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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Achsantriebseinheit für einen
Antriebsstrang, insbesondere für
eine zuschaltbare Achse eines Allrad-Antriebsstranges, mit einem
Eingangselement, das mit einer sich in einer Längsrichtung erstreckenden Eingangswelle
wie einer Kardanwelle verbindbar ist, und mit einer Leistungsverzweigungseinrichtung,
deren Eingangsglied mit dem Eingangselement verbunden ist und deren
Ausgangsglieder mit Antriebswellen der Achse verbindbar sind, die
in einer Richtung quer zu der Längsrichtung
ausgerichtet ist.
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Eine
derartige Achsantriebseinheit ist allgemein bekannt, beispielsweise
aus "Das
große
Buch der Allradtechnik",
Jürgen
Stockmar, 1. Auflage 2004, Stuttgart, Seite 95.
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In
den letzten Jahren besteht bei Antriebssträngen für Kraftfahrzeuge ein Trend
hin zur Allradtechnik, und zwar nicht nur bei geländegängigen Fahrzeugen,
sondern auch bei Straßenfahrzeugen wie
Personenkraftwagen.
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Man
unterscheidet generell zwischen permanentem Allradantrieb und zuschaltbarem
Allradantrieb. Beim permanenten Allradantrieb wird die Antriebsleistung
eines Antriebsmotors generell über
ein Längsdifferential
auf die Achsen (Vorderachse bzw. Hinterachse) verteilt. Bei zuschaltbarem
Allradantrieb wird ständig
eine Achse angetrieben, und die andere Achse wird nach Bedarf zugeschaltet.
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Fahrzeuge
mit permanentem Allradantrieb haben aufgrund des vergleichsweise
aufwändigen Längsdifferentials
Nachteile hinsichtlich Gewicht und Wirkungsgrad. Aus diesem Grund
werden Fahrzeuge heutzutage meistens mit zuschaltbarem Allradantrieb
ausgestattet.
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Die
Zuschaltung erfolgte früher über Klauenkupplungen,
die nur zwei Zustande realisieren konnten (AUF/ZU). Dadurch konnten
solche Klauenkupplungen in der Regel nur im Stand eingelegt werden, was
für die
Fahrt im Gelände
meist ausreichend war. Mit der Einführung des Allradantriebs für Straßenfahrzeuge
sollte die Zuschaltung auch während
der Fahrt möglich
sein. Ferner sollte für
solche Straßenfahrzeuge
die Zuschaltung möglichst
automatisiert erfolgen, also keinen Eingriff des Fahrers erfordern. Zu
diesem Zweck wurden selbstsperrende Kupplungssysteme zum Zuschalten
der zweiten Achse entwickelt. Dies waren zunächst Visco-Kupplungen, wie
sie beispielsweise in "Das
große
Buch der Allradtechnik",
Jürgen
Stockmar, 1. Auflage 2004, Seite 95 gezeigt sind. Die dort
gezeigte Achsantriebseinheit weist eine als Visco-Kupplung ausgebildete "Hang-on"-Kupplung auf, die
eingangsseitig mit einer Kardanwelle verbunden ist und die ausgangsseitig über einen
einzelnen Winkeltrieb mit einem Querdifferential der zuschaltbaren
Achse verbunden ist.
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Aus
dem
US-Patent 6,059,680 ist
es ferner bekannt, im Bereich einer zuschaltbaren Hinterachse benachbart
zu dem Querdifferential eine Lamellenkupplung anzuordnen, die mittels
einer Pumpe angesteuert wird, die bei einer Differenzdrehzahl zwischen der
Vorderachse und der Hinterachse in Betrieb gesetzt wird. Je größer die
Differenzdrehzahl ist, desto größer ist
der von der Pumpe erzeugte Druck.
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Die
Lamellenkupplung ist ebenfalls eine "Hang-on"-Kupplung und ist zwischen einem Differentialkorb
des Querdifferentials und einem Tellerrad eines Winkeltriebs angeschlossen.
Ein Antriebsritzel des Winkeltriebs ist mit der Kardanwelle verbunden, die
von der Vorderachse zur Hinterachse verläuft.
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Bei
Selbstsperrdifferentialen, die eine Sperrwirkung aufgrund einer
Differenzdrehzahl zwischen den Achsen entfalten, ist eine vorausschauende
Zuschaltung in der Regel nicht möglich.
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Aus
diesem Grund geht ein Trend hin zu elektronisch regelbaren Hang-on-Kupplungen, die von
einem Fahrdynamikregler angesteuert werden und helfen, das Fahrzeug
in bestimmten Fahrsituationen zu stabilisieren.
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Der
Einbau der Hang-on-Kupplung im Bereich zwischen der Kardanwelle
und einem Winkeltrieb zur zuschaltbaren Achse hat den Vorteil, dass zwar
die zu übertragenden
Drehzahlen relativ hoch sind. Das über solche Hang-on-Kupplungen
zu übertragende
Drehmoment ist jedoch entsprechend niedriger.
