DE202017106133U1

DE202017106133U1 - Mehrstufiger Kugelrampenaktuator

Info

Publication number: DE202017106133U1
Application number: DE202017106133.7U
Authority: DE
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-10-13
Filing date: 2017-10-10
Publication date: 2018-01-21
Anticipated expiration: 2027-10-11
Also published as: CN207906317U; US10221899B2; US20180106301A1

Abstract

Mehrstufiger Kugelrampenaktuator, umfassend: ein Antriebsrad; einen feststehenden Ring; einen Außenring, der an einer Außenfläche des Außenrings mit dem Antriebsrad in Eingriff steht, wobei der Außenring mindestens eine äußere Ringkerbe und eine äußere Kugel, die zwischen der äußeren Ringkerbe und dem feststehenden Ring angeordnet ist, aufweist; und einen Innenring, der mit einer Innenfläche des Außenrings in Eingriff steht, sodass der Innenring im Verhältnis zu dem Außenring drehbar um eine Mittelachse fixiert ist und im Verhältnis zu dem Außenring auf der Mittelachse axial beweglich ist, wobei der Innenring mindestens eine innere Ringkerbe und eine innere Kugel aufweist, die zwischen der inneren Ringkerbe und dem feststehenden Ring angeordnet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft einen mehrstufigen Aktuator und insbesondere einen mehrstufigen Kugelrampenaktuator mit einem axial beweglichen Außenring und einem axial beweglichen Innenring, der im Verhältnis zu dem Außenring drehbar fixiert ist.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Kugelrampenaktuatoren können in diversen Anwendungen verwendet werden. In Automobilanwendungen beispielsweise können Kugelrampenaktuatoren mit Kupplungssystemen verwendet werden, bei denen eine geringfügige Verlagerung erforderlich ist, um das Drehmoment an einem Kupplungsscheibensatz einzurücken, auszurücken oder zu modulieren. Im Gegensatz zu anderen Aktuatoren sind viele herkömmliche Kugelrampenaktuatoren in der Lage, eine axiale Einzelverlagerung zu erzeugen. Bei solchen herkömmlichen Kugelrampenaktuatoren ist jedem Aktuator nur ein Kupplungsscheibensatz zugeordnet. Daher sind in Anwendungen, welche die Betätigung von zwei oder mehr Kupplungsscheibensätzen erforderlich machen, zwei separate Kugelrampen notwendig, wodurch typischerweise zwei separate Elektromotoren erforderlich sind, um jede Rampe zu betätigen.
KURZDARSTELLUNG
Diese Offenbarung betrifft einen mehrstufigen Kugelrampenaktuator. Bei manchen Ansätzen enthält ein mehrstufiger Kugelrampenaktuator ein Antriebsrad und einen feststehenden Ring. Ein Außenring steht an einer Außenfläche des Außenrings mit dem Antriebsrad in Eingriff und enthält mindestens eine äußere Kerbe und eine äußere Kugel, die zwischen der äußeren Kerbe und dem feststehenden Ring angeordnet ist. Ein Innenring steht mit einer Innenfläche des Außenrings in Eingriff, sodass der Innenring im Verhältnis zu dem Außenring um eine Mittelachse drehbar fixiert und im Verhältnis zu dem Außenring auf der Mittelachse axial beweglich ist. Der Innenring enthält mindestens eine innere Kerbe und eine innere Kugel, die zwischen der inneren Kerbe und dem feststehenden Ring angeordnet ist.
Bei manchen Ansätzen enthält ein mehrstufiger Kugelrampenaktuator einen axial beweglichen Außenring mit mindestens einer äußeren Kerbe und einer in der äußeren Kerbe angeordneten äußeren Kugel. Der mehrstufige Kugelrampenaktuator enthält ferner einen axial beweglichen Innenring, der im Verhältnis zu dem Außenring drehbar fixiert ist. Der Innenring weist mindestens eine innere Kerbe und eine in der inneren Kerbe angeordnete innere Kugel auf.
Bei weiteren Ansätzen beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben eines Aktuators ein Drehen eines Außenrings mit mindestens einer äußeren Kugelrampenbaugruppe. Das Drehen des Außenrings bewirkt eine Drehung eines Innenrings, der drehbar an dem Außenring fixiert ist. Der Innenring ist im Verhältnis zu dem Außenring axial beweglich und weist mindestens eine innere Kugelrampenbaugruppe auf. Das Drehen des Außenrings bewirkt unabhängige axiale Verlagerungen des Innenrings und des Außenrings.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm, das einen Fahrzeugantriebsstrang zeigt.
2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Heckantriebseinheit zeigt.
3 ist ein schematisches Diagramm, das eine Heckantriebseinheit in einer ersten Stufe zeigt.
4 ist ein schematisches Diagramm, das die Heckantriebseinheit aus 3 in einer zweiten Stufe zeigt.
5 ist ein schematisches Diagramm, das die Heckantriebseinheit aus 3 in einer dritten Stufe zeigt.
6 ist eine Querschnittsansicht einer Heckantriebseinheit mit einem Kugelrampenaktuator.
7a und 7b sind beispielhafte Einkupplungsprofile für einen Kugelrampenaktuator.
8 ist ein schematisches Diagramm, das einen doppelten Kugelrampenaktuator zeigt.
9 ist eine perspektivische Ansicht eines doppelten Kugelrampenaktuators.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines doppelten Kugelrampenaktuators mit Planetenträgern.
11 ist eine Vorderaufrissansicht eines doppelten Kugelrampenaktuators.
12 ist eine Seitenaufrissansicht eines doppelten Kugelrampenaktuators.
13 ist eine Seitenaufrissansicht eines doppelten Kugelrampenaktuators mit einer Druckscheibe mit Vorsprüngen.
14 ist eine Vorderaufrissansicht eines doppelten Kugelrampenaktuators mit einer Druckscheibe mit Vorsprüngen.
15a–15e sind beispielhafte Rampenprofile für einen doppelten Kugelrampenaktuator.
16 ist ein schematisches Diagramm, das einen doppelten Kugelrampenaktuator mit Ringen zeigt, welche in entgegengesetzte Richtungen axial beweglich sind.
17 ist eine grafische Darstellung, welche beispielhafte axiale Verlagerungen eines Innen- und eines Außenrings zeigt.
18 ist eine auseinandergezogene Seitenaufrissansicht einer Heckantriebseinheit mit einem doppelten Kugelrampenaktuator.
19 ist eine Seitenaufrissansicht der Heckantriebseinheit aus 18.
20a und 20b sind beispielhafte Einkupplungsprofile für einen doppelten Kugelrampenaktuator.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Je nach Bedarf werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; dabei versteht es sich, dass die offenbarten Ausführungsformen für die Erfindung, die in verschiedenartigen und alternativen Formen ausgeführt werden kann, lediglich beispielhaft sind. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind hier offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage dafür zu verstehen, den Fachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren.
