Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung zum Zuschalten einer Antriebsachse in einem mehrachsgetriebenen Kraftfahrzeug Generell werden Antriebssysteme un- terschieden, bei denen mehrere Antriebsachsen des Kraftfahrzeugs permanent angetrieben werden, und solche, bei denen eine erste Antriebsachse permanent angetrieben wird und eine zweite Antriebsachse bei Bedarf zugeschaltet werden kann Derartige Antriebssysteme mit bedarfsweise zuschaltbarer Antriebsachse werden auch als „Hang-on" oder „On-demand"-Systeme bezeichnet

Aus der DE 103 11 427 A1 ist ein Differentialgetriebe mit einem Differentialkorb bekannt Es ist ein erstes Kupplungspaket vorgesehen, um eine drehmomentubertra- gende Verbindung von einem Antrieb auf den Differentialkorb herzustellen Es ist ferner ein zweites Kupplungspaket vorgesehen, um eine Relativdrehung zwischen dem Differentialkorb und einem Seitenwellenrad zu blockieren Das erste und das zweite Kupplungspaket werden über einen Kugelrampenstellantrieb betätigt

Aus der DE 103 04 730 B3 ist eine Lamellenkupplung zur Drehmomentubertragung zwischen einer Kupplungsnabe und einem Kupplungskorb bekannt Zwischen Kupp- lungsnabe und Kupplungskorb ist ein Lamellenpaket angeordnet, das über eine Axi- alverstellvomchtung betatigbar ist Das Lamellenpaket ist an einer Stutzscheibe axial abgestutzt Die Stutzscheibe ist mit der Kupplungsnabe drehfest verbunden und bildet mit dem Kupplungskorb eine Formschlußkupplung

Aus der DE 39 13 487 A1 ist ein allradgetπebener Schlepper bekannt, dessen Vor- derachsdifferential und Hmterachsdifferential im Gelände permanent angetrieben werden Um bei Kurvenfahrt Verspannungen zwischen der Vorder- und der Hinterachse zu verhindern, ist zwischen dem Tellerrad des Hinterachsdifferentials und dem Differentialkorb eine Kupplung vorgesehen Die Kupplung wird über einen Betati- gungszylinder gelüftet und ist so in einen Schlupfzustand steuerbar

Aus der EP 0 466 863 B1 ist eine Vorrichtung zum Zuschalten eines Antriebsstrangs in einem Kraftfahrzeug bekannt Einer der Antriebsstrange ist standig mit einer An- triebseinheit verbunden und ein weiterer Antriebsstrang ist zuschaltbar mit der An- tnebseinheit verbindbar

Aus der DE 38 15 225 A1 ist ein sperrbares Differentialgetriebe bekannt Zum Sperren des Differentials ist eine Reibungskupplung vorgesehen, die von einer Kugelrampenanordnung betatigbar ist Die Kugelrampenanordnung wird von einem Elektromotor angetrieben

Aus der DE 101 60 026 A1 ist ein Betatigungsmechamsmus zur Axialverstellung für ein Verteilergetriebe eines mehrachsgetnebenen Kraftfahrzeugs bekannt Der Betatigungsmechamsmus umfaßt eine mittlere Scheibe, die gegenüber zwei außenhegen- den Scheiben relativ verdrehbar ist Hiermit kann eine Sperrkupplung für das Diffe- rentialgetπebe einerseits und das Umschalten eines Zweistufengetriebes andererseits bewerkstelligt werden

Aus der DE 10 2008 037 885 2-21 ist eine Antriebsanordnung mit einer Zuschalt- kupplung und einer Differentialeinheit für ein mehrachsgetπebenes Kraftfahrzeug bekannt Die Zuschaltkupplung ist in Form einer Reiblamellenkupplung gestaltet, die koaxial zur Drehachse des Differentialtragers der Differentialeinheit angeordnet ist

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antπebsanordnung vorzuschlagen, die ein Zuschalten eines sekundären Antriebsstranges sowie das Sper- ren eines Differentials ermöglicht, wobei die Antπebsanordnung einen kompakten Aufbau und ein geringes Gewicht aufweisen soll und einfach in ein Antriebskonzept integrierbar sein soll Die Losung besteht in einer Antriebsanordnung für ein mehrachsgetnebenes Kraftfahrzeug, umfassend eine Differentialeinheit mit einer Drehachse A, einem Em- gangsteil und zwei mit dem Eingangstell antriebsverbundenen Ausgangstellen, wobei die beiden Ausgangstelle untereinander eine ausgleichende Wirkung haben, eine extern steuerbare Zuschaltkupplung zum antπebsmaßigen Verbinden der Differentialeinheit mit einer Antriebsquelle, eine extern steuerbare Sperrkupplung zum Sperren der Ausgleichsbewegung zwischen beiden Ausgangstellen der Differentialeinheit, wobei die Zuschaltkupplung und die Sperrkupplung koaxial zur Drehachse A angeordnet sind Die Antriebsanordnung umfaßt zumindest einen Aktuator zum Betatigen der Zuschaltkupplung und der Sperrkupplung, wobei vorzugsweise genau ein einziger Aktuator vorgesehen ist, der sowohl zum Betatigen der Zuschaltkupplung als auch zum Betatigen der Sperrkupplung dient

Die erfindungsgemaße Antriebsanordnung hat den Vorteil, daß sie zwei Funktionah- taten beinhaltet, namhch das Zuschalten eines sekundären Antriebsstrangs als auch das Sperren der Ausgleichsbewegung der Differentialeinheit, und dabei kompakt aufgebaut ist Dadurch, daß die Zuschaltkupplung und die Sperrkupplung koaxial zueinander bzw zur Differentialeinheit angeordnet sind, können beide Kupplungen mittels eines einzigen Aktuators betätigt werden Insofern kommt die erfindungsge- maße Antriebsanordnung mit verhältnismäßig wenigen Bauteilen aus, was sich gunstig auf das Bauvolumen und die Herstellungskosten auswirkt Es ist jedoch prinzipiell auch denkbar, daß für die Zuschaltkupplung einer erster Aktuator vorgesehen ist und für die Sperrkupplung ein separater zweiter Aktuator Em weiterer Vorteil der er- findungsgemaßen Antriebsanordnung besteht dann, daß der Winkeltrieb, mit dem Drehmoment von der Langsantnebswelle in die Differentialanordnung eingeleitet wird, bei geöffneter Zuschaltkupplung stillsteht Auf diese Weise lassen sich Lagerumlaufverluste der Lager des Tellerrads und des Antriebsritzels reduzieren, die üblicherweise mit hohen Kräften verspannt sind Außerdem werden Planschverluste vermieden, welche durch Drehung des Tellerrads um die Drehachse entstehen, was sich wiederum gunstig auf den Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs auswirkt

Nach einer ersten Ausfuhrungsform ist vorgesehen, daß die Sperrkupplung in Form einer formschlussigen Kupplung gestaltet ist Mit formschlussiger Kupplung sind sol- che Kupplungen gemeint, bei denen die Drehmomentubertragung durch formschlus- siges Ineinandergreifen zwischen einem ersten Kupplungsteil und einem zweiten Kupplungsteil erfolgt Als Beispiele für formschlussige Kupplungen seien hier Klauenkupplungen oder Zahnkupplungen genannt Durch Schließen der Sperrkupplung wird erreicht, daß die beiden Seitenwellenrader und das Tragerelement der Differen- tialeinheit gemeinsam im Block um die Drehachse rotieren, d h es findet keine Aus- gleichsbewegung zwischen den Seitenwellenradern mehr statt Diese Ausfuhrungsform mit formschlussiger Kupplung stellt eine besonders kompakte Losung zur Realisierung einer Differentialsperre dar, wobei die Aktuierungsmechanik für die Zuschalt- kupplung gleichzeitig für die Betätigung der Sperrkupplung verwendet wird

