DE10220355A1

DE10220355A1 - Konus-Reibungskupplung

Info

Publication number: DE10220355A1
Application number: DE10220355A
Authority: DE
Inventors: Xiaohong N Duan
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2003-07-10
Also published as: GB0209341D0; US6676555B2; GB2383102A; US20030114264A1; GB2383102B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Konuskupplungsmechanismus, der durch eine elektronische Steuereinheit gesteuert wird. Der Konuskupplungsmechanismus weist einen einfachen Aufbau und ein Steuersystem auf zum Einrücken und Ausrücken einer Kraftübertragungswelle in einem Fahrzeug in Übereinstimmung mit Fahrzeugstabilitäts- und -traktionssteuererfordernissen. Der Mechanismus kann zum selektiven Übertragen der Kraft zu gewünschten Wellen oder Rädern genutzt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kraftfahrzeug- Kraftübertragungsvorrichtungen, und insbesondere eine elektromechanisch betätigte Kupplung für Kraftfahrzeugkupplungen, Differenziale und Getriebe.
An Kraftfahrzeug-Kraftübertragungssysteme werden von Nutzern zahlreiche Anforderungen gestellt. Nutzer von Kraftfahrzeugen, Lastwagen und auch von Geländewagen erwarten, dass ihre Fahrzeuge sie sicher und rasch zum Bestimmungsort bringen, ungeachtet dessen, ob Hindernisse oder welche Straßenbedingungen vorliegen. Kraftfahrzeugdifferenziale erlauben es, dass zwei Räder an Ausgangshalbwellen angebracht werden, die sich mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen und Lastwägen und Kraftfahrzeuge dabei unterstützen, Kurvenfahrten durchzuführen. Wenn jedoch in einem herkömmlichen Differenzial ein Rad die Traktion verliert, kann auch das andere Rad Krafteingriff verlieren. Wenn bei einem Differenzial mit begrenztem Schlupf ein Rad weniger Traktion mit der Straße hat als das andere Rad, wird Kraft von dem durchrutschenden Rad auf das nicht durchrutschende Rad übertragen. Unter diesen Bedingungen hat das Rad, das durchrutscht bzw. Schlupf aufweist, die Gelegenheit, Traktion erneut zu gewinnen, während dasjenige Rad, das greift, ausreichend Kraft empfängt, um die Bewegung beizubehalten und gegebenenfalls das Fahrzeug am Fahren hält.

Einige zwangsbegrenzte Schlupfdifferenziale befinden sich aktuell im Handel. Ein Problem dieser Differenziale, wie das Problem des Differenzials, das im US-Patent Nr. 6261202 erläutert ist, besteht darin, dass diese Differenziale dazu neigen, durch die Relativdrehzahl der Räder ebenso wie durch eine Kraft oder eine Vorlast gesteuert zu werden, die an Seitenräder bzw. -zahnräder in dem Differenzial angelegt ist. Ein weiteres Problem besteht darin, dass der Fahrer oder die Bedienperson nur über eine geringe Kontrolle verfügt, wenn das Differenzial einrückt und mit der Kraftübertragung beginnt. Es wäre nützlich, wenn ein Schlupfdifferenzial automatisch gesteuert werden könnte, oder wenn es bei Bedarf automatisch einrücken würde. Es wäre außerdem hilfreich, wenn das Differenzial mit einer Antriebswelle mit einem Mechanismus in Eingriff gelangen könnte, der weniger kompliziert ist als die aktuelle Implementierung, wie etwa der Typ der Vorrichtung, der in dem US-Patent Nr. 5938556 offenbart ist. Das in diesem Patent dargestellte Differenzial ist sehr kompliziert und nutzt zahlreiche Reibungskupplungsplatten sowie eine große Anzahl von Teilen, die enge Herstellungstoleranzen erfordern.

Es besteht ein Bedarf an einem Kupplungsaufbau, der weniger komplizierte Teile und einen weniger komplizierten Zusammenbau erfordert und dabei trotzdem zuverlässig ein Antriebselement in ein angetriebenes Element einrückt bzw. von diesem abrückt. Außerdem besteht ein Bedarf an einem Differenzial, das bei Bedarf durch ein Fahrzeug und Fahrbedingungen, die das Fahrzeug antrifft, eingerückt oder ausgerückt werden kann.