Der Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs 10, mit Bezugnahme auf 1 und 2, enthält einen Motor 12 wie etwa einen Verbrennungsmotor; ein Achsgetriebe 13 zum Erzeugen mehrerer Drehzahlverhältnisse für den Vorwärtsantrieb und von Rückwärtsantrieb; Halbwellen 14, 16 zum Übertragen von Drehleistung zwischen dem Ausgang des Achsgetriebes und vorderen angetriebenen Rädern 18, 20; eine Heckantriebseinheit (Rear Drive Unit – RDU) 22; eine Antriebswelle 24; eine Kraftübertragungseinheit (Power Transfer Unit – PTU) 26 zum Übertragen von Drehleistung zwischen dem Ausgang des Achsgetriebes und der Antriebswelle; und eine Kupplungsbaugruppe 28 zum Bereitstellen von Fähigkeiten begrenzten Schlupfes und zum Verbinden und Lösen des Ausgangs der RDU und der hinteren angetriebenen Räder 30, 32.
Der Darstellung in 2 gemäß enthält die RDU 22 einen Differentialkorb 34. Im Inneren des Differentialkorbs 34 befinden sich ein Achswellenrad 36, welches anhand einer Welle 40 mit dem Rad 30 verbunden ist, und ein Achswellenrad 38, das über eine Welle 42 mit dem Rad 32 verbunden ist. Die Differentialbaugruppe der RDU 22 ist beispielsweise ein Differential mit begrenztem Schlupf (Limited Slip Differential – LSD) und vorzugsweise ein elektronisches Differential mit begrenztem Schlupf (Electronic Limited Slip Differential – eLSD). Wenn ein eLSD genutzt wird, dann wird das eLSD anhand mindestens einer Steuerung 44 (in 1 gezeigt), eines Computers oder eines anderen solchen Netzes untereinander verbundener Steuerungen in einem Steuersystem gesteuert. Das eLSD reguliert das Maß der Klemmkraft, die auf ein Kupplungspaket angewandt wird, wie hier an anderer Stelle ausführlicher beschrieben. Dies stellt eine computergestützte Steuerung des Kupplungsdrucks bereit, um selektiv unterschiedliche Maße an Drehmoment an die Räder 30, 32 zu liefern.
Wenngleich die Kupplungsbaugruppe und/oder der Kupplungsaktuator hier im Zusammenhang mit einer Heckantriebseinheit beschrieben wird, ist es ausdrücklich vorgesehen, dass sie in eine Frontantriebseinheit, entlang der Antriebswelle, oder in einer beliebigen anderen Region eines Fahrzeugs eingebaut werden kann bzw. können.
Ein an dem Differentialkorb 34 befestigtes Hohlrad 46, mit Bezugnahme auf 3, empfängt ein Eingangsdrehmoment von einem Eingangsritzel 48. Das Eingangsritzel 48 ist mit einem (nicht dargestellten) Mitnehmerflansch verbunden, der wiederum mit einer Antriebswelle (z. B. der Antriebswelle 24 in 1) verbunden ist, die ein Ausgangsdrehmoment von einer Kraftübertragungseinheit (z. B. der PTU 26 in 1), einem Getriebe oder einem Verteilergetriebe auf die RDU 22 überträgt. Differentialzahnradgetriebe 50, 52 sind anhand eines Bolzens 54 antreibbar mit dem Differentialkorb 34 verbunden und stehen in kontinuierlichem kämmendem Eingriff mit den Achswellenrädern 36, 38.
Der Differentialkorb 34 enthält eine Differentialwelle 56, die sich in einen Kupplungskorb 58 erstreckt. Eine Zwischenwelle 60 erstreckt sich von dem Achswellenrad 38 in den Kupplungskorb 58. Die Zwischenwelle 60 verläuft koaxial mit der Differentialwelle 56, und beide sind um die mittlere Drehachse 62 drehbar. Bei einem bevorzugten Ansatz, der in 3 gezeigt wird, weist die Zwischenwelle 60 einen Außendurchmesser auf, der kleiner als ein Innendurchmesser der Differentialwelle 56 ist, und zumindest ein Teil der Zwischenwelle 60 ist zumindest in einem Teil der Differentialwelle 56 angeordnet und erstreckt sich dadurch. Andere geeignete Konfigurationen der Zwischenwelle 60 im Verhältnis zu der Differentialwelle 56 sind möglich.
Die Kupplungsbaugruppe 28 enthält einen Kupplungskorb 58, welcher eine Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 und eine LSD-Kupplungsbaugruppe 66 beherbergt. Die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 und die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 sind koaxial und drehen sich um eine gemeinsame Mittelachse 62. Bei manchen Ansätzen liegen die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 und die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 unmittelbar nebeneinander. Bei anderen Ansätzen liegen die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 und die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 nebeneinander und werden durch eine Trennscheibe 76 voneinander getrennt. Andere koaxiale Anordnungen sind ausdrücklich vorgesehen.
Die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 enthält Drehmomentübertragungskupplungsscheiben 68, die über die Zwischenwelle 60 an ein Achswellenrad (z. B das Achswellenrad 38) gekoppelt sind. Die Drehmomentübertragungskupplungsscheiben 68 sind vorzugsweise Reibscheiben, sie können aber auch Stahlscheiben (z. B. Druckscheiben) oder Kombinationen daraus sein, und sie können aus jedem beliebigen geeigneten Material ausgebildet sein. Die Drehmomentübertragungskupplungsscheiben 68 sind drehbar an der Zwischenwelle 60 fixiert, sodass eine Drehung der Zwischenwelle 60 eine entsprechende Drehung der Drehmomentübertragungskupplungsscheiben 68 bewirkt. Die Drehmomentübertragungskupplungsscheiben 68 sind zudem im Verhältnis zu der Zwischenwelle 60 axial drehbar. Bei einem bevorzugten Ansatz sind die Drehmomentübertragungskupplungsscheiben 68 intern mit der Zwischenwelle 60 keilverzahnt. Zum Beispiel kann sich eine Reihe von Vorsprüngen und Ausnehmungen, die an einem Innendurchmesser der Drehmomentübertragungskupplungsscheiben 68 angeordnet sind, mit einer entsprechenden Reihe von Vorsprüngen und Ausnehmungen verzahnen, die an einem Außendurchmesser der Zwischenwelle 60 angeordnet ist. Auf diese Weise können die Drehmomentübertragungskupplungsscheiben 68 und die Zwischenwelle 60 in kontinuierlichem kämmendem Eingriff stehen.
