DE69817665T2 - Kupplungsanordnung mit Schaltung für Reaktonskraft - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft im allgemeinen Kupplungen mit mehreren Kupplungsscheiben für Kraftfahrzeuge und im besonderen Kupplungen für Antriebsstrangteile von Kraftfahrzeugen mit einer internen Reaktionskraftschaltung.
  • Fahrzeugantriebsstrang- und Steuersysteme sowohl mit elektrischen als auch hydraulischen Modulationskupplungen finden weithin Anwendung in adaptiven Fahrzeugantriebssystemen. Mit solchen Systemen werden im allgemeinen die Drehzahlen der vorderen und der hinteren Antriebswelle überwacht oder diese Drehzahlen durch die Mittelung einzelner Anzeigewerte der zwei Vorder- und der zwei Hinterräder berechnet, und bei Feststellung einer Drehzahldifferenz zwischen den Drehzahlen der Antriebswellen oder den Durchschnittsdrehzahlen der Räder wird die modulierende Kupplung gemäß einem vorgegebenen Programm angesteuert, um die Drehzahldifferenz und mithin den Radschlupf in Richtung auf Null zu treiben. Mit solchen Systemen kann auch die Tätigkeit der modulierenden Kupplung abhängig von Drosselstellung, Lenkwinkel und anderen Variablen überwacht und geregelt werden.
  • Typischerweise sind solche modulierenden Kupplungen physisch in einem Verteilergetriebe benachbart zu dem Ausgang des Fahrzeuggetriebes und von diesem getrieben angeordnet und sind funktionsmäßig zwischen dem ersten und dem zweiten Antriebsstrang angeordnet. Solche Systeme sind offenbart in dem in Mitinhaberschaft befindlichen USA-Patenten Nr. 5,407,024, erteilt am 18. April 1995, und Nr. 5,485,894 erteilt am 23. Januar 1996.
  • Eine andere Methode zur Steuerung des Rutschens von Fahrzeugen schließt in sich die Zuordnung einer einzeln betätigbaren Kupplung zu jeder Achse eines sekundären, d. h. zeitweise betätigten Antriebsstrangs. Durch wahlweise modulierende Aktivierung von einer oder von beiden der Kupplungen wird das Antriebsmoment auf ein oder auf beide sekundären Antriebsräder gerichtet, um den Gierwinkel des Fahrzeugs zu regulieren oder zu korrigieren. Ein frühes System, bei dem hydraulische Kupplungen verwendet werden, ist in dem USA-Patent Nr. 4,681,180 offenbart. Hier gibt eine Steuereinheit mit Lenkwinkel, Fahrzeuggeschwindigkeit und Motordrehmoment die Drehmomentverteilung nur zwischen den beiden Hinterrädern ein und reguliert ihn.
  • In den beiden USA-Patenten Nr. 5,195,901 und 5,119,900 wird ein Fahrzeug mit zwei unabhängig betätigbaren Hinterachsenkupplungen in einem Antriebsstrang gelehrt, der ein primäres Antriebsdrehmoment an die Vorderräder und wahlweise an die Hinterräder liefert.
  • In dem USA-Patent Nr. 5,353,889 umfasst eine Hinterachse zwei hydraulisch betätigte unabhängige Kupplungen, die von einer zugeordneten Hydraulikdruckkupplung und von Pumpen gesteuert werden.
  • In dem USA-Patent Nr. 5,383,378 liefert eine an der Vorderseite eines Fahrzeugs angeordnete Doppelkupplungsachse ein Antriebsdrehmoment an das vordere (sekundäre) Antriebsrad entsprechend dem Lenkwinkel. In dem USA-Patent Nr. 5,540,119 wird eine Differentialantriebsanordnung zur Übertragung von Drehleistung ohne Verwendung eines herkömmlichen Differentialgetriebes gelehrt. Bei der Vorrichtung werden Kupplungspaare und Nockenmechanismen genutzt, welche die Kupplungspaare entsprechend einer vorgegebenen relativen Drehung betätigen.
  • Zwar werden mit den nach dem Stande der Technik vorzufindenden Vorrichtungen viele Probleme angegangen, und es werden neue Funktionsschemata zustandegebracht, jedoch ist erkennbar, dass bestimmte Probleme nicht angegangen werden. Beispielsweise sollte erkannt werden, dass gemäß dem dritten Newtonschen Bewegungsgesetz durch die von einem Kupplungsbetätiger erzeugte direkte oder Aktionskraft zum Zusammendrücken eines benachbarten Kupplungspakets eine gleiche und entgegengerichtete Reaktionskraft geschaffen, die durch beliebige Strukturteile übertragen wird, die den Weg oder die Schaltung der Reaktionskraft bilden.
