AT503001B1 - Reibungskupplung mit aktuator und tellerfeder - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reibungskupplung mit Aktuator, mit einem Aktuator in Form einer Kugelrampenanordnung (2) mit zwei zueinander koaxialen Scheiben (6, 7), von denen eine axial abgestützt und die andere axial verschiebbar und drehend antreibbar ist, wobei die axial abgestützte Scheibe (6) drehfest relativ zu einer ersten der beiden Stützflächen gehalten ist; mit einem koaxial zu den Scheiben (6, 7) angeordneten Lamellenpaket (3) mit Außenlamellen (24), die mit einem Kupplungskorb (40) drehfest zu verbinden sind, und Innenlamellen (25), die mit einer relativ zum Kupplungskorb (40) drehbaren Kupplungsnabe (56) drehfest zu verbinden sind; und mit einer koaxial angeordneten Tellerfeder (5) zur Einleitung einer Kraft in das Lamellenpaket (3), die axial vorgespannt ist und funktionell in Reihe mit dem Lamellenpaket (3) angeordnet ist, wobei die Tellerfeder (5) axial zwischen der drehend antreibbaren Scheibe (7) und dem Lamellenpaket (3) angeordnet und relativ zur drehend antreibbaren Scheibe (7) drehbar gelagert ist.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus einer Reibungskupplung und einem Aktuator,insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Reibungskupplungumfasst einen Satz Kupplungslamellen, die abwechselnd mit dem einen und dem anderenzweier gegeneinander drehbarer Kupplungsteile drehfest und axial verschiebbar verbundensind und die sich an einer axial festgelegten Anlaufscheibe anlegen und von einer axial ver¬schiebbaren Druckscheibe beaufschlagbar sind. Hierfür weist der Aktuator zwei relativ zueinan¬der verdrehbare Scheiben auf, von denen eine gegenüber einem ortsfesten Gehäuse axialabgestützt ist und von denen die andere axial verschiebbar ist. Die beiden Scheiben weisen inihren einander zugewandten Stirnflächen Kugelrillen mit gegenläufigen Steigungen auf. Jeweilszwei einander gegenüberliegende Kugelrillen, welche in Umfangsrichtung verlaufen, bilden einPaar und nehmen jeweils eine Kugel auf, über die sich die Scheiben axial abstützen. Die Tiefeeines Paares von Kugelrillen ist über den Umfang veränderlich, so dass ein Verdrehen derScheiben zueinander zu einer Axialverschiebung und somit einer Betätigung der Druckscheibeder Lamellenkupplung führt.

[0002] Aus der DE 197 56 573 A1 ist eine hydraulische Kupplung mit einer Wellfeder bekannt,die zwischen einem Kupplungskolben und einem Lamellenpaket der Kupplung angeordnet ist.Aus der EP 0 812 998 A1 und der US 2004/0144614 A1 sind ähnliche hydraulische Kupplungenbekannt, wobei zwischen dem Kupplungskolben und dem Lamellenpaket eine Tellerfeder an¬geordnet ist.

[0003] Aus der US 5 819 883 A ist eine Bremse für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugsbekannt, die mittels eines Kugelrampenmechanismus betätigbar ist. Der Kugelrampenmecha¬nismus umfasst eine Steuerscheibe und eine Stellscheibe, die über Kugeln axial aneinanderabgestützt sind. Durch Bestromen eines Elektromagneten wird der Kugelrampenmechanismusbetätigt, so dass die Stellscheibe das Lamellenpaket der Bremse axial beaufschlagt. Aus derUS 5 651 437 A ist eine ähnliche Anordnung mit Kugelrampenmechanismus und Lamellenpaketbekannt. Der Kugelrampenmechanismus wird mittels eines Elektromagneten betätigt.

[0004] Aus der WO 2005/064209 A1 ist eine Reibungskupplung mit einem elektromotorischenAktuator zur Verwendung in einem sperrbaren Differentialgetriebe bekannt. Der Aktuator um¬fasst eine in einem Gehäuse axial festgelegte Stützscheibe und eine sich an dieser axial ab¬stützende verschiebbare Stellscheibe. Durch Verdrehen der verschiebbaren Stellscheibe wirdein Lamellenpaket der Reibungskupplung axial beaufschlagt.

[0005] Aus der WO 2005/035294 A1 ist eine Antriebsanordnung eines Kraftfahrzeugs mit zweiangetriebenen Achsen bekannt, die jeweils über eine Reibungskupplung an eine Ausgangswel¬le des Schaltgetriebes ankoppelbar sind. Zum Betätigen der Reibungskupplungen ist eine Aktu-atorik vorgesehen, die zwei angetriebene Kugelgewindetriebe umfasst. Die Kugelgewindetriebeumfassen jeweils eine Mutter und eine Spindel, von denen ein Bauteil mit einem zugehörigenLamellenpaket in Wirkverbindung steht. Die Kraftübertragung von der Mutter bzw. der Spindelauf das Lamellenpaket erfolgt über ein dazwischenliegendes Axiallager sowie Federeinrichtun¬gen.

[0006] Aus der DE 103 34 468 A1 ist eine Axialverstellvorrichtung in Form einer Kugelram¬penanordnung bekannt, die eine Tellerfeder-Übersetzung umfasst. Dabei ist eine erste Druck¬platte vorgesehen, auf die die axial verschiebbare Scheibe der Kugelrampenanordnung ein¬wirkt, sowie eine zweite Druckplatte, die die Reibungskupplung beaufschlagt. Zwischen denbeiden Druckplatten ist eine Tellerfeder angeordnet, die derart eingebaut ist, dass mittels He¬belwirkung eine Kraftübersetzung von der ersten auf die zweite Druckplatte erzeugt wird.

