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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, das eine Primärachse und eine Sekundärachse aufweist, mit einem Zwischenachs-Differentialgetriebe, das ein Eingangselement, ein der Primärachse zugeordnetes primäres Ausgangselement und ein der Sekundärachse zugeordnetes sekundäres Ausgangselement umfasst, und einer Kupplungsanordnung zum wahlweisen Sperren des Zwischenachs-Differentialgetriebes und Trennen der Sekundärachse von dem Zwischenachs-Differentialgetriebe, wobei die Kupplungsanordnung eine Kupplungsbasis, ein eingangsseitiges Kupplungsteil und ein sekundärachsseitiges Kupplungsteil umfasst, wobei die Kupplungsbasis mit dem sekundären Ausgangselement des Zwischenachs-Differentialgetriebes drehfest gekoppelt ist, das eingangsseitige Kupplungsteil mit dem Eingangselement des Zwischenachs-Differentialgetriebes drehfest gekoppelt ist und das sekundärachsseitige Kupplungsteil mit der Sekundärachse des Kraftfahrzeugs gekoppelt oder koppelbar ist.
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Derartige Getriebeeinheiten werden beispielsweise in Antriebssträngen von zeitweise vierradgetriebenen Kraftfahrzeugen eingesetzt. Die Anordnung einer mit dem sekundären Ausgangselement drehfest gekoppelten Kupplungsbasis zwischen einem eingangsseitigen Kupplungsteil und einem sekundärachsseitigen Kupplungsteil ermöglicht hierbei ein einfaches Umschalten zwischen zumindest zwei Zuständen, nämlich einem 2WD-Zustand und einem 4WD-Zustand. Bei dem 2WD-Zustand handelt es sich um einen Zustand, bei welchem ausschließlich die Primärachse angetrieben ist. Das Zwischenachs-Differentialgetriebe ist in diesem Zustand gesperrt und die Sekundärachse bzw. der zu der Sekundärachse führende Abschnitt des Antriebsstrangs ist von der Antriebseinheit entkoppelt. In dem 4WD-Zustand liegt ein permanenter Allradantrieb mit voreingestellter Drehmomentverteilung und ermöglichtem Drehzahlausgleich zwischen der Primärachse und der Sekundärachse vor.
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Je nach Anwendung kann die Vorderachse die Primärachse und die Hinterachse die Sekundärachse sein, oder umgekehrt. Bei dem Zwischenachs-Differentialgetriebe kann es sich um ein offenes Differential, um ein momenetensensierendes Differential oder um ein drehzahlsensierendes Differential handeln. Das Zwischenachs-Differentialgetriebe kann eine symmetrische Aufteilung des Drehmoments (50 zu 50) oder eine asymmetrische Aufteilung des Drehmoments (z. B. 40 zu 60) vornehmen.
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Der Vorteil einer Anordnung aus Kupplungsbasis, eingangsseitigem Kupplungsteil und sekundärachsseitigem Kupplungsteil besteht insbesondere in einem kompakten Aufbau der Getriebeeinheit sowie in einer relativ einfachen Aktuatorik der Kupplungsanordnung. Allerdings kann es schwierig sein, die Vorgänge des Sperrens des Zwischenachs-Differentialgetriebes und des Trennens der Sekundärachse von dem Zwischenachs-Differentialgetriebe zu koordinieren. Außerdem ist bei Antriebssträngen, die auf einem Zwischenachs-Differentialgetriebe beruhen, das Umschalten zwischen dem 2WD-Zustand und dem 4WD-Zustand unter Last erschwert.