  • Typischerweise verläuft der Weg dieser Reaktionskraft durch ein äußeres Gehäuse oder bleibt darin bei Vorrichtungen, wo das Kupplungspaket benachbart zu dem Kupplungsbetätiger angeordnet ist und beide innerhalb des Gehäuses enthalten sind. Mit einer solchen Konfiguration kann sehr starke Reaktionskraft nicht nur auf das Gehäuse, sondern auch auf beliebige Befestiger aufgebracht werden, die verwendet werden, um die Gehäuseteile zusammenzuhalten. Eine solche Konfiguration kann nachteilig sein und zum Versagen entweder der Befestiger oder des Gehäuses führen oder schwere und daher teure Gehäuse- und Befestigerkonfigurationen erfordern. Auf Grund der Durchbiegung oder Verdrehung des Gehäuses oder anderer Teile im Weg der Reaktionskraft kann auch auf eine genau gesteuerte Modulierung der Kupplungen zurückgegriffen werden. Demgemäß kann die Funktionsweise von Vorrichtungen mit solchen Kupplungen darin ein solcher Rückgriff sein. Mit der vorliegenden Erfindung werden solche Dinge angegangen.
  • In US-A-S 492 194 wird ein bedarfsgerechtes Fahrzeugantriebssystem offenbart, das eine Kupplungsanordnung umfasst, die eine Kupplung zur Verwendung in einem Differential eines Kraftfahrzeugs umfasst, die in Kombination ein Eingangsglied; ein Reaktionskraftglied mit zwei beabstandeten Anschlägen; und eine modulierende Kupplungsanordnung umfasst, die auf dem Reaktionskraftglied zwischen den beiden Anschlägen im Antriebsstrang zwischen dem Eingangsglied und dem Reaktionskraftglied angeordnet ist, wobei die modulierende Kupplung aufweist: ein Kupplungsgehäuse, das mit einer ersten Gruppe von Kupplungsscheiben drehfest verbunden ist, eine Kupplungshülse, die mit einer zweiten Gruppe Kupplungsscheiben drehfest verbunden. ist, welche abwechselnd zu der ersten Gruppe Kupplungsscheiben angeordnet ist, und einen Kupplungsbetätiger zum Zusammendrücken der ersten und der zweiten Gruppe Kupplungsscheiben, wobei der Kupplungsbetätiger umfasst: eine stationäre elektromagnetische Spule, einen Rotor, der die elektromagnetische Spule teilweise umgibt, einen Anker, der benachbart zu dem Rotor angeordnet ist, zwei gegenüber liegende kreisförmige Glieder, die komplementär geformte, gegenüber liegende rampenförmige Ausnehmungen bilden, und Wälzkörper, die in den Ausnehmungen angeordnet sind.
  • Eine Kupplungsanordnung gemäß der Erfindung zum Anordnen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfaßt eine interne Reaktionskraftschaltung. Die Kupplungsanordnung umfaßt eine benachbart zu einer Betätigeranordnung angeordnete Mehrweg- oder Scheibenreibungskupplung, die wahlweise Kraft auf die Reibungskupplung aufbringt, um wahlweise durch diese ein Drehmoment zu übertragen. Die Kupplungsteile sind zwischen festen Anschlägen an einem langgestreckten Glied angeordnet, das als Reaktionskraftglied fungiert, um die Reaktionskraft von dem Kupplungsbetätiger in sich selbst aufzunehmen. Der Kupplungsbetätiger ist eine Kugelrampenanordnung, die durch eine elektromagnetische Spule betätigt wird.
  • Die Kupplung findet Anwendung in Antriebsstrangteilen von Kraftfahrzeugen, beispielsweise in einer Hinterachse (Sekundärachse), in der sie paarweise angeordnet ist, um das zu jeder Achse gelieferte Drehmoment unabhängig zu steuern, und bei Anwendungszwecken, wo es von Vorteil ist, die von dem Kupplungsbetätiger erzeugte und diesem zugeordnete Reaktionskraft kompakt innerhalb der Kupplungskonstruktion und nicht in ihrem Gehäuse aufzunehmen oder an Erde zu legen.
  • Mithin liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung mit mehreren Kupplungsscheiben mit einer internen Reaktionskraftschaltung zu schaffen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt noch weiter die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung mit mehreren Kupplungsscheiben und einem Kupplungsbetätiger zu schaffen, die nebeneinander auf einem langgestreckten Glied angeordnet sind, das als Reaktionskraftrückführschaltung fungiert.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt noch weiter die Aufgabe zugrunde, eine Reibungskupplungsanordnung mit mehreren Kupplungsscheiben mit einer internen Reaktionskraftrückführschaltung zur Verwendung in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen zu schaffen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt noch weiter die Aufgabe zugrunde, eine Reibungskupplungsanordnung mit mehreren Kupplungsscheiben mit einer internen Reaktionskraftrückführschaltung zur paarweisen Verwendung in einer Hinterachse (Sekundärachse) zu schaffen, die unabhängig die Zuführung eines Drehmoments zu zugeordneten Rädern steuert.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt noch weiter die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungs- und Kupplungsbetätigeranordnung mit mehreren Kupplungsscheiben zu schaffen, die nebeneinander auf einem gemeinsamen Glied angeordnet und montiert sind, das als Reaktionskraft aufnehmendes Glied fungiert.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie hier beansprucht wird, wird eine Kupplung zur Verwendung in einem Differential eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, die in Kombination ein Eingangsglied; ein Reaktionskraftglied mit zwei beabstandeten Anschlägen; und eine modulierende Kupplungsanordnung umfasst, die auf dem Reaktionskraftglied zwischen den beiden Anschlägen im Antriebsstrang zwischen dem Eingangsglied und dem Reaktionskraftglied angeordnet ist, wobei die modulierende Kupplung aufweist: ein Kupplungsgehäuse, das mit einer ersten Gruppe von Kupplungsscheiben drehfest verbunden ist, eine Kupplungshülse, die mit einer zweiten Gruppe Kupplungsscheiben drehfest verbunden ist, welche abwechselnd zu der ersten Gruppe Kupplungsscheiben angeordnet ist, und einen Kupplungsbetätiger zum Zusammendrücken der ersten und der zweiten Gruppe Kupplungsscheiben, wobei der Kupplungsbetätiger umfasst: eine stationäre elektromagnetische Spule, einen Rotor, der die elektromagnetische Spule teilweise umgibt, einen Anker, der benachbart zu dem Rotor angeordnet ist, zwei gegenüber liegende kreisförmige Glieder, die komplementär geformte, gegenüber liegende rampenförmige Ausnehmungen bilden, und Wälzkörper, die in den Ausnehmungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsglied mit dem Kupplungsgehäuse antriebsmäßig verbunden ist und die Kupplungshülse mit dem Reaktionskraftglied antriebsmäßig verbunden ist; und dass die beabstandeten Anschläge an entgegen gesetzten Enden des Reaktionskraftgliedes angeordnet sind, wodurch die bei einer Kupplungsbetätigung erzeugte Reaktionskraft in dem Reaktionsglied bleibt und im wesentlichen über dessen gesamte Länge übertragen wird.