[0007] Aus der DE 41 11 296 A1 ist eine Axialverstellvorrichtung in Form einer Kugelrampena¬nordnung für eine Reibungskupplung bekannt. Zwischen der axial verschiebbaren Scheibe unddem Lamellenpaket sind ein Nadellager, ein Ring und Druckstifte axial in Reihe angeordnet. ZurRückführung der axial verschiebbaren Scheibe ist funktional parallel hierzu eine Tellerfedervorgesehen, die axial zwischen dem Ring und dem Kupplungskorb angeordnet ist.

[0008] Die EP 0 905 399 A1 ist ein Kupplungsaktuator mit einer Kugelrampenanordnung zurAnkopplung eines Schwungrads an eine Antriebswelle bekannt. Eine an einem Gehäuse axialabgestützte Steuerscheibe ist drehend antreibbar und kann gegenüber einer mit dem Gehäusedrehtest verbundenen Aktuierscheibe verdreht werden, um eine Druckplatte zu beaufschlagen.

[0009] Aus der DE 694 08 343 T2 ist ein Übertragungssystem mit einer Pilotkupplung und einerHauptkupplung bekannt. Das Lamellenpaket kann axial gegen eine Anschlagplatte beaufschlagtwerden, welche zwischen zwei Klemmen axial begrenzt beweglich ist. Eine Tellerfeder ist zwi¬schen der Anschlagplatte und dem Gehäuse angeordnet, welche die Anschlagplatte in RichtungLamellenpaket vorspannt.

[0010] Aus der DE 10 2005 011 142 A1 ist eine Axialverstellvorrichtung mit einer Reibungs¬kupplung bekannt. Die Axialverstellvorrichtung umfasst eine drehend antreibbare Scheibe, diegegenüber einem ortsfesten Bauteil drehbar und axial abstützbar ist, sowie eine Schubplatte,die gegenüber dem ortsfesten Bauteil axial verschiebbar ist, um die Reibungskupplung zubeaufschlagen. Die Vorrichtung lässt eine freie Drehung sowie eine Aufbringung von Drehmo¬ment zu und weist einen Elektromotor auf, der ein Antriebszahnrad antreibt. Die linear beweg¬bare Schubplatte ist mit dem Zahnrad durch einen Nockenmechanismus treibend verbunden,der zwischen der Schubplatte und dem Antriebszahnrad angeordnet ist. Das Antriebszahnradist über einen Laufring an einer feststehenden Wand axial abgestützt. Durch Verdrehen desaxial abgestützten Antriebszahnrads wird die Schubplatte, welche drehfest mit der feststehen¬den Wand verbunden ist, axial verschoben und beaufschlagt das Lamellenpaket einer Rei¬bungskupplung über eine zwischengeschaltete Tellerfeder. Aus der DE 10 2005 015 617 A1und der US 2005/0258013 A1 sind ähnliche Drehmomentübertragungsmechanismen mit elekt¬romotorischen Betätigungsvorrichtungen bekannt.

[0011] Aus der EP 0 844 416 A2 ist eine Differentialanordnung zur variablen Drehmomentver¬teilung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt. Die Differentialanordnung umfasst einDifferentialgetriebe mit einem drehend antreibbaren Differentialkorb und zwei auf einer Dreh¬achse gelagerte Seitenwellen, die mit dem Differentialkorb über einen Differentialrädersatzantriebsverbunden sind. Zwischen dem Differentialkorb und jeder der Seitenwellen ist ein ersterAntriebsstrang gebildet. Je Seitenwelle ist eine Getriebestufe vorgesehen, die mit dem Differen¬tialkorb einerseits und einer der Seitenwellen andererseits antriebsverbunden ist und die Teileines zum ersten Antriebsstrang funktional parallelen zweiten Antriebsstranges ist. Je Getriebe¬stufe ist ferner eine Anordnung aus Reibungskupplung mit hydraulischem Aktuator zum An- undAbkoppeln des zweiten Antriebsstranges vorgesehen. Die Reibungskupplung umfasst ein La¬mellenpaket, das unmittelbar zwischen einem Gehäuseteil und einem Kolben des hydraulischenAktuators axial abgestützt ist. Aus der JPH 11315905 A ist eine ähnliche Differentialanordnungzur variablen Drehmomentverteilung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt.

[0012] Für eine bedarfsgerechte Regelung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs ist eine fein¬fühlige Ansteuerung der beteiligten Reibungskupplung wichtig. Dabei führen unterschiedlicheWärmeausdehnungskoeffizienten der Kupplungsbauteile zu einem veränderten Ansprechver¬halten der Reibungskupplung.

[0013] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Reibungskupplung mit Aktuator,insbesondere für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, vorzuschlagen, die weniger einfluss¬abhängig von Störgrößen ist und die eine feinfühlige Ansteuerung der Reibungskupplung er¬möglicht.

