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Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Differentialeinheit, einer extern steuerbaren Zuschaltkupplung zum antriebsmäßigen Verbinden der Differentialeinheit mit einer Antriebswelle, einer extern steuerbaren Sperrkupplung zum Sperren der Differentialeinheit, einer ersten hydraulischen Betätigungseinheit zum Schließen der Zuschaltkupplung und einer zweiten hydraulischen Betätigungseinheit zum Betätigen der Sperrkupplung.
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Generell werden Antriebssysteme unterschieden, bei denen mehrere Antriebsachsen des Kraftfahrzeugs permanent angetrieben werden, und solche, bei denen eine erste Antriebsachse permanent angetrieben wird und eine zweite Antriebsachse bei Bedarf zugeschaltet werden kann. Derartige Antriebssysteme mit bedarfsweise zuschaltbarer Antriebsachse werden auch als „Hang-on” oder „On-demand”-Systeme bezeichnet.
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Aus der
EP 0 466 863 B1 ist eine Vorrichtung zum Zuschalten eines Antriebsstrangs in einem Kraftfahrzeug mit einem Verteilergetriebe für mehrere Antriebsstränge bekannt. Einer der Antriebsstränge ist ständig mit einer Antriebseinheit verbunden und ein weiterer Antriebsstrang ist zuschaltbar mit der Antriebseinheit verbindbar. Zum Zuschalten des Antriebsstrangs ist eine elektronisch betätigbare Reibungskupplung vorgesehen, die in einem Verteilergetriebe oder in einem Differentialgetriebe angeordnet sein kann.
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Aus der
DE 10 2008 037 885 A1 ist eine Antriebsanordnung mit einer Zuschaltkupplung und einer Differentialeinheit für ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug bekannt. Die Zuschaltkupplung ist in Form einer Reiblamellenkupplung gestaltet, die koaxial zur Drehachse des Differentialträgers der Differentialeinheit angeordnet ist.
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Aus der
DE 39 13 487 A1 ist ein allradgetriebener Schlepper bekannt, dessen Vorderachsdifferential und Hinterachsdifferential im Gelände permanent angetrieben werden. Um bei Kurvenfahrt Verspannungen zwischen der Vorder- und der Hinterachse zu verhindern, ist zwischen dem Tellerrad des Hinterachsdifferentials und dem Differentialkorb eine Kupplung vorgesehen. Die Kupplung wird über einen Betätigungszylinder gelüftet und ist so in einen Schlupfzustand steuerbar. In drucklosem Zustand des Betätigungszylinders beaufschlagt eine Tellerfeder die Kupplung, so daß Drehmoment von der Vorderachse in starrem Durchtrieb auf die Hinterachse übertragen wird.
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Aus der
DE 42 02 026 A1 ist eine Antriebsanordnung zur Steuerung und Verteilung der Antriebskraft für ein Fahrzeug bekannt, das zwei angetriebene Achsen aufweist. Die Antriebsanordnung umfaßt eine Hinterachsdifferentialsperre, die über ein erstes Ventil angesteuert wird, eine Vorderachsdifferentialsperre, die über ein zweites Ventil angesteuert wird, und eine Zwischendifferentialsperre, die über ein drittes Ventil angesteuert wird. Bei den Ventilen handelt es sich um elektro-hydraulische Ventile, die ihren Hydraulikdruck von einer Pumpe erhalten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung vorzuschlagen, die ein Zuschalten eines sekundären Antriebsstranges sowie das Sperren eines Differentials ermöglicht, wobei die Antriebsanordnung einen kompakten Aufbau und ein geringes Gewicht aufweisen soll und einfach in ein Antriebskonzept integrierbar sein soll.
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Die Lösung besteht in einer Antriebsanordnung für ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend eine Differentialeinheit mit einem Eingangsteil, das um eine Drehachse A drehend antreibbar ist, und zwei mit dem Eingangsteil antriebsverbundenen Ausgangsteilen, wobei die beiden Ausgangsteile untereinander eine ausgleichende Wirkung haben; eine extern steuerbare Zuschaltkupplung zum antriebsmäßigen Verbinden der Differentialeinheit mit einer Antriebswelle; eine extern steuerbare Sperrkupplung zum Sperren der Ausgleichsbewegung zwischen beiden Ausgangsteilen der Differentialeinheit; eine erste hydraulische Betätigungseinheit zum Schließen der Zuschaltkupplung durch Druckbeaufschlagung; und eine zweite hydraulische Betätigungseinheit zum Betätigen der Sperrkupplung; wobei die erste hydraulische Betätigungseinheit, die Zuschaltkupplung, die zweite hydraulische Betätigungseinheit und die Sperrkupplung koaxial zur Drehachse A angeordnet sind, und wobei eine hydraulische Pumpe vorgesehen, welche sowohl mit der ersten hydraulischen Betätigungseinheit als auch mit der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit zur Druckerzeugung hydraulisch verbunden ist.