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Es besteht daher das Bedürfnis, bei einer Getriebeeinheit der vorstehend beschriebenen Art die Steuerung zu vereinfachen sowie ein problemloses Umschalten zwischen dem 2WD-Zustand und dem 4WD-Zustand unter Last zu ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Getriebeeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß weist die Kupplungsanordnung wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites Eingriffselement auf, wobei jedes der ersten und zweiten Eingriffselemente mit der Kupplungsbasis drehfest gekoppelt und unter Ausbildung einer Freilauffunktion wahlweise mit dem eingangsseitigen Kupplungsteil oder mit dem sekundärachsseitigen Kupplungsteil in Eingriff bringbar ist, wobei die Freilauffunktion des ersten Eingriffselements und die Freilauffunktion des zweiten Eingriffselements in entgegengesetzten Drehrichtungen wirksam sind, wobei die Kupplungsanordnung wahlweise in einen der folgenden Zustande bringbar ist:
- – in einen 2WD-Zustand, in dem das erste Eingriffselement und das zweite Eingriffselement mit dem eingangsseitigen Kupplungsteil in Eingriff stehen, so dass die Kupplungsbasis mit dem eingangsseitigen Kupplungsteil drehfest gekoppelt und von dem sekundärachsseitigen Kupplungsteil entkoppelt ist; oder
- – in einen 4WD-Zustand, in dem das erste Eingriffselement und das zweite Eingriffselement mit dem sekundärachsseitigen Kupplungsteil in Eingriff stehen, sodass die Kupplungsbasis mit dem sekundärachsseitigen Kupplungsteil drehfest gekoppelt und von dem eingangsseitigen Kupplungsteil entkoppelt ist; oder
- – in einen Übergangszustand, in dem das erste Eingriffselement mit dem eingangsseitigen Kupplungsteil und das zweite Eingriffselement mit dem sekundärachsseitigen Kupplungsteil in Eingriff steht, sodass die Kupplungsbasis sowohl mit dem eingangsseitigen Kupplungsteil als auch mit dem sekundärachsseitigen Kupplungsteil in drehrichtungsabhängiger Weise gekoppelt ist.
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Mit dem Begriff ”Freilauffunktion” wird ein Zusammenwirken bezeichnet, bei dem der Eingriff des jeweiligen Eingriffselements mit dem zugehörigen Kupplungsteil in einer Drehrichtung antriebswirksam ist und in der anderen Drehrichtung antriebsunwirksam ist. D. h. die Eingriffselemente bilden drehrichtungsabhängig wirksame Mitnehmer für die jeweiligen Kupplungsteile. Die Erfindung ermöglicht es, das erste Eingriffselement und das zweite Eingriffselement nacheinander zu schalten, um so zunächst den Übergangszustand einzustellen, in dem die Freilauffunktion aktiv ist, und danach – wenn beide Eingriffselemente geschaltet sind – aufgrund der entgegengesetzt wirksamen Freilauffunktionen einen vollständigen Formschluss der Kupplung herbeizuführen. In dem Übergangszustand ist kein Verspannen des Antriebsstrangs möglich. D. h. die Primärachse kann beispielsweise vorauseilen, während die Freilauffunktion des ersten und/oder des zweiten Eingriffselements aktiv ist. Ebenso kann die Sekundärachse vorauseilen, während die Freilauffunktion des zweiten Eingriffselements aktiv ist.
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Bei einem Übergang von dem 2WD-Zustand auf den 4WD-Zustand kann das zweite Eingriffselement geschaltet werden, sobald das sekundärachsseitige Kupplungsteil kurzzeitig zu einer schnelleren Drehbewegung als jene der Kupplungsbasis tendiert – z. B. wegen eines auftretenden Schlupfs an der Primärachse, welcher mit einem relativen Verlangsamen der Drehbewegung der Kupplungsbasis verbunden ist, oder in Folge einer Kurvenfahrt. Bei einer nachfolgenden Invertierung des Drehzahlverhältnisses erfolgt unmittelbar ein Drehmomentaufbau und das erste Eingriffselement kann ebenfalls geschaltet werden. Es muss also keine Drehzahlgleichheit an der Kupplungsanordnung vorliegen, wie das bei einer reinen Klauenkupplung der Fall ist, sondern es genügt das richtige Vorzeichen der Drehzahldifferenz.
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Bei einem Übergang von dem 4WD-Zustand auf den 2WD-Zustand kann das erste Eingriffselement geschaltet werden, während die Übertragung des Antriebsmoments auf das sekundärachsseitige Kupplungsteil über die Kupplungsbasis und das zweite Eingriffselement erfolgt. Danach kann das zweite Eingriffselement geschaltet werden, sobald kurzzeitig ein verringertes Drehmoment zur Sekundärachse übertragen wird. Dies kann beispielsweise in Folge eines Lastwechsels oder aufgrund einer Bodenwelle der Fall sein. Das zweite Eingriffselement kann zwischenzeitlich in Richtung des eingangsseitigen Kupplungsteils vorgespannt werden.