Die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 enthält zudem Drehmomentübertragungsträgerscheiben 70, die an den Kupplungskorb 58 gekoppelt sind. Die Drehmomentübertragungsträgerscheiben 70 sind vorzugsweise Stahlscheiben (z. B. Druckscheiben), sie können aber auch Reibscheiben oder Kombinationen daraus sein, und sie können aus jedem beliebigen geeigneten Material ausgebildet sein. Die Drehmomentübertragungsträgerscheiben 70 sind drehbar an dem Kupplungskorb 58 fixiert, sodass eine Drehung der Drehmomentübertragungsträgerscheiben 70 eine entsprechende Drehung des Kupplungskorbs 58 bewirkt. Die Drehmomentübertragungsträgerscheiben 70 sind zudem im Verhältnis zu dem Kupplungskorb 58 axial drehbar. Bei einem bevorzugten Ansatz sind die Drehmomentübertragungsträgerscheiben 70 extern mit dem Kupplungskorb 58 keilverzahnt. Zum Beispiel kann sich eine Reihe von Vorsprüngen und einer Ausnehmung, die an einem Außendurchmesser der Drehmomentübertragungsträgerscheiben 70 angeordnet sind, mit einer entsprechenden Reihe von Vorsprüngen und einer Ausnehmung verzahnen, die an einer Innenfläche des Kupplungskorbs 58 angeordnet ist. In einem anderen Beispiel enthalten die Drehmomentübertragungsträgerscheiben 70 einen oder mehrere Vorsprünge, und der Kupplungskorb 58 enthält eine oder mehrere Ausnehmungen oder Aussparungen, die zum Aufnehmen der einen oder mehreren Vorsprünge ausgelegt sind.
Daher wird Drehmoment von der Zwischenwelle 60 über die in Eingriff stehenden Drehmomentübertragungskupplungsscheiben 68 und Drehmomentübertragungsträgerscheiben 70 auf den Kupplungskorb 58 übertragen, wenn die Drehmomentübertragungskupplungsscheiben 68 in die Drehmomentübertragungsträgerscheiben 70 eingreifen. Wenn der Kupplungskorb 58 drehbar an die Ausgangswelle 42 gekoppelt ist, wird Drehmoment zudem direkt auf das Hinterrad 32 übertragen. Wenn sich die Drehmomentübertragungskupplungsscheiben 68 von den Drehmomentübertragungsträgerscheiben 70 lösen, wird der Differentialkorb 34 gelöst, wodurch das Hinterrad 32 von dem Antriebsstrang des Fahrzeugs 10 ausgekoppelt wird. Somit ist die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 in der Lage, „Auskoppel-“Fähigkeiten bereitzustellen.
Die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 enthält LSD-Kupplungsscheiben 72, die über die Differentialwelle 56 an den Differentialkorb 34 gekoppelt sind. Die LSD-Kupplungsscheiben 72 sind vorzugsweise Reibscheiben, sie können aber auch Stahlscheiben (z. B. Druckscheiben) oder Kombinationen daraus sein, und sie können aus jedem beliebigen geeigneten Material ausgebildet sein. Die LSD-Kupplungsscheiben 72 sind drehbar an der Differentialwelle 56 fixiert, sodass eine Drehung der Differentialwelle 56 eine entsprechende Drehung der LSD-Kupplungsscheiben 72 bewirkt. Die LSD-Kupplungsscheiben 72 sind zudem im Verhältnis zu der Differentialwelle 56 axial drehbar. Bei einem bevorzugten Ansatz sind die LSD-Kupplungsscheiben 72 intern mit der Differentialwelle 56 keilverzahnt. Zum Beispiel kann sich eine Reihe von Vorsprüngen und Ausnehmungen, die an einem Innendurchmesser der LSD-Kupplungsscheiben 72 angeordnet sind, mit einer entsprechenden Reihe von Vorsprüngen und Ausnehmungen verzahnen, die an einem Außendurchmesser der Differentialwelle 56 angeordnet ist. Auf diese Weise können die LSD-Kupplungsscheiben 72 und die Differentialwelle 56 in kontinuierlichem kämmendem Eingriff stehen.
Die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 enthält zudem LSD-Trägerscheiben 74, die an den Kupplungskorb 58 gekoppelt sind. Die LSD-Trägerscheiben 74 sind vorzugsweise Stahlscheiben (z. B. Druckscheiben), sie können aber auch Reibscheiben oder Kombinationen daraus sein, und sie können aus jedem beliebigen geeigneten Material ausgebildet sein. Die LSD-Trägerscheiben 74 sind drehbar an dem Kupplungskorb 58 fixiert, sodass eine Drehung der LSD-Trägerscheiben 74 eine entsprechende Drehung des Kupplungskorbs 58 bewirkt. Die LSD-Trägerscheiben 74 sind zudem im Verhältnis zu dem Kupplungskorb 58 axial drehbar. Bei einem bevorzugten Ansatz sind die LSD-Trägerscheiben 74 extern mit dem Kupplungskorb 58 keilverzahnt. Zum Beispiel kann sich eine Reihe von Vorsprüngen und Ausnehmungen, die an einem Außendurchmesser der LSD-Trägerscheiben 74 angeordnet ist, mit einer entsprechenden Reihe von Vorsprüngen und Ausnehmungen verzahnen, die an einem Innenteil des Kupplungskorbs 58 angeordnet ist. In einem anderen Beispiel enthalten die LSD-Trägerscheiben 74 einen oder mehrere Vorsprünge, und der Kupplungskorb 58 enthält eine oder mehrere Ausnehmungen oder Aussparungen, die zum Aufnehmen der einen oder mehreren Vorsprünge ausgelegt sind.
Daher wird Drehmoment von der Differentialwelle 56 über die in Eingriff stehenden LSD-Kupplungsscheiben 72 und LSD-Trägerscheiben 74 auf den Kupplungskorb 58 übertragen, wenn die LSD-Kupplungsscheiben 72 in die LSD-Trägerscheiben 74 eingreifen. Wenn der Kupplungskorb 58 drehbar an die Ausgangswelle 42 gekoppelt ist, wird das Drehmoment zudem direkt auf das Hinterrad 32 übertragen. Somit ist die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 in der Lage, Fähigkeiten von „begrenztem Schlupf“ bereitzustellen. Es versteht sich, dass das von der LSD-Kupplungsbaugruppe 66 bereitgestellte Drehmoment zusätzlich zu oder anstelle von dem Drehmoment vorhanden sein kann, welches anhand der Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 angewandt wird.
Die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 und die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 können separat durch einen oder mehrere Aktuatoren angeschaltet werden. 3 zeigt eine Kupplungsbaugruppe 28, bei welcher weder die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 noch die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 angeschaltet sind. In diesem Zustand wendet die RDU 22 kein Drehmoment auf die Hinterräder 30, 32 des Fahrzeugs 10 an.