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Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung hat den Vorteil, daß sie zwei Funktionalitäten ermöglicht, nämlich das Zuschalten eines sekundären Antriebsstrangs als auch das Sperren der Ausgleichsbewegung der Differentialeinheit, und dabei kompakt aufgebaut ist. Die Betätigung der ersten hydraulischen Betätigungseinheit und der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit kann mittels einer einzigen Pumpe bewerkstelligt werden, wobei in einer einfachsten Ausführung die Höhe des hydraulischen Drucks und damit der Sperrgrad der Kupplungen durch die Pumpenleistung eingestellt wird. Dadurch, daß die Zuschaltkupplung und die Sperrkupplung sowie die entsprechenden hydraulischen Betätigungseinheiten koaxial zueinander bzw. zur Drehachse der Differentialeinheit angeordnet sind, wird ein modularer Aufbau erreicht, der eine einfache Integration in bestehende Bauraumkonzepte ermöglicht. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung besteht darin, daß der Winkeltrieb, mit dem Drehmoment von der Längsantriebswelle in die Antriebsanordnung eingeleitet wird, bei geöffneter Zuschaltkupplung stillsteht. Auf diese Weise lassen sich Planschverluste, welche durch Drehung des Tellerrads um die Drehachse entstehen, sowie Reibungsverluste in den Lagern des Tellerrads und des Antriebsritzels, insbesondere aufgrund der Vorspannung, reduzieren. Dies wirkt sich wiederum günstig auf den Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs aus.
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Dadurch, daß genau eine hydraulische Pumpe vorgesehen, welche sowohl mit der ersten hydraulischen Betätigungseinheit als auch mit der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit zur Druckerzeugung hydraulisch verbunden ist, wird die Teilezahl der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung gering gehalten, was sich günstig auf das Bauvolumen und damit das Gewicht auswirkt. Die Pumpe kann prinzipiell beliebig gestaltet sein, beispielsweise in Form einer Gerotorpumpe oder Flügelzellenpumpe. Vorzugsweise wird die Pumpe mittels eines Elektromotors angetrieben, der wiederum von einer elektronischen Regeleinheit zur Regelung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs angesteuert wird. Die Höhe des hydraulischen Drucks ist dabei durch die Drehzahl des Elektromotors variabel einstellbar, das heißt das auf die Antriebsachse zu übertragende Drehmoment wird von der elektronischen Regeleinheit in Abhängigkeit vom Fahrzustand ermittelt, und der Elektromotor entsprechend angesteuert, um die Zuschaltkupplung bzw. die Sperrkupplung bedarfsgerecht zu betätigen. Durch entsprechende Leistungsabgabe des Elektromotors kann die Zuschaltkupplung und gegebenenfalls die Sperrkupplung zwischen einer Offenstellung, in der kein Drehmoment vom Kupplungseingangsteil auf das Kupplungsausgangsteil übertragen wird, und einer Schließstellung, in der die Kupplung vollständig geschlossen ist und das Eingangsteil gemeinsam mit dem Ausgangsteil rotiert, gesteuert werden. Für eine hohe Stellgenauigkeit ist es vorteilhaft, wenn ein Drucksensor im Hydrauliksystem vorgesehen ist, der entsprechende Daten and die elektronische Regeleinheit weitergibt.
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Nach einer ersten Ausführungsform ist in der Hydraulikanordnung ein Schaltventil vorgesehen, das zum Zuschalten der Sperrkupplung über die entsprechende hydraulische Betätigungseinheit dient. Das Sperrventil ist in einem Verbindungskanal zwischen der Pumpe und der hydraulischen Betätigungseinheit angeordnet, und ist zwischen einer Offenstellung, in der hydraulischer Druck auf die zweite hydraulische Betätigungseinheit übertragen wird, und einer Schließstellung, in der die hydraulische Druckzufuhr unterbrochen ist, schaltbar. In der Schließstellung wird lediglich hydraulischer Druck auf die erste hydraulische Betätigungseinheit zum Betätigen der Zuschaltkupplung übertragen, während die zweite hydraulische Betätigungseinheit nicht beaufschlagt wird und die Schaltkupplung geöffnet ist. Die Differentialeinheit funktioniert in dieser Schaltstellung als offenes Differential, das heißt es wird keine Sperrung zwischen den Ausgangsteilen erzeugt. Demgegenüber wird in der Offenstellung des Schaltventils hydraulischer Druck sowohl auf die erste Betätigungseinheit für die Zuschaltkupplung als auch auf die zweite Betätigungseinheit für die Sperrkupplung übertragen, so daß Drehmoment von der primären Antriebsachse auf die sekundäre Antriebsachse übertragen wird und die Differentialeinheit gesperrt wird.
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Der ersten hydraulischen Betätigungseinheit und der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit werden bei dieser Ausführungsform derselbe hydraulische Druck zugeführt. Dabei stehen das erzeugbare Kupplungsmoment der Zuschaltkupplung und das erzeugbare Kupplungsmoment der Sperrkupplung in einem festen Verhältnis zueinander. Dieses Verhältnis wird im wesentlichen durch das Verhältnis der Kolbenflächen der beiden hydraulischen Betätigungseinheiten zueinander sowie die Geometrie und Anzahl der Kupplungslamellen der beiden Kupplungen beeinflußt. Durch entsprechendes Ansteuern der Pumpe wird das zu übertragende Drehmoment der Zuschaltkupplung in Abhängigkeit von dem Fahrzustand des Kraftfahrzeugs bedarfsgerecht geregelt. Ist zusätzlich eine Sperrfunktion der Differentialeinheit gewünscht, wird das Schaltventil entsprechend in die Offenstellung überführt.
