Differentialanordnung mit zwei gemeinsam betätigten Axialverstellvorrichtungen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Differentialanordnung zur variablen Drehmomentverteilung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, die ein Differential mit einer Eingangswelle und zwei Ausgangswellen, die untereinander eine ausgleichende Wirkung haben, umfaßt Die Funktionsweise der Differentialanordnung zur variablen Drehmomentverteilung ist dergestalt, daß ein Teil des über die Eingangswelle eingeleiteten Drehmoments vor einer Aufteilung auf die beiden Ausgangswellen vom Differentialkorb abgezweigt wird; der abgezweigte Drehmomentanteil wird einer der beiden Aus- gangswellen hinter der Aufteilung des übrigen Drehmoments zusätzlich aufgeprägt. Hierfür sind je Ausgangswelle eine Getriebestufe sowie eine Reibungskupplung vorgesehen. Die Getriebestufe umfaßt ein vom Differentialkorb angetriebenes Eingangsrad, das ein Ausgangrad beschleunigt oder verzögert. Durch Ankoppeln des Ausgangsrads an die zugehörige Ausgangswelle des Differentials wird letztere be- schleunigt oder verzögert. So kann auf eine der beiden Ausgangswellen bedarfsweise ein größeres Drehmoment übertragen werden als auf die andere der Ausgangswellen, um die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs zu erhöhen. Solche Differentialanordnungen können zum Verteilen des Drehmoments zwischen den beiden Seitenwellen eines Achsdifferentials, wie sie beispielsweise aus der DE 103 42 164 A1 be- kannt ist, oder zum gesteuerten Verteilen des Drehmoments zwischen den beiden Achswellen eines Mittendifferentials eines mehrachsgetriebenen Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommen.

Aus der WO 2005/035294 A1 ist eine Antriebsanordnung eines Kraftfahrzeugs mit zwei angetriebenen Achsen bekannt, die jeweils über eine separate Reibungskupplung an eine Ausgangswelle des Schaltgetriebes ankoppelbar sind. Zum Betätigen

der Reibungskupplungen ist eine Aktuatorik vorgesehen, die einen Elektromotor und zwei hiervon angetriebene Kugelgewindetriebe umfaßt. Die Kugelgewindetriebe umfassen jeweils eine Mutter und eine Spindel, von denen ein Bauteil mit einem zugehörigen Lamellenpaket in Wirkverbindung steht. Die Verstellung der Spindeln ist, in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Elektromotors, zueinander entgegengesetzt. Das bedeutet, daß bei einer ersten Drehrichtung des Elektromotors die erste Kupplung geschlossen wird, während die zweite Kupplung geöffnet wird. Bei Betätigen des Elektromotors in entgegengesetzter Richtung wird die zweite Kupplung geschlossen und die erste Kupplung geöffnet.

Aus der DE 101 60 026 A1 ist eine Axialverstellvorrichtung mit doppelter Funktion bekannt. Die Axialverstellvorrichtung ist Teil einer Zwischenachsgetriebeanordnung, die ein Stufengetriebe und ein mittels einer Reibungskupplung sperrbares Differentialgetriebe umfaßt. Die Axialverstellvorrichtung ist in Form einer Kugelrampenanord- nung gestaltet und umfaßt eine mittlere Scheibe, eine erste außenliegende Scheibe zum Beaufschlagen der Reibungskupplung sowie eine zweite außenliegende Scheibe zum Beaufschlagen einer Schaltmuffe für das Stufengetriebe. Es ist ein einziger Elektromotor zur Verdrehung der Scheiben vorgesehen, wobei entweder die mittlere Scheibe angetrieben wird, während die äußeren Scheiben drehfest gehalten sind, oder die äußeren Scheiben synchron angetrieben werden, während die mittlere Scheibe drehfest gehalten ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Differentialanordnung mit zwei Reibungskupplungen zur variablen Drehmomentverteilung zwischen zwei Wellen im An- triebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, die kurze Ansprechzeiten hat, einfach aufgebaut ist und kostengünstig herstellbar ist.

Eine erfindungsgemäße Lösung besteht in einer Differentialanordnung zur variablen Drehmomentverteilung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Differentialgetriebe mit einem drehend antreibbaren Differentialkorb und zwei auf einer Drehachse gelagerten Ausgangswellen, die mit dem Differentialkorb über einen Differentialrädersatz antriebsverbunden sind, wobei zwischen dem Differentialkorb und den Ausgangswellen jeweils ein erster Antriebsstrang gebildet ist; je Ausgangs-

