DE102009005410B4

DE102009005410B4 - Aktuierungsanordnung und Verfahren zum Zuschalten einer Antriebsachse im Antriebsstrang eine Kraftfahrzeugs sowie Antriebsanordnung

Info

Publication number: DE102009005410B4
Application number: DE102009005410A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Gaßmann Theodor; Dipl.-Ing. Schmidt Mark; Dr.-Ing. Schwekutsch Michael; Dipl.-Ing. Seidl Holger
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2029-01-20
Also published as: WO2010081743A1; DE102009005410A1; KR20110106451A; JP2012515110A; US8739953B2; KR101313991B1; US20110284337A1; CN102387931B; JP5254470B2; CN102387931A

Abstract

Aktuierungsanordnung zum Zuschalten einer Antriebsachse im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend
eine Pumpe (16) zum Erzeugen eines hydraulischen Drucks, die in eine erste Förderrichtung und eine entgegengesetzte zweite Förderrichtung betätigbar ist,
einen Druckspeicher (18), der von der Pumpe (16) bei Betätigen in der ersten Förderrichtung mit Hydraulikflüssigkeit zur Erzeugung eines Vordrucks befüllbar ist;
eine erste hydraulische Betätigungseinheit (5) zum Betätigen einer ersten Kupplung (3) im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs;
eine zweite hydraulische Betätigungseinheit (13) zum Betätigen einer zweiten Kupplung (4) im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs;
wobei die erste hydraulische Betätigungseinheit (5) und die zweite hydraulische Betätigungseinheit (13) vom Druckspeicher (18) mit hydraulischem Druck beaufschlagbar sind, wobei der Druckspeicher (18) so dimensioniert ist, daß der Volumenstrom ausreicht, um die erste hydraulische Betätigungseinheit (5) vollständig zu betätigen und die zweite hydraulische Betätigungseinheit (13) zumindest teilweise zu betätigen,
und wobei zumindest eine der beiden ersten oder zweiten hydraulischen Betätigungseinheiten...

Description

Die Erfindung betrifft eine Hydraulikanordnung zum Betätigen einer Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere kann die Hydraulikanordnung zum Betätigen einer Zuschaltkupplung zum bedarfsweisen Zuschalten einer sekundären Antriebsachse an eine permanent angetriebene primäre Antriebsachse verwendet werden. Derartige Antriebssysteme, welche ein Umschalten von einem Zweiradantrieb auf einen Vierradantrieb ermöglichen, werden auch als On-Demand oder Hang-On Syteme bezeichnet.
Aus der WO 2006/007086 A1 ist ein Drehmomentübertragungsmechanismus mit einer Pumpe, einem Druckspeicher sowie mehreren hydraulisch betätigbaren Kupplungen bekannt. Mittels der Pumpe wird der Druckspeicher befüllt. Durch Betätigen entsprechender Ventile können die Kupplungen mit hydraulischem Druck aus dem Druckspeicher beaufschlagt werden.
Aus der WO 2006/128637 A1 ist eine Antriebseinheit mit zwei Reibungskupplungen mit hydraulischem Aktuator bekannt. Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, daß die beiden Reibungskupplungen über eine Kurzschlußleitung mit einem Sicherheitsventil miteinander verbunden sind. Bei Abfallen des Druckes in der ersten Kupplung kann das hydraulische Fluid zur zweiten Kupplung strömen. Dabei wird die erste Kupplung geöffnet und die zweite Kupplung geschlossen.
Aus der DE 10 2007 063 360 A1 ist eine Hydraulikanordnung für eine oder mehrere kraftbetätigte Stelleinheiten bekannt. Die Hydraulikanordnung umfaßt eine Pumpe, die von einer Antriebswelle des Kraftfahrzeugs angetrieben wird und die einen hydraulischen Druck zum Betätigen einer Kolben-Zylinder-Einheit erzeugt. Die Kolben-Zylinder-Einheit dient zum Betätigen einer Reibungskupplung, mit der eine sekundäre Antriebsachse im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs zugeschaltet werden kann. Die Hydraulikanordnung kann einen Druckspeicher aufweisen, der von der Pumpe geladen werden kann und der ein relativ großen Volumenstrom zum Beaufschlagen der Kolben-Zylinder-Einheit erzeugen kann.
Aus der DE 10 2008 037 886 A1 ist eine Antriebsanordnung für ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug bekannt. Die Antriebsanordnung umfaßt ein Verteilergetriebe, das von einem Motor eingeleitetes Drehmoment auf eine erste Antriebsachse und auf eine zweite Antriebsachse verteilt, sowie eine Längsantriebswelle, die im Drehmomentfluß zwischen dem Verteilergetriebe und der zweiten Antriebsachse liegt. Es ist eine erste Kupplung am ersten Ende der Längsantriebswelle vorgesehen und eine zweite Kupplung am zweiten Ende der Längsantriebswelle. In geschlossenem Zustand der beiden Kupplungen wird Drehmoment auf die zuschaltbare zweite Antriebsachse übertragen. In geöffnetem Zustand der beiden Kupplungen ist die Längsantriebswelle mit allen drehenden Bauteilen von dem Motor und von der zweiten Antriebsachse abgekoppelt, so daß sie stillsteht.
Aus der DE 10 2004 033 439 B4 ist ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer Reibungskupplung zur Übertragung eines Drehmoments und mit einer Aktuatoranordnung zum Betätigen der Reibungskupplung bekannt. Die Aktuatoranordnung umfaßt eine erste Pumpe, die für ein schnelles Schließen der Reibungskupplung bei geringem Kraftaufwand ausgelegt ist, und eine zweite Pumpe, die für eine Betätigung der Reibungskupplung mit einer großen Kraft bei geringem Hub ausgelegt ist. Die beiden Pumpen haben unterschiedliche hydraulische Übersetzungen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aktuierungsanordnung zum Betätigen von zumindest zwei Kupplungen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, die eine geringe Schaltzeit aufweist und eine feinfühlige Steuerung ermöglicht. Weiter besteht die Aufgabe darin, eine Antriebsanordnung für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, die ein schnelles Zuschalten und eine feinfühliges Steuern einer zuschaltbaren Antriebsachse ermöglicht. Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Zuschalten einer Antriebsachse im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, das eine kurze Schaltzeit ermöglicht.
Eine erste Lösung besteht in einer Aktuierungsanordnung zum Zuschalten einer Antriebsachse im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Pumpe zum Erzeugen eines hydraulischen Drucks, die in eine erste Förderrichtung und eine entgegengesetzte zweite Förderrichtung betätigbar ist; einen Druckspeicher, der von der Pumpe bei Betätigen in der ersten Förderrichtung mit Hydraulikflüssigkeit zur Erzeugung eines Vordrucks befüllbar ist; eine erste hydraulische Betätigungseinheit zum Betätigen einer ersten Kupplung im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs; eine zweite hydraulische Betätigungseinheit zum Betätigen einer zweiten Kupplung im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs; wobei die erste hydraulische Betätigungseinheit und die zweite hydraulische Betätigungseinheit vom Druckspeicher mit hydraulischem Druck beaufschlagbar sind, wobei der Druckspeicher so dimensioniert ist, daß der Volumenstrom ausreicht, um die erste hydraulische Betätigungseinheit vollständig zu betätigen und die zweite hydraulische Betätigungseinheit zumindest teilweise zu betätigen, und wobei zumindest eine der beiden ersten oder zweiten hydraulischen Betätigungseinheiten nach dem zumindest teilweisen Entleeren des Druckspeichers, zusätzlich von der Pumpe bei Betätigen der Pumpe in der zweiten Förderrichtung beaufschlagbar ist, wobei die zugehörige erste oder zweite Kupplung im Schließsinn betätigt wird.
Der Vorteil besteht darin, daß die Aktuierungsanordnung in günstiger Weise die Forderung nach einer kurzen Schaltzeit zum Zuschalten des sekundären Antriebsstrangs mit einer feinfühligen Steuerung des auf die sekundäre Antriebsachse zu übertragenden Drehmoments erfüllt. Der Druckspeicher wird durch die Pumpe geladen, wodurch ein hydraulischer Vordruck erzeugt wird. Durch entsprechendes Schalten, beispielsweise mittels eines Ventils, wird Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckspeicher in das Hydrauliksystem gepumpt, wobei eine oder beide der Betätigungseinheiten beaufschlagt werden. Dieses Entleeren des Druckspeichers erfolgt schlagartig, das heißt, es wird in kurzer Zeit ein verhältnismäßig großer Volumenstrom in das Hydrauliksystem zum Betätigen der ersten bzw. zweiten Kupplung gedrückt. Dabei wird zumindest eine der beiden Betätigungseinheiten aktiviert, vorzugsweise beide Betätigungseinheiten. Die Betätigungseinheiten der ersten Lösung sind derart gestaltet, daß durch Beaufschlagung mit hydraulischem Druck die zugehörige Kupplung im Schließsinn beaufschlagt wird. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Aktuierungsanordnung ist, daß diese bei Ausfall des Hydrauliksystems freigeschaltet wird, was auch als Fail-Safe-Funktion bezeichnet wird.