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Nach einer zweiten Ausführungsform ist zum Zuschalten der Sperrkupplung mittels der entsprechenden hydraulischen Betätigungseinheit ein Proportionalventil vorgesehen. Das Proportionalventil, das vorzugsweise in einem Verbindungskanal zwischen der Pumpe und der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit angeordnet ist, ist zwischen einer Offenstellung, in der hydraulischer Druck auf die zweite hydraulische Betätigungseinheit übertragen wird, und einer Schließstellung, in der die hydraulische Druckzufuhr unterbrochen ist, variabel einstellbar.
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Durch diese Ausgestaltung kann sowohl das von der Zuschaltkupplung übertragene Drehmoment variabel eingestellt werden, und zwar durch entsprechendes Ansteuern der Pumpe, als auch das von der Sperrkupplung zu übertragende Drehmoment, und zwar durch entsprechendes Ansteuern des Proportionalventils. Dies ermöglicht eine bedarfsgerechte Drehmomentverteilung auf die zuschaltbare Antriebsachse bzw. die einzelnen Räder der Antriebsachse, so daß die Fahrstabilität und Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs auch bei sich ändernden Betriebssituationen stets gewährleistet ist. Ist die Sperrenfunktion erforderlich, so wird das Proportionalventil entsprechend verstellt, so daß die Sperrkupplung von der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit entsprechend beaufschlagt wird. Durch Komprimierung der Sperrkupplung wird das Trägerelement der Differentialeinheit, auch Differentialträger oder Differentialkorb genannt, mit einem Seitenwellenrad reibschlüssig verbunden. Auf diese Weise wird die Ausgleichswirkung der Seitenwellenräder unterbunden, d. h. die Differentialeinheit wird gesperrt.
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Nach einer dritten Ausführungsform umfaßt die Hydraulikanordnung ein erstes Proportionalventil, mit dem die erste hydraulische Betätigungseinheit für die Zuschaltkupplung variabel steuerbar ist, sowie ein zweites Proportionalventil, mit dem die zweite hydraulische Betätigungseinheit für die Sperrkupplung variabel steuerbar ist. Variabel steuerbar heißt in diesem Zusammenhang, daß das jeweilige Proportionalventil jede Zwischenstellung zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung einnehmen kann, so daß auch das jeweils zu übertragende Drehmoment genau nach Bedarf eingestellt werden kann.
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Durch diese Ausgestaltung können sowohl das von der Zuschaltkupplung übertragene Drehmoment als auch das von der Sperrkupplung zu übertragende Drehmoment durch entsprechendes Ansteuern des jeweils zugehörigen Proportionalventils eingestellt werden. Eine Steuerung durch Variieren der Pumpenleistung ist hier nicht erforderlich. Zuschaltkupplung und Sperrkupplung lassen sich vollständig unabhängig voneinander schalten, was ein höchstes Maß an Flexibilität für die Regelung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs ermöglicht. Insbesondere ist mit dieser Ausführungsform auch eine Steuerung dergestalt möglich, daß bei offener Zuschaltkupplung die Sperrkupplung geschlossen wird. Auf diese Weise wird die sekundäre Antriebsachse gesperrt, was eine fahrstabilisierende Wirkung bei Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs hat.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung, die für alle der obengenannten Ausführungsformen gilt, ist ein weiteres Schaltventil in einem Verbindungskanal zwischen der Pumpe und einem Drucksensor angeordnet, das zwischen einer Offenstellung, in der hydraulischer Druck auf die erste Betätigungseinheit übertragen wird, und einer Schließstellung, in der die hydraulische Druckzufuhr unterbrochen ist, schaltbar ist. Dieses Schaltventil ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Reduktion des Energieverbrauchs der Pumpe, insbesondere bei längerer Aktuierungsdauer. In der Schießstellung wird die hydraulische Leitung geschlossen, so daß der hydraulische Druck im Leitungssytem auch ohne laufende Pumpe aufrechterhalten wird. Die Pumpe kann abgeschaltet werden, was sich günstig auf den Energieverbrauch auswirkt. In der Offenstellung des Schaltventils wird die Pumpe wieder mit dem Hydrauliksystem verbunden und erzeugt einen hydraulischen Druck zum Beaufschlagen der ersten bzw. der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit.
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Die Zuschaltkupplung ist vorzugsweise zwischen der Antriebswelle und dem Eingangsteil der Differentialeinheit wirksam angeordnet und die Sperrkupplung ist vorzugsweise zwischen dem Eingangsteil und einem der Ausgangsteile der Differentialeinheit wirksam angeordnet. Für einen kompakten Aufbau ist es günstig, wenn die Sperrkupplung und die Zuschaltkupplung in Bezug auf eine Mittelebene der Differentialeinheit, welche durch die Radialachsen der Differentialräder aufgespannt wird, auf einer gemeinsamen Seite angeordnet sind. Weiter ist es hinsichtlich des Bauraums (Packaging) und für eine gute Krafteinleitung von Vorteil, wenn die erste hydraulische Betätigungseinheit und die zweite hydraulische Betätigungseinheit axial zwischen der Sperrkupplung und der Zuschaltkupplung angeordnet sind. Die Anschlüsse für die erste bzw. zweite hydraulische Betätigungseinheit sind damit nah beieinander, so daß sich kurze Leitungswege ergeben.