Erreicht wird dieses Ziel durch die Merkmale des Anspruchs 1, 8 bzw. 16 hinsichtlich einer Kupplung, durch die Merkmale des Anspruchs 13 hinsichtlich eines Differenzials mit begrenztem Schlupf, und hinsichtlich eines Verfahrens zum Einrücken einer Welle durch die Merkmale des Anspruchs 21. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung demnach eine Konusreibungskupplung zum Einrücken bzw. Eingriff mit einer Welle. Die Kupplung umfasst einen Träger mit einer sich verjüngenden Bohrung bzw. einer kegelförmigen Bohrung und einem darauf festgelegten externen Zahnrad. Das externe Zahnrad dient zum Eingriff mit einer mechanischen Kraftquelle, wie etwa einem Hohlrad. Die Kupplung umfasst einen kegelförmigen bzw. verjüngten Kolben innerhalb der Bohrung und eine Einrichtung zum Bewegen des verjüngten Kolbens in Kontakt mit dem Träger. Der verjüngte Kolben kann sich gemeinsam mit der Welle drehen. Die Kupplung umfasst außerdem eine Einrichtung zum Steuern der Bewegung des Kolbens. Die Steuereinrichtung veranlasst die Bewegungseinrichtung dazu, den verjüngten Kolben in Kontakt mit dem Träger zu bewegen. Dadurch wird Kraft zwischen dem Träger und der Welle übertragen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Kupplung zum Einrücken bzw. in Eingriff bringen einer Welle. Die Kupplung umfasst einen Träger mit einer ersten verjüngten bzw. kegelförmigen Bohrung und einem externen Zahnrad. Ein erster verjüngter Kolben ist in der Bohrung vorgesehen und der Kolben umgibt die Welle und dreht sich gemeinsam mit dieser. Ein erster Mechanismus ist vorgesehen, um den verjüngten Kolben zu bewegen, wobei der Mechanismus aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Kugel- und Rampenmechanismus, einer Hydraulikpumpe und einem Solenoid besteht. Außerdem ist eine Steuereinheit zum Steuern einer Bewegung des Mechanismus und des Kolbens in Kontakt mit dem Träger vorgesehen. Dadurch wird Kraft zwischen dem Träger und der Welle übertragen.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Kupplung zur Verwendung in einer Kraftübertragung mit einer Bedarfswelle bzw. bei Bedarf aktiven Welle. Die Kupplung umfasst einen Träger mit einer kegelförmigen bzw. verjüngten Bohrung und einem darauf festgelegten äußeren Zahnrad und außerdem umfasst sie einen verjüngten bzw. kegelförmigen Kolben mit der Bohrung zum gemeinsamen Drehen mit der Welle. Ein Mechanismus zum Bewegen des verjüngten Kolbens ist vorgesehen und ausgewählt aus der Gruppe, die aus einem Kugel- und Rampenmechanismus, einer Hydraulikpumpe und einem Solenoid besteht. Außerdem ist eine Steuereinheit zum Steuern der Bewegung des verjüngten Kolbens vorgesehen. Die Steuereinheit steuert die Bewegung des Mechanismus und des Kolbens in Kontakt mit dem Träger und Kraft wird daraufhin zwischen dem Träger und der Welle übertragen.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einrücken bzw. Eingriff mit einer Welle. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Konusreibungskupplung bzw. konusförmigen Reibungskupplung mit einem konusförmigen bzw. verjüngten Kolben zum Eingriff mit der Welle. Das Verfahren sieht daraufhin das Steuern der Bewegung des Kolbens durch eine elektronische Steuereinheit vor, und das Bewegen des Kolbens in Eingriff mit der Welle.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; in dieser zeigen:
Fig. 1 eine Seitenquerschnittsansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine vordere Querschnittsicht entlang der Linie 2-2 von Fig. 1,
Fig. 3a eine Seitenquerschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3b eine vordere Querschnittsansicht der Ausführungsform von Fig. 3a,
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommenden Konusreibungskupplung,
Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Differenzials mit begrenztem Schlupf, das eine Konusreibungskupplung enthält,
Fig. 6 eine schematische Ansicht einer weiteren Anwendung der Erfindung,
