DE19503831A1

DE19503831A1 - Kraftübertragungseinheit

Info

Publication number: DE19503831A1
Application number: DE19503831A
Authority: DE
Inventors: David R Weilant; Craig B Fowler
Original assignee: Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 1994-02-14
Filing date: 1995-02-06
Publication date: 1995-08-17
Also published as: GB2286435B; GB9423245D0; KR950024912A; GB2286435A; US5465819A; JPH07228168A

Description

Ältere Patentanmeldungen betreffen diverse Ausführungsfor men einer elektromagnetisch betätigten Verriegelungsnaben einheit für Fahrzeuge mit zeitweisem Vierradantrieb und eine Sperrdifferentialeinheit, bei der ein Antriebselement des Differentials mit einem anderen Antriebselement des Differentials verriegelt wird, um die Betriebsart des Dif ferentials zu verändern.

Die vorliegende Patentanmeldung betrifft zusätzlich zu den in die sen älteren Patentanmeldungen offenbarten Kraftüber tragungsvorrichtungen eine Achstrenneinheit.

Verriegelungsnabeneinheiten und Achstrenneinheiten finden bei Fahrzeugen mit zeitweisem Vierradantrieb Verwendung, um die nicht angetriebenen Räder im Zweiradantriebsbetrieb voneinander zu trennen, damit ein entgegengesetzt gerich teter Antrieb, der einen unnötigen Kraftstoffverbrauch und Verschleiß verursacht, verhindert werden kann.

Bei den ersten Versuchen hat man Verriegelungsnabeneinhei ten an den wahlweise angetriebenen Rädern, normalerweise den Vorderrädern, verwendet, die manuell ausgerückt wur den, damit sich die wahlweise angetriebenen Räder unabhän gig von ihrer Antriebsachse drehen konnten. Der Hauptnach teil dieser Verriegelungsnabeneinheiten besteht darin, daß es die Einheiten erforderlich machen, daß der Fahrzeuglen ker jede Nabeneinheit manuell verriegelt oder entriegelt, um die wahlweise angetriebenen Räder mit ihrer An triebsachse in und außer Eingriff zu bringen. Diese Tech nik wird noch in einigen vierradangetriebenen Off-Road- Fahrzeugen verwendet, wird jedoch allgemein bei vierradan getriebenen Fahrzeugen für den normalen Straßenverkehr we gen des Erfordernisses der manuellen Betätigung als unbe friedigend angesehen.

Eine bekannte Alternative in bezug auf manuell betätigte Verriegelungsnabeneinheiten ist eine automatische Verrie gelungsnabeneinheit, die automatisch einrückt, wenn die vordere oder wahlweise betriebene Antriebsachse im Vier radantriebsbetrieb mit Kraft beaufschlagt wird.

Eine automatische Verriegelungsnabeneinheit ist in der US-PS 41 92 411 der Anmelderin beschrieben. Diese automa tische Verriegelungsnabeneinheit bringt eine Antriebsachse und ein zugehöriges Rad beim Einrücken eines Vierradan triebssystems in Eingriff, hält diesen Eingriff im An triebs- und Leerlaufbetrieb sowie während des Überganges zwischen Antrieb und Leerlauf positiv aufrecht, hält den Eingriff im Vorwärts- und Rückwärtsbetrieb sowie beim Übergang zwischen vorwärts und rückwärts positiv aufrecht und rückt automatisch bei einer geringfügigen Richtungsum kehr aus, wenn das Vierradantriebssystem ausgerückt wird. Bei dieser automatischen Verriegelungsnabeneinheit findet jedoch ein Ring Verwendung, der einen hohen Reibungswider stand erzeugt, um ein Einrücken der Kupplung durchzu führen, und der diesen hohen Reibungswiderstand selbst nach dem Einrücken der Kupplung aufrechterhält, obwohl er zur Aufrechterhaltung des Kupplungseingriffs nicht erfor derlich ist.

Die in der US-PS 42 81 749 der Patentanmelderin beschrie bene automatische Verriegelungsnabeneinheit weist diverse Verbesserungen einschließlich einer Hüllfeder zum Bewirken eines Kupplungseinrückens über eine Nocken- und Lastfe deranordnung auf. Diese Hüllfeder wird gespannt, um den zum Einrücken der Kupplung erforderlichen hohen Reibungs widerstand zu erzeugen, wird jedoch dann nach dem Ein rücken der Kupplung gelöst, um den Reibungswiderstand auf ein Minimum zu reduzieren. Durch die Verwendung einer der artigen Nocken- und Lastfederanordnung zum Einrücken der Kupplung werden ferner ein Zahnradaufprall und eine ver längerte Blockade des Kupplungseingriffs verhindert, die sich schädlich auf die Hüllfeder auswirken können.

Es wurden auch andere Lösungen verwirklicht, um eine Verriegelungsnabeneinheit beispielsweise über eine Zusatz kraftquelle und auf diese Weise ein Antriebszahnrad zu be tätigen, oder es fanden pneumatische Systeme Verwendung, bei denen Unterdruck- oder Druckmotoren oder Ventile ein Einrücken oder Ausrücken des Antriebszahnrades durch Fe derdruck bewirken, wenn der Unterdruck oder ein Strömungs mittel entfernt wird. Ferner wurde ein Solenoid einge setzt, um ein Antriebszahnrad in dynamischen Eingriff zu bringen.

Die US-PS 46 94 943 beschreibt eine Sperrkupplungseinheit in Verbindung mit einer Achstrenneinheit oder einer Rad nabe, die ein Fahrzeug mit Hilfe einer Nockeneinheit und eines solenoidbetätigten Schaltmechanismus vom Zweiradan triebsbetrieb in den Vierradantriebsbetrieb überführt, so daß ein sich bewegendes Fahrzeug umgeschaltet werden kann, ohne daß das Fahrzeug gestoppt oder dessen Richtung geän dert werden muß. Der Schaltmechanismus sperrt die Nocken einheit zeitweise gegen Drehung, wobei ein Antriebszahnrad mit einem Aufnahmezahnrad bei der Überführung in den Vier radantrieb in Treibeingriff gebracht wird. Die Nockenein heit wird ferner durch den solenoidbetätigten Schaltmecha nismus zeitweise blockiert, wenn das Antriebszahnrad bei der Überführung auf den Zweiradbetrieb vom Aufnahmezahnrad ausgerückt wird.

Eine solenoidbetätigte Verriegelungsnabeneinheit ist flexibler, da die Einheit auf ein elektrisches Signal an spricht. Folglich kann das Einrücken und Ausrücken der Verriegelungsnabeneinheit vom Fahrzeuglenker und/oder durch die Aktivitäten anderer Kraftübertragungskomponenten gesteuert werden. Die Anordnung der US-PS 46 94 943 be sitzt jedoch eine sehr komplizierte Nockeneinheit, die zum Einrücken oder Ausrücken der Verriegelungsnabeneinheit vom Solenoid betätigt wird, wenn der Elektromagnet des Sole noides erregt wird. Weitere Nachteile beinhalten den Man gel an jeglicher Vorsorge in bezug auf die Verhinderung eines Zahnradaufpralls, wenn das Antriebszahnrad in Ein griff mit dem Aufnahmezahnrad gebracht wird, und die Ver wendung eines drehbaren Elektromagneten für das Solenoid, der über ein Autoradio und eine Batterie erregt wird.

Aus der US-PS 50 30 181 ist es bekannt, ein Kegelraddiffe rential vorzusehen, das eine solenoidbetätigte Zahnrad kupplung zum Verriegeln von einem der Seitenzahnräder mit dem Differentialgehäuse aufweist. Die solenoidbetätigte Zahnradkupplung umfaßt eine Ankerplatte, die an einer Hülse befestigt ist, welche gleitend auf die Welle des Seitenzahnrades gekeilt ist und Kupplungszähne besitzt. Wenn der Elektromagnet erregt wird, gleitet die Hülse in Fig. 1 dieser Patentschrift nach rechts, um die Kupplungszähne der Hülse mit zusammenwirkenden Kupplungs zähnen am Gehäuse in Eingriff zu bringen und auf diese Weise das Seitenzahnrad mit dem Gehäuse zu verriegeln. Wenn der Elektromagnet aberregt wird, wird die Kupplung durch eine Rückzugsfeder ausgerückt. Diese Anordnung macht eine kontinuierliche Erregung des Elektromagneten für den Kupplungseingriff erforderlich. Ein weiterer Nachteil die ser Anordnung besteht darin, daß keinerlei Vorsorge zum Verhindern von Zahnradaufprall, wenn die Hülse mit den Kupplungszähnen des Differentialgehäuses in Eingriff ge bracht wird, getroffen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verriegel bare Kraftstoffübertragungseinheit zu schaffen, die eine Zahnradkupplung oder Verriegelungseinrichtung zum Ändern von Betriebszuständen, beispielsweise eine Verriegelungs nabeneinheit, eine Achstrenneinheit oder eine verriegel bare Differentialeinheit, aufweist, bei der eine elektromagnetische Betätigung stattfindet und ein oder mehrere der vorstehend genannten Nachteile vermieden werden.

Ein Merkmal und Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine verriegelbare Kraftübertragungseinheit geschaffen wird, die durch einen nicht drehbaren Elektromagneten elektromagnetisch betätigt wird, der die Übertragung von elektrischer Energie und die Signalübertragung verein facht.

Ein weiteres Merkmal und ein weiterer Vorteil der Erfin dung bestehen darin, daß diese eine verriegelbare Kraft übertragungseinheit zur Verfügung stellt, die durch eine elektromagnetische Kupplung betätigt wird, welche den Ein satz einer einfachen und robusten Nockeneinheit zur Durch führung von dynamischen Betriebsartänderungen ermöglicht.

Ein anderes Merkmal und ein anderer Vorteil der Erfindung bestehen darin, daß diese eine verriegelbare Kraftübertra gungseinheit zur Verfügung stellt, die durch eine Nocken einheit betätigt wird, welche ausschließlich durch eine elektromagnetische Kupplung gesperrt wird, um dynamische Betriebsartänderungen durchzuführen, so daß Hilfsvorrich tungen zum Sperren der Nockeneinheit, die die Nockenein heit komplizieren, nicht erforderlich sind.

Noch ein Merkmal und Vorteil der Erfindung bestehen darin, daß eine verriegelbare Kraftübertragungseinheit geschaffen wird, die durch eine elektromagnetische Kupplung und eine einfache und robuste Nockeneinheit betätigt wird, welche zusammenwirken, so daß die elektromagnetische Kupplung keine kontinuierliche Erregung erforderlich macht, um eine Betriebsart für die Kraftübertragungseinheit aufrechtzuer halten.

Schließlich bestehen ein weiteres Merkmal und ein weiterer Vorteil der Erfindung darin, daß diese eine verriegelbare Kraftübertragungseinheit zur Verfügung stellt, die durch eine elektromagnetische Kupplung und eine einfache und ro buste Nockeneinheit betätigt wird, welche mit einer Last feder zusammenwirkt, um ein dynamisches Zahnradkupplungs einrücken ohne die Gefahr eines Zahnradaufpralls zu ermög lichen.

Ein wahlweises Merkmal und ein wahlweiser Vorteil der Er findung beziehen sich darauf, daß eine verriegelbare Kraftübertragungseinheit geschaffen wird, die durch eine elektromagnetische Kupplung und eine Nockeneinheit betä tigt wird, welche das Drehmomentübertragungsvermögen der elektromagnetischen Kupplung in Abhängigkeit von Änderun gen der Betriebsart vergrößert.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine Achstrenneinheit und eine Kraftübertragungseinheit mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen er läutert. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile. Es zeigen:

Fig. 1 eine vergrößerte Teilschnittansicht durch eine Radnabeneinheit eines Fahr zeuges einschließlich eines Reifens, Rades, einer automatischen Verriege lungsnabe, einer Achse und eines Lenk mechanismus;

Fig. 2-4 eine auseinandergezogene Ansicht einer automatischen Verriegelungsnabe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Schnittansicht einer montierten automatischen Verriegelungsnabe des in den Fig. 2-4 gezeigten Typs, wobei die obere Hälfte die Einheit im ausge rückten Zustand und die untere Hälfte die Einheit im eingerückten Zustand zeigt;

Fig. 6-9 Schnittansichten von montierten automa tischen Verriegelungsnaben gemäß diver sen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wobei die obere Hälfte einer jeden Ansicht die Einheit in der ausge rückten Position und die untere Hälfte die Einheit in der eingerückten Posi tion zeigt;

Fig. 10 eine Schnittansicht der montierten au tomatischen Verriegelungsnabe der Fig. 7 einschließlich einer Synchronisa tionseinheit;

Fig. 11 eine vergrößerte Teilansicht der Kupplungsplatte, Reaktionsnabe, Nocken rampe und des Nockenfolgers der Fig. 5 in der eingerückten Position;

Fig. 12 eine vergrößerte Teilansicht der Kupplungsplatte, Reaktionsnabe, Nocken rampe und des Nockenfolgers der Fig. 5 in der ausgerückten Position;

Fig. 13 eine vergrößerte Vorderansicht der an getriebenen Scheibe der Fig. 5;

Fig. 14 eine Schnittansicht der angetriebenen Scheibe der Fig. 13 entlang Linie 13-14;

Fig. 15 eine vergrößerte Teilansicht der ange triebenen Scheibe der Fig. 13 entlang Linie 15-15;

Fig. 16 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht des Verbindungsabschnittes der angetriebenen Scheibe der Fig. 13;

Fig. 17 eine vergrößerte Teilansicht der Ver riegelungsnabeneinheit und der Synchro nisationseinheit der Fig. 10;

Fig. 18 eine vergrößerte Ansicht der oberen Hälfte der Verriegelungsnabeneinheit und Synchronisationseinheit der Fig. 17, wobei die Synchronisationseinheit in der teilweise eingerückten Position gezeigt ist;

Fig. 19 eine vergrößerte Ansicht der oberen Hälfte der Verriegelungsnabeneinheit und Synchronisationseinheit der Fig. 17, wobei die Synchronisationseinheit in der vollständig eingerückten Posi tion gezeigt ist;

Fig. 20 eine Teilschnittansicht eines Differen tials, das eine erfindungsgemäße Ver riegelungseinrichtung aufweist;

Fig. 21 eine Draufsicht auf die Innenbestand teile des Differentials der Fig. 20;

Fig. 22 eine auseinandergezogene perspekti vische Ansicht der in Fig. 20 darge stellten Verriegelungskomponenten;

Fig. 23 eine Vergrößerung eines Abschnittes der Fig. 20;

Fig. 24 eine Teilschnittansicht eines Differen tials, das eine andere erfindungsgemäß ausgebildete Verriegelungseinrichtung aufweist;

Fig. 25 eine Vergrößerung eines Abschnittes der Fig. 24;

Fig. 26 eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug mit zeitweisem Vierradantrieb;

Fig. 27 eine Teilschnittansicht der vorderen Antriebsachse des schematisch in Fig. 16 dargestellten Fahrzeuges;

Fig. 28 eine Vergrößerung eines Abschnittes der Fig. 27; und

Fig. 29 eine Ansicht im wesentlichen entlang Linie 29-29 in Fig. 28 in Richtung der Pfeile.