  • Damit die Erfindung gut verständlich wird, wird im folgenden eine Ausführungsform derselben beispielhaft an Hand der anliegenden Zeichungen beschrieben, in denen:
  • 1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugantriebssystems für ein Vierradfahrzeug mit der Doppelkupplungsachse gemäß der vorliegenden Erfindung darin ist;
  • 2 eine vollständige Schnittansicht einer Doppelkupplungsachse mit Kupplungen mit internen Reaktionskraftschaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung darin ist, und
  • 3 einer vergrößerte Schnittansicht einer Kupplung mit einer internen Reaktionskraftschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
  • In 1 ist ein adaptiver Antriebsstrang eines Vierradfahrzeugs, der die vorliegende Erfindung verkörpert, schematisch dargestellt und mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Der Antriebsstrang 10 des Vierradfahrzeugs umfasst ein Hauptantriebselement 12, das mit einem Getriebe 14 gekoppelt ist und dieses direkt antreibt. Der Ausgang des Getriebes 14 treibt einen Kegelrad- oder Spiralkegelradsatz 16 an, der Antriebskraft an einen primären oder vorderen Antriebsstrang 20 liefert, der eine vordere oder primäre Gelenkwelle 22, ein vorderes oder primäres Differential 24, zwei starre Vorderachsen 26 und jeweils zwei vordere oder primäre Reifen-Rad-Anordnungen 28 umfasst. Es sollte zu erkennen sein, dass das vordere oder primäre Differential 24 ein herkömmliches ist.
  • Der Kegelrad- oder Spüalkegelradsatz 16 liefert ebenfalls Antriebskraft an einen sekundären oder hinteren Antriebsstrang 30, der eine sekundäre Gelenkwelle 32 mit geeigneten Kardangelenken 43, ein hinteres oder sekundäres Differential 36, zwei starre sekundäre oder Hinterachsen 26 und jeweils zwei sekundäre oder hintere Reifen-Rad-Anordnungen 40 umfasst. Die hier in Bezug auf die sekundäre Differentialanordnung 36 verwendeten Begriffe "Differential" und "Achse" werden untereinander austauschbar verwendet, um eine Vorrichtung zur Aufnahme eines Antriebsstrangdrehmoments, zu dessen Verteilung auf zwei in Querrichtung angeordnete Räder und zur Anpassung der Umdrehungsgeschwindigkeitsdifferenzen zu kennzeichnen, die unter anderem aus der Kurvenfahrt des Fahrzeugs resultieren. Die Begriffe als solche sollen solche Vorrichtungen wie die vorliegende Erfindung einschließen, die diese Funktionen bereitstellen, jedoch kein herkömmliches Planetengetriebe einschließen.
  • Die vorstehende Beschreibung betrifft ein Fahrzeug, bei dem der primäre Antriebsstrang 20 an der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet ist und der sekundäre Antriebsstrang 30 dementsprechend an der Rückseite des Fahrzeugs angeordnet ist, wobei ein solches Fahrzeug üblicherweise als Fahrzeug mit Vorderradantrieb bezeichnet wird. Die hier verwendeten Bezeichnungen "primär" und "sekundär" bezeichnen Antriebsstränge, die zu jeder Zeit ein Antriebsdrehmoment bereitstellen, bzw. Antriebsstränge, die ein zusätzliches oder intermittierendes Drehmoment bereitstellen. Diese Bezeichnungen (primär und sekundär) werden hier anstelle von vorn und hinten verwendet, insoweit die hier offenbarte und beanspruchte Erfindung ohne weiteres mit Fahrzeugen verwendet werden kann, bei denen der primäre Antriebsstrang 20 an der Rückseite des Fahrzeugs angeordnet ist und der sekundäre Antriebsstrang 30 und Teile innerhalb der sekundären Differentialanordnung 36 an der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet sind.