Fig. 7 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs bzw. Lastwagens unter Verwendung einer Ausführungsform einer Doppelkupplung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 eine Querschnittsansicht einer Doppelkupplungs- Konusreibungskupplung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 9 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform unter Verwendung eines Solenoids zur Steuerung der Bewegung des Kolbens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verwendung einer Konusreibungskupplung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Der Bedarf an einer stabilen Fahrzeugkontrolle und Traktionssteuerung erfordert Kraftfahrzeug-Kraftübertragungssysteme, die Antriebskraft auf gewünschte Räder in Übereinstimmung mit Straßen- und Fahrbedingungen selektiv übertragen können. Automatisch gesteuerte Vorrichtungen verbessern die Fahrzeugtraktion und -stabilität. Diese können Kopplungsvorrichtungen umfassen, die zum Übertragen von Drehmoment von Vorderrädern auf Hinterräder oder von Hinterrädern auf Vorderräder bei vierradangetriebenen Fahrzeugen mit bedarfsweisem Mehrradantrieb zu übertragen. Diese Kupplungsvorrichtungen können Differenziale mit begrenztem Schlupf enthalten, die Drehmoment von einer Seite auf die andere übertragen, oder sie können Doppelkupplungen enthalten, die Drehmoment von vorne nach hinten oder von hinten nach vorne oder von einer Seite zur anderen übertragen. Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine weniger komplexe Kupplung, die automatisch ein- und ausrückbar ist. Kraft wird dadurch über die Vorrichtung elektronisch gesteuert durch eine Steuereinrichtung in Übereinstimmung mit dem aktuellen dynamischen Fahrzeugleistungsvermögen und Fahrbedingungen übertragen.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Konusreibungskupplung 10, die ein Trägergehäuse 12 mit einer verjüngten bzw. konusförmigen inneren Bohrung 14 und einem äußeren Zahnrad 16 aufweist. Die Konusreibungskupplung dient dazu, in Eingriff mit einer Welle 18 zu gelangen. Ein verjüngter bzw. kegelförmiger Kolben 20 dreht sich gemeinsam mit der Welle 18, während eine Ringfeder 22 dazu ausgelegt ist, den verjüngten Kolben 20 zu umgeben. In einer Ausführungsform weist die verjüngte Bohrung 14 eine Schulter 15 zum Zurückhalten der Ringfeder auf, wenn der Kolben eingezogen wird. Ein Kugel- und Rampenmechanismus 24 befindet sich im Kontakt mit dem Kolben zum Bewegen des Kolbens in der verjüngten Bohrung und in Kontakt mit dem Federring 22. Die Bewegung des Kugel- und Rampenmechanismus 24 wird durch einen (Elektro-)motor 28 und ein Untersetzungsgetriebe 26 unter Steuerung der Steuereinheit 30 gesteuert.
Bei der Steuereinheit 30 kann es sich um eine getrennte unabhängige Steuereinheit, wie etwa eine Mikroprozessorsteuereinheit, einen Computer, einen digitalen Signalprozessor u. dgl., handeln. Die Steuerfunktionen der Steuereinheit können auch in einem anderen Computer oder Mikroprozessor an Bord des Fahrzeugs enthalten sein, wie etwa in einer elektronischen Steuereinheit, einer elektronischen Motorsteuereinheit, einer Antiblockier-Bremssystemsteuereinheit, einem Traktionssteuersystem oder einem anderen Computer oder einer anderen Steuereinheit.
Fig. 2 zeigt eine Ansicht unter 90° zu Fig. 1 entlang der Linie 2-2. Der Träger 12 kann ein Außengehäuse für die Konuskupplung sein. In dieser Ausführungsform passt der Federring 22 auf den verjüngten Kolben 20. Die Welle 18 kann extern mit Keilnuten versehen sein und der Kolben 20 kann intern mit Keilnuten versehen sein, die mit denjenigen der Welle zur gemeinsamen Drehung mit dieser zusammenpasst. Alternativ kann zwischen der Welle 18 und dem Kolben 20 eine Keilnut 13 vorgesehen sein, damit sie sich gemeinsam drehen können, wobei der Kolben jedoch sich von links nach rechts und zurück bewegen kann. Der Träger kann sich frei drehen, ohne mit der Welle und dem Kolben in Eingriff zu gelangen, bis der Kugel- und Rampenmechanismus den Kolben zwingt, gegen die Ringfeder zu verkeilen und mit dem Träger in Eingriff zu gelangen.
Im Betrieb arbeitet die Konusreibungskupplung in der im Folgenden genannten Weise. Die elektronische Steuereinheit 30 empfängt Fahrzeugdynamik- und Antriebsbedingungssignale von Sensoren, die nachfolgend erläutert sind, und sendet ein Steuersignal an den Elektromotor 28 aus, um den Motor in Übereinstimmung mit diesen Signalen zu starten oder zu stoppen. Die Steuereinheit steuert die Vorwärts- und Rückwärtsdrehung des Motors 28 und des Getriebezugs 26. Ein Rotor 17 des Kugel- und Rampenmechanismus dreht sich und zwingt den Stator 19 in Vorwärtsrichtung über Kugeln 21, die in Durchlässen zwischen dem Rotor und Statorabschnittes des Kugel- und Rampenmechanismus enthalten bzw. eingeschlossen sind. Wenn der Statorabschnitt sich in Vorwärtsrichtung (in Fig. 1 nach links) bewegt, bewegt der Kolben 20 sich nach links und keilt die Ringfeder 22 in die verjüngte Bohrung 14 des Trägers 12. Wenn der Träger sich dreht auf Grund einer Bewegung eines anderen Zahnrads mit dem äußeren Zahnrad 16 auf dem Träger, wird die Bewegung auf die Welle 18 über den Federring 22 und den verjüngten Kolben 20 übertragen. Das durch die Kupplung übertragene Drehmoment ist proportional zur Schiebekraft, die durch den Kugel- und Rampenmechanismus