In der nachfolgenden Beschreibung sind mit gleichen Be zugszeichen gleiche oder entsprechende Teile bezeichnet. Die in der folgenden Beschreibung verwendeten Begriffe, wie beispielsweise "vorwärts" und "rückwärts" etc. sind gebräuchliche Begriffe, die zur Beschreibung einer Kompo nente oder eines Elementes relativ zu einer anderen Kompo nente oder einem anderen Element beitragen.

Fig. 1 zeigt eine Radeinheit 10 eines Fahrzeuges. Bei ei ner bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich hierbei um die Vorderradeinheit eines Fahrzeuges mit Vierradantrieb. Wie gezeigt, umfaßt die Radeinheit 10 einen an einem Rad 14 montierten Reifen 12. Das Rad ist an einem Rotor oder einer Radnabe 16 einer Verriegelungsnabeneinheit 18 befestigt, die einen vorderen und einen hinteren Radialflansch 20 und 22 besitzt. Es versteht sich, daß die Begriffe "Rotor" und "Radnabe" - äquivalente Begriffe sind und wechselweise verwendet wer den können. Aus Klarheitsgründen wird jedoch von diesem Punkt an nur der Begriff "Rotor" verwendet. Von der Rück seite des Rotors 16 der Verriegelungsnabeneinheit 18 er strecken sich eine rohrförmige Spindel 24 und Achse 26, die eine Mittelachse 28 aufweisen, die konzentrisch zu ei ner Mittelachse des Rades 14, des Reifens 12 und des Ro tors 6 angeordnet ist, nach hinten. Wie in Fig. 3 ge zeigt, handelt es sich bei der Achse 26 um ein festes zylindrisches Element mit einer Vielzahl von äußeren in Umfangsrichtung beabstandeten Keilen 30, die sich in Längsrichtung von einem vorderen Ende der Achse nach hin ten erstrecken. Im Abstand vom vorderen Ende der Achse ist ein Schlitz 32 angeordnet, der den Außenumfang der Achse umgibt und zur Aufnahme eines Halteringes 34 dient. Die Dicke des Halteringes 34 kann größer sein als die Dicke des Schlitzes 32. Das Rad 14 ist am vorderen Flansch 20 des Rotors 16 über Schrauben 36 befestigt, die sich durch im vorderen Flansch 20 ausgebildete Öffnungen erstrecken. In entsprechender Weise ist eine Bremsscheibe 38 über Schrauben 36 befestigt, die sich durch Öffnungen er strecken, die im hinteren Flansch 22 des Rotors 16 ausge bildet sind.

Die Verriegelungsnabeneinheit 18 der Fig. 2-10 umfaßt allgemein gesagt eine erste drehbare Einheit, eine zweite drehbare Einheit mit einem axial beweglichen Drehelement, eine Einrichtung zum Bewegen des Drehelementes in Axial richtung zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position und eine nicht drehbare elektromagnetische Ein richtung, die in nicht drehbarer Weise um die Achse 26 herum fixiert ist und zur Betätigung der axial beweglichen Einrichtung dient.

Der hier verwendete Begriff "erste Position" bezieht sich auf eine Anordnung der Verriegelungsnabeneinheit 18, bei der die erste drehbare Einheit mit der zweiten drehbaren Einheit in Eingriff steht. In entsprechender Weise bezieht sich der Begriff "zweite Position" auf eine solche Anord nung der Verriegelungsnabeneinheit, bei der die erste drehbare Einheit von der zweiten drehbaren Einheit ausge rückt ist.

Wie in den Fig. 2-10 gezeigt, umfaßt die erste drehbare Einheit der Verriegelungsnabeneinheit 18 einen Rotor 16, ein äußeres Kupplungsgehäuse 40 und eine Kappe 42. Der Ro tor 16 besitzt eine allgemein rohrförmige Gestalt mit ei ner Vielzahl von Innenkeilen 44, die um den Innenumfang des Rotors herum im Abstand angeordnet sind und sich in Längsrichtung von einem vorderen Ende des Rotors nach hin ten erstrecken. Im inneren vorderen Ende des Rotors 16 ist eine in Umfangsrichtung verlaufende Haltenut 46 ausgebil det, die in Zusammenwirkung mit einem Haltering 48 und ei ner gegenüberliegenden äußeren in Umfangsrichtung verlau fenden Haltenut 50 des äußeren Kupplungsgehäuses 40 die Axialposition des Rotors relativ zum äußeren Kupplungsge häuse aufrechterhält.

Das äußere Kupplungsgehäuse 40 ist konzentrisch im Rotor 16 angeordnet und besitzt eine rohrförmige Gestalt mit in neren, vorderen, beabstandeten und radial einwärts gerich teten Umfangszähnen 52 und äußeren, radial auswärts ge richteten, beabstandeten Umfangskeilen 54, die mit den In nenkeilen 44 des Rotors kämmen. Der abgewinkelte Enden 56 aufweisende Haltering 48 ist innerhalb der äußeren Hal tenut 50 um den Außenumfang des äußeren Kupplungsgehäuses 40 herum angeordnet. Im aufgeweiteten Zustand beschränkt der Haltering 48 die Axialbewegung des äußeren Kupplungs gehäuses 40 relativ zum Rotor 16. Um die Installation zu erleichtern, kann ein zweiter hinterer O-Ring 58 in einer Nut 60 angeordnet werden, um eine Halteklemme 62 über den abgewinkelten Enden 56 des Halterings 48 zu befestigen und den Haltering vor der Installation der Verriegelungsnaben einheit 18 in die Haltenut 50 zu pressen. Während der In stallation des äußeren Kupplungsgehäuses 40 im Rotor 16 bewegt sich die Halteklemme 62 axial nach vorne und gibt auf diese Weise den Haltering 48 von der Halteklemme frei, so daß der Haltering innerhalb der äußeren Haltenut 50 nach außen expandiert und einen Preßsitz zwischen dem Hal tering, der inneren Haltenut 46 und der äußeren Haltenut 50 vorsieht.

Eine Kappe 42 mit einer zylindrischen becherförmigen Ge stalt kann mit Hilfe von Schrauben 64 in Gewindebohrungen befestigt sein, die im vorderen Ende des äußeren Kupplungsgehäuses 40 ausgebildet sind. Die Kappe 42 über lappt das äußere Kupplungsgehäuse 40 und stößt gegen den Rotor 16, wodurch das vordere offene Ende des Rotors abge dichtet wird.

Konzentrisch in der ersten drehbaren Einheit ist die zweite drehbare Einheit angeordnet. Wie in den Fig. 2- 10 gezeigt, umfaßt die zweite drehbare Einheit eine Naben hülse 66 und ein axial bewegliches Drehelement 68.

Die Nabenhülse 66 umgibt einen Abschnitt der Achse 26 vor dem Achshaltering 34. Es handelt sich hierbei um ein rohr förmiges Element mit äußeren beabstandeten Umfangskeilen 70 und inneren beabstandeten Umfangskeilen 72, die mit den äußeren Achskeilen 30 kämmen. Eine vordere Nut 74, eine hintere Nut 76 und eine mittlere Nut 78 sind quer zu den Längskeilen 70 innerhalb der äußeren Umfangsfläche der Na benhülse 66 ausgebildet und nehmen eine fehlerhafte Klemme 80, eine Druckscheibe 82 und einen Zwischenhaltering 84 auf. Die Dicke der Federhalteklemme 80, der Druckscheibe 82 und des Zwischenhalterings 84 kann größer sein als die Tiefe der entsprechenden Nuten. Im inneren vorderen Ende der Nabenhülse 66 ist eine konkave Ausnehmung 86 ausgebil det, die als Lagerfläche für einen Lagerring 88 dient.

Die Nabenhülse 66 umgibt ein axial bewegliches Drehelement 68, wie in den Fig. 2-10 gezeigt. Dieses axial beweg liche Drehelement 68 ist ein Kupplungszahnrad o. ä. Das Drehelement 68 umfaßt ein rohrförmiges Element mit einer radial verlaufenden Felge 90, die mit Umfangsabstand ange ordnete, sich radial nach außen erstreckende Zähne 92 be sitzt. Um den Umfang des Innenraumes des zylindrischen Elementes des Drehelementes 68 sind Keile 94 ausgebildet, die mit den Keilen 72 der Nabenhülse 66 in Eingriff stehen.

Die Fig. 2-10 zeigen eine Einrichtung zur Bewegung des Drehelementes 68 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position. Diese Bewegungseinrichtung umfaßt eine Nockeneinheit 96, eine Eingriffsfeder 98, eine Rück führeinheit 100 und einen axial beweglichen Nockenfolger 102.

Die Nockeneinheit 96 wirkt als Reaktionsfläche für den Nockenfolger 102, um die Axialbewegung des Nockenfolgers zu bewirken. Wie in den Fig. 2-5 gezeigt, umfaßt die Nockeneinheit 96 eine Kupplungsplatte 104, eine Reaktions nabe 106 und eine Nockenrampe 107, die konzentrisch zur Achse 26 frei beweglich ist. Obwohl bevorzugt wird, daß die Kupplungsplatte 104, die Reaktionsnabe 106 und die Nockenrampe 107 als separate Elemente ausgebildet sind, um hierdurch eine größere Toleranzkontrolle bei der Montage und Herstellung zu ermöglichen, können die Kupplungsplatte und/oder Reaktionsnabe und/oder Nockenrampe auch in der Form von einem oder zwei Elementen ausgebildet sein und eine gleich gute Funktionsweise besitzen.

Bei der in den Fig. 3 und 5 gezeigten bevorzugten Aus führungsformen der Nockeneinheit ist die Kupplungsplatte 104 benachbart zu einer vertikalen Vorderseite einer elek tromagnetischen Spule 122 angeordnet und besitzt eine all gemein rohrförmige Gestalt einschließlich eines hinteren Flansches 108, der eine äußere ringförmige Schulterfläche 110 und eine innere ringförmige Schulterfläche 112 bildet. Die äußere ringförmige Schulterfläche 110 ist so kontu riert, daß sie gegenüberliegende Rampenflächen 114 für einen veränderlichen Flächenkontakt mit einer angepaßten Reaktionsnabe 106 aufweist. Ein oder mehrere zylindrische Haltestifte 116 können sich von der äußeren zylindrischen Fläche der Kupplungsplatte 104 quer durch einen Längs schlitz 118 erstrecken, der in der Seitenfläche der Reak tionsnabe 106 ausgebildet ist, um die Montage und den Transport der einzelnen Teile vor der Montage im Fahrzeug zu erleichtern. Eine schraubenförmige Vorbelastungsfeder 120 ist zwischen die Kupplungsplatte 104 und die Reak tionsnabe 106 gespannt, um die Kupplungsplatte 104 benach bart zur elektromagnetischen Spule 122, die weiter unten genauer beschrieben wird, zu halten und auf diese Weise einen übermäßig großen Spalt zwischen der elektromagne tischen Spule und der Kupplungsplatte zu vermeiden.

Vor der Kupplungsplatte 104 ist die Reaktionsnabe 106 an geordnet. Bei der Reaktionsnabe 106 handelt es sich um einen allgemein nach hinten gerichteten Nocken mit einer Bodenscheibe 124 und einer integrierten vorstehenden rohr förmigen Seite 126 mit einer ausgebogten Felge 128. Die ausgebogte Felge steht mit den passenden Rampenflächen 114 der Kupplungsplatte 104 in Eingriff, so daß die Kupplungs platte 104 und die Reaktionsnabe 106 das Drehmomentüber tragungsvermögen einer elektromagnetischen Kupplung, die die Drehung der Kupplungsplatte 104 stoppt, wie nachfol gend beschrieben, vergrößert. Es versteht sich, daß die Reaktionsnabe 106 die Bewegungsfreiheit des Rotors 16 sicherstellt und das Erfordernis nach einer Positionstole ranzkontrolle der Nockenrampe 107 und des Nockenfolgers 102 verringert.

Die Nockenrampe 107 ist an der Rückseite der Bodenscheibe 124, die quer zur Achse der Reaktionsnabe 106 verläuft, befestigt. Es handelt sich bei ihr um einen nach vorne ge richteten Nocken mit einer Bodenscheibe 130 und einer vor stehenden rohrförmigen Seite 132 mit einer konturierten Außenfelge 134. Die Außenfelge 134 der Nockenrampe 107 ist mit mindestens einer, vorzugsweise zwei diametral gegen überliegenden V-förmigen Kerben 136 versehen, um eine ver änderliche Reaktionsfläche vorzusehen, die aus mindestens einem Randabschnitt mit geringer Höhe und mindestens einem Randabschnitt mit großer Höhe für den Nockenfolger 102 be steht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Rückseite der Bodenscheibe 124 der Reaktionsnabe 106 und die Rückseite der Bodenscheibe 130 der Nockenrampe 107 durch Schweißen o. ä. fest miteinander verbunden und drehen sich um einen Führungsdurchmesser der Nabenhülse 66 zwischen der Druckscheibe 82 und dem Haltering 84, der in den Nuten 76 und 78 der Nabenhülse 66 befestigt ist, und dem hinteren Ende der Keile 70 der Nabenhülse. Die Druck scheibe 82 absorbiert die aus der Axialbewegung der Nockenrampe 107 resultierende Kraft.

In den Fig. 6-10 sind diverse weitere Ausführungsformen einer Kupplungsplatte 104 und einer Reaktionsnabe 106 dar gestellt. Wie in Fig. 6 gezeigt, umfaßt die Kupplungs platte 104 ein scheibenförmiges Element mit einem inte grierten rohrförmigen Vorsprung, der eine Vielzahl von be abstandeten, radial nach innen gerichteten Keilen 138 auf weist. Die gegenüberliegende Reaktionsnabe 106 besitzt ein scheibenförmiges Element mit einer integrierten vorstehen den rohrförmigen Seite, die eine Vielzahl von beabstande ten, auswärts gerichteten Umfangskeilen 140 aufweist, die mit den einwärts gerichteten Keilen 138 der Kupplungs platte 104 kämmen. An der Rückseite der Reaktionsnabe 106 ist die Nockenrampe 107 befestigt, wie in Fig. 3 gezeigt.

