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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Achsenanordnung und auf ein Fahrzeug, das einen Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus besitzt.
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HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
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Ein Mittel zum Korrigieren oder Verringern eines Untersteuerungs- oder Übersteuerungsgleitens in einem Fahrzeug ist ein Torque-Vectoring-Differential (TVD). TVDs sind typischerweise elektronisch gesteuerte Differentiale, die ein Moment um den Schwerpunkt eines Fahrzeugs unabhängig von der Drehzahl der Fahrzeugräder erzeugen können, das verwendet würde, um das Untersteuerungs- oder Übersteuerungsgleiten zu korrigieren oder zu verringern.
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Die
US 7 491 147 B2 offenbart ein motorgetriebenes TVD, das ein Paar Drehzahlsteuerungsmechanismen verwendet, die auf gegenüberliegenden Seiten eines Differentialmechanismus angeordnet sind. Jeder Drehzahlsteuerungsmechanismus umfasst ein (Stirnrad-)Untersetzungsgetriebe und eine Reibkupplung. Das Untersetzungsgetriebe überträgt Drehleistung von einem Differentialgehäuse des Differentialmechanismus an die Reibkupplung und von der Reibkupplung zu einer zugeordneten (Achsen-)Ausgangswelle.
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Ähnlich offenbart die
US 7 238 140 B2 ein motorgetriebenes TVD, das ein Paar Drehmomentverzweiger verwendet, die auf gegenüberliegenden Seiten eines Differentialmechanismus angeordnet sind. Jeder Drehmomentverzweiger umfasst ein Untersetzungsgetriebe und eine Magnetpartikelbremse. Das Untersetzungsgetriebe überträgt Drehleistung von einem Differentialgehäuse des Differentialmechanismus an ein Ausgangselement, das mit einer zugeordneten Achsenausgangswelle gekoppelt ist, um sich damit zu drehen. Die Magnetpartikelbremse ist konfiguriert, um das Ausgangselement des Untersetzungsgetriebes wahlweise zu bremsen.
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Die
US 2010 / 0 323 837 A1 offenbart ein elektrisch angetriebenes TVD mit einem Paar Planetengetriebe, einem Elektromotor und einer Hülse, die den Betrieb der Planetengetriebe steuert. Das TVD kann in einer ersten Betriebsart, in der das TVD als ein offenes Differential konfiguriert ist, das durch den Elektromotor angetrieben wird, und in einer zweiten Betriebsart, in der das TVD einen Torque-Vectoring-Ausgang erzeugt, betrieben werden.
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Die
US 5 518 463 A beschreibt eine Achsenanordnung, die eine Differentialanordnung aufweist, die einen ersten Differentialausgang und einen zweiten Differentialausgang umfasst. Weiterhin weist diese Differentialanordnung ein Eingangselement in Form eines äußeren Ringrades auf. Weiterhin weist die Achsenanordnung gemäß der
US 5 518 463 A eine ersten und einen zweiten Planetenzahnradsatz auf, wobei der erste Planetenzahnradsatz unter anderem eine ersten Planetenträger aufweist und der zweite Planetenradsatz einen zweiten Planetenträger.
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Die JP 2006 – 46 495 A offenbart im Zusammenhang mit den Figuren eine Achsenanordnung mit einer Differentialanordnung und einem ersten und einem zweiten Planetenzahnradsatz. Hier ist ein Sonnenrad mit einem Ausgang des Differentials verbunden, während das andere Sonnenrad mit dem Differentialgehäuse des Differentials verbunden ist.