welle eine Getriebestufe, die mit dem Differentialkorb einerseits und einer der Ausgangswellen andererseits antriebsverbunden ist und Teil eines zum ersten Antriebsstrang funktional parallelen zweiten Antriebsstranges ist; je Getriebestufe eine Reibungskupplung zum öffnen und Schließen des zweiten Antriebsstranges; je Rei- bungskupplung eine Axialverstellvorrichtung in Form einer Kugelrampenanordnung zur Betätigung der Reibungskupplung, mit jeweils zwei zur Drehachse koaxialen Scheiben, von denen eine axial abgestützt und die andere axial verschiebbar ist und von denen zumindest eine drehend antreibbar ist, wobei die beiden Scheiben auf ihren einander zugewandten Stirnflächen mehrere Kugelrillen aufweisen, die - je- weils in Draufsicht auf die Stirnflächen - in gleicher Umfangsrichtung eine variable Tiefe haben, wobei in Paaren von einander gegenüberliegenden Kugelrillen jeweils eine Kugel aufgenommen ist; sowie einen einzigen Elektromotor, der mit den drehend antreibbaren Scheiben beider Axialverstellvorrichtungen antriebsverbunden ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Differentialanordnung ist, daß diese mit einer geringen Teilezahl auskommt, da lediglich ein einziger Elektromotor vorgesehen ist, der beide Axialverstellvorrichtungen betätigt. Hieraus ergibt sich auch ein kleinerer Bauraum der Anordnung sowie ein geringes Gewicht. Die Kugelrillen der beiden Axialverstellvorrichtungen sind vorzugsweise derart tiefenveränderlich gestaltet, daß ein Betätigen des Elektromotors in einer Drehrichtung ein Entfernen der beiden Scheiben der ersten Axialverstellvorrichtung voneinander bewirkt, während die beiden Scheiben der zweiten Axialverstellvorrichtung den gleichen axial Abstand zueinander beibehalten. Beim Antrieb des Elektromotors in entgegengesetzter Drehrichtung wird zunächst ein Annähern der beiden Scheiben der ersten Axialverstellvorrichtung auf- einander zu und, nach Durchlaufen einer Nullstellung, ein Entfernen der beiden Scheiben der zweiten Axialverstellvorrichtung voneinander bewirkt. Während sich die Scheiben der zweiten Axialverstellvorrichtung axial spreizen, behalten die Scheiben der ersten Axialverstellvorrichtung ihren Abstand zueinander bei.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung haben die Kugelrillen der drehend antreibbaren Scheiben - jeweils in Draufsicht auf die Stirnflächen - in gleicher Umfangsrichtung eine variable Tiefe, wobei der Elektromotor derart mit den drehend antreibbaren Scheiben antriebsverbunden ist, daß diese stets im gleichen Drehsinn verdreht wer-

den. Die gleiche Ausführung der Kugelrillen der beiden angetriebenen Scheiben ist im Sinne eines Gleichteilekonzepts für die Fertigung besonders günstig. Es ist jedoch auch eine Ausgestaltung mit Drehrichtungsumkehrstufe denkbar, bei der die beiden angetriebenen Scheiben bei Betätigung des Elektromotors in unterschiedliche Dreh- richtungen angetrieben werden. Hierfür müßten die Kugelrillen der beiden angetriebenen Scheiben - jeweils in Draufsicht auf die Stirnflächen - in entgegengesetzter Umfangsrichtung eine variable Tiefe haben. Vorzugsweise sind die axial abgestützten Scheiben der beiden Axialverstellvorrichtungen jeweils drehfest im Gehäuse gehalten, während die axial verschiebbaren Scheiben jeweils vom Elektromotor dre- hend antreibbar sind.

Es ist weiterhin vorgesehen, daß die Kugelrillen der beiden Scheiben der beiden Axialverstellvorrichtungen jeweils einen Leerlaufabschnitt gleichbleibender Tiefe und einen hieran anschließenden Wirkabschnitt mit variabler Steigung aufweisen. Dabei ist zwischen dem Leerlaufabschnitt und dem Wirkabschnitt vorzugsweise eine Nullpunktlage definiert. Nach einer bevorzugten Weiterbildung sind die Leerlaufabschnitte jeweils gleich lang oder länger als die Wirkabschnitte, um die volle Funktionsfähigkeit der Kugelrampenanordnung über die gesamte Länge der Wirkbereiche zu gewährleisten. Ein Anlaufen der Kugeln der gegenüberliegenden Kugelrampenanord- nung gegen Endanschläge der Leerlaufbereiche wird somit ausgeschlossen. Die Kugelrillen der beiden Axialverstellvorrichtungen sind derart gestaltet, daß bei Betätigung des Elektromotors - ausgehend von der Nullpunktlage - die Kugeln der einen Axialverstellvorrichtung in die Leerlaufabschnitte geführt werden, während die Kugeln der anderen Axialverstellvorrichtung in die Wirkabschnitte geführt werden. Nach ei- ner bevorzugten Ausgestaltung ist die Nullpunktlage durch Rastausnehmungen gebildet, die in den Kugelrillen von zumindest einer der beiden Kugelrampenanordnungen jeweils im übergangsbereich zwischen den Wirkabschnitten und den Leerlaufabschnitten angeordnet sind und in die die zugehörigen Kugeln einrasten können. Durch die definierte Nullpunktlage kann das System während des Betriebs kalibriert werden, so daß stets eine optimale Dosierung des Sperrmoments für die Reibungskupplung erfolgen kann. Hierdurch werden besonders genaue Eingriffe in die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs erreicht, so daß eine hohe Fahrstabilität gewährleistet ist.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung haben die Wirkabschnitte der beiden Axialverstellvorrichtungen jeweils einen ersten Teilabschnitt größerer Steigung und einen hieran anschließenden zweiten Teilabschnitt kleinerer Steigung. Dabei erstreckt sich der erste Teilabschnitt vorzugsweise über einen kleineren Kreisbogenabschnitt als der zweite Teilabschnitt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, daß - ausgehend von der Nullpunktlage, in der die beiden Scheiben den axial kürzesten Abstand zueinander aufweisen - in der betätigten Scheibe zunächst ein großer axialer Stellweg über dem Verdrehwinkel zurückgelegt wird, um das Spiel des Lamellenpakets zu über- winden. Hieraus ergibt sich eine besonders kurze Ansprechzeit des Systems. Der an den ersten Teilabschnitt anschließende zweite Teilabschnitt hat eine flachere Steigung, so daß sich hier ein kleinerer axialer Stellweg über dem Verdrehwinkel ergibt. Dieser zweite Teilabschnitt dient zum Steuern der Reibungskupplung in ihrem Arbeitsbereich. Durch die flache Steigung ergibt sich eine feinfühlige Verstellung der Axialverstellvorrichtung und damit eine besonders genaue Ansteuerung der Reibungskupplung. Dadurch, daß sich der erste Rillenabschnitt über einen kleineren Kreisbogenabschnitt erstreckt als der zweite Rillenabschnitt ist einerseits eine besonders kurze Ansprechzeit und andererseits eine besonders feinfühlige Steuerung im Arbeitsbereich möglich.

