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Die vorliegende Erfindung betrifft
generell Kupplungen mit einer Vielzahl von Reibplatten für Motorfahrzeugantriebsstrangkomponenten,
genauer gesagt Reibplattenkupplungen mit einem internen Reaktionskraftkreis
zum paarweisen Einsatz mit einer Vorder- oder Hinterachse.
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Fahrzeugantriebsstrangsysteme und
Steuersysteme, die sowohl elektrische als auch hydraulische modulierende
Kupplungen aufweisen, finden ein großes Anwendungsfeld in adaptiven
Fahrzeugantriebssystemen. Solche Systeme überwachen generell die Drehzahlen
der vorderen und hinteren Antriebswelle oder berechnen diese Drehzahlen
durch das Mitteln von einzelnen Ablesungen der beiden Vorderräder und
der beiden Hinterräder.
Beim Ermitteln einer Drehzahldifferenz zwischen den Antriebswellendrehzahlen
oder den durchschnittlichen Drehzahlen der Räder wird die modulierende Kupplung
in Abhängigkeit
von einem vorgegebenen Programm erregt, um die Drehzahldifferenz
und somit den Radschlupf auf Null zu führen. Solche Systeme können auch
die Aktivität
der modulierenden Kupplung in Abhängigkeit von der Drosselklappenposi tion,
dem Lenkwinkel und von anderen Veränderlichen überwachen und einstellen.
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Typischerweise sind solche modulierende Kupplungen
physikalisch in einem Verteilergetriebe benachbart zum Ausgang des
Fahrzeuggetriebes angeordnet und werden von diesem angetrieben.
Sie sind ferner zwischen dem primären und sekundären Antriebsstrang
angeordnet. Solche Systeme sind in den US-PS'en 5 407 024 und 5 485 894 beschrieben.
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Ein anderer Versuch zur Schlupfsteuerung des
Fahrzeuges betrifft die Zuordnung einer individuell betätigbaren
Kupplung zu jeder Achse eines sekundären, d.h. zeitweise wirkenden,
Antriebsstranges. Durch die selektive modulierende Betätigung von
einer oder beiden Kupplungen wird das Antriebsdrehmoment einem oder
beiden sekundären
Antriebsrädern
zugeführt,
um das Gieren oder Pendeln des Fahrzeuges einzustellen oder zu korrigieren.
Ein frühes
System unter Verwendung von hydraulischen Kupplungen ist in der
US-PS 4 681 180 beschrieben. Hier
werden einer Steuereinheit Lenkwinkel-, Fahrzeuggeschwindigkeits-
und Motordrehmomenteingangssignale zugeführt, wobei diese die Drehmomentverteilung
nur zwischen den beiden Hinterrädern
einstellt.
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Die US-PS'en 5 195 901 und 5 119 900 offenbaren
ein Fahrzeug mit zwei unabhängig
voneinander betätigbaren
Hinterachskupplungen in einem Antriebsstrang, die die Vorderräder mit
einem Primärantriebsdrehmoment
und die Hinterräder
wahlweise und unabhängig
voneinander mit Drehmoment beaufschlagen.
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Die
US-PS
5 353 889 betrifft eine Ausführungsform, bei der eine Hinterachse
ein Paar von hydraulisch betätigten
unabhängigen
Kupplungen aufweist, die von zugehörigen Hydraulikkupplungen und Pumpen
gesteuert werden.
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Gemäß der
US-PS 5 383 378 führt eine Zwillingskupplungsachse,
die am Vorderteil eines Fahrzeuges angeordnet ist, dem vorderen
(sekundären) Antriebsrad
in Abhängigkeit
vom Lenkwinkel Drehmoment zu. Die
US-PS
5 540 119 beschreibt eine Differentialantriebseinheit zur Übertragung
von Rotationsenergie ohne die Verwendung von einem herkömmlichen
Differentialgetriebe. Bei der Vorrichtung finden Paare von Kupplungen
und Nockenmechanismen Verwendung, welch letztere die Kupplungen
in Abhängigkeit
von einer vorgegebenen Relativdrehung betätigen.
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Obwohl mit den Vorrichtungen des
Standes der Technik viele Probleme gelöst und neue Operationsschemata
konzipiert werden, ist es augenscheinlich, daß bestimmte Probleme noch immer
nicht gelöst
sind. Beispielsweise erzeugt nach dem dritten Newton'schen Bewegungsgesetz
die von einer Kupplungsbetätigungseinheit
zum Zusammenpressen einer benachbarten Kupplungspackung erzeugte direkte
Kraft eine gleiche und entgegengesetzte Reaktionskraft, die über irgendwelche
Konstruktionsteile der Kupplungseinheit übertragen wird, welche die Reaktionskraftbahn
oder den Reaktionskraftkreis bilden.