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Die Zuschaltkupplung und die Sperrkupplung werden nach dem zu übertragenden Drehmoment ausgelegt, wobei ein kompakter Bauraum erreicht wird, wenn die Sperrkupplung und die Zuschaltkupplung etwa denselben wirksamen Reibradius aufweisen. Es ist vorgesehen, daß die Zuschaltkupplung von der ersten hydraulischen Betätigungseinheit über eine erste Druckplatte beaufschlagbar ist und, daß die Sperrkupplung von der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit über eine zweite Druckplatte beaufschlagbar ist, wobei die erste und zweite Druckplatte bei Betätigung voneinander weg beaufschlagt werden. Die Zuschaltkupplung und die Sperrkupplung sind vorzugsweise in einem Gehäuse aufgenommen, das aus mehreren Gehäuseteilen zusammengesetzt sein kann, und gegenüber diesem axial abgestützt. Hierdurch wird eine gute Abstützung der Axialkräfte und Einleitung in das Gehäuse bei Betätigung der Zuschaltkupplung bzw. der Sperrkupplung erreicht.
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Vorzugsweise sind die erste hydraulische Betätigungseinheit und die zweite hydraulische Betätigungseinheit jeweils in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit gestaltet. Ein besonders günstiger Aufbau im Sinne eines Gleichteilekonzepts wird dadurch erreicht, daß die Kolben-Zylinder-Einheiten gleich gestaltet sind. Die Kolben sind vorzugsweise als Ringkolben gestaltet und koaxial zur Drehachse A angeordnet.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Zuschaltkupplung in Form einer Reiblamellenkupplung gestaltet, wobei ein erster Lamellenträger der Zuschaltkupplung zumindest mittelbar mit der Antriebswelle drehfest verbunden ist und wobei ein zweiter Lamellenträger der Zuschaltkupplung zumindest mittelbar mit dem Eingangsteil der Differentialeinheit drehfest verbunden ist. Die Ausgestaltung der Zuschaltkupplung als Reiblamellenkupplung hat den Vorteil, daß das zu übertragende Drehmoment durch entsprechendes Ansteuern der ersten hydraulischen Betätigungseinheit bedarfsweise variabel eingestellt werden kann. Dabei kann mittels der Reiblamellenkupplung jede beliebige Zwischenstellung zwischen einer Offenstellung, bei der kein Drehmoment zwischen dem Kupplungseingangsteil und dem Kupplungsausgangsteil übertragen wird, und einer Schließstellung, bei der die Kupplungsteile vollständig geschlossen sind und gemeinsam um die Drehachse umlaufen, realisiert werden.
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Vorzugsweise ist auch die Sperrkupplung in Form einer Reiblamellenkupplung gestaltet ist, wobei ein erster Lamellenträger der Sperrkupplung zumindest mittelbar mit dem Differentialträger der Differentialeinheit drehfest verbunden ist und wobei ein zweiter Lamellenträger der Sperrkupplung zumindest mittelbar mit einem Seitenwellenrad der Differentialeinheit verbunden ist.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Es zeigt
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1 eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung mit Hydraulikanordnung in einer ersten Ausführungsform im Längshalbschnitt;
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2 eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung mit Hydraulikanordnung in einer zweiten Ausführungsform im Längshalbschnitt; und
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3 eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung mit Hydraulikanordnung in einer dritten Ausführungsform im Längshalbschnitt.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung 2 in einer ersten Ausführungsform. Die Antriebsanordnung 2 umfaßt eine Differentialeinheit 3, eine Zuschaltkupplung 4, welche die im Drehmomentfluß dahinter liegende Antriebsachse bei Bedarf Zuschalten kann, eine Sperrkupplung 5 zum Bedarfsweisen Sperren der Ausgleichsbewegung der Differentialeinheit 3 sowie eine erste Betätigungseinheit 6 zum Betätigen der Zuschaltkupplung 4 und eine zweite Betätigungseinheit 21 zum Betätigen der Sperrkupplung 5.
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Die Antriebsanordnung umfaßt ein Tellerrad 7, über das mittels eines hier nicht dargestellten Ritzels Drehmoment in die Antriebsanordnung 2 eingeleitet werden kann. Das Tellerrad 7 ist fest mit einem Flansch einer Antriebswelle 8, die als Hohlwelle gestaltet ist, und über Lagermittel 9, 9' um eine Drehachse A in dem Gehäuse 10 der Antriebsanordnung 2 drehbar gelagert. Die Hohlwelle 8 hat an ihrem der Differentialeinheit 3 zugewandten Ende eine Längsverzahnung 11, in die eine entsprechend gegengleiche Längsverzahnung eines ersten Kupplungsteils 12 der Zuschaltkupplung 4 zur Drehmomentübertragung eingreift. Das erste Kupplungsteil 12 ist in Form eines Kupplungskorbes gestaltet, der koaxial zur Drehachse A angeordnet ist und innerhalb dessen die Differentialeinheit 3 angeordnet ist. Es ist ersichtlich, daß die Zuschaltkupplung 4 in Form einer Reiblamellenkupplung gestaltet ist. Diese umfaßt einen Außenlamellenträger, mit dem Außenlamellen axial beweglich und drehfest verbunden sind, sowie einen Innenlamellenträger, mit dem Innenlamellen drehfest und axial beweglich verbunden sind. Die Außenlamellen und Innenlamellen sind axial abwechselnd angeordnet und bilden gemeinsam das Lamellenpaket 14 der Zuschaltkupplung 4. Der Innenlamellenträger bildet das zweite Kupplungsteil 13 der Zuschaltkupplung 4, welches auch als Kupplungsausgangsteil bezeichnet werden kann.