[0014] Die Lösung liegt in einer Reibungskupplung mit Aktuator, insbesondere zum Einsatz imAntriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit folgenden zwischen zwei axial festgelegten Stützflä¬chen in Reihe anzuordnenden Bauteilen: einem Aktuator in Form einer Kugelrampenanordnungmit zwei zueinander koaxialen Scheiben, von denen eine axial abgestützt und die andere axialverschiebbar ist, wobei die axial abgestützte Scheibe drehfest relativ zu einer ersten der beidenStützflächen gehalten ist und wobei die verschiebbare Scheibe drehend antreibbar ist, wobeidie beiden Scheiben auf ihren einander zugewandten Stirnflächen jeweils mehrere Kugelrillenaufweisen, die in zueinander entgegengesetzter Umfangsrichtung eine zunehmende Tiefe haben, wobei in Paaren von einander gegenüberliegenden Kugelrillen Kugeln aufgenommensind, über die sich die beiden Scheiben axial abstützen; einem koaxial zu den Scheiben ange¬ordneten Lamellenpaket mit Außenlamellen, die mit einem Kupplungskorb drehtest verbundensind, und Innenlamellen, die mit einer relativ zum Kupplungskorb drehbaren Kupplungsnabedrehtest verbunden sind, wobei die Außenlamellen und die Innenlamellen axial abwechselndangeordnet sind; einer koaxial zu den Scheiben angeordneten Tellerfeder zur Einleitung einerKraft in das Lamellenpaket, die axial vorgespannt ist und funktionell in Reihe mit dem Lamel¬lenpaket angeordnet ist, wobei die Tellerfeder axial zwischen der drehend antreibbaren Scheibeund dem Lamellenpaket angeordnet und mittels eines Kugellagers relativ zur drehend antreib¬baren Scheibe drehbar gelagert ist.

[0015] Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung aus Reibungskupplung und Aktuator ist,dass sie weniger anfällig gegen Störeinflüsse ist und somit eine feinfühlige Ansteuerung derReibungskupplung ermöglicht. Durch die im Kraftfluss zwischen der axial abgestützten Scheibeund dem Lamellenpaket angeordnete Tellerfeder hat die ganze Baueinheit eine höhere Elastizi¬tät. Dies bewirkt, dass die Kennlinie für das Kupplungsmoment über dem Verdrehwinkel derStellscheibe flacher verläuft, und dass sich die Wärmeausdehnung der beteiligten Bauteileweniger auf das erzeugte Kupplungsmoment auswirkt. Somit kann das Kupplungsmomentgenau nach Bedarf eingestellt werden, und es ergibt sich eine verbesserte Regelbarkeit derEingriffe in die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs. Die erfindungsgemäße Anordnung ist univer¬sell einsetzbar und kann beispielsweise in einem Differentialgetriebe zur variablen Drehmo¬mentverteilung zwischen den beiden Seitenwellen dienen. Ferner kann die Reibungskupplungmit Aktuator auch als Sperre in einem Differentialgetriebe verwendet werden. Als weiterer An¬wendungsfall kann die erfindungsgemäße Anordnung auch als sogenannte hang-on Kupplungdienen, die zum bedarfsweisen Zuschalten eines weiteren Antriebsstrangs dient, der zusätzlichzu einem permanent angetriebenen Antriebsstrang antreibbar ist.

[0016] Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Kugellager zum drehbaren Lagern derdrehend antreibbaren Scheibe vorgesehen, wobei ein Lagerring des Kugellagers von der dre¬hend antreibbaren Scheibe gebildet ist. Hierdurch ergibt sich eine geringe Teilezahl und einaxial kompakter Aufbau der Anordnung, was sich günstig auf die Herstellkosten auswirkt. Dieaxial verschiebbare Scheibe ist nach einer günstigen Ausgestaltung ausschließlich über dieKugeln der Kugelrampenanordnung auf der Drehachse zentriert gehalten, so dass keine zu¬sätzlichen Lagermittel erforderlich sind. Die drehend antreibbare Scheibe wird vorzugsweisemittels eines Elektromotors drehend angetrieben.

[0017] Die Tellerfeder hat eine konische Druckfläche, die das Lamellenpaket mit einem Ringab¬schnitt axial beaufschlagt, wobei die Tellerfeder derart gestaltet ist, dass der Ringabschnitt etwaradial im Bereich eines mittleren Reibradius des Lamellenpakets liegt. Dabei ist es für dieKrafteinleitung in das Lamellenpaket besonders günstig, wenn der Ringabschnitt radial im Be¬reich eines mittleren Drittels der Radialerstreckung der Reibflächen der Kupplungslamellen liegt.In unbetätigtem Zustand der Kugelrampenanordnung wird das Lamellenpaket zunächst voneiner kleineren Ringfläche der Druckfläche der Tellerfeder beaufschlagt. Bei Betätigung derKugelrampenanordnung und damit steigender Axialkraft, vergrößert sich die Ringfläche, die dasLamellenpaket zumindest mittelbar beaufschlagt. Dabei ist die Tellerfeder so ausgelegt, dassdiese im gesamten Arbeitsbereich der Reibungskupplung eine vorzugsweise lineare Charakte¬ristik hat. Somit kann die Reibungskupplung besonders präzise angesteuert werden. Die Teller¬feder kann so gestaltet bzw. angeordnet werden, dass sich die konische Druckfläche - je nachEinbauverhältnissen - nach radial außen oder nach radial innen öffnet.