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Typischweise verläuft eine derartige Reaktionskraftbahn
durch ein äußeres Gehäuse in Vorrichtungen,
bei denen die Kupplungspackung benachbart zur Kupplungsbetätigungseinheit angeordnet
ist und beide Teile im Gehäuse
enthalten sind, oder ist in einem derartigen äußeren Gehäuse enthalten. Mit einer derartigen
Ausführungsform
kann eine signifikante Reaktionskraft nicht nur auf das Gehäuse, sondern
auch auf irgendwelche Befestigungselemente aufgebracht werden, die
zum Befestigen der Gehäusekomponenten
Verwendung finden. Eine derartige Konstruktion kann jedoch nachteilig
sein, da sie entweder ein Versagen der Befestigungselemente oder ein
Versagen des Gehäuses
bewirkt oder schwere und somit teure Gehäuse- und Befestigungselementkonstruktionen
benötigt.
Eine genau gesteuerte Modulation der Kupplungen kann ebenfalls infolge
einer Verbiegung oder einer Verformung des Gehäuses oder von anderen Komponenten
in der Reaktionskraftbahn nur noch begrenzt möglich sein. Daher ist die Funktionsweise
von derartigen Vorrichtungen, die solche Vorrichtungen enthalten,
nicht optimal.
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Die EP-A-0875690, die den nächst kommenden
Stand der Technik darstellt, und auf der die Merkmale des Oberbegriffs
von Patentanspruch 1 basieren, beschreibt eine Kupplungseinheit,
bei der eine modulierende Kupplung mit einer ersten und zweiten Vielzahl
von Kupplungsscheiben und einer Betätigungseinheit zwischen einem
Eingangs- und einem Ausgangselement angeordnet ist, wobei die erste Vielzahl
der Kupplungsscheiben drehbar mit dem Eingangselement angeordnet
ist, indem sie hiermit über
eine Endglocke und eine Ringmanschette verbunden ist, welche am
Ausgangselement montiert ist, und Keilverbindungen mit dem Eingangselement und
der Endglocke aufweist, während
die zweite Vielzahl von Kupplungsscheiben drehbar mit dem Ausgangselement
angeordnet ist. Das Ausgangselement besitzt an einem Ende eine Schulter,
gegen die die Ringmanschette stößt, und
am anderen Ende einen Anschlag, der von einer Mutter gebildet wird,
wodurch die Reaktionskraft während
des Kupplungsbetriebes im Ausgangselement enthalten ist und die Kraft
von den Kupplungsscheiben auf die Schulter über die Endglocke und die Ringmanschette übertragen
wird. Diese Kupplungseinheit ist jedoch aufgrund der großen Zahl
von Komponenten kompliziert ausgebildet.
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Erfindungsgemäß wird, wie durch die Merkmale
von Patentanspruch 1 angegeben, eine Kupplungseinheit zur Verwendung
in der Antriebsstrangkomponente eines Motorfahrzeuges zu Verfügung gestellt.
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Die bevorzugte Ausführungsform
der hier beschriebenen Erfindung betrifft eine Kupplungseinheit
zur Anordnung im Antriebsstrang eines Motorfahrzeuges, die einen
internen Reaktionskraftkreis aufweist. Die Kupplungseinheit umfaßt eine
eine Vielzahl von Platten oder Reibscheiben aufweisende Kupplung,
die benachbart zu einer Betätigungseinheit
angeordnet ist, welche wahlweise eine Druckkraft auf die Reibkupplung
aufbringt, um wahlweise hierüber
Drehmoment zu übertragen.
Die Kupplungskomponenten sind auf einem länglichen Element angeordnet.
Dieses längliche
Element besitzt einen einstückig
damit ausgebildeten kreisförmigen
Flansch, der als erster Anschlag wirkt, gegen den eine Seite der
Kupplungspackung stößt. Eine
kreisförmige
Manschette, bei der es sich um ein Antifriktionslager handelt, wird
von einem Paar von Schnappringen am länglichen Element gehalten.
Die kreisförmige
Manschette oder das Antifriktionslager wirkt als zweiter Anschlag,
gegen den eine Seite der Betätigungseinheit
stößt. Das
längliche
Element funktioniert somit als Reaktionskraftelement und enthält selbst
die durch den Kupplungsbetrieb erzeugte Reaktionskraft. Bei der
Kupplungsbetätigungseinheit
kann es sich um eine Kugelrampeneinheit handeln, die von einer elektromagnetischen
Spule betätigt
wird. Alternativ dazu kann die Betätigungseinheit einen Elektromotor
und eine Nockeneinheit umfassen, die eine Druckkraft erzeugt. Direkt
wirkende hydraulische oder pneumatische Kolben- und Zylinderbetätigungseinheiten
oder Steuerkupplungen und Hauptkupplungen, die elektrisch, pneumatisch
oder hydraulisch betätigt
werden, sind ebenfalls geeignet und werden durch die vorliegende
Erfindung abgedeckt.
