DE102005051500B3

DE102005051500B3 - Anordnung zur Drehmomentermittlung an einer Reibungskupplung

Info

Publication number: DE102005051500B3
Application number: DE200510051500
Authority: DE
Inventors: Theodor Dipl.-Ing. Gaßmann; Mark Dipl.-Ing. Schmidt; Ralf Dipl.-Ing. Mertens (FH); Kurt Dipl.-Ing. Müller (FH); Peter Dipl.-Ing. Jünemann (FH)
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-10-27

Abstract

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 drehfest und längs einer Längsachse A axial verschiebbar gehalten sind; 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; wobei der Außenlamellenträger 6 relativ zu einem Gehäuse 4 um die Längsachse A begrenzt drehbar zu lagern ist und zumindest einen Nocken 12 zur Drehabstützung aufweist; und Mittel zur Kraftmessung, die derart im Gehäuse 4 anzuordnen sind, dass sie bei Betätigung der Reibungskupplung 3 von dem zumindest einen 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.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Drehmomentermittlung an einer Reibungs/kupplung, insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Dabei kann die Reibungskupplung in einer Differentialanordnung zur variablen Drehmomentverteilung zwischen zwei Ausgangswellen, wie sie beispielsweise aus der DE 10 2005 004 290 A1 bekannt ist, oder als Hang-on-Kupplung für eine bedarfsweise antreibbare Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs, wie sie beispielsweise aus der EP 0 466 863 B1 bekannt ist, eingesetzt werden.

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 einfach und kompakt aufgebaut ist und eine genaue und direkte Ermittlung der auftretenden Drehmomente ermöglicht.

Eine Lösung besteht in einer Anordnung zur Kraftmessung an einer Reibungskupplung, insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Außenlamellenträger, an dem Außenlamellen drehfest und längs einer Längsachse A axial verschiebbar gehalten sind; 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; wobei der Außenlamellenträger relativ zu einem Gehäuse um die Längsachse A begrenzt drehbar zu lagern ist und zumindest einen Nocken zur Drehabstützung aufweist; und Mittel zur Kraftmessung, die derart im Gehäuse angeordnet sind, daß sie bei Betätigung der Reibungskupplung von dem zumindest einen Nocken in einer mit Abstand quer zur Längsachse A verlaufenden Wirkrichtung beaufschlagt werden.

Der Vorteil liegt darin, daß durch die Kraftmessung unmittelbar an dem Außenlamellenträger 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 die Regelung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden können. Dies führt wiederum zu verbesserten Regeleingriffen und letztlich zu einer höheren Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs. Die erfindungsgemäße Anordnung kann grundsätzlich bei allen Reibungskupplungen bzw. Naßbremsen eingesetzt werden, bei denen die Außenlamellen gegenüber einem Gehäuse drehfest aufgenommen sind.

Solche Reibungskupplungen sind in Automatikgetrieben und, in Verbindung mit Planetengetrieben, auch in den obengenannten Systemen zur variablen Verteilung von Antriebsmomenten zu finden.

Es ist vorgesehen, daß der Außenlamellenträger zumindest eine Teilzahl der Außenlamellen der Reibungskupplung trägt, wobei deren Anzahl vorzugsweise zwei oder mehr betragen sollte. Sofern vorhanden, sind die übrigen Außenlamellen unmittelbar relativ zum Gehäuse drehfest gehalten. Diese wirken nicht auf die Meßmittel bei Betätigung der Reibungskupplung.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist ein Aktuator zum Betätigen der Reibungskupplung vorgesehen. Dieser kann beispielsweise elektromechanisch oder hydraulisch betätigt sein. Um Kippmomente an der Reibungskupplung zu vermeiden ist es günstig, die Mittel zur Kraftmessung axial nah benachbart zum Aktuator anzuordnen. Vorzugsweise ist der Aktuator in Form einer Kugelrampenanordnung gestaltet, die 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 – bei Betätigung der Kugelrampenanordnung – den Außenlamellenträger zumindest mittelbar mit einer Axialkraft beaufschlagt. Die Verwendung einer Kugelrampenanordnung hat den Vorteil einer genauen Ansteuerung sowie einer flexiblen Einbauanordnung.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Außenlamellenträger in Form einer Druckplatte gestaltet, die axial benachbart zu der axial verschiebbaren Scheibe angeordnet ist und – bei Betätigung der Kugelrampenanordnung – von dieser axial beaufschlagt wird. Die Druckplatte hat eine Radialfläche, die das Lamellenpaket wiederum axial beaufschlagt.

