DE102021126109B3

DE102021126109B3 - Drehmomentverteileinrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Drehmomentverteileinrichtung

Info

Publication number: DE102021126109B3
Application number: DE102021126109.0A
Authority: DE
Inventors: Elmar Lorenz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-10-08
Filing date: 2021-10-08
Publication date: 2022-08-18
Anticipated expiration: 2041-10-09
Also published as: WO2023057004A1

Abstract

Drehmomentverteileinrichtung mit einem Rotorträger, der mit einer Welle gekoppelt ist, und zwei je als eine Lamellenkupplung ausgeführte Kupplungseinrichtungen, die über je eine Betätigungseinrichtung betätigbar sind, wobei die Kupplungseinrichtungen je ein an dem Rotorträger angeordnetes Außenlamellenpaket und je ein an einem Innenlamellenträger angeordnetes Innenlamellenpaket, das mit den Außenlamellenpaket ein Lamellenpaket bildet, umfasst, wobei die Innenlamellenträger mit je einer Abtriebswelle gekoppelt ist, wobei die Betätigungseinrichtungen einen Primärkolben, einen Sekundärkolben und ein ortsfestes Halteelement umfassen, an dem die Kolben jeweils axial verschiebbar angeordnet sind, wobei der Primärkolben eine Primärdruckkammer begrenzt und bei einer Druckbeaufschlagung eines dort angeordneten Druckmediums gegen das Außenlamellenpaket bewegbar ist, so dass dieses gegen das Innenlamellenpaket läuft, so dass ein Moment von der Welle auf die Abtriebswelle mittels einer Reibung zwischen den Lamellenpaketen übertragbar ist, wobei der Sekundärkolben eine Sekundärdruckkammer begrenzt und bei einer Druckbeaufschlagung des oder eines dort befindlichen Druckmediums entgegengesetzt zur Stellbewegung des Primärkolbens, gegen die Rückstellkraft eines Federelements bewegbar ist, wobei das Federelement mit dem Primärkolben gekoppelt ist und bei einer Druckminderung in der Sekundärdruckkammer den Primärkolben gegen das Außenlamellenpaket bewegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentverteileinrichtung umfassend einen Rotorträger, der mit einer das Drehmoment einleitenden Welle gekoppelt oder koppelbar ist, und zwei separate und jeweils als eine Lamellenkupplung ausgeführte Kupplungseinrichtungen, die separat über jeweils eine Betätigungseinrichtung betätigbar sind, wobei jede der Kupplungseinrichtungen jeweils einen an dem Rotorträger axial verschiebbar angeordnetes Außenlamellenpaket und jeweils ein an einem separaten Innenlamellenträger axial verschiebbar angeordnetes und in das Außenlamellenpaket eingreifendes Innenlamellenpaket, das mit den Außenlamellen ein Lamellenpaket bildet, umfasst, wobei jeder der Innenlamellenträger mit einer separaten Abtriebswelle gekoppelt oder koppelbar ist, wobei jede der Betätigungseinrichtungen einen Primärkolben, einen Sekundärkolben und ein bezüglich des Rotorträgers ortsfestes Haltelement umfasst, an dem der Primärkolben und der Sekundärkolben jeweils axial verschiebbar angeordnet ist, wobei der Primärkolben eine Primärdruckkammer begrenzt und bei einer Druckbeaufschlagung eines in der Primärdruckkammer angeordneten Druckmediums gegen das Außenlamellenpaket bewegbar ist, so dass dieses derart gegen das Innenlamellenpaket bewegt wird, dass ein Moment von der Welle auf die Abtriebswelle und umgekehrt mittels einer durch die Druckkraft bewirkten Reibung zwischen dem Außenlamellenpaket und dem Innenlamellenpaket übertragbar ist.
Eine solche Drehmomentverteileinrichtung kommt bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz und dient dazu, ein an einem Bauteil der Drehmomentverteileinrichtung eingeleitetes Drehmoment an zwei separate Abtriebswellen selektiv zu verteilen. Eine solche Drehmomentverteileinrichtung wird auch häufig Torque Vectoring Modul genannt. Ihre Funktion basiert darauf, dass der Rotorträger, der eine Art Gehäuse bildet, mit der einleitenden Welle, die auch als Antriebs- oder Eingangswelle bezeichnet werden kann, gekoppelt ist, so dass ein Drehmoment in die Drehmomentverteileinrichtung eingeleitet werden kann.
Die Drehmomentverteileinrichtung umfasst zwei separat betätigbare Kupplungseinrichtungen, die als Lamellenkupplungen ausgeführt sind. Jede Kupplungseinrichtung ist einerseits mit dem Rotorträger verbunden und andererseits über separate Innenlamellenträger mit separaten Abtriebswellen gekoppelt. Über die beiden selektiv betätigbaren Kupplungseinrichtungen kann das eingeleitete Drehmoment selektiv der einen, der anderen oder beiden Abtriebswellen, insbesondere in einem veränderbaren Verhältnis, zugeführt werden. Der grundsätzliche Aufbau und die Funktion einer solchen Drehmomentverteileinrichtung ist beispielsweise aus US 10,563,707 B2 bekannt.
Aus der Patentschrift US 10,563,707 B2 ist ferner ein System umfassend einen ersten und einen zweiten Druckkolben bekannt, bei dem der zweite Druckkolben gegen das Lamellenpaket und der erste Druckkolben gegen den zweiten Druckkolben läuft. Ein derartiges System wird auch als Tandemanordnung bezeichnet. Hierbei addieren sich die beiden Einzelkräfte der Druckkolben, wobei die den Druckkolben jeweils zugeordneten Druckkammern insbesondere synchron angesteuert respektive mit dem Druckmedium beaufschlagt werden.