  • Mithin sollte die Darstellung in 1, bei welcher der primäre Antriebsstrang 20 an der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet ist, nur als veranschaulichend und nicht als einschränkend verstanden werden, und die Teile und die allgemeine Anordnung von dargestellten Teilen ist gleichermaßen mit einem Fahrzeug mit primärem Hinterradantrieb geeignet und verwendbar. Bei einem solchen Fahrzeug würde das primäre Differential 24 die sekundäre Differentialanordnung 36 an der Rückseite des Fahrzeugs ersetzen, und die sekundäre Differentialanordnung 36 würde auf die Vorderseite des Fahrzeugs bewegt, um das primäre Differential 24 zu ersetzen.
  • Dem Fahrzeugantriebsstrang 10 ist ein Mikroprozessor 50 zugeordnet, der Signale von einer Gruppe von Sensoren empfängt und zwei Steuersignale, d. h. Betätigungssignale, an die zweite Differentialanordnung 36 absetzt. Insbesondere tastet ein erster Sensor, beispielsweise ein reluktanzveränderlicher oder Hall-Sensor 52, die Umdrehungsgeschwindigkeit des rechten primären (vorderen) Reifens und der Radanordnung 28 ab und setzt ein geeignetes Signal an den Mikroprozessor 50 ab. In ähnlicher Weise tastet ein zweiter reluktanzveränderlicher oder Hall-Sensor 54 die Umdrehungsgeschwindigkeit des linken primären (vorderen) Reifens und der Radanordnung 28 ab und setzt ein Signal an den Mikroprozessor 50 ab. Ein dritter reluktanzveränderlicher oder Hall-Sensor 56 tastet die Umdrehungsgeschwindigkeit des rechten sekundären (hinteren) Reifens und der Radanordnung 40 ab und setzt ein Signal an den Mikroprozessor 50 ab. Schließlich tastet ein vierter reluktanzveränderlicher oder Hall-Sensor, der dem linken sekundären (hinteren) Reifen und der Radanordnung 40 zugeordnet ist, deren Geschwindigkeit ab und setzt ein Signal an den Mikroprozessor 50 ab. Es sollte sich verstehen, dass die Geschwindigkeitssensoren 52, 54, 56 und 58 unabhängige, d. h. dedizierte Sensoren, sein können oder diejenigen Sensoren sein können, die für Antiblockiersysteme (ABS) oder andere Geschwindigkeitsabtast- und Steuerungsanlagen in dem Fahrzeug angebracht sind. Es sollte sich ebenso verstehen, dass jedem der Geschwindigkeitssensoren 52, 54, 56 und 58 ein geeignetes und herkömmliches Zähler- oder Einstimmungsrad zu- geordnet ist, obwohl die Räder in 1 nicht dargestellt sind.
  • Um für eine optimale Schlupf- oder Gierwinkelsteuerung zu sorgen, benötigt der Mikroprozessor 50 auch Informationen über die Ausgangsgeschwindigkeit des Getriebes 14. Demgemäß kann ein reluktanzveränderlicher oder Hall-Sensor 62, der einem Einstimmungsrad 64 auf der vorderen oder primären Gelenkwelle 22 zuge ordnet ist, verwendet werden. Als Alternative kann auch ein reluktanzveränderlicher oder Hall-Sensor 66, welcher der sekundären Differentialanordnung 36 zugeordnet und benachbart zu einem Einstimmungsrad 68 auf einer Eingangswelle 70 der sekundären Differentialanordnung 36 angeordnet ist, verwendet werden. Der Mikroprozessor 50 umfasst Software, welche die Signale von den Sensoren 52, 54, 56 und 58 sowie entweder von dem Sensor 62 oder den Sensoren 66 empfängt und aufbereitet, den Korrekturvorgang zur Verbesserung der Stabilität des Fahrzeugs bestimmt, die Steuerung des Fahrzeugs aufrechterhält und/oder einen Schlupf oder eine andere anomale Gierwinkelbedingung des Fahrzeugs korrigiert oder kompensiert und zwei unabhängige Ausgangssignale an die sekundäre Differentialanordnung 36 absetzt.
  • In 2 kann die Eingangswelle 70 der sekundären Differentialanordnung 36 einen Flansch 72 oder ein ähnliches Teil umfassen, das mit einer Mutter 74 oder einem ähnlichen mit Gewinde versehenen Befestiger auf der Eingangswelle 70 gesichert ist. Der Flansch 72 bildet einen Abschnitt einer Verbindung, beispielsweise eines (in 1 dargestellten) Kardangelenks 34, mit der sekundären Gelenkwelle 32. Die Eingangswelle 70 ist innerhalb eines mittigen Gehäuses 76 aufgenommen und von einer geeigneten Öldichtung 78 umgeben, die für eine fluidundurchlässige Abdichtung zwischen dem Gehäuse 76 und einem zugeordneten Abschnitt des Flansches 72 oder der Eingangswelle 70 sorgt. Die Eingangswelle 70 ist vorzugsweise drehbar von zwei Gleitlagern gelagert, beispielsweise den Kegelrollenlageranordnungen 80. Die Eingangswelle 70 endet in einem Hypoid- oder Kegelrad 82 mit Zahnradzähnen 84, die mit komplementär geformten Zahnradzähnen 86 auf einem Ringrad 88 zusammengreifen, das mit geeigneten Befestigern 96 an einem Flansch 92 auf einem mittig angeordneten rohrförmigen Antriebsglied 94 gesichert ist. Das rohrförmige Antriebsglied 94 ist drehbar an jedem Ende durch ein Gleitlager gelagert, beispielsweise den Kugellageranordnungen 102. Das rohrförmige Antriebsglied 94 bildet einen hohlen Innenraum 104 und umfasst Keilnuten oder Zahnradzähne 106 benachbart zu jedem Ende. Zwei Spülkolben oder Schaufeln 108 sammeln Kühl- und Schmierfluid 110 aus dem Innenraum des mittige Gehäuses 76 und liefern es in den hohlen Innenraum 104 des rohrförmigen Antriebsglieds 94.