4 zeigt eine Kupplungsbaugruppe 28, bei welcher die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 angeschaltet wurde (z. B. durch die Steuerung 44, die einen Antrieb in eine erste Antriebsposition rückt), die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 jedoch nicht angeschaltet wurde. In diesem Zustand werden die Drehmomentübertragungskupplungsscheiben 68 und die Drehmomentübertragungsträgerscheiben 70 axial in Eingriff gerückt, und die RDU 22 wendet ein Drehmoment auf die Hinterräder des Fahrzeugs an. Da jedoch die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 nicht angeschaltet wurde, stehen die LSD-Kupplungsscheiben 72 und die LSD-Trägerscheiben 74 nicht in Eingriff, und die Differentialbaugruppe stellt keine Fähigkeiten begrenzten Schlupfes bereit. Stattdessen arbeiten die Differentialkomponenten der RDU 22 weiterhin ähnlich wie jene eines Differentials ohne Sperre. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn die Steuerung 44 ermittelt, dass das Fahrzeug 10 beschleunigt oder es anderweitig erfordert, dass auf die Hinterräder 30, 32 Drehmoment angewandt wird, eine Differentialsteuerung jedoch nicht notwendig ist.
5 zeigt eine Kupplungsbaugruppe 28, bei welcher sowohl die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 als auch die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 angeschaltet wurden (z. B. durch die Steuerung 44, die einen Antrieb in eine zweite Antriebsposition rückt). In diesem Zustand werden die LSD-Kupplungsscheiben 72 und die LSD-Trägerscheiben 74 axial in Eingriff gerückt, und die RDU 22 wendet ein zusätzliches Drehmoment auf die Hinterräder des Fahrzeugs an. Auf diese Weise arbeiten die Differentialkomponenten der RDU 22 ähnlich wie jene eines Differentials mit Sperre. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn die Steuerung 44 ermittelt, dass das Fahrzeug 10 beschleunigt oder es anderweitig erfordert, dass auf die Hinterräder 30, 32 Drehmoment angewandt wird, und dass eine Differentialsteuerung erforderlich ist, zum Beispiel bei einer Ermittlung einer verminderten Traktion an einem der Räder.
In manchen Aspekten kann die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 vor dem Anschalten der Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 angeschaltet werden. Das vorbereitende Anschalten der LSD-Kupplungsbaugruppe 66 kann zu einer Drehmomentübertragung führen; dabei kann das angewandte Drehmoment allerdings eine sehr hohe Auflösung aufweisen. Solch eine hohe Auflösung kann beispielsweise dann bevorzugt sein, wenn die Steuerung 44 versucht, die Drehzahl der Antriebswelle 24 während eines Eingreifereignisses zu modulieren.
Die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 und die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 werden vorzugsweise durch einen einzelnen, gemeinsamen Aktuator betätigt. Der Aktuator, nunmehr mit Bezugnahme auf 6, kann ein Kugelrampenaktuator 78 sein, der in der Lage ist, die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 und die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 separat anzuschalten. Der Kugelrampenaktuator 78 enthält eine bzw. einen feststehende(n) Scheibe oder Ring 80, einen Ring 82, der um eine Mittelachse 62 drehbar ist, und mindestens eine Kugel 84, die zwischen dem feststehenden Ring 80 und dem drehbaren Ring 82 angeordnet ist. Eine Drehung des drehbaren Rings 82, welche zum Beispiel durch die den Aktuator betätigende Steuerung 44 bewirkt wird, bewirkt, dass die Kugeln 84 durch Kerben in dem feststehenden Ring 80 und dem drehbaren Ring 82 wandern. Wegen des Profils der Kerben bewirken die Kugeln 84, dass der drehbare Ring 82, wenn sich der drehbare Ring 82 dreht, axial von dem feststehenden Ring 80 weg und zu der Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 und der LSD-Kupplungsbaugruppe 66 hin übersetzt. Der drehbare Ring 82 zwingt die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 und die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 in Eingriff, vorzugsweise durch ein Führungslager oder eine Druckscheibe 86. Bei manchen Ansätzen ist der feststehende Ring um die Mittelachse drehbar, übersetzt jedoch nicht axial auf der Mittelachse.
Der Kugelrampenaktuator 78 kann einen ersten Satz Wellenfedern 88 neben den Drehmomentübertragungsträgerscheiben 70 und/oder einen zweiten Satz Wellenfedern 90 neben den LSD-Trägerscheiben 74 enthalten. Der zweite Satz Wellenfedern 90 weist vorzugsweise eine größere Steifigkeit als der erste Satz Wellenfedern 88 auf. Auf diese Weise zwingt eine axiale Verlagerung des drehbaren Rings 80, wenn der Antrieb in eine erste Antriebsposition rückt, die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 in Eingriff, während der zweite Satz Wellenfedern 90 die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 außer Eingriff hält. Eine weitere axiale Verlagerung des drehbaren Rings 80, wenn der Antrieb in eine zweite Antriebsposition rückt, überwindet in der Folge die Steifigkeit des zweiten Satzes Wellenfedern 90 und zwingt die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 in Eingriff. Ein Verschieben der Eingriffe der Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 und der LSD-Kupplungsbaugruppe 66 kann durch Bereitstellen des ersten und/oder zweiten Satzes Wellenfedern 88, 90 mit unterschiedlichen Steifigkeiten gesteuert werden.
Beispielhafte Einkupplungsprofile für den Kugelrampenaktuator 78 werden in 7a und 7b gezeigt. Das Antriebsdrehmoment, oder Vortriebsdrehmoment, repräsentiert das Drehmomentmaß auf der Antriebswelle. Das LSD-Drehmoment stellt die maximal erreichbare Drehmomentdifferenz zwischen den beiden Rädern dar. Das LSD-Drehmoment kann beispielsweise etwa ein Drittel des Antriebsdrehmoments betragen. In dem in 7a gezeigten Einkupplungsprofil wird Drehmoment in einer ersten Antriebsposition sowohl über die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 als auch die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 übertragen. In dem in 7b gezeigten Einkupplungsprofil wird Drehmoment in einer ersten Antriebsposition über die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 übertragen, während in der ersten Antriebsposition kein Drehmoment über die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 übertragen wird. In einer zweiten Antriebsposition wird Drehmoment sowohl über die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 als auch die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 übertragen. Dies kann zum Beispiel zum Verbessern der Gleichlaufregelung der Antriebswelle wünschenswert sein.
Zusätzlich zu einem Kugelrampenaktuator können weitere Aktuatoren verwendet werden, um die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 und die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 zu betätigen, wie etwa ein oder mehrere Kolben, Solenoide, Antriebe oder andere geeignete hydraulische, pneumatische, elektrische, thermische, magnetische oder mechanische Aktuatoren.