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Bei
Anordnung der Hang-on-Kupplung zwischen dem Tellerrad und dem Differentialkorb
(
US 6,059,680 ) ist das
Drehmoment um die Übersetzung des
Winkeltriebs höher,
so dass die Hang-on-Kupplung vergleichsweise voluminös ausgeführt werden muss.
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Es
sind auch Konzepte für
Hang-on-Achsantriebseinheiten bekannt, bei denen die Hang-on-Kupplung
zwischen einer Abtriebswelle des Querdifferentials der zuschaltbaren
Achse und dem entsprechenden Seitenrad angebracht ist (
DE 101 03 789 B4 ). Bei
Einbau der Hang-on-Kupplung an dieser Stelle muss die Kupplung nur
das halbe Achsmoment übertragen.
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Sofern
der Antriebsstrang zur dynamischen Beeinflussung des Fahrverhaltens
um die Gierachse herum verwendet werden soll, finden so genannte "Active yaw"-Systeme Verwendung.
Geeignete Achsantriebseinheiten sind auf Seiten 130, 131 des oben
genannten Standes der Technik "Das
große Buch
der Allradtechnik" genannt,
oder auch in dem
US-Patent 6,120,407 .
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Vor
dem obigen Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
darin, eine verbesserte Achsantriebseinheit für einen Allrad-Antriebstrang
anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird bei der eingangs genannten Achsantriebseinheit dadurch
gelöst,
dass das Eingangsglied und die Ausgangsglieder der Leistungsverzweigungseinrichtung
um Achsen parallel zu der Längsrichtung
drehbar gelagert sind und zwischen den Ausgangsgliedern der Leistungsverzweigungseinrichtung
und den Antriebswellen jeweils ein Winkeltrieb angeordnet ist.
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Die
erfindungsgemäße Achsantriebseinheit ermöglicht durch
die in Längsrichtung
ausgerichtete Leistungsverzweigungseinrichtung, dass sich eine Hang-on-Reibkupplung mit
hohem Wirkungsgrad in die Achsantriebseinheit integrieren lässt.
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So
ist es von besonderem Vorteil, wenn wenigstens ein Ausgangsglied
der Leistungsverzweigungseinrichtung über eine Reibkupplung mit dem zugeordneten
Winkeltrieb verbindbar ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist eine Hang-on-Reibkupplung drehmoment- und gewichtsoptimal in
die Achsantriebseinheit zu integrieren.
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Dabei
ist vorteilhaft, dass sich eine Hang-on-Allradlösung durch nur eine einzelne
Reibkupplung zwischen dem Ausgangsglied der Leistungsverzweigungseinrichtung
und dem zugeordneten Winkeltrieb realisieren lässt. Das andere Ausgangsglied
kann dabei drehfest mit dem zugeordneten Winkeltrieb verbunden sein.
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Da
insbesondere Winkeltriebe an der Abtriebsseite einer Kardanwelle
in der Regel eine Übersetzung
i ≥ 1,5,
insbesondere i ≥ 2
besitzen, müssen die
Leistungsverzweigungseinrichtung und die Reibkupplung deutlich geringere
Momente übertragen
als in einem Fall, bei dem diese Bauelemente in Antriebsrichtung
gesehen hinter einem Winkeltrieb angeordnet sind.
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Da
zudem die Reibkupplung in Antriebsrichtung gesehen hinter der Leistungsverzweigungseinrichtung
angeordnet ist, muss die Reibkupplung in der Regel lediglich das
halbe Eingangswellenmoment übertragen.
Somit können
sowohl die Leistungsverzweigungseinrichtung als auch die Reibkupplung
deutlich kleiner dimensioniert werden, was Gewichtsvorteile und
bei größeren Produktionsvolumen
auch Kostenvorteile mit sich bringen kann.
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Bei
einem geringeren zu übertragenden Drehmoment
kann die Reibkupplung mit geringeren Anpresskräften angesteuert bzw. mit weniger
Lamellen ausgebildet werden.
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Zwar
sind erfindungsgemäß zwei Winkeltriebe
notwendig, im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem generell
nur ein Winkeltrieb vorhanden ist. Die zwei Winkeltriebe müssen jedoch
jeweils nur das halbe Drehmoment übertragen und können somit deutlich
kleiner ausgelegt werden.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn die Leistungsverzweigungseinrichtung
ein Differentialgetriebe ist.
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Ein
solches Differentialgetriebe dient in diesem Fall als Ausgleichsgetriebe
für die
zugeordnete Achse. Da das Differentialgetriebe vor den Winkeltrieben
angeordnet ist, muss dieses nur das Eingangswellenmoment übertragen,
das um den Faktor i der Übersetzung
des Winkelgetriebes (Achsübersetzung)
niedriger ist. Daher kann das Differentialgetriebe deutlich kleiner
dimensioniert werden.
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Von
besonderem Vorteil ist es ferner, wenn das Differentialgetriebe
in Längsrichtung
ausgerichtet ist und dessen Ausgangsglieder mit Wellen verbunden
sind, die sich parallel in Längsrichtung
hin zu den Winkeltrieben erstrecken.