Vorzugsweise umfaßt die Sperrkupplung ein erstes Kupplungsteil, das mit einem Tragerelement der Differentialeinheit drehfest verbunden ist sowie ein zweites Kupplungsteil, das mit einer Seitenwelle der Differentialeinheit drehfest verbunden ist wo- bei zumindest ein Betätigungshebel vorgesehen ist, um das erste Kupplungsteil mit dem zweiten Kupplungsteil zur Übertragung eines Drehmoments in Eingriff zu bringen Der zumindest eine Betätigungshebel ist vorzugsweise um eine Schwenkachse schwenkbar gelagert, wobei er mit seinem ersten Ende dem Aktuator in Wirkverbindung ist und mit seinem zweiten Ende mit einem der Kupplungsteile der Sperrkupp- lung in Wirkverbindung ist Auf diese Weise fungiert der Betätigungshebel als Wippe, wobei durch axiales Bewegen eines Bauteils des Aktuators ein axiales Beaufschlagen der Sperrkupplung bewirkt wird Eine besonders gunstige Kraftübertragung wird erreicht, wenn ein erster Hebelarm zwischen dem Kraftangriffspunkt des Betätigungshebels an dem Aktuator und dem Schwenklager kleiner ist als ein zweiter He- beiarm zwischen dem Kraftangriffspunkt des Betätigungshebels an dem Kupplungsteil und dem Schwenklager Ein kleinerer axialer Stellweg des bewegliches Bauteils des Aktuators wird durch diese Ausgestaltung in einen größeren axialen Stellweg an der Sperrkupplung übersetzt Dabei ist es besonders gunstig, wenn das Übersetzungsverhältnis etwa 3 1 betragt

Der Aktuator der ersten Ausfuhrungsform ist vorzugsweise so gestaltet, daß - ausgehend vom unbetatigten Zustand, in dem die Zuschaltkupplung und die Sperrkupplung geöffnet sind - in einem ersten Betatigungsbereich zunächst die Sperrkupplung beaufschlagt wird und in einem zweiten Betatigungsbereich zusätzlich zu der Sperrkupplung auch die Zuschaltkupplung betätigt wird Auf diese Weise wird gewahrleistet, daß die formschlussige Sperrkupplung sicher geschlossen ist, bevor Drehmoment auf die Achse übertragen wird Der Aktuator umfaßt vorzugsweise eine Kugel- rampenanordnung, die eine axial abgestutzte Stutzscheibe und eine hierzu axial bewegbare Stellscheibe aufweist, wobei durch relative Verdrehung der beiden Scheiben zueinander die Stellscheibe axial verschiebbar ist Relative Verdrehung zueinander bedeutet in diesem Zusammenhang, daß entweder die Stutzscheibe oder die Stellscheibe relativ zueinander verdreht werden können, wahrend die jeweils andere drehfest gehalten ist, oder daß beide Scheiben relativ zueinander verdreht werden Es ist insbesondere vorgesehen, daß die beiden Scheiben jeweils Kugelnllen mit variabler Tiefe über dem Umfang aufweisen, in denen Kugeln aufgenommen sind, wobei die beiden Scheiben über die Kugeln gegeneinander axial abgestutzt sind Die Kugelrillen der beiden Scheiben sind vorzugsweise derart gestaltet, daß durch relati- ve Verdrehung in eine erste Drehrichtung die Zuschaltkupplung betätigt wird und, daß durch relative Verdrehung der beiden Scheiben in der entgegengesetzten zweiten Drehrichtung zusatzlich auch die Sperrkuppluπg betätigt wird

Vorzugsweise hat die Stellscheibe radial innen ein Formeingriffselement, das mit eι- nem Mitnehmerelement am ersten Ende des Betätigungshebels in Eingriff ist, wobei durch Axialverschiebung der Stellscheibe der Betätigungshebel um die Schwenkachse verschwenkt und die Kupplungstelle der Sperrkupplung miteinander in Eingriff gebracht werden Es ist insbesondere vorgesehen, daß das erste Kuppluπgsteil der Sperrkupplung gegenüber dem Tragerelement der Differentialemheit axial verschieb- bar ist und, daß das zweite Kupplungsteil der Sperrkupplung gegenüber der Seiten- welle axial abgestutzt ist Beispielsweise kann das erste Kupplungsteil in Form einer Schaltmuffe gestaltet sein, die mittels einer Wellenverzahnung auf einen Hulsenan- satz des Tragerelements drehfest und axial verschiebbar gehalten ist Das zweite Kupplungsteil kann in Form eines Wellenkranzes gestaltet sein der mittels einer Wellenverzahnung mit der Seitenwelle drehfest verbunden ist Die Schaltmuffe und der Wellenkranz können zur Drehmomentubertragung an ihren einander zugewandten Stirnseiten jeweils eine Stirnverzahnung haben, die formschlussig ineinandergreifen können Für einen kompakten Aufbau ist es vorteilhaft, wenn die Sperrkupplung radial innerhalb des Aktuators angeordnet ist Um sicherzustellen daß die beiden Kupplungstelle sicher formschlussig ineinandergreifen, kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, daß der zumindest eine Betätigungshebel in sich elastisch federnd gestaltet ist Die Anzahl der Betätigungshebel ist generell beliebig und hangt von der zu übertragenden Kraft ab Für eine gleichmäßige Kraftverteilung über den Umfang ist eine Anzahl von drei Betätigungshebeln gunstig

In Konkretisierung weisen die die Kugelπllen zumindest einer der Scheiben in der ersten Drehrichtung - ausgehend von einer Endposition, in der die beiden Scheiben aneinander angenähert sind - einen ersten Abschnitt mit einer ersten Steigung und einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten Steigung auf, wobei die Steigung des ersten Abschnitts großer ist als die Steigung des zweiten Abschnitts Bei Betätigung der entsprechenden Scheibe erfolgt der Aktuatorhub umgehend erst auf dem steilen ersten Abschnitt um das Kupplungsspiel schnell zu schließen und dann auf dem flacheren zweiten Abschnitt, womit eine genaue Dosierung des zu übertragenden Drehmoments vorgenommen werden kann Bei Betätigung in dieser ersten Drehrichtung wird der Betätigungshebel nicht mitgenommen, so daß die Sperrkupplung unbe- tatigt bleibt

In der zweiten Drehrichtung weisen die Kugelπllen der besagten Scheibe - ausgehend von der Endposition - einen ersten Abschnitt mit einer ersten Steigung, einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten Steigung und einen dritten Abschnitt mit einer dritten Steigung auf, wobei die Steigung des ersten und des zweiten Abschnitts jeweils großer ist als die Steigung des dritten Abschnitts Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß die Stellscheibe den Betätigungshebel mitnimmt und axial verschiebt, so daß die Sperrkupplung beaufschlagt wird Dabei wird zunächst der erste Abschnitt überfahren, welcher kurz und steil ausgebildet ist, um das Hintergreifen des Betätigungshebels sicherzustellen Dann folgt der zweite Abschnitt, welcher ähnlich steil ausgebildet ist, wie der erste, sowie der dritte Abschnitt, welcher flacher aus- gebildet ist als der erste und zweite Abschnitt Diese Ausgestaltung bewirkt vorteilhaft, daß die formschlussige Sperrkupplung sicher geschlossen wird, bevor die Zu- schaltkupplung ihren Anlaufpunkt erreicht hat Es versteht sich, daß zwischen den genannten Abschnitten auch Ubergangsabschnitte vorgesehen sein können Nach einer zweiten Ausfuhrungsform ist vorgesehen daß die Zuschaltkupplung in Form einer Reiblamellenkupplung gestaltet ist Dies hat den Vorteil, daß die Sperrwirkung durch entsprechende Ansteuerung des Aktuators bedarfsweise variabel ein- gestellt werden kann Dabei kann mittels der Reiblamellenkupplung jede beliebige Zwischenstellung zwischen einer Offenstellung, bei der kein Drehmoment zwischen dem Kupplungseingangsteil und dem Kupplungsausgangsteil übertragen wird, und einer Schließstellung, bei der die Kupplungstelle vollständig geschlossen sind und gemeinsam um die Drehachse umlaufen, realisiert werden Ein kompakter Aufbau der zweiten Ausfuhrungsform wird insbesondere dadurch erreicht, daß die Zuschaltkupplung und die Sperrkupplung koaxial ineinander angeordnet sind Dabei ist die Zuschaltkupplung vorzugsweise zwischen dem Eingangstell der Antriebsanordnung und einem Tragerelement der Differentialemheit wirksam angeordnet ist, und die Sperrkupplung ist vorzugsweise zwischen dem Tragerelement und einem Seitenwel- lenrad der Differentialemheit wirksam angeordnet