an den Kolben übertragen wird. Die Kraft hängt ab von dem Motorausgangsdrehmoment, das durch die Steuereinheit 30 gesteuert wird. Es wird bemerkt, dass die Konusreibungskupplung eine bedarfsweise bzw. Bedarfskupplung ist, gesteuert durch die Steuereinheit 30 in Übereinstimmung mit Eingangssignalen von Sensoren oder Steuervorrichtungen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung einer Gerotorpumpe ist in Fig. 3a gezeigt und eine Schnittansicht von Fig. 3a entlang der Linie 3b-3b ist in Fig. 3b gezeigt. Eine Gerotorpumpe führt ihre Funktion durch, indem sie ein inneres Zahnrad veranlasst, sich in einem äußeren Zahnrad zu drehen. Die Zahnräder gelangen auf der Ansaugseite zum Einsaugen von Fluid außer Kämmeingriff und kämmen daraufhin auf der Austragseite, um das Fluid auszustoßen bzw. zwangsweise auszutragen. Der Stator besitzt typischerweise ein Zahnrad mehr als der Rotor. Wenn der Rotor sich dreht, wird Öl von der Ansaugseite zur Austragseite der Pumpe zwangsweise überführt.
Eine Konusreibungskupplung 32 umfasst ein Gehäuse 34 mit einer verjüngten bzw. kegelförmigen Bohrung 36 und einem äußeren Zahnrad 38. Innerhalb des Gehäuses befindet sich ein Kolben 40 zur Drehung gemeinsam mit der Welle 42. Diese Ausführungsform nutzt keinen Federring zwischen dem Kolben und dem Träger. Es ist jedoch eine Torsionsfeder 44 vorgesehen, die am Träger 34 festgelegt bzw. gesperrt ist und den Kolben zurück in eine Nichteingriffsstellung (in Fig. 3a nach rechts) drängt bzw. vorspannt. Eine Hydraulikpumpe, wie etwa eine Gerotorpumpe, ist vorgesehen, deren äußerer Rotor 45 an dem Träger 34 angebracht ist und deren innerer Rotor 46 an der Welle 42 mit einer oder mehreren Keilnuten 49 angebracht ist. Wenn die Drehzahlen des Trägers 34 und der Welle 42 sich unterscheiden, besitzen auch die Gerotorrotoren 45 und 46 unterschiedliche Drehzahlung und die Pumpe pumpt Hydrauliköl. Hydrauliköl aus einem Vorratsbehälter 47 wird durch den Gerotor in eine abgedichtete ringförmige Kolbenkammer 50 gepumpt. Der Hydrauliköldruck in der Kammer 50 wird durch eine Steuerventileinheit 48 und eine Systemsteuereinheit 51 gesteuert. Unter Druck stehendes Öl schiebt den Kolben 40 in Fig. 3a nach links und bringt den Kolben 40 mit dem Träger 34 in Eingriff und erteilt eine Drehung an den Kolben 40 und die Welle 42. Wenn der Träger 34 und die Welle 42 sich mit derselben Drehzahl drehen, stoppt die Pumpe das Pumpen. Zum Ausrichten kann einfach vorgesehen sein, dass die Steuereinheit das Hydraulikfluid veranlasst, zurück in den Vorratsbehälter 47 zu strömen. Die Feder 44 drängt daraufhin den Kolben zurück in eine Nichteingriffsposition (in Fig. 3a nach rechts).
In Fig. 4 ist ein Differenzial 50 mit begrenztem Schlupf für ein Kraftfahrzeug oder einen Lastwagen 80 gezeigt. Kraft wird durch einen Motor 84 erzeugt und über ein Getriebe 86 und eine Antriebswelle 87 übertragen, um Kraft zu einem Differenzial 50 mit begrenztem Schlupf und zu zwei Hinterrädern 88 zu übertragen. Unter normalen Fahrtbedingungen ist die Kupplung ausgerückt und das Differenzial erlaubt es, dass die beiden Räder sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen, was erforderlich ist, um Kurvenfahrten und andere Manöver durchführen zu können. Bei rutschigen Straßenbedingungen, wenn eines der Räder Traktion verliert, dreht dieses Rad sich viel schneller als das andere Rad, das gute Traktion hat. Die Ausführungsform von Fig. 4 ist mit der Steuereinheit 30 von Fig. 1 dargestellt. Die Steuereinheit 30 ermittelt dadurch eine Differenz der Raddrehzahlen durch Signale von Sensoren. Sensoren im Fahrzeug oder bei einem anderen Anwendungsfall können Wellen- oder Raddrehzahlsensoren 81 umfassen, wobei ein Sensor für jede Welle erforderlich ist. Die Sensoren können bevorzugt auch solche umfassen, die geeignet sind, das Steuern der Richtung des Fahrzeugs zu ermitteln, wie etwa ein Lenkradwinkelsensor 85 für das Fahrzeug und ein Gierratensensor 91. Diese Sensoren erbringen Ablesungen unter Anzeige einer gewünschten Richtung und einer aktuellen Richtung für das Fahrzeug. Die Steuereinheit empfängt Signale von diesen Sensoren und kann ein Steuersignal zum Einrücken der Kupplung aussenden. Dies ist als "bedarfsweises" Einrücken bekannt. Sobald die Kupplung eingerückt ist, zwingt sie die beiden Räder dazu, sich mit derselben Drehzahl zu drehen. Kraft von dem Motor kann dadurch auf die Räder mit guter Straßentraktion übertragen werden.