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Die Kupplung findet Anwendung in
Antriebsstrangkomponenten von Motorfahrzeugen, wie beispielsweise
Hinterachsen (Sekundärachsen),
in denen sie paarweise angeordnet ist, um auf unabhängige Weise
das jeder Achse zugeführte
Drehmoment zu steuern. Sie findet ferner Anwendung in Fällen, bei denen
es vorteilhaft ist, die durch die Kupplungsbetätigungseinheit erzeugte Reaktionskraft
innerhalb der Kupplungseinheit und nicht im Gehäuse der Kupplung zu halten
oder an Masse zu führen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen
gleiche Komponenten, Elemente oder Merkmale bezeichnen, deutlich.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Fahrzeugantriebs systems für ein Vierradfahrzeug, bei
dem die Zwillingskupplungsachse der vorliegenden Erfindung eingearbeitet
ist;
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2 eine
vollständige
Schnittansicht von einer eine Zwillingskupplungsachse enthaltenden Kupplung
mit internen Reaktionskraftkreisen gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
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3 eine
vergrößerte Schnittansicht
einer Kupplung mit einem internen Reaktionskraftkreis gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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In 1 ist
ein adaptiver Vierradantriebsstrang für ein Fahrzeug, der die vorliegende
Erfindung enthält,
schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 10 versehen.
Der Vierradantriebsstrang 10 besitzt eine primäre Bewegungseinheit 12, die
mit einer mit einer Kardanwelle kombinierten Hinterachse 14 verbunden
ist und diese direkt antreibt. Das Ausgangselement der Hinterachse 14 treibt
einen schräg
oder spiralförmig
verzahnten Zahnradsatz 16 an, der einem Primär- oder
Vorderantriebsstrang 20 Bewegungskraft zuführt, welcher
eine vordere oder primäre
Antriebswelle 22, ein vorderes oder primäres Differential 24,
ein Paar von Vorderachsen 26 und ein entsprechendes Paar
von vorderen oder primären
Rad- und Reifeneinheiten 28 aufweist. Das vordere oder
primäre
Differential 24 ist herkömmlich ausgebildet.
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Der schräg verzahnte oder spiralförmig verzahnte
Zahnradsatz 16 liefert ferner Bewegungsenergie an einen
sekun- dären oder
hinteren Antriebsstrang 30, der eine sekundäre Antriebswelle 32 mit geeigneten
Universalgelenken 34, eine hintere oder sekundäre Differentialeinheit 36,
ein Paar von sekundären
oder hinteren Achsen 38 und ein entsprechendes Paar von
sekundären
oder hinteren Rad/Reifeneinheiten 40 aufweist. Die in Verbindung
mit der sekundären
Differentialeinheit 36 verwendeten Begriffe „Differential" und „Achse" finden austauschbar
Verwendung, um eine Vorrichtung zur Aufnahme eines Antriebsstrangdrehmomentes,
zur Verteilung desselben auf zwei quer angeordnete Räder und
zur Aufnahme von hiervon resultierenden Drehzahldifferenzen, beispielsweise
beim um die Ecke Fahren, zu identifizieren. Diese Begriffe sollen
Vorrichtungen, wie die vorliegende Erfindung, umfassen, welche diese
Funktionen zur Verfügung
stellen, jedoch keine herkömmlichen
epizyklischen Getriebe aufweisen.
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Die vorstehende Beschreibung betrifft
ein Fahrzeug, bei dem der primäre
Antriebsstrang 20 an der Vorderseite des Fahrzeuges und
entsprechend der sekundäre
Antriebsstrang 30 an der Rückseite des Fahrzeuges angeordnet
sind, beispielsweise ein Fahrzeug, das üblicherweise als Fahrzeug mit
Vorderradantrieb bezeichnet wird. Die hier verwendeten Bezeichnungen „primär" und „sekundär" betreffen Antriebsstränge, die
zu jeder Zeit Drehmoment übertragen,
und Antriebsstränge,
die auf ergänzende oder
intermittierende Weise Drehmoment übertragen. Diese Begriffe (primär und sekundär) werden hier
anstelle der Begriffe vorne und hinten verwendet, da die hier offenbarte
und beanspruchte Erfindung ohne weiteres bei Fahrzeugen Anwendung
finden kann, bei denen sich der primäre Antriebszug 20 an der
Rückseite
des Fahrzeuges und der sekundäre Antriebszug 30 sowie
die Komponenten in der sekundären
Differentialeinheit 36 an der Vorderseite des Fahrzeuges
befinden.