Der Aktuator umfaßt bei der zweiten Ausfuhrungsform vorzugsweise eine Kugelrampenanordnung, die eine axial abgestutzte Stutzscheibe eine axial bewegbare erste Stellscheibe zum Beaufschlagen der Zuschaltkupplung sowie eine axial bewegbare zweite Stellscheibe zum Beaufschlagen der Sperrkupplung aufweist Dabei sind die beiden Stellscheiben von der Stutzscheibe in dieselbe axiale Richtung beaufschlagbar Es ist insbesondere vorgesehen, daß die zweite Scheibe zum Betatigen der Sperrkupplung koaxial innerhalb der ersten Scheibe zum Betatigen der Zuschaltkupplung angeordnet ist Die Stutzscheibe hat an ihrer den Stellscheiben zugewand- ten Stirnseite über den Umfang verteilte erste Kugelπllen, welche den Kugelπllen der ersten Stellscheibe gegenüberliegen, sowie koaxial innerhalb der ersten Kugelrillen über den Umfang verteilte zweite Kugelrillen welche den Kugelrillen der zweiten Stellscheibe gegenüberliegen Dabei sind in den ersten Kugelrillen der Stutzscheibe und den gegenüberliegenden Kugelrillen der ersten Stellscheibe erste Kugeln gehal- ten, über welche die erste Stellscheibe an der Stutzscheibe axial abgestutzt ist Entsprechend sind in den inneren zweiten Kugelrillen der Stutzscheibe und den gegenüberliegenden Kugelrillen der zweiten Stellscheibe zweite Kugeln gehalten, über welche die zweite Stellscheibe an der Stutzscheibe axial abgestutzt ist Zumindest die Kugelπllen der Stutzscheibe sind vorzugsweise derart gestaltet daß - ausgehend vom unbetatigten Zustand, in dem die Zuschaltkupplung und die Sperrkupplung geöffnet sind - in einem ersten Betätig ungsumfang zunächst die Zuschaltkupplung beaufschlagt wird und in einem zweiten Betatigungsumfang zusätzlich zu der Zuschaltkupplung auch die Sperrkupplung beaufschlagt wird In Konkretisierung ist vorgesehen, daß die Kugelπllen derart gestaltet sind, daß - ausgehend von einer Endposition, in der die Scheiben aneinander angenähert sind - durch Verdrehen der Stutzscheibe zunächst nur die erste Stellscheibe zum Betatigen der Zuschaltkupplung axial beaufschlagt wird Dabei kann das zu übertragende Drehmoment durch Regelung des Verstellwinkels nach Bedarf eingestellt werden Ist die Sperrenfunktion gewünscht, so wird die Stutzscheibe weitergedreht, so daß zusätzlich zur ersten Stellscheibe auch die zweite Stellscheibe zum Betatigen der Sperrkupplung axial beaufschlagt wird Dabei ist die Zuschaltkupplung voll geschlossen Durch Komprimierung der Sperrkupplung wird das Tragerelement der Differentialeinheit, auch Dif- ferentialtrager oder Differentialkorb genannt, mit einem Seitenwellenrad reibschlussig verbunden Auf diese Weise wird die Ausgleichswirkuπg der Seitenwelleπrader unterbunden, d h die Differentialeinheit wird gesperrt

Nach einer bevorzugten Konkretisierung haben die ersten Kugelπllen der Stutzschei- be jeweils einen ersten Steigungsabschnitt, innerhalb dessen die Betätigung der Zuschaltkupplung bewerkstelligt wird An diesen Steigungsabschnitt schließt sich jeweils ein zweiter Abschnitt ohne Steigung an, in den die Kugeln laufen, wenn die Sperrkupplung betätigt wird Vorzugsweise sind die Kugelπllen der ersten Stellscheibe gegengleich zu den ersten Kugelπllen der Stutzscheibe gestaltet, das heißt sie haben auch einen Steigungsabschnitt und einen Abschnitt ohne Steigung Die zweiten Kugelπllen der Stutzscheibe haben jeweils einen ersten Abschnitt ohne Steigung, der insbesondere im Umfangsbereich der Steigungsabschnitte der ersten Kugelπllen hegt An diesen schließen sich Steigungsabschnitte an, mittels derer die Betätigung der Sperrkupplung bewerkstelligt wird Die Kugelrillen der zweiten Stellscheibe sind vorzugsweise gegengleich zu den zweiten Kugelrillen der Stutzscheibe gestaltet

Nach einer dritten Ausfuhruπgsform bei der die Zuschaltkupplung vorzugsweise auch in Form einer Reiblamellenkupplung ausgebildet ist, ist der Aktuator axial zwi- sehen der Zuschaltkupplung und der Sperrkupplung angeordnet Diese Ausfuhruπgs- form ähnelt der zweiten Ausfuhrungsform insofern, als der Aktuator vorzugsweise auch eine Kugelrampenanordnung umfaßt Es ergeben sich dieselben Vorteile eines kompakten Aufbaus bei variabler Einstellung der Sperrwirkung des Differentials mit- tels der Reiblamellenkupplung

Die Kugelrampenanordnung der dritten Ausfuhrungsform umfaßt vorzugsweise eine axial abgestutzte Stutzscheibe, eine in eine erste Richtung axial bewegbare erste Stellscheibe für die Zuschaltkupplung und eine in eine entgegengesetzte zweite Richtung axial bewegbare zweite Stellscheibe für die Sperrkupplung Dabei ist die Stutzscheibe axial zwischen der ersten und zweiten Stellscheibe angeordnet Es ist auch hier vorgesehen, daß die Stutzscheibe und die beiden Stellscheiben jeweils Kugelπllen mit variabler Tiefe über dem Umfang aufweisen, in denen Kugeln aufgenommen sind, wobei die beiden Stellscheiben über die Kugeln gegenüber der Stutz- scheibe axial abgestutzt sind Die Kugelπllen sind derart gestaltet, daß - ausgehend von einer Endposition, in der die Scheiben aneinander angenähert sind - durch Verdrehen der Stutzscheibe zunächst nur die erste Stellscheibe zum Betatigen der Zuschaltkupplung axial beaufschlagt wird, und daß durch weiteres Verdrehen der Stutzscheibe zusätzlich zur ersten Stellscheibe auch die zweite Stellscheibe zum Betatigen der Sperrkupplung axial beaufschlagt wird Hierfür haben die ersten Kugel- πllen der Stutzscheibe, die der ersten Stellscheibe gegenüberliegen, einen ersten Abschnitt mit einer Steigung ungleich Null und einen zweiten Abschnitt mit konstanter Rillentiefe Die Kugelnden der ersten Stellscheibe sind entsprechend gegengleich ausgebildet Weiter haben die zweiten Kugelπllen der Stutzscheibe, die der zweiten Stellscheibe gegenüberliegen, einen ersten Abschnitt ohne Steigung und einen zweiten Abschnitt mit Steigung

Gemäß einer vierten Ausfuhrungsform, welche der dritten Ausfuhrungsform in weiten Teilen entspricht ist vorgesehen, daß die Kugelπllen derart gestaltet sind, daß durch Verdrehen der Stutzscheibe in eine erste Drehrichtung die erste Stellscheibe zum Betatigen der Zuschaltkupplung axial beaufschlagt wird und, daß durch Verdrehen der Stutzscheibe in eine entgegengesetzte zweite Drehrichtung sowohl die erste Stellscheibe zum Betätigen der Zuschaltkupplung als auch die zweite Stellscheibe zum Betatigen der Sperrkupplung axial beaufschlagt werden Hierfür weisen die Ku- gelπllen der ersten Stellscheibe vorzugsweise einen zentralen Abschnitt mit einer größten Rillentiefe und hieran in beide Umfangsrichtungen angrenzend einen ersten Steigungsabschnitt und einen zweiten Steigungsabschnitt auf Die der zweiten Stell- scheibe gegenüberliegenden zweiten Kugelπllen der Stutzscheibe haben jeweils einen ersten Abschnitt mit einer größten Rillentiefe ohne Steigung, einen zentralen zweiten Abschnitt mit einer Steigung und einen dritten Abschnitt mit einer geringen Rillentiefe ohne Steigung

Für alle der vorstehend genannten Ausfuhrungsformen gilt, daß die Zuschaltkupp- lung vorzugsweise in Form einer Reiblamellenkupplung gestaltet ist wobei ein Au- ßenlamellentrager der Zuschaltkupplung drehfest mit einem Eingangstell der An- tnebsanordnung verbunden ist und wobei ein Innenlamellentrager der Zuschaltkupplung drehfest mit einem Tragerelement der Differentialeinheit verbunden ist

Bevorzugte Ausfuhrungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert Es zeigt

Figur 1 Eine erfindungsgemaße Antriebsanordnung in einer ersten Ausfuhrungs- form im Längsschnitt,

Figur 2 Die Stellscheibe aus Figur 1 , a) in Axialansicht, b) das Rillenprofil einer Kugelnlle über den Umfang,

Figur 3 Eine erfindungsgemaße Antriebsanordnung in einer zweiten Ausfuhrungsform im Längsschnitt,

