DE102009037428A1

DE102009037428A1 - Achswellen-Trennanordnung

Info

Publication number: DE102009037428A1
Application number: DE102009037428A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Toledo Cooper; James Fort Wayne Krisher
Original assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Current assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Priority date: 2008-08-15
Filing date: 2009-08-13
Publication date: 2010-02-18
Also published as: JP5511049B2; US8382633B2; US20100041506A1; US20120277051A1; JP2010042801A

Abstract

Eine Antriebs-Achsanordnung weist ein Trägerelement mit einem Achszapfen auf, der sich von dem Trägerelement nach außen erstreckt, eine Ausgangswelle, die sich von dem Trägerelement axial nach außen erstreckt, eine Getriebeanordnung mit einem Getriebegehäuse, das zur Drehung innerhalb des Trägerelements gelagert ist, und einem Achswellenkegelrad, das drehbar um die Ausgangswelle angebracht ist, eine Kupplungsausrückmuffe, die nicht drehbar damit gekoppelt ist und konfiguriert ist, um selektiv mit dem Achswellenkegelrad in Eingriff zu stehen, und ein kreisringförmiges Kupplungsstellglied zum axialen Bewegen der Kupplungsausrückmuffe zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position. Die Kupplungsausrückmuffe steht in der ersten Position in einer Leistungsübertragungsbeziehung antreibend in Eingriff mit dem Achswellenkegelrad, während die Kupplungsausrückmuffe in der zweiten Position von dem Achswellenkegelrad ausgekuppelt ist.

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein Kraftfahrzeug-Achsanordnungen und insbesondere eine Achs-Trennanordnung bzw. Achs-Abschltanordnung für eine Hilfsantriebs-Achsanordnung eines Kraftfahrzeugs mit Vierradantrieb.
Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb, die in entweder einer Zweiradantriebs-Betriebsart oder einer Vierradantriebs-Betriebsart betreibbar sind, sind als Kraftfahrzeuge mit zuschaltbarem Vierradantrieb bekannt und sind im Stand der Technik wohlbekannt. Es ist auch bekannt, ein Kraftfahrzeug mit zuschaltbarem Vierradantrieb mit einem Achs-Trenn- bzw. Achs-Abschalt-(oder -Achsgetriebe-Trenn- bzw. Achsgetriebe-Abschalt-)Mechanismus an einer vorderen (oder manchmal hinteren) Achsanordnung zu versehen. Es sind verschiedene Achs-Trennanordnungen oder -mechanismen vorgeschlagen worden. Diese Mechanismen haben allgemein eine Anzahl von sich bewegenden Teilen, sind ziemlich kompliziert und wären aufgrund des erforderlichen Raums nur zum Einbau bei relativ breiten Kraftfahrzeugen geeignet.
Solche Achs-Trennmechanismen enthalten typischerweise einen Fluidmotor (hydraulisch, pneumatisch oder Vakuum) und eine Schaltgabelanordnung. Der Fluidmotor steht in Verbindung mit einer Fluidquelle, die normalerweise durch ein Solenoidventil mit zwei Stellungen gesteuert wird. Die Schaltgabelanordnung steuert unter der Steuerung des Fluidmotors die axiale Verschiebung einer Kupplungsausrückmuffe zwischen Positionen bzw. Stellungen entsprechend gekoppelter und nicht gekoppelter Betriebsarten.
Dieses herkömmliche System hat den Nachteil eines extern angebrachten Stellglieds, das beachtlichen zusätzlichen Raum insbesondere dann erfordert, wenn ein Kraftfahrzeugaufhängungshub in Betracht gezogen wird. Die Verwendung eines extern angebrachten Stellglieds benötigt auch die Verwendung einer Schaltgabelanordnung, die sich zu den Kosten und der Komplexität der Anordnung nach dem Stand der Technik addiert, die durch dieses System beispielhaft angegeben ist. Darüber hinaus stellen solche Achs-Trennsysteme nach dem Stand der Technik keine modulare Anordnung zur Verfügung, die für eine Vereinfachung von Herstellung, Anordnung und Reparatur nötig ist. Folglich sind diese Anordnungen nach dem Stand der Technik auch kompliziert und teuer herzustellen, und zwar insbesondere dann, wenn die Schwierigkeit eines Zusammenbaus in Betracht gezogen wird.
Darüber hinaus enthalten die Achsaufbauten nach dem Stand der Technik typischerweise eine Achswelle mit vorstehenden Keilverzahnungen, die mit einer Antriebskegelradbohrung mit aufnehmendem Keilverzahnungen verbunden ist, um eine relative Drehung zu verhindern und um ein Drehmoment zu übertragen. Für Starrachsen wird normalerweise eine laterale Bewegung der Welle durch (A) das Wellenlager am Radende oder (B) einen an der Achswelle innenliegend vom Achswellenkegelrad angebrachten C-Clip beschränkt. Für unabhängige Achsen, d. h. die Achsen, die eine relative Bewegung (oder einen Hub) zwischen den linksseitigen und rechtsseitigen äußeren Achswellen zulassen, wird die laterale Bewegung der Welle normalerweise durch einen sich zusammenziehenden/ausdehnenden Ring beschränkt, der innerhalb von Vertiefungen an der Welle O. D. und der Achswellenkegelradbohrung I. D. enthalten ist; dieses Verfahren wird für unabhängige Achsen verwendet, um eine Wellenverbindung mit der Achse während eines Kraftfahrzeugaufbaus zu ermöglichen. Zum Integrieren von Achs-Trennmechanismen innerhalb einer Anordnung mit unabhängigen Achsen ist das Verfahren einer Achswellenzurückhaltung nach dem Stand der Technik nicht zufriedenstellend. C-Clips und sich ausdehnende Ringe können nicht verwendet werden, weil sich die Welle und das Achswellenkegelrad in einer Trenn- bzw. Abschaltbetriebsart unabhängig drehen können müssen. Die Welle kann nicht ausschließlich am Radende zurückgehalten werden, weil die Länge der Welle aufgrund eines Radhubs und der innenliegenden eintauchenden Konstantgeschwindigkeitsverbindung variiert. Daher ist es für einen neuen Mechanismus erforderlich, (A) die Welle innerhalb der Achsanordnung zurück zuhalten und (B) eine relative Drehung zwischen Welle und Achswellenkegelrad zuzulassen.
Es existiert daher eine Notwendigkeit für eine Achs-Trennanordnung und eine Achswellenzurückhaltung in einer Anordnung mit unabhängigen Achsen, die bezüglich des Aufbaus einfach, bezüglich der Konstruktion kompakt und bezüglich der Baugruppe und Herstellung ökonomisch sind.
Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Antriebsachsanordnung für ein Motorfahrzeug bzw. Kraftfahrzeug zur Verfügung, die einen Achs-Trennmechanismus enthält.
Gemäß einem Aspekt offenbart die vorliegende Erfindung die Antriebsachsanordnung mit einem Trägerelement mit einem sich nach außen erstreckenden Achszapfen mit einer Öffnung dort hindurch, einer Ausgangswelle, die sich von dem Trägerelement durch die Öffnung im Achszapfen axial nach außen erstreckt, einer Getriebeanordnung mit einem Getriebegehäuse, das zur Drehung innerhalb des Trägerelements gelagert ist, und einem Achswellenkegelrad, das um die Ausgangswelle drehbar angebracht ist, einer Kupplungsausrückmuffe, die um die Ausgangswelle angeordnet ist und nicht drehbar damit gekoppelt ist und konfiguriert ist, um selektiv antreibbar in Eingriff mit dem Achswellenkegelrad zu gelangen, und einem kreisringförmigen Kupplungsstellglied, das an dem Achszapfen zum axialen Bewegen der Kupplungsausrückmuffe zwischen einer ersten Position, in welcher die Kupplungsausrückmuffe antreibend in Eingriff mit dem Achswellenkegelrad steht, und einer zweiten Position, in welcher die Kupplungsausrückmuffe nicht in Eingriff mit dem Achswellenkegelrad steht, angebracht ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt offenbart die vorliegende Erfindung die Antriebsachsanordnung mit einem Trägerelement, einer Ausgangswelle, die sich von dem Trägerelement axial nach außen erstreckt, einer Getriebeanordnung mit einem Getriebegehäuse, das zur Drehung innerhalb des Trägerelements gelagert ist, und einem Achswellenkegelrad, das drehbar um die Ausgangswelle angebracht ist, einer Antriebsabstandshülse, die drehbar um die Ausgangswelle angebracht ist und nicht drehbar mit dem Achswellenkegelrad gekoppelt ist, einer Kupplungsausrückmuffe, die um die Ausgangswelle angeordnet ist und nicht drehbar damit gekoppelt ist und konfiguriert ist, um selektiv antreibend mit der Antriebsabstandshülle in Eingriff zu stehen, und einem Kupplungsstellglied zum axialen Bewegen der Kupplungsausrückmuffe zwischen einer ersten Position, in welcher die Kupplungsausrückmuffe antreibend in Eingriff mit der Antriebsabstandshülle steht, und einer zweiten Position, in welcher die Kupplungsausrückmuffe nicht in Eingriff mit der Antriebsabstandshülle steht.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt offenbart die vorliegende Erfindung die Antriebsachsanordnung mit einem Trägerelement, einer Ausgangswelle, die sich von dem Trägerelement axial nach außen erstreckt, einer Getriebeanordnung mit einem Getriebegehäuse, das zur Drehung innerhalb des Trägerelements gelagert ist, und einem Achswellenkegelrad, das drehbar um die Ausgangswelle angebracht ist, einer Wellenzurückhaltemanschette, die zwischen dem Achswellenkegelrad und der Ausgangswelle so um die Ausgangswelle angeordnet ist, dass das Achswellenkegelrad drehbar um die Wellenzurückhaltemanschette angebracht ist, einer Kupplungsausrückmuffe, die um die Ausgangswelle angeordnet und nicht drehbar damit gekoppelt ist und konfiguriert ist, um selektiv antreibend mit dem Achswellenkegelrad in Eingriff zu stehen, und einem kreisringförmigen Kupplungsstellglied, das an dem Achszapfen zum axialen Bewegen der Kupplungsausrückmuffe zwischen einer ersten Position, in welcher die Kupplungsausrückmuffe antreibend mit dem Achswellenkegelrad in Eingriff steht, und einer zweiten Position, in welcher die Kupplungsausrückmuffe nicht in Eingriff mit dem Achswellenkegelrad steht, angebracht ist.