In Konkretisierung weist der Elektromotor eine Ausgangswelle auf, die über ein Zwischengetriebe mit den drehend antreibbaren Scheiben der beiden Axialverstellvorrichtungen antriebsverbunden ist. Das Zwischengetriebe umfaßt vorzugsweise eine Zwischenwelle, die parallel zur Drehachse verläuft. Hierdurch ergibt sich eine radial kompakt bauende Anordnung. Der Elektromotor ist vorzugsweise axial im Bereich einer der beiden Reibungskupplungen, nämlich der ersten oder der zweiten Reibungskupplung, angeordnet.

Die Reibungskupplungen der erfindungsgemäßen Differentialanordnung können ste- hend ausgebildet sein, das heißt, daß sie ortsfest gegenüber einem stehenden Gehäuse gehalten sind. In diesem Fall läuft die Getriebestufe um die Drehachse um. Vorzugsweise umfaßt die Getriebestufe dann jeweils ein mit dem Differentialkorb drehfest verbundenes erstes Sonnenrad, ein mit der zugehörigen Ausgangswelle

drehfest verbundenes zweites Sonnenrad, zumindest ein mit den beiden Sonnenrä- dern kämmendes Planetenrad und ein das zumindest eine Planetenrad tragendes Stegelement, das um die Längsachse umlaufen kann. Die stehende Reibungskupplung umfaßt jeweils mit dem Gehäuse drehfest verbundene Außenla- mellen und mit dem Stegelement der Getriebestufe verbundene Innenlamellen. Nach einer alternativen Ausführungsform können die Reibungskupplungen auch derart ausgebildet sein, daß sie um die Drehachse drehen. In diesem Fall ist die Getriebestufe ortsfest im Gehäuse angeordnet.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Hierin zeigt

Figur 1 die erfindungsgemäße Differentialanordnung im Längsschnitt;

Figur 2 die Differentialanordnung aus Figur 1 im Längsschnitt durch eine andere Schnittebene;

Figur 3 die Reibungskupplung-Kugelrampen-Einheit aus Figur 1 als Einzelheit im Längsschnitt;

Figur 4 die Reibungskupplung-Kugelrampen-Einheit aus Figur 1 als Einzelheit im Querschnitt;

Figur 5 die Stellscheibe der ersten Kugelrampenanordnung aus Figur 1 in Auf- sieht;

Figur 6 die zur Stellscheibe aus Figur 5 zugehörige Stützscheibe in Aufsicht;

Figur 7 einen Umfangsschnitt durch den Rillengrund einer Kugelrille der Stell- Scheibe aus Figur 5 bzw. der Stützscheibe aus Figur 6;

Figur 8 die Stellscheibe der zweiten Kugelrampenanordnung aus Figur 1 in Aufsicht;

Figur 9 die zur Stellscheibe aus Figur 8 zugehörige Stützscheibe in Aufsicht;