Ein doppelter Kugelrampenaktuator 100, nunmehr mit Bezugnahme auf 8, kann verwendet werden, um ein mehrstufiges Anschalten bereitzustellen. Konkret kann ein doppelter Kugelrampenaktuator 100 verwendet werden, um eine zweistufige Betätigung der Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 und der LSD-Kupplungsbaugruppe 66 unter Verwendung eines Außenrings 102 bzw. eines Innenrings 104 bereitzustellen.
Der Darstellung in 9–11 gemäß enthält der doppelte Kugelrampenaktuator 100 ein Antriebsrad 106, das selektiv durch einen Antrieb 108 gedreht wird. Das Antriebsrad 106 steht mit einer Außenfläche des Außenrings 102 in Eingriff, beispielsweise über eine Radverzahnungsanordnung. Auf dieses Weise bewirkt das Antriebsrad 106, wenn der Antrieb 108 das Antriebsrad 106 dreht, dass sich der Außenring 102 dreht. Bei manchen Ansätzen enthält der doppelte Kugelrampenaktuator 100 ferner einen feststehenden Ring 110 und, bei weiteren Ansätzen, eine Druckscheibe 112. Auf diese Weise können der Außenring 102 und der Innenring 104 zwischen dem feststehenden Ring 110 und der Druckscheibe 112 angeordnet sein.
Der Darstellung in 12 gemäß kann die Druckscheibe 112 eine durchgehende Fläche oder eine Seitenfläche aufweisen. Bei einem anderen Ansatz, der in 13 und 14 gezeigt wird, enthält die Druckscheibe 112 eine Vielzahl von Fingern oder Vorsprüngen 113, die von der Fläche oder Seitenfläche abstehen.
Der Außenring 102 weist mindestens eine äußere Vertiefung oder Kerbe auf, und vorzugsweise vier Außenringkerben 114, die an einer Fläche des Außenrings 102 angeordnet sind. Der Darstellung in 11 gemäß und wie hier an anderer Stelle ausführlicher beschrieben weisen die Außenringkerben 114 Erste-Stufe-Rampenprofile 114a und Zweite-Stufe-Rampenprofile 114b auf. Kugeln oder Lager 116 sind in den Außenringkerben 114 und in entsprechenden Außenkerben 118 des feststehenden Rings 110 angeordnet und durchlaufen die Erste- und Zweite-Stufe-Rampenprofile 114a, 114b. Bei manchen Ansätzen weisen die Außenkerben 118 des feststehenden Rings 110 Kerbenprofile anstelle von, oder zusätzlich zu, den Erste- und Zweite-Stufe-Rampenprofilen 114a, 114b des Außenrings 102 auf.
Der Innenring 104 weist gleichermaßen mindestens eine innere Kerbe oder Vertiefung auf, und vorzugsweise vier Innenringkerben 120, die an einer Fläche des Innenrings 104 angeordnet sind. Die Innenringkerben 120 weisen Erste-Stufe-Rampenprofile 120a und Zweite-Stufe-Rampenprofile 120b auf. Kugeln oder Lager 122 sind in den Innenringkerben 120 und in entsprechenden Innenkerben 124 des feststehenden Rings 110 angeordnet und durchlaufen die Erste- und Zweite-Stufe-Rampenprofile 120a, 120b. Bei manchen Ansätzen weisen die Innenkerben 124 des feststehenden Rings 110 Kerbenprofile anstelle von, oder zusätzlich zu, den Erste- und Zweite-Stufe-Rampenprofilen 120a, 120b des Innenrings 104 auf.
Der doppelte Kugelrampenaktuator 100, vorübergehend mit Bezugnahme auf 10, kann einen äußeren Planetenträger 126 enthalten, der zwischen dem Außenring 102 und dem feststehenden Ring 110 angeordnet ist, und einen inneren Planetenträger 128, welcher zwischen dem Innenring 104 und dem feststehenden Ring 110 angeordnet ist. Der äußere Planetenträger 126 enthält eine Vielzahl von Löchern 130, die umlaufend um die Achse 62 beabstandet sind. Die Löcher 130 entsprechen den äußeren Kugeln 116 und passen über diese. Der innere Planetenträger 128 enthält eine Vielzahl von Löchern 132, die umlaufend um die Mittelachse 62 beabstandet sind. Die Löcher 132 entsprechen den inneren Kugeln 122 und passen über diese. Die Planetenträger 126, 128 wirken derart, dass sie eine gleichmäßige Beabstandung zwischen den Kugeln 116, 122 aufrechterhalten, während sich die Kugeln um die Mittelachse 62 bewegen.
Der Innenring 104 steht mit dem Außenring 102 in Eingriff, sodass eine Drehung des Außenrings 102 eine entsprechende Drehung des Innenrings 104 bewirkt. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass eine Außenfläche des Innenrings 104 mit einer Innenfläche des Außenrings 102 in Eingriff genommen wird. Bei einem Ansatz, der in 9–11 gezeigt wird, enthält die Innenfläche des Außenrings 102 mindestens einen Spalt 134, und eine Außenfläche des Innenrings 104 enthält mindestens einen Keil oder Vorsprung 136, der derart abgemessen ist, dass er den Spalt in Eingriff nimmt. Bei einem anderen Ansatz, der in 14 gezeigt wird, enthält eine Innenfläche des Außenrings 102 eine erste Vielzahl von Zähnen 138, und eine Außenfläche des Innenrings 104 enthält mindestens eine zweite Vielzahl von Zähnen 140, die dazu ausgelegt sind, die erste Vielzahl von Zähnen in Eingriff zu nehmen. Bei beiden Ansätzen wird eine Drehbewegung des Innenrings 104 im Verhältnis zu dem Außenring 102 gehemmt.
Obwohl die relative Drehbewegung gehemmt ist, stellt der doppelte Kugelrampenaktuator 100 eine ungekoppelte axiale Übersetzung des Außenrings 102 im Verhältnis zu dem Innenring 104 und umgekehrt bereit. Auf diese Weise gestattet der doppelte Kugelrampenaktuator 100 eine separate und getrennte axiale Bewegung der beiden Ringe auf der Mittelachse 62.