Das Außenlamellenpaket und das Innenlamellenpaket, die ineinander eingreifen, sind mittels der jeweils zugehörigen Betätigungseinrichtung aktiv zusammendrückbar und können auch wieder entsprechend entlastet werden. Die Lamellen können mittels der Betätigungseinrichtung entsprechend in eine Reibverbindung, insbesondere einen Reibschluss, zur Übertragung des Drehmoments gebracht werden, wobei dieser Zustand auch als sensierter Zustand bezeichnet wird. Zum Zusammendrücken der Lamellenpakete umfasst die Betätigungseinrichtung einen Primärkolben, dem eine Primärdruckkammer zugeordnet ist. In die Primärdruckkammer kann ein hydraulisches Druckmedium eingepresst werden, so dass eine axiale Verschiebung des Primärkolbens, die das Zusammendrücken der Lamellenpakete bewirkt, gesteuert wird. Geöffnet oder, anders ausgedrückt, gelüftet werden die jeweiligen Kupplungen durch eine Entlastung des Drucks, so dass die Reibverbindung bzw. der Reibschluss aufgehoben wird.
Als weiterer Stand der Technik wird auf die DE 101 31 816 A1 verwiesen.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Konzept für eine Drehmomentverteileinrichtung anzugeben.
Zur Lösung dieses Problems ist bei der Drehmomentverteileinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Sekundärkolben eine Sekundärdruckkammer begrenzt, wobei der Sekundärkolben bei einer Druckbeaufschlagung des oder eines in der Sekundärkammer befindlichen Druckmediums, in eine Richtung entgegengesetzt zur druckbedingten Stellbewegung des Primärkolbens, gegen die Rückstellkraft eines Federelements bewegbar ist, wobei das Federelement derart mit dem Primärkolben gekoppelt ist, dass es bei einer Reduzierung des Drucks in der Sekundärdruckkammer den Primärkolben gegen das Außenlamellenpaket bewegt.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass bei der Überführung der Kupplungseinrichtung von der Lüftungsstellung in die Sensierungsstellung eine Druckentlastung des Druckmediums in der Sekundärdruckkammer ein verzögerungsfreies Drücken des zunächst vorgespannten Federelements gegen den Primärkolben bewirkt, der mithin, ebenfalls verzögerungsfrei, mittels des Federelements gegen das Lamellenpaket bewegt wird. Ein sogenanntes Lüftungsspiel, also ein etwaiger Abstand zwischen dem Lamellenpaket und dem Primärkolben, lässt sich daher mittels des vorgespannten Federelements unmittelbar und ohne Zeitverzögerung überbrücken, wenn die Kupplungseinrichtung von der Lüftungsstellung in die Sensierungsstellung überführt werden soll. Diese Überbrückung würde ohne das vorgespannte Federelement dadurch erfolgen, dass die Primärdruckkammer mit Druck beaufschlagt wird, wobei die hierdurch entstehende Überbrückung des Lüftungsspiels deutlich mehr Zeit beanspruchen würde, als dies bei der vorliegenden Erfindung mittels des Federelements der Fall ist. Die vorliegende Erfindung ermöglicht also ein hysteresearmes Ansteuerverhalten der Kupplungseinrichtung bei der Überführung von der Lüftungsstellung in die Sensierungsstellung.
Solange die Kupplungseinrichtung in der Lüftungsstellung ist, ist der Druck in der Sekundärdruckkammer groß genug zu halten, so dass das Federelement mittels des Sekundärkolbens von dem Primärkolben entgegen seiner Rückstellkraft weggedrückt wird. Wie bereits erwähnt wurde, führt, ausgehend von diesem Zustand, eine Druckentlastung in der Sekundärdruckkammer quasi schlagartig zu einem Drücken des Federelements gegen den Primärkolben und mithin des Primärkolbens gegen das Lamellenpaket, so dass das Lüftungsspiel unverzüglich überbrückt wird. Anschließend wird, um die endgültige Druckkraft des Primärkolbens gegen das Lamellenpaket aufzubauen, die Primärdruckkammer mit Druck beaufschlagt. Die endgültige Druckkraft des Primärkolbens auf das Lamellenpaket ergibt sich dann aus der Druckkraft, die durch den innerhalb der Primärdruckkammer vorhandenen Druck bewirkt wird.
Bevorzugt ist das Federelement eine Tellerfeder oder ein Faltenbalg. Diese oder dieser kann an dem Rotorträger respektive Gehäuse der Drehmomentverteileinrichtung befestigt sein. Zudem ist denkbar, dass das Federelement mehrere entlang einer Umfangrichtung der Drehmomentverteileinrichtung angeordnete Schraubenfedern umfasst. In allen diesen Ausführungsformen wird eine, bezüglich der Umfangsrichtung, gleichmäßige Druckkraft des Federelements auf die entsprechenden Komponenten bewirkt.