Die Figuren 1 und 2 werden im folgenden gemeinsam beschrieben. Es ist eine Diffe- rentialanordnung 2 zur variablen Drehmomentverteilung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Differentialanordnung 2 wird von einem hier nicht dargestellten Stufengetriebe über eine Antriebswelle angetrieben und das eingehende Drehmoment wird auf zwei Seitenwellen 3, 3 ¹ verteilt. Die Differentialanordnung 2 umfaßt einen Differentialkorb 4, der in einem stehenden Differentialgehäuse 5 um die Drehachse A mittels Wälzlager 11 , 11' drehbar gelagert ist. An dem Differentialkorb 4 ist ein Tellerrad 6 befestigt, das von der Antriebswelle des Kraftfahrzeugs angetrieben wird. Im Differentialkorb 4 sind mehrere Ausgleichsräder 7 auf zur Drehachse A senkrecht stehenden Zapfen 8 drehbar gelagert, die mit dem Differentialkorb 4 umlaufen. Die Ausgleichsräder 7 kämmen mit zwei Seitenwellenrädern 9, 9', die wieder- um mit jeweils einer zugehörigen Seitenwelle 3, 3' drehfest verbunden sind. Die Ausgleichsräder 7 und die Seitenwellenräder 9, 9' bilden gemeinsam einen Differentialrädersatz zur Drehmomentübertragung vom Differentialkorb 4 auf die Seitenwellen 3, 3'. So ist zwischen dem Differentialkorb und den Seitenwellen 3, 3' jeweils ein erster Antriebsstrang gebildet. Das Differentialgetriebe ist in Form eines Kegelraddifferenti- als gestaltet, wobei die Ausgleichsräder 7 Stirnräder und die Seitenwellenräder 9, 9' Kronenräder sind. Zur Aufnahme der Spreizkräfte sind zwischen den Kronenrädern und dem Differentialkorb 4 jeweils Axiallager 10, 10' vorgesehen. Die lediglich in Figur 2 sichtbaren Schenkel 12, 12' sind einstückig mit dem Differentialgehäuse 5 verbunden und dienen zur Anbindung der Getriebeanordnung an die Karosserie des Kraftfahrzeugs.

Seitlich benachbart zum Differentialgetriebe 21 ist je Seitenwelle 3, 3' ein Getriebemodul 13, 13' zur variablen Drehmomentverteilung vorgesehen. Da diese gleich aufgebaut sind, haben gleiche Bauteile die gleichen Bezugsziffern, wobei die Bezugszif- fern des linken Getriebemoduls 13, 13' mit gestrichenen Indizes versehen sind. Die Getriebemodule 13, 13' umfassen als Baugruppen jeweils eine Getriebestufe 14, 14', eine Reibungskupplung 15, 15' und eine Axialverstellvorrichtung 16, 16'. Die Getriebestufe 14, 14' ist mit dem Differentialkorb 4 einerseits und mit einer zugehörigen

Seitenwelle 3, 3 ¹ andererseits antriebsverbunden. Sie ist Teil eines zum ersten Antriebsstrang funktional parallelgeschalteten zweiten Antriebsstrangs. Die Axialverstellvorrichtung 16, 16' ist koaxial zur Drehachse A angeordnet und dient zum Betätigen der hierzu koaxialen Reibungskupplung 15, 15'. Die Reibungskupplung 15, 15' steuert den parallelen zweiten Antriebsstrang und kann diesen öffnen oder Schließen, wodurch sich die Drehmomentverteilung zwischen den Seitenwellen 3, 3' verändert. Die Getriebemodule 13, 13' sind jeweils über Flanschverbindungen 17, 17' mit dem Differentialgehäuse 5 verbunden. Da beide Getriebemodule einander hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise entsprechen, wird beispielhaft nur eines beschrieben.

Das Getriebemodul 13 umfaßt ein Gehäuse 18, eine hierin auf der Drehachse A drehbar gelagerte erste Welle 19, 19', die einstückig mit der jeweiligen Seitenwelle 3, 3' ausgebildet ist, und eine koaxial auf der ersten Welle drehbar gelagerte zweite Welle 20, 20'. Dabei ist die erste Welle 19, 19' mittels eines Wälzlagers 22, 22' in dem Gehäuse 18 drehbar gelagert und mittels eines Wellendichtrings 23, 23' gegenüber diesem abgedichtet. Eingangsseitig hat die erste Welle 19, 19' eine Längsverzahnung 24, 24', die in eine entsprechende Gegenverzahnung des zugehörigen Sei- tenwellenrads 9, 9' drehfest eingesteckt ist. Ausgangsseitig hat die erste Welle einen Flansch 25, 25' zum Verbinden mit einer hier nicht dargestellten Achswelle des Kraftfahrzeugs. Die zweite Welle 20, 20', die in Form einer Hohlwelle gestaltet und gleitend auf der ersten Welle 19, 19' gelagert ist, hat eine Längsverzahnung 26, 26', die in eine entsprechende Gegenverzahnung am Differentialkorb 4 drehfest eingesteckt ist.