  • In den 2 und 3 umfasst die sekundäre Differentialanordnung 36 zwei Glockengehäuse 114A und 114B, die längs den Trennlinien 116A und 116B mit dem mittigen Gehäuse 74 zusammengreifen und durch mit Gewinde versehene Befestiger 118 an dem mittigen Gehäuse 74 befestigt sind. Die Gehäuse 114A und 114B sind spiegelbildliche Teile, d. h. linke und rechte, die jeweils eine jeweilige von zwei modulierenden Kupplungsanordnungen 120A und 120B aufnehmen und unterbringen. Bei der gegen überliegenden spiegelbildlichen Anordnung der zwei modulierenden Kupplungsanordnungen 120A und 120B sind jedoch die Teile der zwei im folgenden beschriebenen Kupplungsanordnungen 120A und 120B identisch, und mithin ist nur die rechts in 2 und in 3 angeordnete modulierende Kupplungsanordnung 120B vollständig beschrieben, wobei es sich versteht, dass die linke modulierende Kupplungsanordnung 120A in jeder wichtigen Hinsicht mit der rechten modulierenden Kupplungsanordnung 120B identisch ist.
  • Jede der modulierenden Kupplungsanordnungen 120A und 120B wird von den Keilnuten oder Zahnradzähnen 106 des rohrförmigen Antriebsglieds 94 angetrieben, die in komplementär geformte Keile oder Zahnradzähne 122 auf einer ringförmigen Hülse 124 eingreifen. Die ringförmige Hülse 124 ist frei drehbar auf einem Hülsenlager 125 gelagert, das wiederum frei drehbar auf einer Ausgangswelle 130B gelagert ist. Die Ausgangswelle 130B umfasst einen Flansch an einer Schulter 132, gegen welche die ringförmige Hülse 124 anliegt. Die ringförmige Hülse 124 umfasst einen Radialflansch 134, der in das Ende des rohrförmigen Antriebsglieds 94 eingreift. Die ringförmige Hülse 124 umfasst auch eine Gruppe Keile oder Zahnradzähne 136, die benachbart zu dem Radialflansch 134 angeordnet sind. Die Keile oder Zahnradzähne 136 nehmen komplementär geformte, an einer Kupplungsend glocke 140 angeordnete Keilnuten oder Zahnradzähne 138 auf und greifen in diese ein.
  • Die umlaufende Innenseite der Kupplungsendglocke 140 bildet eine Gruppe von sich in Axialrichtung erstreckenden Keilnuten 142, die in Eingriff mit komplementär geformten, an einer ersten Gruppe von Kupplungssplatten oder -scheiben 146 angeordneten Keile 144 -stehen und diese drehbar antreiben. Die erste Gruppe von Kupplungsplatten oder -scheiben 146 umfasst geeignetes Reibungsmaterial und geeignete Reibungsflächen und ist abwechselnd zu einer zweiten Gruppe von Kupplungssplatten oder -scheiben 148 mit kleinerem Durchmesser angeordnet, die ebenfalls geeignetes Reibungsmaterial und geeignete Reibungsflächen umfasst und Keilnuten 152 aufweist, die in Eingriff mit komplementär geformten, an einem Ring oder einer Hülse 156 angeordneten Keilen 154 stehen und diese drehbar antreiben. Die Hülse 156 wiederum umfasst Keilnuten oder Zahnradzähne 158, die mit kom- plementär geformten, auf der Ausgangswelle 130B angeordneten Keilen oder Zahnradzähnen 162 zusammengreifen. Zwischen der Innenseite der Kupplungsendglocke 140 und dem Kreisring oder der Hülse 156 ist eine reibungsvermindernde ebene Unterlegscheibe 164 angeordnet.
  • Die Scheibenpaket-Kupplungsanordnung 120B umfasst auch eine kreisförmige Anlegeplatte 168, die Keilnuten oder Zahnradzähne 172 umfasst, die mit den Keilen 154 an der Hülse 156 zusammengreifen. Die Anlegeplatte 168 ist vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material wie rostfreiem Stahl hergestellt, so dass sie an der Magnetschaltung (dem flußleitendem Weg) der modulierenden Kupplungsanordnung 120B weder beteiligt ist noch diese beeinträchtigt. Mithin dreht sich die Anlegeplatte 168 mit der zweiten Gruppe Kupplungsscheiben 148 und kann sich in Axialrichtung relativ dazu bewegen. Die Anlegeplatte 168 umfasst eine Schulter 174, die eine schräg angeordnete Feder oder Membranfeder 176 positioniert und aufnimmt. Die Membranfeder 176 liefert eine Vorspannkraft, welche die Anlegeplatte 168 in Richtung zu den Gruppen von Kupplungsscheiben 146 und 148 und von einem Rundanker 178 weg treibt. Der Rundanker 178 umfaßt um seinen Umfang herum eine Gruppe diskontinuierliche, gebogene Bananenschlitze 189 und eine Gruppe Keile 182, die komplementär zu der Gruppe Keilnuten 142 am Innenraum der Kupplungsendglocke 140 sind und in diese eingreifen. Mithin dreht sich der Anker 178 mit der Endglocke 140 und der ersten Gruppe Kupplungsscheiben 146.