Nach einer ersten Variante sind Lagermittel zwischen der Druckplatte und der axial verschiebbaren Scheibe vorgesehen. Dabei ist nach einer bevorzugten Weiterbildung die axial verschiebbare Scheibe von einem Elektromotor drehend antreibbar, während die axial abgestützte Scheibe relativ zum Gehäuse drehfest gehalten ist. Die Lagermittel zwischen der Druckplatte und der axial verschiebbaren Scheibe können entweder als Schräglager oder als Axiallager gestaltet sein. Bei der Verwendung eines Schräglagers, das für radiale, axiale und kombinierte Belastungen geeignet ist, ist die Druckplatte gegenüber der axial verschiebbaren Scheibe sowohl in radiale als auch in axiale Richtung gehalten. Die axial verschiebbare Scheibe ist wiederum über die Kugeln gegenüber der axial abgestützten Scheibe gelagert. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, daß keine weiteren Lagermittel zwischen der Druckplatte und dem Gehäuse erforderlich sind. Bei der Verwendung eines Axiallagers, das ausschließlich oder überwiegend für axiale Belastung dient, wären zusätzlich radiale Lagermittel zwischen der Druckplatte und dem Gehäuse vorzusehen. Dabei hält das Axiallager die Druckplatte in axialer Richtung, während die zusätzlichen radialen Lagermittel ein radiales Kippen der Druckplatte abstützen. Die zusätzlichen radialen Lagermittel sind vorzugsweise in Form von im Gehäuse umfangsverteilten Stützlagern gestaltet. Diese Ausgestaltung mit separaten axialen und radialen Lagermitteln hat den Vorteil, daß zwischen der Stellscheibe und der Druckplatte keine Querkräfte wirksam sind, so daß am Kraftsensor gemessene Umfangskräfte besonders genau sind.

Nach einer zweiten Variante sind die Druckplatte und die axial verschiebbare Scheibe einstückig gestaltet, wobei die axial abgestützte Scheibe von einem Elektromotor drehend antreibbar ist. Die axial abgestützte Scheibe ist ihrerseits mittels Lagermitteln im Gehäuse drehbar aufgenommen. Dabei sind die Lagermittel vorzugsweise als Schräglager ausgestaltet, um auch eine radiale Abstützung der drehend antreibbaren Scheibe zu gewährleisten. Die Druckplatte mit integrierter Scheibe ist wiederum über die zwischen den beiden Scheiben gehaltenen Kugeln radial gehalten, so daß keine weiteren Lagermittel erforderlich sind. Diese Variante zeichnet sich durch eine besonders geringe Teilezahl aus.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Mittel zur Kraftmessung in Form eines Kraftsensors gestaltet, der quer zur Längsachse A und mit Abstand zur Längsachse A wirksam ist. Dabei sind die Mittel zur Kraftmessung vorzugsweise tangential zum Außenlamellenträger angeordnet, um die infolge Schließens der Reibungskupplung entstehenden Umfangskräfte direkt aufzunehmen. Dies hat den Vorteil einer direkten Krafteinleitung und einer kompakten Baugröße. Der Kraftsensor kann zum Messen der Kraft in einer Drehrichtung des Außenlamellenträgers 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 in beiden Fahrtrichtungen regelbar wäre. Die Verwendung eines Kraftsensors soll die Möglichkeit, mehrere umfangsverteilte Kraftsensoren zu verwenden, mit einschließen.

Der Außenlamellenträger hat nach einer ersten Ausgestaltung eine Außenumfangsfläche, an der der Nocken angeformt ist. Nach einer hierzu alternativen zweiten Ausgestaltung umfaßt der Außenlamellenträger eine Ringscheibe, an die der Nocken sowie mehrere umfangsverteilte axiale Haltemittel zum drehfesten Halten der Außenlamellen axial angeformt sind. Dabei haben die Außenlamellen außen entsprechende umfangsverteilte Ausnehmungen, die in die axialen Haltemittel eingreifen. Vorzugsweise sind drei über den Umfang verteilte Haltemittel vorgesehen, so daß sich ein einfacher und kostengünstiger Aufbau ergibt.