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Insgesamt ist aufgrund des Übergangszustandes mit aktiver Freilauffunktion ein bequemes Umschalten zwischen dem 2WD-Zustand und dem 4WD-Zustand sowohl unter Zugbelastung als auch unter Schubbelastung möglich.
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Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Freilauffunktion des ersten Eingriffselements und die Freilauffunktion des zweiten Eingriffselements derart gewählt, dass in dem Übergangszustand die – mit dem Eingangselement des Zwischenachs-Differentialgetriebes drehfest gekoppelte – Kupplungsbasis eine langsamere Drehbewegung als das eingangsseitige Kupplungsteil und das sekundärachsseitige Kupplungsteil durchzuführen vermag. Auf diese Weise kann in dem Übergangszustand sowohl die Primärachse als auch die Sekundärachse vorauseilen, sodass Verspannungen im Antriebsstrang zuverlässig vermieden werden.
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Der Kupplungsanordnung kann eine Steuereinrichtung zugeordnet sein, die dazu ausgebildet ist, für einen Wechsel von dem 2WD-Zustand in den 4WD-Zustand erst das zweite Eingriffselement von dem eingangsseitigen Kupplungsteil zu lösen und mit dem sekundärachsseitigen Kupplungsteil in Eingriff zu bringen und danach das erste Eingriffselement von dem eingangsseitigen Kupplungsteil zu lösen und mit dem sekundärachsseitigen Kupplungsteil in Eingriff zu bringen. Somit kann ohne die Gefahr einer Antriebsstrangverspannung der Momentenaufbau an der Sekundärachse durch Schlupf an der Primärachse und/oder durch eine Drehzahldifferenz aufgrund einer Kurvenfahrt erfolgen, wobei vorzugsweise das erste Eingriffselement mit dem sekundärachsseitigen Kupplungsteil in Eingriff gebracht wird, sobald sich ein Moment ähnlich der Differentialgrundaufteilung einstellt.
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Weiterhin kann der Kupplungsanordnung eine Steuereinrichtung zugeordnet sein, die dazu ausgebildet ist, für einen Wechsel von dem 4WD-Zustand in den 2WD-Zustand erst das erste Eingriffselement von dem sekundärachsseitigen Kupplungsteil zu lösen und mit dem eingangsseitigen Kupplungsteil in Eingriff zu bringen und danach das zweite Eingriffselement von dem sekundärachsseitigen Kupplungsteil zu lösen und mit dem eingangsseitigen Kupplungsteil in Eingriff zu bringen. Das zweite Eingriffselement wird vorzugsweise mit dem eingangsseitigen Kupplungsteil in Eingriff gebracht, sobald das zu der Sekundärachse übertragene Antriebsmoment aufgrund eines Lastwechsels oder in Folge von Bodenwellen ausreichend gering für einen problemlosen Eingriff wird.
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Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Eingriffselemente an der Kupplungsbasis axial antreibbar und rückfedernd gelagert, um die jeweilige Freilauffunktion zu verwirklichen. Unter einer axialen Bewegung wird eine Bewegung in Richtung der Rotationsachse der Kupplungsbasis verstanden. Als Antriebseinrichtung kann z. B. ein elektromagnetischer, elektromotorischer oder hydraulischer Antrieb vorgesehen sein. Die rückfedernde Lagerung kann mittels eines Federspeichers, der insbesondere eine Druckfeder umfasst, realisiert sein. Die Eingriffselemente können derart gelagert sein, dass sie wahlweise in Richtung des eingangsseitigen Kupplungsteils oder des sekundärachsseitigen Kupplungsteils versetzbar sind.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die ersten und zweiten Eingriffselemente an wenigstens einem Ende, vorzugsweise an beiden Enden, eine Auflaufschräge auf. Die Auflaufschräge ermöglicht es, dass das Eingriffselement in axialer Richtung in eine Freigabestellung weggedrückt wird, falls eine entsprechende relative Drehrichtungsumkehr erfolgt.