Figur 4 Die Stutzscheibe aus Figur 3, a) in Axialansicht, b) das Rillenprofil einer ersten und zweiten Kugelnlle über den Umfang, Figur 5 Eine erfmdungsgemaße Antπebsanordnuπg in einer dritten Ausfuhrungsform,

Figur 6 Die Stutzscheibe aus Figur 5 a) in Axialansicht auf die erste Stirnseite, b) das Rillenprofil einer ersten Kugelrille über den Umfang, c) schematisch im Längsschnitt d) in Axialansicht auf die zweite Stirnseite, e) das Rillenprofil einer zweiten Kugelrille über den Umfang,

Figur 7 Eine erfmdungsgemaße Antriebsanordnung in einer vierten Ausfuhrungsform,

Figur 8 Die Stutzscheibe aus Figur 7 a) in Axialansicht auf die erste Stirnseite b) das Rillenprofil einer ersten Kugelrille über den Umfang, c) im Längsschnitt schematisch, d) in Axialansicht auf die zweite Stirnseite, e) das Rillenprofil einer zweiten Kugelrille über den Umfang

Figur 1 zeigt eine erfmdungsgemaße Antriebsanordπung 2 in einer ersten Ausfuhrungsform Die Antriebsanordnung 2 umfaßt eine Differentialeinheit 3, eine Zuschalt- kupplung 4, welche die im Drehmomentfluß dahinter liegende Antriebsachse bei Bedarf Zuschalten kann, eine Sperrkupplung 5 zum Bedarfsweisen Sperren der Aus- gleichsbewegung der Differentialeinheit 3 sowie einen Aktuator 6, welcher sowohl die Zuschaltkupplung 4 als auch die Sperrkupplung 5 betätigen kann

Die Antriebsanordnung umfaßt ein Tellerrad 7, über das mittels eines hier nicht dargestellten Ritzels Drehmoment in die Antπebsanordnung 2 eingeleitet werden kann Das Tellerrad 7 ist fest an einem Flansch einer Hohlwelle 8 verbunden und über Lagermittel 9, 9' um eine Drehachse A in dem Gehäuse 10 der Antriebsanordnung 2 dregbar gelagert Die Hohlwelle 8 hat an ihrem der Differentialeinheit 3 zugewandten Ende eine Langsverzahπung 11 , in die eine entsprechend gegengleiche Langsver- zahnung eines ersten Kupplungsteils 12 der Zuschaltkupplung 4 zur Drehmoment- ubertragung eingreift Das erste Kupplungstell 12 ist in Form eines Kupplungskorbes gestaltet, der koaxial zur Drehachse A angeordnet ist und innerhalb dessen die Diffe- rentialeinheit 3 angeordnet ist Es ist ersichtlich, daß die Zuschaltkupplung 4 in Form einer Reiblamellenkupplung gestaltet ist Diese umfaßt einen Außenlamellentrager, mit dem Außenlamellen axial beweglich und drehfest verbunden sind, sowie einen Innenlamellentrager mit dem Innenlamellen drehfest und axial beweglich verbunden sind Die Außenlamellen und Innenlamellen sind axial abwechselnd angeordnet und bilden gemeinsam das Lamellenpaket 14 der Zuschaltkupplung 4 Der Innenlamel- lentrager bildet das zweite Kupplungsteil 13 der Zuschaltkupplung 4, welches auch als Kupplungsausgangsteil bezeichnet werden kann

Das zweite Kupplungsteil 13 ist fest mit einem Eingaπgsteil 15 der Differentialeinheit 3 verbunden und vorzugsweise einteilig mit diesem gestaltet Das Eingangstell 15 ist in Form eines Differentialtragers 15 gestaltet, der um die Drehachse A drehend antreibbar ist und auch als Differentialkorb bezeichnet werden kann In dem Differential- trager 15 sind Differentialrader 16 auf Zapfen 17 drehbar gelagert und rotieren gemeinsam mit dem Differentialtrager 15 um die Drehachse A Die Differentialrader 16, 16' kamen mit Seitenwellenradem 18, 18', welche koaxial zur Drehachse A angeord- net sind und über Anlaufscheiben axial gegenüber dem Differentialtrager 15 abgestutzt sind Die Seitenwellenrader 18, 18' haben jeweils eine Bohrung mit einer Langsverzahnung, in die eine zugehörige Seitenwelle 19, von den vorliegend nur die rechte Seitewelle dargestellt ist, zur Drehmomentubertraguπg eingesteckt sind Der Differentialtrager 15 umfaßt ein erstes Korbteil 22, daß mittels Lagermitteln 23 ge- genuber der Hohlwelle 8 um die Drehachse A drehbar gelagert ist sowie ein hiermit fest verbundenes zweites Korbteil 24 das an dem gegenüberliegenden Ende einen Hulsenansatz 25 aufweist Mittels des Hulsenansatzes 25 ist der Differentialtrager 15 auf der Seitenwelle 19 drehbar gelagert

Der Aktuator 6, welcher unter anderem zum Betatigen der Zuschaltkupplung 4 dient, umfaßt eine Stutzscheibe 26, welche gegenüber dem Gehäuse 10 der Antriebsanordnung 2 axial abgestutzt ist, sowie eine Stellscheibe 28, welche der Stutzscheibe 26 gegenüberliegt In den einander gegenüberliegenden Stirnflachen der Stutzschei- be 26 bzw Stellscheibe 28 sind jeweils über dem Umfang verteilte Kugelπllen 29, 30 angeordnet die eine variable Tiefe über dem Umfang aufweisen und in denen jeweils eine Kugel aufgenommen ist Die Kugeln sind in Taschen eines axial zwischen den beiden Scheiben angeordneten Käfigs 32 aufgenommen und werden so in ihrer Um- fangsposition gehalten Zur Betätigung der Kugelrampenanordnung dient ein Elektromotor, welcher die Stellscheibe 28 gegenüber der Stutzscheibe 26 verdrehen kann

Bei Betätigung des Elektromotors (nicht dargestellt) wandern die in den Kugelπllen 29, 30 gehaltenen Kugeln in Bereiche geringerer Tiefe, was dazu fuhrt, daß die Stellscheibe 28 axial in Richtung Zuschaltkupplung 4 wandert Die Stellscheibe 28 ist über ein Axiallager 33 gegenüber einer Druckplatte 34 axial abgestutzt Durch Verdrehen der Stellscheibe 28 wandert diese in Richtung Zuschaltkupplung 4 wobei die Druckplatte 34 das Lamellenpaket 14 axial beaufschlagt Auf diese Weise wird Dreh- moment vom ersten Kupplungsteil 12 auf den Differentialtrager 15 übertragen In vollständig geöffnetem Zustand der Zuschaltkupplung 4 findet überhaupt keine Dreh- momentubertragung statt, so daß das erste Kupplungsteil 12 samt Hohlwelle 8 und Tellerrad 7 stillsteht, wahrend im vollständig geschlossenem Zustand der Zuschaltkupplung 4 Drehmoment vom Tellerrad 7 auf die Seitenwellen 19 19' übertragen wird Zwischen der Druckplatte 34 und dem zweiten Kupplungsteil 24 ist eine Ruckstellfeder 35 angeordnet, welche in unbetatigten Zustand des Aktuators 6 die Druckplatte 34 in Richtung Stutzscheibe 26 axial beaufschlagt

Neben der Betätigung der Zuschaltkupplung 4 hat der Aktuator 6 eine weitere Funk- tion, namhch das Betatigen der Sperrkupplung 5 Die Sperrkupplung 5 ist in der vorliegenden Ausfuhrungsform in Form einer formschlussigen Kupplung gestaltet, d h die Drehmomeπtubertragung erfolgt durch formschlussiges Ineinandergreifen der beiden Kupplungstelle 42, 44 Es ist ersichtlich, daß die Stellscheibe 28 an ihrem radial innenhegenden Ende Formeingriffsmittel 36 aufweist, welche mit mehreren über den Umfang verteilten Betätigungshebeln 37 zusammenwirken Die Betätigungshebel 37 sind jeweils um individuelle Schwenkachsen S schwenkbar gelagert Das radial außenliegende erste Ende 39 der Betätigungshebel 37 ist in Form einer Gabel gestaltet, welche die Formeingriffsmittel 36 umgreift Das radial innenhegende zweite Ende 40 der Betätigungshebel 37 greift jeweils in eine radiale Ausnehmung 41 des ersten Kupplungsteils 42 ein