Die Getriebestufe 14, 14' umfaßt ein erstes Sonnenrad 27, 27', das einstückig mit der Hohlwelle 20, 20' verbunden ist, mehrere mit dem ersten Sonnenrad 27, 27" kämmende Planenetenräder 28 sowie ein mit den Planetenrädern kämmendes zweites Sonnenrad 29, 29', das mit der ersten Welle über eine Längsverzahnung 30, 30' drehfest verbunden ist. Die Planenetenräder 28 sind jeweils einstückig gestaltet und umfassen zwei Verzahnungsabschnitte 32, 33; 32', 33', von denen einer mit dem ersten Sonnenrad 27, 27' und der andere mit dem zweiten Sonnenrad 29, 29' kämmend in Eingriff ist. Zwischen den beiden Sonnenrädern ist ein Axiallager 34, 34'

vorgesehen. Um eine Drehzahlübersetzung zwischen der ersten Welle und der hierauf sitzenden Hohlwelle zu erreichen, haben die beiden Sonnenräder eine unterschiedliche Zähnezahl. Dabei sind die Zähnezahlen der Planenetenräder 28 und der Sonnenräder so gewält, daß zwischen erster Welle und Hohlwelle ein Drehzahlun- terschied von bis zu 15 % erreicht wird. Die Planenetenräder 28 sind auf Zapfen 35 in einem Stegelement 36, 36' mittels Nadellagern 31 drehbar aufgenommen. Das Stegelement 36, 36' ist korbförmig gestaltet und nach außen hin weitestgehend geschlossen. An der Außenumfangsfläche 37, 37' des Stegelements 36, 36' sind Eingriffsmittel vorgesehen, in die Innenlamellen 38, 38' der Reibungskupplung 15, 15' drehfest eingreifen.

Die Reibungskupplung 15, 15' umfaßt neben den Innenlamellen 38, 38', die auf der Drehachse A axial verschiebbar gehalten sind, hierzu koaxiale Außenlamellen 39, 39', die gegenüber dem Gehäuse 18 drehgesichert und längs zur Drehachse A axial verschiebbar gehalten sind. Die Außenlamellen 39, 39' und die Innenlamellen 38, 38' sind axial abwechselnd angeordnet und bilden gemeinsam ein Lamellenpaket, das gegenüber dem Gehäuse 18 axial abgestützt ist. Durch Betätigen der Reibungskupplung 15, 15' wird das drehende Stegelement 36, 36' der Getriebestufe 14, 14' gegenüber dem ortsfesten Gehäuse 18, 18' abgebremst, um ein zusätzliches Drehmoment direkt am Differentialkorb 4 abzugreifen und über den parallelen zweiten Antriebsstrang, das heißt die Hohlwelle 20, 20' und die Getriebestufe 14, 14', auf die entsprechende Seitenwelle 3, 3' zu übertragen.

Die Ansteuerung der Reibungskupplung 15, 15' zur Erzeugung des erforderlichen Kupplungsmoments erfolgt über die zugehörige Axialverstellvorrichtung 16, 16', die als Kugelrampenanordnung gestaltet ist und zwei zur Drehachse A koaxiale Scheiben 42, 43; 42', 43' aufweist. Dabei ist die erste der Scheiben als Stützscheibe 42, 42' gestaltet, die gegenüber dem Differentialgehäuse 5 axial abgestützt und gegenüber diesem drehfest gehalten ist. Die zweite Scheibe ist als axial verschiebbare und drehend antreibbare Stellscheibe 43, 43' gestaltet. Die beiden Scheiben weisen je- weils auf ihren einander zugewandten Stirnflächen mehrere umfangsverteilte und in Umfangsrichtung verlaufende Kugelrillen 44, 45; 44', 45' mit gegensinnig veränderlicher Tiefe auf. In jeweils einem Paar von einander gegenüberliegenden Kugelrillen

44, 45; 44 ¹ , 45 ¹ ist eine Kugel 41 aufgenommen, über die sich die beiden Scheiben aneinander abstützen. Dabei ist die Stellscheibe 43, 43' ausschließlich über die Kugeln 41 gegenüber der Stützscheibe 42, 42' radial gelagert, wobei die Stützscheibe im Differentialgehäuse 5 fixiert ist. Axial zwischen den beiden Scheiben ist ein ring- scheibenförmiger Käfig 46 mit umfangsverteilten Fenstern vorgesehen. In jedem Fenster ist eine der Kugeln 41 aufgenommen, die so in Umfangsrichtung in einer definierten Position zueinander gehalten werden.

Im Ausgangszustand, das heißt bei vollständig geöffneter Reibungskupplung 15, 15' befinden sich Stellscheibe 43, 43' und Stützscheibe 42, 42' in der zueinander nächstmöglichen Position. Bei entsprechender Verdrehung der Stellscheibe 43, 43', auf die unten noch detailliert eingegangen wird, laufen die Kugeln 41 in Bereiche geringerer Tiefe. So findet zwischen den Scheiben eine Spreizung statt, wobei die Stellscheibe 43, 43' axial in Richtung zur Reibungskupplung 15, 15' verschoben wird. Die Stellscheibe 43, 43' hat an ihrer Rückseite eine radiale Druckfläche, die über ein zwischengeschaltetes Axiallager 47, 47' eine Druckplatte 48, 48' axial beaufschlagt. Das Axiallager 47, 47 ^* ist als Kugellager gestaltet, wobei erste Lagerrillen in der Druckfläche der Stellscheibe 43, 43' vorgesehen sind und zweite Lagerrillen in die gegenüberliegende Fläche der Druckplatte 48, 48' eingearbeitet sind. Die Druckplatte 48, 48' ist mit dem Lamellenpaket axial in Anlage und beaufschlagt dieses bei Betätigen der Kugelrampenanordnung mit einer Axialkraft im Schließsinn. So führt eine Betätigung der Kugelrampenanordnung zu einer vorbestimmten Sperrung der Reibungskupplung 15, 15' und damit einer Ankopplung der umlaufenden Getriebestufe 14, 14' an das stehende Gehäuse 18, 18". Zum erneuten öffnen der Reibungskupp- lung 15, 15' wird die Stellscheibe 43, 43' in entgegengesetzte Richtung betätigt. Dabei bewirken axial am Getriebegehäuse abgestützte und die Stellscheibe 43, 43' beaufschlagende Druckfedern, die im vorliegenden Schnitt nicht sichtbar sind, eine Rückstellung der Stellscheibe 43, 43' in Richtung zur Stützscheibe 42, 42'.