Fig. 5 zeigt Einzelheiten der Konusreibungskupplung 10 von Fig. 1, die in dem Differenzial 50 mit begrenztem Schlupf von Fig. 4 zum Einsatz kommt. Das Differenzial umfasst ein Differenzialgehäuse 52, 54 und eine Konusreibungskupplung sowie Differenzialzahnräder, die zwei Ritzel- bzw. Zahntriebaufbauten 58 und zwei Seitenzahnräder 59 umfassen. Die Seitenzahnräder sind getrennt auf zwei Halbachsen der Radwellen 60, 62 fest angebracht. Kraft wird von einer Antriebswelle 87 und einem Antriebsritzel bzw. -zahnrad 83 übertragen, um das äußere Hohlrad 56 und das Differenzialgehäuse 52, 54 in Drehung zu versetzen. Wenn das Differenzialgehäuse sich dreht, drehen sich die Differenzialzahntriebaufbauten 58 und Ritzelräder bzw. Zahnräder 57 gemeinsam mit ihm. Die Achsenseitenzahnräder 59, die mit den Ritzelrädern 57 kämmen, drehen sich ebenfalls und dadurch drehen sich die Halbwellen 60, 62. Das Differenzialgehäuse 54 weist außerdem einen verjüngten Hohlraum 55 mit einer Ringfeder 68 auf. Der verjüngte Konus 66 dreht sich zusammen mit der Halbwelle 60. Ein Kugel- und Rampenmechanismus 64 steht im Kontakt mit dem verjüngten Konus 66, um den verjüngten Konus weiter in dem Hohlraum 55 zu verkeilen, um die Ringfeder 68 mit dem verjüngten Konus 66 in Eingriff zu bringen, wodurch das Differenzialgehäuse 52 und die Welle 60 gemeinsam zwangsweise gedreht werden, wenn die Konuskupplung eingerückt ist. Der Kugel- und Rampenmechanismus 64 wird durch einen Elektromotor 70 in Reaktion auf eine Steuereinheit 72 angetrieben.
Wenn die Konuskupplung ausgerückt ist, können die Wellen 60, 62 sich mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen. Wenn die Kupplung eingerückt ist, zwingt die Kupplung das Differenzialgehäuse 52, 54 und die Halbwelle 60, sich mit derselben Drehzahl zu drehen. Das linke Seitenrad bzw. -zahnrad, das auf der Halbwelle 60 angebracht ist, dreht sich ebenfalls mit derselben Drehzahl wie das Differenzialgehäuse 52, 54 und die Differenzialzahntriebe bzw. Differenzialritzelräder 58. Das rechte Seitenzahnrad und die andere Halbwelle 62 drehen sich ebenfalls mit dieser Drehzahl und dadurch drehen sich beide Halbwellen 60, 62 mit derselben Drehzahl, ebenso wie die Räder, die an den Halbwellen angebracht sind.
Fig. 6 zeigt eine weitere Anwendung der Konusreibungskupplung. In diesem Fall für ein Fahrzeug 90 unter Verwendung eines Vierradantriebs "auf Bedarf" nur dann, wenn ein Signal von einer Steuereinheit 93 das Einrücken der Kupplung befiehlt. Die Konusreibungskupplung 95 kann eine Ausführungsform 10, 32 oder 50 sein, wie vorstehend angeführt, oder es kann sich um eine andere Ausführungsform handeln. Das Fahrzeug 90 weist einen (Verbrennungs-)motor und ein Getriebe 92 auf und es kann ein Differenzial 94 aufweisen, das Vorderräder 96 mit Kraft versorgt. Außerdem ist eine Antriebswelle 98 zum Bereitstellen von Kraft von dem Getriebe für eine Konusreibungskupplung 95 vorgesehen, die als Kupplungsvorrichtung zum Übertragen von Kraft von der Antriebswelle 98 auf das hintere Differenzial 104 wirkt. Vordere und hintere Differenziale 94, 104 können beliebige gewünschte Differenziale sein, einschließlich ein herkömmliches Differenzial, ein Differenzial mit begrenztem Schlupf oder ein anderes Differenzial. Im hinteren Bereich des Kraftfahrzeugs oder Lastwagens 90 stellt das Differenzial 104 Kraft für Radwellen oder Halbwelle 102 und damit für die Hinterräder 106 bereit.
Das Fahrzeug 90 kann eine Steuereinheit 93 aufweisen, die dazu geeignet ist, die Konusreibungskupplung 95 zu steuern. Die Steuereinheit kann ähnlich zu den Steuereinheiten sein, die in Fig. 1, 3a, 4 und 5 gezeigt sind. Die Steuereinheit 93 empfängt Signale von Rad- oder Wellendrehzahlsensoren 81, von einem Fahrzeuggierratensensor 85 und von einem Lenkwinkelsensor 91. Wenn die Steuereinheit ermittelt, dass Hinterradantrieb erforderlich ist, wird die Konusreibungskupplung aktiviert und Kraft wird auf die Hinterachsenhälften 102 und die Räder 106 übertragen.
Anstatt die Ausführungsform von Fig. 1 zu verwenden, kann auch die Ausführungsform von Fig. 3 verwendet werden oder eine andere Konusreibungskupplung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, bei der ein bedarfsweiser Eingriff bzw. ein bedarfsweises Einrücken der Konuskupplung durch eine elektronische Steuereinheit gesteuert wird. In Fig. 7 ist eine andere Ausführungsform gezeigt, in der eine Doppelkupplungsvorrichtung 110 verwendet wird, um Kraft bedarfsweise durch die Steuereinheit 128 auf einen hinteren Satz von Rädern zu übertragen. Ein Kraftfahrzeug oder Lastwagen 130 weist einen Motor und ein Getriebe 92 und ein vorderes Differenzial 94 auf, durch die es Kraft auf Halbachsen 134, 136 und daraufhin auf Vorderräder 138 überträgt. Das Getriebe weist eine Antriebswelle oder Kraftabgreifwelle 98 zum Antreiben der Doppelkupplung 110 auf, wie in Fig. 8 gezeigt. Die Kupplung stellt Kraft für die hinteren Wellen oder Halbachsen 140, 142 bereit und damit für die Räder 148 des Lastwagens oder Kraftfahrzeugs. Die Steuereinheit 128 empfängt Eingangssignale von Wellen- oder Raddrehzahlsensoren 81 und von einem Gierratensensor 85 sowie von einem Lenkwinkelsensor 91, um zu ermitteln, wann eine bessere Steuerung erforderlich ist und die Kupplung aktiviert werden soll.