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Somit ist die Darstellung der 1, bei der sich der primäre Antriebsstrang 20 an
der Vorderseite des Fahrzeuges befindet, lediglich beispielhaft
und beschränkt
die Erfindung in keiner Weise, da die dargestellten Komponenten
und die dargestellte generelle Anordnung der Komponenten in gleicher
Weise bei einem Fahrzeug mit Hinterradantrieb Anwendung finden kann.
Bei einem derartigen Fahrzeug ersetzt das primäre Differential 24 die
sekundäre
Differentialeinheit 36 an der Rückseite des Fahrzeuges, und die
sekundäre
Differentialeinheit 36 wird zur Vorderseite des Fahrzeuges
bewegt, um das primäre
Differential 24 zu ersetzen.
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Dem Fahrzeuggetriebestrang 10 ist
ein Mikroprozessor 50 zugeordnet, der Signale von einer Vielzahl
von Sensoren empfängt
und zwei Steuersignale, d.h. Betätigungssignale,
an die sekundäre
Differentialeinheit 36 sendet. Speziell fühlt ein
erster Sensor, wie beispielsweise ein Hall-Sensor 52 oder ein
Sensor mit variabler Reluktanz, die Drehzahl der rechten primären (vorderen)
Rad/Reifeneinheit 28 und gibt ein geeignetes Signal an
den Mikroprozessor 50 ab. In entsprechender Weise ertastet
ein zweiter Hall-Sensor 54 oder Sensor mit variabler Reluktanz
die Drehzahl der linken primären
(vorderen) Rad/Reifeneinheit 28 und sendet ein Signal an
den Mikroprozessor 50. Ein dritter Sensor mit variabler Reluktanz
oder Hall-Sensor 56 ertastet die Drehzahl der rechten sekundären (hinteren)
Rad/Reifeneiheit 40 und liefert ein Signal an den Mikroprozessor 50. Schließlich erta stet
ein vierter Sensor mit variabler Reluktanz oder Hall-Sensor 58,
der der linken sekundären
(hinteren) Rad/Reifeneinheit 40 zugeordnet ist, deren Drehzahl und
gibt ein Signal an den Mikroprozessor 50 ab. Es versteht
sich, daß es
sich bei den Drehzahlsensoren 52, 54, 56 und
58 um unabhängige
Sensoren oder um solche Sensoren handeln kann, die im Fahrzeug für blockiergeschützte Bremssysteme
(ABS) oder andere Drehzahlerfassungs- und Steuereinrichtungen montiert
sind. Es versteht sich ferner, daß ein geeignetes und herkömmliches Zählrad einem
jeden Drehzahlsensor 52, 54, 56 und 58 zugeordnet
ist, obwohl ein solches in 1 nicht gezeigt
ist.
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Um für eine optimale Schlupf- oder
Pendelbewegungssteuerung zu sorgen, benötigt der Mikroprozessor 50 auch
Informationen, die die Ausgangsdrehzahl der mit der Kardanwelle
kombinierten Hinterachse 14 betreffen. Hierfür kann ein
Sensor mit variabler Reluktanz oder ein Hall-Sensor 62,
der mit einem Zählrad 64 der
vorderen oder primären
Antriebswelle 22 zugeordnet ist, verwendet werden. Alternativ
dazu kann ein Sensor mit variabler Reluktanz oder Hall-Sensor 66 Verwendung
finden, der der sekundären
Differentialeinheit 36 zugeordnet und benachbart zu einem
Zählrad 68 an
der Eingangswelle 70 der sekundären Differentialeinheit 36 angeordnet
ist. Der Mikroprozessor 50 umfaßt Software, die die Signale von
den Sensoren 52, 54, 56 und 58 sowie
des Sensors 62 oder des Sensors 66 empfängt und
bearbeitet, eine korrigierende Aktion festlegt, um die Stabilität des Fahrzeugs
zu verbessern, die Steuerung des Fahrzeugs aufrechterhält und/oder
einen Schlupf- oder einen anderen anomalen Pendelzustand des Fahrzeuges
korrigiert und kompensiert und zwei unabhängige Ausgangssignale an die
sekundäre
Differentialeinheit 36 abgibt.
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Wie in 2 gezeigt,
kann die Eingangswelle 70 der sekundären Differentialeinheit 36 einen Flansch 72 oder
eine entsprechende Komponente aufweisen, die über eine Mutter 74 oder
eine entsprechende Schraubbefestigung an der Eingangswelle 70 befestigt
ist. Der Flansch bildet einen Abschnitt einer Verbindung, wie eines
Universalgelenkes 34 (in 1 dargestellt),
mit der sekundären
Antriebswelle 32. Die Eingangswelle 70 ist in
einem zentralen Gehäuse 76 aufgenommen
und wird von einer geeigneten Öldichtung 78 umgeben,
die für
eine strömungsmittelundurchlässige Dichtung
zwischen dem Gehäuse 76 und
einem zugehörigen
Abschnitt eines Flansches 72 oder der Eingangswelle 70 sorgt.