Daher stellt die vorliegende Erfindung eine neue Achswellen-Trennanordnung für eine Antriebsachse eines Motorfahrzeugs zur Verfügung, wobei herkömmliche Formungs- bzw. Gieß- und Bearbeitungsprozesse für ein Trägerelement, ein Getriebegehäuse und eine Achswelle verwendet werden, um dadurch Erfordernisse in Bezug auf Kapital und Werkzeug zur Implementierung zur Herstellung signifikant zu reduzieren.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus einem Studium der folgenden Beschreibung klar werden, wenn sie angesichts der beigefügten Zeichnungen angeschaut wird, wobei:
1 eine Querschnittsansicht einer Antriebsachsanordnung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine auseinandergezogene Teilschnittansicht der Antriebsachsanordnung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, welche Ansicht einen Achszapfen eines Trägerelements und eine Endplatte detailliert zeigt;
3 eine Teilschnittansicht der Antriebsachsanordnung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer ersten Eingriffsposition ist;
4 eine Teilschnittansicht der Antriebsachsanordnung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer zweiten Nichteingriffsposition ist;
5 eine vergrößerte Teilschnittansicht der Antriebsachsanordnung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, welche Ansicht ein Achswellenkegelrad und eine Antriebsabstandshülse detailliert zeigt;
6 eine vergrößerte Teilschnittansicht der Antriebsachsanordnung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, welche Ansicht ein fluidbetätigtes Kupplungsstellglied detailliert zeigt;
7 eine auseinandergezogene Teilschnittansicht der Antriebsachsanordnung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, welche Ansicht eine fluidbetätigte integrierte Anordnung aus Stellglied/Endkappe zeigt;
8 eine Querschnittsansicht einer Antriebsachsanordnung gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
9 eine Teilschnittansicht der Antriebsachsanordnung gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer ersten Eingriffsposition ist;
10 eine Teilschnittansicht der Antriebsachsanordnung gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer zweiten Nichteingriffsposition ist;
11 eine vergrößerte Teilschnittansicht der Antriebsachsanordnung gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, welche Ansicht ein Achswellenkegelrad und eine Kupplungsausrückmuffe detailliert zeigt; und
12 eine Querschnittsansicht der Antriebsachsanordnung ist, die eine alternative Struktur des Getriebe-Trägerelements gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben werden.
Zu Zwecken der folgenden Beschreibung wird in der folgenden Beschreibung nur der Annehmlichkeit halber und nicht zur Beschränkung eine bestimmte Terminologie verwendet. Die Wörter, wie beispielsweise ”vorn” und ”hinten”, ”links” und ”rechts”, ”innenliegend” und ”außenliegend”, ”nach innen” und ”nach außen” bezeichnen Richtungen in den Zeichnungen, auf welche Bezug genommen wird. Die Wörter ”kleiner” und ”größer” beziehen sich auf die relative Größe von Elementen der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung und bestimmte Teilbereiche davon. Die Terminologie enthält die Wörter, die oben spezifisch angegeben sind, Ableitungen davon und Wörter von ähnlicher Wichtigkeit. Zusätzlich bedeutet das Wort ”ein”, wie es in den Ansprüchen verwendet wird, ”wenigstens eins”.
Nimmt man nun Bezug auf die 1–4 der Zeichnungen, enthält eine allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Hilfsantriebs-Achsanordnung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein hohles Trägerelement 12 und eine Getriebeanordnung 14, die innerhalb des Trägerelements 12 angeordnet ist und durch ein Zahnradgetriebe bzw. Ausgleichskegelrad (in 1 nicht gezeigt) angetrieben wird. Die Getriebeanordnung 14 enthält, ein Getriebegehäuse 18, das in einem Getriebemechanismus (oder einem Getriebe) 20 untergebracht ist. Der Getriebemechanismus ist, wie es auf dem mechanischen Gebiet und hierin nachfolgend verstanden wird, ein System von Zahnrädern, die das Eingangsdrehmoment von einer Eingangswelle zwischen zwei Ausgangswellen aufteilen können, wo wahrscheinlich eine Drehung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auftritt, wie bei einer Kurvenfahrt. Das Getriebegehäuse 18 der Getriebeanordnung 14 ist innerhalb des Trägerelements 12 durch herkömmliche erste (linke) und zweite (rechte) Differential- bzw. Getriebe-Antireiblager 22, die vorzugsweise von einem kegelförmigen Rollenlagertyp sind, zur Drehung um die zentrale Achse 24 des Trägerelements 12 drehbar gelagert. Das hohle Trägerelement 12 ist vorzugsweise mit verschiedenen Innenflächen ausgebildet, die die Komponenten der Antriebsachsanordnung 10 stützen. Spezifisch enthält das Trägerelement 12 erste und zweite gegenüberliegende Achszapfen 26₁ bzw. 26₂ , die jeweils eine allgemein zylindrische Seitenöffnung 27 dort hindurch haben (wie es in 2 detailliert gezeigt ist), die die zentrale Achse 24 des Trägerelements 12 definiert. Jeder des ersten und des zweiten Achszapfens 26₁ und 26₂ erstreckt sich entgegengesetzt zu dem anderen von dem Trägerelement 12 aus in Richtung der zentralen Achse 24 nach außen.
Die Antriebsachsanordnung 10 weist weiterhin eine erste und eine zweite Ausgangsachswelle (oder Wellenstümpfe) 28₁ bzw. 28₂ auf, die sich von den Seitenöffnungen 27 aus koaxial durch jeweils den ersten und den zweiten Achszapfen 26₁ und 26₂ des Trägerelements 12 zur Drehung um die zentrale Achse 24 nach außen erstrecken. Es wird erkannt werden, dass sich die erste und die zweite Ausgangswelle 28₁ und 28₂ von dem Getriebegehäuse 18 im Wesentlichen koaxial zu der zentralen Achse 24 des Trägerelements 12 nach außen erstrecken. Das Trägerelement 12 enthält weiterhin eine erste und eine zweite Endkappe 30₁ bzw. 30₂ , die gegenüberliegen und die jeweils an den entsprechenden Achszapfen 26₁ und 26₂ des Trägerelements 12 befestigt sind (wie beispielsweise durch Befestigungsmittel mit Gewinde 35), um die Öffnungen 27 darin zu schließen, und um die entsprechende Ausgangsachswelle 28₁ oder 28₂ koaxial dazu angebracht sind. Darüber hinaus ist jede der ersten und der zwei ten Endkappen 30₁ und 30₂ innerhalb des entsprechenden Achszapfens 26₁ und 26₂ des Trägerelements 12 durch einen O-Ring 31 abgedichtet. Andererseits stützen die erste und die zweite Ausgangsachswelle 28₁ und 28₂ die entsprechende erste und zweite Endkappe 30₁ und 30₂ durch Antireib-Rollenlager 33, wie beispielsweise Nadellager. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Endkappe 30₁ und 30₂ bezüglich der Struktur im Wesentlichen identisch.