[0018] Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Kugellager in Form eines Axialrillenkugel¬lagers gestaltet. Dies ist besonders günstig, da die Kugeln - im Längsschnitt betrachtet - einendefinierten Druckpunkt bilden, um den die Tellerfeder schwenken kann, um das Lamellenpaketzu beaufschlagen. Es ist vorgesehen, dass das Kugellager einen Käfig umfasst, in dem dieKugeln umfangsverteilt gehalten sind. Ein erster Lagerring des Kugellagers ist von der drehendantreibbaren Scheibe gebildet, das heißt in einer der Tellerfeder zugewandten Stirnfläche derbesagten Scheibe ist eine erste Lagerrille gebildet, in der die Kugeln des Kugellagers laufen.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zweite Lagerring des Kugella¬gers von der Tellerfeder gebildet ist. Hierfür weist die Tellerfeder in ihrer der Kugel rampenano-rdnung zugewandten Stirnfläche eine zweite Lagerrille auf, in der die Kugeln des Kugellagerslaufen. Die genannte Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Tellerfeder ausschließlich über dieKugeln des Kugellagers gegenüber der drehend antreibbaren Scheibe zentriert gehalten ist. Einzusätzliches Radiallager ist somit nicht erforderlich, so dass sich insgesamt ein kompakterAufbau mit einer geringen Teilezahl ergibt. Weiterhin liegen die Kugeln des Axialkugellagersvorzugsweise etwa auf gleichem Radius wie die Kugeln der Kugelrampenanordnung. Hierdurchergibt sich eine direkte Krafteinleitung von der verschiebbaren Scheibe auf die Tellerfeder,wobei Biegemomente in der Stellscheibe gering sind. Die Lagerrille der Tellerfeder liegt vor¬zugsweise auf einem größeren Radius als der Ringabschnitt der Druckfläche, die das Lamel¬lenpaket beaufschlagt.

[0019] Nach einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Lamellenpaket eine Druckplatte, dieeinerseits von der Tellerfeder axial beaufschlagt ist, und andererseits von Federmitteln zurRückstellung der Kugelrampenanordnung beaufschlagt ist. Vorzugsweise umfassen die Feder¬mittel mehrere Schraubenfedern, die über den Umfang der Druckplatte verteilt sind. DieSchraubenfedern sind mit ihren der Druckplatte entgegengesetzten Enden gegenüber derStützfläche, beispielsweise eines stehenden Gehäuses, oder einer mit der Stützfläche in Anla¬gekontakt befindlichen Lamelle abgestützt.

[0020] Eine weitergehende Lösung der obengenannten Aufgabe liegt in einer Differentialanord¬nung zur variablen Drehmomentverteilung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassendein Differentialgetriebe mit einem drehend antreibbaren Differentialkorb und zwei auf einerDrehachse gelagerten Seitenwellen, die mit dem Differentialkorb über einen Differentialräder¬satz antriebsverbunden sind, wobei zwischen dem Differentialkorb und jeder der Seitenwellenein erster Antriebsstrang gebildet ist; je Seitenwelle eine Getriebestufe, die mit dem Differential¬korb einerseits und einer der Seitenwellen andererseits antriebsverbunden ist und die Teil eineszum ersten Antriebsstrang funktional parallelen zweiten Antriebsstranges ist; je Getriebestufeeine Anordnung aus einer Reibungskupplung und einem Aktuator zum An- und Abkoppeln deszweiten Antriebsstranges.

[0021] Dabei ist die Reibungskupplung mit Aktuator nach einer der obengenannten Ausfüh¬rungsformen gestaltet. Die erfindungsgemäße Differentialanordnung bietet dieselben Vorteilewie die obengenannte Lösung, nämlich insbesondere eine geringe Anfälligkeit gegen Störein¬flüsse und eine feinfühlige Ansteuerung der Reibungskupplung. Durch die Elastizität der ge¬samten Anordnung aus Aktuator und Reibungskupplung verläuft die Kennlinie für das Kupp¬lungsmoment über dem Verdrehwinkel der Stellscheibe flacher. Somit kann das Kupplungsmo¬ment genau nach Bedarf eingestellt werden, und es ergibt sich eine verbesserte Regelbarkeitder Eingriffe in die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs.

[0022] Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert.Hierin zeigt [0023] Figur 1 eine erfindungsgemäße Reibungskupplung mit Aktuator im Längsschnitt; [0024] Figur 2 die Tellerfeder aus Figur 1 im Längsschnitt; [0025] Figur 3 die Tellerfeder aus Figur 1 in Ansicht; [0026] Figur 4 die verschiebbare Scheibe aus Figur 1 in Ansicht; und [0027] Figur 5 eine erfindungsgemäße Getriebeanordnung mit einer erfindungsgemäßen

Reibungskupplung mit Aktuator gemäß Figur 1 im Längsschnitt.

[0028] Die Figuren 1 bis 4 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Es ist eine Anord¬nung mit einem Aktuator 2 und einem Lamellenpaket 3 einer Reibungskupplung dargestellt.Axial zwischen dem Aktuator 2 und dem Lamellenpaket 3 sind ein Kugellager 4 zur Drehent¬kopplung und eine Tellerfeder 5 zum Beaufschlagen des Lamellenpakets 3 vorgesehen, wobeidie genannten Bauteile axial in Reihe geschaltet sind. Die Reibungskupplung umfasst nebendem Lamellenpaket 3 einen hier nicht dargestellten Kupplungskorb, in dem Außenlamellen 24 des Lamellenpakets 3 drehtest und axial verschieblich gehalten sind, sowie eine Kupplungsna¬be, auf der Innenlamellen 25 des Lamellenpakets 3 drehtest und axial verschieblich gelagertsind. Der Aktuator 2 mit Lamellenpaket 3 wird, wie weiter unten genauer beschrieben ist, ineiner Differentialanordnung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt und dient dort zur bedarfsweisenDrehmomentverteilung zwischen zwei Seitenwellen.

[0029] Der Aktuator 2 ist in Form einer Kugelrampenanordnung gestaltet. Die Kugelrampenano¬rdnung 2 umfasst eine in einem hier nicht dargestellten Gehäuse drehfest aufzunehmende ersteScheibe 6 und eine hierzu koaxial angeordnete drehbare zweite Scheibe 7. Dabei ist die ersteScheibe als Stützscheibe 6 gestaltet, die gegenüber dem Gehäuse axial abgestützt ist, währenddie zweite Scheibe als Stellscheibe 7 gestaltet ist, die von einem hier nicht dargestellten Elekt¬romotor drehend antreibbar und gegenüber der Stützscheibe 6 axial verschiebbar ist. Zur Dreh¬sicherung der Stützscheibe 6 dient ein Sicherungsstift 10, der in eine entsprechende Bohrungim Gehäuse einzustecken ist.