Diese Kupplung ist in Fig. 8 gezeigt, in der eine Steuereinheit 128 zwei Kugel- und Rampenvorrichtungen 124 mittels Elektromotoren 126 steuert. Die Doppelkupplungsanordnung 110 umfasst ein Gehäuse, bevorzugt zumindest zwei Teile 112, 114 für eine einfache Montage der innen liegenden Bestandteile. Innerhalb des zusammengebauten Gehäuses 112, 114 bleibt Platz für zwei konusförmige, sich verjüngende Hohlräume 118, die Ringfedern 119 und verjüngte bzw. konusförmige Kolben 121 enthalten. Die Ringfedern können die verjüngten Kolben umgeben, während die Kolben, wie in Fig. 1 gezeigt, zu einer Drehung mit den Wellen 122 gegen diese passen können. Die Kupplungen können beide ausgerückt, beide eingerückt oder einzeln in Übereinstimmung mit einem Steuersignal von der Elektroniksteuereinheit 128 eingerückt werden. Die Kraft kann dadurch auf ein oder zwei Hinterräder oder auf keines der Hinterräder übertragen werden.
Im Betrieb veranlasst eine Welle das äußere Zahnrad 116, sich zu drehen, wodurch das Gehäuse 112, 114 veranlasst wird, sich um eine durch die Wellen 122 gebildete Achse zu drehen. Bei rutschigen Straßenbedingungen fordert die Steuereinheit einen Angriff an und veranlasst den Elektromotor 126, sich durch den Getriebesatz bzw. Zahnradsatz 127 zu drehen, wodurch die Kugel- und Rampenvorrichtung 124 sich dreht und den Kolben 121 in Reibungskontakt mit der Ringfeder bzw. dem Federring 119 schiebt. Dies führt zu einem Einrücken bzw. Eingriff der Welle 122 mit dem Träger 112, 114 und zwar entweder mit der einen Welle 122 oder mit beiden (oder keiner). Das Drehmomentausmaß, das durch jede Kupplung übertragen werden kann, wird ebenfalls durch die elektronische Steuereinheit durch Steuern der Leistungsabgabe des Elektromotors in Übereinstimmung mit Fahrzeugdynamikleistungserfordernissen gesteuert. Wenn die Bedingungen besser werden und die Kupplung nicht mehr benötigt ist, wird ein geeignetes Signal durch die elektronische Steuereinheit 128 ausgesendet, um die Rampenrichtung umzukehren, wodurch die Kolben zurück in einen Ruhezustand bewegt werden und die Räder sich frei drehen können.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Konusreibungskupplung 130 mit einem Solenoidstellglied. Die Kupplung umfasst ein Gehäuse 132 mit einer verjüngten Bohrung 134 und einem äußeren Zahnrad 136. Innerhalb der Bohrung 134 befindet sich ein verjüngter Konus 138 mit einem Solenoid 140. Das Solenoid 140 wird durch eine Steuereinheit 146 gesteuert und reagiert auf Signale oder Befehle von der Steuereinheit 146. Die Steuereinheit kann dieselbe sein wie diejenige, die in Fig. 8 gezeigt ist, oder es kann sich bei ihr um eine andere handeln. Wenn das Solenoid nicht betätigt ist, drängt bzw. spannt die Feder 142 den Konus nach rechts vor oder außer Eingriff mit dem Gehäuse 132 und der Welle 148. In dieser Ausführungsform bewegt der Solenoidtauchkolben 144 den Konus 138 einwärts oder in Fig. 9 nach links, um den Konus 138 mit der verjüngten Bohrung 134, dem Gehäuse 132 und der Welle 148 in Eingriff zu bringen. Die Betätigung des Solenoids bewegt den Konus und damit die Welle in Eingriff.
Weitere Ausführungsformen sind ebenfalls möglich. Beispielsweise kann eine Rückführfeder, die am schmalen Ende der verjüngten Bohrung festgelegt ist, unter Kompression gehalten werden, wodurch der Konus außer Eingriff gedrängt wird. Es gibt viele Möglichkeiten, die Erfindung in die Praxis umzusetzen. Eine andere Art, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, betrifft ein Verfahren zum Eingriff bzw. Einrücken einer Welle, wie in Fig. 10 gezeigt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Konusreibungskupplung mit einem verjüngten Kolben zum Eingriff mit der Welle 150. Das Verfahren umfasst daraufhin das Steuern der Bewegung des verjüngten Kolbens (und damit der Kraft des Kolbens) durch eine elektronische Steuereinheit 152 und das Bewegen des verjüngten Kolben in Eingriff mit der Welle 154.
Sämtliche Abwandlungen und Modifikationen der vorstehend angeführten Ausführungsformen fallen in den Umfang der Erfindung, die durch die anliegenden Ansprüche festgelegt ist.