Obgleich denkbar ist, dass die Kolben in unmittelbarem Berührungskontakt mit dem Federelement stehen, ist bevorzugt eine an dem Halteelement axial verschiebbar angeordnete Übertragungskomponente vorgesehen, die das Federelement mit dem Primärkolben und mit dem Sekundärkolben koppelt. Die Übertragungskomponente stellt bezüglich der vorgesehenen Kraftübertragungen eine zentrale Komponente dar, die mit den beteiligten Komponenten gekoppelt ist, insbesondere per Berührungskontakt. Die Übertragungskomponente kann kolbenartig ausgeführt sein und insbesondere weitere Komponenten der Drehmomentverteileinrichtung zur Einsparung von Bauraum becherartig übergreifen. Ein stirnseitiger Abschnitt der Übertragungskomponente kann mit dem Federelement und dem Sekundärkolben in Berührungskontakt stehen, wobei ein offener, dem stirnseitigen Abschnitt gegenüberliegender Abschnitt der Übertragungskomponente auf dem Primärkolben abgestützt ist.
Das Übertragungselement weist bevorzugt ein weiteres Federelement auf, über das das Federelement mit dem Primärzylinder gekoppelt ist. Das Federelement und der übrige Abschnitt des Übertragungselements können einstückig ausgebildet sein. Die Kraft des Federelements auf den Primärkolben wird somit über das weitere Federelement übertragen. Hierdurch wird bewirkt, dass das Federelement mit dem Primärkolben nicht starr gekoppelt ist, sondern mittels des weiteren Federelements ein Spiel bezüglich des Abstands zwischen dem Primärkolben und dem Federelement gegeben ist. Insbesondere erfolgt bei der Druckbeaufschlagung des in der Primärdruckkammer angeordneten Druckmediums eine Bewegung des Primärkolbens entgegen der Rückstellkraft des weiteren Federelements, so dass der Primärkolben hierbei vom Federelement weg gegen das Lamellenpaket bewegt wird. Das Übertragungselement kann hierbei in der Sensierungsstellung der Kupplungseinrichtung in einer Anschlagposition an einem Stützflansch, auf den später noch im Detail eingegangen wird, anliegen, so dass eine entsprechende elastische Dehnung des weiteren Federelements durch die Druckbeaufschlagung der Primärdruckkammer erfolgen kann. Durch diese Rückstellkraft wird bewirkt, dass im Falle einer Druckentlastung in der Primärdruckkammer, also beim Aufheben der Sensierungsstellung, die Federkraft des weiteren Federelements unmittelbar eine Bewegung des Primärkolbens weg von dem Lamellenpaket und mithin eine Entleerung der Primärdruckkammer bewirkt wird. Anders ausgedrückt wird in dieser Ausführungsform der Erfindung ein verzögerungsfreies Öffnen des Reibschlusses der Lamellenpakete und somit ein hysteresefreie Ansteuerungsverhalten der Drehmomentverteileinrichtung bei dem Überführen von der Sensierungs- in die Lüftungsstellung bewirkt.
Das weitere Federelement ist respektive umfasst bevorzugt einen Faltenbalg. Ein Faltenbalg ist ein elastisches und ziehharmonikaartig zusammenfaltbares Element, das sich, bezüglich einer Drehachse der Drehmomentverteileinrichtung, radial komplett um den Umfang erstrecken kann, so dass eine möglichst gleichmäßige Kraftwirkung mittels des Faltenbalgs realisiert wird. Bezogen auf die Axialrichtung weist der Faltenbalg bevorzugt eine sich wiederholende Querschnittsstruktur auf, die zumindest abschnittsweise U- und/oder -förmig sein kann. Die mittels des Faltenbalgs bewirkbare Rückstellkraft respektive die Federhärte des Federelements hängt insbesondere von der Wandstärke des Balgmaterials ab. Der Faltenbalg besteht bevorzugt aus einem Metall, das hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften, etwa der Elastizität und der Langlebigkeit, besonders vorteilhaft ist.
Besonders bevorzugt begrenzt der Faltenbalg die Primärdruckkammer bezüglich der Radialrichtung nach außen. Der Faltenbalg selbst ist in dieser Ausführungsform fluiddicht und über eine fluiddichte Verbindung an dem Primärkolben befestigt. Hierbei bewirkt der Faltenbalg nicht nur die beschriebene Funktion bezüglich der Rückstellkraft, sondern dient zudem der Abdichtung respektive Begrenzung der Primärdruckkammer.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Halteelement einen sich zwischen dem Primärkolben und dem Sekundärkolben erstreckenden Stützflansch auf, der die Primärdruckkammer und/oder die Sekundärdruckkammer begrenzt. Das Halteelement dient in dieser Ausführungsform in synergetischer Art nicht nur der axialen Führung des Primärkolbens, des Sekundärkolbens und insbesondere der Übertragungskomponente, sondern bildet eine Begrenzungswand zumindest einer der Druckkammern aus. Insbesondere wenn die Primärdruckkammer mittels des Stützflansches begrenzt wird kann die Übertragungskomponente das Halteelement becherartig übergreifen, wobei die Primärdruckkammer zusätzlich von der Übertragungskomponente und insbesondere dem weiteren elastischen Element begrenzt wird. Hierbei kann der Stützflansch zur Abdichtung der Primärdruckkammer an seinem radialen äußeren Ende ein fluiddichtes Dichtelement aufweisen, etwa einen Dichtring, entlang dem die Übertragungskomponente verschiebbar ist.
Der Stützflansch weist bevorzugt bezüglich der Radialrichtung einen, insbesondere scheibenartigen, inneren Abschnitt und einen axial hierzu versetzt angeordneten, insbesondere scheibenartigen, äußeren Abschnitt auf, wobei der innere Abschnitt und der äußere Abschnitt über einen, insbesondere zylinderartigen, mittleren Abschnitt des Stützflansches miteinander verbunden sind, wobei die Sekundärdruckkammer von dem inneren Abschnitt und dem mittleren Abschnitt begrenzt ist. Der axial verschiebbare Sekundärkolben kann radial außenseitig einen Dichtring zur Abdichtung der Sekundärdruckkammer aufweisen. Auch diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders bauraumsparende Ausführung der Drehmomentverteileinrichtung.