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Das zweite Kupplungsteil 13 ist fest mit einem Differentialträger 15 der Differentialeinheit 3 verbunden und vorzugsweise einteilig mit diesem gestaltet. In dem Differentialträger 15, welcher auch als Differentialkorb bezeichnet werden kann, sind Differentialräder 16 auf Zapfen 17 drehbar gelagert und rotieren gemeinsam mit dem Differentialträger 15 um die Drehachse A. Die Differentialräder 16 kämmen mit Seitenwellenrädern 18, 18', welche koaxial zur Drehachse A angeordnet sind und über Anlaufscheiben axial gegenüber dem Differentialträger 15 abgestützt sind. Die Seitenwellenräder 18, 18' haben jeweils eine Bohrung mit einer Längsverzahnung, in die eine zugehörige Seitenwelle 19, 19', von den vorliegend nur die rechte Seitewelle 19 dargestellt ist, zur Drehmomentübertragung eingesteckt sind. Der Differentialträger 15 umfaßt ein erstes Korbteil 22, daß mittels Lagermitteln 23 gegenüber der Hohlwelle 8 um die Drehachse A drehbar gelagert ist sowie ein hiermit fest verbundenes zweites Korbteil 24, das an dem gegenüberliegenden Ende auf der Seitenwelle 19 drehbar gelagert ist, und einen Hülsenansatz 25 aufweist. Mittels des Hülsenansatzes 25 ist der Differentialträger 15 mit dem Eingangsteil der Sperrkupplung 5 drehfest verbunden.
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Die erste hydraulische Betätigungseinheit 6 ist in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit gestaltet und umfaßt einen Ringkolben 26, der in einem ringförmigen Zylinder 27 axial beweglich einsitzt. Der Ringkolben 26 und der ringförmige Zylinder 27 sind koaxial zur Drehachse A bzw. koaxial zur Zuschaltkupplung 4 angeordnet. Der Ringkolben 26 ist gegenüber der äußeren Wandung und der inneren Wandung des Zylinders mittels Ringdichtungen 28, 29 abgedichtet. Der Ringkolben 26 begrenzt eine vorzugsweise ringförmige Hydraulikkammer 30, das heißt bei Erzeugen eines hydraulischen Drucks in der Hydraulikkammer 30 wird der Ringkolben 26 axial in Richtung Zuschaltkupplung 4 beaufschlagt. Dies führt zum Komprimieren des Lamellenpaketes 14 der Zuschaltkupplung 4 und damit zum antriebsmäßigen Verbinden der sekundäre Antriebsachse an die Längsantriebswelle. Die Hydraulikkammer 30 ist über einen Kanal mit einem Anschluß 31 verbunden, der zum Verbinden mit einer Leitung 53 der Hydraulikanordnung 50 dient.
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Der Ringkolben 26 hat an seiner der Hydraulikkammer 30 entgegengesetzt gerichteten Stirnseite eine Ausnehmung, in der ein Axiallager 33 angeordnet ist. Der Ringkolben 26 ist über das Axiallager 33 gegenüber einer Druckplatte 34 axial abgestützt. Durch axiales Verschieben des Ringkolbens 26 wird entsprechend auch die Druckplatte 34 axial verschoben, welche das Lamellenpaket 14 axial beaufschlagt. Auf diese Weise wird Drehmoment vom ersten Kupplungsteil 12 auf den Differentialträger 15 übertragen. In vollständig geöffnetem Zustand der Zuschaltkupplung 4 findet überhaupt keine Drehmomentübertragung statt, so daß das erste Kupplungsteil 12 samt Hohlwelle 8 und Tellerrad 7 stillsteht, während in vollständig geschlossenem Zustand der Zuschaltkupplung 4 Drehmoment vom Tellerrad 7 auf die Seitenwellen 19, 19' übertragen wird. Zur Abstützung der Axialkräfte, die beim Betätigen der Zuschaltkupplung 4 entstehen ist ein Axiallager 37 vorgesehen, das axial zwischen einer Anlauffläche des Gehäuses 10 und einer Stützfläche des ersten Kupplungsteils 12 angeordnet ist. Zwischen der Druckplatte 34 und dem zweiten Kupplungsteil 24 ist eine Rückstellfeder 35 angeordnet, welche in unbetätigten Zustand der Betätigungseinheit 6 die Druckplatte 34 wieder zurückstellt, das heißt in Richtung Hydraulikkammer 30 axial beaufschlagt. Die Rückstellfeder 35 ist vorliegend in Form einer Tellerfeder gestaltet; wobei auch andere Formen denkbar sind, beispielsweise Schraubenfedern.