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Obwohl solche Konfigurationen für die Ausführung einer Torque-Vectoring-Funktion, in der die Verteilung von Drehleistung über den Differentialmechanismus von einer Achsenwelle zu der anderen geändert werden kann, effektiv sein können, sind TVDs dennoch für Verbesserungen zugänglich.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Ausgehend vom Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Torque-Vectoring-Differentiale zu verbessern, insbesondere eine Achsanordnung mit einem Kupplungsmechanismus bereitzustellen, die im Vergleich zum Stand der Technik besonders platzsparend und einfach herzustellen ist. Diese Aufgabe wird durch eine Achsenanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Achsenanordnung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einer nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung stellen die vorliegenden Lehren eine Achsenanordnung mit einem Eingangselement, einem ersten Planetenzahnradsatz, einer Differentialanordnung und einem zweiten Planetenzahnradsatz bereit. Der erste Planetenzahnradsatz besitzt einen ersten Getriebeeingang, der durch das Eingangselement angetrieben wird. Die Differentialanordnung besitzt einen Differentialträger und ein erstes und ein zweites Differentialausgangselement, die in dem Differentialträger aufgenommen sind. Der zweite Planetenzahnradsatz besitzt einen Planetenträger, der mit dem Differentialträger gekoppelt ist, um sich gemeinsam mit ihm zu drehen. Ein Sonnenrad des ersten Planetenzahnradsatzes ist mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenzahnradsatzes drehfest gekoppelt.
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In einer weiteren nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung stellen die vorliegenden Lehren eine Achsenanordnung mit einem Eingangselement, einem ersten Planetenzahnradsatz, einer Differentialanordnung und einem zweiten Planetenzahnradsatz bereit. Der erste Planetenzahnradsatz besitzt einen ersten Getriebeeingang, ein erstes Sonnenrad, ein erstes Hohlrad, mehrere erste Planetenräder und einen ersten Planetenträger. Der erste Getriebeeingang wird durch das Eingangselement angetrieben. Die ersten Planetenräder sind mit dem Sonnenrad und mit dem ersten Hohlrad in kämmendem Eingriff. Der erste Planetenträger trägt drehbar die ersten Planetenräder. Die Differentialanordnung besitzt einen Differentialträger und ein erstes und ein zweites Ausgangselement, die in dem Differentialträger aufgenommen sind. Der zweite Planetenzahnradsatz besitzt einen zweiten Planetenträger, der mit dem Differentialträger für eine gemeinsame Drehung gekoppelt ist. Das Eingangselement, der erste Planetenzahnradsatz und der zweite Planetenzahnradsatz sind auf einem gemeinsamen axialen Ende des Differentialträgers angeordnet. Die Achsenanordnung ist in einer Betriebsart betreibbar, in der der erste und der zweite Planetenträger rotatorisch voneinander entkoppelt sind.
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Der erste Planetenzahnradsatz besitzt einen ersten Getriebeeingang, der durch das Eingangselement angetrieben wird. Die Differentialanordnung besitzt einen Differentialträger und ein erstes und ein zweites Ausgangselement, die in dem Differentialträger aufgenommen sind. Der zweite Planetenzahnradsatz besitzt einen Planetenträger, der mit dem Differentialträger für eine gemeinsame Drehung gekoppelt ist. Das Eingangselement, der erste Planetenzahnradsatz und der zweite Planetenzahnradsatz sind auf einem gemeinsamen axialen Ende des Differentialträgers angeordnet.
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In einer weiteren nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung stellen die vorliegenden Lehren eine Achsenanordnung bereit, die einen Motor, ein Eingangselement, das durch den Motor angetrieben wird, eine Differentialanordnung, ein Getriebe und ein schaltbares Element umfasst. Die Differentialanordnung besitzt einen Differentialträger und einen ersten und einen zweiten Differentialausgang, die in dem Differentialgehäuse aufgenommen sind. Das Getriebe empfängt Drehleistung von dem Eingangselement. Das schaltbare Element ist zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position axial beweglich. Die Positionierung des schaltbaren Elements in der ersten Position koppelt das Getriebe mit der Differentialanordnung, um eine Torque-Vectoring-Betriebsart herzustellen, in der das Getriebe ein gleiches, jedoch entgegengesetzt gerichtetes Drehmoment auf den ersten bzw. den zweiten Differentialausgang aufbringt. Die Positionierung des schaltbaren Elements in der zweiten Position koppelt das Getriebe mit der Differentialanordnung, um den Differentialträger direkt anzutreiben.