Die Eingangswelle 70 wird vorzugsweise von einem Paar von
Antifriktionslagern, wie beispielsweise den konischen Rollenlagereinheiten 81,
drehbar gelagert. Die Eingangswelle 70 endet in einem Hypoid-
oder Kegelrad 82 mit Zähnen 84,
die mit komplementär
ausgebildeten Zähnen 86 an
einem Ringrad 88 kämmen, das
an einem Flansch 92 über
geeignete Befestigungselemente 96 an einem zentral angeordneten rohrförmigen Antriebselement 94 befestigt
ist. Das rohrförmige
Antriebselement 94 wird an jedem Ende von einem Antifriktionslager,
beispielsweise den Kugellagereinheiten 102, drehbar gelagert.
Das rohrförmige
Antriebselement 94 besitzt einen hohlen Innenraum 104,
in den ein Paar von Schaufeln oder Löffeln 106 Kühl- und
Schmierflüssigkeit
vom Inneren des zentralen Gehäuses 76 sammelt
und abgibt. Das rohrförmige
Antriebselement 94 umfaßt ferner Sätze von externen Keilen oder
Zähnen 108 benachbart
zu jedem Ende.
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Wie die 2 und 3 zeigen,
umfaßt
die sekundäre
Differentialeinheit 36 ein Paar von linken und rechten äußeren Glockengehäusen 114A und 114B, die
an das zentrale Gehäuse 76 entlang
einer linken und rechten Trennlinie 116A und 116B angepaßt und über Schraubbefestigungselemente 118 am
zentralen Gehäuse 74 befestigt
sind. Die Gehäuse 114A und 114B sind
spiegelbildlich ausgebildete, d.h. linke und rechte, Komponenten,
die jeweils eine entsprechende Kupplungseinheit aus einem Paar von
modulierenden Kupplungseinheiten 120A und 120B aufnehmen.
Für die
entgegengesetzte, spiegelbildliche Anordnung der beiden modulierenden
Kupplungseinheiten 120A und 120B sind die nachfolgend
beschriebenen Komponenten der beiden Kupplungseinheiten 120A und 120B identisch,
so daß nur
die modulierende Kupplungseinheit 120B, die in 2 und 3 rechts dargestellt ist, vollständig beschrieben
wird. Es versteht sich, daß die
linke modulierende Kupplungseinheit 120A in allen signifikanten
Aspekten mit der rechten modulierenden Kupplungseinheit 120B identisch
ist.
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Jede der modulierenden Kupplungseinheiten 120A und 120B wird
von den externen Keilen oder Zähnen 108 des
rohrförmigen
Antriebselementes 94 angetrieben, die mit komplementär ausgebildeten Keilnuten
oder Zähnen 122 am
Glockengehäuse 124 kämmen. Das
Glockengehäuse
weist eine Vielzahl von Keilnuten 126 auf seiner inneren
Umfangsfläche 128 auf.
Die Keilnuten 126 stehen mit komplementär ausgebildeten externen Keilen 132 in
Eingriff, die auf einer ersten Vielzahl von Kupplungsplatten oder Scheiben 134 mit
größerem Durchmesser
angeordnet sind, und werden von diesen angetrieben.
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Die erste Vielzahl der Kupplungsplatten
oder Scheiben 134 weist ein geeignetes Reibmaterial und Flächen auf
und ist mit einer zweiten Vielzahl von Kupplungsplatten oder Scheiben 136 mit
kleinerem Durchmesser verschachtelt.
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Die zweite Vielzahl der kleineren
Kupplungsscheiben 136 besitzt ebenfalls ein geeignetes
Reibmaterial und Flächen
und hat Keilnuten 138, die mit komplementär ausgebildeten
externen Keilen 140, die auf einem Ring oder einer Manschette 142 angeordnet
sind, in Eingriff stehen und diese drehbar antreiben. Die Manschette 142 weist
wiederum interne Keilnuten oder Zähne 146 auf, die mit
komplementär ausgebildeten
externen Keilen oder Zähnen 148 kämmen, die
an der Ausgangswelle 150B angeordnet sind. Die Ausgangswelle 150B umfaßt einen
einstückig
hiermit ausgebildeten radial verlaufenden Flansch 154 mit
einer ebenen Ringdruckfläche 156, gegen
die das Reibmaterial der miteinander verschachtelten Vielzahlen
von Kupplungsscheiben 134 und 136 stößt und hierzu
ausgerichtet ist.