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Die Sperrkupplung 5 umfaßt ein erstes Kupplungsteil 42, das über eine Längsverzahnung 43 mit dem Differentialträger 15 drehfest verbunden ist, sowie ein zweites Kupplungsteil 44, das über eine Längsverzahnung 46 mit der Seitenwelle 19 drehfest verbunden ist. Es ist ersichtlich, daß die Sperrkupplung 5 in Form einer Reiblamellenkupplung gestaltet ist, wobei das erste Kupplungsteil 42 einen Innenlamellenträger umfaßt, mit dem Innenlamellen drehfest und axial verschieblich verbunden sind, und das zweite Kupplungsteil 44 einen Außenlamellenträger, mit dem Außenlamellen drehfest und axial verschieblich verbunden sind. Die Außenlamellen und Innenlamellen sind axial abwechselnd angeordnet und bilden zusammen das Lamellenpaket 45. Das erste Kupplungsteil 42 hat insbesondere zwei Hülsenabschnitte und einen diese verbindenden Flanschabschnitt. Das zweite Kupplungsteil 44, das im Längsschnitt etwa C-förmig gestaltet ist, ist über ein Axiallager 47 gegenüber dem Gehäuse 10 axial abgestützt.
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Die zweite hydraulische Betätigungseinheit 21 ist, wie die erste Betätigungseinheit 6, in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit gestaltet und umfaßt einen Ringkolben 26', der in einem ringförmigen Zylinder 27' axial beweglich einsitzt. Ringkolben 26' und Zylinder 27' sind koaxial zur Drehachse A bzw. koaxial zur Sperrkupplung 5 angeordnet. Der Ringkolben 26' ist gegenüber der äußeren Wandung und der inneren Wandung des Zylinders 27' mittels Ringdichtungen 28', 29' abgedichtet. Der Ringkolben 26' begrenzt eine Hydraulikkammer 30', das heißt bei Erzeugen eines hydraulischen Drucks in der Hydraulikkammer 30' wird der Ringkolben 26' axial in Richtung Sperrkuppung 5 beaufschlagt. Die Hydraulikkammer 30' ist über einen Kanal mit einem Anschluß 31' verbunden, der zum Verbinden mit einem Kanal 57 einer Hydraulikanordnung 50 dient.
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Der Ringkolben 26' hat an seiner der Hydraulikkammer 30' entgegengesetzt gerichteten Stirnseite eine Ausnehmung, in der ein Axiallager 33' angeordnet ist, über welches der Ringkolben 26' gegenüber einer Druckplatte 34' axial abgestützt ist. Durch axiales Verschieben des Ringkolbens 26' wird die Druckplatte 34' axial verschoben, welche das Lamellenpaket 45 axial beaufschlagt. Auf diese Weise wird Drehmoment vom Differentialträger 15 auf die Seitenwelle 19 übertragen. In vollständig geöffnetem Zustand der Sperrkupplung 5 können die Seitenwellenräder 18, 18' frei gegeneinander drehen; die Differentialeinheit funktioniert als sogenanntes offenes Differential. Im geschlossenem Zustand der Sperrkupplung 5 wird die Drehbewegung der Seitenwelle 19 an die des Differentialträgers 15 angepaßt, so daß die Ausgleichsbewegung zwischen den Seitenwellenrädern 18, 18' bzw. den damit verbundenen Seitenwellen 19 reduziert wird. Zwischen der Druckplatte 34' und dem zweiten Kupplungsteil 42 ist eine Rückstellfeder 35' angeordnet, welche in unbetätigten Zustand der Betätigungseinheit 21 die Druckplatte 34' wieder zurückstellt, so daß die Sperrkupplung 5 wieder gelüftet wird. Die Rückstellfeder 35' ist vorliegend in Form einer Tellerfeder gestaltet; wobei auch andere Formen denkbar sind, beispielsweise Schraubenfedern.
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Die erste und zweite hydraulische Betätigungseinheit 6, 21 sind im Gehäuse 10 axial zwischen den beiden Kupplungen 4, 5 angeordnet. Ein ringförmiges Gehäuseteil 38 bildet einen Trennsteg zwischen den beiden Hydraulikkammern 30, 30'. Aufgrund der Anordnung der beiden hydraulischen Betätigungseinheiten 6, 21 unmittelbar benachbart zueinander ergeben sich in vorteilhafter Weise kurze Leitungswege für die Hydraulikanordnung.
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Im folgenden wird die Hydraulikanordnung 50 der Antriebsanordnung 2 näher erläutert. Die Hydraulikanordnung 50 umfaßt eine Pumpe 51, die Hydraulikflüssigkeit aus einem Reservoir 52 fördern und so einen hydraulischen Druck zum Betätigen der ersten und zweiten Betätigungseinheit 6, 21 erzeugen kann.
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In der die Pumpe 51 mit der ersten Betätigungseinheit 6 bzw. der zweiten Betätigungseinheit 21 verbindenden Leitung 53 ist ein Drucksensor 54 vorgesehen, welcher den Druck in der Leitung erfaßt und als Eingangsgröße ein Signal an die elektronische Regeleinheit, welche die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs regelt, weitergibt. Die Pumpe 51 wird vorzugsweise mittels eines Elektromotors 55 angetrieben, der wiederum von der elektronischen Regeleinheit angesteuert wird. Durch die Leistungsabgabe des Elektromotors 55 wird der von der Pumpe 51 erzeugte hydraulische Druck eingestellt, so daß das auf die zuschaltbare sekundäre Antriebsachse übertragbare Drehmoment in Abhängigkeit vom Fahrzustand des Kraftfahrzeugs bedarfsweise eingestellt werden kann.