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In einer nochmals weiteren nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung stellen die vorliegenden Lehren einen Aktuator für eine lineare Verlagerung eines Teils in einem Mechanismus, der zwischen wenigstens zwei Betriebsarten schaltbar ist, bereit. Der Aktuator umfasst ein Eingangselement, das dafür ausgelegt ist, mit einem Antriebselement betriebstechnisch gekoppelt zu werden, ein Ausgangselement, das dafür ausgelegt ist, mit dem Schalter betriebstechnisch gekoppelt zu werden, und ein Umsetzungselement, um eine Drehbewegung des Antriebselements in eine geradlinige Bewegung des Schalters umzusetzen. Das Umsetzungselement umfasst einen zylindrischen Nocken mit einer Nockennut, die sich wenigstens längs eines Teils eines Umfangs des Nockens erstreckt, und einem Nockenfolger, der dafür ausgelegt ist, sich in der Nockennut zu bewegen. Der Nocken ist mit dem Eingangselement betriebstechnisch gekoppelt, während der Nockenfolger mit dem Ausgangselement betriebstechnisch gekoppelt ist. Die Nut umfasst einen ersten Nutabschnitt, der sich parallel zu einer Querebene erstreckt, die zu einer Längsachse des Nockens senkrecht ist, einen zweiten Nutabschnitt, der sich parallel zu der Querebene erstreckt, und einen dritten Nutabschnitt, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Nutabschnitt erstreckt und sich in einer Richtung längs des Umfangs des Nockens erstreckt, die einen Winkel von mehr als 0° in Bezug auf die Querebene bildet.
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In einer weiteren nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung stellt die vorliegende Offenbarung eine Achsenanordnung mit einem Motor, einer Differentialanordnung, einem Gehäuse, einem Getriebe und einem Untersetzungszahnradsatz bereit. Der Motor besitzt eine Ausgangswelle, die längs einer Ausgangswellenachse angeordnet ist. Die Differentialanordnung besitzt einen Differentialträger und einen ersten und einen zweiten Differentialausgang, die in dem Differentialträger aufgenommen sind und um eine Ausgangsachse drehbar sind. Das Getriebe ist in dem Gehäuse aufgenommen und besitzt einen ersten und einen zweiten Planetenzahnradsatz. Der erste Planetenzahnradsatz umfasst ein erstes Hohlrad, einen ersten Planetenträger und ein erstes Sonnenrad. Der erste Planetenträger ist mit dem Differentialträger für eine gemeinsame Drehung gekoppelt. Der zweite Planetenzahnradsatz besitzt ein zweites Hohlrad, einen zweiten Planetenträger und ein zweites Sonnenrad. Das zweite Sonnenrad ist mit dem Gehäuse drehfest gekoppelt. Der zweite Planetenträger ist mit dem zweiten Differentialausgang für eine gemeinsame Drehung gekoppelt. Das zweite Sonnenrad ist mit dem ersten Sonnenrad für eine gemeinsame Drehung gekoppelt. Der Untersetzungszahnradsatz ist zwischen der Ausgangswelle und dem ersten Hohlrad angeordnet und umfasst ein erstes Zahnrad, das mit der Ausgangswelle für eine Drehung damit gekoppelt ist, und ein zweites Zahnrad, das mit dem ersten Hohlrad für eine Drehung damit gekoppelt ist.
