, die hier verwendet werden, betreffen Antriebszüge, die jederzeit Drehmoment zur Verfügung stellen und Antriebszüge, die intermittierend oder ergänzungsweise Drehmoment zur Verfügung stellen. Diese Bezeichnung (primär und sekundär) werden hier anstelle von vorne und hinten verwendet, da die hier offenbarte und beanspruchte Erfindung ohne weiteres auch bei Fahrzeugen Verwendung finden kann, bei denen der primäre Antriebszug 20 an der Rückseite des Fahrzeuges und der sekundäre Antriebszug 30 sowie Komponenten innerhalb der Sekundärdifferentialeinheit 36 an der Vorderseite des Fahrzeuges angeordnet sind.
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Es versteht sich daher, daß die Darstellung der 1, bei der der primäre Antriebszug 20 an der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet ist, lediglich beispielhaft ist und in keiner Weise die Erfindung beschränkt und daß die dargestellten Komponenten sowie die dargestellte generelle Anordnung der Komponenten in gleicher Weise für ein Fahrzeug mit primärem Hinterradantrieb geeignet und verwendbar sind. Bei einem derartigen Fahrzeug ersetzt das Primärdifferential 24 die Sekundärdifferentialeinheit 36 an der Rückseite des Fahrzeuges, und die Sekundärdifferentialeinheit 36 ist zur Vorderseite des Fahrzeuges bewegt, um das Primärdifferential 24 zu ersetzen.
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Dem Fahrzeugsantriebszug 10 ist eine Steuereinheit oder ein Mikroprozessor 50 zugeordnet, die bzw. der Signale von einer Vielzahl von Sensoren empfängt und ein Steuersignal, d. h. Betätigungssignal, einer elektromagnetischen Kupplungseinheit 70 zuführt, die funktionsmäßig vor der Sekundärdifferentialeinheit 36 angeordnet ist. Speziell ertastet ein erster Sensor, wie beispielsweise ein Sensor für variable Reluktanz oder ein Halleffekt-Sensor 52, die Drehzahl der rechten primären (vorderen) Rad/Reifeneinheit 28 und führt ein geeignetes Signal dem Mikroprozessor 50 zu. In entsprechender Weise ertastet ein zweiter Sensor für variable Reluktanz oder Halleffekt-Sensor 54 die Drehzahl der linken primären (vorderen) Rad/Reifeneinheit 28 und führt ein Signal den Mikroprozessor 54 zu. Ein dritter Sensor für variable Reluktanz oder Halleffekt-Sensor 56 ertastet die Drehzahl der rechten sekundären (hinteren) Rad/Reifeneinheit 40 und führt ein Signal dem Mikroprozessor 50 zu. Schließlich ertastet ein vierter Sensor für variable Reluktanz oder Halleffekt-Sensor 58, der der linken sekundären (hinteren) Rad/Reifeneinheit 40 zugeordnet ist, deren Drehzahl und liefert ein Signal an den Mikroprozessor 50. Es versteht sich, daß die Drehzahlsensoren 52, 54, 56 und 58 unabhängige Sensoren oder solche Sensoren sein können, die am Fahrzeug für Antiblockiersysteme (ABS) oder andere Drehzahlerfassung- und Steuereinrichtungen montiert sind. Es versteht sich ferner, daß ein geeignetes und herkömmliches Zähl- oder Unterbrechungsrad jedem Drehzahlsensor 52, 54, 56 und 58 zugeordnet ist, obwohl diese in 1 nicht gezeigt sind.
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Die Steuereinheit oder der Mikroprozessor 50 können auch Informationen in bezug auf die Ausgangsdrehzahl der Transaxle 14 erhalten. Ein Sensor für variable Reluktanz oder ein Halleffekt-Sensor 62, dem ein Zählrad 64 an der vorderen oder primären Antriebswelle 22 zugeordnet ist, kann hierfür Verwendung finden. Bei einer anderen Ausführungsform kann ein Sensor für variable Reluktanz oder ein Halleffekt-Sensor 66, der dem sekundären Antriebszug 30 zugeordnet ist, benachbart zu einem Zählrad 68 am Sekundärausgang der Transaxle 14 angeordnet sein, der die Sekundärdifferentialeinheit 36 antreibt. Die Steuereinheit oder der Mikroprozessor 50 umfaßt Software, die die Signale von den Sensoren 52, 54, 56 und 58 sowie vom Sensor 62 oder Sensor 66 empfängt und konditioniert, einen Korrekturvorgang zur Verbesserung der Stabilität des Fahrzeuges festlegt, die Steuerung des Fahrzeuges aufrechterhält und/oder einen Rutschzustand oder einen anderen anormalen Betriebszustand des Fahrzeuges korrigiert oder kompensiert und der elektromagnetischen Kupplungseinheit 70 ein Ausgangssignal zuführt.