Das Fördervolumen des Druckspeichers ist vorzugsweise so ausgelegt, daß in vollständig entleertem Zustand das Kupplungslüftspiel in der zumindest einen Kupplung zumindest größtenteils überbrückt ist. Unter Kupplungslüftspiel ist der Weg zu verstehen, den die beiden relativ zueinander drehbaren Kupplungsteile gegeneinander verschoben werden können, ohne daß Drehmoment zwischen den beiden Kupplungsteilen übertragen wird. Der Druckspeicher ist insbesondere so dimensioniert, daß der Volumenstrom ausreicht, um die erste hydraulische Betätigungseinheit vollständig zu betätigen und die zweite hydraulische Betätigungseinheit soweit zu betätigen, daß das Lüftspiel der zweiten Kupplung auf einen gewünschten Betrag reduziert wird. Durch den Druckspeicher wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß dieses Kupplungslüftspiel verhältnismäßig schnell aus der jeweiligen Kupplung herausgedrückt wird. Im Anschluß an die Entleerung des Druckspeichers kann dann eine feinfühlige Steuerung die bedarfsweise Einstellung des Drehmoments durch entsprechendes Ansteuern der zugehörigen Betätigungseinheit übernehmen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind beide, die erste und die zweite hydraulische Betätigungseinheit von dem Druckspeicher mit hydraulischem Druck beaufschlagbar. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß beide Kupplungen etwa gleichzeitig geschaltet werden. Die Beaufschlagung der beiden Betätigungseinheiten erfolgt in Abhängigkeit von der Fahrsituation durch entsprechendes Ansteuern von Ventilen. Dabei ist es generell denkbar, daß beide Kupplungen zeitgleich geschaltet werden. Je nach Ausgestaltung der Kupplungen ist es dabei auch denkbar, daß eine von beiden Betätigungseinheiten mit einem geringen zeitlichen Vorlauf beaufschlagt wird, um die zugehörige Kupplung zeitlich vor der anderen zu schließen. Nach dem vollständigen Entleeren des Druckspeichers wird diejenige hydraulische Betätigungseinheit, welche die Höhe des auf die sekundäre Antriebsachse übertragenen Drehmoments definiert, von der Pumpe nach Bedarf mit hydraulischem Druck beaufschlagt. Die Pumpe ermöglicht eine feinfühlige Ansteuerung der Betätigungseinheit und damit auch eine bedarfgerechte Einstellung des auf die sekundäre Achse übertragenen Drehmoments. Dies wirkt sich günstig auf die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs aus.
Eine zweite Lösung besteht in einer Aktuierungsanordnung zum Zuschalten einer Antriebsachse im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Pumpe zum Erzeugen eines hydraulischen Drucks; eine erste hydraulische Betätigungseinheit, welche von der Pumpe gegen eine Gegenkraft mit hydraulischem Druck beaufschlagbar ist, wobei ein Vordruck in der ersten hydraulischen Betätigungseinheit speicherbar ist, mit dem eine erste Kupplung im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs in einer Offenstellung gehalten wird; eine zweite hydraulische Betätigungseinheit, welche von dem in der ersten hydraulischen Betätigungseinheit gespeicherten Vordruck beaufschlagbar ist; und, welche ebenfalls von der Pumpe mit hydraulischem Druck beaufschlagbar ist, wobei durch Beaufschlagung der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit eine zweite Kupplung zur Übertragung eines Drehmoments im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs geschlossen wird. Die Gegenkraft, die gegen den hydraulischen Druck der Pumpe wirkt, wird vorzugsweise von einem elastischen Element, beispielsweise einer Feder erzeugt.
Die Besonderheit der zweiten Lösung besteht darin, daß die erste hydraulische Betätigungseinheit zwei Funktionen erfüllt, und zwar das Beaufschlagen der ersten Kupplung und das Beaufschlagen der zweiten Kupplung. Dies wird dadurch erreicht, daß die erste Betätigungseinheit hydraulischen Druck speichern kann und insofern auch als Betätigungs-Druckspeicher-Einheit bezeichnet werden kann. Mittels der Pumpe wird in der ersten Betätigungseinheit ein hydraulischer Vordruck erzeugt, mit dem die erste Kupplung in der Offenstellung gehalten wird. Für Fahrzustände, in denen die sekundäre Antriebsachse zugeschaltet werden soll, wird der Vordruck genutzt, um die zweite hydraulische Betätigungseinheit zu beaufschlagen. Dabei werden sowohl die erste als auch die zweite Kupplung geschlossen. Der Vorteil besteht darin, daß durch den hydraulischen Vordruck der federbeaufschlagten ersten Betätigungseinheit ein schnelles Schließen der zweiten Betätigungseinheit erfolgt. Dies wird durch einen relativ großen Volumenstrom erreicht. Eine feinfühlige Regelung des zu übertragenden Drehmoments der zweiten Kupplung kann dann durch die Pumpe erfolgen.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind die erste und die zweite hydraulische Betätigungseinheit so gestaltet, daß der von der ersten hydraulischen Betätigungseinheit zur zweiten hydraulischen Betätigungseinheit maximal förderbare Volumenstrom so groß ist, daß das Kupplungslüftspiel der zweiten Kupplung zumindest weitestgehend überbrückt wird. Dies bietet den Vorteil, daß das Kupplungslüftspiel durch den verhältnismäßig großen Volumenstrom schnell überbrückt wird, so daß die Einstellung des auf die sekundäre Antriebsachse übertragbaren Drehmoments schnell vorgenommen werden kann. Insbesondere ist vorgesehen, daß der durch Entleeren der ersten hydraulischen Betätigungseinheit an der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit erzeugbare maximale Betätigungshub an das Kupplungslüftspiel der zweiten Kupplung angenähert ist, insbesondere dem Kupplungslüftspiel in etwa entspricht. Hiermit ergibt sich eine besonders schnelle Zuschaltung der zweiten Kupplung. Eine feinfühlige bedarfsgerechte Regelung des Kupplungsmoments wird dann mittels der Pumpe eingestellt.
Die Pumpe ist vorzugsweise mittels eines Elektromotors antreibbar, das heißt durch Einstellung der Stromstärke ist der Fördervolumenstrom der Pumpe stufenlos regelbar. Die Pumpe ist vorzugsweise in Form einer Zweiwegepumpe gestaltet. Bei Betätigen der Pumpe in einer ersten Förderrichtung wird die erste hydraulische Betätigungseinheit beaufschlagt. Dabei bleibt die zweite hydraulische Betätigungseinheit vorzugsweise unbeaufschlagt oder wird im Öffnungssinn der zweiten Kupplung entleert. Auf diese Weise wird erreicht, daß in der ersten Förderrichtung beide Kupplungen geöffnet werden. Bei Betätigen der Pumpe in einer entgegengesetzten zweiten Förderrichtung wird die zweite hydraulische Betätigungseinheit beaufschlagt, wobei die erste hydraulische Betätigungseinheit unbeaufschlagt bleibt. Das heißt, in der zweiten Förderrichtung wird lediglich die zweite Betätigungseinheit und damit die zugehörige zweite Kupplung betätigt. Dies ermöglicht eine feinfühlige Einstellung des auf die sekundäre Antriebsachse übertragbaren Drehmoments. Die genannte Ausgestaltung der Pumpe, insbesondere mit zwei Förderrichtungen und stufenloser Regelung, gilt sinngemäß auch für die erste Lösung. Bei Förderung in der ersten Förderrichtung wird der Druckspeicher geladen, wobei vorzugsweise die erste Betätigungseinheit entleert wird. Bei Förderung in der zweiten Förderichtung wird die zweite hydraulische Betätigungseinheit beaufschlagt.
Für die zweite Lösung gilt, daß die erste hydraulische Betätigungseinheit und die zweite hydraulische Betätigungseinheit vorzugsweise über einen Verbindungskanal miteinander verbunden sind, der zumindest ein Ventil zum Öffnen und Schließen umfaßt. Durch Öffnen des zumindest einen Ventils wird Hydraulikflüssigkeit von der ersten hydraulischen Betätigungseinheit zur zweiten hydraulischen Betätigungseinheit gefördert.
In einer ersten Ausgestaltung ist zwischen der Pumpe und den beiden Betätigungseinheiten ein Mehrwegeventil so angeordnet, daß dieses die erste Betätigungseinheit wechselseitig mit der Pumpe oder der zweiten Betätigungseinheit verbindet. Zwischen der Pumpe und der ersten Betätigungseinheit ist weiterhin ein Rückschlagventil angeordnet, was den Rückfluß des Öls aus der ersten Betätigungseinheit verhindert. Dadurch kann die Pumpe nach dem Füllen der ersten Betätigungseinheit abgeschaltet werden ohne das sich die erste Betätigungseinheit entleert. In einer zweiten Ausgestaltung ist zwischen der Pumpe und der ersten Betätigungseinheit ein erstes Ventil angeordnet und zwischen der Pumpe und der zweiten Betätigungseinheit ein zweites Ventil. Für beide Ausgestaltungen gilt, daß zwei weitere Rückschlagventile die beiden Pumpenseiten mit dem Reservoir verbinden, so daß die Pumpe bei Bedarf in beiden Drehrichtungen Öl aus dem Reservoir ansaugen kann. Die Ventile werden beispielsweise mittels einer elektronischen Regeleinheit angesteuert, welche die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs regelt. Als Eingangssignal für die Regeleinheit kann der in der Leitung zur zweiten Betätigungseinheit gemessene Druck dienen. Hierfür ist vorzugsweise ein Drucksensor vorgesehen.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung, die für beide der obengenannten Lösungen gilt, umfaßt die erste hydraulische Betätigungseinheit eine Kolben-Zylinder-Einheit, die eine Druckspeicherfunktion hat. Hierfür ist vorzugsweise vorgesehen, daß die erste hydraulische Betätigungseinheit eine erste Feder umfaßt, die den Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit entgegen der Druckkraft der Pumpe beaufschlagt. Die erste Kupplung wird von der ersten Feder im Schließsinn beaufschlagt. Durch Erzeugen eines hydraulischen Drucks wird der Kolben in Richtung Feder bewegt, so daß die Feder den Kolben vorspannt. Durch Öffnen eines Ventils wird der Kolben von der Feder im Schließsinne der ersten Kupplung gedrückt, wobei die Kammer der Kolben-Zylinder-Einheit schlagartig entleert wird. Dabei wird die erste Kupplung geschlossen. Die in der Kammer befindliche Hydraulikflüssigkeit wird zur zweiten Betätigungseinheit gefördert, so daß auch die zweite Kupplung zumindest teilweise geschlossen wird.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung umfaßt die erste hydraulische Betätigungseinheit eine zweite Feder, die den Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit entgegen der Druckkraft der Pumpe beaufschlagt, wobei die zweite Feder eine geringere Federsteifigkeit aufweist als die erste Feder. Der Vorteil besteht darin, daß eine gestufte Beaufschlagung der ersten Betätigungseinheit erfolgt. Zunächst wird der Kolben von der ersten Feder mit einer größeren Federkraft bewegt. Nachdem sich die erste Feder entspannt hat bzw. gegen einen Anschlag zur Anlage gekommen ist, wird der Kolben von der zweiten Feder weiter bewegt, und zwar mit einer geringeren zweiten Federkraft. Durch diese Ausgestaltung wird die zweite Betätigungseinheit zunächst schnell über einen großen Weg beaufschlagt; anschließend erfolgt eine sanftere Beaufschlagung, so daß der Kontaktpunkt der zweiten Kupplung, ab dem ein Drehmoment übertragen wird, feinfühliger angefahren wird.