Vorzugsweise ist die Antriebsachsanordnung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Anordnung mit unabhängigen Antriebsachsen. Es wird erkannt werden, dass bei einer Anordnung mit unabhängigen Antriebsachsen (im Gegensatz zu einer Anordnung mit starren Antriebsachsen) das Trägerelement an einer Rahmen- oder Karosseriestruktur des Motorfahrzeugs angebracht ist, so dass die Ablenkung (oder ein vertikaler Hub) von einem Fahrzeugrad nicht direkt zu dem Trägerelement übertragen wird. Anderes ausgedrückt lassen die unabhängigen Antriebsachsen die relative winkelmäßige (oder vertikale) Bewegung (oder den Hub) zwischen der linksseitigen und der rechtsseitigen äußeren Achswelle zu. Spezifisch sind die Wellenstümpfe 28₁ und 28₂ antriebsmäßig mit der linksseitigen und der rechtsseitigen äußeren Achswelle (nicht gezeigt), die mit den Fahrzeugantriebsrädern verbunden sind, durch eine geeignete Kopplungseinrichtung gekoppelt, wie beispielsweise Konstantgeschwindigkeits(CV-)Verbindungen (nicht gezeigt), die an den distalen Enden der Wellenstümpfe 28₁ und 28₂ vorgesehen sind. Typischerweise werden die unabhängigen Antriebsachsen in Verbindung mit unabhängigen Aufhängungen verwendet.
Der Getriebemechanismus 20, der innerhalb des Getriebegehäuses 18 zentral angeordnet ist, enthält eine Planetenrad- bzw. Ritzel-(oder Quer-)Welle 32, die nicht drehbar an dem Getriebegehäuse 18 gesichert ist, ein Paar von Ausgleichskegelrädern 34, die drehbar und koaxial auf der Planetenradwelle 32 innerhalb des Getriebegehäuses 18 angeordnet sind, und jeweils ein erstes und ein zweites Achswellenkegelrad 36₁ und 36₂ . Das erste und das zweite Achswellenkegelrad 36₁ und 36₂ stehen in Eingriff mit jedem dieser Ausgleichskegelräder 34 und sind konzentrisch um jeweils die entsprechenden Achswellen 28₁ und 28₂ angeordnet. Der Getriebemechanismus 20 stellt herkömmlich eine differentielle Drehung des ersten Achswellenkegelrads 36₁ relativ zu dem zweiten Achswellenkegelrad 36₂ zur Verfügung. Jedoch ist, ungleich der herkömmlichen Getriebeanordnung, jedes der Achswellenkegelräder 36₁ und 36₂ der Getriebe anordnung 14 gemäß der vorliegenden Erfindung durch jeweils eine erste und eine zweite Wellenzurückhaltemanschette 38₁ und 38₂ drehbar um die entsprechenden Ausgangswellen 28₁ und 28₂ angebracht.
Nimmt man nun Bezug auf 5 der Zeichnungen, ist die Anbringanordnung des ersten Achswellenkegelrads 36₁ zu einem inneren Ende der ersten Ausgangswelle 28₁ detailliert dargestellt. Es wird erkannt werden, dass vorzugsweise die Anbringanordnungen des ersten und des zweiten Achswellenkegelrads 36₁ und 36₂ an einem inneren Ende der entsprechenden ersten und zweiten Ausgangswelle 28₁ und 28₂ im Wesentlichen identisch sind, wie es in 1 gesehen werden kann. Wie es detailliert in 5 dargestellt ist, ist eine zylindrische innere periphere Oberfläche 40 des ersten Achswellenkegelrads 36₁ dazu geeignet, eine komplementäre zylindrische äußere periphere Oberfläche 42 der ersten Wellenzurückhaltemanschette 38₁ zu steuern. Die erste Wellenzurückhaltemanschette 38₁ ist in lateraler Richtung in Richtung der zentralen Achse 24 zwischen der Getriebe-Planetenradwelle 32 und einer kreisringförmigen Schulter 44 des ersten Achswellenkegelrads 36₁ beschränkt. Wenn das innere Ende der ersten Ausgangswelle 28₁ in die erste Wellenzurückhaltemanschette 38₁ eingebaut ist, verriegelt ein ausdehnbarer bzw. expandierbarer Schnappring 46 die erste Ausgangswelle 28₁ an der ersten Wellenzurückhaltemanschette 38₁ . Wie es in 5 weiterhin gezeigt ist, ist der Schnappring bzw. Federring 46 in komplementären kreisringförmigen Vertiefungen 47 und 48 angeordnet, die jeweils in der ersten Ausgangswelle 28₁ und der ersten Wellenzurückhaltemanschette 38₁ ausgebildet sind. Darüber hinaus ist ein O-Ring 55, der vorzugsweise aus einem geeigneten elastomeren Material, wie beispielsweise Gummi, hergestellt ist, um die erste Ausgangswelle 28₁ angebracht, um zwischen der ersten Wellenzurückhaltemanschette 38₁ und der ersten Ausgangswelle 28₁ zusammengedrückt bzw. komprimiert zu werden. Der elastomere O-Ring 55 stellt einen Reibeingriff zwischen der ersten Wellenzurückhaltemanschette 38₁ und der ersten Ausgangswelle 28₁ zur Verfügung, um eine relative Drehung zwischen der ersten Wellenzurückhaltemanschette 38₁ und der ersten Ausgangswelle 28₁ zu beschränken oder zu verhindern, während eine relative Drehung zwischen dem ersten Achswellenkegelrad 36₁ und der ersten Wellenzurückhaltemanschette 38₁ sichergestellt wird. Vorzugsweise ist der elastomere O-Ring 55 in einer kreisringförmigen Vertiefung angeordnet, die in der ersten Ausgangswelle 28₁ ausgebildet ist. Der Mechanismus steuert die erste Aus gangswelle 28₁ in radialer Richtung in dem ersten Achswellenkegelrad 36₁ , lässt eine relative Drehung zwischen der ersten Ausgangswelle 28₁ und dem ersten Achswellenkegelrad 36₁ zu und beschränkt die erste Ausgangswelle 28₁ innerhalb des Trägerelements 12.
Die Antriebs-Achsanordnung 10 weist weiterhin eine erste kreisringförmige Antriebsabstandshülse 50₁ auf, die drehbar um die erste Ausgangswelle 28₁ koaxial dazu angebracht und nicht drehbar mit dem ersten Achswellenkegelrad 36₁ gekoppelt ist, und eine zweite kreisringförmige Antriebsabstandshülse 50₂ , die drehbar um die zweite Ausgangswelle 28₂ koaxial dazu angebracht und nicht drehbar mit dem zweiten Achswellenkegelrad 36₂ gekoppelt ist. Vorzugsweise sind die erste (rechte) und zweite (linke) Antriebsabstandshülse 50₁ und 50₂ strukturmäßig identisch, weshalb hierin nachfolgend nur die Antriebsabstandshülse 50₁ detailliert offenbart ist. Die Antriebs-Achsanordnung 10 enthält auch eine erste Kupplungs-(oder Trenn- bzw. Abschalt-)Anordnung 60₁ , die zum selektiven antreibenden Trennen oder Verbinden der ersten Ausgangswelle 28₁ von oder mit dem ersten Achswellenkegelrad 36₁ vorgesehen ist, und eine zweite Kupplungs-(oder Trenn- bzw. Abschalt-)Anordnung 60₂ , die zum selektiven antreibenden Trennen oder Verbinden der zweiten Ausgangswelle 28₂ von oder mit dem zweiten Achswellenkegelrad 36₂ vorgesehen ist. Vorzugsweise sind die erste (rechte) und zweite (linke) Kupplungsanordnung 60₁ und 60₂ sowohl strukturmäßig als auch funktionsmäßig im Wesentlichen identisch (wie es in 1 gezeigt ist), weshalb hierin nachfolgend nur eine der Kupplungsanordnungen 60₁ und 60₂ detailliert offenbart ist.
Wie es in den 3–6 dargestellt ist, enthält die erste Kupplungsanordnung 60₁ eine erste Gleitkupplungsausrückmuffe 62₁ und ein im Wesentlichen kreisringförmiges erstes fluidbetriebenes Kupplungsstellglied 64₁ , das zum axialen Antreiben (Bewegen) der ersten Kupplungsausrückmuffe 62₁ zwischen einer ersten Eingriffsposition (oder Betriebsart) (3) und einer zweiten Nichteingriffsposition (oder Betriebsart) (4) vorgesehen ist. Spezifisch steht in der ersten Position die erste Kupplungsausrückmuffe 62₁ antreibend in Eingriff mit dem ersten Achswellenkegelrad 36₁ in einer Leistungsübertragungsbeziehung (wie es in 3 gezeigt ist), während in der zweiten Position die erste Kupplungsausrückmuffe 62₁ rotationsmäßig unabhängig von dem ersten Achswellenkegelrad 36₁ ist. Vorzugsweise ist die erste Kupplungsausrückmuffe 32₁ der ersten Kupplungsanordnung 60₁ im Wesentlichen identisch zu einer zweiten fluidbetriebenen Kupplungsstellgliedanordnung 64₂ der zweiten Kupplungsanordnung 60₂ . Die erste Kupplungsausrückmuffe 62₁ ist konzentrisch um die erste Ausgangswelle 28, angeordnet. Darüber hinaus ist die erste Kupplungsausrückmuffe 62₁ nicht drehbar sondern gleitbar mit der ersten Ausgangswelle 28₁ gekoppelt, wie beispielsweise durch eine Keilverzahnungsverbindung. Spezifisch enthält, wie es in 6 detailliert dargestellt ist, die erste Kupplungsausrückmuffe 62₁ aufnehmende Keilverzahnungen 63, die paarweise zu komplementären vorstehenden Keilverzahnungen 29 passen, die auf der ersten Ausgangswelle 28₁ ausgebildet sind. Die paarweise passenden aufnehmenden und vorstehenden Keilverzahnungen 63 und 29 lassen jeweils eine axiale Bewegung der ersten Kupplungsausrückmuffe 62₁ relativ zu der ersten Ausgangswelle 28₁ zu, während eine relative Drehbewegung dazwischen verhindert wird. Vorzugsweise ist das erste fluidbetriebene Kupplungsstellglied 64₁ ein pneumatisches Stellglied und kann aufgrund unter Druck gesetzter Luft oder vorzugsweise eines Vakuums arbeiten, um einen Linearhub der ersten Kupplungsausrückmuffe 62₁ zur Verfügung zu stellen. Stellglieder, die durch Hydraulikfluid, Elektrizität oder ein anderes Mittel mit Energie versorgt werden und die axial zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart antreibbar sind, sind gleichermaßen zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet.