Zur Verteilung des Druckmediums in die Druckkammern kann eine mit einer Druckmediumversorgungsleitung verbundene Druckmediumverteilereinheit, die ein Teil des Halteelements ist und/oder an diesem angeordnet ist, vorgesehen sein. Hierbei kann auch für jede der Druckkammern jeweils eine Druckmediumversorgungsleitung vorgesehen sein. Die Druckmediumversorgungsleitung kann zumindest abschnittsweise innerhalb des Halteelements verlaufen und mit der jeweils zugehörigen Druckkammer, insbesondere über jeweils eine Abzweigung, fluidisch gekoppelt sein. Die Druckmediumverteilereinheit kann wenigstens ein mittels einer Steuerungseinrichtung steuerbares Ventil aufweisen, so dass die Druckbeaufschlagung und Druckverringerung in den Druckkammern entsprechend steuerbar ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Drehmomentverteileinrichtung gemäß der vorangehenden Beschreibung, wobei die Lamellenkupplung dadurch von einer Lüftungsstellung, in der die Lamellenpakete nicht in Reibkontakt stehen, in eine Sensierungsstellung, in der die Lamellenpakete in Reibkontakt, insbesondere in Reibschluss, stehen, überführt werden, dass vor der Druckbeaufschlagung des in der Primärdruckkammer angeordneten Druckmediums eine Druckentlastung des in der Sekundärdruckkammer angeordneten und mit Druck beaufschlagten Druckmediums erfolgt. Sämtliche Aspekte, Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind auf die erfindungsgemäße Druckmomentverteileinrichtung anwendbar und umgekehrt.
Ausgehend von der Lüftungsstellung ist somit vorgesehen, dass das Druckmedium in der Primärdruckkammer nicht mit Druck beaufschlagt ist, wobei das Druckmedium in der Sekundärdruckkammer mit Druck beaufschlagt ist, so dass das elastische Element keine Druckkraft auf den Primärkolben ausübt. Sofern ein Steuersignal vorliegt, das eine Überführung der Drehmomentverteileinrichtung respektive der Kupplungseinrichtung in die Sensierungsstellung anzeigt, so kann, etwa mittels des Öffnens eines entsprechenden Ventils, die Druckbeaufschlagung in der Sekundärdruckkammer wegfallen. Dies bewirkt, dass sich das Federelement unmittelbar entspannt und gegen den Primärkolben drückt, so dass das Lüftungsspiel zügig überbrückt wird. Anschließend wird das in der Primärdruckkammer angeordnete Druckmedium mit Druck beaufschlagt, so dass die Druckkraft des Primärkolbens auf das Lamellenpaket erzeugt wird.
Zusätzlich oder alternativ kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die Lamellenkupplung dadurch von der Sensierungsstellung in die Lüftungsstellung überführt wird, dass eine Druckentlastung des in der Primärdruckkammer angeordneten und mit Druck beaufschlagten Druckmediums und eine Druckbeaufschlagung des in der Sekundärdruckkammer angeordneten Druckmediums erfolgt.
Hierdurch wird eine nahezu hysteresefreie Ansteuerung der Drehmomentverteileinrichtung zur Überführung derselben von der Sensierungsstellung in die Lüftungsstellung bewirkt. So hat der Wegfall des Drucks in der Primärdruckkammer unmittelbar eine Reduzierung der Druckkraft des Primärkolbens auf das Lamellenpaket zur Folge, wobei, sofern das weitere Federelement vorgesehen ist, dieses ein unmittelbares Entleeren der Primärdruckkammer bezüglich des Druckmediums bewirkt, so dass der Primärkolben verzögerungsfrei von dem Lamellenpaket wegbewegt und mithin der Reibschluss respektive die zwischen den Lamellenpaketen vorliegende Reibung aufgehoben wird. Zusätzlich bewirkt die Druckbeaufschlagung des Druckmediums in der Sekundärdruckkammer, dass das Federelement entgegen seiner Rückstellkraft von dem Primärkolben wegbewegt und mithin die Druckkraft des Federelements auf den Primärkolben aufgehoben wird.
Die Druckentlastung des in der Sekundärdruckkammer angeordneten und mit Druck beaufschlagten Druckmediums bei der Überführung der Lamellenkupplung von der Lüftungsstellung in die Sensierungsstellung kann dadurch erfolgen, dass eine Ventileinrichtung, insbesondere der Druckmediumverteilereinheit, derart geschaltet wird, dass die Primärdruckkammer und die Sekundärdruckkammer fluidisch miteinander verbunden werden. Diese fluidische Verbindung bewirkt einen Transfer des Druckmediums respektive des Drucks von der Sekundärdruckkammer in die Primärdruckkammer. Wie bereits oben erläutert wurde, wird bei diesem Vorgang die Primärdruckkammer mit dem in der Sekundärdruckkammer vorliegenden Druck beaufschlagt, wodurch die Druckbeaufschlagung der Primärdruckkammer beschleunigt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Diese zeigen schematisch:

1 ein Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Drehmomentverteileinrichtung,
2 eine vergrößerte Ansicht des rechten, oberen Teils der Drehmomentverteileinrichtung aus 1, und
3 5 mehrere Zustände der Drehmomentverteileinrichtung aus den 1 und 2 zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt einen entlang einer Axialrichtung verlaufenden Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drehmomentverteileinrichtung 1 in einer Prinzipdarstellung. 2 ist eine vergrößerte Teilansicht des rechten oberen Viertels des Darstellungsbereichs der 1. Die Drehmomentverteileinrichtung 1 ist ein Teil eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs und dient dazu, das mittels eines Motors generierte Antriebsmoment gemäß einem einstellbaren Verhältnis auf die beiden Räder einer gemeinsamen Achse zu übertragen.