Bei der Verwendung dreht der Antrieb 108 das Antriebsrad 106 an, wodurch der Außenring 102 gedreht wird. Weil der Innenring 104 mit dem Außenring 102 keilverzahnt ist, bewirkt eine Drehung des Außenrings 102 eine entsprechende Drehung des Innenrings 104. Während sich die Ringe drehen, ist mindestens einer von dem Außenring 102 und dem Innenring 104 in der Lage, axial auf der Mittelachse 62 im Verhältnis zu dem Außenring zu übersetzen oder sich so zu bewegen. Bei einem bevorzugten Ansatz sind der Außenring 102 und der Innenring 104 in der Lage, separat auf der Mittelachse 62 zu übersetzen. Wie hier an anderer Stelle ausführlicher erläutert, kann beispielsweise der Außenring 102 zu einem ersten Zeitpunk (zum Beispiel aufgrund der Antriebsposition) übersetzen, während der Innenring 104 feststehend bleibt; der Innenring 104 kann zu einem zweiten Zeitpunkt (zum Beispiel aufgrund der Antriebsposition) übersetzen, während der Außenring 102 feststehend bleibt; der Innenring 104 kann zu einem ersten Zeitpunkt übersetzen, während der Außenring 102 feststehend bleibt; der Außenring 102 kann zu einem zweiten Zeitpunkt übersetzen, während der Innenring 104 feststehend bleibt; der Außenring 102 und der Innenring 104 können zum gleichen Zeitpunkt und mit verschiedenen Geschwindigkeiten übersetzen; oder der Außenring 102 und der Innenring 104 können zum gleichen Zeitpunkt und in verschiedenen Axialrichtungen übersetzen. Andere Kombination aus Axialbewegungsstufen des Außenrings 102 und des Innenrings 104 (beispielsweise aufgrund der Antriebsposition) sind hier ausdrücklich vorgesehen. Ferner können, auch wenn hier nur zwei konzentrische Ringe beschrieben werden, drei oder mehr konzentrische Ringe verwendet werden, um eine zusätzliche Funktionalität bereitzustellen. Zum Beispiel können drei konzentrische Ringe bereitgestellt werden, und sie können eine, zwei, drei oder mehr Profilstufen aufweisen, um eine zusätzliche Funktionalität bereitzustellen.
Die axiale Bewegung des Außenrings 102 und des Innenrings 104 kann anhand von Stufenrampenprofile der Außenringkerben 114 des Außenrings 102 und Innenringkerben 120 des Innenrings 104 reguliert werden. Im hier verwendeten Sinne bezieht sich ein Rampenprofil einer Kerbe auf die axiale Tiefe entlang einer Länge der Kerbe. Eine axiale Tiefe einer Kerbe bezeichnet die Tiefe der Kerbe, die in dem Ring geformt ist, und kann zum Beispiel zwischen entgegengesetzten Seitenflächen oder Flächen des Rings und im Verhältnis zu der Mittelachse 62 betrachtet werden. Eine Stufe bezeichnet einen Abschnitt der Kerbe. Eine Kerbe kann beispielsweise eine Stufe mit einer konstanten axialen Tiefe aufweisen, sodass sich die Tiefe der Kerbe auf einer solchen Stufe nicht ändert. Eine Kerbe kann auch eine Stufe mit einer variierenden axialen Tiefe aufweisen. In einer solchen Stufe nimmt die axiale Tiefe entlang einer Länge der Stufe der Kerbe zu oder ab. Hier werden zwar eine oder zwei Kerbenstufen beschrieben, doch können auch Ringe mit Kerben bereitgestellt werden, die drei oder mehr Kerbenstufen aufweisen, um eine zusätzliche Funktionalität bereitzustellen.
Ein doppelter Kugelrampenaktuator 100, nunmehr mit Bezugnahme auf 15a, kann einen Außenring 102 enthalten, der mit äußeren Ringkerben 114 mit einem Erste-Stufe-Rampenprofil, welches eine variierende axiale Tiefe aufweist, und einem Zweite-Stufe-Rampenprofil, das eine konstante axiale Tiefe aufweist, versehen ist. Der doppelte Kugelrampenaktuator 100 kann zudem einen Innenring 104 enthalten, der mit inneren Ringkerben 120 mit einem Erste-Stufe-Rampenprofil, welches eine konstante axiale Tiefe aufweist, und einem Zweite-Stufe-Rampenprofil, das eine variierende axiale Tiefe aufweist, versehen ist. Bei diesem Ansatz drehen sich die Ringe durch die erste Stufe, die äußeren Kugeln 116 durchwandern die variierenden axialen Tiefenprofile der äußeren Ringkerben 114, wodurch der Außenring 102 zunehmend von dem feststehenden Ring 110 weg gezwungen wird. Auf diese Weise wird der Außenring 102 während der ersten Stufe axial verlagert. Die inneren Kugeln 122 durchwandern die konstanten axialen Tiefenprofile der Innenringkerben 120 während der ersten Stufe und zwingen den Innenring 104 damit nicht von dem feststehenden Ring 110 weg. Auf diese Weise wird der Innenring 104 während der ersten Stufe nicht axial verlagert. Während sich die Ringe durch die zweite Stufe drehen, durchwandern die äußeren Kugeln 116 die konstanten axialen Tiefenprofile der äußeren Ringkerben 114 und zwingen den Außenring 102 damit nicht von dem feststehenden Ring 110 weg. Auf diese Weise wird der Außenring 102 während der zweiten Stufe nicht axial verlagert. Die inneren Kugeln 122 durchwandern die variierenden axialen Tiefenprofile der Innenringkerben 120 während der zweiten Stufe und zwingen den Innenring 104 dadurch zunehmend von dem feststehenden Ring 110 weg. Auf diese Weise wird der Innenring 104 während der zweiten Stufe axial verlagert.
Ein doppelter Kugelrampenaktuator 100, nunmehr mit Bezugnahme auf 15b, kann einen Außenring 102 enthalten, der mit äußeren Ringkerben 114 mit einem Erste-Stufe-Rampenprofil, welches eine konstante axiale Tiefe aufweist, und einem Zweite-Stufe-Rampenprofil, das eine variierende axiale Tiefe aufweist, versehen ist. Der doppelte Kugelrampenaktuator 100 kann zudem einen Innenring 104 enthalten, der mit inneren Ringkerben 120 mit einem Erste-Stufe-Rampenprofil, welches eine variierende axiale Tiefe aufweist, und einem Zweite-Stufe-Rampenprofil, das eine konstante axiale Tiefe aufweist, versehen ist. Während sich die Ringe durch die erste Stufe drehen, durchwandern die äußeren Kugeln 116 bei diesem Ansatz die konstante axiale Tiefe s der äußeren Ringkerben 114 und zwingen den Außenring 102 damit nicht von dem feststehenden Ring 110 weg. Auf diese Weise wird der Außenring 102 während der zweiten Stufe nicht axial verlagert. Die inneren Kugeln 122 durchwandern die variierenden axialen Tiefenprofile der inneren Ringkerben 120 während der ersten Stufe und zwingen den Innenring 104 dadurch zunehmend von dem feststehenden Ring 110 weg. Auf diese Weise wird der Innenring 104 während der ersten Stufe axial verlagert. Während sich die Ringe durch die zweite Stufe drehen, durchwandern die äußeren Kugeln 116 die variierenden axialen Tiefenprofile der äußeren Ringkerben 114, wodurch der Außenring 102 zunehmend von dem feststehenden Ring 110 weg gezwungen wird. Auf diese Weise wird der Außenring 102 während der zweiten Stufe axial verlagert. Die inneren Kugeln 122 durchwandern die konstanten axialen Tiefenprofile der Innenringkerben 120 während der zweiten Stufe und zwingen den Innenring 104 damit nicht von dem feststehenden Ring 110 weg. Auf diese Weise wird der Innenring 104 während der zweiten Stufe nicht axial verlagert.