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Das
Differentialgetriebe kann ein Kegel- oder Kronenraddifferential
sein.
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Dabei
erstreckt sich zumindest eine dieser Wellen in Längsrichtung durch das Differentialgetriebe
hindurch, so dass ein Bolzen des Differentialgetriebes sich nicht
durch das Zentrum des Differentialgetriebes erstreckt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
das Differentialgetriebe ein Planetenraddifferential.
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Ein
solches kann in Längsrichtung
kompakt ausgebildet werden und aufgrund der relativ gesehen geringeren übertragenen
Momente auch in Radialrichtung vergleichsweise kompakt ausgebildet
werden.
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Dabei
ist es von besonderem Vorteil, wenn das Sonnenrad des Planetenraddifferentials
ein Ausgangsglied des Differentialgetriebes bildet. Das Sonnenrad
lässt sich
dann auf einfache Weise mit einer längs ausgerichteten Welle verbinden,
die mit dem zugeordneten Winkeltrieb verbunden ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
bildet das Hohlrad des Planetenraddifferentials das Eingangsglied.
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Diese
Ausführungsform
ist konstruktiv bevorzugt, da beispielsweise eine mit dem Sonnenrad drehfest
verbundene Welle an dem Hohlrad oder einem hiermit drehfest verbundenen
Teil gelagert werden kann.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Achsantriebseinheit
ist ein Ausgangsglied mit einer Innenwelle und das andere Ausgangsglied
mit einer Hohlwelle verbindbar, die koaxial um die Innenwelle herum
gelagert ist.
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Sofern
eine Reibkupplung als Hang-on-Kupplung vorgesehen ist, ist diese
vorzugsweise zwischen dem anderen Ausgangsglied und der Hohlwelle
angeschlossen. Auf diese Weise kann die Achsantriebseinheit in Längsrichtung
kompakt ausgebildet werden. Die Reibkupplung ist vorzugsweise unmittelbar
benachbart zu dem Differentialgetriebe angeordnet.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die Winkeltriebe als Kronenradwinkeltriebe ausgebildet.
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Hierdurch
kann das Laufverhalten der Winkeltriebe auch bei relativ großen Toleranzen
der antreibenden Wellen (die die Zahnräder aufweisen) in Längsrichtung
gewährleistet
werden. Auch die Lagerung der Kronenräder ist häufig einfacher zu bewerkstelligen.
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Allerdings
können
als Winkeltriebe alternativ auch Kegelradwinkeltriebe oder Ähnliches
eingesetzt werden.
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Ferner
ist es besonders bevorzugt, wenn mit den Antriebswellen verbundene
Räder der
Winkeltriebe in Längsrichtung
zueinander versetzt angeordnet sind.
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Diese
Ausgestaltung ermöglicht
es, die Räder
der zwei Winkeltriebe von einer Innenwelle und einem koaxial um
diese herum gelagerten Hohlrad anzutreiben.
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Der
Versatz in Längsrichtung
kann bei den Antriebswellen durch Gleichlaufgelenke kompensiert werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind mit den Antriebswellen verbundene Räder der Winkeltriebe zur wechselseitigen
axialen Lagerung Rücken
an Rücken
und koaxial zueinander angeordnet.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann eine in Längsrichtung
insgesamt sehr kompakte Bauweise erzielt werden, wobei gegebenenfalls
eine Zwischenwelle vorgesehen wird, um einen Antrieb der voneinander
weg weisenden Räder
zu ermöglichen.
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Ferner
ist es bevorzugt, wenn in die Achsantriebseinheit eine Quersperrkupplung
integriert ist.
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Dies
ermöglicht
es, die Traktion noch weiter zu verbessern, insbesondere bei μ-Split-Bedingungen.
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Generell
kann eine solche Quersperrkupplung auf beliebige Weise integriert
werden.
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Besonders
bevorzugt ist es jedoch, wenn die Quersperrkupplung zwischen den
Ausgangsgliedern des Differentialgetriebes angeschlossen ist.
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Auf
diese Weise können
die Ausgangsglieder über
die Quersperrkupplung konstruktiv einfach fest miteinander verbunden
werden, um so eine Quersperre einzurichten.
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Es
versteht sich, dass die Quersperrkupplung, wie auch die Reibkupplung,
als Lamellenkupplung ausgebildet sein kann, die elektronisch gesteuert
wird. Die Betätigung
der Reibkupplungen kann generell hydraulisch erfolgen, alternativ
jedoch auch elektromechanisch oder auf andere Art und Weise. Auch
ist denkbar, einen gemeinsamen Aktuator für die Hang-on-Kupplung und
die Quersperrkupplung vorzusehen.
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Insgesamt
ist gemäß einer
alternativen Ausführungsform
vorgesehen, dass die Leistungsverzweigungseinrichtung das Eingangsglied
fest mit den Ausgangsgliedern verbindet und dass jedes Ausgangsglied über eine
zugeordnete Reibkupplung mit dem jeweiligen Winkeltrieb verbunden
ist.