Eine weitergehende Lösung der obengenannten Aufgabe besteht in einer Getriebeanordnung zur variablen Drehmomentverteilung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend
eine erste Welle, die gegenüber einem stehenden Gehäuse um eine Längsachse 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 umlaufen kann; eine Anordnung zur Kraftmessung an einer Reibungskupplung, die zum Ankoppeln des Stegelements an das Gehäuse dient, wobei die Anordnung die folgenden Teile umfaßt:
einen Außenlamellenträger, an dem Außenlamellen drehfest und längs einer Längsachse axial verschiebbar gehalten sind; einen Innenlamellenträger, an dem Innenlamellen drehfest und längs der Längsachse axial verschiebbar gehalten sind; wobei die Außenlamellen und die Innenlamellen axial abwechselnd angeordnet sind und gemeinsam ein Lamellenpaket bilden; wobei der Außenlamellenträger relativ zu dem Gehäuse um die Längsachse begrenzt drehbar gelagert ist und zumindest einen Nocken zur Drehabstützung aufweist; und Mittel zur Kraftmessung, die derart im Gehäuse angeordnet sind, daß sie beim Betätigen der Reibungskupplung von dem zumindest einen Nocken in einer mit Abstand quer zur Längsachse verlaufenden Wirkrichtung beaufschlagt werden.