Die Drehmomentverteileinrichtung 1 umfasst einen im Längsschnitt betrachtet U-förmigen Rotorträger 2, der, wie nahezu alle Bauteile der Drehmomentverteileinrichtung 1, ringförmig ausgebildet ist. Der Rotorträger 2 ist mit einer ein Drehmoment einleitenden Welle 3 respektive Eingangswelle verbunden oder verbindbar, etwa mittels einer Schweißverbindung. Die Welle 3 kann, was in den 1 und 2 gestrichelt angedeutet ist, auch an anderen Stellen der Drehmomentverteileinrichtung 1 vorgesehen sein. In jedem Fall ist die Welle 3 mit dem Rotorträger 2 gekoppelt, so dass das eingeleitete Drehmoment auf den Rotorträger 2 übertragen wird. Der Rotorträger 2 sowie die Welle 3 sind um eine Rotationsachse 16 drehbar gelagert.
Die Drehmomentverteileinrichtung 1 umfasst ferner zwei separate Kupplungseinrichtungen 4, 5, die als Lamellenkupplungen ausgeführt sind. Jede der Kupplungseinrichtungen 4, 5 umfasst ein axial verschiebbares Außenlamellenpaket 6, 7, das mit dem Rotorträger 2 über eine Verzahnungsverbindung drehfest verbunden ist. Jede der Kupplungseinrichtung 4, 5 umfasst ein axial verschiebbares Innenlamellenpaket 8, 9, von denen jedes mit einem Innenlamellenträger 37, 38 über eine Verzahnungsverbindung drehfest gekoppelt ist und über einen Nabenflansch 10, 11 mit einer separaten Abtriebswelle 12, 13 koppelbar bzw. gekoppelt ist. Zu diesem Zweck weist jeder Nabenflansch 10, 11 eine Axialverzahnung 14, 15 auf, die mit einer axial verlaufenden Außenverzahnung der Abtriebswellen 12, 13 kämmt. Die Abtriebswellen 12, 13 sind, ebenso wie der Rotorträger 2 samt Welle 3, um die Rotationsachse 16 drehbar. Die Außen- und Innenlamellenpakete 6, 7, 8, 9 greifen ineinander und bilden ein gemeinsames Lamellenpaket.
Die Drehmomentverteileinrichtung 1 umfasst zwei separate Betätigungseinrichtungen 17, 18, über die die jeweilige Kupplungseinrichtung 4, 5 betätigbar ist. Die Kupplungseinrichtungen 4, 5 respektive Betätigungseinrichtungen 17, 18 sind separat ansteuerbar, so dass das mittels der Welle 3 eingeleitete Drehmoment selektiv vom Rotorträger 2 zu den Abtriebswellen 12, 13 geführt werden kann. Details bezüglich der Betätigungseinrichtung 18 werden nachfolgend anhand der 2 erläutert, in der diese vergrößert dargestellt ist. Die in diesem Zusammenhang erläuterten Aspekte gelten gleichermaßen für die spiegelbildlich aufgebaute Betätigungseinrichtung 17.
Die Betätigungseinrichtung 18 umfasst einen Primärkolben 19 und einen Sekundärkolben 20. An dem Rotorträger 2 ist ein ortsfestes Halteelement 21 vorgesehen, an dem die Kolben 19, 20 axial verschiebbar und über Dichtelemente 24 fluiddicht abgedichtet angeordnet sind. Der Primärkolben 19 liegt mit seinem radial gesehen äußeren Ende an dem Außenlamellenpaket 7 an respektive ist diesem zugewandt, so dass das Außenlamellenpaket 7 mittels des Primärkolbens 19 axial gegen das Innenlamellenpaket 9 gedrückt werden kann, um die Lamellenpakete 7, 9 in Reibkontakt bzw. Reibschluss zu bringen. Der Primärkolben 19 weist radial innen gesehen einen becherartigen Abschnitt auf, in dem weitere Komponenten der Betätigungseinrichtung 18 respektive Drehmomentverteileinrichtung 1, auf die später noch näher eingegangen wird, aufgenommen sind.
Eine Wand respektive ein Abschnitt des Primärkolbens 19 begrenzt eine Primärdruckkammer 22. In die Primärdruckkammer 22 ist ein Druckmedium wie ein Hydrauliköl einbringbar und mit Druck beaufschlagbar, so dass bei einer Druckbeaufschlagung des Druckmediums die soeben beschriebene Druckwirkung des Primärkolbens 19 auf die Lamellenpakete 7, 9 bewirkt wird. Die Abdichtung der Primärdruckkammer 22 erfolgt über die bereits erwähnten Dichtelemente 24, die O-Ringe aus einem Elastomer sein können, auf denen die jeweils beteiligten Oberflächen entlang gleiten.