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Weitere Anwendungsbereiche gehen aus der hier angegebenen Beschreibung hervor. Die Beschreibung und besondere Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen lediglich dem Zweck der Erläuterung und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht begrenzen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt diagrammartig eine Querschnittsansicht eines Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus gemäß einem nicht erfindungsgemäßen ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 zeigt diagrammartig eine Querschnittsansicht eines Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus, der in mehreren Betriebsarten betreibbar ist, gemäß einem nicht erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsbeispiel;
- 3 zeigt diagrammartig eine Querschnittansicht eines Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus, der in mehreren Betriebsarten betreibbar ist, gemäß einem nicht erfindungsgemäßen dritten Ausführungsbeispiel;
- 4 ist eine Ansicht eines zerlegten Aktuators gemäß einem Ausführungsbeispiel der Offenbarung;
- 5 ist eine Ansicht des teilweise zerlegten Aktuators von 4;
- 6 ist eine perspektivische Ansicht des Aktuators von 4;
- 7 zeigt diagrammartig eine Querschnittsansicht eines Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus gemäß einem nicht erfindungsgemäßen vierten Ausführungsbeispiel;
- 8 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus von 7;
- 9 ist eine Rückansicht im Aufriss eines Abschnitts des Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus von 7;
- 10 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus von 7;
- 11 ist eine Längsschnittansicht eines Abschnitts einer weiteren Achsenanordnung, die in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist; und 12 ist ein vergrößerter Abschnitt von 11.
Entsprechende Bezugszeichen bezeichnen in allen der mehreren Ansichten der Zeichnungen entsprechende Teile.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In 1 ist eine nicht erfindungsgemäße Achsenanordnung, die in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung aufgebaut ist, allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Achsenanordnung 10 könnte beispielsweise eine Vorderachsenanordnung oder eine Hinterachsenanordnung eines Fahrzeugs 12 sein. Die Achsenanordnung 10 kann einen Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14a umfassen, der verwendet werden kann, um Drehmoment an ein erstes Ausgangselement 16 und ein zweites Ausgangselement 18 , die hier im vorliegenden Beispiel als eine erste bzw. zweite Achsenwelle gezeigt sind, zu übertragen. Beispielsweise kann das erste Ausgangselement 16 mit einem linken Rad 20 der Achsenanordnung 10 gekoppelt sein, und das zweite Ausgangselement 18 kann mit einem rechten Rad 22 der Achsenanordnung 10 gekoppelt sein. Insbesondere und wie später genauer erläutert wird, kann der Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14a zum Torque Vectoring verwendet werden, d. h. zum Erzeugen einer Drehmomentdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangselement 16 bzw. 18.
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Der Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14a kann einen dualen Planetenzahnradsatz 30 und ein Antriebselement 32 umfassen.
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Der duale Planetenzahnradsatz 30 kann in Bezug auf das erste und das zweite Ausgangselement 16 bzw. 18 und/oder eine Differentialanordnung 36 koaxial montiert sein. Der duale Planetenzahnradsatz 30 kann einen ersten Planetenzahnradsatz 40 und einen zweiten Planetenzahnradsatz 42 umfassen. Der erste und der zweite Planetenzahnradsatz 40 bzw. 42 können übereinstimmende Übersetzungsverhältnisse haben und in der Weise aufgebaut sein, dass eine oder mehrere der Komponenten des ersten Planetenzahnradsatzes 40 mit zugeordneten Komponenten des zweiten Planetenzahnradsatzes 42 austauschbar sind.