Durch diese Konstruktion erfolgt bei axialer Bewegung der Stellscheibe 28 ein Ver- schwenken der Betätigungshebel 37, wobei das erste Kupplungsteil 42 in Richtung zum zweiten Kupplungsteil 44 bewegt wird Es ist erkennbar, daß ein erster Hebelarm H1 zwischen dem Kraftangriffspunkt des Betätigungshebels 37 an dem Aktuator 6 und dem Schwenklager S kleiner ist als ein zweiter Hebelarm H2 zwischen dem Kraftangriffspunkt des Betätigungshebels 37 an dem ersten Kupplungsteil 42 und dem Schwenklager S Ein kleinerer axialer Stellweg der Stellscheibe 28 des Aktua- tors 6 wird durch diese Ausgestaltung in einen größeren axialen Stellweg an der Sperrkupplung 5 übersetzt Das erste Kupplungsteil 42 ist in Form einer Schaltmuffe gestaltet, welche mittels einer Längsverzahnung 43 drehfest auf dem Hulsenansatz

25 des Differentialtragers angeordnet und gegenüber diesem axial verschiebbar gehalten ist An seiner dem zweiten Kupplungsteil 44 zugewandten Seite hat das erste Kupplungsteil 42 eine Stirnverzahnung 45, welche in einer entsprechend gegengleich gestaltete Stirnverzahnung 47 des zweiten Kupplungsteils 44 eingreifen kann Das zweite Kupplungsteil 44 ist in Form eines Wellenkranzes gestaltet, der mit der Seitenwelle 19 über eine Langsverzahnung 46 drehfest verbunden Die Lagerung des zweiten Kupplungsteils 44 bzw der Seitenwelle 19 erfolgt über ein Walzlager 48

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Figur 2 die Funktionsweise des Aktuators 6 erläutert, der vorzugsweise in Form einer Kugelrampenanordπuπg gestaltet ist Vorliegend ist die Stellscheibe 28 gezeigt, wobei die Stutzscheibe 26 hinsichtlich des Profils der Kugelπllen vorzugsweise gegengleich gestaltet ist Die Kugelrampenanordnung bzw die Konturen der Kugelrillen der Stellscheibe 28 bzw der Stutzscheibe

26 sind so gestaltet, daß - ausgehend von einer Endposition, in der die beiden Scheiben 26, 28 aneinander angenähert sind - durch relative Verdrehung in eine erste Drehrichtung R1 nur die Zuschaltkupplung 4 betätigt wird und, daß durch relati- ve Verdrehung der beiden Scheiben 26 28 in der entgegengesetzten zweiten Drehrichtung R2 zusätzlich zur Zuschalkupplung 4 auch die Sperrkupplung 5 betätigt wird Hierfür weist das Profil der Kugelrillen 30 ausgehend von einem zentralen Abschnitt 50 mit größter Rillentiefe bei Drehung in der ersten Drehrichtung R1 zunächst einen ersten Abschnitt 51 mit größerer Steigung sowie einen sich hieran in Umfaπgsπch- tung anschließender zweiten Abschnitt 52 mit kleinerer Steigung auf Dabei ist vorgesehen, daß der Umfangswinkel a des ersten Steigungsabschnitts 51 kleiner ist als der Umfangswinkel b des zweiten Steigungsabschnitts 52 Durch das so definierte Profil erfolgt bei Drehung der Stellscheibe 28 in Richtung R1 zunächst eine verhältnismäßig schnelle axiale Bewegung der Stellscheibe 28 in Richtung Lamellenpaket 14, wenn die Kugeln entlang des ersten Steigungsabschnitts 51 wandern Demgegenüber kann im zweiten Steigungsabschnitt 52 dann aufgrund der geringeren Steigung eine feinfühlige Steuerung des Sperrgrades der Zuschaltkupplung 4 erfolgen

Bei Drehung in der entgegengesetzt gerichteten zweiten Drehrichtung R2 ist das Profil der Kugelπllen so gestaltet, daß, ausgehend von der tiefsten Stelle im zentralen Abschnitt 50, zunächst ein kleiner verhältnismäßig steiler erster Rillenabschnitt 53 mit einer Umfangserstreckung c sowie ein sich daran in Umfangsπchtung anschhe- ßender zweiter Rillenabschnitt 54 mit größerer Umfangserstreckung und einer konstanten Rillentiefe anschließt Beim Überfahren dieser ersten und zweiten Rillenab- schnitte 53, 54 wird zunächst das hintergreifen des Betätigungshebels 37 sichergestellt Auf den zweiten Rillenabschnitt 54 folgt ein dritter Rillenabschnitt 55 mit einer Umfangserstreckung e und ein vierter Rillenabschnitt 56, wobei der vierte Rillenab- schnitt 56 sich über eine größere Umfangslange f erstreckt und eine geringere Steigung aufweist als der dritte Rillenabschnitt 55 Durch den dritten Rillenabschnitt 55 wird ein Schließen der Sperrkupplung 5 bewerkstelligt wahrend im Umfangsbereich des vierten Rillenabschnitts 56 die Zuschaltkupplung 4 betätigt wird Mit dem vorliegenden Profil der Kugelrillen 30 in der zweiten Drehrichtung R2 wird erreicht, daß die formschlussige Sperrkupplung 5 sicher geschlossen wird, bevor die Zuschaltkupplung 4 ihren Anlaufpunkt erreicht hat

Die Figur 3 zeigt eine erfindungsgemaße Antriebsanordnung 102 in einer zweiten Ausfuhrungsform Diese entspricht in weiten Teilen der Ausfuhrungsform gemäß Fi- gur 1 , so daß hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden kann Gleiche bzw einander entsprechende Bauteile sind mit um die Ziffer 100 hochgesetzten Bezugszeichen versehen Die Besonderheit der vorliegenden Antriebsanordnung 102 besteht darin, daß sowohl die Zuschaltkupplung 104 als auch die Sperrkupplung 105 in Form von Reiblamellenkupplungen gestaltet sind Das Drehmoment wird mittels eines nicht dargestellten Kegelrads in das Tellerrad 107 eingeleitet, das fest mit dem ersten Kupplungsteil 112 verbunden ist, beispielsweise mittels Schweißen Das erste Kupplungsteil 112 ist vorliegend in Form eines Kupplungskorbes gestaltet, mit dem die Außenlamellen des Lamellenpakets 114 drehfest und axial verschieblich befestigt sind Das zweite Kupplungsteil 113, welches koaxial innerhalb des ersten Kupplungsteils 112 liegt, ist in Form eines Innen- lamellentragers gestaltet, mit dem die Inπeπlamellen des Lamellenpakets 114 drehfest und axial verschieblich verbunden sind Es ist ersichtlich, daß bei der vorliegen- den Ausfuhrungsform die Differentialemheit 103 mit axialer Uberdeckung, das heißt innerhalb des Tellerrads 107 angeordnet ist Hierdurch wird eine axial kompakte Anordnung bereitgestellt

Das Lamellenpaket 114 der Zuschaltkupplung 104 ist mittels Federmitteln 160, die vorzugsweise in Form von Tellerfedern gestaltet sind, gegenüber dem Kupplungskorb axial abgestutzt Der Kupplungskorb 112 umfaßt neben dem Außenlamellentra- ger noch ein mit diesem verbundenes Deckelteil 161 , daß fest mit dem Außenlamel- lentrager verbunden ist, beispielsweise mittels Schweißen Das Deckelteil 161 hat einen Flanschabschnitt mit mehreren über dem Umfang verteilten ersten Durchbru- chen 162, durch welche erste Betatigungsstempel 163 hindurchgefuhrt sind, und radial innerhalb der äußeren Durchbruche 162 hegende über den Umfang verteilte zweite Durchbruche 165, durch die zweite Betatigungsstempel 166 hindurchgefuhrt sind Die ersten Betatigungsstempel 163 dienen zur Kraftübertragung von der ersten Stellscheibe auf das Lamellenpaket der Zuschaltkupplung 104, wahrend die zweiten Betatigungsstempel 166 zur Kraftübertragung von der zweiten Stellscheibe auf das Lamellenpaket der Sperrkuppluπg 105 dient

Das zweite Kupplungsteil 113 der Zuschaltkupplung 104 ist fest mit dem Differential- trager 115 verbunden und vorzugsweise als hulsenformiger Ansatz mit diesem ge- staltet Zur Lagerung des ersten Kupplungsteils 112 gegenüber dem Differentialtra- ger 115 sind zwei Lagermittel 123, 123' in Form von Radiallagern vorgesehen Die Sperrkupplung 105 ist koaxial innerhalb der Zuschaltkupplung 104 angeordnet und zwar derart, daß sie sich zumindest teilweise axial überdecken Dabei bildet das zweite Kupplungsteil 1 13 der Zuschaltkupplung 104 gleichzeitig das erste Kupp- lungsteil 122 der Sperrkupplung 105 Insbesondere sind an einer Innenflache des hulsenformigen Ansatzes Formeingriffsmittel vorgesehen, in welche die Außenlamellen der Sperrkupplung 105 drehfest und axial verschieblich gehalten sind Die axial abwechselnd zu den Außenlamellen angeordneten Innenlamellen sind drehfest und axial verschieblich mit einem Hulsenansatz 164 verbunden, der wiederum mit einem Seitenwellenrad 118 der Differentialeinheit 103 fest verbunden ist

Der Aktuator 106 ist in Form einer Kugelrampenanordnung gestaltet Im Unterschied zur obigen Ausfuhrungsform umfaßt die Kugelrampenanordnung jedoch eine Stutzscheibe 126 und zwei Stellscheiben 128, 128', welche der Stutzscheibe 126 gegenüberliegend koaxial zur Drehachse A angeordnet sind Die erste Stellscheibe 128, die zum Betatigen der Zuschaltkupplung 104 dient, liegt koaxial außerhalb der zweiten Stellscheibe 128', welche zum Betatigen der Sperrkupplung 105 dient Beide Stell- Scheiben 128 128' sind ringförmig gestaltet und jeweils über ein Axiallager 133 133' gegen den zugehörigen Betätig ungsstempel 163, 166 axial abgestutzt Die Stutzscheibe 126 weist äußere erste Kugelrillen 129 auf, die den Kugelπllen 130 der ersten Stellscheibe 128 gegenüberliegen, sowie radial innenhegende zweite Kugelrillen 129', welche den Kugelπllen 130' der zweiten Stellscheibe 128' axial gegenuberhe- gen Die der ersten Stellscheibe 128 zugeordneten ersten Kugeln 169 und die der zweiten Stellscheibe 128' zugeordneten zweiten Kugeln 169' sind in einem gemeinsamen Kugelkafig 132 gehalten Die Stutzscheibe 126 ist ringförmig gestaltet und hat an ihrer Ruckseite einen hulsenformigen Ansatz 170, in dem der Außenring eines Walzlagers 171 aufgenommen ist, mittels dem die Stutzscheibe 126 gegenüber dem Deckelteil 161 drehbar gelagert ist Das Walzlager 171 ist über einen Sicherungsring 172 gegenüber dem Deckelteil 161 axial abgestutzt

Zwischen dem ersten Betatigungsstempel 163 und dem Deckelteil 161 sind erste Federmittel 173 wirksam eingesetzt, welche den Betatigungsstempel 163 bei unbeta- tigtem Zustand des Aktuators 106 wieder zurückstellen, d h in Richtung von der Zuschaltkupplung 104 weg axial beaufschlagen Ebenso sind zwischen den zweiten Betatigungsstempeln 166 und dem Deckelteil 161 zweite Federmittel 173' wirksam angeordnet, welche die zweiten Betatigungsstempel 166 in Richtung zur Kugelram- penanordnung 106 axial beaufschlagen Die ersten und zweiten Federmittel 173, 173' sind vorliegend in Form von Tellerfedern gestaltet, sie können jedoch auch als Schraubenfedern oder dergleichen gestaltet sein

Die Besonderheit der vorliegenden Ausfuhrungsform besteht dann, daß der Sperrwert der Sperrkupplung 105 im Gegensatz zur ersten Ausfuhrungsform variabel über die Motorposition des Aktuators 106 einstellbar ist Wie bei den übrigen Ausfuhrungsformen ist für die Betätigung des Aktuators 106 ein Antriebsmotor vorgesehen, welcher die Axialkraft zur Komprimierung des Lamellenpaketes 114 der Zuschaltkupp- lung 104 als auch des Lamellenpaketes 168 der Sperrkupplung 105 bewirkt Zur Betätigung sind über den Umfang verteilt mehrere erste Kugelπllen 129 sowie hierzu konzentrisch angeordnete zweite Kugelπllen 129' mit unterschiedlichen Steigungen und Winkelpositionen vorgesehen Die erste Stellscheibe 128 zur Betätigung der Zu- schaltkupplung 104 korrespondiert mit den ersten Kugelπllen 129 und die zweite Stellscheibe 128' zum Betatigen der Sperrkupplung 105 korrespondiert mit den zweiten Kugelπllen 129' der Stutzscheibe 126

Im folgenden wird die Funktionsweise der Kugelrampenaπordnung 106 im Detail erläutert Figur 4 zeigt eine Axialansicht auf die Stutzscheibe 126 der Kugelrampenan- Ordnung 106 Es sind die radial außen liegenden ersten Kugelrillen 129 und die radial innen liegenden zweiten Kugelπllen 129' erkennbar In Figur 4b sind die Profile der ersten Kugelπllen 129 gestrichelt und die der zweiten Kugelπllen 129' mit durchgezogener Linie über den Umfang dargestellt Die Kugelnden 129, 129' der Stutzscheibe bzw die Kugelπllen 130, 130' der beiden Stellscheiben 128, 128' sind so gestaltet, daß, ausgehend vom betätigten Zustand, in dem die Zuschaltkupplung 104 und die Sperrkupplung 105 geöffnet sind, in einem ersten Betatigungsbereich zunächst nur die Zuschaltkupplung 104 beaufschlagt wird und in einem daran anschließenden zweiten Betatigungsbereich zusätzlich zu der Zuschaltkupplung 104 auch die Sperrkupplung 105 beaufschlagt wird

Hierfür haben die ersten Kugelπllen 129 der Stutzscheibe 126 bzw die Kugelπllen 130 der ersten Stellscheibe 128 einen ersten Rillenabschnitt 151 mit einer Umfangserstreckung a und mit einer Steigung ungleich Null an den sich ein zweiter Rillenab- schnitt 152 mit größerer Umfangserstreckung b + c und konstanter Rilleπtiefe anschließt Die zweiten Kugelπllen 129' der Stutzscheibe 126 bzw die Kugelπllen 130' der zweiten Steilscheibe 128' haben einen ersten Rillenabschnitt 151 mit einer Umfangserstreckung a + b mit konstanter Rillentiefe und einen hieran anschließenden zweiten Rillenabschnitt 152' mit kürzerer Umfangserstreckung c mit Steigung ungleich Null Dabei ist die Steigung des zweiten Rillenabschnitts 152' der zweiten Ku- gelπllen 129' kleiner als die Steigung des ersten Rillenabschnitts 151 der ersten Ku- gelnllen 129 Der ebene Rillenabschnitt 151' der zweiten Kugelπllen 129' und der ebene Rillenabschnitt 152 der ersten Kugelrillen 129 haben einen gewissen Uber- deckungsbereich b Hiermit wird ein neutraler Verstellbereich zur Verfugung gestellt, um Toleranzeinflusse zu vermeiden

Wird die Stutzscheibe 126 in Pfeilπchtuπg, das heißt gegen den Uhrzeigersinn gedreht, fuhrt die Steigung der ersten Rillenabschnitte 151 der Kugelrillen 129 zunächst zur Komprimierung der Zuschaltkupplung 104 Das wirksame Kupplungsmoment kann dabei durch Regelung der Motorposition bedarfsweise variiert werden Ist die Sperrenfunktion abgefragt, so muß der Aktuator 106 weitergedreht werden, damit der spater auflaufende zweite Wellenabschnitt 152' der Stutzscheibe 126 über die zweite Stellscheibe 128' auf die Sperrkupplung 105 wirken kann Dabei ist die Zuschalt- kupplung 104 voll zugefahren Durch die Komprimierung der Sperrkupplung 105 wird der Differentialkorb 115 reibschlussig mit dem Seitenwellenrad 118' verbunden, so daß die Ausgleichsbewegung zwischen den beiden Seitenwellenradem 118, 118' reduziert wird Die Komprimierung des Lamellenpakets 168 der Sperrkupplung 105 ist variabel einstellbar, so daß auch das zu übertragende Drehmoment zwischen eι- ner geöffneten Position und einer vollständig geschlossenen Position variabel einstellbar ist

Damit das Antriebsmoment des Antriebsmotors nicht erschöpft wird und das maximale Kupplungsmoment der Zuschaltkupplung 104 ein zu definierendes Maximum nicht überschreitet, sind die Kugeln der ersten Kugelrillen 129, bevor die Sperrkupplung 105 angefahren wird, in die zweiten Rillenabschnitte 152 gelaufen, wo der Steigungswinkel 0° betragt Das maximale Kupplungsmoment der Zuschaltkupplung 104 wird durch die Steifigkeit der Federmittel 160 definiert Für bestimmte fahrdyπamische Anforderungen ist auch eine Ausfuhrungsform denkbar bei der in einer ersten Drehrichtung des Antriebsmotors bzw der Stutzscheibe 126 zunächst die Sperrkupplung 105 gegen eine Tellerfederanordnung lauft und da- mit einen definierten konstanten Sperrwert für die Differentialeinheit 103 einstellt Durch Weiterdrehen der Stutzscheibe 126 wurde dann die Zuschaltkupplung 104 geschlossen werden können, wobei ein variables Kuppluπgsmoment nach Bedarf einstellbar wäre Die Kugelπllen waren ferner so gestaltet, daß bei Drehung der Stutzscheibe 126 in entgegengesetzter zweiter Drehrichtung lediglich die erste Stell- scheibe 128 zum Betatigen der Zuschaltkupplung 104 beaufschlagt werden wurde

Figur 5 zeigt eine erfindungsgemaße Antπebsanordnuπg 202 in einer weiteren Ausfuhrungsform, die in weiten Teilen derjenigen aus Figur 1 entspricht Insofern wird hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen Dabei sind gleiche bzw einander entsprechende Bauteile mit um die Ziffer 200 erhöhten Bezugszeichen versehen Die Besonderheit der vorliegenden Ausfuhrungsform besteht darin, daß die Sperrkupplung 205 in Form einer Reiblamellenkupplung gestaltet ist, wobei die beiden Reiblamellenkupplungen etwa denselben Reibradius aufweisen Durch diese Ausgestaltung lassen sich aufgrund des verhältnismäßig großen Reibradius der Sperrkupplung 205 auch große Sperrmomente realisieren Der Aktuator 206, welcher vorliegend ebenfalls in Form einer Kugelrampenanordnung gestaltet ist ist axial zwischen der Zuschaltkupplung 204 und der Sperrkupplung 205 angeordnet Die Kugelrampenanordnung 206 umfaßt eine Stutzscheibe 226 die drehend antreibbar ist und über ein Stutzlager 275 an dem Gehäuse 210 axial abgestutzt ist Ferner umfaßt die Kugelrampenanordnung 206 eine erste Stell- scheibe 228 welche zum Betatigen der Zuschaltkupplung 204 dient, und eine zweite Stellscheibe 228', welche auf der entgegengesetzten Seite angeordnet ist und zum Betatigen der Sperrkupplung 205 dient In den einander zugewandten Stirnflachen der Stutzscheibe 226 und 228 sind jeweils erste Kugelbahπen 229 bzw 230 ange- ordnet, in denen hier nicht dargestellte Kugeln gehalten sind

Durch Drehung der Stutzscheibe 226 laufen die Kugeln in den Kugelrillen in Bereichen geringerer Tiefe, so daß die erste Stellscheibe 228 axial in Richtung der Zu- Schaltkupplung 204 beaufschlagt wird und über ein Axiallager 233 und eine Druckplatte 234 das Lamellenpaket 214 komprimiert Es ist ersichtlich, daß die erste Stellscheibe 228 mittels Verdrehsicherungsmitteln 276 drehfest gegenüber dem Gehäuse 210 gehalten ist In analoger Weise wird auch die Sperrkupplung 205 betätigt Und zwar wandert bei Drehung der Stutzscheibe 226 die zweite Stellscheibe 228' in Richtung der Sperrkuppluπg 205, wobei die Kraft von der zweiten Stellscheibe 228' über ein Axiallager 233' und eine Druckplatte 234' auf das Lamellenpaket 268 übertragen wird Die zweite Stellscheibe 228' ist ebenfalls verdrehgesichert, was vorliegend jedoch nicht dargestellt ist Zur Ruckstellung der ersten Druckplatte 234 bzw der zwei- ten Druckplatte 234' sind jeweils Federmittel 273, 273' in Form von Tellerfedern vorgesehen Die Sperrkupplung 205 umfaßt ein erstes Kupplungsteil 242, das drehfest mit dem Differentialtrager 215 verbunden ist, sowie ein zweites Kupplungsteil 244, das drehfest mit der Seitenwelle 219 verbunden ist Das erste Kupplungsteil 242 umfaßt einen Innenlamellentrager, mit dem Innenlamellen drehfest und axial verschieb- lieh verbunden sind Das zweite Kupplungsteil 244 umfaßt einen Außenlamellentra- ger, mit dem Außenlamellen drehfest und axial verschieblich verbunden sind

Das zweite Kupplungsteil 244 ist über ein Axiallager 277 gegenüber dem Gehäuse 210 axial abgestutzt Das erste Kupplungsteil 212 der Zuschaltkupplung 204 ist ebenfalls über ein Axiallager 278 gegenüber dem Gehäuse 210 abgestutzt Durch diese Ausgestaltung können sich je nach Kugelbahnanordnung die Axialkrafte zwischen der Zuschaltkupplung 204 und dem Stutzlager 275 teilweise kompensieren Sobald nämlich die Sperrkupplung 205 zugeschaltet wird, tritt eine Reaktionskraft an der Stutzscheibe 226 auf, um deren Betrag die Axialkraft am Stutzlager 275 reduziert wird Durch die Komprimierung der Sperrkupplung 205 wird der Außenlamellentrager reibschlussig mit dem Innenlamellentrager verbunden, was zu einer Reduzierung der Ausgleichswirkung zwischen den Seitenwellenradern 218, 218' der Differentialeinheit 203 fuhrt

Wie auch schon bei der Ausfuhrungsform gemäß Figur 3 kommt vorliegend eine einzige Stutzscheibe 226 zum Einsatz, die auch als Eingangsscheibe bezeichnet werden kann Die Stutzscheibe 226 umfaßt wie oben bereits gesagt an ihrer ersten Stirnseite erste Kugelbahnen 229 und ihrer entgegengesetzt gerichteten zweiten Stirnseite zweite Kugelbahπen 229' Die Kugelπllen 229, 229' der Stutzscheibe 226 und die der beiden Stellscheiben 228, 228' sind so gestaltet, daß - ausgehend von einer Endposition in der die Scheiben einander angenähert sind - durch Verdrehen der Stutzscheibe 226 zunächst nur die erste Stellscheibe 228 zum Betatigen der Zu- Schaltkupplung 204 axial beaufschlagt wird, und daß durch weiteres Verdrehen der Stutzscheibe 226 zusätzlich zur ersten Stellscheibe 228 auch die zweite Stellscheibe 228' zum Betatigen der Sperrkuppluπg 205 axial beaufschlagt wird Hierfür ist das Profil der Kugelrillen ähnlich gestaltet wie bei dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 3 und wird nachstehend anhand von Figur 6 erläutert

Wird die Stutzscheibe 226 in die eingezeichnete Richtung R1 gedreht, wandern die Kugeln entlang dem ersten Rillenabschnitt 251 über die Umfangserstreckung a in Bereiche geringerer Rillentiefe, so daß die Stellscheibe 228 von der Stutzscheibe 226 weg bewegt wird Dies fuhrt zum Beaufschlagen des Lamellenpaketes 214 der Zuschaltkupplung 204 und damit zum antπebsmaßigen Verbinden des Antπebsaπ- ordnung an die Langsantπebswelle Dabei bewegen sich die Kugeln in der zweiten Kugelrille 229' entlang des ebenen Rillenabschnitts 251 ' über den Winkeibereich a, das heißt die Sperrkupplung 205 bleibt unbetatigt Das wirksame Kupplungsmoment der Zuschaltkupplung 204 kann durch Regelung des Motormoments des Antnebsmo- tors des Aktuators bedarfsgerecht variiert werden, und zwar zwischen einer Position, in der die Zuschaltkupplung 204 vollständig geöffnet ist und einer solchen, in der die Zuschaltkupplung 204 vollständig geschlossen ist

Ist die Sperrenfunktion abgefragt, so wird die Stutzscheibe 226 über den Winkelbe- reich b hinaus weiter in Richtung R1 gedreht, so daß die Kugeln in den zweiten Kugelrillen 229 entlang dem Rillenabschnitt 252' in Bereiche geringerer Tiefe laufen Auf diese Weise wird die zweite Stellscheibe 228' in Richtung des Lamellenpaketes 268 der Sperrkupplung 205 bewegt, so daß diese geschlossen wird Dabei rollen die Kugeln der ersten Kugelrillen 229 entlang der ersten Rillenabschnitte 252 über den Verdrehwinkel c, das heißt die Zuschaltkupplung 204 bleibt gesperrt Auch hier kann durch entsprechende Regelung des Verdrehwinkels der Stutzscheibe 226 innerhalb des Winkelabschnitts c das Sperrmoment der Sperrkupplung 205 bedarfsgerecht eingestellt werden Dabei ist die Zuschaltkupplung 204 stets voll geschlossen Figur 7 zeigt eine erfind ungsgemaße Antπebsanordnung 302 in einer weiteren Ausfuhrungsform, die weitestgehend derjenigen aus Figur 5 entspricht Insofern wird hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen Dabei sind gleiche bzw einander entsprechende Bauteile mit um nochmals der Ziffer 100 erhöhten Bezugszeichen versehen

Die Besonderheit der vorliegenden Ausfuhrungsform besteht darin, daß die Kugelπl- len der Stutzscheibe 326 und der beiden Stellscheiben 328, 328' so gestaltet sind, daß - ausgehend von einer Endposition, in der die Scheiben aneinander angenähert sind - durch Verdrehen der Stutzscheibe 326 in eine erste Drehrichtung R1 nur die erste Stellscheibe 328 zum Betatigen der Zuschaltkupplung 304 axial beaufschlagt wird, und daß durch Verdrehen der Stutzscheibe 326 in einer entgegengesetzt gerichteten zweiten Drehrichtung R2 zusätzlich zur ersten Stellscheibe 328 auch die zweite Stellscheibe 328' zum Betatigen der Sperrkupplung 305 axial beaufschlagt wird

Ein bevorzugtes Profil der Kugelrillen 329, 329' für diese Ausfuhrungsform wird nachstehend anhand der Zeichnungsfigur 8 erläutert

Es ist hier die Stutzscheibe 326 gezeigt, wobei in Figur 8a die der Zuschaltkupplung

304 zugewandte erste Stirnseite erkennbar ist und in Figur 8d die der Sperrkupplung

305 zuwandte zweite Stirnseite erkennbar ist Ausgehend von einem zentralen Abschnitt 350, bei dem sich die Kugeln in den Bereichen größter Rillentiefe befinden (Punkt P), laufen die Kugeln bei Drehung der Stutzscheibe 326 in einer ersten Drehrichtung R1 entlang dem ersten Rillenabschnitt 351 zwischen der Stutzscheibe 326 und der ersten Stellscheibe 328 in Bereiche geringerer Tiefe Dabei wandern die Kugeln, welche zwischen der Stutzscheibe 326 und der zweiten Stellscheibe 328' gehalten sind, ausgehend vom Punkt P' entlang dem ersten Rillenabschnitt 351', welcher eine gleichbleibende Tiefe hat Auf diese Weise wird allem die Zuschaltkupplung 304 betätigt, wobei das zu übertragende Drehmoment variabel einstellbar ist, wahrend die Sperrkupplung 305 vollständig geöffnet bleibt, das heißt die Differential- einheit 303 als offenes Differential arbeitet Durch Drehung der Stutzscheibe 326 in einer der ersten Richtung R1 entgegengesetzten zweiten Richtung R2 wandern die Kugeln, die zwischen der Stutzscheibe 326 und der ersten Stellscheibe 328 gehalten sind, zunächst entlang dem ebenen zentra- len Abschnitt 350 über einen Winkeibereich b Entsprechend wandern die Kugeln, die zwischen der Stutzscheibe 326 und der zweiten Stellscheibe 328' gehalten sind, in den Kugelnllen 329' entlang dem Rilleπabschπitt 350' innerhalb des Wiπkelberei- ches b in Bereiche geringerer Tiefe, so daß die Sperrkupplung 305 zunächst nur leicht angefahren wird Dabei hebt sich die Stutzscheibe 326 vom Kugellager 375 ab Innerhalb dieses Winkeibereichs b befinden sich die Kugeln zur Betätigung der Zu- schaltkupplung 304 innerhalb des ebenen Abschnitts 350, so daß die Zuschaltkupp- lung 304 unbetatigt bleibt

Bei weiterem Drehen der Stutzscheibe 326 in der Richtung R2 wandern die Kugeln in den ersten Kugelnllen 329 entlang der zweiten Rillenabschnitte 352 innerhalb des Winkeibereichs c in Bereiche geringerer Tiefe, so daß auf diese Weise die Zuschalt- kupplung 304 zusätzlich zur Sperrkupplung 305 betätigt wird Parallel hierzu laufen die Kugeln für die Sperrkupplung 305 entlang der dritten Rillenabschnitte 352', welche eine konstante Tiefe haben und sich über einen Winkeibereich c2 erstrecken Das heißt bei Betätigung der Kugelrampenanordnung derart, daß die Kugeln in den Kugelnllen 329, 329' innerhalb der Winkeibereiche c bzw c2 laufen, ist die Zuschalt- kupplung 304 zwischen einer Offenstellung und einer Geschlossenstellung variabel steuerbar ist, so daß entsprechend nach Bedarf Drehmoment auf die hintere Achse übertragen werden kann

Mit der vorliegenden Ausfuhrungsform wird eine Antriebsanordnung bereitgestellt, welche zunächst ein Schließen der Sperrkupplung 305 gegen die Kraft der Federmittel ermöglicht Durch weiteres Drehen der Stutzscheibe 326 wird über die lediglich der Zuschaltkupplung 304 zugeordneten Kugelabschnitte 352 mit Steigung die Kom- pπmierung der Zuschaltkupplung 304 eingeleitet Dabei verhalt sich das Kupplungsmoment der Zuschaltkupplung 304 proportional zum Kupplungsmoment der Sperrkupplung 305 Auf diese Weise wird das Stutzlager 375 entlastet, da die Aktuie- rungskrafte proportional auf beide Kupplungen 304, 305 wirken Sämtliche der vorstehend genannten Ausfuhrungsformen bieten den Vorteil, daß die Antriebsanordnung sowohl eine Funktion zum Sperren der Differentialeinheit, als auch eine Zuschaltfunktion zum Zuschalten der Antriebsachse an einen Hauptan- tπebsstrang ermöglicht, wobei lediglich ein einziger Aktuator erforderlich ist Durch entsprechend geeignete Wahl der Steigungen und Winkelpositionen der Scheiben der Kugelrampenanordnungen können entsprechend unterschiedliche Schaltreihen- folgen realisiert werden Durch die Anordnung der Kugelrampenanordnungen an und koaxial zum Differentialkorb können eine Winkeltriebabschaltung zur Steigerung der Energieeffizienz und eine Sperrenfunktion in kompakter und kostengünstiger Form kombiniert werden

Bezugszeicheπliste

2 Antπebsanordnung

3 Differentialeinheit

4 Zuschaltkuppluπg

5 Sperrkupplung

6 Aktuator

7 Tellerrad

8 Hohlwelle

9 Lagermittel

10 Gehäuse

11 Laπgsverzahnung

12 erstes Kupplungsteil

13 zweites Kupplungsteil

14 Lamellenpaket

15 Differentialtrager/Differentialkorb

16 Differentialrader

17 Zapfen

18 Seitenwellenrader

19 Seitenwelle

22 erstes Kupplungstell

23 Lagermittel

24 zweites Kupplungsteil

25 Hulsenansatz

26 Stutzscheibe

27 Schulter

28 Stellscheibe

29 Kugelπlle

30 Kugelrille

32 Käfig

33 Axiallager

34 Druckplatte

35 Stellfeder 36 Formeingriffsmittel

37 Betätigungshebel

38 Schwenkachse

39 erstes Ende

40 zweites Ende

41 Ausnehmung

42 erstes Kuppluπgsteil

43 Langsverzahnung

44 zweites Kupplungsteil

45 Stirnverzahnung

46 Langsverzahnung

47 Stirnverzahnung

48 Lagermittel

49 Lagermittel

50 zentraler Abschnitt

51 erster Abschnitt

52 zweiter Abschnitt

53 erster Abschnitt

54 zweiter Abschnitt

55 dritter Abschnitt

56 vierter Abschnitt

160 Federmittel

161 Deckelteil

162 erster Durchbruch

163 Betätig u ngsstem pel

164 Hulsenansatz

165 zweiter Durchbruch

166 zweiter Betatigungsstempel

167 Druckplatte

168 Lamellenpaket

169 Kugel

170 hulsenformiger Ansatz

171 Walzlager 172 Sicherungsring

173 Federmittel

275 Stutzlager

276 Verdrehsicherungsmittel

277 Axiallager

278 Axiallager

279 Kugel

a-e Winkelerstreckung

A Drehachse

S Schwenkachse

H Hebelarm