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Wie die 1 und 2 zeigen, umfaßt die elektromagnetische Kupplungseinheit 70 ein zylindrisches glockenförmiges Gehäuse 72 mit einem kontinuierlichen Flansch oder einer Vielzahl von Ohren oder Ansätzen 74, die eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 76 bilden, welche beispielsweise mit einem Gewinde versehene Befestigungselemente (nicht gezeigt) aufnehmen können, die die Installation und Demontage der Kupplungseinheit 70 am bzw. vom Gehäuse der Sekundärdifferentialeinheit 36, die in 1 gezeigt ist, erleichtern. Eine O-Ring-Dichtung 78 sorgt für eine strömungsmitteldichte Verbindung zwischen dem zylindrischen Gehäuse 92 und dem Gehäuse der Sekundärdifferentialeinheit 36. Das zylindrische Gehäuse 72 nimmt auf und lagert ein reibungsarmes Lager, wie eine Kugellagereinheit 80, das frei drehbar ein glockenfömiges Eingangselement 82 lagert.
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Das Eingangselement 82 umfaßt vorzugsweise eine Eingangsstummelwelle 84 mit Keilen 86. Andere Antriebseinrichtungen, wie Keilnuten, hexagonale Abflachungen etc., können ebenfalls von der Eingangsstummelwelle 84 gebildet werden. Die Keile 86 können mit komplementär ausgebildeten Keilnuten 88, die innerhalb eines Flansches 90 ausgebildet sind, in Eingriff treten. Der Flansch 90 kann ein Abschnitt eines Universalgelenkes 34 (wie in 1 gezeigt) oder eine andere Komponente der Sekundärantriebswelle 32 sein. Der Flansch 90 besitzt typischerweise Durchgangsöffnungen 92, die eine derartige Verbindung erleichtern. Er wird vorzugsweise über eine Mutter 94, die mit einem Gewinde 96 an der Eingangsstummelwelle 84 in Eingriff steht, an derselben gehalten. Ein zweites reibungsarmes Lager, wie eine Kugellagereinheit 98, lagert frei drehbar eine zylindrische Ausgangsnabe 100. Das Ende der Ausgangsnabe 100 gegenüber der Kugellagereinheit 98 wird von einem reibungsarmen Lager, wie einem Rollenlager 102, gelagert. Die zylindrische Innenwand der Ausgangsnabe 100 bildet eine Vielzahl von Keilnuten oder Zähnen 104. Benachbart und außerhalb von beiden Kugellagereinheiten 80 und 98 sind Öldichtungen 106 angeordnet, die für strömungsmitteldichte Verbindungen zwischen benachbarten Komponenten der Kupplungseinheit 70 sorgen.
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Am zylindrischen kugelfömigen Gehäuse 72 ist eine elektromagnetische Spule oder Solenoidspule 110 befestigt, die in einem ringförmigen Flußkonzentrationsgehäuse 112 angeordnet und geschützt ist. Das ringförmige Gehäuse 112 besitzt eine schräge oder kegelstumpfförmige Fläche 114. Es ist über eine Vielzahl von Schraubstutzen, Befestigungselementen 116 oder ähnlichen Vorrichtungen, von denen eine in 2 gezeigt ist, am zylindrischen Gehäuse 72 befestigt. Ein einziges oder mehrfaches Verbindungskabel 118 führt der Solenoidspule 110 elektrische Energie zu. Umgebungsabschnitte der Solenoidspule 110 und des ringförmigen Gehäuses 112 werden von einem ringförmigen Solenoidbetätigungselement oder einem Plungerkolben 120 gebildet, das bzw. der eine komplementär ausgebildete schiefe oder kegelstumpfförmige Fläche 122 besitzt, die zur kegelstumpfförmigen Fläche 114 am ringförmigen Spulengehäuse 112 ausgerichtet und hierzu benachbart ist.