Bei der Kupplungsplatte 104 der Fig. 7 handelt es sich um ein allgemein kegelstumpfförmiges Element mit einem rohr förmigen Vorderabschnitt und einer hinteren Felge zur Er höhung der Festigkeit. Der rohrförmige Vorderabschnitt um faßt eine Vielzahl von beabstandeten, radial einwärts ge richteten Umfangskeilen 142. Die gegenüberliegende Reak tionsnabe 106 besitzt ein scheibenförmiges Element mit ei ner integrierten vorstehenden rohrförmigen Seite, die eine Vielzahl von beabstandeten, auswärts gerichteten Umfangs keilen 144 aufweist, die mit den radial einwärts gerichte ten Keilen 142 der Kupplungsplatte 104 kämmen. Die in Fig. 3 gezeigte Nockenrampe 107 ist ebenfalls an der Rück seite der Reaktionsnabe 106 befestigt.

Bei einer weiteren in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform können die Kupplungsplatte 104 und die Reaktionsnabe 106 als ein Element ausgebildet sein, das die allgemeine Form eines abgestuften kegelstumpfförmigen Elementes 105 be sitzt. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist eine Nockenrampe 107 an der Rückseite des abgestuften kegelstumpfförmigen Elemen tes 105 befestigt.

Wie in Fig. 9 gezeigt, umfaßt die Kupplungsplatte 104 ein kegelstumpfförmiges Element, das ein vorstehendes rohrför miges Element aufweist, welches eine Vielzahl von beab standeten, einwärts gerichteten Umfangskeilen 146 auf weist. Die Reaktionsnabe 106 ist ein Scheibenelement mit einem integrierten vorstehenden rohrförmigen Element, das eine Vielzahl von beabstandeten, auswärts gerichteten Um fangskeilen 148 besitzt, die mit den Keilen 146 der Kupplungsplatte 104 kämmen. Zwischen der Kupplungsplatte 104 und der Reaktionsnabe 106 befindet sich eine Feder 120 zum Vorspannen der Kupplungsplatte gegen die elektromagne tische Spule 122. An der Rückseite der Kupplungsplatte 104 ist die Nockenrampe 107 befestigt, wie in Fig. 3 gezeigt.

Wie die Fig. 3 und 5-10 zeigen, ist vor der Nockenrampe 107 zwischen der Nockenrampe und dem Zwischenhaltering der Nabenhülse 66 ein Nockenfolger 102 angeordnet. Der Nocken folger 102 besitzt ein Scheibenelement mit Innenzähnen 150, die sich radial nach innen erstrecken und mit den Keilen 70 der Nabenhülse 66 kämmen. Zwei Zinkenelemente 152 erstrecken sich vom Außenrand des Scheibenelementes des Nockenfolgers 102 radial nach außen und nach vorne. Die Zinkenelemente 152 sind zur Achse 26 hin nach innen abgestuft und erstrecken sich in Längsrichtung über diame tral gegenüberliegende Abflachungen 154, die zwischen den Zähnen 92 der Felge 90 des Drehelementes 68 und der äuße ren Umfangsfläche des zylindrischen Elementes des Drehele mentes ausgebildet sind. Die sich radial nach innen er streckenden Zähne 150 des Nockenfolgers 102 und die inne ren mit Umfangsabstand angeordneten Keile 94 des Drehele mentes 68 kämmen mit äußeren, mit Umfangsabstand angeord neten Längszähnen 70 der Nabenhülse 66, um eine Axial führung für das Drehelement 68 und den Nockenfolger 102 vorzusehen, und übertragen in der eingerückten Stellung eine Drehbewegung und/oder Drehmoment von der Achse 26 auf das äußere Kupplungsgehäuse 40.

Wie in den Fig. 3, 11 und 12 gezeigt, kann ein wahlwei ser Anschlag 156 am oberen Ende des Zinkenelementes 152 des Nockenfolgers 102 vorgesehen sein, um den Nockenfolger relativ zur Nockenrampe 107 zu positionieren und als Gleitrampenfläche zur Aufnahme einer komplementär ausge bildeten eingekerbten Nockenrampenfläche zu wirken.

Die Eingriffsfeder 98 und die Rückführeinheit 100 sind so angeordnet, daß sie das Drehelement 68 zwischen der ersten Position und der zweiten Position auf nachgiebige Weise vorspannen. Wie die Fig. 2 und 5-10 zeigen, ist die Eingriffsfeder 98 zwischen dem Nockenfolger 102 und dem Drehelement 68 angeordnet. Sie beaufschlagt das Drehele ment 68 mit einer vorwärts gerichteten Axialkraft, wenn eine Rückzugsfeder 101 der Rückführeinheit 100 vom Nocken folger 102 komprimiert wird, wie weiter unten beschrieben.

Die Rückführeinheit 100 umgibt das zylindrische Element des Drehelementes 68. Sie umfaßt eine als Schraubenfeder ausgebildete Rückzugsfeder 101, die zwischen gegenüberlie genden Federhalteringen 158 angeordnet ist. Vor der Rück führeinheit 100 befinden sich eine Federlagerscheibe 160 und eine Federhalteklemme 80. Die Federhalteklemme 80 ist in einer vorderen Nut 74 der Nabenhülse 66 befestigt und wirkt der vorwärts gerichteten Axialbewegung der Rück führeinheit 100 und des Drehelementes 68 auf der Naben hülse 66 entgegen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die von der Rückzugsfeder 101 ausgeübte Kraft größer als die entgegengesetzte Kraft der Eingriffsfeder 98.

Wie in den Fig. 2-10 gezeigt, erstrecken sich die Zin kenelemente 152 des Nockenfolgers 102 über die Felge 90 zwischen den Zähnen 92 des Drehelementes innerhalb der Ab flachungen 154 derart, daß während des Einrückens der Ver riegelungsnabeneinheit die Fläche 162 die innerhalb der Federhalteringe 158 angeordnete Rückzugsfeder 101 zwischen der Federlagerscheibe 160 und der Fläche 162 der Zinken elemente 152 des Nockenfolgers 102 zusammenpreßt.

Drehfest um die Achse 26 ist eine elektromagnetische Ein richtung zur Aktivierung der Bewegungseinrichtung angeord net. Diese elektromagnetische Aktivierungseinrichtung um faßt eine elektromagnetische Spule 122 und eine Druck scheibe 166, die an einer Spindel 24 befestigt ist, die drehfest um die Achse 26 angeordnet ist. Die Spindel 24 ist ein Hohlzylinder, der konzentrisch zwischen dem Rotor 16 und der Achse 26 und axial hinter der Nabenhülse 66 an geordnet ist. Eine Distanzscheibe 171 besitzt radial ein wärts verlaufende Zähne, die mit den Keilen 30 der Achse 26 in Eingriff stehen und das hintere Ende der Nabenhülse 66 sowie das vordere Ende der Spindel 24 schützen. Die Außenseite der Spindel 24 weist ein mit einem Gewinde ver sehenes Vorderende 168 und einen durch eine Stufe 172 ab getrennten Abschnitt 170 mit vergrößertem Durchmesser auf. Wie in den Fig. 5-10 gezeigt, sind zwischen der Außen fläche der Spindel 24 und der Innenfläche des Rotors 16 Lager 174 angeordnet, die den Rotor 16 derart lagern, daß sich die Achse 26 und der Rotor relativ zur Spindel 24 frei drehen.

Auf das vordere Ende 168 der Spindel 24 ist ein Halteele ment 180 geschraubt, über das die elektromagnetische Akti vierungseinrichtung drehfest um die Achse 26 angeordnet ist. Wie in den Fig. 3 und 5-10 gezeigt, umfaßt das Halteelement 180 mindestens eine zylindrische Haltemutter, die auf eine oder beide Seiten der elektromagnetischen Spule 122 geschraubt ist, um die Spule zu halten. Das Hal teelement 180 umfaßt eine oder mehrere mit Umfangsabstand angeordnete Bohrungen 184, die in der Vorderseite des Halteelementes ausgebildet sind. Schlitze 186 können parallel zur Mittelachse um den Umfang des Halteelementes 180 aus gebildet sein, um das Aufschrauben des mit dem Gewinde versehenen Halteelementes auf die Gewindespindel 24 zu un terstützen.

Ein Ringkanal 176 kann zwischen der Spindel 24 und der Achse 26 ausgebildet sein und wirkt als Kanal für einen Draht 178, ein Kabel, eine Faseroptik u. a. zur Zu führung von elektrischer Energie und eines Signales zur Aktivierung der Verriegelungsnabeneinheit 18, wie nachfol gend detaillierter beschrieben. Der Ringkanal 176 kann auch als Leitung zur Montage von Lagern, Muttern und ande ren koaxialen Elementen über dem Draht, dem Kabel oder der Faseroptik dienen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden elektrische Energie und/oder Signale über einen Draht 178 zu einem Anschlußblock 188 (Fig. 14-16) der Druckscheibe 166 geführt und mit einem Signalprozessor 189 in Verbindung gebracht, wie die Fig. 3, 5 und 13-16 zeigen. Wie in den Fig. 13-16 dargestellt, ist die Druckscheibe 166 ein scheibenförmiges Element, das eine Vielzahl von Isolatorringen 190 umfaßt, die die Druck scheibe in einen inneren Haltering 192, Sensorleiterringe 194 und Leiterringe 196 für die elektromagnetische Spule unterteilen. Ein oder mehrere Stifte 198, die mit Abstand um den Umfang des Halteringes 192 angeordnet sind, er strecken sich derart durch die Druckscheibe 166, daß sie in Zusammenwirkung mit Bohrungen 184 des Halteelementes 180 die Druckscheibe am Halteelement befestigen. Es ver steht sich, daß die Druckscheibe 166 auch über nahezu jede andere geeignete Einrichtung am Halteelement 180 befestigt sein kann, beispielsweise über Schrauben, durch Schweißen, durch Kleben u. a.

Auf die Spindel 24 vor der Druckscheibe 166 ist eine elek tromagnetische Spule 122 geschraubt, die eine mit einem Gewinde versehene Innenbohrung besitzt. Die elektromagne tische Spule 122 weist allgemein Ringform auf und besteht aus verkapselten Drahtinnenwindungen. Bei einer bevorzug ten Ausführungsform, wie sie in den Fig. 3 und 5 ge zeigt ist, steht ein Bund 200 axial von der Vorderseite der elektromagnetischen Spule 122 vor und unterstützt das Aufschrauben der mit dem Gewinde versehenen elektromagne tischen Spule auf die mit dem Außengewinde versehene Spin del.

Um die Relativlage der zweiten drehbaren Einheit und der Bewegungseinrichtung in bezug auf die elektromagnetische Einrichtung zu ermitteln, können Detektionssensoren ver wendet werden. Geeignete Detektionssensoren umfassen Hall- Sensoren 202 in Verbindung mit Magneten 204 und/oder Nähe rungsschalter 206 in Verbindung mit Positionsmarkierungen 207.

Wie in Fig. 3 gezeigt, können die Magneten 204 an der Na benhülse 66 und der Reaktionsnabe 105 befestigt sein, und die Hall-Sensoren 202 können zusammen mit dem Ende des Bundes 200 oder dem Ende der Spindel 24 ausgebildet oder hieran befestigt sein. Die Magneten 204 und die Hall-Sen soren 202 erzeugen zusammen ein variierendes Signal, da das Magnetfeld des Sensors durch die Magneten unterbrochen wird, wenn sich diese um die Achse 28 drehen. Wie in Fig. 3 gezeigt, drehen sich die Magneten 204 der Nabenhülse 66 zusammen mit der Achse 26, während die Magneten 204 der Reaktionsnabe 106 um die Achse rotieren, um zur Ermittlung der Relativdrehung zwischen zwei separat rotierenden Ein heiten und der Magnetspule 122 beizutragen. Das variierende Signal wird dann einem Signalprozessor 189 zu geführt, der die relative Winkelverschiebung eines jeden rotierenden Teiles berechnet, um zu ermitteln, ob sich die Verriegelungsnabeneinheit 18 in der ersten Position oder in der zweiten Position befindet.

Bei noch einer weiteren Ausführungsform, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist, ist ein Positionsmarkierungselement 207, wie eine Scheibe oder ein anderes zylindrisches Ele ment, das ein oder mehrere gleichmäßig beabstandete Um fangsschlitze oder Öffnungen enthält, an der Achse 26 be nachbart zu dem an der Spindel 24 montierten Näherungs schalter 206 angeordnet. Der Näherungsschalter 206 kann auch über der elektromagnetischen Spule 122 und/oder be nachbart zu einer kegelstumpfförmigen zylindrischen Trom mel angeordnet sein, wie die Fig. 6, 7, 8 und 10 zei gen. Die Ausführungsform der Fig. 6, 7, 8, 9 und 10 benötigt Positionsmarkierungselemente und Näherungsschal ter, um die an der Nockeneinheit befestigten Magneten 204 und den zugehörigen Hall-Sensor 204 der Ausführungsform der Fig. 1 bis 5 zu ersetzen. Die Hall-Sensoren 202 und/oder die Näherungsschalter 206 können über den Draht 178 oder einen Gleitkontakt mit dem geeigneten Ring 194 der Druckscheibe 166 mit Strom versorgt werden.

Zwischen die Kappe 42 und die Nabenhülse 66 ist eine Axiallagereinheit 212 gespannt. Diese Axiallagereinheit 212 umfaßt eine Lagerringfeder 214, einen Lagerbund 216, eine Lagerklemme 218 und einen Lagerring 88 mit im wesent lichen dem gleichen Durchmesser wie dem Innendurchmesser der Nabenhülse 66. Der Lagerring 88 gleitet über die Außenseite des zylindrischen Lagerbundes 216 und ist über Lagerklemmennasen daran befestigt, die mit einer Öffnung des Lagerbundes auf flexible Weise in Eingriff stehen. Die Lagerringfeder 214 ist innerhalb einer Einkerbung 222 in der Kappe 42 gegen den Lagerbund 216 positioniert, um die Axiallagereinheit 212 benachbart zur Nabenhülse 66 zu hal ten und auf diese Weise das vordere Ende der Nabenhülse drehbar zu lagern.

