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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.
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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.
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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.
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Aus
der
DE 41 11 296 A1 ist
eine Axialverstellvorrichtung in Form einer Kugelrampenanordnung
für eine
Reibungskupplung in einem sperrbaren Achsdifferential 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.
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Die
WO 2005/064179 A1 zeigt eine ähnliche Axialverstellvorrichtung
in einer sogenannten Hang-on Kupplung, die zum bedarfsweisen Zuschalten
eines Antriebsstranges dient. Zur Rückstellung der Druckplatte
sind hier zwei Tellerfedern vorgesehen.
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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.
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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.
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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 Kugelrillen
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
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.
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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.
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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.
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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 Radialerstreckung 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
antreib baren 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.
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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.
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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.
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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.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Hierin zeigt
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1 eine
erfindungsgemäße Reibungskupplung
mit Aktuator in einer ersten Ausführungsform im Längsschnitt;
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2 die
Tellerfeder aus 1 im Längsschnitt;
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3 die
Tellerfeder aus 1 in Ansicht;
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4 die
verschiebbare Scheibe aus 1 in Ansicht;
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5 eine
erfindungsgemäße Getriebeanordnung
mit einer erfindungsgemäßen Reibungskupplung
mit Aktuator gemäß 1 im
Längsschnitt;
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6 eine
erfindungsgemäße Reibungskupplung
mit Aktuator in einer zweiten Ausführungsform im Einbauzustand
in einer Getriebeanordnung als Einzelheit im Längshalbschnitt;
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7 eine
erfindungsgemäße Reibungskupplung
mit Aktuator in einer dritten Ausführungsform im Einbauzustand
in einer Getriebeanordnung als Einzelheit im Längshalbschnitt;
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Die 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.
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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.
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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, die sich in anderen Schnittebenen
befinden und daher in der vorliegenden Darstel lung 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 Fahrdynamik
des Kraftfahrzeugs wirkverbunden und wird von dieser angesteuert.
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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.
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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.
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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.
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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 Schraubenfedern gestalteten Federmittel 27 bewirken,
daß die
Stellscheibe 7 bei unbetätigtem Elektromotor wieder
in ihre Ausgangsposition in Richtung Stützscheibe 6 verschoben
wird.
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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 331 , 332 verteilt. Die Differentialanordnung 32 umfaßt einen
Differentialkorb 34, der in einem stehenden Differentialgehäuse 35 um
die Drehachse A mittels Wälzlager 421 , 422 drehbar
gelagert ist. An dem Differentialkorb 34 ist ein Tellerrad 60 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 Seitenwellenräder 381 , 382 in
Verzahnungseingriff, die zur Drehmomentübertragung auf die Seitenwellen 331 , 332 dienen.
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Seitlich
benachbart zum Differentialgehäuse 35 sind
zwei Getriebemodule 391 , 392 vorgesehen. 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.
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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.
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Weiterhin
umfassen die Getriebemodule 39 als Baugruppen jeweils eine
Getriebestufe 49, die um die Drehachse A umlaufen kann,
einen Aktuator 2 gemäß 1 sowie
eine von diesem betätigbare
Reibungskupplung 50, von der das Lamellenpaket 3 als Detail
in 1 ersichtlich ist. Dabei dient der Aktuator 2 zum
Betätigen
der Reibungskupplung 50, die ihrerseits die Getriebestufe 49 ansteuert.
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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 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.
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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.
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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.
-
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 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 7' 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 7' 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 5' im Kraftfluß ergeben sich
die obengenannten Vorteile einer erhöhten Elastizität der Anordnung
und damit einer guten Regelbarkeit.
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7 zeigt
eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Reibungskupplung
mit Aktuator. Diese ist als Detail einer Getriebeanordnung zur variablen
Drehmomentverteilung gezeigt, die der Getriebeanordnung nach 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 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 5'' im Kraftfluß ergeben sich die obengenannten
Vorteile einer erhöhten
Elastizität
der Anordnung und damit einer guten Regelbarkeit.
-
- 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
- 32
- Differentialanordnung
- 33
- Seitenwelle
- 34
- Differentialkorb
- 35
- Differentialgehäuse
- 36
- Ausgleichsrad
- 37
- Zapfen
- 38
- Seitenwellenrad
- 39
- Getriebemodul
- 40
- Gehäuse
- 41
- Eingriffsmittel
- 42
- Wälzlager
- 43
- Hohlwelle
- 44
- Wälzlager
- 45
- Wellendichtring
- 46
- Längsverzahnung
- 47
- Flansch
- 48
- Längsverzahnung
- 49
- Getriebestufe
- 50
- Lamellenkupplung
- 51
- Axiallager
- 52
- erstes
Sonnenrad
- 53
- Planetenräder
- 54
- zweites
Sonnenrad
- 55
- Zapfen
- 56
- Stegelement
- 57
- Nadellager
- 58
- Kraftsensor
- 59
- Flanschverbindung
- 60
- Tellerrad
- A
- Drehachse