  • Der Anker 178 ist benachbart zu einem U-förmigen, kreisförmigen Rotor 182 angeordnet. Der Rotor 182, der vorzugsweise aus Weicheisen hergestellt ist, umfasst zwei beabstandete Gruppen von diskontinuierlichen, gebogenen Bananenschlitzen 184, die mit den Bananenschlitzen 180 in dem Anker 178 zusammenwirken, um einen gewundenen Magnetflussweg zu schaffen, der die Funktionsweise der Scheibenpaket-Kupplungsanordnung 120B verbessert und deren Drehmomentdurchsatz erhöht. Der Rotor 182 umfasst auch einen Kreisring 186 aus magnetflußleitendem Material, der um seinen Umfang herum beispielsweise durch Schrumpfpassung oder einen Klebstoff befestigt ist. Der flußleitende Kreisring 186 leitet und fokussiert den Magnetfluß, um ebenfalls die Funktionsweise der Scheibenpaket-Kupplungsanordnung 120B zu verbessern und deren Drehmomentdurchsatz zu erhöhen. Das Material des flußleitenden Kreisrings 186 ist vorzugsweise Pulvermetall mit einem Bindemittel aus Teflon, das gleich oder ähnlich dem Material mit der Bezeichnung Fluxtrol A sein kann, das von Fluxtrol Manufacturing, Inc. in Auburn Hills, Michigan, hergestellt wird. (Teflon ist ein eingetragenes Warenzeichen von E. I. DuPont de Nemours Co.).
  • Der Rotor 182 umgibt allgemein ein stationäres Gehäuse 188, das eine elektromagnetische Spule 192 enthält. Das stationäre Gehäuse 188 und die elektromagnetische Spule 192 sind an dem Glockengehäuse 114B durch eine Gruppe von Gewindebolzen und -befestigern 194 gesichert, von denen einer in 3 dargestellt ist. Die elektromagnetische Spule 192 wird wahlweise durch einen Leiter 196, der in 2 dargestellt ist, mit Elektroenergie versorgt. Mit dem Rotor 182 ist durch be liebige geeignete Mittel wie Schweißnähte, ineinandergreifende Keile oder eine Presspassung ein erstes kreisförmiges Glied 202 verbunden und konzentrisch um die Ausgangswelle 130 herum angeordnet. Zwischen dem ersten kreisförmigen Glied 202 und der Ausgangswelle 130B ist ein reibungsarmer Ring 204 angeordnet, der beispielsweise aus Nylon besteht, und mithin können sich das erste kreisförmige Glied 202 und der Rotor 182 sowohl um die Ausgangswelle 130B als auch um das Gehäuse 188 der elektromagnetischen Spule 192 frei drehen. Der reibungsarme Ring 204 vermindert die Reibung zwischen dem ersten kreisförmigen Glied 202 und der Ausgangswelle 130B, wenn die Scheibenpaket-Kupplungsanordnung 120B entaktiviert wird, wodurch Drehwiderstandsverschleiß und Wärmeerzeugung vermindert werden.
  • Das erste kreisförmige Glied 202 umfasst ein Gruppe gebogene Rampen oder Ausnehmungen 206, die in einem kreisförmigen Muster um die Achse der Ausgangswelle 130B herum angeordnet sind. Die Rampen oder Ausnehmungen 206 stellen schräge Abschnitte eines schraubenförmigen Ringkörpers dar. In jeder der Ausnehmungen 206 ist eine lastübertragende Kugel 208 oder ein ähnliches lastübertragendes Glied angeordnet, das längs den von den schrägen Flächen der Ausnehmungen 206 gebildeten Rampen rollt. Gegenüberliegend zu dem ersten kreisförmigen Glied 202 ist ein zweites kreisförmiges Glied 202 angeordnet und umfasst eine gleiche Gruppe von komplementär bemessenen und angeordneten Ausnehmungen 214. Mithin werden die lastübertragenden Kugeln 208 in den Paaren von einander gegenüberliegenden Ausnehmungen 206 und 214 aufgenommen und eingeschlossen, wobei die Enden der Ausnehmungen gebogen sind und viel steiler ansteigen als die Innenbereiche der Ausnehmungen 206 und 214, so, dass die lastübertragenden Kugeln 208 darin festgehalten werden. Zwischen dem zweiten kreisförmigen Glied 212 und der Hülse 156 ist eine Gruppe von welligen Unterlegscheiben oder Membranfedern 216 angeordnet und spannt das zweite kreisförmige Glied 212 in Richtung zu dem ersten kreisförmigen Glied 212 vor.