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Bei
dieser alternativen Ausführungsform kann
die Achsantriebseinheit als "Active
yaw"-Einheit ausgebildet
werden, wobei das Antriebsmoment beliebig auf das linke und das
rechte Rad der Achse verteilt werden kann, je nach Schließzustand
der zwei Kupplungen. Auch ist denkbar, zusätzliche Maßnahmen zur Übersetzungsveränderung
vorzusehen, um den Rädern
der Achse gezielt verschiedene Drehzahlen aufzuzwingen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem Allrad-Antriebsstrang, in
den eine Achsantriebseinheit gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung integriert ist;
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2 eine
schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Achsantriebseinheit;
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3–5 alternative
Ausführungsformen von
erfindungsgemäßen Achsantriebseinheiten,
in die jeweils eine Quersperrkupplung integriert ist;
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6 eine
Längsschnittansicht
durch eine Achsantriebseinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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7 eine
Längsschnittansicht
durch eine weitere Ausführungsform
einer Achsantriebseinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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8 eine
schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Achsantriebseinheit
mit "Active yaw"-Steuerung; und
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9 eine
schematische Darstellung eines Doppelplanetenradsatzes.
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In 1 ist
ein Kraftfahrzeug wie ein Personenfahrzeug, das insbesondere zum
Straßenverkehr,
gegebenenfalls jedoch auch zum Fahren im Gelände ausgelegt ist, generell
mit 10 bezeichnet.
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Das
Kraftfahrzeug 10 weist einen Allrad-Antriebsstrang 12 auf.
Eine Längsachse
des Kraftfahrzeuges 10 ist generell mit 13 bezeichnet.
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Die
Vorderachse des Antriebsstranges 12 weist Vorderräder VL,
VR auf. Die Hinterachse des Antriebsstranges 12 weist Hinterräder HL,
HR auf.
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Im
Bereich der Vorderachse ist ein Antriebsmotor 14 vorgesehen,
beispielsweise ein Verbrennungsmotor, ein Elektromotor, eine Hybridantriebseinheit
etc.
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Am
Ausgang des Antriebsmotors 14 ist ein Stufengetriebe 16 vorgesehen,
wie es bei Verbrennungsmotoren generell üblich ist. Bei anderen Arten von
Antriebsmotoren kann auf ein Stufengetriebe gegebenenfalls auch
verzichtet werden.
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Der
Ausgang des Stufengetriebes 16 ist mit einem Verteilergetriebe 18 verbunden.
Das Verteilergetriebe 18 ist ebenfalls im Bereich der Vorderachse angeordnet
und beinhal tet ein Querdifferential 20. Ein Ausgang (final
drive) des Stufengetriebes 16 ist mit einem Eingangsglied
des Querdifferentials 20 verbunden. Die Ausgangsglieder
des Querdifferentials 20 sind mit einer vorderen linken
Antriebswelle 22 bzw. einer vorderen rechten Antriebswelle 24 verbunden,
die mit den Vorderrädern
VL, VR verbunden sind.
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Der
Ausgang des Stufengetriebes 16 ist in dem Verteilergetriebe 18 ferner über ein
Winkelgetriebe 26 mit einer Kardanwelle 28 verbunden,
die sich in Längsrichtung 13 hin
zur Hinterachse erstreckt.
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Die
Kardanwelle 28 ist mit einem Eingangselement 34 einer
generell mit 30 bezeichneten Achsantriebseinheit verbunden,
die Antriebsleistung auf die Hinterräder HL, HL verteilt.
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Die
Achsantriebseinheit 30 weist ein schematisch angedeutetes
Gehäuse 32 auf.
Das Eingangselement 34 der Achsantriebseinheit 30 ist
mit der Kardanwelle 28 verbunden.
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In
dem Gehäuse 32 der
Achsantriebseinheit 30 ist eine Leistungsverzweigungseinrichtung 36 in Form
eines Planetenraddifferentials 36 vorgesehen. Das Planetenraddifferential 36 kann
als Dopppelplanetenraddifferential ausgebildet sein, so dass die
in 1 eingezeichneten Drehrichtungen der jeweiligen
Wellen erzielt werden können.
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Die
Leistungsverzweigungseinrichtung 36 in Form des Planetenraddifferentials
weist ein Eingangsglied 38 auf, das durch das Hohlrad gebildet
ist und mit dem Eingangselement 34 drehfest verbunden ist.
Ein erstes Ausgangsglied 40 des Planetenraddifferentials 36 ist
gebildet durch das Sonnenrad. Ein zweites Ausgangsglied 42 ist
gebildet durch den Planetenträger.
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Das
erste Ausgangsglied 40 ist mit einer in Längsrichtung 13 nach
hinten verlaufenden Längswelle 44 (Kernwelle)
drehfest verbunden, die mit einem ersten Winkeltrieb 46 gekoppelt
ist. Der erste Winkeltrieb 46 ist mit einer hinteren linken
Antriebswelle 48 verbunden, die mit dem Rad HL verbunden ist.