Die zweite Feder kann nach einer ersten Möglichkeit an einer Stützfläche der Kolben-Zylinder-Einheit axial abgestützt sein, das heißt die erste und die zweite Feder sind parallel geschaltet. Dabei addieren sich die Federkräfte während der Entspannung der ersten Feder auf. Nach einer zweiten Möglichkeit ist die zweite Feder zumindest mittelbar an der ersten Feder axial abgestützt, das heißt die beiden Federn sind in Reihe geschaltet. Dabei wird der Kolben maximal mit der Federkraft der ersten Feder beaufschlagt. In beiden Fällen erfolgt der letzte Hub, welcher von der zweiten Feder bewirkt wird, mit der Federkraft der zweiten Feder.
Die erste Kupplung ist vorzugsweise in Form einer Sperrkupplung gestaltet, wobei die Sperrkupplung zwischen einer Offenstellung, in der kein Drehmoment übertragbar ist, und einer Schließstellung, in der das volle Drehmoment übertragen wird, schaltbar ist. Als Beispiele für eine Sperrkupplung seien hier eine Zahnkupplung oder eine Klauenkupplung genannt. Für ein weiches Schaltverhalten ist es günstig, wenn die Drehzahlen der beiden Kupplungsteile vor dem Schalten synchronisiert werden. Insofern kann als Sperrkupplung auch eine sogenannte Sperrsynchronisiereinheit gestaltet werden.
Die zweite Kupplung ist vorzugsweise in Form einer Reibungskupplung gestaltet ist, wobei das von der Reibungskupplung übertragbare Drehmoment durch die Pumpe variabel steuerbar ist. Die Schaltreihenfolge ist vorzugsweise so, daß zunächst die Sperrkupplung geschaltet wird, und anschließend die Drehmomentübertragung mittels der Reibungskupplung eingestellt wird. Dabei läßt sich das Kupplungsmoment der Reibungskupplung stufenlos einstellen.
Nach einer möglichen Weiterbildung, welche ebenfalls für beide der obengenannten Lösungen gilt, ist eine dritte hydraulische Betätigungseinheit zum Betätigen einer dritten Kupplung vorgesehen. Die dritte Kupplung ist insbesondere in Form einer Sperrkupplung gestaltet, die zum Sperren eines Differentialgetriebes dient.
Die Lösung der obengenannten Aufgabe besteht weiter in einer Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer permanent angetriebenen ersten Antriebsachse und einer bedarfsweise zuschaltbaren zweiten Antriebsachse, wobei ein Antriebsstrang zum Antreiben der zweiten Antriebsachse eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung aufweist, wobei zum Betätigen der ersten und zweiten Kupplung eine Aktuierungsanordnung nach einer der obigen Ausführungsformen vorgesehen ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung besteht darin, daß diese bei Bedarf schnell von einem Zweiradantriebsmodus auf einen Vierradantriebsmodus geschaltet werden kann. Durch die Verwendung zweier Kupplungen im Antriebsstrang für die zuschaltbare Antriebsachse wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß sämtliche im Drehmomentfluß zwischen den beiden Kupplungen befindlichen Teile bei geöffneten Kupplungen stillstehen. Dies wirkt sich günstig auf die Verlustleistungen und damit auf den Kraftstoffverbrauch aus.
Nach einer ersten Ausgestaltung ist die permanent angetriebene Antriebsachse die Vorderachse und die bedarfsweise zuschaltbare Antriebsachse die Hinterachse des Kraftfahrzeugs. Die zweite Kupplung kann dabei beispielsweise koaxial zur Drehachse eines Hinterachsdifferentials angeordnet sein, was insofern besonders günstig ist, als auch der Winkeltrieb zum Antreiben des Hinterachsdifferentials bei abgeschalteter Hinterachse stillsteht. Alternativ kann die zweite Kupplung auch koaxial zu einer Längsantriebswelle bzw. eines Wellenabschnitts der Längsantriebswelle des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Die erste Kupplung ist vorzugsweise im Drehmomentfluß zwischen einem Vorderachsdifferential und einem Winkeltrieb, der zum Abzweigen des Drehmoments von der Vorderachse auf die Längsantriebswelle dient, angeordnet.
Nach einer zweiten Ausgestaltung ist es ebenso denkbar, daß die permanent angetriebene Antriebsachse die Hinterachse ist, und die Vorderachse mittels der Aktuierungsanordnung bei Bedarf zugeschaltet wird.
Die Lösung der obengenannten Aufgabe besteht ferner in dem Verfahren zum Zuschalten einer Antriebsachse im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 25. Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Verfahrensansprüchen wiedergegeben.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt:
1 eine erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung in einer ersten Ausführungsform;
2 eine erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung in einer zweiten Ausführungsform;
3 eine erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung in einer dritten Ausführungsform;
4 eine erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung in einer vierten Ausführungsform;
5 eine erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung in einer fünften Ausführungsform;
6 eine erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung in einer sechsten Ausführungsform;
7 eine Antriebsanordnung mit einer erfindungsgemäßen hydraulischen Aktuierungsanordnung gemäß einer der 1 bis 6 in einer ersten Ausführungsform;
8 eine Antriebsanordnung mit einer erfindungsgemäßen hydraulischen Aktuierungsanordnung gemäß einer der 1 bis 6 in einer zweiten Ausführungsform;
9 eine Antriebsanordnung mit einer erfindungsgemäßen hydraulischen Aktuierungsanordnung gemäß einer der 1 bis 6 in einer dritten Ausführungsform; und
10 eine Antriebsanordnung mit einer erfindungsgemäßen hydraulischen Aktuierungsanordnung gemäß einer der 1 bis 6 in einer vierten Ausführungsform.
In 1 ist eine erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung 2 zum Betätigen einer ersten Kupplung 3 sowie einer zweiten Kupplung 4 im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Die erste Kupplung 3 und die zweite Kupplung 4 dienen zum bedarfsweisen Zuschalten einer sekundären Antriebsachse (hier nicht dargestellt) an eine permanent angetriebene primäre Antriebsachse. Durch Öffnen zumindest einer der beiden Kupplungen 3, 4 wird die Drehmomentübertragung auf die sekundäre Antriebsachse unterbrochen. Durch Öffnen beider Kupplungen 3, 4 wird ein im Drehmomentfluß zwischen den beiden Kupplungen liegender Abschnitt des Antriebsstranges von der permanent angetriebenen ersten Antriebsachse und von der zuschaltbaren zweiten Antriebsachse abgekoppelt. Dabei steht der zwischen den beiden Antriebsachsen liegende Abschnitt des Antriebsstranges still, so daß Reibungsverluste, die aufgrund von Drehbewegungen aller drehenden Bauteile entstehen, reduziert sind.
Die Aktuierungsanordnung 2 umfaßt eine erste hydraulische Betätigungseinheit 5, die vorzugsweise eine Kolben-Zylinder-Einheit 6 mit einer Hydraulikkammer 7 und einen in der Hydraulikkammer 7 verschiebbar einsitzenden Stellkolben 8 umfaßt. Der Stellkolben 8 ist mittels einer Ringdichtung, die in einer Umfangsnut des Stellkolbens 8 einsitzt, gegenüber der Zylinderwandung abgedichtet und dient zum Betätigen einer Schaltmuffe 9, welche die erste Kupplung 3 betätigen kann. Dabei ist die Schaltmuffe 9 in eine erste Schaltposition überführbar, in der die erste Kupplung vollständig geöffnet ist, so daß kein Drehmoment übertragen wird, sowie in eine zweite Schaltposition, in der die erste Kupplung vollständig zur Übertragung eines Drehmoments geschlossen ist. Vorliegend ist die Beaufschlagung der ersten Kupplung 3 im Schließsinn durch einen Pfeil dargestellt. Die Schaltmuffe wird von einer ersten Feder 11 entgegen der Aktuierungskraft der Kolben-Zylinder-Einheit 6 beaufschlagt, welche gegenüber einem stehenden Bauteil 12 axial abgestützt ist. Das stehende Bauteil 12 kann beispielsweise das Getriebegehäuse eines Winkeltriebs sein, der auch als „Power Transfer Unit” oder „Power Takeoff Unit” (PTU) bezeichnet wird.