Der Sekundärkolben 20 begrenzt eine Sekundärdruckkammer 23, in der ebenfalls ein Druckmedium wie das Hydrauliköl simultan einbringbar und mit Druck beaufschlagbar ist. Eine Druckbeaufschlagung des Druckmediums in der Sekundärdruckkammer 23 bewirkt, dass der Sekundärkolben 20 entgegengesetzt zur druckbedingten Stellbewegung des Primärkolbens 19 bewegt wird. Diese Bewegung erfolgt gegen die Rückstellkraft eines Federelements 25, das an dem Rotorträger 2 und dem Halteelement 21 befestigt ist. Bezogen auf die 2 bewirkt eine Druckbeaufschlagung in der Sekundärdruckkammer 23, dass sich der Sekundärkolben 20 sowie das Federelement 25 nach rechts bewegt. Das Federelement 25 ist vorliegend exemplarisch eine Tellerfeder, kann jedoch auch ein Faltenbalg sein oder mehrere entlang der Umfangsrichtung der Drehmomentverteileinrichtung 1 angeordnete Schraubenfedern umfassen.
Die Betätigungseinrichtung 18 umfasst eine an dem Halteelement 21 verschiebbar angeordnete Übertragungskomponente 26, die das Federelement 25 mit dem Primärkolben 19 sowie mit dem Sekundärkolben 20 koppelt. Die kolbenartige Übertragungskomponente 26 umfasst ein weiteres Federelement 27, über das das Federelement 25 mit dem Primärkolben 19 gekoppelt ist. Das weitere Federelement 27 ist exemplarisch ein die Primärdruckkammer 22 radial begrenzender Faltenbalg 28. Das weitere Federelement 27 und der übrige Bereich des Sekundärkolbens 20 sind einstückig ausgebildet.
Außerdem ist ein sich zwischen dem Primärkolben 19 und dem Sekundärkolben 20 erstreckender Stützflansch 29 des Halteelements 21 vorgesehen, der einerseits die Primärdruckkammer 22 und andererseits die Sekundärdruckkammer 23 begrenzt. Der Stützflansch 29 weist bezüglich der Radialrichtung einen scheibenartigen inneren Abschnitt 30 und einen axial hierzu versetzt angeordneten, ebenfalls scheibenartigen, äußeren Abschnitt 31 auf. Die Abschnitte 30, 31 sind über einen zylinderartigen, mittleren Abschnitt 32 des Stützflansches 29 verbunden.
Die Primärdruckkammer wird mithin von dem Primärkolben 19, dem Faltenbalg 28, dem dem Faltenbalg 28 unmittelbar benachbarten Teil des Sekundärkolbens 20 und dem Stützflansch 29 begrenzt. Die Sekundärdruckkammer 23 wird neben dem Sekundärkolben 20 von dem inneren Abschnitt 30 und dem mittleren Abschnitt 32 des Stützflansches 29 begrenzt. Der Sekundärkolben 20 ist hierbei entlang des mittleren Abschnitts 32 axial verschiebbar, wobei die Sekundärdruckkammer 23 über ein entsprechendes Dichtelement 24 abgedichtet ist.
Die erläuterten Komponenten bilden eine mehrfach becherartig ineinander geschachtelte und mithin äußerst platzsparende Struktur aus. So wird die Sekundärdruckkammer 23 becherartig von dem inneren Abschnitt 30 und den mittleren Abschnitt 32 des Stützflansches 29 übergriffen. Der Stützflansch 29 samt der Primärdruckkammer 22 wiederum wird von der Übertragungskomponente 26 ebenfalls becherartig übergriffen. Die Übertragungskomponente 26 wiederum wird von einem inneren, becherartigen Abschnitt des Primärkolbens 19 übergriffen.
Zur Verteilung des Druckmediums in die Druckkammern 22, 23 ist eine Druckmediumverteilereinheit 33 vorgesehen, die teilweise innerhalb bzw. im Bereich des Halteelements 21 angeordnet ist. Die Druckmediumverteilereinheit 33 umfasst eine Primärdruckmediumversorgungsleitung 34, mittels der die Primärdruckkammer 22 mit Druckmedium versorgbar ist. Ferner umfasst die Druckmediumverteilereinheit 33 eine Sekundärdruckmediumversorgungsleitung 35, mittels der die Sekundärdruckkammer 23 mit Druckmedium versorgbar ist. Die Druckmediumverteilereinheit 33 umfasst nicht näher dargestellte und mittels einer Steuerungseinrichtung ansteuerbare Ventile, so dass die Druckkammern 22, 23 unabhängig voneinander druckbeaufschlagbar sind.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der in 1 und 2 dargestellten Drehmomentverteileinrichtung 1 erläutert. Das Verfahren betrifft die Überführung der Lamellenkupplung beziehungsweise Kupplungseinrichtung 5 von einer Lüftungsstellung, in der die Lamellenpakete nicht in Reibschluss stehen, in eine Sensierungsstellung, in der die Lamellenpakete in Reibschluss stehen. Die einzelnen Verfahrensschritte werden anhand der 3 bis 5, die jeweils der 2 entsprechen, erläutert.
In 3 ist die sich in der Lüftungsstellung befindende Drehmomentverteileinrichtung 1 gezeigt. Der Primärkolben 19 drückt hierbei nicht auf die Lamellenpakete 7, 9, so dass die Lamellenkupplung respektive die Kupplungseinrichtung 18 nicht in Reibschluss steht. Hierbei ist die Primärdruckkammer 22 nicht mit Druck beaufschlagt, was durch die gepunktete Fläche angedeutet ist. Dagegen ist die Sekundärdruckkammer 23 mit Druck beaufschlagt, was durch die gestrichelte Fläche angedeutet ist, so dass der Sekundärkolben 20 in eine, bezogen auf die 3, rechte Anschlagstellung gedrückt wird. Über die Übertragungskomponente 26 drückt der Sekundärkolben 20 das elastische Element 25 entgegen seiner Rückstellkraft nach rechts.