Zur Erzielung der Drehbewegung der Stellscheibe 43, 43' ist diese an ihrer Außen- umfangsfläche mit einer Außenverzahnung 49, 49' versehen. In die Außenverzahnung 49, 49' greift ein Ritzel 50, 50' ein, das im Gehäuse 18, 18 ^* drehbar gelagert ist und mit einem Elektromotor 52 antriebsverbunden ist. Das Besondere der vorliegen-

den Erfindung ist, daß zur Verdrehung der Stellscheibe 43 der ersten Reibungskupplung 15 und zur Verdrehung der Stellscheibe 43' der zweiten Reibungskupplung 15' lediglich ein einziger Elektromotor 52 vorgesehen ist. Der Elektromotor 52 ist an das Gehäuse 18 angeflanscht und über ein Zwischengetriebe 53, 53' mit den beiden Stellscheiben 43, 43' der Kugelrampenanordnungen antriebsverbunden.

Wie insbesondere aus den Figuren 3 und 4 hervorgeht, umfaßt das Zwischengetriebe 53, 53' zwei Zahnräder 54, 54' und eine Zwischenwelle 55, mit der die beiden Zahnräder an entgegengesetzten Enden der Zwischenwelle drehfest verbunden sind. Dabei erfolgt die drehfeste Verbindung üblicherweise über ein Keilwellenprofil. Das motorseitige Zahnrad 54 kämmt einerseits mit dem Antriebszapfen 56 des Elektromotors 52 und treibt somit die Zwischenwelle 55 an; andererseits kämmt es mit dem im Gehäuse 18 drehbar gelagerten Ritzel 50, das wiederum mit der Außenverzahnung 49 der Stellscheibe 43 der motorseitigen Kugelrampenanordnung in Verzah- nungseingriff ist. Die Räderpaarung des gegenüberliegenden Antriebs ist gleich aufgebaut. Das auf der Zwischenwelle 55 sitzende linke Zahnrad 54' ist mit einem dazugehörigen drehbar im Gehäuse 18' gelagerten Ritzel 50" in Verzahnungseingriff, das wiederum mit der Außenverzahnung 49' der Stellscheibe 43' der zweiten Kugelrampenanordnung in Verzahnungseingriff ist. Die beiden Ritzel 50, 50' sind mittels Gleit- lagerung auf einem im jeweiligen Gehäuseteil 18, 18' eingesetzten Bolzen 57, 57' drehbar gehalten. Es ist ersichtlich, daß die Zwischenwelle 55 an ihren äußeren Enden mittels Nadellagern 58, 58' in Gehäusebohrungen 59, 59' drehbar gelagert ist. Dabei sind die Zahnräder 54, 54' axial mit geringem Abstand benachbart zu den Lagerstellen angeordnet, um auf die Zwischenwelle 55 wirkende Querkräfte gering zu halten. Motorseitig ist die Zwischenwelle 55 gegenüber dem Gehäusedeckel mittels eines Dichtrings 60 abgedichtet. So erfolgt eine Trennung der Schmiermittelräume zwischen dem motorseitigen Getriebemodul 13 für die rechte Ausgangswelle 3 und dem entgegengesetzt gerichteten Getriebemodul 13' für die linke Ausgangswelle 3'.

Die Einheit bestehend aus Elektromotor 52, Zwischengetriebe 53, 53', rechter und linker Kugelrampenanordnung sowie rechter und linker Reibungskupplung 15, 15' ist in Figur 3 dargestellt. Die Reibungskupplungen sind unbetätigt, so daß die Stellscheiben 43, 43' und die Stützscheiben 42, 42' der beiden Kugelrampenanordnungen

jeweils einen kleinsten axialen Abstand voneinander aufweisen. Die Kugeln 41 der beiden Kugelrampenanordnungen sind in dieser Figur nicht sichtbar, da sie sich in anderen Schnittebenen befinden. Es sind die Verzahnungen der beiden Ritzel 50, 50' zu erkennen, die sich über eine größere axiale Länge erstrecken als die jeweilige Stellscheibe 43, 43', um auch bei axial verschobener Stellscheibe mit der Außenverzahnung in Eingriff zu bleiben. In Figur 4 sind die genannten Bauteile bzw. Teile davon in Aufsicht zu sehen. Es ist ersichtlich, daß das Ritzel 50 einen ersten Verzahnungsabschnitt 62 größeren Durchmessers hat, der mit dem Zahnrad 54 kämmt, und einen zweiten Verzahnungsabschnitt 63 kleineren Durchmessers, der mit der Au- ßenverzahnung 49 der Stellscheibe 43 in Eingriff ist.