Die hydraulische Aktuierungsanordnung 2 umfaßt ferner eine zweite hydraulische Betätigungseinheit 13, die vorzugsweise ebenfalls eine Kolben-Zylinder-Einheit mit einer Hydraulikkammer 14 sowie einen in der Hydraulikkammer 14 verschiebbar einsitzenden Stellkolben 15 umfaßt. Der Stellkolben 15, welcher gegenüber der Zylinderwandung abgedichtet ist, dient zum Betätigen der zweiten Kupplung 4. Die zweite Kupplung 4 ist vorzugsweise in Form einer Reibungskupplung gestaltet, welche die Einstellung des zu übertragenden Drehmoments zwischen einer Offenstellung, in der kein Drehmoment übertragen wird, und einer Schließstellung, in der das maximale Drehmoment übertragen wird, variabel steuerbar ist.
Zur Erzeugung eines hydraulischen Drucks auf die erste hydraulische Betätigungseinheit 5 bzw. die zweite hydraulische Betätigungseinheit 13 ist eine hydraulische Pumpe 16 vorgesehen. Die hydraulische Pumpe 16 ist über einen Verbindungskanal 17 mit einem Druckspeicher 18 verbunden. In dem Verbindungskanal 17 ist ein Rückschlagventil 19 vorgesehen, welches bei abgeschalteter Pumpe 16 verhindert, daß Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckspeicher 18 zurück zur zweiten Betätigungseinheit 13 bzw. in das Reservoir 10 fließt. Der Druckspeicher 18 umfaßt eine Speicherkammer 20, die über den Verbindungskanal 17 mit der Pumpe 16 verbunden ist. Bei aktuierter Pumpe 16 fördert diese Hydraulikflüssigkeit in die Speicherkammer 20 gegen die Kraft der Federmittel 22. Dabei bildet ein Druckkolben 23, der in dem Druckspeicher 18 axial beweglich einsitzt, eine Systemgrenze zwischen der Speicherkammer 20 und dem Aufnahmeraum für die Federmittel 22. Durch den Druckspeicher 18 wird ein größeres Volumen an Hydraulikflüssigkeit zur Verfügung gestellt, das bei Bedarf zum Beaufschlagen der ersten bzw. zweiten hydraulischen Betätigungseinheit 5, 13 verwendet werden kann. Hiermit lassen sich die die Kupplungen 3, 4 schnell schließen und es kann insbesondere ein Kupplungslüftspiel an der bzw. den Kupplungen 3, 4 schnell überbrückt werden. Durch den hohen Volumenstrom werden besonders geringe Schaltzeiten der ersten bzw. zweiten Kupplung 3, 4 ermöglicht.
Der Druckspeicher 18 ist über einen Verbindungskanal 24 mit der ersten hydraulischen Betätigungseinheit 5 verbunden, wobei in dem Verbindungskanal 24 ein Ventil 25 angeordnet ist. Das Ventil 25 ist vorzugsweise in Form eines Schaltventils gestaltet. In einer ersten Stellung des Ventils 25 ist die erste hydraulische Betätigungseinheit 5 mit dem Druckspeicher 18 verbunden, so daß die Kammer 7 von dem Druckspeicher 18 mit Hydraulikflüssigkeit befüllt wird. Dabei wird der Kolben 8 entgegen der Kraft der Feder 11 bewegt, um die zugehörige erste Kupplung 3 zu schließen. In einer zweiten Stellung des Ventils 25 ist die Kammer 7 mit dem Reservoir 10 zum Ablaß der Hydraulikflüssigkeit verbunden. In der zweiten Schaltstellung wird die erste Kupplung 3 durch die Feder 11 im Öffnungssinn beaufschlagt, so daß der Drehmomentfluß zur zweiten Antriebsachse unterbrochen wird. Dabei entweicht Hydraulikflüssigkeit aus der Kammer 7 in das Reservoir 10.
Der Druckspeicher 18 ist ferner über einen Verbindungskanal 26 mit der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit 13 verbunden, wobei in dem Verbindungskanal 26 ein weiteres Ventil 27 vorgesehen ist. Das Ventil 27 ist vorzugsweise als Schaltventil gestaltet, das in eine erste Position schaltbar ist, in der die zweite hydraulische Betätigungseinheit 13, mit dem Druckspeicher 18 verbunden ist, und in eine zweite Schaltposition, in der der Verbindungskanal 26 unterbrochen ist. Wird das Ventil 27 in die erste Position geschaltet, dann wird die Kammer 14 der zweiten Betätigungseinheit 13 von dem Druckspeicher 18 mit Hydraulikflüssigkeit befüllt, bis der Druckspeicher 18 entleert ist. Der Kolben 15 beaufschlagt dabei die zweite Kupplung 4 im Schließsinn, so daß Drehmoment auf die sekundäre Antriebsachse übertragen wird.
Die Schaltung des ersten Ventils 25 zum Betätigen der ersten Betätigungseinheit 5 und des zweiten Ventils 27 zum Betätigen der zweiten Betätigungseinheit 13 erfolgt nach Bedarf durch entsprechendes Ansteuern mittels einer elektronischen Regeleinheit, welche die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs bzw. die Drehmomentübertragung auf die Antriebsachsen regelt. Dabei ist es für ein schnelles Ankoppeln des sekundären Antriebstranges günstig, wenn die beiden Ventile 25, 27 in etwa zeitgleich geschaltet werden. Eine gewisses zeitlich versetztes Schalten kann von Vorteil sein, um sicherzustellen, daß zuerst die eine der beiden Kupplungen sicher geschlossen ist, bevor die andere Kupplung 4 zugeschaltet wird.
Das Fördervolumen des Druckspeichers 18 ist vorzugsweise so ausgelegt, daß in vollständig entleertem Zustand die erste Kupplung 3 vollständig geschlossen ist und daß das Lüftspiel in der zweiten Kupplung 4 zumindest größtenteils überbrückt ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß nach Freischalten des Ventils 27 das Kupplungslüftspiel mittels des Druckspeichers 18 verhältnismäßig schnell aus der zweiten Kupplung herausgedrückt wird. Ein besonders schnelles Zuschalten der zweiten Antriebsachse wird ermöglicht, wenn der Volumenstrom- des Druckspeichers 18 ausreicht, um die erste Kupplung 3 vollständig zu schließen und das Kupplungslüftspiel aus der zweiten Kupplung 4 weitestgehend zu überbrücken. Im Anschluß an die Entleerung des Druckspeichers 18 wird dann die Pumpe 16 hinzugeschaltet, welche durch feinfühlige Steuerung die bedarfsweise Einstellung des Drehmoments übernimmt.
Die Hydraulikpumpe 16 ist mittels eines Elektromotors 21 antreibbar, das heißt durch Einstellung der Stromstärke ist der Fördervolumenstrom der Pumpe 16 stufenlos regelbar. Die Pumpe 16 kann in zwei Drehrichtungen Hydraulikflüssigkeit fördern. Dabei kann die Saugseite der Pumps 16 mit der Hydraulikkammer 14 der zweiten Betätigungseinheit 13 oder mit dem Reservoir 10 verbunden werden. Bei Antreiben der Pumpe 16 in der ersten Drehrichtung wird die in der Hydraulikkammer 14 der zweiten Betätigungseinheit 13 befindliche Hydraulikflüssigkeit über eine Leitung 38 in den Druckspeicher 18 gefördert. Dabei wird die zweite Kupplung 4 vollständig geöffnet und im Druckspeicher 18 wird ein hydraulischer Vordruck aufgebaut. Ist die Hydraulikkammer 14 leergepumpt wird weitere Hydraulikflüssigkeit aus dem Reservoir 10 durch eine zweite Leitung 39 in den Druckspeicher 18 gefördert. In der zweiten Leitung 39 ist ein weiteres Rückschlagventil 19 sowie ein Filter vorgesehen. Die erste Kupplung 3 ist durch die Feder 11 in der Offenstellung gehalten.
Bei Betätigen der Pumpe 16 in der entgegengesetzten zweiten Drehrichtung wird Hydraulikflüssigkeit durch die Leitung 40 aus dem Reservoir 10 angesaugt und durch die Leitung 38 zur zweiten Betätigungseinheit 13 gefördert, so daß die zweite Kupplung 4 entsprechend beaufschlagt wird. Dabei ist die erste hydraulische Betätigungseinheit 5 durch die Entleerung des Druckspeichers 18 bereits in die Schließstellung überführt, in der die erste Kupplung 3 zur Drehmomentübertragung geschlossen ist. Das heißt, in der zweiten Drehrichtung wird lediglich die zweite Betätigungseinheit 13 und damit die zugehörige zweite Kupplung 4 betätigt. Dies ermöglicht eine feinfühlige Einstellung des auf die sekundäre Antriebsachse übertragbaren Drehmoments. Es versteht sich, daß die Bauart der Hydraulikpumpe beliebig gewählt sein kann; beispielsweise können Flügelzellenpumpen, Zahnradpumpen oder Kolbenpumpen zum Einsatz kommen. Wichtig ist jedoch, daß die Pumpe 16 in zwei Richtungen fördern kann. Die Ansteuerung des Elektromotors 21 erfolgt über eine elektronische Regeleinheit, welche die Drehmomentverteilung auf die Antriebsachsen bzw. deren Räder regelt. Als ein Eingangssignal für die Regeleinheit dient der an der zweiten Betätigungseinheit 13 gemessene Druck. Zur Druckmessung ist ein Drucksensor 31 vorgesehen, der mit der Regeleinheit verbunden ist.
2 zeigt eine erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung in einer zweiten Ausführungsform, die derjenigen aus 1 in weiten Teilen entspricht. Insofern kann hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform liegt darin, daß die erste hydraulische Betätigungseinheit 5 zum einen zur Betätigung der ersten Kupplung 3 dient und zum anderen als Druckspeicher zur Erzeugung eines Vordrucks, mit dem die zweite hydraulische Betätigungseinheit 13 beaufschlagt werden kann. Durch Befüllen der Hydraulikkammer 7 der Kolben-Zylinder-Einheit 6 wird der Kolben 8 nach rechts bewegt, wobei die Schaltmuffe 9 entgegen der Kraft der ersten Feder 11 im Öffnungssinn der ersten Kupplung 3 axial verschoben wird. In vollständig befülltem Zustand der Hydraulikkammer 7 befindet sich Schaltmuffe 9 in ihrer Endposition, wobei die erste Kupplung 3, welche von der Schaltmuffe 9 betätigt wird, vollständig geöffnet ist, d. h. es wird kein Drehmoment auf die sekundäre Antriebsachse übertragen.