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Wie die 4 und 5 zeigen, nimmt der Solenoidkolben 120 eine Vielzahl, vorzugsweise 3, von Zapfen oder Bolzen 124 auf, die sich axial zum Solenoidkolben 120 und von diesem parallel weg in axiale Durchgangskanäle 126 in einem radial und in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt des Eingangselementes 82 erstrecken. Wenn drei Zapfen oder Bolzen 124 verwendet werden, beträgt der Winkel α zwischen diesen 120°. Wenn vier Zapfen oder Bolzen 124 verwendet werden, beträgt der Winkel α 90°. Allgemeiner gesagt, die Zapfen oder Bolzen 124, wieviele auch immer verwendet werden, sollten mit gleichem Winkelabstand um den Kolben 120 herum angeordnet sein. Sie sind vorzugsweise mit einem Gewinde versehen, wie dargestellt, und es kann eine geeignete Verschraubung stattfinden. Alternativ dazu können die Zapfen oder Bolzen 124 auch über eine Preßpassung in Sackbohrungen im Solenoidkolben 120 angeordnet oder daran über radial orientierte Haltestifte (nicht gezeigt) befestigt sein, die sich durch die Wand des Kolbens 120 und die Bolzen 124 erstrecken, oder beispielsweise durch Schweißen.
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Die Zapfen oder Bolzen 124 besitzen jeweils eine Umfangsnut 128, die eine O-Ring-Dichtung 132 aufnimmt, welche für eine strömungsmitteldichte Verbindung zwischen dem Zapfen oder Bolzen 124 und dem Axialkanal 126 des Eingangselementes 82 sorgt. Die Enden der Zapfen oder Bolzen 124 gegenüber dem Solenoidkolben 120 sind ebenfalls vorzugsweise mit einem Gewinde versehen und in einer ringförmigen ersten Druck- oder Beaufschlagungsplatte 136 aufgenommen und daran befestigt. Eine Pilot- oder Primärreibungskupplungspackung 140 ist zwischen dem radial und in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt des Eingangselementes 82 und der ersten Beaufschlagungsplatte 136 angeordnet. Durch die Erregung der Solenoidspule 110 wird der Solenoidkolben 120 in den 2 und 4 nach links gedrückt. Wenn der Luftspalt zwischen den kegelstumpfförmigen Flächen 114 und 122 geschlossen wird, komprimiert die erste Beaufschlagungsplatte 136 die Pilot- oder Primärreibungskupplungspackung 140.
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Wie die 2 und 3 zeigen, besitzt die Pilot- oder Primärreibungskupplungspackung 140 eine erste Vielzahl von Kupplungsscheiben oder Platten 142 mit größerem Durchmesser, die Außenkeile 144 aufweisen, welche mit komplementär ausgebildeten Keilnuten 146 auf der Innenfläche des Eingangselementes 182 in Eingriff stehen. Die erste Vielzahl der Reibungskupplungsplatten 142 dreht sich somit zusammen mit dem Eingangselement 82. Mit der ersten Vielzahl der Reibungsplatten 142 mit größerem Durchmesser ist eine zweite Vielzahl von Reibungskupplungsscheiben oder Platten 148 mit kleinerem Durchmesser verschachtelt, die innere Keilnuten 150 aufweisen, welche mit komplementär ausgebildeten Keilen 152 auf einer kreisförmigen Kupplungsnabe 154 in Eingriff stehen. Sowohl die erste als auch die zweite Vielzahl der Kupplungsplatten 142 und 148 umfaßt vorzugsweise ein geeignetes Reibungskupplungspapier oder -material, das optimal funktioniert, wenn es in einem Kupplungsströmungsmittel angeordnet ist und von diesem benetzt wird. Die Kupplungsnabe 154 ist frei drehbar auf der Ausgangsnabe 100 angeordnet, und eine reibungsarme Rollenlagereinheit 156, die zwischen der kreisförmigen Kupplungsnabe 154 und einer benachbarten radial und in Umfangsrichtung verlaufenden Fläche der Eingangsnabe 82 angeordnet ist, stellt eine derartige freie Drehung sicher.