In den Figuren 5 und 6 sind die Stützscheibe 42 und die zugehörige Stellscheibe 43 einer der beiden Kugelrampenanordnungen gezeigt. Es ist ersichtlich, daß vier um- fangsverteilte Kugelrillen 44, 45 je Scheibe 42, 43 vorgesehen sind, die gegengleich gestaltet sind, das heißt in Umfangsrichtung jeweils das gleiche Profil aufweisen. Die Stellscheibe 43 hat eine Bohrung 51 , in die ein Sicherungsstift zur drehfesten Fixierung einzustecken ist. Etwa diametral gegenüberliegend ist eine Ausnehmung 61 vorgesehen, an der das zugehörige Ritzel 50 vorbeigeführt ist. Figur 7 zeigt eine Kugelrille 44 stellvertretend für beide Scheiben 42, 43 im Umfangsschnitt durch den RiI- lengrund. Es ist ersichtlich, daß die Kugelrille 44 einen Leerlaufabschnitt 64 gleichbleibender Tiefe und einen sich hieran anschließenden Wirkabschnitt 65 mit - ausgehend vom Leerlaufabschnitt - abnehmender Tiefe aufweist. Dabei erstreckt sich der Leerlaufabschnitt 64 über einen größeren Bogenabschnitt (v) als der Bogenab- schnitt (α + ß) des Wirkabschnitts 65. Leerlaufabschnitt 64 und Wirkabschnitt 65 der ersten Kugelrampenanordnung 16 sind im Verhältnis zu Leerlaufabschnitt 64' und Wirkabschnitt 65" der zweiten Kugelrampenanordnung 16' so angeordnet, daß - ausgehend von einer Nullpunktlage - bei Betätigung des Elektromotors in einer ersten Drehrichtung die Kugeln der einen Kugelrampenanordnung in die Wirkabschnitte laufen, während die Kugeln der zweiten Kugelrampenanordnung in die Leerlauf- abschnitte laufen. Bei umgekehrter Antriebsrichtung des Elektromotors 52 laufen die Kugeln der zweiten Kugelrampenanordnung in die Wirkabschnitte, während die Kugeln der ersten Kugelrampenanordnung in die Leerlaufabschnitte laufen. Wenn sich die Kugeln in den Leerlaufabschnitten 64, 64' befinden, haben die entsprechenden

Scheiben 42, 43; 42', 43' den geringsten Abstand voneinander und die zugehörige Reibungskupplung 15, 15' ist in unbetätigtem Zustand. In den Wirkabschnitten 65, 65' der Scheiben findet demgegenüber die axiale Verschiebung der Scheiben voneinander statt, so daß die zugehörige Reibungskupplung 15, 15' betätigt wird.

Die Wirkabschnitte 65, 65' der beiden Kugelrampenanordnungen 16, 16' umfassen jeweils einen ersten Teilabschnitt 66, 66' bzw. Wirkbereich größerer Steigung und einen sich hieran anschließenden zweiten Teilabschnitt 67, 67' bzw. Wirkbereich kleinerer Steigung. Dabei erstreckt sich der erste Wirkbereich 66, 66 ^* über einen Kreisbogenabschnitt α von bis zu 5° mit einer linearen Steigung von etwa 5° bis 10°. Dieser erste Wirkabschnitt 66, 66' ist relativ steil, so daß ein großer Stellweg über dem Verdrehwinkel zurückgelegt wird. Dies ist günstig, um - ausgehend vom unbe- tätigten Zustand - das Kupplungsspiel der Reibungskupplung 15, 15' schnell zu überwinden. Der zweite Wirkbereich 67, 67' erstreckt sich über einen Kreisbogenab- schnitt ß von bis zu 30° mit einer linearen Steigung von etwa 1 ,5° bis 2,5°. Der flache Anstieg des zweiten Wirkbereichs ist für den Arbeitsbereich der Reibungskupplung 15, 15 ^* besonders günstig, um das Reibmoment genau einstellen zu können. Zwischen den beiden Wirkbereichen 66, 67; 66', 67' ist ein verbindender übergangsbereich 68, 68' vorgesehen, der mit einem kleinen Radius gekrümmt ist und eine ver- hältnismäßig kurze Länge aufweist. Der Leerlaufabschnitt 64, 64 ^* hat einen Bogen- abschnitt Y von bis zu 35°. Dieser ist größer als der Bogenabschnitt des Wirkabschnitts 65, 65', damit die Funktionsfähigkeit der Kugelrampenanordnung über die volle Länge der Wirkabschnitte erhalten bleibt, ohne daß sie von Endanschlägen der gegenüberliegenden Kugelrampenanordnung behindert wird. Es versteht sich, daß die Kreisbogenabschnitte und Steigungen der Wirkbereiche von der Anzahl der um- fangsverteilten Kugelrillen abhängt. Diese kann auch von vier abweichen.