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Die Hydraulikanordnung 50 umfaßt ferner ein Schaltventil 56, daß zum Zuschalten der Sperrkupplung 5 mittels der entsprechenden hydraulischen Betätigungseinheit 21 dient. Das Schaltventil 56, welches in einem Verbindungskanal 57 angeordnet ist, kann in einer Offenstellung, in der hydraulischer Druck auf die zweite hydraulische Betätigungseinheit 21 übertragen wird, und einer Schließstelleung, in der die hydraulische Druckzufuhr unterbrochen ist, geschaltet werden. In der Schließstellung wird lediglich hydraulischer Druck von der Pumpe 51 auf die erste hydraulische Betätigungseinheit 6 übertragen, während die zweite hydraulische Betätigungseinheit 21 nicht beaufschlagt wird. In dieser Schaltstellung ist die Schaltkupplung 5 geöffnet, so daß die Differentialeinheit 3 als offenes Differential fungiert, wobei keine Sperrung zwischen den Seitenwellenrädern 18, 18' erzeugt wird. In der Offenstellung des Schaltventils 56 wird hydraulischer Druck sowohl auf die erste Betätigungseinheit 6 als auch auf die zweite Betätigungseinheit 21 übertragen, so daß Drehmoment von der primären Antriebsachse auf die sekundäre Antriebsachse übertragen wird und zusätzlich die Differentialeinheit 3 gesperrt wird.
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Optional kann die Hydraulikanordnung 50 ein zweites Schaltventil 58 aufweisen, daß beispielsweise in der Leitung 53 anzuordnen wäre und in der vorliegenden Darstellung gestrichelt gezeigt ist. Das Schaltventil 58 ist zwischen einer Offenstellung, in der hydraulischer Druck auf die erste Betätigungseinheit 6 bzw. die zweite Betätigungseinheit 21 übertragen wird, und einer Schließstellung, in der die hydraulische Druckzufuhr unterbrochen ist, schaltbar. In der Schließstellung wird die hydraulische Leitung 53 geschlossen, so daß der hydraulische Druck im Leitungssystem auch ohne aktivierte Pumpe 51 aufrechterhalten wird. Der Elektromotor 55 und damit die Pumpe 51 können abgeschaltet werden, was sich günstig auf den Energieverbrauch auswirkt. Dies bietet sich insbesondere bei längerer Aktuierungsdauer der Zuschaltkupplung 4 bzw. der Sperrkupplung 5 an. In der Offenstellung des Schaltventils 58 wird die Pumpe 51 wieder mit dem Hydrauliksystem verbunden und erzeugt einen hydraulischen Druck zum Beaufschlagen der ersten bzw. der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit 6, 21.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die erste hydraulische Betätigungseinheit 6 und die zweite hydraulische Betätigungseinheit 21 mit dem selben hydraulischen Druck von der Pumpe 51 beaufschlagt. Dabei stehen das erzeugbare Kupplungsmoment der Zuschaltkupplung 4 und das erzeugbare Kupplungsmoment der Sperrkupplung 5 in einem festen Verhältnis zueinander. Durch entsprechendes Ansteuern der Pumpe 51 wird das zu übertragende Drehmoment der Zuschaltkupplung 5 in Abhängigkeit von dem Fahrzustand des Kraftfahrzeugs bedarfsgerecht geregelt. Wann zusätzlich eine Sperrfunktion der Differentialeinheit 3 gewünscht ist, wird das Schaltventil 56 entsprechend in die Offenstellung überführt.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung 2 in einer zweiten Ausführungsform, die weitestgehend derjenigen aus 1 entspricht. Insofern wird hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen, wobei gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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Die Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, daß zum Aktuieren der Sperrkupplung 5 mittels der hydraulischen Betätigungseinheit 21 ein Proportionalventil 59 vorgesehen ist. Das Proportionalventil 59, das in dem Verbindungskanal 57 zwischen der Pumpe und dem Anschluß 31' angeordnet ist, ist zwischen einer Offenstellung, in der hydraulischer Druck auf die zweite hydraulische Betätigungseinheit 21 übertragen wird, und einer Schließstellung, in der die hydraulische Druckzufuhr unterbrochen ist, variabel einstellbar. Zwischen dem Proportionalventil 59 und dem Reservoir 52 ist eine Rücklaufleitung 60 vorgesehen, welche gestrichelt dargestellt ist.
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Diese Ausgestaltung ermöglicht, das neben dem von der Zuschaltkupplung 4 übertragene Drehmoment, das durch entsprechendes Ansteuern der Pumpe 51 variabel einstellbar ist, auch das von der Sperrkupplung 5 übertragbare Drehmoment variabel einstellbar ist, und zwar durch entsprechendes Ansteuern des Proportionalventils 59. Dies ermöglicht eine bedarfsgerechte Drehmomentverteilung auf die zuschaltbare Antriebsachse und ein Reduzieren der Ausgleichsbewegung der Seitenwellen, so daß die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs genau geregelt werden kann. Insgesamt ergibt sich, wie schon bei der ersten Ausführungsform, der Vorteil, daß mit nur einer einzigen Pumpe 51 sowohl die Zuschaltkupplung 4 als auch die Sperrkupplung 5 betätigt werden können.