Die erste Antriebsabstandshülse 50₁ , die in 5 detailliert gezeigt ist, ist drehbar um die erste Ausgangswelle 28₁ konzentrisch dazu angebracht und ist konstant nicht drehbar (antreibend) mit dem ersten Achswellenkegelrad 36₁ gekoppelt, wie beispielsweise durch eine Keilverzahnungsverbindung, so dass die erste Kupplungsausrückmuffe 62₁ konfiguriert ist, um selektiv antreibend mit dem ersten Achswellenkegelrad 36₁ durch die erste Antriebsabstandshülse 50₁ in Eingriff zu stehen. Spezifischer hat das erste Achswellenkegelrad 36₁ radial nach innen gerichtete (oder aufnehmende) Keilverzahnungen 37, während die erste Antriebsabstandshülse 50, radial nach außen gerichtete (oder vorstehende) Keilverzahnungen 52 komplementär zu und in Eingriff mit den aufnehmenden Keilverzahnungen 37 des ersten Achswellenkegelrads 36₁ an einem inneren Ende 51 der ersten Antriebsabstandshülse 50₁ und zweite radial nach außen gerichtete (oder vorstehende) Keilverzahnungen 54 komplementär zu den aufnehmenden Keilverzahnungen 63 der ersten Kupplungsausrückmuffe 62₁ an einem äußeren Ende 53 der ersten Antriebsabstandshülse 50, hat. Die paar weise passenden vorstehenden und aufnehmenden Keilverzahnungen 54 und 63 der ersten Antriebsabstandshülse 50₁ bzw. der ersten Kupplungsausrückmuffe 62₁ lassen eine axiale Bewegung der ersten Kupplungsausrückmuffe 62₁ relativ zu der ersten Antriebsabstandshülse 50₁ zu.
Angesichts der oben beschriebenen Ähnlichkeiten bzw. Gleichheiten und im Interesse einer Vereinfachung wird die folgende Diskussion manchmal ein Bezugszeichen in Klammern ohne Buchstaben verwenden, um eine jeweilige von zwei im Wesentlichen identischen Strukturen des ersten und des zweiten Achszapfens 26₁ und 26₂ , der ersten und der zweiten Ausgangswelle 28₁ und 28₂ , der ersten und der zweiten Endkappe 30₁ und 30₂ , des ersten und des zweiten Achswellenkegelrads 36₁ und 36₂ , der ersten und der zweiten Antriebsabstandshülse 50₁ und 50₂ , der ersten und der zweiten Kupplungsanordnung 60₁ und 60₂ , der ersten und der zweiten Kupplungsausrückmuffe 62₁ und 62₂ und der ersten und der zweiten fluidbetriebenen Kupplungsstellgliedanordnung 64₁ und 64₂ , etc. zu bezeichnen. Beispielsweise wird eher das Bezugszeichen [64] verwendet werden, wenn allgemein auf sowohl die erste als auch die zweite fluidbetriebene Kupplungsstellgliedanordnung 64₁ und 64₂ Bezug genommen wird, als dass zwei unterschiedliche Bezugszeichen angegeben werden.
Das vakuumbetriebene Kupplungsstellglied [64], das in 6 detailliert dargestellt ist, enthält ein kreisringförmiges Stellgliedgehäuse, das durch die Endkappe [30], die an dem Achszapfen [26] angebracht ist, definiert ist, und einen kreisringförmigen federvorgespannten Stellgliedkolben 66, der wenigstens teilweise innerhalb des Stellgliedgehäuses [30] angeordnet ist und abdichtend mit dem Stellgliedgehäuse [30] durch Ausgleichselemente 68 verbunden ist. Sowohl das kreisringförmige Stellgliedgehäuse [30] als auch der kreisringförmige Stellgliedkolben 66 des vakuumbetriebenen Kupplungsstellglieds [64] sind um die Ausgangswelle [28] konzentrisch dazu angeordnet. Die Endkappe [30] ist mit einem kreisringförmigen Montageflansch 39 (der auch in 2 gezeigt ist) versehen, der sich axial nach innen in die Öffnung 27 in dem Achszapfen (26) erstreckt, um einen offenen kreisringförmigen Hohlraum in der Endkappe [30] zu definieren. Infolge davon definiert ein Raum in der kreisringförmigen Endkappe [30], der durch den Montageflansch 39 davon und den Stellgliedkolben 66 begrenzt ist und durch die Ausgleichselemente 68 abgedichtet ist, eine Fluidkammer (oder vorzugsweise eine Vakuumkammer) 70 in nerhalb der Endkappe [30]. Daher definiert das erste fluidbetriebene Kupplungsstellglied 64₁ mit der ersten Endkappe 30₁ als integraler Teil davon eine erste integrierte fluidbetriebene Anordnung aus Stellglied/Endkappe. Anders ausgedrückt agiert die Endkappe [30] als ein Gehäuse des vakuumbetriebenen Kupplungsstellglieds [64]. Gleichermaßen definiert das zweite fluidbetriebene Kupplungsstellglied 64₂ mit der zweiten Endkappe 30₂ als integraler Teil davon eine zweite integrierte fluidbetriebene Anordnung aus Stellglied/Endkappe.
Das vakuumbetriebene Kupplungsstellglied [64] enthält weiterhin ein Federelement, wie beispielsweise eine Wellenfeder 72, das in der Vakuumkammer 70 zum normalen Vorspannen des Stellgliedkolbens 66 in Richtung zu der ersten Eingriffsposition der Kupplungsausrückmuffe [62] angeordnet ist. Der kreisringförmige federbelastete Stellgliedkolben 66 ist mit einem Stellgliedarm (oder einer Schaltgabel) 67 versehen, der integral mit dem Stellgliedkolben 66 ausgebildet ist, um antreibend in Eingriff mit einer kreisringförmigen Vertiefung 69 zu stehen, die auf einer radial äußeren peripheren Oberfläche der Kupplungsausrückmuffe [62] zum axialen Bewegen der Kupplungsausrückmuffe [62] in und aus einem Antriebseingriff mit der Antriebsabstandshülse [50] und folglich mit dem Achswellenkegelrad [36] ausgebildet ist. Vorzugsweise sind der Stellgliedkolben 66 und der Stellgliedarm 67 homogen als Einzelteilelement hergestellt. Der Stellgliedarm 67 ist entwickelt, um paarweise mit der kreisringförmigen Vertiefung 69 in der Kupplungsausrückmuffe [62] in Eingriff zu sein.
Die Vakuumkammer 70 des vakuumbetriebenen Kupplungssteuerglieds [64] steht in Verbindung mit einer geeigneten externen Quelle eines Fluiddrucks, wie beispielsweise einer externen Vakuumquelle (die in den 1–6 nicht gezeigt ist), und zwar über Fluiddurchgänge (die in den 1–6 nicht gezeigt sind), die jeweils durch das Trägerelement 28 und das Stellgliedgehäuse (die Endkappe) [30] ausgebildet sind, zum Verbinden des vakuumbetriebenen Kupplungsstellglieds [64] mit der externen Vakuumquelle, wie beispielsweise dem Motorverteiler durch ein Steuerventil (das in den 1–4 nicht gezeigt ist). Die integrierte Anordnung aus Stellglied/Endkappe [64] steht mit der externen Vakuumquelle über ein externes Anschlussstück (in den 1–4 nicht gezeigt) zum Verbinden des vakuumbetriebenen Kupplungsstellglieds [64] mit der externen Vakuumquelle in Verbindung. Darüber hinaus ist die Gleitschnittstelle zwischen Stell gliedgehäuse [30] und Achswelle [28] durch eine Lippendichtung 90 abgedichtet, die nicht drehbar an dem Stellgliedgehäuse [30] angebracht ist.