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Das
zweite Ausgangsglied 42 ist über eine Reibkupplung 50 mit
einem zweiten Winkeltrieb 52 verbunden. Der zweite Winkeltrieb 52 ist
mit der hinteren rechten Antriebswelle 54 verbunden, die
mit dem Rad HR verbunden ist.
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Die
Reibkupplung 50 ist als Lamellenkupplung ausgebildet, beispielsweise
als nass laufende Lamellenkupplung. Die Reibkupplung 50 ist
mittels einer geeigneten Aktuatorik (nicht dargestellt) betätigbar.
Diese Aktuatorik ist mittels einer geeigneten elektronischen Steuereinrichtung
(nicht gezeigt) ansteuerbar.
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Die
Reibkupplung 50 weist ein Eingangsglied (hier ein Außenlamellenträger) 60 auf,
das drehfest mit dem zweiten Ausgangsglied 42 verbunden
ist (oder einstückig
hiermit ausgebildet ist).
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Ein
Ausgangsglied (hier Innenlamellenträger) 62 der Reibkupplung 50 ist
mit einer Hohlwelle 64 verbunden, die die Längswelle 44 konzentrisch umgibt.
In Antriebsrichtung von der Vorderachse zur Hinterachse gesehen
ist die Reibkupplung 50 unmittelbar hinter der Leistungsverzweigungseinrichtung 36 in
Form des Planetenradsatzes angeordnet. Ferner ist in Antriebsrichtung
gesehen der Winkeltrieb (hier der zweite Winkeltrieb) 52,
der mit der Hohlwelle 64 verbunden ist, vor dem anderen
Winkeltrieb (hier der erste Winkeltrieb) 46 angeordnet,
der mit der Längswelle
(Kernwelle) 44 verbunden ist.
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Die
Betriebsweise der Achsantriebseinheit 30 ist folgendermaßen. Das
Hohlrad 38 des Planetenraddifferentials 36 wird
ständig
angetrieben. Die Wellen 44, 64 laufen entsprechend
der Drehzahlen der Hinterräder
HL, HR um. Bei offener Reibkupplung 50 kann die auf das
Hohlrad 38 geführte
Leistung auf keines der zwei Ausgangsglieder 40, 42 übertragen werden.
In diesem Fall arbeitet das Kraftfahrzeug 10 nur mit dem
Antrieb der Vorderachse (Vorderräder VL,
VR).
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Sofern
die Reibkupplung 50 geschlossen ist, also Drehmoment überträgt, wirkt
das Planetenraddifferential als Differentialgetriebe, das die auf
das Hohlrad 38 geführte
Leistung zu gleichen Teilen auf die zwei Ausgangsglieder 40, 42 verteilt.
Die Achsantriebseinheit 30 wirkt folglich als Längssperre,
so dass sowohl die Vorderachse als auch die Hinterachse angetrieben
werden, typischerweise im Verhältnis 50:50
%.
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Aufgrund
der elektronischen Ansteuerbarkeit der Reibkupplung sind auch Schlupfzustände der Reibkupplung 50 einstellbar,
so dass die Antriebsleistung in weiten Grenzen zwischen der Vorderachse
und der Hinterachse verteilt werden kann. Es versteht sich, dass
die Steuerelektronik vorzugsweise vorausschauende Eigenschaften
hat, also beispielsweise Lenkeinschlag, Gierrate, Querbeschleunigung etc.
berücksichtigt,
um eine optimale, idealerweise vorausschauende Antriebskraftverteilung
zu erzielen.
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Da
das Planetenraddifferential 36 als Querdifferential für die Hinterachse
wirkt, jedoch im Gegensatz zu herkömmlichen Querdifferentialen
lediglich das über
die Kardanwelle 28 übertragene
Drehmoment überträgt, kann
das Querdifferential 36 deutlich kleiner dimensioniert
werden.
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Gleiches
gilt für
die Reibkupplung 50, die im geschlossenen Zustand lediglich
die Hälfte
des über die
Kardanwelle 28 übertragenen
Drehmomentes übertragen
muss.
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Zwar
sind bei der Achsantriebseinheit 30 zwei Winkeltriebe 46, 52 vorgesehen.
Auch diese übertragen
jedoch jeweils nur das halbe Drehmoment im Vergleich zu einem herkömmlichen
einzelnen Winkeltrieb an einer Hang-on-Achse. Daher können auch
die Winkeltriebe 46, 52 jeweils kleiner dimensioniert
werden. Es ergeben sich insgesamt große Gewichts- und Kostenvorteile.
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Somit
werden bei gleicher Funktionalität durch
Anbringung der Reibkupplung 50 und des Querdifferentials 36 an
der jeweils drehmomentoptimalen Position deren Bauteilgröße, deren
Gewicht und somit Materialkosten minimiert.