Der Darstellung in 15a und 15b gemäß können die Rampenprofile der Kerben 114, 120 des Außenrings 102 und Innenrings 104 derart koordiniert werden, dass Übergänge zwischen Stufen zeitgleich erfolgen. Bei einem anderen Ansatz können die Übergänge zwischen Stufen des Rings versetzt sein. Zum Beispiel können, der Darstellung in 15c gemäß, die Kerben 120 des Innenrings 104 mit Rampenprofilen bereitgestellt werden, welche (z. B. aufgrund der Antriebsposition) zwischen einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe übergehen, bevor Rampenprofile der Kerben 114 des Außenrings 102 zwischen einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe übergehen. Bei anderen Ansätzen können die Kerben 120 des Innenrings 104 mit Rampenprofilen bereitgestellt werden, welche zwischen einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe übergehen, nachdem Rampenprofile der Kerben 114 des Außenrings 102 zwischen einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe übergehen.
Bei einem weiteren Ansatz kann ein doppelter Kugelrampenaktuator 100 einen Außenring 102 enthalten, der mit äußeren Ringkerben 114 mit einem einstufigen Profil und einem Innenring 104 versehen ist, welcher mit inneren Ringkerben 120 mit einem Einzelprofil versehen ist. Bei diesem Ansatz können die äußeren Ringkerben 114 einen erste Steigungsgradienten aufweisen, und die inneren Ringkerben 120 können einen zweiten Steigungsgradienten aufweisen, der sich von dem ersten Steigungsgradienten unterscheidet. Zum Beispiel kann der Steigungsgradient der äußeren Ringkerben 114, der Darstellung in 15d gemäß, eine axiale Bewegung des äußeren Rings 102 bei einer höheren Geschwindigkeit (wie bspw. anhand der Antriebsposition ermittelt) im Vergleich zu der Geschwindigkeit bewirken, bei welcher der Steigungsgradient der inneren Ringkerbe 120 eine axiale Bewegung des Innenrings 104 bewirkt. Alternativ kann der Steigungsgradient der äußeren Ringkerben 114, eine axiale Bewegung des äußeren Rings 102 bei einer geringeren Geschwindigkeit im Vergleich zu der Geschwindigkeit bewirken, bei welcher der Steigungsgradient der inneren Ringkerbe 120 eine axiale Bewegung des Innenrings 104 bewirkt.
Bei einem weiteren Ansatz, der in 15e gezeigt wird, kann ein doppelter Kugelrampenaktuator 100 einen Außenring 102 enthalten, der mit äußeren Ringkerben 114 mit einer positiven Profilstufe und einem Innenring 104 versehen ist, welcher mit inneren Ringkerben 120 mit einer negativen Profilstufe versehen ist. Auf diese Weise kann der Außenring 102, der Darstellung in 16 gemäß, während einer Drehung der Ringe in eine erste axiale Richtung gezwungen werden, und der Innenring 104 kann in eine zweite axiale Richtung, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, gezwungen werden. Eine entgegengesetzte axiale Bewegung der beiden Ringe kann zeitgleich erfolgen, oder sie kann separat und getrennt aufgrund der Antriebsposition erfolgen.
Der Darstellung in 17 gemäß kann ein doppelter Kugelrampenaktuator 100 einen Außenring 102 und einen Innenring 104 separat axial verlagern, um getrennte Verlagerungen zu einem jeweiligen Zeitpunkt (z. B aufgrund einer Antriebsposition) zu erreichen. Auf diese Weise fungiert der doppelte Kugelrampenaktuator 100 als ein mehrstufiger Kugelrampenaktuator. Diese Anordnung gestattet zwei axiale Verlagerungen unter Verwendung nur eines einzelnen Aktuators. Daher ist nur ein einzelner Antrieb notwendig, um die mehreren Stufen zu erreichen. Außerdem kann der doppelte Kugelrampenaktuator 100 derart abgemessen und dimensioniert sein, dass er den gleichen Raum einnimmt wie herkömmliche Kugelrampenaktuatoren. Die ansteigenden Kerben können derart ausgestaltet sein, dass sie die relative Bewegung zwischen der Außen- und der Innenrampe 102, 104 je nach gewünschter Anwendung koordinieren. Außerdem kann der doppelte Kugelrampenaktuator 100 in der Lage sein, eine Drehbewegung in eine axiale Verlagerung mit sehr hoher Kraftverstärkung umzuwandeln, z. B. 100:1 oder mehr.
Eine Anwendung für einen doppelten Kugelrampenaktuator 100 wird in 18 und 19 gezeigt. Bei diesem Ansatz ist der doppelte Kugelrampenaktuator 100 in der Lage, eine separate, ungekoppelte axiale Verlagerung einer Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 und einer LSD-Kupplungsbaugruppe 66 bereitzustellen. Der Darstellung in 18 gemäß verlagert sich der Außenring 102 axial und überträgt eine Axialkraft auf ein Führungslager 142 (z. B. ein Nadellager), was eine Axialkraft auf die Druckscheibe 112 überträgt. Der Innenring 104 verlagert sich axial und überträgt eine Axialkraft auf ein Führungslager 144 (z. B. ein Nadellager), was eine Axialkraft auf die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 überträgt. Bei manchen (nicht dargestellten) Ansätzen ist eine Druckscheibe zwischen dem Führungslager 144 und der LSD-Kupplungsbaugruppe angeordnet.
Bei dem in 18 und 19 gezeigten Ansatz handelt es sich bei den Drehmomentübertragungskupplungsscheiben 68 um Wellenfedern, die drehbar an der Zwischenwelle fixiert und im Verhältnis zu der Zwischenwelle axial beweglich sind. Gleichermaßen handelt es sich bei den LSD-Kupplungsscheiben 72 um Wellenfedern, die drehbar an der Differentialwelle fixiert und im Verhältnis zu der Differentialwelle axial beweglich sind.
Beispielhafte Einkupplungsprofile für den doppelten Kugelrampenaktuator 100 werden in 20a und 20b gezeigt. Bei dem in 20a gezeigten Einkupplungsprofil wird das Drehmoment zunächst über die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 übertragen. Bei einer jeweiligen Antriebsposition arbeitet der Triebstrang auf eine traditionelle eLSD-Weise und das Drehmoment wird wie durch die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 erforderlich angewandt. Bei diesem Ansatz werden die beiden Kupplungsbaugruppen separat und nacheinander betrieben. Bei dem in 20b gezeigten Einkupplungsprofil wird das Drehmoment zunächst über die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 übertragen. Bei einer jeweiligen Antriebsposition wird das Drehmoment sowohl über die Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 als auch die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 übertragen. Bei einer anderen Antriebsposition wird das Drehmoment wie durch die LSD-Kupplungsbaugruppe 66 erforderlich angewandt. Bei diesem Ansatz werden die beiden Kupplungsbaugruppen separat und, zumindest bei einer jeweiligen Antriebsposition, zeitgleich betrieben.