Um den Rotor 16 einzurücken, erregt ein elektrisches Signal von einem Signalprozessor 189 durch den Draht 178 die elektromagnetische Spule 122 über die Druckscheibe 166. Die elektromagnetische Spule 122 und die Kupplungs platte 104 umfassen eine elektromagnetische Kupplung oder Bremse. Durch die von der elektromagnetischen Spule 122 erzeugte magnetische Anziehung wird die Kupplungsplatte 104 der Nockeneinheit 96 an der elektromagnetischen Spule fixiert und dadurch die Nockeneinheit in einer festen Po sition verriegelt, wenn sich die Achse 26, die Nabenhülse 66, das Drehelement 68 und der Nockenfolger 102 drehen.

Wenn sich der Nockenfolger 102 um die Achse 26 dreht, be wegen sich die Zinkenelemente 152 aus den V-förmigen Ker ben 136 bis zu einem Randabschnitt großer Höhe entlang der konturierten Randfläche der Nockenrampe 107 der Nockenein heit 96 und treiben auf diese Weise den Nockenfolger 102 axial nach vorne. Wenn sich der Nockenfolger 102 axial nach vorne bewegt, wird die Rückzugsfeder 101 komprimiert und auf diese Weise der nach hinten wirkende Druck der Rückzugsfeder abgebaut. Die Eingriffsfeder 98 kann das Drehelement 68 axial vorwärts in kämmenden Eingriff mit den Zähnen 52 des äußeren Kupplungsgehäuses 40 drücken, um die Achse 26 derart mit dem Rotor 16 zu verbinden, daß sich die automatische Verriegelungsnabeneinheit in der ersten Position befindet.

Die Bewegung der Klinkenelemente 152 die Rampe der V-för migen Kerben 136 bis zu dem Randabschnitt mit großer Höhe hinauf aus der in Fig. 11 gezeigten Position in die in Fig. 12 gezeigte Position neigt ferner dazu, die Reak tionsnabe 106 in der gleichen Richtung wie den Nockenfol ger 102 zu drehen. Durch irgendeine geringfügige Drehung werden jedoch die Reaktionsnabe 106 und die Kupplungs platte 104 infolge der Wechselwirkung der ausgebogten Felge 128 der Reaktionsnabe 106 und der Rampenflächenein heit 14 der Kupplungsplatte 104 auseinandergespreizt. Durch diesen Spreizvorgang wird die Kupplungsplatte 104 gegen die elektromagnetische Spule 122 gepreßt und die Haltekraft oder das Drehmomentübertragungsvermögen der elektromagnetischen Kupplung in Abhängigkeit von einem Wechsel der Betriebsart erhöht.

Wenn sich der Nockenfolger 102 dreht und axial vorwärts bewegt, drehen sich auch die an der Nabenhülse 66 (oder dem Positionsmarkierungselement 207) befestigten Magneten 204 relativ zu den Magneten 204, die an der Reaktionsnabe 106 (oder einem Positionsmarkierungselement, das an der Nockeneinheit befestigt ist) fixiert sind. Die Hall-Senso ren 202 (oder Näherungsschalter) erzeugen Signale für den Signalprozessor 189, die dazu dienen, die relative Winkel verschiebung des Nockenfolgers in bezug auf die Nockenein heit zu ermitteln. Wenn die Verschiebung eine vorgegebene Gradzahl erreicht, die anzeigt, daß der Nockenfolger 102 korrekt positioniert ist, so daß das Drehelement 68 unter der Wirkung der Eingriffsfeder 98 mit dem Kupplungsgehäuse 40 in Eingriff treten kann, unterbricht der Signalprozes sor 189 die Stromzufuhr zur elektromagnetischen Spule 122. Die elektromagnetische Spule 122 wird aberregt, so daß das Magnetfeld zusammenbricht und sich die Kupplungsplatte 104 und Nockenrampe 107 der Nockeneinheit 96 frei von der elektromagnetischen Spule 122 drehen können.

Um die Verriegelungsnabeneinheit 18 aus der ersten Posi tion auszurücken, erregt ein elektrisches Signal vom Signalprozessor 189 erneut die elektromagnetische Spule 122 und verhindert auf diese Weise, daß sich die Kupplungsplatte 104, Reaktionsnabe 106 und Nockenrampe 107 der Nockeneinheit 96 drehen. Der sich drehende Nockenfol ger 102 bewegt sich vom Randabschnitt großer Höhe der kon turierten Randfläche der Nockenrampe 107 der Nockeneinheit 96 bis zum Randabschnitt geringer Höhe der V-förmigen Ker ben 136 der Nockenrampe 107 der Nockeneinheit, so daß der sich drehende Nockenfolger axial nach hinten bewegt wird. Wenn sich der Nockenfolger 102 axial nach hinten bewegt, drückt die Rückzugsfeder 101 das Drehelement 68 aus dem Eingriff mit dem äußeren Kupplungsgehäuse heraus und preßt die Eingriffsfeder 98 zwischen dem Drehelement 68 und dem Nockenfolger 102 zusammen. Nachdem der Hall-Sensor 303 und/oder der Näherungsschalter 206 abgetastet haben, daß sich die erste drehbare Einheit um eine vorgegebene Grad zahl gedreht hat, unterbricht der Signalprozessor 189 die Stromzufuhr zur elektromagnetischen Spule 122 und gibt auf diese Weise die Kupplungsplatte 104, Reaktionsnabe 106 und Nockenrampe 107 der Nockeneinheit 96 frei, so daß sich diese frei und synchron mit dem Nockenfolger 102 drehen können. Der Rotor 16 und die Verriegelungsnabeneinheit 18 sind nunmehr ausgerückt und befinden sich in der zweiten Position.

Obwohl die Funktionsweise der Verriegelungsnabeneinheit 18 in Verbindung mit der in den Fig. 2-5 gezeigten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrie ben wurde, versteht es sich für den Fachmann, daß das gleiche Funktionsprinzip auch bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Anwendung finden kann, die in den Fig. 6-10 dargestellt sind.

Wie die Fig. 10 und 17 zeigen, kann die Verriegelungs nabeneinheit 18 auch eine Synchronisationseinheit 224 auf weisen, um die richtige Ausrichtung der ersten drehbaren Einheit und der zweiten drehbaren Einheit ohne Zahnradauf prall während des Betriebes zu unterstützen. Wie in den Fig. 17-19 gezeigt, kann die Eingriffsfeder 98 das Drehelement 68 so unter Druck setzen, daß eine Synchroni sationseinheit 224, die über Lager 226 mit der ersten drehbaren Einheit drehfest verbunden und im Preßsitz in einer in der Kappe 42 ausgebildeten Kerbe angeordnet ist, aktiviert wird.

Die Synchronisationseinheit 224 besitzt eine Synchronisa tionsmanschette 228, einen Konusring 230 und eine Vielzahl von Streben 232. Die Synchronisationsmanschette 228 ist ein rohrförmiges Element mit einem Schlitz 234, der um den Außenumfang des Elementes herum ausgebildet ist, um einen Stift 236 aufzunehmen, der sich vom Drehelement 68 aus er streckt. Im Abstand um den Innenumfang der Synchronisa tionsmanschette 228 sind Keile 238 angeordnet, um min destens drei mit Umfangsabstand angeordnete Streben 232 aufzunehmen. Die Streben 232 erstrecken sich in Längsrich tung innerhalb der Keile 238 und sind durch Federn 240 um einen Ring schwenkbar ausbalanciert. Vor den Streben 232 ist der Konusring 230 angeordnet. Er umfaßt eine konische Bremsfläche 242 am hinteren Ende des Ringes und eine Viel zahl von beabstandeten, radial auswärts gerichteten Zähnen 244 am vorderen Ende des Außendurchmessers des Ringes.

Wenn sich im Betrieb das Drehelement 68 in Axialrichtung von der zweiten Position in die erste Position bewegt, tritt der sich vom Drehelement aus erstreckende Stift 236 mit der vorderen Seitenfläche des Schlitzes 234 der Synchronisationsmanschette 228 in Eingriff, wodurch die Synchronisationsmanschette nach vorne bewegt wird, wie in Fig. 18 gezeigt. Die Streben 232 werden verschwenkt und bewirken, daß das vordere Ende der Strebe mit der konischen Bremsfläche 242 des Konusringes 230 in Reibein griff tritt und eine Verzögerung der zweiten drehbaren Einheit bewirkt.

Wenn die Synchronisationsmanschette 228 vom Stift 236 nach vorne gedrückt wird, treten die Innenkeile 238 an der Synchronisationsmanschette 228 mit den Zähnen 244 des Ko nusringes 230 in Eingriff. Beim Eingriff der Innenkeile 238 mit den Zähnen 244 des Konusringes 230 wird die Achse 26 synchron zum sich drehenden Rad 14, und das Drehelement 68 tritt mit dem äußeren Kupplungsgehäuse 40 in Eingriff, das die erste drehbare Einheit mit der zweiten drehbaren Einheit verbindet, wie in Fig. 19 gezeigt.

Fig. 20 zeigt ein Kegelraddifferential 310, das eine elektromagnetisch betätigte Zahnradkupplungseinheit oder Verriegelungseinheit 312 gemäß der Erfindung aufweist.

Das Kegelraddifferential 310 umfaßt ein Gehäuse 314, das drehbar ein Gehäuse 316 lagert, welches ein Außenringrad 318, ein inneres Drehkreuz 319 und eine Vielzahl von inne ren Kegelrädern 320 trägt, die drehbar an Radialstiften 321 des Drehkreuzes montiert sind und von denen eines ge zeigt ist. Das Ringrad 318 wird normalerweise durch ein Antriebskegelrad angetrieben, das an der Antriebswelle ei nes Kraftfahrzeuges (nicht gezeigt) befestigt ist. Folg lich bilden das Gehäuse 316 und die inneren Kegelräder 320 das drehbare Eingangselement des Differentials 310, das klassisch als Planetenradsatz beschrieben wird, der drei relativ zueinander drehbare Antriebselemente aufweist. In diesem Fall sind die anderen beiden Antriebselemente die Seitenzahnräder 322 und 324, die an den entsprechenden Ausgangsachswellen 326 und 328 befestigt sind, deren be nachbarte Enden in Lagern gelagert sind, welche in die Bohrung des Drehkreuzes 19 gepreßt sind. Das soweit be schriebene Differential 310 funktioniert in bekannter Weise und ermöglicht, daß die Ausgangsachswellen 326 und 328 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gedreht werden können, um eine Anpassung an Drehmanöver, Reifengrößenän derungen etc. zu ermöglichen.

Es ist ferner bekannt, daß ein Differential so gesperrt werden kann, daß sich alle drei Antriebselemente gemeinsam mit der gleichen Geschwindigkeit drehen, indem zwei belie bige Elemente der drei Antriebselemente miteinander ver riegelt werden. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung findet eine elektromagnetisch betätigte Verriegelungsein heit zum Verriegeln von zwei der drei Antriebselemente Verwendung.

Die Differentialverriegelungseinheit 312 umfaßt allgemein eine erste drehbare Einheit, eine zweite drehbare Einheit, die ein axial bewegliches Drehelement aufweist, eine Ein richtung zum Bewegen des Drehelementes in Axialrichtung zwischen einer ersten und einer zweiten Position und eine nicht drehbare elektromagnetische Einrichtung, die nicht drehbar in bezug auf die drehbaren Einheiten fixiert ist, um die sich axial bewegende Einrichtung zu betätigen.

Bei dieser Ausbildung der Differentialeinheit 310 steht die erste drehbare Einheit mit der zweiten drehbaren Ein heit in Eingriff, um eine gleichzeitige Drehung in die erste Position durchzuführen. In der zweiten Position ist die erste drehbare Einheit von der zweiten drehbaren Ein heit ausgerückt, um eine Relativdrehung zwischen den bei den Einheiten zu ermöglichen.

Die erste drehbare Einheit umfaßt ein Differentialgehäuse 316 und eine einstückig damit ausgebildete Verlängerung des Gehäuses 316, die ein äußeres Kupplungsgehäuse 330 bildet. Das äußere Kupplungsgehäuse 330 ist rohrförmig ausgebildet und besitzt Innenzähne 332.

Die zweite drehbare Einheit ist konzentrisch innerhalb der ersten drehbaren Einheit angeordnet. Sie umfaßt eine Na benhülse 334 und ein axial bewegliches Drehelement 336. Die Nabenhülse 334 stellt einen einstückigen Keil des Sei tenzahnrades 324 dar, das durch zueinander passende Innen- und Außenkeile, die mit Umfangsabstand angeordnet sind und miteinander kämmen, an der Achswelle 28 befestigt ist.

Das axial bewegliche Drehelement 336 ist ein Kupplungs zahnrad o. ä., das ein rohrförmiges Element aufweist, welches eine radial verlaufende Felge 338 besitzt, die mit Umfangsabstand angeordnete, sich radial nach außen er streckende Zähne 340 aufweist. Im Inneren des rohrformigen Elementes sind Innenkeile angeordnet, die gleitend mit ge raden Außenkeilen der Nabenhülse 334 in Eingriff stehen.

Die Einrichtung zur Bewegung des Drehelementes 336 zwischen der ersten Position und der zweiten Position um faßt eine Nockeneinheit 342, eine Eingriffsfeder 344, eine Rückzugsfedereinheit 346 und einen axial beweglichen Nockenfolger 348.

Die Nockeneinheit 342 wirkt als Reaktionsfläche für den Nockenfolger 348, um die Axialbewegung des Nockenfolgers zu verwirklichen. Die Nockeneinheit 342 umfaßt eine Kupplungsplatte 350, eine Reaktionsnabe 352 und eine Nockenrampe 354, die alle konzentrisch zur Achswelle 328 und Nabenhülse 334 frei drehbar sind. Die Kupplungsplatte 350, Reaktionsnabe 352 und Nockenrampe 354 sind vorzugs weise als separate Elemente ausgebildet, um eine bessere Toleranzkontrolle bei der Montage und Herstellung zu er möglichen. Die Kupplungsplatte und/oder Reaktionsnabe und/oder Nockenrampe können jedoch auch als ein oder zwei Elemente ausgebildet sein und gleich gut funktionieren.

Die Kupplungsplatte 350 ist benachbart zu einer vertikalen Vorderseite eines Elektromagneten 356 angeordnet und rohr förmig ausgebildet, wobei sie einen hinteren Flansch 358 und einen Ringkörper 360 umfaßt. Die äußere zylindrische Fläche des Ringkörpers 360 ist so konturiert, daß sie ge genüberliegende radiale Rampenflächen 362 für einen verän derlichen Flächenkontakt mit einer angepaßten radialen Reaktionsfläche 364, die an einer ringförmigen Verlänge rung 366 ausgebildet ist, die einen Teil der Reaktionsnabe 352 bildet, umfaßt.