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Die
Radsätze
können
dabei jeweils kleiner bzw. schwacher ausgelegt werden, da die Leistung im
Querdifferential 36 geteilt wird und somit jeweils nur
das halbe Drehmoment übertragen
wird.
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Die
in 1 dargestellte Ausführungsform eines Antriebsstranges 12 lässt sich
beispielsweise wie folgt modifizieren. beispielsweise kann eine Achsantriebseinheit 30 auch
an einer Vorderachse vorgesehen sein, wenn beispielsweise der Antriebsmotor 14 an
der Hinterachse angeordnet ist. Es ist jedoch auch denkbar, bei
einer Anordnung des Motors im Bereich der Vorderachse (beispielsweise
im Längseinbau)
oder als Mittelmotor ständig
die Hinterachse anzutreiben und die Vorderachse über eine entsprechende Achsantriebseinheit 30 als Hang-on-Achse
auszubilden.
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Die
Verwendung eines Doppelplanetendifferentials 36 ist wegen
der erzielbaren Drehrichtungen der einzelnen Glieder vorteilhaft,
jedoch nicht notwendig. Auch andere Arten von Differentialen können verwendet
werden.
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Die
Reibkupplung 50 kann, wie gesagt, hydraulisch angesteuert
sein, kann jedoch auch über eine
elektromechanische Aktuatorik angesteuert sein, über eine Kugelrampe oder Ähnliches.
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Ein
Beispiel für
eine abgewandelte Ausführungsform
einer Achsantriebseinheit ist in 2 generell
mit 30' bezeichnet.
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In
dieser Figur, wie auch in den folgenden Figuren, sind die generelle
Funktionsweise und der generelle Aufbau der Achsantriebseinheit
generell identisch zu der in Bezug auf 1 beschriebenen
Ausführungsform.
Gleiche Teile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im
Folgenden werden lediglich die Unterschiede erläutert.
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So
weist die Achsantriebseinheit 30' anstelle eines Planetenraddifferentials 36 ein
Kegelraddifferential 70 auf. Das Kegelraddifferential 70 weist
einen Differentialkorb 72 auf, der das Eingangsglied 38 bildet
und mit dem Eingangselement 34 verbunden ist.
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Ausgleichskegelräder 74 sind über Bolzenabschnitte 76 mit
dem Differentialkorb 72 drehbar und axial fixiert verbunden,
wobei der Differentialkorb 72 um eine Achse parallel zur
Längsachse 13 drehbar
ist. Die Bolzenabschnitte 76 sind drehfest mit dem Differentialkorb 72 verbunden.
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Das
Kegelraddifferential 70 weist keinen durch die Achse durchgehenden
Bolzen auf, sondern Bolzenabschnitte 76, die die Ausgleichskegelräder 74 tragen.
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Ein
erstes, in Antriebsrichtung vorne angeordnetes Ausgangskegelrad 78 ist
mit der Längswelle 44 verbunden.
Ein zweites Ausgangskegelrad 80 bildet das zweite Ausgangsglied 42 und
ist mit dem Außenlamellenträger 60 verbunden.
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Der übrige Aufbau
der Achsantriebseinheit 30' ist
identisch zu der Achsantriebseinheit 30 der 1.
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In
den 3 bis 5 ist jeweils in schematischer
Form dargestellt, wie eine Quersperrkupplung 84 in die
Achsantriebseinheit 30 integriert werden kann.
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3 zeigt
eine Achsantriebseinheit 30, bei der eine Quersperrkupplung 84 zwischen
dem Eingangsglied 38 und dem ersten Ausgangsglied 40 des Planetenraddifferentials 36 angeschlossen
ist.
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Die
in 4 gezeigte Achsantriebseinheit 30 weist
eine Quersperrkupplung 84 auf, die zwischen dem Eingangsglied 38 und
dem zweiten Ausgangsglied 42 des Planetenraddifferentials 36 angeschlossen
ist.
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Bei
der Achsantriebseinheit 30IV ist
eine Quersperrkupplung 84 zwischen den zwei Ausgangsgliedern 40, 42 angeschlossen.
Diese Ausführungsform
wird als besonders bevorzugt angesehen.
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Es
versteht sich, dass die Quersperrkupplung 84 in allen drei
dargestellten Fällen
genauso wie die Reibkupplung 50 eine aktuatorisch betätigte und mittels
einer elektronischen Steuereinrichtung ansteuerbare Reibkupplung,
beispielsweise in Form einer nass laufenden Lamellenkupplung, sein
kann. Die Aktuatorik für
die Reibkupplung 50 und die Quersperrkupplung 84 kann
gegebenenfalls in eine bauliche Einheit integriert werden.
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Durch
die Quersperrkupplung 84 kann die Differentialwirkung des
Planetenraddifferentials 36 aufgehoben werden, so dass
die Räder
der gesperrten Achse im Wesentlichen drehfest miteinander verbunden
sind.