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Die kreisförmige Kupplungsnabe 154 umfaßt eine Vielzahl, vorzugsweise 3, von rampenförmigen Ausnehmungen 158, die in einem kreisförmigen Muster um die Achse der Ausgangsnabe 100 angeordnet sind. Diese Ausnehmungen 158 bilden jeweils einen schrägen Abschnitt eines schraubenförmigen Torus. Innerhalb einer jeden Ausnehmung 158 ist ein Lastübertragungselement, wie ein Kugellager 160 oder eine entsprechende Komponente, angeordnet, die entlang den von den Ausnehmungen 158 gebildeten Rampen rollt. Ein kreisförmiges Element 162 mit größerem Durchmesser ist gegenüber der kreisförmigen Kupplungsnabe 154 angeordnet und besitzt eine Vielzahl von komplementär ausgebildeten und angeordneten Ausnehmungen 164. Die lastübertragenden Kugeln 160 sind in den Paaren der gegenüberliegenden Ausnehmungen 158 und 164 angeordnet und eingefangen, wobei die Enden der Ausnehmungen 158 und 164 gekrümmt und viel steiler geneigt sind als die mittleren Abschnitte der Ausnehmungen 158 und 164.
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Es versteht sich, daß die Ausnehmungen 158 und 164 und die lastübertragenden Kugeln 160 auch durch andere analoge mechanische Elemente ersetzt sein können, die eine axiale Verschiebung der kreisförmigen Kupplungsnabe 154 und des zweiten kreisförmigen Elementes 162 in Abhängigkeit von einer Relativdrehung dazwischen verursachen können. Beispielsweise können konische Rollen, die in komplementär ausgebildeten konischen Spiralen angeordnet sind oder komplementär ausgebildete schiefen Stirnnocken, mit oder ohne mechanische Zwischenelemente, wie Rollen, Verwendung finden.
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Wie in 6 gezeigt, kann die Nockenbetätigung auch gegenüberliegende Stirnnocken 166A und 166B aufweisen, die auf einer kreisförmigen Kupplungsnabe 154' und einem kreisförmigen Element 162' mit größerem Durchmesser angeordnet sind. In entsprechender Weise zur Wirkung der Ausnehmungen 158 und 164 und der Lastübertragungskugeln 160 trennen die Stirnnocken 166A und 166B die Kupplungsnabe 154' und das kreisförmige Element 162' in Axialrichtung voneinander bei einer Relativdrehung der kreisförmigen Kupplungsnabe 154' und des kreisförmigen Elementes 162'.
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Ein wichtiges Konstruktionsmerkmal der Ausnehmungen 158 und 164 und Lastübertragungskugeln 160 sowie der Stirnnocken 166A und 166B besteht darin, daß die Geometrie, die Gesamtkonstruktion und das Spiel der Kupplungseinheit 70 sicherstellen, daß diese nicht selbst einrückend ist. Die elektromagnetische Kupplungseinheit 70 darf nicht selbst einrücken, sondern muß vielmehr in der Lage sein, das Festklemmen der Reibungskupplungspackungen in direkter proportionaler Abhängigkeit vom Eingangssignal, das von der Steuereinheit oder dem Mikroprozessor 50 zur Verfügung gestellt wird, zu modulieren.
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Wie man desweiteren aus Figur entnehmen kann, besitzt das größere kreisförmige Element 162 Keilnuten 168, die mit Keilen oder Zahnradzähnen 172 auf der Ausgangsnabe 100 in Eingriff stehen, so daß sich das kreisförmige Element 162 mit größerem Durchmesser zusammen mit der Ausgangsnabe 100 dreht.