[0030] In den einander gegenüberliegenden Stirnflächen 8, 9 der beiden Scheiben 6, 7 sindKugelrillen 12, 13 mit gegenläufigen Steigungen vorgesehen. Die Kugelrillen 12, 13 verlaufen inUmfangsrichtung, wobei jeweils zwei einander gegenüberliegende Kugelrillen 12, 13 ein Paarbilden und gemeinsam eine Kugel aufnehmen. Die Kugeln, die sich in anderen Schnittebenenbefinden und daher in der vorliegenden Darstellung nicht sichtbar sind, sind in einem Käfig 14geführt. Insgesamt können drei oder mehr Paare von Kugelrillen 12, 13 und eine entsprechendeAnzahl von Kugeln vorgesehen sein, die regelmäßig umfangsverteilt sind. Die Tiefe eines Paa¬res von Kugelrillen 12, 13 ist über den Umfang veränderlich, so dass ein Verdrehen der Stell¬scheibe 7 gegenüber der Stützscheibe 6 zu einer Axialverschiebung führt. Zur Erzielung derDrehbewegung der Stellscheibe 7 ist diese an ihrer Außenumfangsfläche mit einer Außenver¬zahnung 15 versehen. In die Außenverzahnung 15 greift ein hier nicht dargestelltes Ritzel ein,das im Gehäuse drehbar gelagert ist und mit dem Elektromotor antriebsverbunden ist. DerElektromotor ist mit einer Regeleinrichtung zur Regelung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugswirkverbunden und wird von dieser angesteuert.

[0031] Das Kugellager 4 ist in Form eines Axialrillenkugellagers gestaltet und umfasst einenersten Lagerring 28, einen zweiten Lagerring 29, axial zwischen den beiden Lagerringen ineiner gemeinsamen Ebene gehaltene Kugeln 16 sowie einen Käfig 17, in dem die Kugeln um¬fangsverteilt gehalten sind. Der erste Lagerring 28 ist integral mit der Stellscheibe 7 ausgebil¬det, die in ihrer dem Lamellenpaket 3 zugewandten Stirnfläche eine erste Lagerrille 18 aufweist,in der die Kugeln 16 aufgenommen sind. Der zweite Lagerring 29 ist integral mit der Tellerfeder5 ausgebildet, die in ihrer der Kugelrampenanordnung zugewandten Stirnfläche eine zweiteLagerrille 19 aufweist, in der die Kugeln 16 aufgenommen sind. Die Kugeln 16 bilden umfangs¬verteilte Druckpunkte, um die die Tellerfeder - im Längsschnitt betrachtet - schwenkbar ist. Aufihrer den Kugeln 16 entgegengesetzten Seite hat die Tellerfeder 5 eine konische Druckfläche20, die eine Druckplatte 22 axial beaufschlagt. Die konische Druckfläche 20 ist derart angeord¬net, dass sie sich nach radial außen öffnet. Es ist ersichtlich, dass die Lagerrille 19 auf einemgrößeren Radius liegt, als ein radial innenliegender Ringabschnitt 23 der Druckfläche 20, der inunbetätigtem Zustand der Kugelrampenanordnung mit der Druckplatte 22 in Anlage ist. DieDruckfläche 20 beaufschlagt das Lamellenpaket 3 somit zunächst radial innen mit einer kleine¬ren Ringfläche, wobei sich die Kontaktfläche bei steigender Axialkraft nach radial außen erwei¬tert. Die Tellerfeder 5 ist für eine genaue Regelung so ausgelegt, dass sie über den gesamtenArbeitsbereich der Reibungskupplung eine lineare Charakteristik aufweist.

[0032] Es ist ersichtlich, dass die beiden Scheiben 6, 7, das Axialkugellager 4, die Tellerfeder 5und das Lamellenpaket 3 koaxial zur Drehachse A angeordnet sind. Dabei ist die Stellscheibe 7ausschließlich über die Kugeln der Kugelrampenanordnung 2 radial gelagert. Weiterhin ist dieTellerfeder 5 ausschließlich über die Kugeln 16 des Axialkugellagers 4 auf der Drehachse Azentriert gehalten. Durch diese Ausgestaltung ergibt sich ein kompakter Aufbau mit einer gerin¬gen Teilezahl. Es ist weiterhin ersichtlich, dass die Kugeln 16 etwa auf gleichem Radius liegenwie die Kugeln der Kugelrampenanordnung 2, so dass sich eine direkte Krafteinleitung und einegeringe radiale Baugröße ergeben.

[0033] Das Lamellenpaket 3 umfasst neben der Druckplatte 22 mit dem Kupplungskorb dreh¬test zu verbindende Außenlamellen 24 und mit der Kupplungsnabe drehtest zu verbindendeInnenlamellen 25. Dabei sind die Außenlamellen 24 und die Innenlamellen 25 axial abwech¬selnd zueinander angeordnet. Das Lamellenpaket 3 wird von einer Anlaufplatte 26 abgeschlos¬sen, die gegen eine Stützfläche des Kupplungskorbs axial abgestützt ist. Zur Rückstellung derKugelrampenanordnung 2 sind mehrere über den Umfang verteilte Federmittel 27 vorgesehen,die gegen die Anlaufplatte 26 axial abgestützt sind und die Druckplatte 22 entgegen der Wir¬krichtung der Tellerfeder 5 axial beaufschlagen.