Claims

1. Konusreibungskupplung zum Einrücken bzw. Eingriff mit einer Welle, wobei die Kupplung aufweist:
Einen Träger mit einer verjüngten Bohrung und einem darauf festgelegten externen Zahnrad,
einen verjüngten bzw. kegelförmigen Kolben, der sich gemeinsam mit der Welle in der Bohrung dreht,
eine Einrichtung zum Bewegen des verjüngten Kolbens in Kontakt mit dem Träger, und
eine Einrichtung zum Steuern der Bewegung des Kolbens,
wobei die Einrichtung zum Steuern der Bewegung die Bewegungseinrichtung veranlasst, den verjüngten Kolben in Kontakt mit dem Träger zu bewegen, wodurch Kraft zwischen dem Träger und der Welle übertragen wird.

2. Kupplung nach Anspruch 1, außerdem aufweisend einen geteilten Federring auf der Außenseite des verjüngten Kolbens.

3. Kupplung nach Anspruch 1, wobei die Bewegungseinrichtung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Kugel- und Rampenvorrichtung, einem Solenoid und einem Hydraulikmechanismus besteht.

4. Kupplung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Computer, einer Mikroprozessorsteuereinheit, einer elektronischen Steuereinheit, einer Hydrauliksteuereinheit, einer Motorsteuereinheit, einer Antiblockier-Bremssystemsteuereinheit, einer Traktionssystemsteuereinheit und einer elektronischen Motorsteuereinheit besteht.

5. Kupplung nach Anspruch 1, außerdem aufweisend eine Rückstellfeder in Kontakt mit dem verjüngten Kolben.

6. Kupplung nach Anspruch 3, wobei die Bewegungseinrichtung außerdem zumindest entweder einen Elektromotor oder eine Hydraulikpumpe umfasst.

7. Kupplung nach Anspruch 3, außerdem aufweisend einen Differenzialgetriebesatz, der an dem Träger und einer ersten und zweiten Welle angebracht ist, wobei die erste Welle sich im Kontakt mit dem verjüngten Kolben zum steuerbaren Kontakt mit der verjüngten Bohrung befindet.

6. Kupplung zum Eingriff bzw. Einrücken einer Welle, wobei die Kupplung aufweist:
Einen Träger mit einer ersten verjüngten bzw. kegelförmigen Bohrung und einem darauf festgelegten äußeren Zahnrad,
einen ersten verjüngten bzw. kegelförmigen Kolben in der Bohrung zur gemeinsamen Drehung mit der Welle,
einen ersten Mechanismus zum Bewegen des verjüngten Kolbens, wobei der Mechanismus aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Kugel- und Rampenmechanismus, einer Hydraulikpumpe und einem Solenoid besteht, und
eine Steuereinheit zum Steuern der Bewegung des verjüngten Kolbens, wobei die Steuereinheit die Bewegung des Mechanismus und den Kolben in Kontakt mit dem Träger steuert, wodurch Kraft zwischen dem Träger und der Welle übertragen wird.

9. Kupplung nach Anspruch 8, außerdem aufweisend eine erste Rückstellfeder, die in Kontakt mit dem ersten verjüngten Kolben angeordnet ist.