In 4 ist die Drehmomentverteileinrichtung 1 dargestellt, sofern ein die Überführung der Kupplungseinrichtung 18 in die Sensierungsstellung anzeigendes Steuersignal vorliegt. Hierbei erfolgt zunächst eine Reduzierung respektive Wegnahme des Drucks in der Sekundärdruckkammer 23, was durch die gepunktete Fläche angedeutet ist. Eine Druckabnahme in der Sekundärdruckkammer 23 bewirkt, dass sich das Federelement 25 entspannt und hierbei die Übertragungskomponente 26 bis zu einer Anschlagstellung, in der die Übertragungskomponente 26 an den Stützflansch 29 anschlägt, nach links drückt, so dass das Lüftungsspiel möglichst zügig überwunden wird. Zudem wird die Primärdruckkammer 22 mit Druck beaufschlagt, bis ein gewünschter Enddruck in der Primärkammer 22 vorliegt. Die 4 zeigt die Situation unmittelbar nach der Wegnahme des Drucks in der Sekundärkammer 23, wobei in der Primärkammer 22 der endgültige Druck noch nicht aufgebaut ist, was durch die gestrichpunktete Fläche angedeutet wird.
Nachfolgend wird ein weiterer Aspekt bezüglich des Zustands unmittelbar nach der Wegnahme des Drucks in der Sekundärdruckkammer 23, der in der 4 dargestellt ist, unter zusätzlicher Bezugnahme auf die 2 erläutert. So umfasst die Druckmediumverteilereinheit 33 eine Ventileinrichtung 36, die bezüglich einer Durchlass- und einer Sperrstellung schaltbar ist. Bezogen auf den in der 2 dargestellten Lüftungsstellung ist die Ventileinrichtung 36 in der Durchlassstellung. Sofern das ein Umschalten der Drehmomentverteileinrichtung 1 bewirkende Steuersignal vorliegt, wird die Ventileinrichtung 36 in die Durchlassstellung geschaltet, so dass die Primärdruckkammer 22 und die Sekundärdruckkammer 23 fluidisch miteinander verbunden werden. Hierdurch wird bewirkt, dass der in der Sekundärdruckkammer 23 vorliegende Druck zu einer Druckerhöhung in der Primärdruckkammer 22 führt, wodurch sich der Druckaufbau in der Primärdruckkammer 22 beschleunigen lässt.
5 zeigt die Drehmomentverteileinrichtung 1 im endgültigen Sensierungszustand, wobei in der Primärdruckkammer 22 der endgültige Druck erreicht ist. Die Andrückkraft des Primärkolbens 19 gegen die Lamellenpakete 7, 9 ergibt sich aus der mittels des Druckmediums in der Primärdruckkammer 22 erzeugten Druckkraft des Primärkolbens 19. Die Druckbeaufschlagung in der Primärdruckkammer 22 bewirkt zudem, dass das weitere elastische Element 27, das die Primärdruckkammer 22 nach außen begrenzt, entgegen einer elastischen Rückstellkraft gedehnt wird, so dass der Primärkolben 19 noch weiter nach links gedrückt wird.
Nachfolgend werden Aspekte bezüglich der Überführung der Lamellenkupplung von dem Sensierzustand in den Lüftungszustand beschrieben. Ausgehend von in der in 5 dargestellten Situation bewirkt ein die entsprechende Überführung anzeigendes Steuersignal, dass die Primärdruckkammer 22 bezüglich des Drucks entlastet wird. Das unter Vorspannung stehende weitere elastische Element 27 bewirkt, dass der Primärkolben 19 unmittelbar bei dieser Druckentlastung nach rechts respektive von den Lamellenpaketen 7, 9 wegbewegt wird, so dass auch bei Vorliegen dieses Signals der Reibschluss der Lamellenkupplung quasi ohne Zeitverzögerung aufgehoben wird. Gleichzeitig erfolgt die Druckbeaufschlagung in der Sekundärdruckkammer 23, wodurch der Sekundärkolben 20 und gleichzeitig das Federelement 25 nach rechts bewegt wird. Zusammenfassend bewirkt mithin das Federelement 25 eine verzögerungsfreie Schaltung der Drehmomentverteileinrichtung 1 von der Lüftungsstellung in die Sensierungsstellung und das weitere Federelement 27 von der Sensierungsstellung in die Lüftungsstellung.