Auf diese Weise können eine Drehmomentübertragungskupplungsbaugruppe 64 und eine LSD-Kupplungsbaugruppe 66 in einem gemeinsamen Kupplungskorb bereitgestellt und durch einen einzelnen, gemeinsamen Aktuator angeschaltet werden. Die hier beschriebenen Anordnungen ermöglichen sowohl Auskoppel-Fähigkeiten als auch Fähigkeiten begrenzten Schlupfes in einem Paket, das hinsichtlich der Größe traditionellen RDU-Paketgrößen ähnelt. Ein Minimieren der Anzahl der erforderlichen Aktuatoren reduziert im Vergleich zu traditionellen RDU weiterhin Gewicht und Kosten.
Wenngleich er hier im Zusammenhang mit Fahrzeugkupplungen beschrieben wird, ist es ausdrücklich vorgesehen, dass der doppelte Kugelrampenaktuator 100 auch in andere geeignete Anwendungen eingebaut werden kann, in denen eine mehrstufige Betätigung vorteilhaft sein kann.
Zwar wurden vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, doch wird damit nicht die Absicht verfolgt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke stellen vielmehr beschreibende als einschränkende Ausdrücke dar, und es versteht sich, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können die Merkmale unterschiedlicher Umsetzungsausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen zu bilden.
Bezugszeichenliste
Fig. 7A und Fig. 7B:

200: Kugelrampenaktuator
202: Antriebsdrehmoment
204: LSD-Drehmoment

210: Außenring
212: Innenring

220: Doppelter Kugelrampenaktuator
222: Antriebsdrehmoment
224: LSD-Drehmoment

Claims

Mehrstufiger Kugelrampenaktuator, umfassend: ein Antriebsrad; einen feststehenden Ring; einen Außenring, der an einer Außenfläche des Außenrings mit dem Antriebsrad in Eingriff steht, wobei der Außenring mindestens eine äußere Ringkerbe und eine äußere Kugel, die zwischen der äußeren Ringkerbe und dem feststehenden Ring angeordnet ist, aufweist; und einen Innenring, der mit einer Innenfläche des Außenrings in Eingriff steht, sodass der Innenring im Verhältnis zu dem Außenring drehbar um eine Mittelachse fixiert ist und im Verhältnis zu dem Außenring auf der Mittelachse axial beweglich ist, wobei der Innenring mindestens eine innere Ringkerbe und eine innere Kugel aufweist, die zwischen der inneren Ringkerbe und dem feststehenden Ring angeordnet ist.
Mehrstufiger Kugelrampenaktuator nach Anspruch 1, wobei die Innenfläche des Außenrings mindestens einen Spalt enthält, und wobei eine Außenfläche des Innenrings mindestens einen Keil enthält, der dazu ausgelegt ist, den Spalt in Eingriff zu nehmen, um eine Drehbewegung des Innenrings im Verhältnis zu dem Außenring zu hemmen.
Mehrstufiger Kugelrampenaktuator nach Anspruch 1, wobei die Innenfläche des Außenrings eine erste Vielzahl von Zähnen enthält, und wobei eine Außenfläche des Innenrings eine zweite Vielzahl von Zähnen enthält, die dazu ausgelegt ist, die erste Vielzahl von Zähnen in Eingriff zu nehmen, um eine Drehbewegung des Innenrings im Verhältnis zu dem Außenring zu hemmen.
Mehrstufiger Kugelrampenaktuator nach Anspruch 1, wobei die äußere Ringkerbe ein Erste-Stufe-Rampenprofil und ein Zweite-Stufe-Rampenprofil aufweist, und wobei die innere Ringkerbe ein Erste-Stufe-Rampenprofil und ein Zweite-Stufe-Rampenprofil aufweist.
Mehrstufiger Kugelrampenaktuator nach Anspruch 4, wobei das Erste-Stufe-Rampenprofil der äußeren Ringkerbe eine variierende axiale Tiefe aufweist und das Zweite-Stufe-Rampenprofil der äußeren Ringkerbe eine konstante axiale Tiefe aufweist, und wobei das Erste-Stufe-Rampenprofil der inneren Ringkerbe eine konstante Tiefe aufweist und das Zweite-Stufe-Rampenprofil der inneren Ringkerbe eine variierende axiale Tiefe aufweist.
Mehrstufiger Kugelrampenaktuator nach Anspruch 4, wobei das Erste-Stufe-Rampenprofil der äußeren Ringkerbe eine konstante axiale Tiefe aufweist und das Zweite-Stufe-Rampenprofil der äußeren Ringkerbe eine variierende axiale Tiefe aufweist, und wobei das Erste-Stufe-Rampenprofil der inneren Ringkerbe eine variierende Tiefe aufweist und das Zweite-Stufe-Rampenprofil der inneren Ringkerbe eine konstante axiale Tiefe aufweist.
Mehrstufiger Kugelrampenaktuator nach Anspruch 1, wobei die äußere Ringkerbe ein einstufiges Rampenprofil mit einem ersten Steigungsgradienten aufweist, und wobei die innere Ringkerbe ein einstufiges Rampenprofil mit einem zweiten Steigungsgradienten aufweist, welcher sich von dem ersten Steigungsgradienten unterscheidet.
Mehrstufiger Kugelrampenaktuator nach Anspruch 1, wobei die äußere Ringkerbe eine Steigung aufweist, die auf der Mittelachse im Allgemeinen in eine erste Richtung verläuft, und wobei die innere Ringkerbe eine Steigung aufweist, welche im Allgemeinen in eine zweite Richtung verläuft, die der ersten Richtung auf der Mittelachse entgegengesetzt ist.
Mehrstufiger Kugelrampenaktuator nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Druckscheibe, die dazu ausgelegt ist, axiale Kräfte von mindestens einem von dem Außenring und dem Innenring aufzunehmen, wobei die Druckscheibe mindestens einen Vorsprung umfasst, der axial von der Druckscheibe absteht.
Mehrstufiger Kugelrampenaktuator, umfassend: einen axial beweglichen Außenring, der mindestens eine äußere Ringkerbe und eine in der äußeren Ringkerbe angeordnete äußere Kugel aufweist; und einen axial beweglichen Innenring, der im Verhältnis zu dem Außenring drehbar fixiert ist, wobei der Innenring mindestens eine innere Ringkerbe und eine in der inneren Ringkerbe angeordnete innere Kugel aufweist.