Zum Steuern der Volumenströme ist zwischen der Pumpe 16 und den beiden Betätigungseinheiten 5, 13 ein Mehrwegeventil 25 so angeordnet, daß dieses die erste Betätigungseinheit 5 entweder mit der Pumpe 16 oder mit der zweiten Betätigungseinheit 13 verbindet. Des weiteren ist zwischen der Pumpe 16 und der ersten Betätigungseinheit 5 ein Rückschlagventil 19 angeordnet, was den Rückfluß des Öls aus der ersten Betätigungseinheit 5 verhindert.
Zum Befüllen der Hydraulikkammer 7 der ersten hydraulischen Betätigungseinheit 5 wird das Mehrwegeventil 25 in eine erste Schaltposition überführt, so daß die Pumpe 16 über die Verbindungskanäle 17 und 24 mit der ersten hydraulischen Betätigungseinheit 5 verbunden ist, wobei die Pumpe 16 in eine erste Drehrichtung angetrieben wird. Wenn die sekundäre zweite Antriebsachse zugeschaltet werden soll, wird das Mehrwegeventil 25 in die zweite Schaltstellung überführt, welche vorliegend gezeigt ist. Dabei wird die Hydraulikkammer 7 der ersten hydraulischen Betätigungseinheit 5 über die Verbindungskanäle 24 und 26 mit der Hydraulikkammer 14 der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit 13 verbunden. Der Kolben 8 der ersten Betätigungseinheit 5 wird von der Feder 11 nach links beaufschlagt, wodurch Hydraulikflüssigkeit durch die Verbindungskanäle 24 und 26 in die Hydraulikkammer 14 der zweiten Betätigungseinheit 13 fließt. Gleichzeitig wird die Schaltmuffe nach links bewegt, wodurch die erste Kupplung 3 vollständig geschlossen wird.
Die erste Kupplung 3 ist vorzugsweise in Form einer Sperrkupplung gestaltet. Ein besonders sanftes Schalten wird gewährleistet, wenn die beiden relativ zueinander drehbaren Kupplungsteile vor dem drehfesten Verbinden synchronisiert werden. Hierfür kann eine Sperrsynchronisierkupplung als erste Kupplung 3 zum Einsatz kommen. Alternativ kann die erste Kupplung 3 jedoch auch in Form einer Reibungskupplung, insbesondere einer Reiblamellenkupplung gestaltet sein.
Die zweite Kupplung 4 ist vorzugsweise in Form einer Reibungskupplung gestaltet, welche ein gewisses axiales Lüftspiel aufweist. Erst nach dem Auspressen des Lüftspiels aus der Reibungskupplung beginnt diese, ein Drehmoment vom Kupplungseingangsteil auf das Kupplungsausgangsteil zu übertragen. Das Volumen der ersten Hydraulikkammer 7 im Verhältnis zum Volumen der zweiten Hydraulikkammer 14 ist so abgestimmt, daß durch ein vollständiges Entleeren der ersten Hydraulikkammer 7 das Lüftspiel aus der zweiten Kupplung 4 zumindest weitestgehend herausgepreßt wird. Mit anderen Worten unterstützt die als Druckspeicher wirkende erste hydraulische Betätigungseinheit 5, wenn das Mehrwegeventil 25 in der zweiten Schaltstellung ist, ein Schließen der zweiten Kupplung 4. Mit Hilfe des Druckspeichers wird dabei in sehr kurzer Zeit ein relativ großer Volumenstrom gefördert, so daß das Lüftspiel der zweiten Kupplung 4 relativ schnell überwunden wird. Auf diese Weise ergibt sich insgesamt eine kurze Schaltzeit zum Schließen der zweiten Kupplung 4.
Während die Hydraulikkammer 14 der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit 13 befüllt wird und der entsprechende Kolben 15 in Richtung Reibungskupplung 4 beaufschlagt wird, läuft die Pumpe 16 an. Dabei dreht sich die Pumpe 16 in entgegengesetzter Drehrichtung, als beim Befüllen der ersten hydraulischen Betätigungseinheit 5. Nach dem vollständigen Entleeren der ersten Hydraulikkammer 7 übernimmt die Pumpe 16 dann die Förderung eines hydraulischen Volumenstroms in die Hydraulikkammer 14. Dabei wird eine feinfühlige Ansteuerung der Position des Kolbens 15 und damit der Höhe des zu übertragenden Drehmoments eingestellt. Die Pumpe 16 wird von dem Elektromotor 21 angetrieben, so daß über die Einstellung der Stromstärke das Fördervolumen der Pumpe 16 nach Bedarf geregelt werden kann.
3 zeigt eine erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung in einer dritten Ausführungsform, die derjenigen aus 2 weitestgehend entspricht. Insofern kann hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Unterschied der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, daß das Rückschlagventil 19 und das Mehrwegeventil 25 aus 2 hier durch ein erstes Schaltventil 27 und ein zweites Schaltventil 27' ersetzt sind. Die Schaltventile 27, 27', die vorzugsweise gleich gestaltet sind, können jeweils in eine erste Schaltposition überführt werden, in der die zugehörige Betätigungseinheit 5, 13 mit der Pumpe 16 verbunden ist, sowie in eine zweite Schaltposition, in der der jeweilige Verbindungskanal 24, 26 unterbrochen ist. Die Funktionalität ist dieselbe, wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2.
4 zeigt eine erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung in einer vierten Ausführungsform, die derjenigen aus 2 weitestgehend entspricht. Insofern kann hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, daß die erste hydraulische Betätigungseinheit 5 eine zweite Feder 28 umfaßt, die den Kolben 8 der Kolben-Zylinder-Einheit 6 entgegen der Druckkraft der Pumpe 16 beaufschlagt. Die zweite Feder 28 ist vorzugsweise so dimensioniert, daß sie eine geringere Federsteifigkeit aufweist als die erste Feder 11. Es ist ersichtlich, daß die zweite Feder 28 an einer Stützfläche 32 der Kolben-Zylinder-Einheit 6 axial abgestützt ist. Hierdurch ergibt sich eine Parallelschaltung der ersten und der zweiten Feder 11, 28, so daß sich die Federkräfte während der Entspannung der ersten Feder 11 aufaddieren.
Die Funktionsweise ist dergestalt, daß durch Überführen des Ventils 25 in die dargestellte Schaltposition zunächst die erste Feder 11 die Schaltmuffe 9 in Richtung Kolben-Zylinder-Einheit 6 beaufschlagt. Dabei ist die Stange 29 mit dem Kolben 8 in Anlage. Hat die Schaltmuffe 9 eine Endposition erreicht, die beispielsweise durch einen Endanschlag 41 gebildet wird, drückt die zweite Feder 28 den Kolben 8 weiter in Richtung der Kammer 7. Es ergibt sich folglich eine gestufte Beaufschlagung der zweiten Betätigungseinheit 13 mit hydraulischem Druck, das heißt die zweite Betätigungseinheit 13 wird zunächst schnell über einen großen Weg beaufschlagt; anschließend erfolgt eine sanftere Beaufschlagung, so daß der Kontaktpunkt der zweiten Kupplung 4, ab dem ein Drehmoment übertragen wird, feinfühliger angefahren wird.
5 zeigt eine erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung in einer fünften Ausführungsform, die derjenigen aus 4 weitestgehend entspricht. Insofern kann hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Der einzige Unterschied zur Ausführungsform gemäß 4 besteht darin, daß vorliegend die erste und zweite Feder 11, 28 in Reihenschaltung statt in Parallelschaltung angeordnet sind. Hierfür ist die zweite Feder 28 mittelbar an der ersten Feder 11 axial abgestützt. Mittelbare Abstützung bedeutet in dem Zusammenhang, daß die zweite Feder 28 über eine Stützfläche 32 der Kolbenstange 29 gegen das Schaltelement 30 und über dieses gegen die erste Feder 11 axial abgestützt ist. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß der Kolben 8 maximal mit der Federkraft der ersten Feder 11 beaufschlagt wird. In beiden Ausführungsformen erfolgt der letzte Hub, welcher von der zweiten Feder 28 bewirkt wird, mit der Federkraft der zweiten Feder 28.
6 zeigt eine erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung in einer sechsten Ausführungsform, die derjenigen aus 2 weitestgehend entspricht. Insofern kann hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß in Ergänzung zur ersten und zweiten Betätigungseinheit 5, 13 zur Betätigung der ersten und zweiten Kupplung 3, 4 eine weitere, dritte hydraulische Betätigungseinheit 33 zur Betätigung einer dritten Kupplung 34 vorgesehen ist. Die dritte Betätigungseinheit 33 ist parallel zur zweiten Betätigungseinheit 13 angeordnet. Die zugehörige dritte Kupplung 34, die vorzugsweise in Form einer Reibungskupplung gestaltet ist, dient zum Sperren eines Differentials in der zweiten Antriebsachse. Zum Einstellen des Sperrgrads der dritten Kupplung 34 ist ein drittes Ventil 35 vorgesehen, das insbesondere in Form eines Proportionalventils oder Druckregelventils gestaltet ist und damit eine stufenlose Beaufschlagung der dritten Betätigungseinheit 33 ermöglicht. Es ist ersichtlich, daß die dritte Betätigungseinheit 33 auch eine Kolben-Zylinder-Einheit mit einem Kolben 36 und einer Zylinderkammer 37 umfaßt.