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Auf der gegenüberliegenden Seite des radialen
Flansches 154 befindet sich eine reibungsverringernde ebene
Scheibe 158, die den radialen Flansch in Axialrichtung
vom rohrförmigen
Antriebselement 94 und vom Glockengehäuse 124 beabstandet.
Benachbart zur ebenen Scheibe 158 und zwischen einer Gegenbohrung
im Antriebsrohr 94 und einem Abschnitt 162 der
Ausgangswelle 150B mit reduziertem Durchmesser befindet
sich ein reibungsreduzierendes Buchsenlager 164. Die Ausgangswelle 150B weist
ebenfalls eine Axialbohrung 166 auf, die mit mindestens
einem radialen Kanal 168 in Verbindung steht, durch den
Kühl- und
Schmiermittel, das von den Schaufeln oder Löffeln 106 (in 2 gezeigt) gesammelt wird,
zur Scheibenpackungskupplungseinheit 120B strömen kann.
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Die Scheibenpackungskupplungseinheit 120B umfaßt eine
kreisförmige
Beaufschlagungsplatte 172, die Keilnuten oder Zähne 174 aufweist, die
mit den Keilen 140 an der Manschette 142 kämmen. Die
Beaufschlagungsplatte 172 dreht sich somit mit der zweiten
Vielzahl von Kupplungsplatten 136 mit kleinerem Durchmesser
und kann sich in Axialrichtung relativ hierzu bewegen. Die Beaufschlagungplatte 172 ist
vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Metall, wie rostfreiem
Stahl, hergestellt, so daß sie
keinen Teil des Magnetkreises (der Flußbahn) der modulierenden Kupplungseinheit 120B bildet
und diesen nicht störend
beeinflußt.
Sie weist eine Schultereinheit 176 auf, die eine ebene
Scheibe 178 positioniert und aufnimmt. Die ebene Scheibe 178 reduziert
die Reibung zwischen der Beaufschlagungsplatte 172 und
einem kreisförmigen
Anker 182. Der kreisförmige
Anker 182 besitzt eine Vielzahl von diskontinuierlichen,
bogenförmigen
und bananenförmigen
Schlitzen 184 und eine Vielzahl von Keilen von 186 um
seinen Umfang, die komplementär
zu der Vielzahl der Keilnuten 126 auf der Innenseite des Glockengehäuses 124 ausgebildet
sind und damit in Eingriff stehen. Somit dreht sich der kreisförmige Anker 182 mit
dem Glockengehäuse 124 und
der ersten Vielzahl der Kupplungsplatten 134.
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Der kreisförmige Anker 182 ist
benachbart zu einem U-förmigen kreisförmigen Rotor 192 angeordnet.
Der Rotor 192, der vorzugsweise aus Weicheisen hergestellt
ist, besitzt ein Paar von beabstandeten Vielzahlen von diskontinuierlichen,
bogenförmigen
und bananenförmigen
Schlitzen 194, die mit den bananenförmigen Schlitzen 184 im kreisförmigen Anker 182 zusammenwirken,
um eine sinusförmige
Magnetflußbahn
zu erzeugen, die die Funktionsweise der Scheibenpackungskupplungseinheit 120B verbessert
und deren Drehmomentdurchsatz erhöht.
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Der Rotor 192 umgibt generell
ein stationäres
Gehäuse 198,
das eine elektromagnetische Spule 200 enthält. Das
stationäre
Gehäuse 198 und
die elektromagnetische Spule 200 sind am äußeren Gehäuse 114B über eine
Vielzahl von Gewindebolzen und Befestigungselemente 202,
von denen zwei in 2 dargestellt
sind, befestigt. Elektrische Energie wird wahlweise der elektromagnetischen
Spule 200 über
einen Leiter 204B zugeführt,
der ebenfalls in 2 gezeigt
ist. Ein erstes kreisförmiges
Element 201 ist mit dem Rotor 192 über irgendwelche
geeignete Mittel verbunden, wie Schweißen, Keile und Keilnuten oder
eine Preßpassung,
und ist konzentrisch um die Ausgangswelle 150B angeordnet.
Eine Manschette 212 mit geringer Reibung, die beispielsweise
aus Nylon besteht, ist zwischen dem kreisförmigen Element 210 und
der Ausgangswelle 150B angeordnet, so daß daher
das erste kreisförmige
Element 202 und der Rotor 192 sich frei um die
Ausgangswelle 150B und das Gehäuse 198 der elektromagnetischen
Spule 200 drehen können.
Die Manschette 212 mit geringer Reibung verringert die
Reibung zwischen dem ersten kreisförmigen Element 210 und
der Ausgangswelle 150B, wenn die Scheibenpackungskupplungseinheit 120B deaktiviert
wird, um auf diese Weise den Verschleiß und die Wärmeerzeugung zu verringern.