Ein Betrieb der Antriebs-Achsanordnung 10, die die Trennanordnung [60] gemäß der vorliegenden Erfindung verkörpert, wird am besten durch Bezugnahme auf die 3 und 4 verstanden.
Wenn kein Vakuum in der Vakuumkammer 70 des vakuumbetriebenen Kupplungsstellglieds [64] angelegt ist, wird der Stellgliedkolben 66 durch das Federelement 72 axial nach innen in Richtung zu dem Achswellenkegelrad [36] verschoben, wie es in der 3 gezeigt ist. Folglich bewegt der Stellgliedarm 67 des Stellgliedkolbens 66 die Kupplungsausrückmuffe [62] so, dass die aufnehmenden Keilverzahnungen 63 der Kupplungsausrückmuffe [62] paarweise zu den komplementären vorstehenden Keilverzahnungen 54 der Antriebsabstandshülse [50] passen (treibend damit in Eingriff sind), um dadurch die Trennanordnung [60] in die erste Eingriffsbetriebsart zu versetzen, wie es in 3 dargestellt ist, indem das Achswellenkegelrad [36] treibend in Eingriff mit der Ausgangswelle [28] in Eingriff gebracht wird. Fachleute auf dem Gebiet würden erkennen, dass in der eingegriffenen bzw. eingekuppelten Betriebsart der Trennanordnung 60 das Achswellenkegelrad [46] durch die Antriebsabstandshülse [50] und die Kupplungsausrückmuffe [62] antreibend mit der Ausgangswelle [28] gekoppelt ist. In dieser Betriebsart kann ein Drehmoment von dem Achswellenkegelrad [36] zu der Ausgangswelle [28] übertragen werden.
Wenn ein Vakuum in der Vakuumkammer 70 des vakuumbetriebenen Kupplungsstellglieds [64] angelegt ist, wird der Stellgliedkolben 66 gegen die Vorspannkraft des Federelements 72 axial nach außen weg von dem Achswellenkegelrad [36] verschoben. Folglich bewegt der Stellgliedarm 67 des Stellgliedkolbens 66 die Kupplungsausrückmuffe [62], so dass die aufnehmenden Keilverzahnungen 63 der Kupplungsausrückmuffe [62] von den komplementären vorstehenden Keilverzahnungen 54 der Antriebsabstandshülse [50] auskuppeln, um dadurch den Trenn- bzw. Abschaltmechanismus [60] in die zweite ausgekuppelte Betriebsart zu versetzen, wie es in 4 dargestellt ist. Fachleute auf dem Gebiet würden erkennen, dass in dieser ausgekuppelten Betriebsart des Abschaltmechanismus [60] das Achswellenkegelrad [36] von der Ausgangswelle [28] getrennt (ausgekuppelt) ist. In der ausgekuppelten Betriebsart ist die Ausgangswelle [28] rotationsmäßig unabhängig von dem Achswellenkegelrad [36] und den anderen Komponenten des Getriebemechanismus 40 und kann unabhängig von einer weiteren Ausgangswelle [28] freilaufen. Darüber hinaus kann in der Trenn- bzw. Abschaltbetriebsart das Achswellenkegelrad [36] stationär sein, während sich die Ausgangswelle [28] aufgrund der Reifendrehung dreht.
Es sollte beachtet werden, dass der Wechsel von der eingekuppelten Betriebsart zu der ausgekuppelten Betriebsart der Ausgangswelle [28] oder umgekehrt schnell und angenehm von der Ferne aus mittels eines geeigneten Steuersystems erreicht wird, das zu dem vakuumbetriebenen Kupplungsstellglied [64] gehört. Die aktivierende Steuerung für das vakuumbetriebene Kupplungsstellglied [64] kann somit in einem Fahrerhaus des Motorfahrzeugs innerhalb der Reichweite eines Fahrers angeordnet sein.
Die 8–10 stellen eine Antriebs-Achsanordnung 110 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Komponenten, die gegenüber den vorherigen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unverändert sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Komponenten, die auf dieselbe Weise wie bei der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung funktionieren, die in den 1–5 gezeigt ist, sind durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, zu welchen 100 addiert worden ist, und zwar manchmal ohne dass es detailliert beschrieben wird, da Ähnlichkeiten bzw. Gleichheiten zwischen den entsprechenden Teilen bei den zwei Ausführungsformen ohne weiteres durch den Leser wahrgenommen werden.
Die Antriebs-Achsanordnung 110 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in den 8–10 gezeigt ist, weist ein hohles Getriebe-Trägerelement 112 und eine Getriebeanordnung 114, die innerhalb des Trägerelements 112 angeordnet ist und durch ein Ausgleichskegelrad 16 angetrieben wird, auf. Ein Getriebegehäuse 118 der Getriebeanordnung 114 ist drehbar innerhalb des Trägerelements 112 durch herkömmliche erste (linke) und zweite (rechte) Getriebe-Antireiblager 22 gelagert, die vorzugsweise von einem kegelförmigen Rollenlagertyp sind, und zwar zur Drehung um eine zentrale Achse 24 des Trägerelements 112. Das hohle Trägerelement 112 ist vorzugsweise mit verschiedenen Innenflächen ausgebildet, die die Komponenten der Antriebs-Achsanordnung 110 stützen. Spezifisch enthält das Trägerelement 112 einen ersten und einen zweiten gegenüberliegenden Achszapfen 126₁ bzw. 126₂ , die jeweils eine allgemein zylindrische Seitenöffnung 127 dort hindurch haben, die die zentrale Achse 24 des Trägerelements 112 definiert. Jeder des ersten und des zweiten Achszapfens 126₁ und 126₂ erstreckt sich von dem Trägerelement 112 in der Richtung der zentralen Achse 24 nach außen.
Die Antriebs-Achsanordnung 110 weist weiterhin jeweils eine erste und eine zweite Ausgangsachswelle 128₁ und 128₂ auf, die sich koaxial von den Seitenöffnungen 127 durch den jeweiligen ersten und zweiten Achszapfen 126₁ und 126₂ des Trägerelements 112 zur Drehung um die zentrale Achse 24 erstrecken. Es wird erkannt werden, dass sich die erste und die zweite Ausgangswelle 128₁ und 128₂ von dem Getriebegehäuse 18 im Wesentlichen koaxial zu der zentralen Achse 24 des Trägerelements 112 erstrecken.
Zentral innerhalb des Getriebegehäuses 18 ist ein Getriebemechanismus (oder ein Getriebe) 120 angeordnet. Der Getriebemechanismus 120 enthält eine Planetenrad-(oder Quer-)Welle 32, die an dem Getriebegehäuse 18 gesichert ist, ein Paar von Ausgleichskegelrädern 34, die drehbar und koaxial an der Planetenradwelle 32 innerhalb des Getriebegehäuses 18 angeordnet sind, und jeweils ein erstes und ein zweites Achswellenkegelrad 136₁ und 136₂ . Das erste und das zweite Achswellenkegelrad 136₁ und 136₂ greifen jeweils in diese Ausgleichskegelräder 34 ein und sind jeweils konzentrisch um die entsprechenden Achswellen 128₁ und 128₂ angeordnet. Der Getriebemechanismus 120 stellt herkömmlich eine differentielle Drehung des ersten Achswellenkegelrads 136₁ relativ zu dem zweiten Achswellenkegelrad 136₂ zur Verfügung. Jedoch ist ungleich der herkömmlichen Getriebeanordnung jedes der Achswellenkegelräder 136₁ und 136₂ der Getriebeanordnung 114 gemäß der vorliegenden Erfindung drehbar um die entsprechenden Ausgangswellen 128₁ und 128₂ über jeweils eine erste und eine zweite Wellenzurückhaltemanschette 138₁ und 138₂ angebracht. Es wird erkannt werden, dass bevorzugt die Montageanordnungen des ersten und des zweiten Achswellenkegelrads 136₁ und 136₂ zu den entsprechenden ersten und zweiten Ausgangswellen 128₁ und 128₂ im Wesentlichen identisch sind, wie es in 8 gezeigt ist. Das Trägerelement 112 enthält auch eine geeignet angeordnete Zugriffsöffnung, die herkömmlich durch eine entfernbare Abdeckung 138 (die in 8 gezeigt ist) abgedichtet ist.
Im Interesse einer Vereinfachung wird die folgende Diskussion manchmal ein Bezugszeichen in Klammern ohne Zusatz verwenden, um jede von zwei im Wesentlichen identischen Strukturen des ersten und des zweiten Achszapfens 126₁ und 126₂ , der ersten und der zweiten Ausgangswelle 128₁ und 128₂ , des ersten und des zweiten Achswellenkegelrads 136₁ und 136₂ , der ersten und der zweiten Wellenzurückhaltemanschette 138₁ und 138₂ und anderer Paare von identischen Komponenten der Antriebs-Achsanordnung 110 zu bezeichnen. Beispielsweise wird eher das Bezugszeichen [136] verwendet werden, wenn allgemein auf sowohl das erste als auch das zweite Achswellenkegelrad 136₁ und 136₂ Bezug genommen wird, als dass zwei unterschiedliche Bezugszeichen angegeben werden.