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3 zeigt eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung 2 in einer dritten Ausführungsform, die weitestgehend derjenigen aus 2 entspricht. Insofern wird hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen, wobei gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikanordnung 50 ein erstes Proportionalventil 39 zum Steuern des auf die erste hydraulischen Betätigungseinheit 6 übertragenen hydraulischen Drucks aufweist, sowie ein zweites Proportionalventil 59 zum Steuern des auf die zweite hydraulische Betätigungseinheit 21 übertragenen hydraulischen Drucks. Das erste Proportionalventil 39 ist hierfür in dem Verbindungskanal 53 zwischen der Pumpe 51 und der ersten hydraulischen Betätigungseinheit 6 angeordnet und ist von der elektronischen Fahrdynamikregeleinheit individuell ansteuerbar. Zwischen dem ersten Proportionalventil 39 und dem Reservoir 52 ist eine Rücklaufleitung 40 vorgesehen, welche gestrichelt dargestellt ist. Das zweite Proportionalventil 59 ist in einem Verbindungskanal 57 zwischen der Pumpe 51 und der zweiten Betätigungseinheit 21 angeordnet und wird ebenfalls von der elektronischen Fahrdynamikregeleinheit individuell angesteuert.
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Mit der vorliegenden Ausführungsform lassen sich die Zuschaltkupplung 4 und die Sperrkupplung 5 vollständig unabhängig voneinander betätigen, was ein höchstes Maß an Flexibilität für die Regelung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs ermöglicht. Insbesondere ist mit dieser Ausführungsform auch eine Steuerung möglich, bei der die Zuschaltkupplung 4 geöffnet und die Sperrkupplung 5 geschlossen wird. Auf diese Weise wird die sekundäre Antriebsachse gesperrt, was eine fahrstabilisierende Wirkung bei Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs hat.
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Alle der beiden vorstehend genannten erfindungsgemäßen Ausführungsformen bieten den Vorteil eines besonders kompakten Aufbaus. Durch die Anordnung der ersten und zweiten Betätigungseinheit 6, 21 unmittelbar axial nebeneinander können auch die Leitungen der Hydraulikanordnung 50 besonders kurz gehalten werden. Dies wirkt sich wiederum günstig auf das Ansprechverhalten, d. h. die Stellgenauigkeit und die Stellgeschwindigkeit der Antriebsanordnung 2 aus. Des weiteren bewirkt die kurze Leitungslänge auch einen geringen Einfluß des Hydrauliksystems 50 auf Temperaturschwankungen, was sich ebenfalls günstig auf die Stellgenauigkeit auswirkt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß die Antriebsanordnung 2 sowohl das Sperren der Differentialeinheit 3 als auch das Zuschalten der sekundären Antriebsachse an einen Hauptantriebsstrang ermöglicht, wobei lediglich eine einzige Pumpe 51 erforderlich ist. Durch die Anordnung der Zuschaltkupplung 4 und der Sperrkupplung 5 samt zugehöriger Betätigungseinheit an und koaxial zur Differentialeinheit 3 können die Winkeltriebabschaltung zur Steigerung der Energieeffizienz und die Sperrenfunktion in kompakter und kostengünstiger Form kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Antriebsanordnung
- 3
- Differentialeinheit
- 4
- Zuschaltkupplung
- 5
- Sperrkupplung
- 6
- erste Betätigungseinheit
- 7
- Tellerrad
- 8
- Hohlwelle
- 9
- Lagermittel
- 10
- Gehäuse
- 11
- Längsverzahnung
- 12
- erstes Kupplungsteil
- 13
- zweites Kupplungsteil
- 14
- Lamellenpaket
- 15
- Differentialträger/Differentialkorb
- 16
- Differentialräder
- 17
- Zapfen
- 18, 18'
- Seitenwellenräder
- 19
- Seitenwelle
- 21
- zweite Betätigungseinheit
- 22
- erstes Korbteil
- 23
- Lagermittel
- 24
- zweites Korbteil
- 25
- Hülsenansatz
- 26, 26'
- Ringkolben
- 27, 27'
- Zylinder
- 28, 28'
- Ringdichtung
- 29, 29'
- Ringdichtung
- 30, 30'
- Hydraulikkammer
- 31, 31'
- Anschluß
- 32
- Käfig
- 33
- Axiallager
- 34
- Druckplatte
- 35
- Rückstellfeder
- 37
- Axiallager
- 38
- Gehäuseteil
- 39
- Proportionalventil
- 40
- Rücklauf
- 42
- erstes Kupplungsteil
- 43
- Längsverzahnung
- 44
- zweites Kupplungsteil
- 45
- Lamellenpaket
- 46
- Längsverzahnung
- 47
- Axiallager
- 50
- Hydraulikanordnung
- 51
- Pumpe
- 52
- Reservoir
- 53
- Leitung
- 54
- Drucksensor
- 55
- Elektromotor
- 56
- Schaltventil
- 57
- Verbindungskanal
- 58
- Schaltventil
- 59
- Proportionalventil
- 60
- Rücklauf
- A
- Drehachse