[0034] Die Funktionsweise der Anordnung ist wie folgt. Im Ausgangszustand, das heißt beivollständig geöffneter Reibungskupplung befinden sich die beiden Scheiben 6, 7 in der zuei¬nander nächstmöglichen Position. Bei entsprechender Verdrehung der Stellscheibe 7 laufen dieKugeln in den Kugelrillen 12, 13 in Bereiche geringerer Tiefe. So findet zwischen den Scheiben6, 7 eine Spreizung statt, wobei die Stellscheibe 7 axial in Richtung zum Lamellenpaket 3 ver¬schoben wird und dieses über das Axialkugellager 4 und die Tellerfeder 5 beaufschlagt. Ent¬sprechend der Verdrehung der Stellscheibe 7 wird die Reibungskupplung in einem vorbestimm¬ten Maße gesperrt, und es erfolgt eine Ankopplung der umlaufenden Kupplungsnabe an denstehenden Kupplungskorb. Zum erneuten Öffnen der Reibungskupplung wird die Stellscheibe 7in entgegengesetzte Richtung betätigt. Die als Schraubenfedern gestalteten Federmittel 27bewirken, dass die Stellscheibe 7 bei unbetätigtem Elektromotor wieder in ihre Ausgangspositi¬on in Richtung Stützscheibe 6 verschoben wird.

[0035] Figur 5 zeigt eine erfindungsgemäße Differentialanordnung 32 zur variablen Drehmo¬mentverteilung zwischen zwei Achswellen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Differen¬tialanordnung 32 wird von einem hier nicht dargestellten Stufengetriebe über eine Antriebswelleangetrieben und das eingehende Drehmoment wird auf zwei Seitenwellen 33!, 332 verteilt. DieDifferentialanordnung 32 umfasst einen Differentialkorb 34, der in einem stehenden Differential¬gehäuse 35 um die Drehachse A mittels Wälzlager 42!, 422 drehbar gelagert ist. An dem Diffe¬rentialkorb 34 ist ein Tellerrad 36 befestigt, das von der Antriebswelle angetrieben wird. ImDifferentialkorb 34 sind mehrere Ausgleichsräder 36 auf zur Drehachse A senkrecht stehendenZapfen 37 drehbar gelagert, die mit dem Differentialkorb 34 umlaufen. Mit den Ausgleichsrädern36 sind zwei Seitenwellenräder 38i, 382 in Verzahnungseingriff, die zur Drehmomentübertra¬gung auf die Seitenwellen 33i, 332 dienen.

[0036] Seitlich benachbart zum Differentialgehäuse 35 sind zwei Getriebemodule 39i, 392vorgesehen. Diese entsprechen einander hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise,so dass sie gemeinsam beschrieben werden können. Dabei sind in der Zeichnung jeweils ei¬nander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugsziffern mit unterschiedlichen Indizes verse¬hen.

[0037] Die Getriebemodule 39 umfassen jeweils ein Gehäuse 40, in dem eine zugehörigeSeitenwelle 33 auf der Drehachse A drehbar gelagert ist, sowie eine koaxial auf der Seitenwelle33 drehbar gelagerte Hohlwelle 43. Dabei ist die Seitenwelle 33 mittels eines Wälzlagers 44 indem Gehäuse 40 drehbar gelagert und mittels eines Wellendichtrings 45 gegenüber diesemnach außen abgedichtet. Eingangsseitig hat die Seitenwelle 33 eine Längsverzahnung 46 zumdrehfesten Verbinden mit dem Seitenwellenrad 38. Ausgangsseitig hat die Seitenwelle 33 einenFlansch 47 zum Verbinden mit einer hier nicht dargestellten Achswelle des Kraftfahrzeugs. DieHohlwelle 43 ist mittels Gleitlagerung auf der Seitenwelle 33 gelagert und hat eine Längsver¬zahnung 48 die in eine Gegenverzahnung des Differentialkorbs 34 drehfest eingesteckt ist. DieGetriebemodule 39 sind mit ihrem Gehäuse 40 jeweils über Flanschverbindungen 59 an dasDifferentialgehäuse 35 angeschlossen.

[0038] Weiterhin umfassen die Getriebemodule 39 als Baugruppen jeweils eine Getriebestufe49, die um die Drehachse A umlaufen kann, einen Aktuator 2 gemäß Figur 1 sowie eine vondiesem betätigbare Reibungskupplung 50, von der das Lamellenpaket 3 als Detail in Figur 1ersichtlich ist. Dabei dient der Aktuator 2 zum Betätigen der Reibungskupplung 50, die ihrerseitsdie Getriebestufe 49 ansteuert.