  • Es ist zu erkennen, dass die Ausnehmungen 206 und 214 und die lastübertragenden Kugeln 208 durch andere analoge mechanische Elemente ersetzt werden können, die eine Axialverschiebung der kreisförmigen Glieder 202 und 212 entsprechend der relativen Drehung dazwischen hervorrufen. Beispielsweise können in komplementär geformten konischen Schraubenlinien angeordnete Kegelrollen verwendet werden.
  • Ein wichtiger konstruktioneller Gesichtspunkt der Ausnehmungen 206 und 214, der lastübertragenden Kugeln 208 und der Federn 216 ist, dass die Geometrie ihrer Konstruktion und die Gesamtspielräume in den Kupplungsanordnungen 120A und 120B sicherstellen, dass sie nicht von selbst ineinandergreifen. Die modulierten Kupplungsanordnungen 120A und 120B dürfen nicht von selbst ineinandergreifen, müssen aber statt dessen in der Lage sei, das Spannen der Kupplungsscheiben 146 und 148 und die Drehmomentübertragung als direkte, proportionale Reaktion auf den elektrischen Eingang in die elektromagnetische Spule 192 zu modulieren. Wietere Einzelheiten dieses Mechanismus sind in dem USA-Patent Nr. 5,492,194 zu finden.
  • Das zweite kreisförmige Glied 212 umfasst eine Gruppe Keilnuten oder Zahnradzähne 218, die komplementär zu den Keilnuten oder Zahnradzähnen 162 auf der Ausgangswelle 130B sind und in diese eingreifen. Die Axialposition des ersten kreisförmigen Glieds 202 wird von einer Drucklageranordnung 222 festgelegt. Benachbart zu der Drucklageranordnung 222 befindet sich ein Gleitlager, beispielsweise eine Kugellageranordnung 224, welche die Ausgangswelle 130B drehbar lagert und axial festlegt.
  • Auf der Ausgangswelle 130B ist ein Ausgangsflansch 226 angeordnet und durch eine ineinandergreifende Reihe von Keilenl/Keilnuten oder Zahnradzähnen 228 drehbar mit dieser verbunden. Der Ausgangsflansch 226 kann einen Abschnitt eines Kardangelenks oder einer anderen Verbindung mit der Hinterachse 38 bilden. Innerhalb des offenen Endes des Flansches 226 ist eine flache Unterlegscheibe 232 aufgenommen, und auf die Ausgangswelle 130B ist eine Mutter 234 oder ein ähnlicher Befestiger aufgeschraubt, um den Ausgangsflansch 226 straff und sicher darauf zu halten. Eine zwischen dem Gehäuse 114B und dem Ausgangsflansch 226 angeordnete, geeignete Öldichtung 236 sorgt für eine geeignete, das Fluid zurückhaltende Abdichtung dazwischen.
  • Wie oben angemerkt, liefern die Schaufeln oder Spülkolben 108 Kühl- und Schmierfluid 110 in den hohlen Innenraum 104 des rohrförmigen Antriebsglieds 94, wen sich dieses in einer Richtung dreht, die der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs entspricht. Die Ausgangswelle 130B ist zum Teil hohl und bildet eine Axialbohrung 242, die mit dem hohlen Innenraum 104 des rohrförmigen Antriebsglieds 94 kommuniziert und auch mit einer Gruppe radialer Durchlässe 244 kommuniziert, die das Kühl- und Schmierfluid 110 zu Teilen der Scheibenpaket-Kupplungsanordnung 120B liefert.
  • In einer kurzen Beschreibung der Funktionsweise von einer der Scheibenpaket-Kupplungsanordnungen 120B der hinteren Differentialanordnung 36 werden die Verbesserungen und die Merkmale derselben hervorgehoben. Wenn die elektromagnetische Spule 192 nicht unter Strom steht, läuft die Ausgangswelle 130 frei relativ zu dem rohrförmigen Antriebsglied 94, das als Eingangsantriebsglied fungiert. Wenn der Stromfluss zu der elektromagnetische Spule 192 beginnt und zunimmt, wird ein Drehwiderstand geschaffen, der die Drehung des Rotors 182 zu verlangsamen sucht und eine relative Drehung zwischen den ersten und zweiten kreisförmigen Gliedern 202 und 212 hervorruft. Wenn das erfolgt, laufen die lastübertragenden Kugeln 208 an den Ausnehmungen 206 und 214 nach oben, trennen die ersten und zweiten kreisförmigen Glieder 202 und 212 und treiben das zweite kreisförmige Glied 212 in Richtung zu der Anlegeplatte 168. Durch Translation der Anlegeplatte 168 werden die Gruppen von Kupplungsscheiben 146 und 148 zusammengedrückt und wird ein Antriebsdrehmoment von dem rohrförmigen Antriebs glied 94 und der Kupplungsendglocke 140 auf die Hülse 156 und die Ausgangswelle 130B übertragen.
  • Es sei angemerkt, dass die von den ersten und zweiten kreisförmigen Gliedern 202 und 212 erzeugte Komprimierungskraft durch die Anlegeplatte 168, die Gruppen von Kupplungsscheiben 146 und 148, die Kupplungsendglocke 140, durch die ringförmige Hülse 124 und durch die Schulter 132 in die Ausgangswelle 130B läuft. Mithin wird Reaktionskraft in Axialrichtung längs der Länge der Ausgangswelle 130B, durch die Mutter 234 und den Ausgangsflansch 226, durch die Kugellageranordnung 224 und das Drucklager 222 und von dort zurück zu dem ersten kreisförmigen Glied 202 geführt. Mithin wirken der Flansch oder die Schulter 132 und der innere Endpunkt des Ausgangsflansches 226 als feste Anschläge, die die Teile der Scheibenpaket-Kupplungsanordnung 120B einengen und die Reaktionskraft von ihrer Funktionsstelle in die Ausgangswelle 130B lenken.