Diese Lösung bietet dieselben Vorteile wie die obengenannte Lösung, nämlich insbesondere genaue Meßwerte als Grundlage für die Regelung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs durch variable Antriebsmomentverteilung. Die Anordnung zur Kraftmessung kann nach einer der obengenannten Ausführungen gestaltet sein. In Konkretisierung ist der Innenlamellenträger der Reibungskupplung integral mit den Stegelement des Planetengetriebes gestaltet. Hierdurch ergibt sich ein einfacher Aufbau.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Hierin zeigt
1 eine erfindungsgemäße Anordnung zur Kraftmessung an einer Reibungskupplung in Radialansicht in einer ersten Ausführungsform;
2 den Außenlamellenträger der Anordnung aus 1 in perspektivischer Ansicht;
3 eine Außenlamelle der Anordnung aus 1 in Draufsicht;
4 eine Innenlamelle der Anordnung aus 1 in Draufsicht;
5 den Sensor aus 1 leicht abgewandelt in perspektivischer Ansicht;
6 eine erfindungsgemäße Getriebeanordnung mit der erfindungsgemäßen Anordnung zur Kraftmessung an einer Reibungskupplung aus 1 im Querschnitt;
7 die Getriebeanordnung aus 6 mit leicht abgewandeltem Außenlamellenträger im Längsschnitt;
8 eine erfindungsgemäße Getriebeanordnung mit einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Kraftmessung an einer Reibungskupplung in einer zweiten Ausführungsform im Längsschnitt;
9 eine erfindungsgemäße Getriebeanordnung mit einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Kraftmessung an einer Reibungskupplung in einer dritten Ausführungsform im Längsschnitt;
10 die Getriebeanordnung nach 7, 8 oder 9 in perspektivischer Ansicht;
11 eine Differentialanordnung mit zwei erfindungsgemäßen Getriebeanordnungen nach 7. Die 1 bis 7 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Es ist in 1 eine erfindungsgemäße Anordnung zur Kraftmessung an einer Reibungskupplung als separate Baugruppe dargestellt, die in den 6 und 7 im Einbauzustand gezeigt ist und gemeinsam mit den übrigen Bauteilen eine erfindungsgemäße Getriebeanordnung 2 bildet. Die Getriebeanordnung 2 ist Teil eines im Zusammenhang mit 11 beschriebenen Differentialgetriebes, das zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zur variablen Drehmomentverteilung 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 Innenlamellenträger 8 ist mit einem Stegele ment 40 eines Planetengetriebes integral gestaltet, das auf der Längsachse A drehbar gelagert ist. Der Außenlamellenträger 6 ist in Form einer Druckplatte gestaltet, die gegenüber dem stehenden Gehäuse 4 drehgesichert und axial verschiebbar gehalten ist. Durch Betätigen der Reibungskupplung 3 wird der drehende Innenlamellenträger 8 gegenüber dem Gehäuse 4 abgebremst.
Wie insbesondere aus den 1 und 2 hervorgeht, hat die Druckplatte 6 einen Nocken 12, der mit dem Kraftsensor 5 in Wirkverbindung steht, und drei weitere umfangsverteilte Haltemittel 13 zur drehfesten Aufnahme einer Teilzahl der Außenlamellen 7. Vorliegend umfaßt das Lamellenpaket 10 vier Außenlamellen 7 und vier Innenlamellen 9, wobei lediglich drei der vier Außenlamellen 7 mit der Druckplatte 6 drehfest verbunden sind, während die vierte Außenlamelle drehfest im Gehäuse 4 aufgenommen ist. Die Druckplatte 6 ist gegenüber dem Gehäuse 4 mittelbar radial und axial gelagert. In Umfangsrichtung bildet der Kraftsensor 5 einen Abstützpunkt zur Drehabstützung, so daß die Druckplatte 6 und die hiermit drehfest verbundenen Außenlamellen 7 gegenüber dem Gehäuse 4 drehgesichert sind. Wie insbesondere aus 3 hervorgeht, haben die Außenlamellen 7 drei umfangsverteilte Ausnehmungen 14, mit denen sie in die Haltemittel 13 der Druckplatte 6 drehfest eingreifen. Wie insbesondere aus 4 ersichtlich, haben die Innenlamellen 9 an ihrer Innenumfangsfläche drei umfangsverteilte Verzahnungsabschnitte 11, mit denen sie in eine entsprechende Gegenverzahnung des Innenlamellenträgers 8 drehfest eingreifen.