Ein oder mehrere zylindrische Haltestifte 68 können sich von der äußeren zylindrischen Fläche des Ringkörpers 360 quer durch einen Längsschlitz 370 erstrecken, der in der Verlängerung 366 der Reaktionsnabe 352 ausgebildet ist, um die Montage und den Transport der Teile vor dem Zusammen bau zum Differential 310 zu vereinfachen. Eine wahlweise angeordnete Vorbelastungs-Schraubenfeder 372 ist zwischen die Kupplungsplatte 350 und die Reaktionsnabe 352 ge spannt, um die Kupplungsplatte 350 benachbart zum Elektro magneten 356 zu halten und auf diese Weise einen übermäßig großen Spalt zwischen dem Elektromagneten 356 und der Kupplungsplatte 350 zu verhindern.

Die Reaktionsnabe 352 ist vor der Kupplungsplatte 350 an geordnet. Sie ist ein allgemein nach hinten gerichteter Nocken mit einem vorderen Flansch und einer ausgebogten Felge, die in die äußere zylindrische Fläche der ringför migen Verlängerung 366 eingeschnitten ist, welche die ra diale Reaktionsfläche 364 zum Eingriff mit den passenden Rampenflächen 362 der Kupplungsplatte 350 vorsieht. Dieser Eingriff der Reaktionsnabe 352 sorgt für Bewegungsfreiheit des Differentialgehäuses 316 und reduziert die Erfordernis einer Positionstoleranzkontrolle der Nockenrampe 354 und des Nockenfolgers 348.

Die Nockenrampe 354 ist an der Rückseite des vorderen Flansches der Reaktionsnabe 352 fest angebracht. Es han delt sich bei ihr um einen nach vorne gerichteten Nocken mit einem hinteren Flansch 374 und einer vorstehenden rohrförmigen Seite 376, die eine konturierte Außenfelge 378 aufweist. Die Außenfelge 378 der Nockenrampe 354 um faßt mindestens eine und vorzugsweise zwei diametral ge genüberliegende V-förmige Kerben 380, die eine veränder liche Reaktionsfläche bilden, welche aus mindestens einem Randabschnitt mit geringer Höhe und mindestens einem Randabschnitt mit großer Höhe für den Nockenfolger 348 be steht. Die Rückseite des vorderen Flansches der Reaktions nabe 352 und die Rückseite des hinteren Flansches 374 der Nockenrampe 354 sind durch Verschweißen o.a. fest mitein ander verbunden und drehen sich um eine Führung 382 der Nabenhülse 334 zwischen einer Druckscheibe und einem Haltering 384, der innerhalb einer Nut der Nabenhülse 334 und dem hinteren Ende von Keilen 386 der Nabenhülse befestigt ist. Die Druckscheibe und der Haltering 384 absorbieren die aus der Axialbewegung der Nockenrampe 354 resultie rende Kraft.

Der Nockenfolger 348 ist vor der Nockenrampe 354 angeord net. Er besitzt ein Scheibenelement 390 mit Innenzähnen, die mit den Keilen 386 der Nabenhülse 334 zwischen der Nockenrampe und einem Zwischenhaltering 388, der zur Hal terung des Drehelementes 336 an der Nabenhülse 334 be festigt ist, kämmen. Zwei Klinkenelemente 392 erstrecken sich von einem Außenrand des Scheibenelementes 390 des Nockenfolgers 348 radial nach außen und dann nach vorne. Die sich nach vorne erstreckenden Abschnitte der Klinken elemente 392 verlaufen zwischen den Zähnen 340 der Felge 338 und sind dann nach innen hinter die Felge 338 abge stuft, wobei sie in diametral gegenüberliegenden äußeren Abflachungen 394 enden, die im rohrförmigen Element des Drehelementes 336 ausgebildet sind. Die Innenzähne des Nockenfolgers 348 und die inneren mit Umfangsabstand ange ordneten Keile 396 des Drehelementes 336 kämmen mit äuße ren mit Umfangsabstand angeordneten Längskeilen 388 der Nabenhülse 334 und sehen eine Axialführung für das Dreh element 336 und den Nockenfolger 348 vor. In der einge rückten Position übertragen sie Drehbewegung und/oder Drehmoment auf die Axialwelle 328 und die Nabenhülse 334 vom äußeren Kupplungsgehäuse 330 und Differentialgehäuse 316.

Ein wahlweiser Anschlag 398 kann an der Ecke des Klinken elementes 392 angeordnet sein, um den Nockenfolger 348 re lativ zur Nockenrampe 354 zu positionieren und als Gleitrampenfläche zur Aufnahme einer komplementär einge kerbten Nockenrampenfläche zu wirken.

Die Eingriffsfeder 344 und die Rückführeinheit 346 sind so angeordnet, daß sie das Drehelement 336 zwischen der ersten Position und der zweiten Position nachgiebig vor spannen. Die Eingriffsfeder 344 ist zwischen dem Nocken folger 348 und dem Drehelement 336 angeordnet. Sie bringt eine vorwärts gerichtete Axialkraft auf das Drehelement 336 auf, wenn eine Rückzugsfeder 400 der Rückführeinheit 346 vom Nockenfolger 348 komprimiert wird, wie nachfolgend beschrieben. Die Rückzugsfedereinheit 346, die das zylin drische Element des Drehelementes 336 umgibt, besitzt eine Schraubenfeder 400, die zwischen Federhalteringen 402 und 403 angeordnet ist. Das integrierte Seitenzahnrad 324 ist vor der Rückzugsfedereinheit 346 angeordnet und steht mit dem Federhaltering 402 in Eingriff, um die vorwärts ge richtete Axialbewegung der Rückzugsfedereinheit 346 und des Drehelementes 336 an der Nabenhülse 334 zu verhindern.

Der Federhaltering 403 steht mit Steigflächen 393 der Klinkenelemente 392 in Eingriff, die gegen die Felge 338 des Drehelementes 336 stoßen. Während des Verriegelungs eingriffs komprimieren die Steigflächen 393 der Klinken elemente 392 und die Felge 338 die Rückzugsfeder 400, die vorzugsweises eine Kraft besitzt, die größer ist als die entgegengesetzt gerichtete Kraft der Eingriffsfeder 344.

Eine elektromagnetische Einrichtung zum Aktivieren der vorstehend beschriebenen Bewegungseinrichtung ist drehfest im Achsgehäuse 314 angeordnet, so daß sie sich nicht rela tiv zur Achswelle 328 und zum Differentialgehäuse 316 dreht. Die elektromagnetische Einrichtung zum Aktivieren umfaßt den Elektromagneten 357, der eine verkapselte elek tromagnetische Spule 358 aufweist, die in einer Hülle be festigt ist, welche einen Ring 359 aus magnetisierbarem Material aufweist, und kann eine Druckscheibe umfassen, wie sie in den Fig. 14 bis 16 gezeigt und vorher be schrieben wurde.

Ein Durchgang (nicht gezeigt) kann im Achsgehäuse 314 aus gebildet sein, um Kanäle für Drähte, Kabel, Faseroptiken u. a. zu bilden, damit elektrischer Strom und Signale zur Betätigung der Differentialverriegelung 312 zugeführt wer den können. Elektrischer Strom und/oder Signale werden von einer Stromquelle und einer Steuerquelle, wie beispiels weise einem Mikroprozessor 404, über einen Draht 406 zur elektromagnetischen Spule 358 über eine Druckscheibe o. ä. geführt.

Um die Relativlage der zweiten drehbaren Einheit und der Bewegungseinrichtung in bezug auf die elektromagnetische Einrichtung zu ermitteln, können Detektionssensoren Ver wendung finden. Geeignete Detektionssensoren umfassen Hall-Sensoren 408 und 410 in Verbindung mit Umfangsreihen von Magneten 412 und 414, wie sie vorstehend in Verbindung mit der Ausführungsform der Fig. 1-5 beschrieben wur den.

Wie in den Fig. 20 und 23 gezeigt, können die Hall-Sen soren 408 und 410 an einem integrierten Bund des Achsge häuses 314 befestigt sein, der sich innerhalb des Elektro magneten 356 befindet, während die Magneten 412 und 414 an der Reaktionsnabe 352 und der Nabenhülse 334 befestigt sein können. Die Hall-Sensoren 408 und 410 und die Magne ten 412 und 414 erzeugen zusammen zwei variierende Signale infolge der Unterbrechung der entsprechenden Sensormagnet felder durch die entsprechenden Magnetreihen 412 und 414, wenn sich die Reaktionsnabe 352 und die Nabenhülse 334 drehen. Diese beiden variierenden Signale werden dazu ver wendet, um die entsprechenden Relativdrehungen der Nocken einheit 342 und des Nockenfolgers 348, der auf die Naben hülse 334 aufgekeilt ist, in bezug auf das feste Achsge häuse 314 zu ermitteln. Die variierenden Signale werden dem Mikroprozessor 404 zugeführt, der die Signale verwen det, um die relative Winkelverschiebung der Nockeneinheit 342 in bezug auf den Nockenfolger 348 zu bestimmen. Diese relative Winkelverschiebung zeigt, ob die elektromagne tisch eingerückte Verriegelung 312 eingerückt ist oder nicht. Die relative Winkelverschiebung der Nockeneinheit 342 relativ zum Nockenfolger 348 zeigt die Axialposition des axial beweglichen Drehelementes 336 an und zeigt fer ner an, ob sich dieses in der ersten Position im Eingriff mit dem äußeren Kupplungsgehäuse 330 für eine gleichzei tige Drehung oder in der zweiten Position gemäß Fig. 24 befindet, in der das Element 336 vom äußeren Kupplungsge häuse 330 ausgerückt ist, um eine Relativdrehung zwischen dem Differentialgehäuse 316 und der Achswelle 328 zu er möglichen. Die Hall-Sensoren 408 und 410 stehen über Drähte 416 und 418 mit dem Mikroprozessor 404 in Verbin dung.

Um die Differentialverriegelung 312 einzurücken, erregt ein elektrisches Signal vom Mikroprozessor 404 die elek tromagnetische Spule 357 über den Draht 406, wodurch der Ring 359 magnetisiert wird. Die durch den Elektromagneten 356 erzeugte magnetische Anziehungskraft fixiert die Kupplungsplatte 350 der Nockeneinheit 342 am Elektromagne ten 356, so daß auf diese Weise die Nockeneinheit 342 in einer festen Position verriegelt wird, wenn sich die Achs welle 328, das Seitenzahnrad 324 und die Nabenhülse 334, das Drehelement 336 und der Nockenfolger 348 weiter dre hen. Wenn sich der Nockenfolger 348 dreht, bewegen sich die Klinkenelemente 392 aus den V-förmigen Kerben 380, d. h. von einem Randabschnitt geringer Höhe (mit durchgezo genen Linien in Fig. 21 gezeigt) bis zu einem Randab schnitt großer Höhe entlang der konturierten Randfläche 378 der Nockenrampe 376 der Nockeneinheit 342 (in Fig. 21 gestrichelt gezeigt) und treiben dadurch den Nockenfolger 348 axial vorwärts, d. h. in den Fig. 20 und 21 nach links. Wenn sich der Nockenfolger 348 axial nach vorne be wegt, wird die Rückzugsfeder 400 komprimiert, wodurch der nach hinten wirkende Druck der Rückzugsfeder 400 abgebaut wird und die Eingriffsfeder 344 das Drehelement 336 axial vorwärts in die erste Position in kämmenden Eingriff mit den Zähnen 332 des äußeren Kupplungsgehäuses 330 bewegen kann. Hierdurch werden die Achswelle 328 und das Seiten zahnrad 324 mit dem Differentialgehäuse 316 verbunden, um eine gleichzeitige Drehung über die eingerückte inte grierte Nabenhülse 334 durchzuführen, so daß auf diese Weise das Differential 310 gesperrt wird.

Wenn die Kupplungsplatte 350 am Elektromagnet 356 gesperrt wird und sich der Nockenfolger 348 weiterhin dreht, werden die variierenden Signale der Hall-Sensoren 408 und 410 in konstanter Weise dem Mikroprozessor 404 zugeführt, der kontinuierlich die relative Winkel- oder Drehlage des Nockenfolgers 348 relativ zur Kupplungsplatte 350 über wacht. Wie vorstehend angedeutet, zeigt diese relative Winkellage, ob das Drehelement 336 mit dem äußeren Kupplungsgehäuse 330 in Eingriff steht oder nicht. Wenn die relative Winkellage anzeigt, daß das Drehelement 336 in Eingriff steht, unterbricht der Mikroprozessor 404 die Stromzufuhr zur elektromagnetischen Spule 358. Die elek tromagnetische Spule wird dann aberregt, so daß das Magnetfeld zusammenfällt, wodurch sich die Kupplungsplatte 350 und die Nockenrampe 354 der Nockeneinheit 342 frei vom Elektromagneten 356 und vom Gehäuse 314 drehen können.

Die Differentialverriegelung 312 bleibt eingerückt, wenn sich das Drehelement 336 in der ersten Position befindet, in der die Achswelle 328 und das Differentialgehäuse 316 für eine gleichzeitige Drehung mit Hilfe des Nockenfolgers 348, der mit dem Randabschnitt großer Höhe der Nockenrampe 376 in Eingriff steht, wie gestrichelt in Fig. 21 ge zeigt, gekoppelt sind. Die Rückzugsfeder 400 führt den Nockenfolger 348 nicht zurück, selbst wenn sie eine größere Kraft besitzt als die Eingriffsfeder 344, da der Randabschnitt großer Höhe der Nockenrampe 376 einen ent sprechenden Blockiereffekt ausübt.