Nimmt man nun Bezug auf 11 der Zeichnungen, wird die Montageanordnung des Achswellenkegelrads [136] zu einem inneren Ende 131 der Ausgangswelle [128] detailliert dargestellt. Wie es in 11 dargestellt ist, ist die Wellenzurückhaltemanschette [138] mit inneren (oder aufnehmenden) Keilverzahnungen 138a komplementär zu äußeren (oder vorstehenden) Keilverzahnungen 129 versehen, die an dem inneren Ende 131 der Ausgangswelle [128] vorgesehen sind. Wenn sie zusammengebaut sind, stehen die vorstehenden Keilverzahnungen 129 der Ausgangswelle [128] antreibend in Eingriff mit den aufnehmenden Keilverzahnungen 138a der Wellenzurückhaltemanschette [138]. Eine zylindrische innere periphere Oberfläche 140 des Achswellenkegelrads [136] ist dazu geeignet, eine komplementäre zylindrische äußere periphere Oberfläche 142 der Wellenzurückhaltemanschette [138] zu steuern. Die Wellenzurückhaltemanschette [138] wird lateral in Richtung der zentralen Achse 24 zwischen der Getriebe-Planetenradwelle 32 und einer kreisringförmigen Schulter 144 des Achswellenkegelrads [136] beschränkt. Wenn das innere Ende 131 der Ausgangswelle [128] in die Wellenzurückhaltemanschette [138] eingebaut ist, verriegelt ein expandierbarer Schnappring 146 die Ausgangswelle [128] zu der Wellenzurückhaltemanschette [138]. Wie es in 8 gezeigt ist, ist der Schnappring bzw. Federring 146 in komplementären kreisringförmigen Vertiefungen 146 und 148 angeordnet, die jeweils in der Ausgangswelle [128] und der Wellenzurückhaltemanschette [138] ausgebildet sind. Dieser Mechanismus steuert die Ausgangswelle [128] radial in dem Achswellenkegelrad [136], lässt eine relative Drehung zwischen der Ausgangswelle [128] und dem Achswellenkegelrad [136] zu und beschränkt die Ausgangswelle [128] innerhalb des Trägerelements [112]. Jedes der Achswellenkegelräder [136] enthält auch einen Nabenteilbereich 150 mit einer Vielzahl von axial nach außen erstreckten Kopplungszähnen 152, die auf einer kreisringförmigen, axial nach außen gerichteten Oberfläche 151 davon ausgebildet sind. Die Kopplungszähne 152 des Achswellenkegelrads [136] sind umfangsmäßig (oder winkelmäßig) voneinander beabstandet.
Die Antriebs-Achsanordnung 110 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält weiterhin eine erste Kupplungs-(oder Trenn- bzw. Abschalt-)Anordnung 160₁ (wie es in den 8–10 gezeigt ist), die zum selektiven antreibenden Trennen oder Verbinden der ersten Ausgangswelle 128₁ von oder mit dem ersten Achswellenkegelrad 136₁ vorgesehen ist, und eine zweite Kupplungs-(oder Trenn- bzw. Abschalt-)Anordnung 160₂ (wie es in 8 gezeigt ist), die zum selektiven antreibenden Trennen oder Verbinden der zweiten Ausgangswelle 128₂ von oder mit dem zweiten Achswellenkegelrad 136₂ vorgesehen ist.
Die erste (rechte) und die zweite (linke) Kupplungsanordnung 160₁ und 160₂ sind strukturmäßig im Wesentlichen identisch, und zwar sowohl strukturmäßig als auch funktionsmäßig, weshalb im Interesse einer Vereinfachung eher das Bezugszeichen [160] verwendet werden wird, wenn hierin nachfolgend allgemein auf sowohl die erste als auch die zweite Kupplungsanordnung 160₁ und 160₂ Bezug genommen wird, als dass zwei unterschiedliche Bezugszeichen angegeben werden.
Die Kupplungsanordnung [160] enthält eine gleitende Kupplungsausrückmuffe 162 (die in 11 detailliert gezeigt ist) und ein im Wesentlichen kreisringförmiges fluidbetriebenes Kupplungsstellglied 164. Die Kupplungsausrückmuffe 162 ist konzentrisch um die Ausgangswelle [128] angeordnet und allgemein benachbart zu dem inneren Ende 131 der Ausgangswelle [128]. Darüber hinaus ist die Kupplungsausrückmuffe 162 nicht drehbar, sondern gleitbar mit der Ausgangswelle [128] gekoppelt, wie beispielsweise durch eine Keilverzahnungsverbindung. Spezifisch enthält die Kupplungsausrückmuffe 162 aufnehmende Keilverzahnungen 163, die paarweise zu komplementären vorstehenden Keilverzahnungen 137 passen, die auf der Ausgangswelle [128] ausgebildet sind. Die paarweise passenden aufnehmenden und vorstehenden Keilverzahnungen 163 und 137 lassen eine relative axiale Bewegung zwischen der Kupplungsausrückmuffe 162 und der Ausgangswelle [128] zu, während eine relative Drehbewegung dazwischen verhindert wird. Die Kupplungsausrückmuffe 162 enthält weiterhin eine Vielzahl von axial nach innen erstreckten Kopplungszähnen 165, die auf einer axial nach innen schauenden Oberfläche 167 davon ausgebildet sind. Die Kopplungszähne 165 der Kupplungsausrückmuffe 162 sind umfangsmäßig (oder winkelmäßig) voneinander beabstandet und sind komplementär zu und in Eingriff bringbar mit den Kopplungszähnen 152 des Achswellenkegelrads [136]. Ebenso ist die Kupplungsausrückmuffe 162 mit einer kreisringförmigen Vertiefung 169 ausgebildet, die um eine Peripherie davon angeordnet ist.
Das fluidbetriebene Kupplungsstellglied 164 ist zum axialen Antreiben der Kupplungsausrückmuffe 162 vorgesehen. Vorzugsweise ist das fluidbetriebene Kupplungsstellglied 164 ein pneumatisches Stellglied und kann bei unter Druck gesetzter Luft oder vorzugsweise Vakuum arbeiten, um einen Linearhub der Kupplungsausrückmuffe 162 zwischen einer ersten Eingriffsbetriebsart (9) und einer zweiten Nichteingriffsbetriebsart (10) zur Verfügung zu stellen. Stellglieder, die durch Hydraulikfluid, Elektrizität oder andere Mittel mit Energie versorgt werden und die axial antreibbar zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart sind, sind gleichermaßen zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet. Das vakuumbetriebene Kupplungsstellglied 164 enthält ein im Wesentlichen kreisringförmiges Stellgliedgehäuse 138, das eine Vakuumkammer 170 darin definiert, und einen kreisringförmigen federbelasteten Stellgliedkolben 166, der gleitbar innerhalb des Stellgliedgehäuses 130 zum axialen Bewegen der Kupplungsausrückmuffe 162 angeordnet ist, und ist an dem Stellgliedgehäuse 130 durch Ausgleichselemente 168 gesichert, um die Vakuumkammer 170 abzudichten.
Jedes der Stellgliedgehäuse 130 des vakuumbetriebenen Kupplungsstellglieds 164 ist drehbar um die entsprechende Ausgangsachswelle [128] koaxial dazu angebracht und ist nicht drehbar an dem Trägerelement 112 innerhalb des entsprechenden Achszapfens [126] gesichert, wie beispielsweise durch eine Presspassung, um die Öffnung 127 darin zu schließen. Darüber hinaus ist das kreisringförmige Stellgliedgehäuse 130 innerhalb des entsprechenden Achszapfens [126] des Trägerelements 112 durch O-Ringe 131 abgedichtet. Andererseits stützt die Ausgangsachswelle [128] drehbar das entsprechende Stellgliedgehäuse 130 durch ein Antireib-Rollenlager 133, wie beispielsweise ein Nadellager. Daher definiert das Stellgliedgehäuse 130 der fluidbetriebenen Kupplungsstellgliedanordnung 164 nicht nur die Vakuumkammer 170, sondern agiert (funktioniert) auch als Endkappe des Achszapfens [126], die die Öffnung 127 darin schließt. Demgemäß definiert die fluidbetriebene Kupplungsstellgliedanordnung 164 mit dem Stellgliedgehäuse 130 als einen integralen Teil davon eine integrierte fluidbetriebene Anordnung aus Stellglied/Endkappe.
Wie es in den 8–10 weiterhin dargestellt ist, begrenzt ein expandierbarer Schnappring, wie beispielsweise ein C-Ring 135 den axial nach außen gerichteten Hub des Stellgliedgehäuses 130, um das Stellgliedgehäuse 130 innerhalb des entsprechenden Achszapfens [126] des Trägerelements 12 zurückzuhalten. Vorzugsweise ist der Schnappring 135 in einer kreisringförmigen Vertiefung angeordnet, die in der Öffnung 127 des Achszapfens [126] ausgebildet ist. Alternativ dazu kann, wie es in 12 dargestellt ist, jeder der Achszapfen 126₁ und 126₂ des Trägerelements 112 mit einem kreisringförmigen Flansch 180 versehen sein, der sich von einem distalen Ende des Achszapfens 126₁ , 126₂ im Wesentlichen rechtwinklig zu der zentralen Achse 24 in radialer Richtung nach innen erstreckt. In diesem Fall wird der axial nach außen gerichtete Hub der integrierten fluidbetriebenen Anordnung aus Stellglied/Endkappe 164 durch den kreisringförmigen Flansch 180 begrenzt, der in Eingriff mit dem Stellgliedgehäuse 130 steht. Darüber hinaus ist die gleitende Schnittstelle zwischen Stellgliedgehäuse 130 und Achsewelle [128] durch eine Lippendichtung 190 abgedichtet, die nicht drehbar an dem Stellgliedgehäuse 130 angebracht ist.
Das vakuumbetriebene Kupplungsstellglied 164 enthält weiterhin ein Federelement 172 (wie beispielsweise eine Schraubenfeder), das in der Vakuumkammer 170 zum normalen Vorspannen des Stellgliedkolbens 166 in Richtung zu der ersten Eingriffsbetriebsart der Kupplungsausrückmuffe 162 angeordnet ist. Der kreisringförmige federbelastete Stellgliedkolben 166 ist mit einem Stellgliedarm (oder einer Schaltgabel) 167 versehen, der integral mit dem Stellgliedkolben 166 ausgebildet ist, um antreibend in Eingriff mit der kreisringförmigen Vertiefung 166 der Kupplungsausrückmuffe 162 über einen Verschleißschutz 183 zum axialen Bewegen der Kupplungsausrückmuffe 162 in und aus einem antreibenden Eingriff mit dem Achswellenkegelrad [136] zu stehen. Vorzugsweise sind der Stellgliedkolben 166 und der Stellgliedarm 167 homogen als Einzelteilelement hergestellt. Weiterhin wird vorzugsweise der Verschleißschutz 183 aus Polymermaterial hergestellt und wird innerhalb der Vertiefung 169 in der Kupplungsausrückmuffe 162 durch irgendeine im Stand der Technik bekannte geeignete Technik, wie beispielsweise durch eine Klebebondierung, gesichert. Der Stellgliedarm 167 ist derart entwickelt, dass er paarweise zu der Vertiefung 169 in der Kupplungsausrückmuffe 162 passt.
Die Vakuumkammer 170 des vakuumbetriebenen Kupplungsstellglieds 164 der ersten und der zweiten Kupplungsanordnung 160₁ und 160₂ steht in Verbindung mit einer einzigen, geeigneten externen Vakuumquelle 182 über Fluiddurchgänge 164 und 165, die jeweils durch das Trägerelement 112 und das Stellgliedgehäuse 130 ausgebildet sind, zum Verbinden des vakuumbetriebenen Kupplungsstellglieds 164 mit der externen Vakuumquelle 182, wie beispielsweise den Motorverteiler durch ein Steuerventil (nicht gezeigt). Die integrierte Anordnung aus Stellglied/Endkappe 164 steht in Verbindung mit der externen Vakuumquelle 182 durch ein externes Anschlussstück 186.
Ein Betrieb der Antriebs-Achsanordnung 110, die die Trennanordnung [160] gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verkörpert, wird am besten durch Bezugnahme auf die 9 und 10 verstanden.
Wenn kein Vakuum in der Vakuumkammer 170 des vakuumbetriebenen Kupplungsstellglieds 164 angelegt ist, wird der Stellgliedkolben 166 durch eine Schraubenfeder 172 axial nach innen in Richtung zu dem Achswellenkegelrad [136] verschoben, wie es in der 9 gezeigt ist. Folglich bewegt der Stellgliedarm 167 des Stellgliedkolbens 166 die Kupplungsausrückmuffe 162 so, dass die Kopplungszähne 165 der Kupplungsausrückmuffe 162 mit den komplementären Kopplungszähnen 151 des Achswellenkegelrads [136] kämmen (treibend in Eingriff stehen), um dadurch die Trennanordnung [160] in die erste Eingriffsbetriebsart zu versetzen, wie es in 9 dargestellt ist. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass in der Eingriffsbetriebsart der Trennanordnung [160] das Achswellenkegelrad [136] antreibend mit der Achswelle [128] durch die Kupplungsausrückmuffe 162 gekoppelt ist. In dieser Betriebsart kann ein Drehmoment von dem Achswellenkegelrad [136] zu der Ausgangswelle [128] über die Kupplungsausrückmuffe 162 übertragen werden.
Gegenteilig dazu wird dann, wenn Vakuum in der Vakuumkammer 170 des Vakuumbetriebenen Kupplungsstellglieds 164 angelegt ist, der Stellgliedkolben 166 gegen die Vorspannkraft der Spiralfeder 172 axial nach außen weg von dem Achswellenkegelrad [136] verschoben. Folglich bewegt der Stellgliedarm 167 des Stellgliedkolbens 166 die Kupplungsausrückmuffe 162 so, dass die Kopplungszähne 165 der Kupplungsausrückmuffe 162 von den komplementären Kopplungszähnen 151 des Achswellenkegelrads [136] ausgekuppelt sind, um dadurch den Abschaltmechanismus [160] in die zweite Nichteingriffs- bzw. Auskuppelbetriebsart zu versetzen, wie es in 10 dargestellt ist. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass in der ausgekuppelten Betriebsart des Trenn- bzw. Abschaltmechanismus [160] das Achswellenkegelrad [136] antreibend von der Ausgangswelle [128] getrennt ist. In der ausgekuppelten Betriebsart ist die Ausgangswelle [128] rotationsmäßig unabhängig von dem Achswellenkegelrad [136] und den anderen Komponenten der Getriebeanordnung 114 und kann unabhängig von einer weiteren Ausgangswelle [128] freilaufen. Darüber hinaus kann das Achswellenkegelrad [136] in der getrennten Betriebsart stationär sein, während sich die Ausgangswelle [128] aufgrund einer Reifendrehung dreht.
Es sollte beachtet werden, dass der Wechsel von der eingekuppelten Betriebsart zu der ausgekuppelten Betriebsart der Ausgangswelle [128] oder umgekehrt schnell und angenehm von der Ferne aus mittels eines geeigneten Steuersystems erreicht wird, das zu dem vakuumbetriebenen Kupplungsstellglied 164 gehört. Die aktivierende Steuerung für das vakuumbetriebene Kupplungsstellglied 164 kann somit in einem Fahrerhaus des Fahrzeugs innerhalb der Reichweite eines Fahrers angeordnet sein.
Daher stellt die vorliegende Erfindung eine neue Achswellen-Trennanordnung für eine Antriebsachse eines Motorfahrzeugs zur Verfügung, die herkömmliche Formungs- bzw. Gieß- und Bearbeitungsprozesse für ein Trägerelement, ein Getriebegehäuse und eine Achswelle verwendet, um dadurch Erfordernisse in Bezug auf Kapital und Werkzeug zum Implementieren zur Herstellung signifikant zu reduzieren.
Die vorangehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist zu Zwecken einer Darstellung gemäß den Vorschriften des Patentgesetzes präsentiert worden. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die präzisen Formen, die offenbart sind, beschränken. Die hierin oben offenbarten Ausführungsformen wurden ausgewählt, um die Prinzipien der vorliegenden Erfindung und ihre praktische Anwendungen am besten darzustellen, um dadurch Fachleuten auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung bei verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen zu verwenden, wie sie für die bestimmte erdachte Verwendung geeignet sind, solange den hierin beschriebenen Prinzipien gefolgt wird. Diese Anmeldung soll daher irgendwelche Variationen, Anwendungen oder Anpassungen bzw. Adaptionen der Erfindung unter Verwendung ihrer allgemeinen Prinzipien abdecken. Weiterhin soll diese Anmeldung solche Abweichungen von der gegenwärtigen Offenbarung abdecken, zu welchen man innerhalb einer bekannten oder gewöhnlichen Praxis auf dem Gebiet gelangt, zu welchem diese Erfindung gehört. Somit können Änderungen an der oben beschriebenen Erfindung durchgeführt werden, ohne von dem Inhalt und dem Schutzumfang davon abzuweichen. Es ist auch beabsichtigt, dass der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung durch die hierzu beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Antriebs-Achsanordnung, die folgendes aufweist: ein Trägerelement mit einem sich nach außen erstreckenden Achszapfen mit einer Öffnung dort hindurch; eine Ausgangswelle, die sich von dem Trägerelement durch die Öffnung in dem Achszapfen axial nach außen erstreckt; eine Getriebeanordnung, die ein Getriebegehäuse enthält, das zur Drehung innerhalb des Trägerelements gelagert ist, und ein Achswellenkegelrad, das drehbar um die Ausgangswelle angebracht ist; eine Kupplungsausrückmuffe, die um die Ausgangswelle angeordnet und nicht drehbar damit gekoppelt ist und konfiguriert ist, um das Achswellenkegelrad selektiv antreibend einzukuppeln; und ein Kupplungsstellglied, das an dem Achszapfen angebracht ist, zum axialen Bewegen der Kupplungsausrückmuffe zwischen einer ersten Position, in welcher die Kupplungsausrückmuffe antreibend in Eingriff mit dem Achswellenkegelrad steht, und einer zweiten Position, in welcher die Kupplungsausrückmuffe von dem Achswellenkegelrad ausgekuppelt ist.
Antriebs-Achsanordnung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Antriebsabstandshülse aufweist, die drehbar um die Ausgangswelle angebracht ist und nicht drehbar mit dem Achswellenkegelrad gekoppelt ist; wobei die Kupplungsausrückmuffe konfiguriert ist, um das Achswellenkegelrad durch die Antriebsabstandshülse selektiv antreibend einzukuppeln.
Antriebs-Achsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Achswellenkegelrad eine Vielzahl von axial nach außen gerichteten Kupplungsgetriebezähnen hat und wobei die Kupplungsausrückmuffe axial nach innen ge richtete Kupplungsgetriebezähne komplementär zu den axial nach außen gerichteten Kupplungsgetriebezähnen des Achswellenkegelrads hat.
Antriebs-Achsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Kupplungsstellglied kreisringförmig ist und koaxial und nicht drehbar innerhalb des Achszapfens des Trägerelements gesichert ist, um eine Endkappe in der Öffnung in dem Achszapfen zu definieren.
Antriebs-Achsanordnung nach Anspruch 4, die weiterhin einen expandierbaren Schnappring aufweist, der an dem Achszapfen angebracht ist, um das kreisringförmige Kupplungsstellglied innerhalb des Trägerelements zurückzuhalten.
Antriebs-Achsanordnung nach Anspruch 1, wobei das kreisringförmige Kupplungsstellglied eine Endkappe enthält, die nicht drehbar an dem Achszapfen und um die Ausgangswelle gesichert ist, zum Abdecken der Öffnung in dem Achszapfen.
Antriebs-Achsanordnung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Wellenzurückhaltemanschette aufweist, die um die Ausgangswelle zwischen dem Achswellenkegelrad und der Ausgangswelle angeordnet ist, so dass das Achswellenkegelrad drehbar um die Wellenzurückhaltemanschette angebracht ist.
Antriebs-Achsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Kupplungsstellglied ein fluidbetriebenes Kupplungsstellglied mit einem kreisringförmigen Stellgliedgehäuse, das an dem Achszapfen koaxial dazu angebracht ist und eine Fluidkammer definiert, und einem kreisringförmigen Stellgliedkolben, der zum axialen Bewegen der Kupplungsausrückmuffe zwischen der ersten Position und der zweiten Position in Abhängigkeit von einem Fluiddruck innerhalb der Fluidkammer ist.
Antriebs-Achsanordnung nach Anspruch 8, wobei das kreisringförmige Stellgliedgehäuse des ersten fluidbetriebenen Kupplungsstellglieds nicht drehbar innerhalb des Achszapfens des Trägerelements gesichert ist, um eine Endkappe zu definieren, die die Öffnung in dem Achszapfen abdeckt.
Antriebs-Achsanordnung nach Anspruch 9, die weiterhin einen expandierbaren Schnappring aufweist, der an dem Achszapfen angebracht ist, um das Stellgliedgehäuse innerhalb des Trägerelements zurückzuhalten.
Antriebs-Achsanordnung nach Anspruch 8, die weiterhin eine Endkappe aufweist, die nicht drehbar an dem Achszapfen um die Ausgangswelle gesichert ist, zum Abdecken der Öffnung in dem Achszapfen; wobei die Endkappe das kreisringförmige Stellgliedgehäuse des fluidbetriebenen Kupplungsstellglieds definiert.
Antriebs-Achsanordnung nach Anspruch 8, wobei das erste fluidbetriebene Kupplungsstellglied ein Federelement enthält, das den Stellgliedkolben normalerweise in Richtung zu der ersten Position vorspannt.
Antriebs-Achsanordnung nach Anspruch 8, wobei der Stellgliedkolben des fluidbetriebenen Kupplungsstellglieds einen Stellgliedarm enthält, der integral damit ausgebildet ist, zum antreibenden Einkuppeln der Kupplungsausrückmuffe.
Antriebs-Achsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Antriebs-Achsanordnung eine unabhängige Achsanordnung ist.
Antriebs-Achsanordnung, die folgendes aufweist: ein Trägerelement; eine Ausgangswelle, die sich von dem Trägerelement axial nach außen erstreckt; eine Getriebeanordnung mit einem Getriebegehäuse, das zur Drehung innerhalb des Trägerelements gelagert ist, und einem Achswellenkegelrad, das drehbar um die Ausgangswelle angebracht ist; eine Antriebsabstandshülse, die drehbar um die Ausgangswelle angebracht ist und nicht drehbar mit dem Achswellenkegelrad gekoppelt ist; eine Kupplungsausrückmuffe, die um die Ausgangswelle angeordnet ist und nicht drehbar damit gekoppelt ist und konfiguriert ist, um die Antriebsabstandshülse selektiv antreibend einzukuppeln; und ein Kupplungsstellglied zum axialen Bewegen der Kupplungsausrückmuffe zwischen einer ersten Position, in der die Kupplungsausrückmuffe die Antriebsabstandshülse antreibend einkuppelt, und einer zweiten Position, in der die Kupplungsausrückmuffe von der Antriebsabstandshülse ausgekuppelt ist.
Antriebs-Achsanordnung nach Anspruch 15, wobei das Achswellenkegelrad radial nach innen gerichtete Keilverzahnungen hat, wobei die Kupplungsausrückmuffe radial nach innen gerichtete Keilverzahnungen hat und wobei die Antriebsabstandshülse erste radial nach außen gerichtete Keilverzahnungen komplementär zu den radial nach innen gerichteten Keilverzahnungen des Achswellenkegelrads an einem inneren Ende davon und zweite radial nach außen gerichtete Keilverzahnungen komplementär zu den radial nach innen gerichteten Keilverzahnungen der Kupplungsausrückmuffe an einem äußeren Ende davon hat.
Antriebs-Achsanordnung nach Anspruch 15, wobei die Antriebs-Achsanordnung eine unabhängige Achsanordnung ist.
Antriebs-Achsanordnung, die folgendes aufweist: ein Trägerelement; eine Ausgangswelle, die sich von dem Trägerelement axial nach außen erstreckt; eine Getriebeanordnung mit einem Getriebegehäuse, das zur Drehung innerhalb des Trägerelements gelagert ist, und einem Achswellenkegelrad, das drehbar um die Ausgangswelle angebracht ist; eine Wellenzurückhaltemanschette, die um die Ausgangswelle zwischen dem Achswellenkegelrad und der Ausgangswelle angeordnet ist, so dass das Achswellenkegelrad drehbar um die Wellenzurückhaltemanschette angebracht ist; eine Kupplungsausrückmuffe, die um die Ausgangswelle angeordnet ist und nicht drehbar damit gekoppelt ist und konfiguriert ist, um das Achswellenkegelrad selektiv antreibend einzukuppeln; und ein kreisringförmiges Kupplungsstellglied, das an dem Achszapfen angebracht ist, zum axialen Bewegen der Kupplungsausrückmuffe zwischen einer ersten Position, in der die Kupplungsausrückmuffe das Achswellenkegelrad antreibend einkuppelt, und einer zweiten Position, in der die Kupplungsausrückmuffe von dem Achswellenkegelrad ausgekuppelt ist.
Antriebs-Achsanordnung nach Anspruch 18, die weiterhin einen elastomeren O-Ring aufweist, der um die Ausgangswelle angebracht ist, um zwischen der Wellenzurückhaltemanschette und der Ausgangswelle komprimiert zu werden, um eine relative Bewegung zwischen der Wellenzurückhaltemanschette und der Ausgangswelle zu beschränken.
Antriebs-Achsanordnung nach Anspruch 19, wobei der elastomere O-Ring in einer kreisringförmigen Vertiefung angeordnet ist, die in der Ausgangswelle ausgebildet ist.
Antriebs-Achsanordnung nach Anspruch 18, wobei die erste Wellenzurückhaltemanschette nicht drehbar um die erste Ausgangswelle angebracht ist.
Antriebs-Achsanordnung nach Anspruch 18, wobei die Antriebs-Achsanordnung eine unabhängige Achsanordnung ist.