Die Ansteuerung erfolgt vorzugsweise dergestalt, daß die Pumpe 16, nach dem Schließen der ersten Kupplung 3 und nach zumindest teilweisem Schließen der zweiten Kupplung 4 durch Druckentladung der ersten Betätigungseinheit 5, die weitere Druckbeaufschlagung übernimmt. Dabei kann die Pumpe 16 sowohl das Kupplungsmoment der zweiten Kupplung 4 in Abhängigkeit von der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs variabel und stufenlos einstellen. Die Einstellung des Sperrmoments an der dritten Kupplung 34 erfolgt ebenfalls stufenlos variabel und wird durch entsprechendes Ansteuern des Ventils 35 bewerkstelligt.
In den 7 bis 10 sind verschiedene Ausführungsformen von Antriebsanordnungen gezeigt, die jeweils mit einer der obengenannten erfindungsgemäßen Aktuierungsanordnungen gemäß einer der 1 bis 6 ausgestattet sein können. Die 7 bis 10 werden hinsichtlich ihrer Gemeinsamkeiten zunächst gemeinsam beschrieben.
Es ist schematisch eine Antriebsanordnung 42 für ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug gezeigt. Von dem Kraftfahrzeug sind die Antriebseinheit 43, ein erster Antriebsstrang 44 zum Antreiben einer ersten Antriebsachse 45 und ein zweiter Antriebsstrang 46 zum Antreiben einer zweiten Antriebsachse 47 erkennbar. Die Antriebseinheit 43 umfaßt einen Verbrennungsmotor 48, eine Kupplung 49 sowie ein Schaltgetriebe 50, über welches Drehmoment in den ersten und den zweiten Antriebsstrang 44, 46 eingeleitet wird. Es versteht sich, daß die Antriebseinheit auch ein beliebiger anderer Antrieb sein kann, beispielsweise ein Elektromotor.
Zum Aufteilen des von der Antriebseinheit erzeugten Drehmoments auf den ersten und den zweiten Antriebsstrang 44, 46 ist ein Verteilergetriebe 52 vorgesehen. Das Verteilergetriebe 52 umfaßt vorzugsweise ein Differentialgetriebe, das ein Eingangsteil und drei Ausgangsteile aufweist, die untereinander eine ausgleichende Wirkung haben. Das Eingangsteil des Differentialgetriebes ist als Differentialkorb 53 gestaltet, der von der Antriebseinheit 43 angetrieben wird. Hierfür ist ein mit dem Differentialkorb 53 drehfest verbundenes Ringrad vorgesehen, das mit einem Zahnrad des Schaltgetriebes 50 in Verzahnungseingriff ist.
Der erste Antriebsstrang 44 wird im Grunde genommen durch den Differentialkorb 53 gebildet, welcher das Drehmoment über in dem Differentialkorb 53 drehbar gelagerte und gemeinsam mit diesem um die Drehachse A umlaufende Differentialräder auf das erste und zweite Ausgangsteil überträgt. Das erste und das zweite Ausgangsteil des Differentialgetriebes sind dabei in Form von Seitenwellenrädern gestaltet, die mit den Differentialrädern kämmen. Die Seitenwellenräder sind jeweils mit einer zugehörigen Seitenwelle 54, 55 drehfest verbunden, über die das eingeleitete Drehmoment auf die zugehörigen Räder 56, 57 übertragen wird.
Das dritte Ausgangsteil ist mit dem zweiten Antriebsstrang 46 antriebsverbunden, wobei der zweite Antriebsstrang 46 bei Bedarf zuschaltbar an den ersten Antriebsstrang 44 zur Übertragung eines Drehmoments auf die zweite Antriebsachse 47 ist. Das dritte Ausgangsteil ist durch ein freies Ende des Differentialkorbs 53 gebildet, das drehfest mit einem Eingangsteil des zweiten Antriebsstrangs 46 verbunden ist. Der zweite Antriebsstrang 46 umfaßt in Reihe folgende Baugruppen, die miteinander zur Übertragung eines Drehmoments antriebsverbunden sind: eine erste Kupplung 3, einen ersten Winkeltrieb 58, eine Längsantriebswelle 59, einen zweiten Winkeltrieb 60, eine zweite Kupplung 4 sowie ein zweites Achsdifferential 62, das zum Antreiben der zweiten Achse 47 dient. Es versteht sich, daß die vorstehende Reihenfolge der Baugruppen nicht zwingend ist. Beispielsweise kann die erste Kupplung im Drehmomentfluß prinzipiell auch hinter dem ersten Winkeltrieb angeordnet sein.
Die erste Kupplung 3, die vorliegend nur schematisch dargestellt ist, umfaßt ein Eingangsteil 63, das mittelbar mit der Antriebseinheit 43 verbunden ist, und zwar insbesondere über den Differentialträger 53. Ferner umfaßt die erste Kupplung 3 ein Ausgangsteil 64, das gegenüber dem Eingangsteil 63 verbunden und getrennt werden kann. Das Ausgangsteil 64 ist mit der Eingangswelle 65 des Winkeltriebs 58 verbunden, um Drehmoment in den Winkeltrieb 58 zum Antreiben der zweiten Antriebsachse 47 einzuleiten. Es ist ersichtlich, daß die Eingangswelle 65 des Winkeltriebs 58 koaxial zur Drehachse A angeordnet ist, um welche auch der Differentialträger 53 rotiert. Dabei ist die Eingangswelle 65 als Hohlwelle gestaltet und drehbar auf der Seitenwelle 55 angeordnet. Die Eingangswelle 65 ist wiederum mit einem Tellerrad 66 drehfest verbunden, welches mit einem Kegelrad in Verzahnungseingriff ist, um die Längsantriebswelle 59 drehend anzutreiben. Die Eingangswelle 65 des ersten Winkeltriebs 58 ist mittels erster und zweiter Lagermittel 67, 67' um die Drehachse A drehbar gelagert. Die Lagermittel 67, 67' sind vorzugweise in Form von Wälzlagern gestaltet, wobei andere Lagerformen, wie Gleitlager, nicht ausgeschlossen sind.
Die Längsantriebswelle 59, die hier nur schematisch dargestellt ist, ist vorzugsweise in Form einer mehrteiligen Welle gestaltet, die einen ersten Wellenabschnitt und einen hiermit drehfest verbundenen zweiten Wellenabschnitt aufweist. Je nach Länge der Längsantriebswelle 59 können ein hier nicht gezeigtes Zwischengelenk und ein Zwischenlager vorgesehen werden. Es ist ersichtlich, daß der vordere Wellenabschnitt mittels zweier Lagermittel 68, 68' drehbar gelagert ist, und daß der hintere Wellenabschnitt mittels weiterer Lagermittel 69, 69' um eine Drehachse B drehbar gelagert ist.
Der zweite Winkeltrieb 60 umfaßt ein Antriebsritzel sowie ein hiermit kämmendes Tellerrad als Abtrieb. Das Tellerrad ist drehfest mit einem Eingangsteil 72 der zweiten Kupplung 4 verbunden. Ein Ausgangsteil 73 der zweiten Kupplung 4 ist drehfest mit dem Differentialkorb 74 des Hinterachsdifferentials 62 verbunden, um hierauf ein Drehmoment zu übertragen. Das Hinterachsdifferential 62 umfaßt neben dem Differentialkorb 74 hier nicht näher bezeichnete Differentialräder, welche gemeinsam mit dem Differentialkorb 74 um die Drehachse C rotieren, sowie zwei mit den Differentialrädern kämmende Seitenwellenräder, die drehfest mit den Seitenwellen 75, 76 des Kraftfahrzeugs verbunden sind. An den Enden der Seitenwellen 75, 76 befinden sich die hinteren Räder 77, 78. Es ist ersichtlich, daß das Kupplungsteil 72 mittels Lagermitteln 79, 79' um die Drehachse C drehbar gelagert ist, die vorzugsweise in Form von Wälzlagern gestaltet sind.
Die Besonderheit der vorliegenden Antriebsanordnungen besteht darin, daß mittels der ersten Kupplung 3 und der zweiten Kupplung 4 der vordere Winkeltrieb 58, die Längsantriebswelle 59 und der hintere Winkeltrieb 60 bei geöffneter erster und zweiter Kupplung, 3, 4 abgeschaltet werden können. In diesem deaktivierten Zustand stehen die genannten Baugruppen sowie die zugehörigen Bauteile still, so daß Verlustleistungen aufgrund von Schleppmomenten und Reibung vermindert sind. Dies wiederum bewirkt einen reduzierten Kraftstoffverbrauch für die Fahrzustände, in denen lediglich die erste Antriebsachse 45 angetrieben wird und die zweite Antriebsachse 47 drehmomentfrei mitläuft.
Bei allen gezeigten Ausführungsformen ist die erste Kupplung 3 vorzugsweise in Form einer Schaltkupplung gestaltet. Als Schaltkupplung werden in diesem Zusammenhang Kupplungen verstanden, bei denen die Eingangsseite 63 von der Ausgangsseite 64 getrennt werden kann. Zur Drehmomentübertragung werden die Eingangsseite 63 und die Ausgangsseite 64 der Schaltkupplung durch Formschluß miteinander verbunden. Als Beispiele für formschlüssig arbeitende Schaltkupplungen seien Klauenkupplungen oder Zahnkupplungen genannt. Besonders günstig für den Fahrkomfort ist die Verwendung von Schaltkupplungen, die vor dem Schalten eine Synchronisierung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite vornehmen. Als Beispiel seien hier Sperrsynchronisierkupplungen genannt, wie sie auch in Schaltgetrieben zum Einsatz kommen.