Wie insbesondere aus 6 hervorgeht, ist der Kraftsensor 5 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 B mit einer Kraft beaufschlagt wird. Dabei ist der Kraftsensor 5 als Drucksensor ausgebildet, der die von dem Nocken 12 beim Betätigen der Reibungskupplung ausgeübte Druckkraft in Wirkrichtung B erfaßt. Hierfür hat der Kraftsensor 5, der als Einzelheit in 5 dargestellt ist, einen Sensorkopf 16 mit einer zur Längsachse A parallel ausgerichteten konvexen Erhöhung, der von dem Nocken 12 der Druckplatte beaufschlagt wird. Die Erhöhung dient dazu, eine eindeutige Kontaktlinie zwischen dem Sensorkopf 16 und dem hiermit in Kontakt tretenden Nocken 12 unabhängig von der Winkellage des Kraftsensors 5 zu erreichen. Alternativ hierzu kann, wie beispielsweise in 6 ge zeigt, der Sensorkopf auch eben sein und der Nocken eine zum Kraftsensor 5 gewölbte konvexe Erhöhung aufweisen. Die Wirkrichtung B des Kraftsensors 5 verläuft etwa in Umfangsrichtung bzw. tangential zur Druckplatte 6. Auf Basis der vom Kraftsensor 5 gemessenen Kräfte wird in einer hier nicht dargestellten Rechnereinheit das Kupplungsmoment errechnet. 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 insbesondere in den 1 und 7 ersichtlich ist. Der Kugelrampenmechanismus 17 umfaßt eine drehfest in einem Gehäuse 50 gehaltene Stützscheibe 18, eine hierzu koaxial angeordnete drehbare Stellscheibe 19, sowie Kugelrillenkonfigurationen mit Kugelrillen 15, 16 mit gegenläufigen Steigungen in den einander zugewandten Oberflächen der Stützscheibe 18 und der Stellscheibe 19. Jeweils zwei einander gegenüberliegende Kugelrillen 15, 16, welche in Umfangsrichtung verlaufen, bilden ein Paar und nehmen jeweils eine Kugel (nicht dargestellt) auf. Die Kugeln sind in einem Käfig 23 geführt, der nur in 1 dargestellt ist. 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 Wälzlager 24 die Druckplatte 6 und damit das Lamellenpaket 10, so daß die Lamellenkupplung 3 betätigt wird. Hierfür hat die Druckplatte 6 eine radiale Anlauffläche 25, die bei Betätigung die erste Innenlamelle beaufschlagt. Zum Verdrehen der Stellscheibe 19 ist ein Elektromotor 26 vorgesehen, der an dem Gehäuse 4 befestigt ist und über einen Rädersatz 27 Drehmoment von einer Antriebswelle 21 auf eine Außenverzahnung 22 der Stellscheibe 19 überträgt. Der Elektromotor 26 wird von der elektronischen Regeleinrichtung zur Regelung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs bedarfsweise angesteuert. Bei Betätigung des Elektromotors 26 wird die Stellscheibe 19 in Richtung zum Gehäuse 4 verschoben, so daß die Reibungskupplung 3 geschlossen wird und der Innenlamellenträger 8 gegenüber dem Gehäuse 4 verzögert wird. Bei abgeschaltetem Elektromotor 26 wird die Stellscheibe 19 von über den Umfang verteilten Federmitteln 28 wieder in Richtung zur Stützscheibe 18 in die Ausgangsposition gedrückt. Hierfür sind an der Druckplatte 6 eine der Anzahl der Federmittel 28 entsprechende Anzahl von radialen Vorsprüngen 45 vorgesehen, gegen die die Federmittel 28 abgestützt sind. Die Federmittel 28, die als Schraubenfedern gestaltet sind, sind vorgespannt und beaufschlagen die Druckplatte 6 in Richtung zur Stützscheibe 18.
Die Getriebeanordnung 2 umfaßt eine koaxial zur Reibungskupplung 3 und dem Aktuator 17 angeordnete erste Welle 29, die mittels eines Wälzlagers 30 im Gehäuse 4 drehbar gelagert und mittels einer Dichtung 31 gegenüber diesem abgedichtet ist. 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 Verzahnungseingriff 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 NVH-Verhalten ('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 gemeinsamen Stegelement 40 mittels Nadellagern 51 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 Außenumfangsfläche Eingriffsmittel 41 aufweist, in die 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 49 abzugreifen und über die zweite Welle 32 und die Getriebestufe 34 auf die erste Welle 29 zu übertragen.
Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte 6 und die Kugelrampenanordnung 17 separat ausgeführt sind. Die Stützscheibe 18 ist im Gehäuse 4 axial und radial befestigt und gegenüber diesem drehfest gehalten. Die hierzu axial benachbarte Stellscheibe 19 ist ausschließlich über die hier nicht dargestellten, in den Kugelrillen 15, 16 laufenden Kugeln gegenüber der Stützscheibe 18 radial gelagert, wobei eine Verdrehung der Stellscheibe 19 zu einer Axialverschiebung in Richtung Lamellenpaket 10 bewirkt. Die Druckscheibe 6 ist wiederum ausschließlich über die Lagermittel 24 gegenüber der Stellscheibe 19 gelagert. Dabei sind die Lagermittel 24 als Schrägkugellager gestaltet, das sowohl axiale Kräfte überträgt als auch die Druckplatte 6 radial lagert. Es sind somit keine weiteren Lagermittel zur Lagerung der Druckplatte 6 erforderlich. Es ist ersichtlich, daß die Druckplatte 6' aus 7 gegenüber der in den 1, 2 und 6 dargestellten Druckplatte 6 leicht abgewandelt ist. Die Druckplatte 6' nach 7 hat anstelle eines sich in axialer Richtung erstreckenden Nocken einen sich nach radial außen erstreckenden Nocken 12'.
8 zeigt eine erfindungsgemäße Getriebeanordnung 2'' in einer alternativen Ausführungsform. Diese entspricht hinsichtlich ihres Aufbaus weitestgehend derjenigen nach den 1 bis 7, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen und abgewandelte Bauteile mit Bezugszeichen mit um zwei gestrichenen Indizes versehen. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich lediglich in der Ausgestaltung der Lagermittel 24'', die hier in Form eines Axialnadellagers gestaltet sind. Zur radialen Lagerung der Druckplatte 6'' gegenüber dem Gehäuse 4 sind zusätzlich mehrere umfangsverteilte Stützlager 43 vorgesehen, die mit einer Außenumfangsfläche 42 der Druckplatte 6'' in Kontakt sind. Es können beispielsweise drei Stützlager 43 über den Umfang verteilt zwischen der Druckplatte 6'' und dem Gehäuse 4 angeordnet sein, um eine Zentrierung auf der Längsachse A zu gewährleisten. Die Ausgestaltung mit separatem axialen und radialen Lagermitteln 24'', 43 hat den Vorteil, daß zwischen der Stellscheibe 19'' und der Druckplatte 6'' keine Querkräfte wirksam sind, so daß am Kraftsensor 5 gemessenen Umfangskräfte besonders genau sind.
9 zeigt eine erfindungsgemäße Getriebeanordnung 2''' in einer dritten Ausführungsform. Diese entspricht hinsichtlich ihres Aufbaus weitgehend derjenigen nach den 1 bis 7, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen und abgewandelte Bauteile mit Bezugszeichen mit um drei gestrichenen Indizes versehen. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Druckplatte 6''' und die Stellscheibe 19''' einstückig, das heißt als integrales Bauteil gestaltet. Die axial abgestützte Stützscheibe 18''' ist mit einer Außenverzahnung 22 versehen und wird von dem Elektromotor 26 drehend angetrieben. Zur Lagerung gegenüber dem Gehäuse 4 sind die Lagermittel 24''' vorgesehen, die als Schrägkugellager gestaltet sind. Das Schrägkugellager gewährleistet somit eine axiale und radiale Lagerung der Stützscheibe 18''' gegenüber dem Gehäuse 4. Die Stellscheibe 19''' ist wiederum ausschließlich über die hier nicht dargestellten Kugeln gegenüber der Stützscheibe 18''' auf der Längsachse A zentriert, so daß keine weiteren radialen Lagermittel erforderlich sind. Diese Ausführungsform ist somit durch einen besonders kompakten Aufbau mit einer geringen Teilezahl gekennzeichnet.
10 zeigt die Getriebeanordnung 2 in perspektivischer Ansicht, wobei insbesondere der Flansch 44 zum Anschließen an ein Differentialgetriebe sichtbar ist.
11 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 Ausgleichsrädern 53 sind zwei Seitenwellenräder 55, 56 in Verzahnungseingriff, die zur Drehmomentübertragung auf die Seitenwellen 29, 48 dienen.
Seitlich benachbart zum Differentialgehäuse 50 sind zwei erfindungsgemäße Getriebeanordnungen 2₁ , 2₂ vorgesehen, die hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise der Ausführungsform nach 7 entsprechen. Insofern wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen, die für beide Getriebeanordnungen 2₁ , 2₂ gleichermaßen gilt. Die Haltemittel der Außenlamellenträger 6₁', 6₂', in denen die Außenlamellen 7 drehfest aufgenommen sind, befinden sich in einer anderen Schnittebene und sind hier daher nicht sichtbar. Die Getriebeanordnungen 2₁ , 2₂ , sind mit ihrem jeweiligen Gehäuse 4₁ , 4₂ über die Flanschverbindungen 44₁ , 44₂ an 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 2₂ erfolgt analog.
Durch die erfindungsgemäßen Differentialanordnungen 2₁ , 2₂ mit den erfindungsgemäßen 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.