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Benachbart zum größeren kreisförmigen Element 162 ist eine Haupt- oder Sekundärreibungskupplungspackungseinheit 180 angeordnet. Diese Haupt- oder Sekundärreibungskupplungspakkungseinheit 180 besitzt eine erste Vielzahl von Reibungskupplungsscheiben oder Platten 182 mit größerem Durchmesser, die Keile 184 aufweisen, welche sich in den Keilnuten 146 am Eingangselement 82 befinden. Verschachtelt mit der ersten Vielzahl von Reibungskupplungsplatten 182 ist eine zweite Vielzahl von Reibungskupplungsscheiben oder Platten 186 mit kleinerem Durchmesser, die Keilnuten 188 besitzen, welche mit komplementär ausgebildeten Keilen 192 an der Ausgangsnabe 100 in Eingriff stehen. Beide Reibplatten 182 und 186 sind vorzugsweise mit Reibungskupplungspapier oder einem Material versehen, das optimal funktioniert, wenn es in einem Kupplungsströmungsmittel angeordnet ist und von diesem benetzt wird. Eine kreisförmige Manschette 196 bildet eine Reaktionsfläche für die Haupt- oder Sekundärreibungskupplungspackung 180 und erstreckt sich zwischen der Innenfläche des Eingangselementes 82 und der Kugellagereinheit 98 sowie der Öldichtung 106. Die Manschette 196 wird von einer damit zusammenwirkenden Haltescheibe 198 und einem Sprengring 202 in Position gehalten. Ein in einem Umfangskanal 206 angeordneter O-Ring 204 sorgt für eine geeignete Dichtung zwischen der kreisförmigen Manschette 196 und dem Eingangselement 82.
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Es versteht sich daher, daß der Innenbereich der Kupplungseinheit, der generell vom Eingangselement 82 und der kreisförmigen Manschette 196 gebildet wird, von den O-Ringen 106, 132 und 204 abgedichtet wird, um auf diese Weise die Zurückhaltung des Kupplungsströmungsmittels 208 darin und die Verwendung von Naßreibungskupplungspackungen und 180 sowie die Verwendung von kompatiblen Reibmaterialien auf den Reibplatten 142, 148, 182 und 186 zu erleichtern.
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Im Betrieb wird durch das Anlegen von elektrischer Energie an die Solenoidspule 110 der ringförmige Plungerkolben 120 in Richtung auf das ringförmige Gehäuse 112 gezogen, wodurch die Pilotreibungskupplungspackung 140 komprimiert und ein Widerstand erzeugt wird, der dazu neigt, die erste kreisförmige Nabe 154 relativ zum zweiten kreisförmigen Element 162 zu drehen, wodurch die lastübertragenden Kugeln 160 die Ausnehmungen 158 und 162 hinauf laufen und die kreisförmige Kupplungsnabe 154 sowie das kreisförmige Element 162 voneinander wegtreiben. Das kreisförmige Element 162 wirkt als Beaufschlagungsplatte, wobei durch eine derartige Axialbewegung die Haupt- oder Sekundärreibungskupplungspackung 180 komprimiert und Drehmoment zwischen dem Eingangselement 82 und der Ausgangsnabe 100 übertragen wird. Es wurde festgestellt, daß die magnetische Anziehung zwischen dem Solenoidgehäuse 112 und dem Plungerkolben und insbesondere der schiefe Luftspalt zwischen den kegelstumpfförmigen Flächen 114 und 122 zu einer verbesserten Steuerung und Funktionslinearität führt.
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In der vorstehenden Offenbarung wird die Erfindung in Verbindung mit dem hinteren Differential eines Motorfahrzeuges beschrieben, das einen Primärvorderrardantriebszug besitzt. Es versteht sich jedoch, daß die elektromagnetische Kupplung mit einer Solenoid-Betätigungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ein breites Anwendungsgebiet bei mechanischen Kraftverteilungssystemen besitzt, die eine genaue und wiederholte modulierende Kupplungsbetätigung erfordern. Die elektromagnetische Kupplung kann daher auch bei Motorfahrzeugantriebszugkomponenten, wie Verteilergetrieben u. ä., Verwendung finden.
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Die vorstehende Beschreibung gibt die beste Art und Weise zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung wieder. Es versteht sich jedoch, daß auch Modifikationen und Variationen für den Fachmann auf dem Gebiet der elektromagnetischen Kupplungseinheiten offensichtlich sind. Die vorstehende Offenbarung gibt zwar die beste Art und Weise zur Ausführung der Erfindung wieder und soll jeden Fachmann auf dem entsprechenden Gebiet in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Hierdurch wird die Erfindung jedoch nicht beschränkt und umfaßt vielmehr derartige offensichtliche Variationen. Sie wird nur durch die Lehre und den Umfang der Patentansprüche beschränkt.