Bezugszeichenliste

1: Drehmomentverteileinrichtung
2: Rotorträger
3: Welle
4: Kupplungseinrichtung
5: Kupplungseinrichtung
6: Außenlamellenpaket
7: Außenlamellenpaket
8: Innenlamellenpaket
9: Innenlamellenpaket
10: Nabenflansch
11: Nabenflansch
12: Abtriebswelle
13: Abtriebswelle
14: Axialverzahnung
15: Axialverzahnung
16: Rotationsachse
17: Betätigungseinrichtung
18: Kupplungseinrichtung
19: Primärkolben
20: Sekundärkolben
21: Halteelement
22: Primärdruckkammer
23: Sekundärdruckkammer
24: Dichtelement
25: Federelement
26: Übertragungskomponente
27: Federelement
28: Faltenbalg
29: Stützflansch
30: Abschnitt
31: Abschnitt
32: Abschnitt
33: Druckmediumverteilereinheit
34: Primärdruckmediumversorgungsleitung
35: Sekundärdruckmediumversorgungsleitung
36: Ventileinrichtung
37: Innenlamellenträger
38: Innenlamellenträger

Claims

Drehmomentverteileinrichtung umfassend einen Rotorträger (2), der mit einer das Drehmoment einleitenden Welle (3) gekoppelt oder koppelbar ist, und zwei separate und jeweils als eine Lamellenkupplung ausgeführte Kupplungseinrichtungen (4, 5), die separat über jeweils eine Betätigungseinrichtung (17, 18) betätigbar sind, wobei jede der Kupplungseinrichtungen jeweils ein an dem Rotorträger (2) axial verschiebbar angeordnetes Außenlamellenpaket (6, 7) und jeweils ein an einem separaten Innenlamellenträger (37, 38) axial verschiebbar angeordnetes und in das Außenlamellenpaket (6, 7) eingreifendes Innenlamellenpaket (8, 9), das mit den Außenlamellenpaket (6, 7) ein Lamellenpaket bildet, umfasst, wobei jeder der Innenlamellenträger (37, 38) mit einer separaten Abtriebswelle (12, 13) gekoppelt oder koppelbar ist, wobei jede der Betätigungseinrichtungen (17, 18) einen Primärkolben (19), einen Sekundärkolben (20) und ein bezüglich des Rotorträgers (2) ortsfestes Halteelement (21) umfasst, an dem der Primärkolben (19) und der Sekundärkolben (20) jeweils axial verschiebbar angeordnet ist, wobei der Primärkolben (19) eine Primärdruckkammer (22) begrenzt und bei einer Druckbeaufschlagung eines in der Primärdruckkammer (22) angeordneten Druckmediums gegen das Außenlamellenpaket (6, 7) bewegbar ist, so dass dieses derart gegen das Innenlamellenpaket (8, 9) bewegt wird, dass ein Moment von der Welle (3) auf die Abtriebswelle (12, 13) und umgekehrt mittels einer durch die Druckkraft bewirkten Reibung zwischen dem Außenlamellenpaket (6, 7) und dem Innenlamellenpaket (8, 9) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärkolben (20) eine Sekundärdruckkammer (23) begrenzt, wobei der Sekundärkolben (20) bei einer Druckbeaufschlagung des oder eines in der Sekundärkammer (23) befindlichen Druckmediums, in eine Richtung entgegengesetzt zur druckbedingten Stellbewegung des Primärkolbens (19), gegen die Rückstellkraft eines Federelements (25) bewegbar ist, wobei das Federelement (25) derart mit dem Primärkolben (19) gekoppelt ist, dass es bei einer Reduzierung des Drucks in der Sekundärdruckkammer (23) den Primärkolben (19) gegen das Außenlamellenpaket (6, 7) bewegt.
Drehmomentverteileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (20) eine Tellerfeder oder ein Faltenbalg ist oder mehrere entlang einer Umfangsrichtung der Drehmomentverteileinrichtung (1) angeordnete Schraubenfedern umfasst.
Drehmomentverteileinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine an dem Halteelement (21) axial verschiebbar angeordnete Übertragungskomponente (26) vorgesehen ist, die das Federelement (25) mit dem Primärkolben (19) und mit dem Sekundärkolben (20) koppelt.
Drehmomentverteileinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungskomponente (26) ein weiteres Federelement (27) aufweist, über das das Federelement (25) mit dem Primärkolben (19) gekoppelt ist.
Drehmomentverteileinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Federelement (27) ein Faltenbalg (28) ist oder einen solchen umfasst.
Drehmomentverteileinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (21) einen sich zwischen dem Primärkolben (19) und dem Sekundärkolben (20) erstreckenden Stützflansch (29) aufweist, der die Primärdruckkammer (22) und/oder die Sekundärdruckkammer (23) begrenzt.
Drehmomentverteileinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützflansch (29) bezüglich der Radialrichtung einen inneren Abschnitt (30) und einen axial hierzu versetzt angeordneten äußeren Abschnitt (31) aufweist, wobei der innere Abschnitt (30) und der äußere Abschnitt (31) über einen mittleren Abschnitt (32) des Stützflansches (29) miteinander verbunden sind, wobei die Sekundärdruckkammer (23) von dem inneren Abschnitt (30) und dem mittleren Abschnitt (32) begrenzt ist.
Verfahren zum Betrieb einer Drehmomentverteileinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenkupplung dadurch von einer Lüftungsstellung, in der die Lamellenpakete (7, 9) nicht in Reibkontakt stehen, in eine Sensierungsstellung, in der die Lamellenpakete (7, 9) in Reibkontakt stehen, überführt wird, dass vor der Druckbeaufschlagung des in der Primärdruckkammer(22) angeordneten Druckmediums eine Druckentlastung des in der Sekundärdruckkammer (23) angeordneten und mit Druck beaufschlagten Druckmediums erfolgt und/oder dass die Lamellenkupplung dadurch von der Sensierungsstellung in die Lüftungsstellung überführt wird, dass eine Druckentlastung des in der Primärdruckkammer (22) angeordneten und mit Druck beaufschlagten Druckmediums und eine Druckbeaufschlagung des in der Sekundärdruckkammer (23) angeordneten Druckmediums erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckentlastung des in der Sekundärdruckkammer (23) angeordneten und mit Druck beaufschlagten Druckmediums bei der Überführung der Lamellenkupplung von der Lüftungsstellung in die Sensierungsstellung dadurch erfolgt, dass eine Ventileinrichtung (36) derart geschaltet wird, dass die Primärdruckkammer (22) und die Sekundärdruckkammer (23) fluidisch miteinander verbunden werden.