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: Haltemittel
14: Ausnehmung
15: Kugelrille
16: Kugelrille
17: Aktuator
18: Stützscheibe
19: Stellscheibe
21: Antriebswelle
22: Außenverzahnung
23: Käfig
24: Lagermittel
25: Anlauffläche
26: Elektromotor
27: Rädersatz
28: Federmittel
29: erste Welle, Seitenwelle
30: Lager
31: Dichtung
32: zweite Welle
33: Flansch
34: Getriebestufe
35: erstes Sonnenrad
36: Planetenrad
37: zweites Sonnenrad
38: Axiallager
39: Zapfen
40: Stegelement
41: Eingriffsmittel
42: Umfangsfläche
43: Stützlager
44: Flansch
45: Vorsprung
46: Ringscheibe
47: Differentialgetriebe
48: Seitenwelle
49: Differentialkorb
50: Differentialgehäuse
51: Nadellager
52: Tellerrad
53: Ausgleichsrad
54: Zapfen
55: Seitenwellenrad
56: Seitenwellenrad
A: Längsachse
B: Wirkrichtung

Claims

Anordnung zur Kraftmessung an einer Reibungskupplung, insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Außenlamellenträger (6), an dem Außenlamellen (7) drehfest und längs einer Längsachse (A) axial verschiebbar gehalten sind; 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; wobei der Außenlamellenträger (6) relativ zu einem Gehäuse (4) um die Längsachse (A) begrenzt drehbar zu lagern ist und zumindest einen Nocken (12) zur Drehabstützung aufweist; und Mittel zur Kraftmessung, die derart im Gehäuse (4) angeordnet sind, daß sie bei Betätigung der Reibungskupplung (3) von dem zumindest einen Nocken (12) in einer mit Abstand quer zur Längsachse (A) verlaufenden Wirkrichtung beaufschlagt werden.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aktuator (17) zur Betätigung der Reibungskupplung (3) vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (17) in Form einer Kugelrampenanordnung gestaltet ist, die zwei relativ zueinander verdrehbare, koaxial zueinander angeordnete Scheiben (18, 19) umfaßt, die in Umfangsrichtung tiefenveränderliche Paare von Kugelrillen zur Aufnahme von Kugeln aufweisen, wobei eine der Scheiben (18) axial abgestützt ist und die andere der Scheiben (19) gegen Rückstellkräfte von Federmitteln (28) axial verschiebbar ist, wobei die axial verschiebbare Scheibe (19) – bei Betätigung der Kugelrampenanordnung – den Außenlamellenträger (6) zumindest mittelbar mit einer Axialkraft beaufschlagt.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenlamellenträger (6) in Form einer Druckplatte gestaltet ist, die axial benachbart zu der axial verschiebbaren Scheibe (19) angeordnet ist und – bei Betätigung der Kugelrampenanordnung – von dieser axial beaufschlagt wird.
Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Außenlamellenträger (6) und der axial verschiebbaren Scheibe (19) Lagermittel (24) vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagermittel (24) zwischen dem Außenlamellenträger (6) und der axial verschiebbaren Scheibe (19) als Axiallager gestaltet sind, wobei zusätzliche radiale Lagermittel (43) zwischen dem Außenlamellenträger (6) und dem Gehäuse (4) vorgesehen sind.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagermittel (24) zwischen dem Außenlamellenträger (6) und der axial verschiebbaren Scheibe (19) als Schrägkugellager gestaltet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axial verschiebbare Scheibe (19) von einem Elektromotor (26) drehend antreibbar ist, während die axial abgestützte Scheibe (18) relativ zum Gehäuse (4) drehfest gehalten ist.
Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenlamellenträger (6) und die axial verschiebbare Scheibe (19) einstückig gestaltet sind, wobei die axial abgestützte Scheibe (18) von einem Elektromotor (26) drehend antreibbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (5) zur Kraftmessung in Form eines Kraftsensors gestaltet sind, der quer und mit Abstand zur Längsachse (A) wirksam ist.
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;
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Teilzahl der Außenlamellen (7) im Außenlamellenträger (6) drehfest aufgenommen ist und eine übrige zweite Teilzahl der Außenlamellen (7) unmittelbar im Gehäuse (4) drehfest gehalten ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (12) an einer Außenumfangsfläche des Außenlamellenträgers (6) radial angeformt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenlamellenträger (6) eine Ringscheibe (46) aufweist, an die der Nocken (12) sowie mehrere umfangsverteilte axiale Haltemittel (13) zum drehfesten Halten der Außenlamellen (7) axial angeformt sind. 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) drehfest und längs einer Längsachse (A) axial verschiebbar gehalten sind; 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; wobei der Außenlamellenträger relativ zu dem Gehäuse (4) um die Längsachse (A) begrenzt drehbar gelagert ist und zumindest einen Nocken (12) zur Drehabstützung aufweist; Mittel zur Kraftmessung, die derart im Gehäuse (4) angeordnet sind, daß sie beim Betätigen der Reibungskupplung (3) von dem zumindest einen Nocken (12) in einer mit Abstand quer zur Längsachse (A) verlaufenden Wirkrichtung beaufschlagt werden.
Getriebeanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Kraftmessung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 gestaltet ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenlamellenträger (8) einstückig mit dem Stegelement (40) gestaltet ist.