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6 zeigt
eine erste konstruktive Lösung einer
Achsantriebseinheit 30 gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Im
eingangsseitigen Bereich des Gehäuses 32 ist
eine Eingangswelle 34 mittels einer Lageranordnung 90 axial
fixiert und drehbar gelagert. Die Eingangswelle 34 ist
einteilig mit dem Hohlrad 38 des Planetenraddifferentials
(Doppelplanetendifferential) verbunden.
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Die
Längswelle 44,
die mit dem Sonnenrad 40 verbunden ist, ist mittels eines
ersten Längswellenlagers 92 und
eines zweiten Längswellenlagers 94 drehbar
gelagert. Das erste Längswellenlager 92 ist
dabei an einem Steg des Hohlrades 38 festgelegt, so dass
die Längswelle 44 in
diesem Bereich relativ zur Eingangswelle 34 gelagert ist.
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Das
zweite Längswellenlager 94 stützt sich am
Gehäuse 32 ab.
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In
Antriebsrichtung gesehen unmittelbar hinter dem Planetenraddifferential 36 ist
die Reibkupplung 50 angeordnet. Der Planetenträger 42 (zweites Ausgangsglied)
ist drehfest mit dem Außenlamellenträger 60 der
Reibkupplung 50 verbunden.
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Der
Innenlamellenträger 62 ist
als Hohlwellenabschnitt ausgeführt,
der über
geeignete Lager drehbar auf der Längswelle 44 gelagert
ist.
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Ein
hydraulischer Aktuator 96 ist in Antriebsrichtung gesehen
hinter der Reibkupplung 50 am Gehäuse 32 festgelegt
und dient dazu, die Reibkupplung 50 mit Hydraulikdruck
zu beaufschlagen. Genauer gesagt wirkt bei Druckbeaufschlagung eines Kolbens
im Aktuator 96 in der Regel eine Anpresskraft auf ein Lamellenpaket
der Reibkupplung 50, wodurch die reibschlüssige Übertragung
von Drehmoment ermöglicht
wird.
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Der
Außenlamellenträger 60 ist
entgegen der Antriebsrichtung über
ein nicht näher
bezeichnetes Axiallager abgestützt,
das auf einer ebenfalls nicht näher
bezeichneten Druckscheibe abrollt, die über einen Sprengring am Getriebegehäuse 32 axial fixiert
ist. In Antriebsrichtung ist der Außenlamellenträger 60 über einen
nicht näher
bezeichneten Druckkolben des Aktuators 96 sowie eine nicht
näher bezeichnete
Baugruppe des Aktuators 96 abgestützt, die aus einem Axiallager,
einer Z-Scheibe und einer Wellfeder besteht.
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Die
Wellfeder sorgt dafür,
dass bei nachlassendem Hydraulikdruck die Lamellenkupplung wieder
geöffnet
wird.
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In
Antriebsrichtung gesehen hinter dem Aktuator 96 ist an
dem Innenlamellenträger 62 ein Zahnrad 98 festgelegt.
Das Zahnrad 98 steht in Eingriff mit einem Zahnrad 100,
das an einer Zwischenwelle 102 festgelegt oder einstückig hiermit
ausgebildet ist.
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Die
Zwischenwelle 102 ist parallel zu der Längswelle 44 an dem
Gehäuse 32 bzw.
dem Zwischengehäuse 115 drehbar
gelagert.
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An
der Zwischenwelle 102 ist ein weiteres Zahnrad 108 festgelegt.
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Auf
gleicher axialer Höhe
ist an der Längswelle 44 ein
Zahnrad 104 festgelegt, das Teil des ersten Winkeltriebs 46 bildet,
der vorliegend als Kronenradwinkeltrieb ausgebildet ist.
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Der
Winkeltrieb 46 beinhaltet demzufolge auch ein Kronenrad 106,
das um eine Achse quer zur Längsachse 13 an
dem Gehäuse 32 drehbar
gelagert ist.
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In
entsprechender Weise ist an der Zwischenwelle 102 das Zahnrad 108 festgelegt,
das mit einem Kronenrad 110 in Eingriff steht, wobei das Zahnrad 108 und
das Kronenrad 110 den zweiten Winkeltrieb 52 bilden.
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Die
zwei Kronenräder 106, 110 sind
Rücken an
Rücken
angeordnet, wobei zwischen ihnen ein Axiallager (beispielsweise
ein Axialnadellager) 112 angeordnet ist, so dass in die
Kronenräder 106, 110 eingeleitete
Axialkräfte
sich geeignet abstützen
können.
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Bei
dieser Anordnung ist zur Drehlagerung der Kronenräder 106, 110 jeweils
nur ein Radiallager notwendig.
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Das
Gehäuse 32 ist
aus einem ersten Gehäuseteil 114 und
wenigstens einem zweiten Gehäuseteil 116 aufgebaut,
deren Trennebene etwa quer zur Längsachse 13 verläuft. Das
erste Gehäuseteil 114 ist
in Antriebsrichtung gesehen vorne angeordnet, wobei die Eingangswelle 34 an
dem ersten Gehäuseteil 114 gelagert
ist.