  • Mithin ist zu erkennen, dass die durch Betätigung der Scheibenpaket-Kupplungsanordnung 120B erzeugte Reaktionskraft effektiv vollkommen in der Ausgangswelle 130B bleibt und nicht durch das Gehäuse 114B, das mittige Gehäuse 76 oder andere Teile läuft. Durch dieses direkte Verbleiben der Reaktionskraft des Kupplungsbetätigers werden Kräfte und Durchbiegung der Gehäuse 76, 114A und 114B vermindert und werden Modulierungssteuerung und Betriebsdauer der hinteren Differentialanordnung 36 und ihrer Teile verbessert.
  • Zum Schluss sollte es sich verstehen, dass die Ausgangswelle 130B zwar oben als das Reaktionskraft aufnehmende Glied beschrieben wurde, jedoch die Richtung des Drehmomentflusses durch die Scheibenpaket-Kupplungsanordnung 120B ohne weiteres umgesteuert werden kann oder die Kupplungsanordnung 120B etwas umkonfiguriert werden kann, so dass die Welle 130B die Eingangswelle ist. In beiden Fällen fungiert die Welle 130B als das Reaktionskraft aufnehmende Glied.

Claims (8)

  1. Kupplung zur Verwendung in einem Differential eines Kraftfahrzeuges, die in Kombination aufweist: ein Eingangsglied (94); ein Reaktionskraftglied (130A) mit zwei beabstandeten Anschlägen (132, 134); und eine modulierende Kupplungsanordnung (120A), die auf dem Reaktionskraftglied (130A) zwischen den beiden Anschlägen (132, 134) im Antriebsstrang zwischen dem Eingangsglied (94) und dem Reaktionskraftglied (130A) angeordnet ist, wobei die modulierende Kupplung (120A) aufweist: ein Kupplungsgehäuse (140), das mit einer ersten Gruppe Kupplungsscheiben (146) drehfest verbunden ist, eine Kupplungshülse (156), die mit einer zweiten Gruppe Kupplungsscheiben (148) drehfest verbunden ist, welche abwechselnd zu der ersten Gruppe Kupplungsscheiben (146) angeordnet sind, und einen Kupplungsbetätiger zum Zusammendrücken der ersten (146) und zweiten (148) Gruppe Kupplungsscheiben, wobei der Kupplungsbetätiger aufweist: eine stationäre elektromagnetische Spule (192), einen Rotor (182), der die elektromagnetische Spule (192) teilweise umgibt, einen Anker (178), der benachbart zu dem Rotor (812) angeordnet ist, zwei gegenüberliegende kreisförmige Glieder (202, 212), die komplementär geformte, gegenüber liegende rampenförmige Ausnehmungen (204, 214) bilden, und Wälzkörper (208), die in den Ausnehmungen (204, 214) angeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsglied (94) mit dem Kupplungsgehäuse (140) antriebsmäßig verbunden ist und die Kupplungshülse (156) mit dem Reaktionskraftglied (130A) antriebsmäßig verbunden ist; und dass die beabstandeten Anschläge (132, 134) an entgegengesetzten Enden des Reaktionskraftgliedes (130A) angeordnet sind, wodurch die bei einer Kupplungsbetätigung erzeugte Reaktionskraft in dem Reaktionskraftglied (130A) bleibt und im wesentlichen über dessen gesamte Länge übertragen wird.
  2. Kupplung nach Anspruch 1, bei der die Anschläge (132, 134) Schultern sind, die an dem Reaktionskraftglied (130A) festgelegt sind.
  3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner einen zweiten Ausgang, eine zweite modulierende Kupplungsanordnung (120B) und ein zweites Reaktionskraftglied (130B) aufweist.
  4. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Kupplungsbetätiger ferner ein Band (186) aus flussleitendem Material aufweist, das an dem Rotor (182) befestigt ist.
  5. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Relativdrehung der kreisförmigen Glieder (202, 212) des Kupplungsbetätigers eine axiale Translationsbewegung eines der kreisförmigen Glieder (212) bewirkt.
  6. Kupplung nach Anspruch 5, die ferner einen reibarmen Ring (204) aufweist und bei der eines der kreisförmigen Glieder (204) am Rotor (182) befestigt ist und der reibarme Ring (204) zwischen dem besagten einen kreisförmigen Glied (204) und dem Reaktionskraftglied (130A) angeordnet ist.
  7. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine unmagnetische Andrückplatte (168) aufweist, die zwischen dem Kupplungsbetätiger und den abwechselnd angeordneten Gruppen Kupplungsscheiben (146, 148) funktionsmäßig angeordnet ist.
  8. Differential für ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebswelle (94), die mit zwei Kupplungen, jede nach einem der vorhergehenden Ansprüche, über ihre Eingangsglieder (124) antriebsmäßig verbunden ist.
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