Die Figuren 8 und 9 zeigen die Scheiben 42', 43' der zweiten Kugelrampenanordnung. Diese entsprechen hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise wei- testgehend denjenigen der ersten Kugelrampenanordnung. Es wird hinsichtlich der Gemeinsamkeiten insofern auf die obige Beschreibung Bezug genommen. Der einzige Unterschied der vorliegenden Scheiben besteht darin, daß zwischen den Leerlaufabschnitten 64' und den Wirkabschnitten 65' der Kugelrillen 44', 45' Rastausneh-

mungen 69 vorgesehen sind, in welche die entsprechenden Kugeln 41 einrasten können. Diese Rastausnehmungen 69 dienen dazu, das System während des Betriebs zu kalibrieren, das heißt eine Nullpunktlage zu definieren. Die Rastausnehmungen 69 sind jeweils in Form von quer zur Kugelrille verlaufenden Rillen gestaltet, die - im Umfangsschnitt durch den Rillengrund betrachtet - konkav gekrümmt sind und einen kleineren Radius haben als die Kugeln 41. So werden die sich in der Nullpunktlage befindlichen Kugeln 41 - im Umfangsschnitt durch den Rillengrund betrachtet - an zwei Punkten abgestützt und so in einer definierten Umfangslage gehalten. Diese Nullpunktslage der Kugeln 41 ist in den Figuren 8 und 9 mit 'A' bezeich- net, während die Kugellagen mit größter axialer Spreizung mit 'B' und die Kugellagen in Endpositionen innerhalb der Leerlaufabschnitte mit 'C bezeichnet sind.

Die Kugelrampenanordnungen 16, 16' haben eine extrem kurze Ansprechzeit und einen sensiblen Arbeitsbereich, wobei eine regelmäßige Kalibrierung des Systems mittels der Nullpunktdefinition auch über die gesamte Lebensdauer eine genaue Steuerung gewährleistet. Somit ermöglichen die Getriebemodule 13, 13' eine exakte Regelung der Antriebsmomente des Kraftfahrzeugs.

Die Verwendung von einem einzigen Elektromotor 52 für beide Kugelrampenanord- nungen 16, 16 ^* hat den Vorteil einer geringen Teilezahl und eines kompakten Aufbaus. Dabei ist die Anordnung so ausgelegt, daß - ausgehend von der Nullpunktlage - beim Betätigen des Elektromotors 52 in einer ersten Drehrichtung die Kugeln 41 der ersten Kugelrampenanordnung in ihre Wirkabschnitte laufen, während die Kugeln 41 der zweiten Kugelrampenanordnung in ihre Leerlaufabschnitte laufen. So wird die erste Reibungskupplung 15 im Schließsinn betätigt. Wird der Elektromotor 52 in entgegengesetzte Drehrichtung betrieben, so wird die zweite Kugelrampenanordnung - nach erneutem Durchlaufen der Nullpunktlage - gespreizt, während sich die erste Kugelrampenanordnung im Leerlaufzustand befindet. So wird die zweite Reibungskupplung 15' im Schließsinn betätigt. Es wird also zu einem Zeitpunkt lediglich eine der beiden Reibungskupplungen 15, 15" zur variablen Drehmomentverteilung betätigt, während die andere Reibungskupplung 15', 15 offen ist und keinen Einfluß auf die Drehmomentverteilung hat.

Bezugszeichenliste

2 Differentialanordnung

3 Seitenwelle

4 Differentialkorb

5 Differentialgehäuse

6 Tellerrad

7 Ausgleichsrad

8 Zapfen

9 Seitenwellenrad

10 Axiallager

11 Wälzlager

12 Schenkel

13 Getriebemodul

14 Getriebestufe

15 Reibungskupplung

16 Axialverstellvorrichtung

17 Flanschverbindung

18 Gehäuse

19 erste Welle

20 zweite Welle

21 Differentialgetriebe

22 Wälzlager

23 Wellendichtring

24 Längsverzahnung

25 Flansch

26 Längsverzahnung

27 erstes Sonnenrad

28 Planetenrad

29 zweites Sonnenrad

30 Längsverzahnung

31 Nadellager

32 erster Verzahnungsabschnitt

33 zweiter Verzahnungsabschnitt

34 Axiallager

35 Zapfen

Steckelement

Außenumfangsfläche

Innenlamelle

Außenlamelle

Kugel erste Scheibe/Stützscheibe zweite Scheibe/Stellscheibe erste Kugelrille zweite Kugelrille

Käfig

Axiallager

Druckplatte

Außenverzahnung

Ritzel

Bohrung

Elektromotor

Zwischengetriebe

Zahnrad

Zwischenwelle

Antriebszapfen

Bolzen

Nadellager

Gehäusebohrung

Dichtring

Ausnehmung erste Verzahnungsabschnitt zweiter Verzahnungsabschnitt

Lehrlaufabschnitt

Wirkabschnitt erster Wirkbereich zweiter Wirkbereich

übergangsbereich

Rastausnehmung

Drehachse