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Die Erfindung betrifft im allgemeinen
Kupplungen mit mehreren Kupplungsscheiben für Kraftfahrzeuge und im besonderen
Kupplungen für
Antriebsstrangteile von Kraftfahrzeugen mit einer internen Reaktionskraftschaltung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Mithin liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung mit mehreren Kupplungsscheiben
mit einer internen Reaktionskraftschaltung zu schaffen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Damit die Erfindung gut verständlich wird, wird
im folgenden eine Ausführungsform
derselben beispielhaft an Hand der anliegenden Zeichungen beschrieben,
in denen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Fahrzeugantriebssystems für ein Vierradfahrzeug
mit der Doppelkupplungsachse gemäß der vorliegenden Erfindung
darin ist;
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2 eine
vollständige
Schnittansicht einer Doppelkupplungsachse mit Kupplungen mit internen Reaktionskraftschaltungen
gemäß der vorliegenden Erfindung
darin ist, und
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3 einer
vergrößerte Schnittansicht
einer Kupplung mit einer internen Reaktionskraftschaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.