10. Kupplung nach Anspruch 8, außerdem aufweisend einen ersten geteilten Ring außerhalb des ersten verjüngten Kolbens.

11. Kupplung nach Anspruch 8, außerdem aufweisend eine zweite verjüngte Bohrung in dem Träger, einen zweiten verjüngten bzw. kegelförmigen Kolben in der zweiten verjüngten Bohrung zur Drehung mit der zweiten Welle, und einen zweiten Mechanismus zum Bewegen des zweiten verjüngten Kolbens, wobei die Steuereinheit die Bewegung der ersten und zweiten verjüngten Kolben in Kontakt mit dem Träger steuert, und wobei zwischen dem Träger und den Wellen Kraft übertragen wird.

12. Kupplung nach Anspruch 8, außerdem aufweisend einen Mechanismus, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus einem Elektromotor, der einen Kugel- und Rampenmechanismus mit Kraft versorgt, und einer Hydraulikpumpe besteht.

13. Differenzial mit begrenztem Schlupf für ein Kraftfahrzeug mit einem hinteren Differenzial und zwei Halbachsen, wobei das Differenzial aufweist:
Einen Träger mit einer verjüngten bzw. kegelförmigen Bohrung und einem äußeren Zahnrad, das darauf festgelegt ist zum Grenzflächeneingriff mit einer Antriebswelle, wobei der Träger sich in Getriebe- bzw. Zahnradkontakt durch einen Satz von Differenzialzahnrädern mit einer ersten und einer zweiten Welle befindet,
einen verjüngten bzw. kegelförmigen Kolben zur Drehung mit der ersten Halbachse in der Bohrung,
einen Mechanismus zum Bewegen des verjüngten Kolbens, wobei der Mechanismus aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Kugel- und Rampenmechanismus, einer Hydraulikpumpe und einem Solenoid besteht, und
eine Steuereinheit zum Steuern der Bewegung des verjüngten Kolbens, wobei die Steuereinheit die Bewegung des Kolbens in Kontakt mit dem Träger steuert, und wobei Kraft zwischen der ersten Halbachse und dem Träger übertragen wird.

14. Differenzial mit begrenztem Schlupf nach Anspruch 13, außerdem aufweisend ein Rückstellfeder in Kontakt mit dem verjüngten Kolben.

15. Differenzial mit begrenztem Schlupf nach Anspruch 13, außerdem aufweisend einen geteilten Ring zur Drehung mit dem verjüngten Kolben.

16. Kupplung zur Verwendung in einem Kraftübertragungsgetriebe mit einer zusätzlichen Antriebswelle, wobei die Kupplung aufweist:
Einen Träger mit einer verjüngten Bohrung und einem darauf festgelegten äußeren Zahnrad,
einen verjüngten Kolben in der Bohrung zur Drehung mit der zusätzlichen Antriebswelle,
einen Mechanismus zum Bewegen des verjüngten Kolbens, wobei der Mechanismus ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus einem Kugel- und Rampenmechanismus, einer Hydraulikpumpe und einem Solenoid besteht, und
eine Steuereinheit zum Steuern der Bewegung des verjüngten Kolbens, wobei die Steuereinheit die Bewegung des Mechanismus und des Kolbens in Kontakt mit dem Träger steuert, und wobei Kraft von dem Träger auf die zusätzliche Antriebswelle übertragen wird.

17. Kupplung nach Anspruch 16, wobei die bedarfsweise benötigte Welle ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus einer Differenzialkraftübertragungswelle, einer Halbachse und einer Kraftabgreifwelle besteht.

18. Kupplung nach Anspruch 16, außerdem aufweisend eine Rückstellfeder in Kontakt mit dem verjüngten Kolben.

19. Kupplung nach Anspruch 16, außerdem aufweisend einen geteilten Ring zur Drehung mit dem verjüngten Kolben.

20. Kupplung nach Anspruch 16, wobei die Steuereinheit ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus einem Computer, einer Mikroprozessorsteuereinheit, einer Elektroniksteuereinheit, einer Hydrauliksteuereinheit, einer Motorsteuereinheit, einer Antiblockier-Bremssystemsteuereinheit, einer Traktionssystemsteuereinheit und einer elektronischen Motorsteuereinheit besteht.

21. Verfahren zum Einrücken bzw. Eingriff einer Welle, wobei das Verfahren aufweist:
Bereitstellen einer Konusreibungskupplung mit einem verjüngten bzw. kegelförmigen Kolben zum Eingriff mit der Welle,
Steuern der Bewegungs- und Schiebekraft des verjüngten Kolbens durch eine elektronische Steuereinheit, und
Bewegen des verjüngten Kolbens in Eingriff mit der Welle.

22. Verfahren nach Anspruch 21, außerdem aufweisend das Bewegen des verjüngten Kolbens außer Eingriff mit der Welle.