[0039] Die Getriebestufe 49 umfasst ein erstes Sonnenrad 52, das einstückig mit der Hohlwelle43 verbunden ist, mehrere mit dem ersten Sonnenrad 52 in Verzahnungseingriff stehendePlanetenräder 53 sowie ein mit den Planetenrädern kämmendes zweites Sonnenrad 54, das mitder Seitenwelle 33 über eine Längsverzahnung drehfest verbunden ist. Die Planetenräder 53sind jeweils einstückig gestaltet und umfassen zwei Verzahnungsabschnitte, von denen einermit dem ersten Sonnenrad 52 und der andere mit dem zweiten Sonnenrad 54 kämmend inEingriff ist. Zwischen den beiden Sonnenrädern ist ein Axiallager 51 vorgesehen. Um eineDrehzahlübersetzung zwischen der Seitenwelle 33 und der Hohlwelle 43 zu erreichen, habendie beiden Sonnenräder 52, 54 eine unterschiedliche Zähnezahl. Dabei sind die Zähnezahlender Planetenräder 53 und der Sonnenräder 52, 54 so gewählt, dass zwischen der Seitenwelle33 und zweiter Welle 43 ein Drehzahlunterschied von bis zu 15 % erreicht wird. Die Planetenrä¬der 53 sind auf Zapfen 55 in einem Stegelement 56 mittels Nadellagern 57 drehbar aufgenom¬men. Das Stegelement 56 ist korbförmig gestaltet und nach außen hin weitestgehend geschlos¬sen. An der Außenumfangsfläche des Stegelements 56 sind Eingriffsmittel 41 vorgesehen, indie die Innenlamellen 25 der Reibungskupplung 50 drehfest eingreifen. Somit bildet dasStegelement 56 die Kupplungsnabe zu dem in Figur 1 gezeigten Lamellenpaket 3. Der Kupp¬lungskorb zu dem genannten Lamellenpaket 3 wird durch das jeweilige Gehäuse 40 gebildet, indem die Außenlamellen 24 axial verschiebbar und drehfest gehalten sind.

[0040] Durch Betätigen der Reibungskupplung 4 wird das drehende Stegelement 56 der Ge¬triebestufe 49 gegenüber dem ortsfesten Gehäuse 40 abgebremst, um ein zusätzliches Dreh¬moment direkt am Differentialkorb 34 abzugreifen und über die Hohlwelle 43 und die Getriebe¬stufe 49 auf die Seitenwelle 33 zu übertragen. Im Gehäuse 40 ist ein Kraftsensor 58 fixiert,gegen den eine Teilzahl der Außenlamellen 24 mit einem Nocken im Umfangssinn abgestütztist. Dabei haben die beiden mittleren der vier Außenlamellen 24 Nocken, die den Kraftsensor 23beaufschlagen. Die beiden axial äußersten Außenlamellen 24 sind unmittelbar im Gehäuse 40drehfest gehalten. Alle Außenlamellen 24 sind an ihrer dem Kraftsensor 58 diametral gegen¬überliegenden Seite schwenkbar auf einem Bolzen gelagert, der im Gehäuse 40 fixiert ist.Dabei befindet sich der Bolzen in einer anderen Schnittebene, so dass er hier nicht sichtbar ist.Der Kraftsensor 58 ist so im Gehäuse 40 gehalten, dass er infolge Betätigung der Reibungs¬kupplung 50 von den Nocken in einer mit Abstand quer zur Längsachse A verlaufenden Wir¬krichtung mit einer Kraft beaufschlagt wird. Auf Basis der vom Kraftsensor 58 gemessenenKräfte wird in einer hier nicht dargestellten Rechnereinheit das Kupplungsmoment errechnet.Das Kupplungsmoment dient als Eingangsgröße für ein Regelsystem zur Regelung der Fahrdy¬namik des Kraftfahrzeugs, das die variable Verteilung der Antriebsmomente auf die An¬triebsachsen regelt. Vorliegend liegt der Kraftsensor der rechten Getriebeanordnung in eineranderen Schnittebene, so dass er nicht sichtbar ist.

[0041] Insgesamt hat die erfindungsgemäße Differentialanordnung mit der erfindungsgemäßenReibungskupplung mit Aktuator den Vorteil, dass Störeinflüsse wie beispielsweise unterschied¬liche Wärmeausdehnungskoeffizienten der Bauteile der Reibungskupplung nur eine geringeAuswirkung auf die Regelbarkeit der Reibungskupplung haben. Außerdem wird durch eineerhöhte Elastizität der aus Aktuator und Reibungskupplung bestehenden Baugruppe ein flacherVerlauf der Kennlinie für das Kupplungsmoment über dem Verdrehwinkel der Stellscheibeerreicht. Somit kann das Kupplungsmoment genau nach Bedarf eingestellt werden, und esergibt sich eine gute Regelbarkeit der Eingriffe in die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs.

BEZUGSZEICHENLISTE 2 Aktuator / Kugelrampenanordnung 3 Lamellenpaket 4 Axiallager 5 Tellerfeder 6 erste Scheibe 7 zweite Scheibe 8 Stirnfläche 9 Stirnfläche 10 Sicherungsstift 11 Stützfläche 12 Kugelrille 13 Kugelrille 14 Käfig 15 Außenverzahnung 16 Kugel 17 Käfig 18 erste Lagerrille 19 zweite Lagerrille 20 Druckfläche 21 Stützfläche 22 Druckplatte 23 Ringabschnitt 24 Außenlamelle 25 Innenlamelle 26 Anlaufplatte 27 Federmittel 28 erster Lagerring 29 zweiter Lagerring 30 Ausnehmung 31 Schulter 32 Differentialanordnung 33 Seitenwelle 34 Differentialkorb 35 Differentialgehäuse 36 Ausgleichsrad 37 Zapfen 38 Seitenwellenrad 39 Getriebemodul 40 Gehäuse 41 Eingriffsmittel 42 Wälzlager 43 Hohlwelle 44 Wälzlager 45 Wellendichtring 46 Längsverzahnung 47 Flansch 48 Längsverzahnung 49 Getriebestufe 50 Lamellenkupplung 51 Axiallager 52 erstes Sonnenrad 53 Planetenräder 54 zweites Sonnenrad 55 Zapfen 56 Stegelement 57 Nadellager 58 Kraftsensor 59 Flanschverbindung A Drehachse

Claims (12)