Die zweite Kupplung 4 ist vorzugsweise in Form einer kraftschlüssig arbeitenden Reibungskupplung gestaltet, insbesondere in Form einer Reiblamellenkupplung. Die Reibungskupplung umfaßt einen Außenlamellenträger als Eingangsteil 72, mit dem Außenlamellen drehfest und axial verschiebbar verbunden sind, sowie einen Innenlamellenträger als Ausgangsteil 73, mit dem Innenlamellen drehfest und axial verschiebbar verbunden sind. Durch axiale Beaufschlagung des aus den Außenlamellen und den Innenlamellen bestehenden Lamellenpakets mittels der zweiten Betätigungseinheit 13 wird die Reibungskupplung geschlossen und es erfolgt eine Drehzahlangleichung zwischen dem Eingangsteil 72 und dem Ausgangsteil 73.
Für Fahrzustände, in denen lediglich die ersten Antriebsachse 45 angetrieben werden soll, werden die erste Kupplung 3 und die zweite Kupplung 4 geöffnet, so daß sämtliche im Drehmomentfluß zwischen diesen beiden Kupplungen 3, 4 liegenden Antriebsteile stillstehen. In diesem Fahrzustand sind Verlustleistungen aufgrund von Schleppmomenten und Reibung minimiert. Bei Auftreten von Fahrzuständen, in denen beide Antriebsachsen 45, 47 angetrieben werden sollen, wird zunächst die Schaltkupplung 3 betätigt, wobei zunächst eine Drehzahlangleichung der beiden Kupplungsteile 63, 64 erfolgt. Dann kann die Schaltkupplung 3 ohne Schaltgeräusche vollständig geschlossen werden, so daß die Längsantriebswelle 59 zur Drehmomentübertragung auf die zweite Antriebsachse 47 zugeschaltet ist. Durch entsprechendes Betätigen der Reibungskupplung 4 mittels der auf die zweite Betätigungseinheit 13 wirkenden Pumpe 16 kann nun ein Teil des in das Verteilergetriebe 52 eingeleiteten Drehmoments über die Längsantriebswelle 59 auf die Reibungskupplung 4 bzw. auf die Hinterachse 45 übertragen werden.
Durch die erfindungsgemäße Hydraulikanordnung 2, welche in den 7 bis 10 nur schematisch dargestellt ist, wird durch die Nutzung des gespeicherten hydraulischen Vordrucks ein besonders schnelles Zuschalten der zweiten Antriebsachse 47 ermöglicht, wobei mittels der Pumpe 16 das auf die zweite Antriebsachse 47 zu übertragende Drehmoment feinfühlig eingestellt werden kann. Im folgenden werden die Besonderheiten der einzelnen Ausführungsbeispiele erläutert, die sich im wesentlichen durch die Anordnung der der zweiten Kupplung 4 voneinander unterscheiden.
Bei der Ausführungsform nach 7 befindet sich die zweite Kupplung 4 koaxial zur Drehachse C des Differentialgetriebes 62. Dabei ist das Kupplungseingangsteil 72 mit dem Tellerrad drehfest verbunden und das Kupplungsausgangsteil 73 ist mit dem Differentialkorb 74 drehfest verbunden. Bei geöffneter zweiter Kupplung 4 stehen das Kupplungseingangsteil 72 und die Bauteile des zweiten Winkeltriebs 60 still, das heißt sie führen keine Rotationsbewegung aus.
Die Ausführungsform nach 8 ist dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kupplung 4, die ebenfalls vorzugsweise in Form einer Reibungskupplung gestaltet ist, koaxial zu einer Seitenwelle 75 der zweiten Antriebsachse 47 angeordnet ist. Das Kupplungseingangsteil 72 ist mit einem Seitenwellenrad des Differentialgetriebes 62 drehfest verbunden. Das Kupplungsausgangsteil 73 ist mit der zugehörigen Seitenwelle 75 drehfest verbunden. Bei geöffneter zweiter Kupplung 4 rotieren die beiden Kupplungsteile 72, 73, während die Bauteile des zweiten Winkeltriebs 60 stillstehen.
Bei der Ausführungsform nach 9 ist die zweite Kupplung 4 innerhalb der Längsantriebswelle 59 angeordnet, beispielsweise zwischen einem ersten Wellenabschnitt und einem zweiten Wellenabschnitt der Längsantriebswelle 59. Das Kupplungseingangsteil 72 ist mit dem ersten Wellenabschnitt drehfest verbunden, während das Kupplungsausgangsteil 73 mit dem zweiten Wellenabschnitt drehfest verbunden ist. Bei geöffneter zweiter Kupplung 4 rotiert das Kupplungsausgangsteil 73 und alle im Drehmomentfluß dahinterliegenden Bauteile mit, während das Kupplungseingangsteil 72 und alle im Drehmomentfluß zwischen diesem und der ersten Kupplung 3 liegenden Bauteile stillstehen.
10 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung, die in weiten Teilen derjenigen aus 7 entspricht. Insofern wird hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen. Die Besonderheit der vorliegenden Antriebsanordnung besteht darin, daß zusätzlich zur ersten und zweiten Kupplung 3, 4 noch eine dritte Kupplung 34 vorgesehen ist. Insofern ist die vorliegende Aktuierungsanordnung 2 gemäß 6 ausgestaltet, die eine dritte Betätigungseinheit 33 umfaßt. Die dritte Kupplung 34, die vorliegend nur schematisch dargestellt ist, ist vorzugsweise in Form einer Reibungskupplung gestaltet, welche eine variable Einstellung des Sperrmoments ermöglicht. Die dritte Kupplung 34 ist funktional zwischen dem Differentialkorb 74 und einer Seitenwelle 76 wirksam eingesetzt, so daß sie eine Ausgleichsbewegung zwischen den beiden Seitenwellenrädern unterbinden kann. Hierfür ist ein erstes Kupplungsteil 80 mit dem Differentialkorb 74 drehfest verbunden, während das zweite Kupplungsteil 81 mit der Seitenwelle 76 drehfest verbunden ist. Durch Betätigung der dritten Betätigungseinheit 33 mittels der Pumpe 16 erfolgt somit eine Drehzahlangleichung zwischen der Seitenwelle 76 und dem Differentialkorb 74. Die Ansteuerung erfolgt mittels des in 6 gezeigten Druckregelventils 35.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Aktuierungsanordnungen zum bedarfsweisen Zuschalten einer sekundären Antriebsachse an eine permanent angetriebene primäre Antreibsachse ist, daß diese kurze Schaltzeiten ermöglichen, wobei gleichzeitig eine feinfühlige Regelung des zu übertragenden Drehmoments gewährleistet wird. Die erfindungsgemäßen Antriebsanordnungen mit einer solchen Aktuierungsanordnung ermöglichen es, Abschnitte des Antriebsstranges abzuschalten, so daß Verlustleistungen reduziert werden.
Bezugszeichenliste

2: Aktuierungsanordnung
3: erste Kupplung
4: zweite Kupplung
5: erste hydraulische Betätigungseinheit
6: Kolben-Zylinder-Einheit
7: Hydraulikkammer
8: Kolben
9: Schaltmuffe
10: Reservoir
11: Feder
12: Stehendes Bauteil
13: zweite hydraulische Betätigungseinheit
14: Hydraulikkammer
15: (Stell-)Kolben
16: Pumpe
17: Verbindungskanal
18: Druckspeicher
19: Rückschlagventil
20: Speicherkammer
21: Elektromotor
22: Federmittel
23: Kolben
24: Verbindungskanal
25: (Mehrwege-)ventil
26: Verbindungskanal
27: (Schalt-)Ventil
28: zweite Feder
29: Stange
30: Schaltelement
31: Drucksensor
32: Stützfläche
33: dritte hydraulische Betätigungseinheit
34: dritte Kupplung
35: Ventil
36: Kolben
37: Kammer
38, 39, 40: Leitung
41: Anschlag
42: Antriebsanordnung
43: Antriebseinheit
44: erster Antriebsstrang
45: erste Antriebsachse
46: zweiter Antriebsstrang
47: zweite Antriebsachse
48: Verbrennungsmotor
49: Kupplung
50: Schaltgetriebe
52: erstes Differentialgetriebe
53: Differentialträger
54: Seitenwelle
55: Seitenwelle
56: Rad
57: Rad
58: erster Winkeltrieb
59: Längsantriebswelle
60: zweiter Winkeltrieb
62: zweites Differentialgetriebe
63: Eingangsteil
64: Ausgangsteil
65: Eingangswelle
66: Tellerrad
67, 68, 69: Lagermittel
72: Eingangsteil
73: Ausgangsteil
74: Differentialkorb
75: Seitenwelle
76: Seitenwelle
77: Rad
78: Rad
79: Lagermittel
80: erstes Kupplungsteil
81: zweites Kupplungsteil
A, B, C: Drehachse

Claims

Aktuierungsanordnung zum Zuschalten einer Antriebsachse im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Pumpe (16) zum Erzeugen eines hydraulischen Drucks, die in eine erste Förderrichtung und eine entgegengesetzte zweite Förderrichtung betätigbar ist, einen Druckspeicher (18), der von der Pumpe (16) bei Betätigen in der ersten Förderrichtung mit Hydraulikflüssigkeit zur Erzeugung eines Vordrucks befüllbar ist; eine erste hydraulische Betätigungseinheit (5) zum Betätigen einer ersten Kupplung (3) im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs; eine zweite hydraulische Betätigungseinheit (13) zum Betätigen einer zweiten Kupplung (4) im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs; wobei die erste hydraulische Betätigungseinheit (5) und die zweite hydraulische Betätigungseinheit (13) vom Druckspeicher (18) mit hydraulischem Druck beaufschlagbar sind, wobei der Druckspeicher (18) so dimensioniert ist, daß der Volumenstrom ausreicht, um die erste hydraulische Betätigungseinheit (5) vollständig zu betätigen und die zweite hydraulische Betätigungseinheit (13) zumindest teilweise zu betätigen, und wobei zumindest eine der beiden ersten oder zweiten hydraulischen Betätigungseinheiten (5, 13) nach dem zumindest teilweisen Entleeren des Druckspeichers (18), zusätzlich von der Pumpe (16) bei Betätigen der Pumpe (16) in der zweiten Förderrichtung beaufschlagbar ist, wobei die zugehörige erste oder zweite Kupplung (3, 4) im Schließsinn betätigt wird.
Aktuierungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite hydraulische Betätigungseinheit (13), nach dem vollständigen Entleeren des Druckspeichers (18), von der Pumpe (16) mit hydraulischem Druck beaufschlagbar ist.
Aktuierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein steuerbares Ventil (25, 27) vorgesehen ist, das den Druckspeicher (18) mit zumindest einer der ersten und zweiten hydraulischen Betätigungseinheit (5, 13) verbindet.
Aktuierungsanordnung zum Zuschalten einer Antriebsachse im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Pumpe (16) zum Erzeugen eines hydraulischen Drucks, eine erste hydraulische Betätigungseinheit (5), welche von der Pumpe (16) mit hydraulischem Druck gegen eine Gegenkraft beaufschlagbar ist, wobei ein Vordruck in der ersten hydraulischen Betätigungseinheit (5) speicherbar ist, mit dem eine erste Kupplung (3) im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs in einer Offenstellung gehalten wird, eine zweite hydraulische Betätigungseinheit (13), welche von dem in der ersten hydraulischen Betätigungseinheit (5) gespeicherten Vordruck beaufschlagbar ist, und, welche ebenfalls von der Pumpe (16) mit hydraulischem Druck beaufschlagbar ist, wobei durch Beaufschlagung der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit (13) eine zweite Kupplung (4) im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs zur Übertragung eines Drehmoments geschlossen wird.
Aktuierungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste hydraulische Betätigungseinheit (5) und die zweite hydraulische Betätigungseinheit (13) über einen Verbindungskanal (24, 26) miteinander verbunden sind, wobei in dem Verbindungskanal (24, 26) zumindest ein Ventil (25; 27, 27') zum Öffnen und Schließen des Verbindungskanals (24, 26) vorgesehen ist, wobei durch Öffnen des zumindest einen Ventils (25; 27, 27') Hydraulikflüssigkeit von der ersten hydraulischen Betätigungseinheit (5) zur zweiten hydraulischen Betätigungseinheit (13) gefördert wird.
Aktuierungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Ventil (25) vorgesehen ist, das in Form eines Mehrwegeventils gestaltet ist und zwischen der Pumpe (16) und der ersten hydraulischen Betätigungseinheit (5) angeordnet ist, sowie ein dem Ventil (25) vorgeschaltetes Rückschlagventil (19).
Aktuierungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Ventil (27) vorgesehen ist, das zwischen der Pumpe (16) und der ersten hydraulischen Betätigungseinheit (5) angeordnet ist, sowie in zweites Ventil (27'), das zwischen der Pumpe (16) und der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit (13) angeordnet ist.
Aktuierungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betätigen der Pumpe (16) in einer ersten Förderrichtung die erste hydraulische Betätigungseinheit (5) beaufschlagbar ist; und daß bei Betätigen der Pumpe (16) in einer entgegengesetzten zweiten Förderrichtung die zweite hydraulische Betätigungseinheit (13) beaufschlagbar ist, wobei die erste hydraulische Betätigungseinheit (5) unbeaufschlagt ist.
Aktuierungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betätigen der Pumpe (16) in der ersten Förderrichtung die zweite hydraulische Betätigungseinheit (13) unbeaufschlagt ist oder im Öffnungssinn der zweiten Kupplung (4) entleert wird.
Aktuierungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite hydraulische Betätigungseinheit (5, 13) so gestaltet sind, daß mit einem von der ersten hydraulischen Betätigungseinheit (5) zur zweiten hydraulischen Betätigungseinheit (13) maximal förderbaren Volumenstrom ein Lüftspiel der zweiten Kupplung (4) zumindest weitestgehend überbrückbar ist.
Aktuierungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der durch Entleeren der ersten hydraulischen Betätigungseinheit (5) an der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit (13) erzeugbare maximale Betätigungshub an das Lüftspiel der zweiten Kupplung (4) angenähert ist.
Aktuierungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste hydraulische Betätigungseinheit (5) zur Erzeugung der Gegenkraft eine erste Feder (11) umfaßt, die den Kolben (8) der Kolben-Zylinder-Einheit (6) entgegen der Druckkraft der Pumpe (16) beaufschlagt, so daß die erste hydraulische Betätigungseinheit (5) eine Druckspeicherfunktion hat.
Aktuierungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kupplung (3) mittels der ersten Feder (11) zur Übertragung eines Drehmoments beaufschlagbar ist, und durch Erzeugen eines hydraulischen Drucks gegen die Kraft der ersten Feder (11) in der ersten hydraulischen Betätigungseinheit (5) geöffnet wird.
Aktuierungsanordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste hydraulische Betätigungseinheit (5) eine zweite Feder (28) umfaßt, die den Kolben (8) der Kolben-Zylinder-Einheit (6) entgegen der Druckkraft der Pumpe (16) beaufschlagt und die zur ersten Feder (11) parallel geschaltet ist.
Aktuierungsanordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste hydraulische Betätigungseinheit (5) eine zweite Feder (28) umfaßt, die den Kolben (8) der Kolben-Zylinder-Einheit (6) entgegen der Druckkraft der Pumpe (16) beaufschlagt und die mit der ersten Feder (11) in Reihe geschaltet ist.
Aktuierungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte hydraulische Betätigungseinheit (33) zum Betätigen einer dritten Kupplung (34) vorgesehen ist, wobei die dritte hydraulische Betätigungseinheit (33) über ein drittes Ventil (35) ansteuerbar ist.
Aktuierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kupplung (3) in Form einer Sperrkupplung gestaltet ist, wobei die Sperrkupplung zwischen einer Offenstellung, in der kein Drehmoment übertragbar ist, und einer Schließstellung, in der das volle Drehmoment übertragen wird, schaltbar ist.
Aktuierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kupplung (4) in Form einer Reibungskupplung gestaltet ist, wobei das von der Reibungskupplung übertragbare Drehmoment durch die Pumpe (16) variabel steuerbar ist.
Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer permanent angetriebenen ersten Antriebsachse (45) und einer bedarfsweise zuschaltbaren zweiten Antriebsachse (47), wobei ein Antriebsstrang (46) zum Antreiben der zweiten Antriebsachse (47) eine erste Kupplung (3) und eine zweite Kupplung (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betätigen der ersten und zweiten Kupplung (3, 4) eine Aktuierungsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 vorgesehen ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die permanent angetriebene Antriebsachse (45) die Vorderachse und die bedarfsweise zuschaltbare Antriebsachse (47) die Hinterachse des Kraftfahrzeugs ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kupplung (4) koaxial zur Drehachse (C) eines Hinterachsdifferentials (62) angeordnet ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kupplung (4) in einer Seitenwelle (75, 76) angeordnet ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kupplung (4) koaxial zu einer Längsantriebswelle (59) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kupplung (3) im Drehmomentfluß zwischen einem Vorderachsdifferential (52) und einem vorderen Winkeltrieb (58) angeordnet ist.
Verfahren zum Zuschalten einer Antriebsachse im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mittels einer Aktuierungsanordnung, wobei die Aktuierungsanordnung eine Pumpe (16) zum Erzeugen eines hydraulischen Drucks; einen Druckspeicher (18; 11, 7), der von der Pumpe (16) mit Hydraulikflüssigkeit zur Erzeugung eines Vordrucks befüllbar ist; eine mit hydraulischem Druck gegen eine Gegenkraft beaufschlagbare erste hydraulische Betätigungseinheit (5) zum Betätigen einer ersten Kupplung (3) im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs, wobei die erste hydraulische Betätigungseinheit (5) von dem Druckspeicher (18) hydraulisch beaufschlagbar ist oder den Druckspeicher (11, 7) bildet; und eine zweite hydraulische Betätigungseinheit (13) zum Betätigen einer zweiten Kupplung (4) im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs, wobei die zweite hydraulische Betätigungseinheit (13) von dem Druckspeicher (18; 11, 7) hydraulisch beaufschlagbar ist; umfaßt, mit den Verfahrensschritten: Befüllen des Druckspeichers (18; 11, 7) mit hydraulischem Fluid mittels der Pumpe (16), wobei ein hydraulischer Vordruck erzeugt wird; und zumindest teilweises Entleeren des Druckspeichers (18; 11, 7), wobei die erste Kupplung (3) zur Übertragung eins Drehmoments vollständig geschlossen wird und die zweite Kupplung (4) zumindest teilweise geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite hydraulische Betätigungseinheit (13) zum Betätigen der zweiten Kupplung (4) nach dem vollständigen Entleeren des Druckspeichers (18; 11, 7) mittels der Pumpe (16) bedarfsweise mit hydraulischem Druck beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (16) bidirektional arbeitet, wobei das Befüllen des Druckspeichers (18; 11, 7) durch Betätigen der Pumpe (16) in einer ersten Förderrichtung erfolgt, und wobei das Beaufschlagen der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit (13) durch Betätigen der Pumpe (16) in einer entgegengesetzten zweiten Förderrichtung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Betätigungseinheit (5) den Druckspeicher (11, 7) bildet, wobei die erste Kupplung (3) durch hydraulisches Beaufschlagen der ersten Betätigungseinheit (5) mittels der Pumpe (16) entgegen einer Federkraft geöffnet wird.