Um die Differentialverriegelung 12 aus der ersten Position auszurücken, erregt ein elektrisches Signal vom Mikropro zessor 404 erneut die elektromagnetische Spule 358, wo durch verhindert wird, daß sich die Kupplungsplatte 350, Reaktionsnabe 352 und Nockenrampe 354 der Nockeneinheit 342 drehen. Der sich drehende Nockenfolger 348 bewegt sich dann vom Randabschnitt großer Höhe der konturierten Rand fläche 378 der Nockenrampe 354 zum Randabschnitt geringer Höhe der V-förmigen Kerben 380 der Nockenrampe 354 und be wegt dadurch den sich drehenden Nockenfolger 348 axial nach hinten bewegt. Wenn sich der Nockenfolger 348 axial nach hinten bewegt, drückt die Rückzugsfeder 400 das Drehelement 336 aus dem Eingriff mit dem äußeren Kupp lungsgehäuse 330 heraus und preßt die Eingriffsfeder 344 zwischen dem Drehelement 336 und dem Nockenfolger 348 zu sammen. Die Hall-Sensoren 408, 410 und der Mikroprozessor 404 detektieren dann aus der relativen Winkellage des Nockenfolgers 348 in bezug auf die Nockeneinheit, ob das Drehelement 336 ausgerückt ist. Wenn dies der Fall ist, unterbricht der Mikroprozessor 404 die Stromzufuhr zur elektromagnetischen Spule 358 und gibt auf diese Weise die Kupplungsplatte 350, Reaktionsnabe 352 und Nockenrampe 354 der Nockeneinheit 342 frei, so daß diese sich frei und synchron mit dem Nockenfolger 348 drehen können. Die Differentialverriegelung 312 wird nunmehr ausgerückt, wo bei sich das Drehelement 336 in der in Fig. 20 gezeigten zweiten Position befindet. Hierdurch werden die Achswelle 328 und das Differentialgehäuse 316 für eine Relativdre hung zueinander freigegeben, und die Differentialwirkung des Differentials 310 wird wieder hergestellt.

Die elektromagnetisch betätigte Verriegelung 312 wirkt bi direktional, da sie in Abhängigkeit von einer Drehung der Achswelle 328 im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeiger sinn einrückt und ausrückt. Die elektrisch betätigte Ver riegelung 312 kann manuell mit Hilfe eines einfachen EIN- AUS-Schalters für den Mikroprozessor 404 gesteuert werden. Sie kann ferner automatisch über ein Hilfssystem gesteuert werden. Beispielsweise kann das Differential 310 im Falle eines übermäßig starken Rutschens des Rades automatisch gesperrt werden, indem ein Radbeschleunigungssignal dem Mikroprozessor 404 von einem Beschleunigungsmesser 420 zu geführt wird, der an der Achswelle 328 befestigt und mit dem Mikroprozessor 404 verbunden ist. Dies erfolgt über einen Schleifring 422 und einen Draht 424.

Obwohl die Funktionsweise der Differentialverriegelung 12 im einzelnen in Verbindung mit der in den Fig. 20-23 dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, versteht es sich für den Fachmann, daß das gleiche Funktionsprinzip auch für andere Stellen im Differential und für andere Differentialtypen geeignet ist.

Beispielsweise kann die Differentialverriegelung 312 zum Koppeln der Achswelle 326 anstelle der Achswelle 328 mit dem Gehäuse 316 dienen, um das Differential zu sperren, oder zum Aneinanderkoppeln der Achswellen 326 und 328. Es ist lediglich erforderlich, beliebige zwei der drei An triebselemente miteinander zu verriegeln. Darüber hinaus kann das Drehelement 336 gleitend an irgendeinem der drei Antriebselemente befestigt sein. Die Differentialverriege lung 312 kann auch bei einem Planetenraddifferential eines Typs Verwendung finden, der ein Sonnenrad, Planetenträger und Ringrad besitzt, die konzentrisch angeordnet sind.

Es ist ferner möglich, Alternativen zu benutzen, um die Relativlage der zweiten drehbaren Einheit und der Bewe gungseinrichtung in bezug auf die elektromagnetische Ein richtung zu ermitteln. Eine solche Alternative ist in Ver bindung mit einem modifizierten Differential 500 in den Fig. 24 und 25 gezeigt.

Dieses modifizierte Differential 500 besitzt Näherungs schalter in Kombination mit Positionsmarkierungselementen, wie sie vorstehend in Verbindung mit der in Fig. 9 ge zeigten Ausführungsform beschrieben wurden, anstelle der Hall-Sensoren 408 und 410 und der Magnetreihen 412 und 414. Mit Ausnahme eines geeignet programmierten Mikropro zessors 504 ist das modifizierte Differential 500 sonst im wesentlichen gleich ausgebildet. Entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Diese Positionssignalerzeugungsalternative wurde in das modifizierte Differential 500 in der Form von zwei Posi tions- oder Näherungsschaltern 508 und 510 und zwei Posi tionsmarkierungselementen 512 und 514 eingebaut.

Wie die Fig. 24 und 25 zeigen, sind die Näherungsschal ter 508 und 510 an einem integrierten Bund des Achsgehäu ses 314 außerhalb des Elektromagneten 356 befestigt.

Das erste Positionsmarkierungselement 512 ist in einer axial festen Position in der Bohrung des äußeren Kupplungsgehäuses 330 gelagert, das als einstückiger Teil des Differentialgehäuses 316 ausgebildet ist. Das Gehäuse 516 des Positionsmarkierungselementes 512 liegt derart in der Bohrung, daß es durch den Nockenfolger 348 gedreht wird. Das Positionsmarkierungselement 512 besitzt ferner einen Flansch 518, der ein oder mehrere mit gleichen Um fangsabständen angeordnete Schlitze oder Öffnungen auf weist, die sich benachbart zum ersten Näherungsschalter 508 drehen, der nicht drehbar im Achsgehäuse 314 montiert ist.

Das zweite Positionsmarkierungselement 514 ist ein ein stückiges Teil der Nockeneinheit 342, genauer der Kupplungsplatte 350. In diesem Fall enthält der hintere Flansch 358 der Kupplungsplatte 350 ein oder mehrere mit gleichen Umfangsabständen angeordnete Schlitze oder Öffnungen, die sich benachbart zum zweiten Näherungsschal ter 510 drehen, der nicht drehbar im Achsgehäuse 314 mon tiert ist.

Die Näherungsschalter oder Sensoren 508 und 510 und die Positionsmarkierungselemente 512 und 514 erzeugen zusammen zwei Signale, da die Schlitze oder Öffnungen der ent sprechenden Positionsmarkierungselemente 512 und 514 die entsprechenden Sensoren 508 und 510 passieren, wenn sich die Kupplungsplatte 350 und der auf die Nabenhülse 334 ge keilte Nockenfolger 348 drehen. Diese beiden Signale die nen dazu, die entsprechenden Relativdrehungen der Nocken einheit 342 und des Nockenfolgers 348 in bezug auf das Achsgehäuse 314 zu ermitteln. Die Signale werden dem Mikroprozessor 504 zugeführt, der die Signale verwendet, um die relative Winkelverschiebung der Nockeneinheit 342 in bezug auf den Nockenfolger 348 zu bestimmen. Diese re lative Winkelverschiebung zeigt, ob die elektromagnetisch eingerückte Verriegelung 312 eingerückt ist oder nicht. Mit anderen Worten, die relative Winkelverschiebung der Nockeneinheit 342 in bezug auf den Nockenfolger 348 zeigt die Axialposition des axial beweglichen Drehelementes 336 an und ferner, ob dieses sich in seiner ersten Position, in der es mit dem äußeren Kupplungsgehäuse 330 für eine gemeinsame Drehung in Eingriff steht, oder in der zweiten Position befindet, in der es vom äußeren Kupplungsgehäuse ausgerückt ist, um eine Relativdrehung zwischen dem Diffe rentialgehäuse 316 und der Achswelle 328 zu ermöglichen.

Die Näherungsschalter 508 und 510 stehen über Drähte 520 und 522 mit dem Mikroprozessor 504 in Verbindung.

Zum Einrücken der Differentialverriegelung 312 erregt ein elektrisches Signal vom Mikroprozessor 504 den Elektro magneten 356, um die Nockeneinheit 342 in einer festen Po sition zu verriegeln, wenn sich die Achswelle 328, das Seitenzahnrad 324 und die Nabenhülse 334, das Drehelement 336 und der Nockenfolger 348 weiterhin drehen. Wenn sich der Nockenfolger 348 dreht, bewegen sich die Klinkenele mente 392 aus den V-förmigen Kerben 380, d. h. von einem Randabschnitt geringer Höhe (mit durchgezogenen Linien in Fig. 21 gezeigt) bis zu einem Randabschnitt großer Höhe entlang der konturierten Randfläche 378 der Nockenrampe 376 der Nockeneinheit 342 (in Fig. 21 gestrichelt darge stellt), um auf diese Weise den Nockenfolger 348 in den Fig. 21 und 24 nach links in die erste Position in käm menden Eingriff mit den Zähnen 332 des äußeren Kupplungs gehäuses 330 zu treiben. Hierdurch werden die Achswelle 328 und das Seitenzahnrad 324 mit dem Differentialgehäuse 316 über die eingerückte integrierte Nabenhülse 34 zur Durchführung einer gemeinsamen Drehung verbunden, so daß das Differential 310 gesperrt ist.

Wenn die Kupplungsplatte 350 am Elektromagnet 356 gesperrt wird und sich der Nockenfolger 348 weiterdreht, werden die Signale der Näherungsschalter 508 und 510 in konstanter Weise dem Mikroprozessor 504 zugeführt, der kontinuierlich die relative Winkel- oder Drehlage des Nockenfolgers 348 in bezug auf die Kupplungsplatte 350 überwacht. Wenn die relative Winkellage anzeigt, daß das Drehelement 336 ein gerückt ist, erregt der Mikroprozessor 504 den Elektro magneten 356 ab, so daß sich die Kupplungsplatte 350 und die Nockenrampe 354 der Nockeneinheit 342 frei vom Elek tromagneten 356 und vom Gehäuse 314 drehen können.

Um die Differentialverriegelung 312 aus der ersten Posi tion auszurücken, erregt ein elektrisches Signal vom Mikroprozessor 504 erneut die Spule 358 des Elektromagne ten 356, um auf diese Weise ein Drehen der Kupplungsplatte 350, Reaktionsnabe 352 und Nockenrampe 354 der Nockenein heit 342 zu verhindern. Der sich drehende Nockenfolger 348 bewegt sich dann vom Randabschnitt großer Höhe der kontu rierten Randfläche 378 der Nockenrampe 354 bis zum Randab schnitt geringer Höhe der V-förmigen Kerben 380 der Nockenrampe 354, so daß auf diese Weise der sich drehende Nockenfolger 348 axial nach hinten bewegt wird und die Rückzugsfeder 400 das Drehelement 336 aus dem Eingriff mit dem äußeren Kupplungsgehäuse 330 herauszieht. Die Sensoren 508 und 510 und der Mikroprozessor 504 detektieren dann aus der relativen Winkellage des Nockenfolgers 348 in be zug auf die Nockeneinheit 342, ob das Drehelement 336 aus gerückt ist. Wenn dies der Fall ist, unterbricht der Mikroprozessor 504 die Stromzufuhr zur elektromagnetischen Spule 358 und gibt auf diese Weise die Kupplungsplatte 350, Reaktionsnabe 352 und Nockenrampe 354 der Nockenein heit 342 frei, so daß diese sich frei und synchron zum Nockenfolger 348 drehen können. Die Differentialverriege lung 312 ist nunmehr ausgerückt, wobei sich das Drehele ment 336 in der in Fig. 24 gezeigten zweiten Position be findet. Hierdurch können sich die Achswelle 328 und das Differentialgehäuse 316 relativ zueinander drehen, und die Differentialwirkung des Differentials 310 wird wieder her gestellt.

Die elektromagnetisch betätigte Verriegelung 312 des Dif ferentials 500 kann auch manuell mit einem einfachen EIN- AUS-Schalter für den Mikroprozessor 504 gesteuert werden. Sie kann auch automatisch durch ein Hilfssystem gesteuert werden. Beispielsweise kann das Differential 500 im Falle eines übermäßigen Rutschens des Rades automatisch gesperrt werden, indem zwei Drehzahlsignale dem Mikroprozessor 504 zugeführt werden, die die entsprechenden Drehzahlen des Differentialgehäuses 316 und der Achswelle 328 wiederge ben. Diese Drehzahlsignale können durch eine Reihe von Zähnen 524 und 528 erzeugt werden, die einstückig am Dif ferentialgehäuse 316 und der Achswelle 328 ausgebildet und benachbart zu entsprechenden Näherungsschaltern oder Sen soren 528 und 530, die am Achsgehäuse 314 montiert sind, angeordnet sind. Wenn sich das Differentialgehäuse 316 und die Achswelle 328 drehen, passiert die Reihe der Zähne 524 und 526 die Sensoren 528 und 530, wobei Drehzahlsignale erzeugt werden, die dem Mikroprozessor 504 über Drähte 532 und 534 zugeführt werden. Der Mikroprozessor 504 ver gleicht die Drehzahlsignale. Wenn eine Drehzahldifferenz über einer vorgegebenen Schwelle auftritt, die ein Rutschen des Rades anzeigt, erregt der Mikroprozessor 504 den Elektromagneten 356, um die Differentialsperre 312 einzurücken. Der Mikroprozessor 504 überwacht in konstan ter Weise die Drehzahlsignale, so daß bei einem Abfall der Drehzahldifferenz unter die vorgegebene Schwelle der Elektromagnet 356 durch den Mikroprozessor 504 erregt wird, um die Differentialsperre 312 auszurücken.

Dieses Hilfssystem zum automatischen Betätigen der Diffe rentialsperre 312 kann in Verbindung mit der in den Fig. 20-23 gezeigten Ausführungsform des Differentials Ver wendung finden. Das Hilfssystem dieser Ausführungsform, bei der ein Beschleunigungsmesser 420 Verwendung findet, kann auch bei der zuletzt beschriebenen und in den Fig. 24 und 25 gezeigten Ausführungsform Verwendung finden.

Fig. 26 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Fahr zeug 600 mit zeitweisem Vierradantrieb, das einen Motor 602, ein Getriebe 604 und ein Verteilergetriebe 606, die an einem Fahrzeugchassis (nicht gezeigt) montiert sind, umfaßt. Der Motor 602 und das Getriebe 604 sind von her kömmlicher Bauart und stellen bekannte Komponenten dar. Dies ist auch mit dem Verteilergetriebe 606 der Fall, das typischerweise eine Eingangswelle (nicht gezeigt), eine Hauptausgangswelle und eine Hilfsausgangswelle aufweist. Die Hauptausgangswelle steht über eine Kupplung o. ä. im Verteilergetriebe 606, die üblicherweise versetzt hierzu angeordnet ist, mit der Eingangswelle in Antriebsverbin dung. Die Kupplung wird durch einen geeigneten Wählmecha nismus (nicht gezeigt) betätigt, der vom Fahrzeuglenker gesteuert wird.

Die Hauptausgangswelle steht in Antriebsverbindung mit ei ner hinteren Antriebswelle 608, die wiederum in Antriebs verbindung mit einem hinteren Differential oder einer hin teren Antriebsachse 610 steht, welche Hinterräder 612 in bekannter Weise antreibt.