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Zwischen
dem ersten Gehäuseteil 114 und dem
zweiten Gehäuseteil 116 ist
ein Zwischengehäuse 115 festgelegt,
an dem beispielsweise der Aktuator 96 und ein Lager zum
Lagern der Zwischenwelle 102 festgelegt sein können.
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Das
zweite Gehäuseteil 116 ist
im vorliegenden Fall zweiteilig aus einem Teil 116a und
einem Teil 116b aufgebaut, deren Trennebene etwa parallel
zur Längsachse 13 verläuft. Die
Teile 116a, 116b des zweiten Gehäuseteils 116 schließen die
zwei Kronenräder 106, 110 in
Querrichtung gesehen zwischen sich ein.
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An
dem Teil 116a sind das Lager 94 sowie das Lager
für das
Kronenrad 106 festgelegt und an dem Teil 116b ein
zweites Lager für
die Zwischenwelle 102 sowie das Lager für das Kronenrad 110.
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Die
Kronenräder 106, 110 sind über eine
geeignete Verzahnung drehfest mit den Antriebswellen 48, 54 verbunden.
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Die Übersetzung
der Winkeltriebe 46, 52 ist im vorliegenden Fall
jeweils größer als
2.
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In 7 ist
eine weitere Konstruktion einer Ausführungsform einer Achsantriebseinheit 30 dargestellt.
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Die
Achsantriebseinheit 30 der 7 entspricht
weitgehend der Achsantriebseinheit 30 der 6,
so dass im Folgenden lediglich auf Unterschiede eingegangen wird.
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So
ist die Längswelle 44 in
axialer Richtung länger
ausgebildet und trägt
an ihrem in Antriebsrichtung hinteren Ende das Zahnrad 104,
das mit dem Kronenrad 106 in Eingriff steht. Dabei sind
die Kronenräder 106, 110 auf
gegenüberliegenden
Seiten der Welle 44 angeordnet und weisen mit ihren Verzahnungen
aufeinander zu.
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Die
Kronenräder 106, 110 sind
dabei in Längsrichtung
versetzt gegeneinander angeordnet, so dass ihre Drehachsen in Längsrichtung
gegeneinander versetzt sind, beispielsweise um einen Betrag < 20 mm, insbesondere < 15 mm.
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Genauer
gesagt ist der axiale Versatz im Wesentlichen bestimmt durch die
Breite der Zahnräder 108, 104,
die koaxial zueinander ausgerichtet sind.
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Die
Achsantriebseinheit 30 der 7 benötigt aufgrund
dieser Anordnung keine Zwischenwelle 102 und kann folglich
in radialer Richtung deutlich kompakter ausgebildet werden.
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Die
Kronenräder 106, 110 sind
dabei jeweils etwas aufwändiger
zu lagern, beispielsweise dargestellt jeweils durch eine Doppelkugellageranordnung, die
auch Axialkräfte
aufnehmen kann.
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8 zeigt
in schematischer Form eine alternative Ausführungsform eines Achsantriebsstranges 30a.
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Bei
dem Achsantriebsstrang 30a ist das Eingangselement 34 mit
einer Leistungsverzweigungseinrichtung 36a verbunden, die
ein Eingangsglied 38a fest, d.h. nicht variabel, mit zwei
Ausgangsgliedern 40a, 42a verbindet. Zu diesem
Zweck kann die Leistungsverzweigungseinrichtung 36a einen
Radsatz 118 aufweisen, damit die zwei Ausgangsglieder 40a, 42a parallel
zueinander verlaufen können.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
können
diese Ausgangsglieder 40a, 42a auch koaxial zueinander
angeordnet sein.
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Jedenfalls
ist jedes der Ausgangsglieder 40a, 42a über eine
jeweilige Reibkupplung 120 bzw. 122 mit dem zugeordneten
Winkeltrieb 46a bzw. 52a verbunden.
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Die
zwei Reibkupplungen 120, 122 sind ebenfalls beispielsweise
als Lamellenkupplungen, z.B. als nass laufende Lamellenkupplungen,
ausgeführt,
die mit einer beliebigen Aktuatorik angesteuert werden können, auf
jeden Fall jedoch elektronisch gesteuert.
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Dabei
ist besonders vorteilhaft, wenn die zwei Reibkupplungen 120, 122 unabhängig voneinander
angesteuert werden können,
so dass Antriebsmoment beliebig zu dem linken oder dem rechten Rad
der zugeordneten Achse verteilt werden kann. Die Achsantriebseinheit 30a ist
folglich als "Active yaw"-Einheit ausgebildet.
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9 zeigt
einen Doppelplanetenradsatz 36, der einen Planetenträger 42 aufweist,
an dem erste Planeten 130, die mit dem Hohlrad 38 kämmen, und
zweite Planeten 132 vorgesehen sind, die mit den ersten
Planeten 130 und dem Sonnenrad 40 kämmen. Die
jeweiligen Drehrichtungen sind durch Pfeile dargestellt.