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Die ersten und zweiten Eingriffselemente können insbesondere einen jeweiligen Sperrstift aufweisen. Alternativ könnten z. B. auch auf der Kupplungsbasis verschiebbare Muffen mit entsprechenden Eingriffselementen vorgesehen sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Kupplungsanordnung mehrere erste Eingriffselemente und mehrere zweite Eingriffselemente auf, die an der Kupplungsbasis umfänglich verteilt angeordnet sind. Dies ermöglicht eine gleichmäßige und effektive Drehmomentübertragung zwischen der Kupplungsbasis und dem jeweiligen Kupplungsteil bei bestehendem Eingriff.
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Die Erfindung betrifft auch einen Antriebsstrang mit einer Getriebeeinheit der vorstehend beschriebenen Art, wobei wenigstens eine Trennkupplung zwischen der Kupplungsanordnung und der Sekundärachse des Kraftfahrzeugs oder in der Sekundärachse des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, um einen zwischen der Kupplungsanordnung und der Sekundärachse des Kraftfahrzeugs gelegenen Abschnitt des Antriebsstrangs stilllegen zu können, während die Kupplungsanordnung sich in dem 2WD-Zustand befindet. Hierdurch können Verluste vermieden und die Geräuschemissionen gesenkt werden. Eine der Kupplungsanordnung zugeordnete Steuereinrichtung wie vorstehend beschrieben kann dabei auch die Trennkupplung ansteuern.
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Gemäß einer Ausgestaltung weist die Trennkupplung oder die Kupplungsanordnung eine Synchronisiereinrichtung auf. Der zur Sekundärachse führende Antriebsstrang kann dann über die Synchronisiereinrichtung an der Sekundärachse hochgeschleppt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist eine vereinfachte Darstellung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, in welchen eine erfindungsgemäße Getriebeeinheit integriert ist.
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2 zeigt eine Kupplungsanordnung der Getriebeeinheit gemäß 1 in einem 2WD-Zustand.
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3 zeigt die Kupplungsanordnung gemäß 2 in einem Übergangszustand.
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4 zeigt die Kupplungsanordnung gemäß 2 in einem 4WD-Zustand.
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In 1 ist der Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs dargestellt, in dessen vorderem Bereich eine Antriebseinheit 11 angeordnet ist, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Verbrennungsmotor. Die Antriebseinheit 11 ist über ein Wechselgetriebe 13 und ein Zwischenachs-Differentialgetriebe 15 dauerhaft mit einer ein Vorderachsdifferential 17 umfassenden Vorderachse 18 des Kraftfahrzeugs verbunden, sodass auf der Vorderachse 18 sitzende Vorderräder 21 während der Fahrt durch die Antriebseinheit 11 permanent angetrieben werden. Die Vorderachse 18 wird deshalb auch als primäre Antriebsachse oder Primärachse bezeichnet.
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In einem hinteren Fahrzeugbereich weist das Kraftfahrzeug eine Hinterachse 20 mit einem Hinterachsdifferential 19 und Hinterrädern 23 auf. Die Hinterachse 20 bildet eine sekundäre Antriebsachse oder Sekundärachse, da sie bei Bedarf durch die Antriebseinheit 11 zusätzlich zu der Vorderachse 18 angetrieben werden kann.
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Zu diesem Zweck ist an einem sekundären Ausgang des Zwischenachs-Differentialgetriebes 15 eine Kupplungsanordnung 25 zum wahlweisen Sperren des Zwischenachs-Differentialgetriebes 15 und Trennen der Hinterachse 20 von dem Zwischenachs-Differentialgetriebe 15 vorgesehen. Die Kupplungsanordnung 25 wird durch eine Steuereinrichtung 30 gesteuert.
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Der Ausgang der Kupplungsanordnung 25 ist mit dem einen Ende eines Drehmomentübertragungsabschnitts 29, z. B. einer Kardanwelle, verbunden. An seinem anderen Ende ist der Drehmomentübertragungsabschnitt 29 mit einem Kegelrad 31 verbunden, welches mit einem Tellerrad 33 in Eingriff steht, das mit einem Differentialkorb 35 des Hinterachsdifferentials 19 verbunden ist.
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Um zu verhindern, dass der Drehmomentübertragungsabschnitt 29 und der Differentialkorb 35 des Hinterachsdifferentials 19 während der Fahrt und bei ausgerückter Kupplungsanordnung 25, d. h. bei einem reinen Vorderradantrieb, unnötigerweise mitdrehen und Energie verbrauchen, ist eine Trennkupplung 27 zur Stilllegung des Drehmomentübertragungsabschnitts 29 und des Differentialkorbs 35 vorgesehen. In die Trennkupplung 27 ist eine Synchronisierungseinrichtung 28 integriert. Die Trennkupplung 27 und die Synchronisierungseinrichtung 28 könnten grundsätzlich auch an anderer Stelle in dem zur Hinterachse 20 führenden Antriebsstrangabschnitt angeordnet sein. Die Synchronisierungseinrichtung 28 kann insbesondere in die Kupplungsanordnung 25 integriert sein.
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Die 2–4 zeigen das Zwischenachs-Differentialgetriebe 15 und die diesem nachgeschaltete Kupplungsanordnung 25 im Detail. Das Zwischenachs-Differentialgetriebe 15 umfasst ein in einer Antriebsrichtung A um eine Rotationsachse R drehend angetriebenes Differentialgehäuse 37, in welchem Ausgleichsräder 39 gelagert sind, die wiederum mit einem primären Abtriebsrad 41 und einem sekundären Abtriebsrad 43 in Eingriff stehen. Das primäre Abtriebsrad 41 ist über einen Versatztrieb 45 mit einem Drehmomentübertragungsabschnitt 47 verbunden, welcher mit dem Vorderachsdifferential 17 (1) in Verbindung steht. Das sekundäre Abtriebsrad 43 ist mit einer Welle 49 gekoppelt, auf welcher eine Kupplungsbasis 50 der Kupplungsanordnung 25 drehfest sitzt.
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In der Kupplungsbasis 50 ist ein Satz von ersten Eingriffselementen 51a und und ein Satz von zweiten Eingriffselementen 51b drehfest und entlang der Rotationsachse R versetzbar gelagert, wobei zur Vereinfachung nur eines der Eingriffselemente 51a des ersten Satzes und eines der Eingriffselemente 51b des zweiten Satzes dargestellt ist. Die Eingriffselemente 51a, 51b sind umfänglich verteilt und einander abwechselnd an der Kupplungsbasis 50 angeordnet. Beidseits der Kupplungsbasis 50 befinden sich relativ zu der Kupplungsbasis 50 verdrehbare Kupplungsteile, nämlich ein erstes eingangsseitiges Kupplungsteil 53 sowie ein zweites sekundärachsseitiges Kupplungsteil 55, welche jeweils ein klauenartiges Profil 56 für einen formflüssigen Eingriff mit den sperrstiftartigen Eingriffselementen 51a, 51b aufweisen. Das eingangsseitige Kupplungsteil 53 ist mit dem Differentialgehäuse 37 des Zwischenachs-Differentialgetriebes 15 drehfest gekoppelt, während das sekundärachsseitige Kupplungsteil 55 mit einer Komponente des zu der Hinterachse 20 führenden Drehmomentübertragungsabschnitts 29 drehfest gekoppelt ist.
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Beide Sätze von Eingriffselementen 51a, 51b können durch Verschieben entlang der Rotationsachse R wahlweise in einen formschlüssigen Eingriff mit dem eingangsseitigen Kupplungsteil 53 oder mit dem sekundärachsseitigen Kupplungsteil 55 gebracht werden. Mittels eines von der Steuereinrichtung 30 (1) gesteuerten Aktuators (nicht dargestellt) können die Eingriffselemente 51a, 51b wahlweise in Richtung des eingangsseitigen Kupplungsteils 53 oder in Richtung des sekundärachsseitigen Kupplungsteils 55 versetzt werden, um so den jeweiligen Eingriff herzustellen. Neben einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung umfasst der Aktuator eine Druckfeder als Federspeicher, was in den Figuren ebenfalls nicht dargestellt ist.
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Die Eingriffselemente 51a, 51b weisen an ihren beiden axialen Enden jeweilige Auflaufschrägen 57 auf, die bei dem ersten Satz von Eingriffselementen 51a und bei dem zweiten Satz von Eingriffselementen 51b entgegengesetzt ausgerichtet sind. Die Auflaufschrägen 57 der Eingriffselemente 51a, 51b ermöglichen in Zusammenwirken mit dem Federspeicher eine jeweilige Freilauffunktion zwischen der Kupplungsbasis 50 und dem eingangsseitigen Kupplungsteil 53 bzw. dem sekundärseitigen Kupplungsteil 55. Aufgrund der gegensätzlichen Ausrichtung der Auflaufschrägen 57 sind die Freilauffunktionen für die beiden verschiedenen Sätze von Eingriffselementen 51a, 51b einander entgegengerichtet.
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Durch axiales Versetzen der Eingriffselemente 51a, 51b relativ zu der Kupplungsbasis 50 kann die Kupplungsanordnung 25 in drei unterschiedliche Zustände gebracht werden, wie nachfolgend genauer ausgeführt wird. In dem in 2 dargestellten Zustand befinden sich beide Sätze von Eingriffselementen 51a, 51b in einem formschlüssigen Eingriff mit dem eingangsseitigen Kupplungsteil 53. Aufgrund der entgegengesetzten Ausrichtung der Auflaufschrägen 57 ist eine relative Verdrehung des eingangsseitigen Kupplungsteils 53 und der Kupplungsbasis 50 in keiner Richtung möglich. Das Zwischenachs-Differentialgetriebe 15 ist somit gesperrt und die Hinterachse 20 ist von dem Zwischenachs-Differentialgetriebe 15 getrennt, d. h. das Fahrzeug wird in einem 2WD-Zustand mit reinem Vorderachsantrieb betrieben. Zur Vermeidung von Verlusten und zur Geräuschreduktion kann in diesem Zustand die Trennkupplung 27 geöffnet werden, um so den Drehmomentübertragungsabschnitt 29 stillzulegen.
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Falls während der Fahrt ein Zuschalten eines Hinterachsantriebs erwünscht ist, wird zuerst der stillgelegte Drehmomentübertragungsabschnitt 29 wieder in Rotation versetzt. Hierfür wird der Drehmomentübertragungsabschnitt 29 mittels der Synchronisierungseinrichtung 28 der Trennkupplung 27 ausgehend von der aufgrund der Fahrbewegung rotierenden Hinterachse 20 ”hochgeschleppt”, so dass die Drehzahl des sekundärachsseitigen Kupplungsteils 55 schließlich im Wesentlichen der Drehzahl der Kupplungsbasis 50 entspricht. Sobald das sekundärachsseitige Kupplungsteil 55 zu einer schnelleren Drehbewegung als jene der Kupplungsbasis 50 tendiert – z. B. durch einen Schlupf an der Vorderachse 18 und/oder durch eine Drehzahldifferenz zwischen Vorderachse 18 und Hinterachse 20 bei Kurvenfahrt – werden die Eingriffselemente 51b des zweiten Satzes in Richtung des sekundärachsseitigen Kupplungsteils 55 verschoben, sodass sie mit diesem in Eingriff gelangen. Die Kupplungsanordnung 25 nimmt hierdurch einen Übergangszustand ein, welcher in 3 dargestellt ist. In diesem Zustand kann aufgrund der Kopplung des sekundären Abtriebsrads 43 über die Kupplungsbasis 50 und die Eingriffselemente 51b des zweiten Satzes mit dem sekundärachsseitigen Kupplungsteil 55 ein Momentenaufbau an dem Drehmomentübertragungsabschnitt 29 und der Hinterachse 20 erfolgen. Sobald das somit auf die Hinterachse 20 übertragene Drehmoment ähnlich der Differentialgetriebe-Grundaufteilung ist, kann der erste Satz von Eingriffselementen 51a in Richtung des sekundärachsseitigen Kupplungsteils 55 versetzt werden, um so mit diesem in Eingriff zu gelangen.
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Sobald auf diese Weise beide Sätze von Eingriffselementen 51a, 51b mit dem sekundärachsseitigen Kupplungsteil 55 in Eingriff stehen, ist aufgrund der gegensätzlichen Ausrichtung der Auflaufschrägen 57 eine relative Verdrehung des sekundärachsseitigen Kupplungsteils 55 und der Kupplungsbasis 50 in keiner Richtung möglich. Das Differentialgehäuse 37 ist nun allerdings von der Kupplungsbasis 50 und somit von dem sekundären Abtriebsrad 43 entkoppelt. Die Sperrung des Zwischenachs-Differentialgetriebes 15 ist hierdurch aufgehoben und die Hinterachse 20 wird entsprechend der Grundaufteilung des Zwischenachs-Differentialgetriebes 15 zusätzlich zur Vorderachse 18 angetrieben, d. h. das Fahrzeug wird in einem 4WD-Zustand mit Allradantrieb betrieben. Dieser Zustand ist in 4 dargestellt.
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Falls nun das Kraftfahrzeug ausgehend von dem Zustand gemäß 4 wieder in den 2WD-Betrieb zurückgeschaltet werden soll, wird zunächst lediglich der erste Satz von Eingriffselementen 51a axial wieder in Richtung des eingangsseitigen Kupplungsteils 53 versetzt, bis er sich mit diesem in Eingriff befindet. Es liegt dann wieder der in 3 dargestellte Übergangszustand vor, wobei sich eine Momentenaufteilung ähnlich wie bei gesperrtem Zwischenachs-Differentialgetriebe 15 einstellen kann. Eine Verspannung des Antriebsstrangs wird aufgrund der Freilauffunktion jedoch vermieden. Sowohl das eingangsseitige Kupplungsteil 53 als auch das sekundärachsseitige Kupplungsteil 55 können die Kupplungsbasis 50 in Drehrichtung A überlaufen. Ein aktiver Momentenabbau an der Hinterachse 20 ist in diesem Zustand nicht möglich. Der zweite Satz von Eingriffselementen 51b wird in dieser Phase durch die Druckfeder des Federspeichers in Richtung des eingangsseitigen Kupplungsteils 53 vorgespannt. Sobald das an die Hinterachse 20 übertragene Antriebsmoment ausreichend gering wird, beispielsweise bei einem Lastwechsel oder in Folge von Bodenwellen, kann der vorgespannte zweite Satz von Eingriffselementen 51b in Richtung des eingangsseitigen Kupplungsteils 53 versetzt werden, womit wieder der in 2 dargestellte Zustand eingestellt ist, das Kraftfahrzeug also mit reinem Vorderachsantrieb betrieben wird.
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Die Erfindung ermöglicht somit das bedarfsweise Zuschalten einer sekundären Antriebsachse bei einem Antriebsstrang, welcher auf einem Zwischenachs-Differentialgetriebe beruht.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Antriebseinheit
- 13
- Wechselgetriebe
- 15
- Zwischenachs-Differentialgetriebe
- 17
- Vorderachsdifferential
- 18
- Vorderachse
- 19
- Hinterachsdifferential
- 20
- Hinterachse
- 21
- Vorderrad
- 23
- Hinterrad
- 25
- Kupplungsanordnung
- 27
- Trennkupplung
- 28
- Synchronisierungseinrichtung
- 29
- Drehmomentübertragungsabschnitt
- 30
- Steuereinrichtung
- 31
- Kegelrad
- 33
- Tellerrad
- 35
- Differentialkorb
- 37
- Differentialgehäuse
- 39
- Ausgleichsrad
- 41
- primäres Abtriebsrad
- 43
- sekundäres Abtriebsrad
- 45
- Versatztrieb
- 47
- Drehmomentübertragungsabschnitt
- 49
- Welle
- 50
- Kupplungsbasis
- 51a
- erster Satz von Eingriffselementen
- 51b
- zweiter Satz von Eingriffselementen
- 53
- eingangsseitiges Kupplungsteil
- 55
- sekundärachsseitiges Kupplungsteil
- 56
- klauenartiges Profil
- 57
- Auflaufschräge
- A
- Drehrichtung
- R
- Rotationsachse