Die Hilfsausgangswelle steht in Antriebsverbindung mit ei ner vorderen Antriebswelle 614, die wiederum in Antriebs verbindung mit einem vorderen Differential einer vorderen Antriebsachse 616 zum wahlweisen Antreiben von Vorderrä dern 618 steht. Die vordere Antriebsachse 616 umfaßt eine erfindungsgemäß ausgebildete Achstrenneinheit, die allge mein mit 620 bezeichnet ist.

Wie in Fig. 27 gezeigt, handelt es sich bei dem Differen tial 621 der vorderen Antriebsachse 616 um ein herkömm liches Kegelraddifferential für Kraftfahrzeuge, das ein Ringrad 622 aufweist, das durch ein Ritzel (nicht gezeigt) angetrieben wird, welches am Ende der in Fig. 26 gezeig ten Antriebswelle 614 befestigt ist. Das Ringrad 622 treibt ein Gehäuse 624 an, das drehbar im Achsgehäuse 623 montiert ist. Zwei drehbare Ritzel 626 und zwei drehbare Seitenzahnräder 628 (von denen eines gezeigt ist) befinden sich innerhalb des Gehäuses 624. Die Ritzel 626 sind an einem Querzapfen gelagert oder drehbar montiert, der vom Gehäuse 624 getragen wird und mit jedem der Seitenzahnrä der 628 kämmt. Die Seitenzahnräder 628 stehen mit den En den von entsprechenden Achswellen 630 in Verbindung, um Vorderräder 618 über Universalgelenke und 21309 00070 552 001000280000000200012000285912119800040 0002019503831 00004 21190Halbwellen anzu treiben. Eine Achswelle 630, in diesem Falle die rechte Achswelle, ist in eine innere Achswelle 630a und eine äußere Achswelle 630b unterteilt, die in Verbindung mit der Achstrenneinheit 620 operieren.

Die Achstrenneinheit 620 umfaßt eine erste drehbare Ein heit, eine zweite drehbare Einheit mit einem axial beweg lichen Drehelement, eine Einrichtung zum Bewegen des Dreh elementes in Axialrichtung zwischen einer ersten und einer zweiten Position und eine nicht drehbare elektromagne tische Einrichtung, die drehfest an den drehbaren Einhei ten angebracht ist, um die axial bewegliche Einrichtung zu betätigen. Die erste drehbare Einheit steht in der ersten Position mit der zweiten drehbaren Einheit in Eingriff und dreht sich gleichzeitig hiermit. In der zweiten Position ist die erste drehbare Einheit von der zweiten drehbaren Einheit ausgerückt, so daß eine Relativdrehung zwischen den beiden Einheiten möglich ist.

Die erste drehbare Einheit umfaßt eine innere Achswelle 630a und eine einstückige Verlängerung der inneren Achs welle 630a, die ein äußeres Kupplungsgehäuse 630c bildet.

Das äußere Kupplungsgehäuse 630c ist rohrförmig und hat Innenzähne 632, wie am besten in Fig. 28 gezeigt.

Die zweite drehbare Einheit ist konzentrisch innerhalb der ersten drehbaren Einheit angeordnet. Sie umfaßt eine Na benhülse 634 und ein axial bewegliches Drehelement 636. Die Nabenhülse 634 ist nicht drehbar an der äußeren Achs welle 630b über aneinandergepaßte, mit Umfangsabstand an geordnete Innen- und Außenzähne, die miteinander kämmen, befestigt.

Das axial bewegliche Drehelement 636 ist ein Kupplungs zahnrad o. ä., das ein rohrförmiges Element aufweist, welches eine radial verlaufende Felge 638 besitzt, die mit Umfangsabstand angeordnete, sich radial nach außen er streckende Zähne 640 aufweist. Das Innere des rohrförmigen Elementes besitzt Innenkeile, die mit geraden Außenkeilen der Nabenhülse 634 in Gleiteingriff stehen.

Die Einrichtung zur Bewegung des Drehelementes 636 zwischen der ersten Position und der zweiten Position um faßt eine Nockeneinheit 642, eine Eingriffsfeder 644, eine Rückzugsfedereinheit 646 und einen axial beweglichen Nockenfolger 648.

Die Nockeneinheit 642 wirkt als Reaktionsfläche für den Nockenfolger 648 zur Einleitung der Axialbewegung des Nockenfolgers. Die Nockeneinheit umfaßt eine Kupplungs platte 650, eine Reaktionsnabe 652 und eine Nockenrampe 654, die alle konzentrisch zur äußeren Achswelle 630b und Nabenhülse 634 frei drehbar sind. Die Kupplungsplatte 650, Reaktionsnabe 652 und Nockenrampe 654 sind vorzugsweise als separate Elemente ausgebildet, um eine größere Tole ranzkontrolle bei der Montage und Herstellung zu ermög lichen. Sie können jedoch auch als ein oder zwei Elemente ausgebildet sein und eine gleich gute Funktionsweise be sitzen.

Die Kupplungsplatte 650 ist benachbart zu einer vertikalen Vorderseite eines Elektromagneten 656 angeordnet und rohr förmig ausgebildet. Sie besitzt einen hinteren Flansch 658 und einen ringförmigen Körper 660. Die äußere zylindrische Fläche des Körpers 660 ist so konturiert, daß sie gegen überliegende radiale Rampenflächen (beispielsweise die in Fig. 22 gezeigten Rampenflächen 362) für einen veränder lichen Flächenkontakt mit einer angepaßten radialen Reak tionsfläche (beispielsweise die in Fig. 22 gezeigte Fläche 364), welche an einer ringförmigen Verlängerung 666 ausgebildet ist, die einen Teil der Reaktionsnabe 652 bil det, aufweist.

Ein oder mehrere zylindrische Haltestifte 668 können sich von der äußeren zylindrischen Fläche des Ringkörpers 660 quer durch einen Längsschlitz (beispielsweise den in der Fig. 22 gezeigten Schlitz 370) erstrecken, der in der Verlängerung 666 der Reaktionsnabe 652 ausgebildet ist, um die Montage und den Transport der Teile vor dem Einbau in die Achstrenneinheit 620 zu vereinfachen. Eine wahlweise angeordnete Vorbelastungsschraubenfeder 672 ist zwischen die Kupplungsplatte 650 und die Reaktionsnabe 652 ge spannt, um die Kupplungsplatte 650 benachbart zum Elektro magneten 656 zu halten und auf diese Weise einen übermäßig großen Spalt zwischen dem Elektromagneten 656 und der Kupplungsplatte 650 zu verhindern.

Die Reaktionsnabe 652 ist vor der Kupplungsplatte 650 an geordnet. Sie ist als allgemein nach hinten gerichteter Nocken ausgebildet, der einen vorderen Flansch und eine ausgebogte Felge aufweist, die in die äußere zylindrische Fläche der ringförmigen Verlängerung 666 eingeschnitten ist, die die radiale Reaktionsfläche (beispielsweise die Fläche 364 in Fig. 22) zum Eingriff mit den angepaßten Rampenflächen (beispielsweise die Rampenflächen 362 in Fig. 22) der Kupplungsplatte 650 bildet. Dieser Eingriff der Reaktionsnabe 652 sorgt für Bewegungsfreiheit der in neren Achswelle 630a und reduziert die erforderliche Posi tionstoleranzkontrolle der Nockenrampe 654 und des Nocken folgers 648.

Die Nockenrampe 654 ist an der Rückseite des vorderen Flansches der Reaktionsnabe 652 fest angebracht. Sie ist als nach vorne gerichteter Nocken ausgebildet, der einen hinteren Flansch 674 und eine vorstehende rohrförmige Seite 676 aufweist, die mit einer konturierten äußeren Felge 678 versehen ist. Die äußere Felge 678 der Nocken rampe 654 umfaßt mindestens eine und vorzugsweise zwei diametral gegenüberliegende V-förmige Kerben 680, wie am besten in Fig. 29 gezeigt, um eine veränderliche Reak tionsfläche für den Nockenfolger 648 vorzusehen, die aus mindestens einem Randabschnitt geringer Höhe und min destens einem Randabschnitt großer Höhe besteht. Die Rück seite des vorderen Flansches der Reaktionsnabe 652 und die Rückseite des hinteren Flansches 674 der Nockenrampe 654 sind durch Schweißen o. ä. aneinander befestigt. Die be festigten Flansche der Nockeneinheit 642 drehen sich um eine Führung der Nabenhülse 634 zwischen einer Druck scheibe und einem Haltering, der in einer Nut der Naben hülse 634 sitzt, und im hinteren Ende der Keile 686 der Nabenhülse. Die Druckscheibe und der Haltering wirken der Axialkraft entgegen, die während der Nockenwirkung auf die Nockenrampe 654 einwirkt.

Der Nockenfolger 648 ist vor der Nockenrampe 654 angeord net. Er umfaßt ein Scheibenelement 690 mit Innenzähnen, die mit den Keilen 686 der Nabenhülse 634 zwischen der Nockenrampe und einem Zwischenhaltering 688 kämmen, welcher an der Nabenhülse 634 befestigt ist, um das Dreh element 636 zu halten. Zwei Klinkenelemente 692 erstrecken sich von einem Außenrand des Scheibenelementes 690 des Nockenfolgers 648 radial nach außen und dann nach vorne. Die nach vorne verlaufenden Abschnitte der Zinkenelemente 692 verlaufen zwischen den Zähnen 640 der Felge 638 und sind dann nach innen hinter die Felge 638 abgestuft, wobei sie in diametral gegenüberliegenden äußeren Abflachungen 694 enden, die im rohrförmigen Element des Drehelementes 636 ausgebildet sind. Die Innenzähne des Nockenfolgers 648 und die mit Umfangsabstand angeordneten Innenkeile 696 des Drehelementes 636 kämmen mit äußeren, mit Umfangsabstand angeordneten Längskeilen 686 der Nabenhülse 634, um eine Axialführung für das Drehelement 636 und den Nockenfolger 648 vorzusehen. In der eingerückten Position übertragen sie eine Drehbewegung und/oder ein Drehmoment auf die Achswelle 630b und die Nabenhülse 634 vom äußeren Kupplungsgehäuse 630c und der inneren Achswelle 630a.

Ein Anschlag 698 kann wahlweise an der Ecke des Zinkenele mentes 692 angeordnet sein, um den Nockenfolger 648 rela tiv zur Nockenwelle 654 zu positionieren und als Gleitram penfläche zur Anpassung an eine komplementär eingekerbte Nockenrampenfläche zu wirken.

Die Eingriffsfeder 644 und die Rückführeinheit 646 sind so angeordnet, daß sie das Drehelement 636 zwischen der ersten Position und der zweiten Position nachgiebig vor spannen. Die Eingriffsfeder ist zwischen dem Nockenfolger 648 und dem Drehelement 636 angeordnet. Sie beaufschlagt das Drehelement 636 mit einer Axialkraft, wenn eine Rück zugsfeder 646a der Rückführeinheit 646 vom Nockenfolger 648 komprimiert wird, wie nachfolgend beschrieben. Die Rückzugsfedereinheit 646, die das zylindrische Element des Drehelementes 636 umgibt, umfaßt eine Rückzugsschraubenfe der 646a, die zwischen Federhalteringen 646b und 646c an geordnet ist. Die Nabenhülse 634 trägt einen Anschlagring 635, der vor der Rückzugsfedereinheit 346 angeordnet ist und mit dem Federhaltering 646b in Eingriff steht, um die vorwärts gerichtete Axialbewegung der Rückzugsfedereinheit 646 und des Drehelementes 636 an der Nabenhülse 634 zu verhindern. Der Federhaltering 646c steht mit Steigflächen 693 der Zinkenelemente 692 in Eingriff, die gegen die Felge 638 des Drehelementes 636 stoßen. Während des Ver riegelungseingriffs komprimieren die Steigflächen 693 der Klinkenelemente 692 und die Felge 638 die Rückzugsfeder 646a, die vorzugsweise eine größere Kraft besitzt als die entgegenwirkende Kraft der Eingriffsfeder 644.

Eine elektromagnetische Einrichtung zur Betätigung der vorstehend beschriebenen Bewegungseinrichtung ist nicht drehbar im Achsgehäuse 623 angeordnet, so daß sie sich in bezug auf die innere Achswelle 630a und die äußere Achs welle 630b nicht dreht. Die elektromagnetische Betäti gungseinrichtung umfaßt den Elektromagneten 656, der eine verkapselte elektromagnetische Spule 659 und einen Ring 661 aus magnetisierbarem Material aufweist.

Im Achsgehäuse 623 können Durchgänge ausgebildet sein, um Kanäle für Drähte, Kabel, Faseroptiken u.ä. vorzusehen, damit elektrischer Strom und Signale zur Betätigung der Achstrenneinheit 620 zugeführt werden können. Elektrischer Strom und/oder Signale werden von einer Strom- und Steuer quelle, beispielsweise einem Mikroprozessor 704, über einen Draht 706 der elektromagnetischen Spule 659 zuge führt.

Um die Relativlage der zweiten drehbaren Einheit und der Bewegungseinrichtung in bezug auf die elektromagnetische Einrichtung zu ermitteln, können geeignete Detektionssen soren, wie beispielsweise Hall-Sensoren in Kombination mit Umfangsreihen von Magneten oder Näherungssensoren in Kom bination mit Positionsmarkierungselementen, Verwendung finden, wie sie vorstehend in Verbindung mit den anderen Ausführungsformen erläutert wurden.