1. Patentansprüche 1. Reibungskupplung mit Aktuator, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraft¬fahrzeugs, mit folgenden zwischen zwei axial festgelegten Stützflächen in Reihe anzuord¬nenden Bauteilen: einem Aktuator in Form einer Kugelrampenanordnung (2) mit zwei zueinander koaxialenScheiben (6, 7), von denen eine axial abgestützt und die andere axial verschiebbar ist, wo¬bei die axial abgestützte Scheibe (6) drehfest relativ zu einer ersten der beiden Stützflä¬chen gehalten ist und wobei die verschiebbare Scheibe (7) drehend antreibbar ist, wobeidie beiden Scheiben (6, 7) auf ihren einander zugewandten Stirnflächen (8, 9) jeweils meh¬rere Kugelrillen (12, 13) aufweisen, die in zueinander entgegengesetzter Umfangsrichtungeine zunehmende Tiefe haben, wobei in Paaren von einander gegenüberliegenden Kugel¬rillen (12, 13) Kugeln aufgenommen sind, über die sich die beiden Scheiben (6, 7) axial ab¬stützen; einem koaxial zu den Scheiben (6, 7) angeordneten Lamellenpaket (3) mit Außen¬lamellen (24), die mit einem Kupplungskorb (40) drehfest zu verbinden sind, und Innenla¬mellen (25), die mit einer relativ zum Kupplungskorb (40) drehbaren Kupplungsnabe (56)drehfest zu verbinden sind, wobei die Außenlamellen (24) und die Innenlamellen (25) axialabwechselnd angeordnet sind; einer koaxial zu den Scheiben (6, 7) angeordneten Tellerfe¬der (5) zur Einleitung einer Kraft in das Lamellenpaket (3), die axial vorgespannt ist undfunktionell in Reihe mit dem Lamellenpaket (3) angeordnet ist, wobei die Tellerfeder (5)axial zwischen der drehend antreibbaren Scheibe (7) und dem Lamellenpaket (3) angeord¬net und mittels eines Kugellagers (4) relativ zur drehend antreibbaren Scheibe (7) drehbargelagert ist.
2. 2. Reibungskupplung mit Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einLagerring (28) des Kugellagers (4) von der drehend antreibbaren Scheibe (7) gebildet ist.
3. 3. Reibungskupplung mit Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dassdie Tellerfeder (5) eine Druckfläche (20) aufweist, die das Lamellenpaket (3) mit einemRingabschnitt (23) axial beaufschlagt, wobei die Tellerfeder (5) derart gestaltet ist, dass derRingabschnitt (23) etwa radial im Bereich eines mittleren Reibradius des Lamellenpakets (3) liegt.
4. 4. Reibungskupplung mit Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬zeichnet, dass die Tellerfeder (5) derart ausgelegt ist, dass sie im Arbeitsbereich des La¬mellenpakets (3) eine lineare Charakteristik aufweist.
5. 5. Reibungskupplung mit Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn¬zeichnet, dass die axial verschiebbare Scheibe (7) ausschließlich über die Kugeln der Ku¬gelrampenanordnung (2) auf der Drehachse (A) zentriert gehalten ist.
6. 6. Reibungskupplung mit Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn¬zeichnet, dass das Lamellenpaket (3) eine Druckplatte (22) umfasst, die von der Tellerfe¬der (5) axial beaufschlagt ist.
7. 7. Reibungskupplung mit Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn¬zeichnet, dass das Kugellager (4) in Form eines Axialrillenkugellagers gestaltet ist.
8. 8. Reibungskupplung mit Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn¬zeichnet, dass die Tellerfeder (5) einen Lagerring (29) des Kugellagers (4) bildet, in demdie Kugeln (16) des Kugellagers (4) laufen.
9. 9. Reibungskupplung mit Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn¬zeichnet, dass die Tellerfeder (5) ausschließlich über die Kugeln (16) des Kugellagers (4)gegenüber der drehend antreibbaren Scheibe (7) zentriert gehalten ist.
10. 10. Reibungskupplung mit Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn¬zeichnet, dass Federmittel (27) zur Rückstellung der verschiebbaren Scheibe (7) vorgese¬hen sind, die einerseits gegen die zweite Stützfläche axial abgestützt sind und andererseitsgegen eine dem Lamellenpaket (3) zugewandte Stirnfläche der verschiebbaren Scheibe (7)zumindest mittelbar abgestützt sind.
11. 11. Reibungskupplung mit Aktuator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieFedermittel (27) mehrere Schraubenfedern umfassen, die über den Umfang des Lamellen¬pakets (3) verteilt sind.
12. 12. Differentialanordnung (32) zur variablen Drehmomentverteilung im Antriebsstrang einesKraftfahrzeugs, umfassend ein Differentialgetriebe mit einem drehend antreibbaren Diffe¬rentialkorb (34) und zwei auf einer Drehachse (A) gelagerte Seitenwellen (33), die mit demDifferentialkorb (34) über einen Differentialrädersatz (36, 38) antriebsverbunden sind, wo¬bei zwischen dem Differentialkorb (34) und jeder der Seitenwellen (33) ein erster Antriebs¬strang gebildet ist; je Seitenwelle (33) eine Getriebestufe (49), die mit dem Differentialkorb(34) einerseits und einer der Seitenwellen (33) andererseits antriebsverbunden ist und dieTeil eines zum ersten Antriebsstrang funktional parallelen zweiten Antriebsstranges ist; jeGetriebestufe (49) eine Anordnung aus Reibungskupplung (50) mit Aktuator (2) zum An-und Abkoppeln des zweiten Antriebsstranges; dadurch gekennzeichnet, dass die Anord¬nung aus Reibungskupplung (50) mit Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ge¬staltet ist. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen