Derartige Lamellenkupplungen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt.

Beispielsweise zeigt die DE 38 15 225 C1 eine Lamellenkupplung mit einer Axialer- stellvorrichtung zum Sperren eines Differentialgetriebes. Aus der EP 0 466 863 B1 ist ferner eine mittels einer Axialverstelleinheit betätigbare Lamellenkupplung zum Zu- schalten einer Antriebsachse in einem Kraftfahrzeug bekannt. Solche Lamellenkupp- lungen umfassen einen um eine Drehachse drehbaren Außenlamellenträger, in dem Außenlamellen drehfest und axial verschiebbar gehalten sind, und einen zur Dreh- achse koaxialen Innenlamellenträger, auf dem Innenlamellen drehfest und axial ver- schiebbar gehalten sind. Ein aus Außenlamellen und Innenlamellen gebildetes La- mellenpaket wird mittels der Axialverstellvorrichtung betätigt. Diese umfaßt zwei rela- tiv zueinander verdrehbare, koaxial zueinander angeordnete Scheiben, die in Um- fangsrichtung tiefenveränderliche Paare von Kugelrillen zur Aufnahme von Kugeln aufweisen. Von den Scheiben ist eine in einem Gehäuse axial abgestützt und die andere gegen die Rückstellkräfte von Federmitteln axial im Gehäuse verschiebbar, wobei die letztgenannte Scheibe das Lamellenpaket mit einer Axialkraft beauf- schlagt.

Aus der DE 102 20 355 A1 ist ferner eine Konus-Reibungskupplung zum Einsatz in einem Differentialgetriebe im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt, die von einer elektronischen Steuereinheit gesteuert wird und zur Drehmomentübertragung auf eine Antriebswelle dient. Hierfür weist das Differenialgetriebe einen Differential-

korb mit einer konischen Bohrung auf, in dem eine Ringfeder einsitzt. In der koni- schen Bohrung mit Ringfeder sitzt eine Seitenwelle mit einem entsprechenden koni- schen Kolben drehbar ein. Durch Betätigen eines Kugelrampenmechanismus werden die Ringfeder mit dem konischen Kolben in Reibschluß gebracht, so daß der Diffe- rentialkorb und die Seitenwelle gemeinsam um die Drehachse drehen.

Aus der DE 101 40 226 A1 ist ein Lamellenpaket für eine Lamellenkupplung eines Kraftfahrzeugs bekannt. Die Außen-und Innenlamellen des Lamellenpakets haben konische Reibflächen. Das Lamellenpaket ist hydraulisch mittels eines Stufenkolbens betätigbar.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lamellenkupplung mit einer Axial- verstellvorrichtung zur Betätigung, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang ei- nes Kraftfahrzeugs, vorzuschlagen, die ein kleines Bauvolumen aufweist, eine Re- duktion der Betätigungskraft ermöglicht und gleichzeitig zuverlässig und feinfühlig angesteuert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lamellenkupplung mit einer Axial- verstellvorrichtung zur Betätigung, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang ei- nes Kraftfahrzeugs, gelöst, umfassend einen um eine Drehachse drehbaren Außen- lamellenträger, in dem Außenlamellen drehfest und axial verschiebbar gehalten sind ; und einen zum Außenlamellenträger koaxialen Innenlamellenträger, auf dem Innen- lamellen drehfest und axial verschiebbar gehalten sind ; wobei die Außenlamellen und die Innenlamellen axial abwechselnd zueinander angeordnet sind und konische Reibflächen aufweisen ; wobei die Axialverstellvorrichtung in Form einer Rampenan- ordnung gestaltet ist.

Eine derartige Lamellenkupplung bietet den Vorteil, daß-bei gleichem Bauvolumen gegenüber bekannten Lösungen mit planen Lamellen-die zum Betätigen der La- mellenkupplung erforderliche Axialkraft reduziert werden kann. Denn bei der erfin- dungsgemäßen Lamellenkupplung haben die zwischen den Lamellen wirksamen Reibkräfte axiale und radiale Kraftkomponenten, die im Wechselverhältnis zueinan- der stehen. Je kleiner der Konuswinkel zwischen Drehachse und Reibfläche gewählt

wird, desto größer ist die radiale Kraftkomponente bei gleichzeitig verminderter axia- ler Kraftkomponente. Somit lassen sich mit der gleichen aufgebrachten Axialkraft ge- genüber Kupplungen mit planen Lamellen höhere Drehmomente übertragen oder es sind zur Übertragung des gleichen Drehmoments geringere Axialkräfte nötig, als bei Kupplungen mit planen Lamellen. Dies bewirkt vorteilhaft, daß ein kleinerer Motor zum Antreiben bzw. kleinere Bremsmittel zum Abbremsen der Axialverstellvorrich- tung bei gleicher Zuschaltgeschwindigkeit eingesetzt werden kann. Außerdem kann ein Zwischengetriebe zur Kraftübertragung zwischen Motor und Axialverstellvorrich- tung möglicherweise entfallen und die verwendeten Bauteile können kostengünstig hergestellt werden, beispielsweise durch Sintern. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein zur Kraftübertragung von der Axialverstellvorrichtung auf die Lamellenkupp- lung verwendetes Axiallager geringeren Belastungen ausgesetzt ist und somit eine längere Lebensdauer aufweist. Außerdem bewirken die konischen Lamellen im Schlupfbetrieb eine Zentrierung des Lamellenpakets auf der Drehachse, so daß ge- ringe Unwuchten entstehen. Die Gestaltung der Axialverstellvorrichtung in Form ei- ner Rampenanordnung ist insbesondere vorteilhaft, als eine sensible Ansteuerung der Lamellenkupplung mit konischen Reibflächen ermöglicht wird. Dies ist besonders wichtig, da die konischen Reibflächen bei geringen Stellwegen bereits hohe Reibkräf- te erzeugen.

Vorzugsweise ist zum Beaufschlagen der Lamellenkupplung eine Druckscheibe mit einer konischen Druckfläche vorgesehen. Durch Betätigen der Axialverstellvorrich- tung wird die Druckplatte axial in Richtung Lamellenpaket verschoben, wodurch ein Sperrmoment erzeugt wird. Dabei ist die konische Druckfläche mit der ersten Lamel- le des Lamellenpakets in Anlage. Es ist nach einer bevorzugen Weiterbildung vorge- sehen, daß der Konuswinkel (p, der zwischen den Reiblamellen und der Drehachse X eingeschlossen ist, zwischen 90° und einem Selbshemmungswinkel liegt. Mit Selbst- hemmung ist in diesem Zusammenhang gemeint, daß zwei benachbarte Reiblamel- len so aneinander haften, daß sie sich auch bei nachlassender Axialkraft nicht mehr voneinander lösen. Dabei beträgt der Setbsthemmungswinke ! (pi = arctanp, wobei p der Reibungskoeffizient einer Reibfläche der Reiblamellen ist. Mit einem geringen Reibungskoeffizienten N der Reibflächen läßt sich somit die zur Betätigung erforderli- che Axialkraft senken, weil ein kleinerer Konuswinkel (p gewählt werden kann, so daß

die radiale Kraftkomponente zunimmt.

Nach einer ersten Ausführung umfaßt die Rampenanordnung neben der Druckschei- be eine Stellscheibe, die-in unbetätigtem Zustand-gemeinsam um die Drehachse drehen, wobei die Stellscheibe über Bremsmittel gegenüber einem Kupplungsgehäu- se abgebremst werden kann. Dabei ist die Stellscheibe in einem Kupplungsgehäuse mittels eines Axiallagers drehbar gelagert und axial abgestützt. In Konkretisierung haben die Stellscheibe und die Druckscheibe in einander zugewandten Flächen mehrere in Umfangsrichtung tiefenveränderliche Kugelrillen, wobei in einem Paar von einander gegenüberliegenden Kugelrillen jeweils eine Kugel geführt ist. Alterna- tiv hierzu können die die Stellscheibe und die Druckscheibe in einander zugewand- ten Flächen auch mehrere in Umfangsrichtung tiefenveränderliche und gegengleich gestaltete Rampen haben, die unmittelbar in Anlage miteinander sind. Diese Ausfüh- rung eignet sich besonders, wenn höhere Reibungskräfte zwischen den Scheiben gewünscht sind.

Nach einer zweiten Ausführung umfaßt die Rampenanordnung eine Stützscheibe und eine Stellscheibe, wobei die Stützscheibe im Kupplungsgehäuse drehfest gehal- ten und axial abgestützt ist und die Stellscheibe über Antriebsmittel gegenüber dieser verdreht und zum Beaufschlagen der Druckscheibe axial verstellt werden kann. Da- bei ist vorzugsweise zwischen der Stellscheibe und der Druckscheibe ein Axiallager zur Kraftübertragung auf die Lamellenkupplung vorgesehen. In Konkretisierung ha- ben die Stützscheibe und die Stellscheibe in einander zugewandten Stirnflächen mehrere in Umfangsrichtung tiefenveränderliche Kugelrillen, wobei in einem Paar von einander gegenüberliegenden Kugelrillen jeweils eine Kugel geführt ist. Alterna- tiv hierzu können die Stützscheibe und die Stellscheibe auch in einander zugewand- ten Flächen jeweils mehrere in Umfangsrichtung tiefenveränderliche und gegengleich gestaltete Rampen haben, die unmittelbar in Anlage miteinander sind. Um ein Dreh- moment auf die Stellscheibe zu übertragen und diese gegenüber der Stützscheibe zu verdrehen, hat die Stellscheibe einen Verzahnungsabschnitt, in das ein von den An- triebsmitteln angetriebenes Ritzel eingreift.

Es ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, daß die Paare von einan-

der gegenüberliegenden Kugelrillen oder Rampen derart gestaltet sind, daß eine Verdrehung der Stellscheibe in beide entgegengesetzte Drehrichtungen zu einer Axialverstellung führt. Alternativ hierzu können die Paare von einander gegenüber- liegenden Kugelrillen oder Rampen auch derart gestaltet sein, daß nur eine Verdre- hung nur in einer Drehrichtung zu einer Axialverstellung führt und eine Verdrehung in der entgegengesetzten Drehrichtung gesperrt wird.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnung erläu- tert. Hierin zeigt Figur 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lamellenkupplung a) im Längsschnitt ; b) in Draufsicht auf die Stellscheibe aus Figur 1a) ; c) ausschnittsweise gemäß Schnittlinie B aus Figur 1b) ; Figur 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lamellenkupplung im Längsschnitt ; Figur 3 Prinzipdarstellungen von verschiedenen Rampenanordnungen a) mit beidseitig verstellbaren Scheiben mit Kugelrillen ; b) mit einseitig verstellbaren Scheiben mit Kugelrillen ; c) mit beidseitig verstellbaren Rampen ; d) mit einseitig verstellbaren Rampen.

Figur 1 zeigt eine Lamellenkupplung 1, die mittels einer Axialverstellvorrichtung 2 betätigt werden kann. Die Lamellenkupplung 1 wird im hier nicht dargestellten An- triebsstrang eines Kraftfahrzeugs zum Ankoppeln einer ersten Welle 3 an eine zweite Welle 4 eingesetzt, welche eine gemeinsame Drehachse X definieren. Die Lamellen- kupplung umfaßt einen mit der ersten Welle 3 fest verbundenen Außenlamellenträger 5 in Form eines Kupplungskorbs, in dem Außenlamellen 6 drehfest und axial ver- schiebbar gehalten sind, sowie einen mit der zweiten Welle 4 fest verbundenen In- nenlamellenträger 7, auf dem Innenlamellen 8 drehfest und axial verschiebbar gehal- ten sind. Die Außenlamellen 6 und die Innenlamellen 8 sind axial abwechselnd an-

geordnet und bilden gemeinsam ein Lamellenpaket 9.

Damit die zum Beaufschlagen des Lamellenpakets 9 und zum Schließen der Lamel- lenkupplung 1 erforderlichen Axialkräfte verhältnismäßig gering sind, haben die Au- ßenlamellen 6 und die Innenlamellen 8 konische Reibflächen. Dabei weisen die Au- ßenlamellen 6 radial außen jeweils einen Radialabschnitt 16 auf, der in einer Radial- ebene zur Drehachse X liegt und über einen Verzahnungseingriff mit dem Außenla- mellenträger 5 drehfest verbunden ist. Hieran schließt sich radial innen ein Konusab- schnitt 17 an, der axial beidseitig Reibflächen 14 aufweist. Entsprechend umfassen die Innenlamellen 8 jeweils einen Radialabschnitt 18, mit dem sie über einen Ver- zahnungseingriff mit dem Innenlamellenträger 7 drehfest verbunden sind, und einen sich daran radial außen anschließenden Konusabschnitt 19 mit Reibflächen 15. Der zwischen den Reibflächen 14 der Außenlamellen 6 und den Reibflächen 15 der In- nenlamellen 8 einerseits und der Drehachse X andererseits eingeschlossene Winkel (p liegt zwischen einem Selbsthemmungswinkel (pi und (p2 = 90°. Mit Selbsthemmung ist gemeint, daß zwei benachbarte Reiblamellen so aneinander haften, daß sie sich auch bei nachlassender Axialkraft nicht mehr voneinander lösen. Daher sollte, um eine gute Regelbarkeit der Lamellenkupplung zu gewährleisten, zwischen dem Win- kel ep und dem Selbsthemmungswinkel (p, ein ausreichend großer Abstand gewählt werden. Der Grenzwinkel, ab dem Selbsthemmung auftritt, beträgt (pi = arctanu, wo- bei u der Reibungskoeffizient des Reibbelag ist.

Der Außenlamellenträger 5 hat einen zentralen Lagerabschnitt 11, in dem die zweite Welle 4 mittels eines Radiallagers 12 drehbar gelagert ist, sowie eine sich daran an- schließende Konusfläche 13, gegen die das Lamellenpaket 9 mit einer ersten Außen- lamelle axial abgestützt ist. Am axial entgegengesetzten Ende der Lamellenkupplung 1 ist eine Druckscheibe 21 mit dem Innenlamellenträger 7 bzw. der ersten Welle 4 fest verbunden. Durch Verschieben der ersten Welle 3 mit Druckscheibe 21 in Rich- tung zum Außenlamellenträger 5 wird das Lamellenpaket 9 zwischen Druckscheibe 21 und Konusfläche 13 eingeklemmt, so daß ein Sperrmoment erzeugt und die Drehgeschwindigkeiten Wellen 3,4 synchronisiert werden. Alternativ hierzu ist auch eine Ausgestaltung denkbar, bei der die erste Welle 3 gegenüber der zweiten Welle 4 axial abgestützt ist und die Druckscheibe gegenüber der ersten Welle 3 axial ver-

schiebbar ist. In diesem Fall würde das Lamellenpaket bei Betätigung der Axialer- stellvorrichtung 2 gleichermaßen zwischen der Druckscheibe und der Konusfläche eingeklemmt, wobei der axiale Abstand der ersten und zweiten Welle 3,4 zueinander jedoch unverändert bliebe.

Die Axialverstellvorrichtung 2 umfaßt eine im Kupplungsgehäuse 22 über ein Axialla- ger 10 axial abgestützte und um die Drehachse X drehbare Stellscheibe 23, die in unbetätigtem Zustand gemeinsam mit der Druckscheibe 21 um die Drehachse X ro- tiert. Die Stellscheibe 23 und die Druckscheibe 21 haben, was insbesondere aus den Figuren 1b) und 1c) hervorgeht, in einander zugewandten Stirnflächen vier in Um- fangsrichtung tiefenveränderliche Kugelrillen 24,25, wobei in einem Paar von gege- nüberliegenden Kugelrillen 24,25 jeweils ein Kugel 26 geführt ist. Dabei verlaufen die Kugelrillen 24,25 in der Stellscheibe 23 und in der Druckscheibe 21 ausgehend von der tiefsten Stelle in einem Kreisbogen zur zugehörigen Stirnfläche hin in beide Umfangsrichtungen ansteigend. Auf diese Weise ist ein Betätigen der Lamellenkupp- lung 1 durch Verdrehen der Stellscheibe 23 relativ zur Druckscheibe 21 in beide Drehrichtungen möglich. Zum Betätigen der Axialverstellvorrichtung 2 sind Bremsmit- tel 27 in Form einer Backenbremse vorgesehen, die radial auf die Stellscheibe 23 einwirken. Auf diese Weise wird die Stellscheibe 23 gegenüber der Druckscheibe 21 abgebremst, so daß sich die Kugeln 26 in den Kugelrillen 24,25 bewegen. So ent- fernt sich die Druckscheibe 21 axial von der Stellscheibe 23, das Lamellenpaket 9 wird beaufschlagt und ein Sperrmoment in der Lamellenkupplung erzeugt. Zwischen der Stellscheibe 23 und der Druckscheibe 21 können hier nicht dargestellte Rück- stellfedern angeordnet sein, um die Stellscheibe 23 bei erneutem Deaktivieren der Bremsmittel 27 wieder in die Ausgangsposition, in der die Kugeln 26 in der tiefsten Stelle der Kugelrillen 24,25 gehalten sind, zu drehen. Vorliegend sind vier Paare von Kugelrillen 24,25 mit je einer Kugel 26 vorgesehen. Es ist jedoch auch eine Ausfüh- rung mit drei Paaren denkbar, welche besonders günstig ist, weil stets alle Kugeln tragen. Mehr als vier Paare von Kugelrillen 24,25 sind sinnvoll, wenn eine hohe Tragfähigkeit erforderlich ist.

Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lamellenkupp- lung mit Axialverstellvorrichtung. Da Aufbau und Funktionsweise weitestgehend der

Ausführungsform nach Figur 1 entsprechen, wird auf obige Beschreibung Bezug ge- nommen. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern, unterschiedliche Bauteile mit um eins gestrichenen Bezugsziffern versehen. Im Unterschied zur Axialverstell- vorrichtung nach Figur 1 hat die vorliegende Axialverstellvorrichtung 2'eine Stütz- scheibe 28, die im Kupplungsgehäuse 22'drehfest gehalten und axial abgestützt ist, und eine Stellscheibe 29, die gegenüber der Stützscheibe 28 über Antriebsmittel 30 verdrehbar und axial verschiebbar gehalten ist. In einander zugewandten Stirnflä- chen haben die Stützscheibe 28 und die Stellscheibe 29 mehrere in Umfangsrichtung tiefenveränderliche Kugelrillen 24,25, wobei in einem Paar von gegenüberliegenden Kugelrillen 24,25 jeweils eine Kugel 26 geführt ist. Die Antriebsmittel 30 weisen ei- nen elektronischen Stellmotor 31 auf, dessen Welle 32 ein Ritzel 33 trägt. Dieses Ritzel 33 ist mit einem Verzahnungsabschnitt 34 der Stellscheibe 29 zur Drehmo- mentübertragung im Eingriff. Durch Betätigen des Stellmotors 31 wird die Stellschei- be 29 gegenüber der Stützscheibe 28 verdreht, so daß die Kugeln 26 in den Kugelril- len 24,25 in Richtung Stirnfläche bewegen. So entfernt sich die Stellscheibe 29 axial von der Stützscheibe 28 und wirkt über ein Axiallager 35 auf die Druckscheibe 21 im Schließsinn. Für bestimmte Anwendungsfälle, in denen besonders hohe Axialkräfte aufgebracht werden müssen, kann zwischen der Welle 32 und dem Ritzel 33 auch eine Untersetzungsstufe vorgesehen sein.

In Figur 3 sind verschiedene alternative Ausführungsformen von Rampenanordnun- gen für Axialverstellvorrichtungen nach den Figuren 1 und 2 gezeigt. Die unterschiedlichen Ausführungsformen sind jeweils mit gestrichenen Bezugsziffern versehen. Da die Rampenanordnung 20 nach Figur 3a) derjenigen aus Figur 1 entspricht wird auf obige Beschreibung Bezug genommen. Es ist ersichtlich, daß die erste Scheibe 23,29 zur zweiten Scheibe 21,28 in beide entgegengesetzte Drehrichtungen verdreht werden kann, was durch die Pfeile dargestellt ist. Im Gegensatz zu dieser Ausführungsform hat die Rampenanordnung 20'nach Figur 3b) eine erste Scheibe 23', 29', die nur in einem Drehsinn gegenüber der zweiten Scheibe 21,28 verdreht werden kann. Die Kugelrillen 24', 25'steigen von der tiefsten Stelle, die als Anschlagfläche ausgebildet ist, zur Stirnfläche hin nur in eine Richtung an, wobei der Verlauf der Kugelrillen 24', 25'einander entgegengerichtet ist. Die Ausführungsform nach Figur 3c) entspricht hinsichtlich ihrer Funktion derjenigen nach Figur 3a). Die erste Scheibe 23", 29"kann relativ zur zweiten Scheibe 21", 28"

erste Scheibe 23", 29"kann relativ zur zweiten Scheibe 21", 28"in beide Drehrich- tungen verdreht werden. Anstelle von Kugelrillen sind hier in der Abwicklung sinus- förmige Rampen 36,37 vorgesehen, die bei Verdrehung der beiden Scheiben zuein- ander unmittelbar aufeinander abgleiten. Dabei wird die erste Scheibe 23", 29"von der zweiten Scheibe 21", 28"axial weggedrückt. In Figur 3d) ist eine Rampenanord- nung 20"'mit einer ersten Scheibe 23"', 29"'und einer zweiten Scheibe 21"', 28"' dargestellt, die Rampen 36', 37'mit sägezahnartigem Profil in der Abwicklung be- trachtet aufweisen. Auf diese Weise ist eine Verdrehung der ersten Scheibe 23"', 29"' gegenüber der zweiten Scheibe 21"', 28"'nur in eine Richtung möglich, wohingegen sie in entgegengesetzter Richtung gesperrt ist.

Lamellenkupplung mit konischen Lamellen Bezugszeichenliste 1 Lamellenkupplung 2 Axialverstellvorrichtung 3 erste Welle 4 zweite Welle 5 Außenlamellenträger 6 Außenlamelle 7 Innenlamellenträger 8 Innenlamelle 9 Lamellenpaket 10 Axiallager 11 Lagerabschnitt 12 Radiallager 13 Konusfläche 14 Reibfläche 15 Reibfläche 16 Radialabschnitt 17 Konusabschnitt 18 Radialabschnitt 19 Konusabschnitt 20 Rampenanordnung 21 Druckscheibe 22 Kupplungsgehäuse 23 Stellscheibe 24 Kugelrille 25 Kugelrille 26 Kugel 27 Bremsmittel 28 Stützscheibe 29 Stellscheibe 30 Antriebsmittel 31 Stellmotor 32 Welle 33 Ritzel 34 Verzahnungsabschnitt 35 Axiallager 36 Rampe 37 Rampe Winkel M Reibungskoeffizient X Drehachse