Wie in den Fig. 27 und 28 gezeigt, können Näherungs schalter 708 und 710 an einem integrierten Bund des Achs gehäuses 623, das die Achstrenneinheit umgibt, benachbart zum Nockenfolger 648 und der Reaktionsnabe 652 der Nocken einheit 642 angeordnet sein. Der Nockenfolger 648 und die Reaktionsnabe 652 besitzen mit gleichen Umfangsabständen angeordnete Zähne oder Markierungselemente 712 und 714, die benachbart zu den entsprechenden Näherungsschaltern angeordnet sind. Die Näherungsschalter 708 und 710 und die Zähne 712 und 714 erzeugen zusammen zwei variierende Si gnale infolge der Drehung des Nockenfolgers 648 und der Reaktionsnabe 652. Diese beiden variierenden Signale wer den zur Ermittlung der entsprechenden relativen Drehungen der Nockeneinheit 642 und des Nockenfolgers 648, der mit der Nabenhülse 634 verkeilt ist, in bezug auf das feste Achsgehäuse 623 verwendet. Die variierenden Signale werden dem Mikroprozessor 704 zugeführt, der die Signale benutzt, um die relative Winkelverschiebung der Nockeneinheit 642 in bezug auf den Nockenfolger 648 zu ermitteln. Diese re lative Winkelverschiebung zeigt, ob die elektromagnetisch eingerückte Achstrenneinheit 620 eingerückt ist oder nicht. Mit anderen Worten, die relative Winkelverschiebung der Nockeneinheit 642 in bezug auf den Nockenfolger 648 zeigt die Axiallage des axial beweglichen Drehelementes 631 an und zeigt ferner an, ob sich dieses in der ersten Position im Eingriff mit dem äußeren Kupplungsgehäuse 630c zur gleichzeitigen Drehung damit oder in der zweiten Posi tion gemäß Fig. 28 befindet, in der das Element 636 vom äußeren Kupplungsgehäuse 630c ausgerückt ist, um eine Re lativdrehung zwischen der inneren Achswelle 630a und der äußeren Achswelle 630b zu ermöglichen. Die Näherungsschal ter 708 und 710 stehen über Drähte 716 und 718 mit dem Mikroprozessor 704 in Verbindung.

Um die Achstrenneinheit 620 einzurücken, erregt ein elek trisches Signal vom Mikroprozessor 704 die elektromagne tische Spule 659 über den Draht 706, wodurch der Ring 661 magnetisiert wird. Durch die vom Elektromagneten 656 er zeugte magnetische Anziehung wird die Kupplungsplatte 650 der Nockeneinheit 642 am Elektromagneten 656 fixiert, wo durch die Nockeneinheit 642 in einer festen Position ver riegelt wird, wenn sich die äußere Achswelle 630b und die Nabenhülse 634, das Drehelement 636 und der Nockenfolger 648 weiter drehen. Wenn sich der Nockenfolger 648 dreht, bewegen sich die Zinkenelemente 692 aus den V-förmigen Kerben 680, d. h. von einem Randabschnitt geringer Höhe (mit durchgezogenen Linien in Fig. 29 gezeigt) bis zu ei nem Randabschnitt großer Höhe entlang der konturierten Randfläche 678 der Nockenrampe 767 der Nockeneinheit 642 (in Fig. 29 gestrichelt dargestellt), wodurch der Nocken folger 648 axial nach vorne, d. h. in den Fig. 27 und 28 nach links, getrieben wird. Wenn sich der Nockenfolger 648 axial vorwärts bewegt, wird die Rückzugsfeder 646a kompri miert, wodurch der nach hinten wirkende Druck der Rück zugsfeder 646a abgebaut wird und die Eingriffsfeder 644 das Drehelement 636 axial nach vorne in die erste Position in kämmenden Eingriff mit den Zähnen 632 des äußeren Kupplungsgehäuses 630c pressen kann. Hierdurch wird die äußere Achswelle 630b mit der inneren Achswelle 630a zur Durchführung einer gleichzeitigen Drehung über die einge rückte integrierte Nabenhülse 634 verbunden, so daß die innere und äußere Achswelle 630a und 630b in Antriebsver bindung gebracht werden.

Wenn die Kupplungsplatte 650 am Elektromagneten 656 ge sperrt wird und sich der Nockenfolger 648 weiterdreht, werden die variierenden Signale der Näherungsschalter 708 und 710 in konstanter Weise dem Mikroprozessor 704 zuge führt, der die relative Winkel- oder Drehlage des Nocken folgers 648 in bezug auf die Kupplungsplatte 650 konti nuierlich überwacht. Wie vorstehend erwähnt, zeigt diese relative Winkellage, ob das Drehelement 636 mit dem äuße ren Kupplungsgehäuse 630c in Eingriff steht oder nicht. Wenn die relative Winkellage anzeigt, daß das Drehelement 636 eingerückt ist, unterbricht der Mikroprozessor 704 die Stromzufuhr zur elektromagnetischen Spule 659. Die elek tromagnetische Spule wird dann aberregt, so daß das Magnetfeld zusammenbricht, wodurch sich die Kupplungs platte 650 und die Nockenrampe 654 der Nockeneinheit 642 frei vom Elektromagneten 656 und vom Gehäuse 623 drehen können.

Die Achstrenneinheit 620 bleibt eingerückt, wenn sich das Drehelement 636 in der ersten Position befindet und die innere und äußere Achswelle 630 und 630b durch den Nocken folger 648, der mit dem Randabschnitt großer Höhe der Nockenrampe 676 in Eingriff steht, wie gestrichelt in Fig. 29 dargestellt, in Antriebsverbindung stehen. Die Rückzugsfeder 646a führt den Nockenfolger 648 nicht zu rück, selbst wenn sie eine größere Kraft als die Ein griffsfeder 644 besitzt, da durch den Randabschnitt großer Höhe der Nockenrampe 676 ein Blockierungseffekt ausgeübt wird.

Um die Achstrenneinheit 620 aus der ersten Position zu lö sen, erregt ein elektrisches Signal vom Mikroprozessor 704 erneut die elektromagnetische Spule 659, wodurch die Kupplungsplatte 650, die Reaktionsnabe 652 und die Nocken rampe 654 der Nockeneinheit 642 an einer Drehung gehindert werden. Der sich drehende Nockenfolger 648 bewegt sich dann vom Randabschnitt großer Höhe der konturierten Rand fläche 678 der Nockenrampe 654 bis zum Randabschnitt ge ringer Höhe der V-förmigen Kerben 680 der Nockenrampe 654, wodurch der sich drehende Nockenfolger 648 axial nach hin ten bewegt wird. Wenn sich der Nockenfolger 648 axial nach hinten bewegt, drückt die Rückzugsfeder 646a das Drehele ment 636 aus dem Eingriff mit dem äußeren Kupplungsgehäuse 630c heraus und komprimiert die Eingriffsfeder 644 zwischen dem Drehelement 636 und dem Nockenfolger 648. Die Näherungsschalter 708, 710 und der Mikroprozessor 704 de tektieren dann aus der relativen Winkellage des Nockenfol gers 648 in bezug auf die Nockeneinheit, ob und wann das Drehelement 636 ausgerückt ist. Wenn dies der Fall ist, unterbricht der Mikroprozessor 704 die Stromzufuhr zur elektromagnetischen Spule 659 und gibt auf diese Weise die Kupplungsplatte 650, die Reaktionsnabe 652 und die Nocken rampe 654 der Nockeneinheit 642 frei, so daß sich diese synchron zum Nockenfolger 648 frei drehen können. Die Achstrenneinheit ist nunmehr ausgerückt, wobei sich das Drehelement 636 in der in Fig. 28 gezeigten zweiten Posi tion befindet. Hierdurch werden die innere und äußere Achswelle 630a und 630b in bezug auf eine Relativdrehung zueinander freigegeben, und ein Rückantrieb von den Fahr zeugrädern her wird verhindert.

Die elektromagnetisch betätigte Achstrenneinheit 620 wirkt bidirektional, da sie in Abhängigkeit von einer Drehung der äußeren Achswelle 630b im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn eingerückt und ausgerückt wird. Die elek trisch betätigte Achstrenneinheit 620 kann manuell mit ei nem einfachen EIN-AUS-Schalter für den Mikroprozessor 704 gesteuert werden. Sie kann auch durch ein vorstehend in Verbindung mit den anderen Ausführungsformen beschriebenes Hilfssystem automatisch gesteuert werden.

Claims

1. Achstrenneinheit mit einem ersten Antriebselement (630a) und einem zweiten Antriebselement (630b), die drehbar an einem festen Lager (623) montiert sind, und einer Zahnradkupplung (630c, 636) zum Verriegeln des ersten Antriebselementes und des zweiten An triebselementes, so daß sich diese gemeinsam relativ zum Lager drehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnradkupplung ein axial feststehendes Kupplungszahnrad (630c), das vom ersten Antriebsele ment getragen wird, und ein axial bewegliches Kupplungszahnrad (636), das vom zweiten Antriebsele ment getragen wird, aufweist, Einrichtungen (642, 644, 646, 648) einen drehbar vom zweiten Antriebselement getragenen Nocken (642) und einen nicht drehbar vom zweiten Antriebselement ge tragenen Nockenfolger zur Bewegung des axial beweg lichen Kupplungszahnrades in Axialrichtung zwischen einer ersten Position, in der es mit dem feststehen den Kupplungszahnrad kämmt, um die Antriebselemente miteinander zu verriegeln, und einer zweiten Posi tion, in der es vom feststehenden Kupplungszahnrad ausgerückt ist, umfassen und eine elektromagnetische Kupplung (656) eine am Lager befestigte Spule zum Abbremsen des Nockens gegen eine Drehung zur Aktivierung der Bewegungseinrichtungen aufweist.

2. Achstrenneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß sie Teil einer Differentialeinheit (621) bildet, die ein Seitenzahnrad (628) aufweist, das mit einer Achswelle (630) zum Antreiben eines Fahrzeugrades (618) verbunden ist, welche in eine in nere Achswelle (630a) und eine äußere Achswelle (630b) aufgeteilt ist, die dem ersten Antriebselement und dem zweiten Antriebselement entsprechen.

3. Achstrenneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bewegungseinrichtungen des wei teren umfassen:
eine Rückzugsfeder (646) zum nachgiebigen Vorspannen des axial beweglichen Kupplungszahnrades (636) in Richtung auf die zweite Position, wobei der Nocken (642) eine konturierte äußere Felge (678) mit einem Randabschnitt geringer Höhe und einem Randabschnitt großer Höhe besitzt und der Nockenfolger (648) in Abhängigkeit von der kontu rierten Außenfelge der Nockeneinheit axial beweglich ist, wobei die elektromagnetische Kupplung (656) durch Abbremsen des Nockens (642) gegen eine Drehung die Bewegungseinrichtungen aktiviert, damit sich der Nockenfolger (648) axial bewegt, wenn er sich zwischen dem Randabschnitt geringer Höhe und dem Randabschnitt großer Höhe dreht, und die Rückzugsfe der (646) zusammenpreßt, um eine Axialbewegung des Kupplungszahnrades (636) in die erste Position zu er möglichen.

4. Achstrenneinheit nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Bewegungseinrichtungen des weiteren eine Eingriffsfeder (644) zum axialen Bewegen des Kupplungszahnrades (636) in die erste Position umfas sen.

5. Achstrenneinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der Nocken eine eine Reaktionsnabe (652) umfassende Einheit ist, die die konturierte Außenfelge (678) und eine Kupplungsplatte (650) trägt, und daß die Kraftübertragungseinheit des wei teren eine Feder (672) umfaßt, die zwischen der Kupplungsplatte und der Reaktionsnabe angeordnet ist und die Kupplungsplatte in Richtung auf die Spule der elektromagnetischen Kupplung vorspannt.

6. Achstrenneinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken eine eine Reaktionsnabe (652) umfassende Einheit ist, die die konturierte Außenfelge (678) und eine Kupplungsplatte (650) trägt, und daß die Reaktionsnabe und die Kupplungsplatte (650) zusammenwirkende Flächen be sitzen, die die Reaktionsnabe und die Kupplungsplatte auseinanderdrücken, um die Kupplungsplatte in Rich tung auf die Spule der elektromagnetischen Kupplung vorzuspannen, wenn die elektromagnetische Kupplung den Nocken gegen eine Drehung abbremst, um eine Axialbewegung des Nockenfolgers zu bewirken, wenn sich dieser zwischen dem Randabschnitt geringer Höhe und dem Randabschnitt großer Höhe der konturierten Außenfelge bewegt.

7. Achstrenneinheit nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Reaktionsnabe eine ausgebogte Felge besitzt, die mit Rampenflächen (114, 362) der Kupplungsplatte in Eingriff steht.

8. Achstrenneinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren Einrich tungen (708, 710, 712, 714) zum Signalisieren der entsprechenden Drehzahlen des Nockens und des Nocken folgers aufweist.

9. Achstrenneinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren Einrich tungen (704) zum Ermitteln der Winkelverschiebung des Nockenfolgers relativ zum Nocken aufweist und daß die elektromagnetische Kupplung (656) erregt wird, um die Bewegungseinrichtungen zu aktivieren und das Drehele ment axial in die erste Position oder die zweite Po sition zu bewegen, wobei die Einrichtungen zum Ermit teln der Winkelverschiebung die elektromagnetischen Kupplungseinrichtungen bei einer vorgegebenen Winkel verschiebung, die eine Axialbewegung des Drehelemen tes von einer Position in die andere ermöglicht, aberregen.

10. Kraftübertragungseinheit mit einem ersten Antriebs element (16, 318, 630a) und einem zweiten Antriebs element (26, 328, 630b), die drehbar an einem festen Lager (24, 314, 623) montiert sind, und einer Zahn radkupplung (40, 68, 330, 336, 630c, 636) zum Verrie geln des ersten Antriebselementes und des zweiten An triebselementes, so daß sich diese relativ zum Lager gemeinsam drehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnradkupplung ein axial feststehendes Kupplungszahnrad (40, 330, 630c), das vom ersten An triebselement getragen wird, und ein axial beweg liches Kupplungszahnrad (68, 336, 636), das vom zwei ten Antriebselement getragen wird, aufweist, Einrichtungen (86, 98, 100, 102, 342, 344, 348, 400, 642, 644, 646, 648) eine Nockeneinheit (96, 342, 642) umfassen, die drehbar vom zweiten Antriebselement ge tragen wird, um das axial bewegliche Kupplungszahnrad in Axialrichtung zwischen einer ersten Position, in der es mit dem feststehenden Kupplungszahnrad zum Verriegeln der Antriebselemente in Eingriff steht, und einer zweiten Position, in der es vom feststehen den Kupplungszahnrad ausgerückt ist, zu bewegen, eine elektromagnetische Kupplung (122, 166, 356, 656) eine am Lager befestigte Spule zum Abbremsen der Nockeneinheit gegen Drehung zum Aktivieren der Bewe gungseinrichtungen umfaßt und die Nockeneinheit eine Reaktionsnabe (106, 352, 652) und eine Kupplungsplatte (104, 350, 650) aufweist, die zusammenwirkende Flächen (128, 114, 364, 362) be sitzen, die die Reaktionsnabe und die Kupplungsplatte voneinander wegdrücken, um die Kupplungsplatte in Richtung auf die Spule der elektromagnetischen Kupplung vorzuspannen, wenn die elektromagnetische Kupplung den Nocken gegen Drehung abbremst, um die Bewegungseinrichtungen zu aktivieren.