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Das erste kreisförmige Element 210 besitzt eine
Vielzahl von gekrümmten
Rampen oder Ausnehmungen 214, die in einem kreisförmigen Muster um
die Achse der Ausgangswelle 150B herum angeordnet sind.
Diese Rampen oder Ausnehmungen 214 stellen schräge Schnitte
eines spiralförmigen
Torus dar. In jeder Ausnehmung 214 ist eine aus einer Vielzahl
von lastübertragenden
Kugeln 216 oder entsprechenden lastübertragenden Elementen angeordnet, die
entlang den von den schiefen Flächen
der Ausnehmungen 214 gebildeten Rampen rollt. Ein zweites
kreisförmiges
Element 218 ist gegenüber
dem ersten kreisförmigen
Element 210 angeordnet und besitzt eine entsprechende Vielzahl
von komplementär
ausgebildeten und angeordneten rampenförmigen Ausnehmungen 222.
Die lastübertragenden
Kugeln 216 sind somit in den Paaren der gegenüberliegenden
Ausnehmungen 214 und 222 aufgenommen und eingefangen,
wobei die Enden der Ausnehmungen gekrümmt sind und eine viel größere Steigung besitzen
als die Innenbereiche der Ausnehmungen 214 und 222,
so daß die
lastübertragenden
Kugeln 216 darin gehalten werden. Eine Vielzahl von Wellenscheiben
oder Belleville-Federn 224 ist zwischen dem zweiten kreisförmigen Element 218 und
der Manschette 142 angeordnet und spannt das zweite kreisförmige Element 218 in
Richtung auf das erste kreisförmige
Element 210 vor.
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Es versteht sich, daß die Vielzahl
der rampenförmigen
Ausnehmungen 214 und 222 und lastübertragenden
Kugeln 216 durch andere analoge mechanische Elemente ersetzt
werden kann, die eine axiale Verschiebung der kreisförmigen Elemente 210 und 218 in
Abhängigkeit
von einer Relativdrehung hierzwischen erzeugen. Beispielsweise können konische
Rol len Verwendung finden, die in komplementär ausgebildeten konischen Schraubenlinienbahnen angeordnet
sind.
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Ein wichtiges Konstruktionsmerkmal
der Ausnehmungen
214 und
222, der lastübertragenden Kugeln
216 und
der Wellenscheiben
224 besteht darin, daß die Geometrie
ihrer Konstruktion sowie das Gesamtspiel der Kupplungseinheiten
120A und
120B sicherstellen,
daß diese
nicht selbsteinrückend sind.
Die modulierenden Kupplungseinheiten
120A und
120B dürfen nicht
selbst einrücken,
sondern müssen
vielmehr in direkter proportionaler Abhängigkeit vom elektrischen Eingangssignal
der elektromagnetischen Spule
200 zu einem modulierten
Festklemmen der Kupplungsplatten
134 und
136 sowie einer
Drehmomentübertragung
in der Lage sein. Zusätzliche
Einzelheiten dieses Mechanismus können der
US-PS 5 492 194 entnommen werden,
auf deren Offenbarung hiermit Bezug genommen wird.
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Das zweite kreisförmige Element 218 umfaßt eine
Vielzahl von Keilnuten oder Zähnen 228,
die komplementär
zu den Keilen oder Zähnen 148 an
der Ausgangswelle 150B ausgebildet sind und hiermit kämmen. Eine
ebene Scheibe 230 überträgt Axialkraft
vom zweiten kreisförmigen
Element 218 auf die Beaufschlagungsplatte 172.
Die axiale Position des ersten kreisförmigen Elementes 210 wird
von einer Drucklagereinheit 232 festgelegt. Benachbart
zur Drucklagereinheit 232 befindet sich ein Antifriktionslager,
wie beispielsweise eine Kugellagereinheit 234, die die
Ausgangswelle 150B im Gehäuse 114B drehbar lagert
und axial positioniert. Die Kugellagereinheit 234 wird
von einem Paar von Schnappringen 236, die in komplementär ausgebildeten
Umfangsschlitzen oder Nuten 238 angeordnet sind, axial
positioniert und gehalten. Die Ausgangswelle 150B kann ebenfalls
einen Satz von externen Keilen oder Zähnen 240 aufweisen,
die mit komplemtenär
ausgebildeten Keilnuten, Zähnen
oder einem Ausgangsflansch, einer Welle oder einer Achse (alle sind
nicht dargestellt) kämmen
können.
Eine Öldichtung 242 sorgt
für eine
geeignete strömungsmitteldichte
Dichtung zwischen dem Gehäuse 114B und
der Ausgangswelle 150B.
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Eine kurze Beschreibung der Funktionsweise
der Scheibenpackungskupplungseinheit 120B der hinteren
Differentialeinheit 36 verdeutlicht die Verbesserungen
und Merkmale derselben. Wenn die elektromagnetische Spule 200 nicht
erregt ist, dreht sich die Ausgangswelle 150B frei relativ
zum rohrförmigen
Eingangselement 94, das als Eingangsantriebselement wirkt.
Wenn die Stromzufuhr zur elektromagnetischen Spule 200 beginnt
und zunimmt, wird ein Widerstand erzeugt, der versucht, die Drehung
des Rotors 192 zu verlangsamen, wodurch eine Relativdrehung
zwischen dem ersten und zweiten kreisförmigen Element 210 und 218 erzeugt
wird. Wenn eine solche auftritt, bewegen sich die Lastübertragungskugeln 216 die
Ausnehmungen 214 und 222 hinauf, trennen das erste
und zweite kreisförmige
Element 210 und 218 und treiben das zweite kreisförmige Element 218 in
Richtung auf die Beaufschlagungsplatte 172. Durch die Translationsbewegung
der beiden Beaufschlagungsplatte 172 werden die Vielzahlen
von Kupplungsscheiben 134 und 136 komprimiert
und wird das Antriebsdrehmoment vom rohrförmigen Antriebselement 94 und
vom Glockengehäuse 124 auf
die Manschette 142 und die rechte Ausgangswelle 150B übertragen.
Die Aktivierung der linken modulierenden Kupplungseinheit 120A führt zu einer
ent sprechenden Drehmomentübertragung auf
die linke Ausgangswelle 150A (in 2 gezeigt).
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Die vom ersten und zweiten kreisförmigen Element 210 und 218 erzeugte
Druckkraft dringt durch die Scheibe 230, die Beaufschlagungsplatte 172,
die Vielzahl der Kupplungsplatten 134 und 136, den
radialen Flansch 154 und in die Ausgangswelle 150B.
Eine Reaktionskraft wird somit axial entlang der Länge der
Ausgangswelle 150B durch die Schnappringe 236,
die Kugellagereinheit 234 und das Drucklager 232 und
somit zurück
zum ersten kreisförmigen
Element 210 geführt.
Der radiale Flansch 154 an der Ausgangswelle 150B und
die Schnappringe 236 wirken somit als feste Anschläge, die
die Komponenten der Scheibenpackungkupplungseinheit 120B begrenzen
und die Reaktionskraft in die Ausgangswelle 150B und entlang
derselben leiten. Die durch den Betrieb der Scheibenpackungskupplungseinheit 120B erzeugte
Reaktionskraft ist somit auf wirksame Weise vollständig in
der Ausgangswelle 150B enthalten und dringt nicht durch das äußere Gehäuse 114B,
das Zentralgehäuse 176 oder
andere Komponenten. Durch dieses direkte Enthaltensein der Reaktionskraft
auf den Kupplungsbetrieb in der Ausgangswelle werden Kräfte und Durchbiegungen
der Gehäuse 76, 114A und 114B verringert
und die modulierende Steuerung sowie die nutzbare Lebensdauer der
hinteren Differentialeinheit 36 und ihrer Komponenten verbessert.
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Während
bei der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform
einer Kupplung mit internem Reaktionskraftkreis eine elektromagnetische Betätigungseinheit
Verwendung findet, kann ohne weiters auch eine Kolben/Zylindereinheit unter
Verwendung eines hydraulischen Strömungsmittels oder eines Gases
unter Druck, wie Luft, zur Betätigung
der Kupplungspackung und zur Verwirklichung der Merkmale und Vorteile
der internen Reaktionskraftbahn oder des entsprechenden Kreises
der vorliegenden Erfindung Anwendung finden. Diese unterschiedlichen
Betätigungseinheiten
für die
Kupplung liegen daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
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Während
die Ausgangswelle 150B vorstehend als Reaktionskraftaufnahmeelement
beschrieben wurde, kann die Richtung des Drehmomentflusses durch
die eine Packung mit einer Vielzahl von Scheiben aufweisende Kupplungseinheit 120B ohne weiteres
umgekehrt werden, oder die Kupplungseinheit 120B kann so
umgestaltet werden, daß die
Welle 150B die Eingangswelle ist. In jedem Fall funktioniert die
Welle 150B als Reaktionskraftaufnahmeelement.
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Vorstehend wurde die vom Erfinder
als beste Ausführungsform
angesehene Realisation der Erfindung beschrieben. Es versteht sich
jedoch, daß auch Vorrichtungen
mit Modifikationen und Variationen für den Fachmann für Kupplungskomponenten
im Antriebsstrang offensichtlich sind. Die Erfindung beschränkt sich
daher nicht auf die vorstehende Offenbarung, sondern umfaßt auch
derartige offensichtliche Variationen und wird nur durch den Umfang
der Patentansprüche
festgelegt.