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Der erste Planetenzahnradsatz 40 kann ein erstes Sonnenrad 50, mehrere erste Planetenräder 52, ein erstes Hohlrad 54 und einen ersten Planetenträger 56 umfassen. Das erste Sonnenrad 50 kann eine im Allgemeinen hohle Struktur sein, die konzentrisch um das erste Ausgangselement 16 montiert sein kann. Die ersten Planetenräder 52 können in Umfangsrichtung um das erste Sonnenrad 50 voneinander beabstandet sein, so dass Zähne der ersten Planetenräder 52 mit Zähnen des ersten Sonnenrades 50 in kämmenden Eingriff sind. Ebenso kann das erste Hohlrad 54 konzentrisch derart um die ersten Planetenräder 52 angeordnet sein, dass die Zähne der ersten Planetenräder 52 mit Zähnen am ersten Hohlrad 54 in kämmendem Eingriff sind. Das erste Hohlrad 54 kann in einem Getriebegehäuse 58, das mit einem Differentialgehäuse 60, das die Differentialanordnung 36 aufnimmt, drehfest verbunden ist, drehbar angeordnet sein. Der erste Planetenträger 56 kann einen ersten Trägerkörper 62 und mehrere erste Stifte 64, die mit dem ersten Trägerkörper 62 fest gekoppelt sind, umfassen. Der erste Trägerkörper 62 kann mit dem ersten Ausgangselement 16 gekoppelt sein, so dass sich der erste Trägerkörper 62 und das erste Ausgangselement 16 gemeinsam drehen. Jegliche geeigneten Mittel können verwendet werden, um den ersten Trägerkörper 62 mit dem ersten Ausgangselement 16 zu koppeln, einschließlich Schweißen und zusammengefügte Zähne oder Keilnuten. Jeder der ersten Stifte 64 kann in einem zugeordneten der ersten Planetenräder 52 aufgenommen sein und kann das zugeordnete der ersten Planetenräder 52 tragen, damit es sich um eine Längsachse des ersten Stifts 64 dreht.
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Der zweite Planetenzahnradsatz 42 kann ein zweites Sonnenrad 70, mehrere zweite Planetenräder 72, ein zweites Hohlrad 74 und einen zweiten Planetenträger 76 umfassen. Das zweite Sonnenrad 70 kann eine allgemeine Hohlstruktur sein, die konzentrisch um das erste Ausgangselement 16 montiert sein kann. Das zweite Sonnenrad 70 kann mit dem ersten Sonnenrad 50 drehfest gekoppelt sein (z. B. können das erste und das zweite Sonnenrad 50 bzw. 70 einteilig und einheitlich ausgebildet sein). Die zweiten Planetenräder 72 können in Umfangsrichtung um das zweite Sonnenrad 70 derart beabstandet sein, dass die Zähne an den zweiten Planetenrädern mit Zähnen des zweiten Sonnenrades 70 kämmend in Eingriff sind. Das zweite Hohlrad 74 kann konzentrisch um die zweiten Planetenräder 72 angeordnet sein, derart, dass die Zähne der zweiten Planetenräder 72 mit Zähnen des zweiten Hohlrades 74 in kämmendem Eingriff sind. Das zweite Hohlrad 74 kann mit dem Getriebegehäuse 58 drehfest gekoppelt sein. Der zweite Planetenträger 76 kann einen zweiten Trägerkörper 82 und mehrere zweite Stifte 84, die mit dem zweiten Trägerkörper 82 fest gekoppelt sein können, umfassen. Der zweite Trägerkörper 82 kann mit einem Gehäuse oder Differentialträger 83 der Differentialanordnung 36 derart gekoppelt sein, dass sich der zweite Trägerkörper 82 und der Differentialträger 83 gemeinsam drehen. Jeder der zweiten Stifte 84 kann in einem zugeordneten der zweiten Planetenräder 72 aufgenommen sein und kann das zugeordnete der zweiten Planetenräder 72 für eine Drehung um eine Längsachse des zweiten Stifts 84 tragen.
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Der erste und der zweite Planetenzahnradsatz 40 bzw. 42 können auf eine gemeinsame Längsachse (d. h. eine Achse, die sich durch das erste und das zweite Sonnenrad 50 bzw. 70 erstrecken kann) ausgerichtet sein und können längs der gemeinsamen Längsachse 85 axial zueinander versetzt sein.
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Das Antriebselement 32 kann irgendein Mittel sein, um einen Dreheingang für den dualen Planetenzahnradsatz 30 bereitzustellen, etwa ein elektrischer oder hydraulischer Motor, und kann verwendet werden, um ein Eingangselement 86 anzutreiben, das Drehleistung auf einen Getriebeeingang des ersten Planetenzahnradsatzes 40 überträgt. In dem angegebenen Beispiel ist der Getriebeeingang mit dem ersten Hohlrad 54 einteilig ausgebildet, und das Eingangselement 86 ist mit dem ersten Hohlrad 54 für eine gemeinsame Drehung gekoppelt und enthält mehrere Zähne, die mit Zähnen eines Untersetzungsgetriebes 88 , das an einer Ausgangswelle 90 des Antriebselements 32 montiert ist, kämmend in Eingriff sind. Das Eingangselement 86 kann eine einzelne Komponente sein, die mit dem ersten Hohlrad 54 drehfest gekoppelt sein kann, in dem angegebenen Beispiel sind jedoch das Eingangselement 86 und das erste Hohlrad 54 einheitlich als eine einzelne getrennte Komponente gebildet.
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Zusätzlich zu dem Differentialgehäuse 60 und dem Differentialträger 83 kann die Differentialanordnung 36 ein Mittel zum Übertragen von Drehleistung von dem Differentialträger 83 an das erste und das zweite Ausgangselement 16 bzw. 18 umfassen. Das Drehleistungs-Übertragungsmittel kann einen ersten Differentialausgang 100 und einen zweiten Differentialausgang 102 umfassen. In dem angegebenen besonderen Beispiel umfasst das Drehleistungs-Übertragungsmittel einen Differentialzahnradsatz 104, der in dem Differentialträger 83 untergebracht ist und der ein erstes Seitenzahnrad 106, ein zweites Seitenzahnrad 108, einen Querstift 110 und mehrere Ritzel 112 umfasst. Das erste und das zweite Seitenzahnrad 106 bzw. 108 können um eine Drehachse des Differentialträgers 83 drehbar angeordnet sein und können den ersten bzw. den zweiten Differentialausgang 100 bzw. 102 aufweisen. Das erste Ausgangselement 16 kann mit dem ersten Seitenzahnrad 106 für eine gemeinsame Drehung gekoppelt sein, während das zweite Ausgangselement 18 mit dem zweiten Seitenzahnrad 108 für eine gemeinsame Drehung gekoppelt sein kann. Der Querstift 110 kann an dem Differentialträger 83 im Allgemeinen senkrecht zu der Drehachse des Differentialträgers 83 montiert sein. Die Ritzel 112 können an dem Querstift 110 drehbar montiert sein und mit dem ersten und dem zweiten Seitenzahnrad 106 bzw. 108 in kämmendem Eingriff sein.
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Obwohl die Differentialanordnung 36 so erläutert worden ist, dass sie Kegelritzel und Seitenzahnräder verwendet, wird erkannt werden, dass andere Typen von Differentialmechanismen verwendet werden könnten, einschließlich Differentialmechanismen, die Schraubenlinienritzel und Seitenzahnräder oder Planetenzahnradsätze verwenden.
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Optional kann die Differentialanordnung 36 mit einem Haupt- oder Primärantrieb des Fahrzeugs 12 gekoppelt sein. In dem angegebenen besonderen Beispiel umfasst der Primärantrieb des Fahrzeugs eine Kraftmaschine 120, die verwendet wird, um die Differentialanordnung 36 anzutreiben. In diesem Fall kann Drehleistung, die durch die Kraftmaschine 120 erzeugt wird, auf herkömmliche Weise an den Differentialträger 83 übertragen werden, um das erste und das zweite Ausgangselement 16 bzw. 18 anzutreiben (d. h. über den Differentialträger 83 und den Differentialzahnradsatz 104). Auf diese Weise kann das Antriebselement 32 als eine Ergänzung des Primärantriebs des Fahrzeugs 12 derart dienen, dass dann, wenn durch das Antriebselement 32 gleichzeitig ein Hilfsdrehmoment erzeugt wird, dieses Hilfsdrehmoment dem ersten und dem zweiten Ausgangsdrehmoment, die durch den Primärantrieb induziert werden, überlagert wird, wie im Folgenden erläutert wird.
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Wenn das Antriebselement 32 aktiviert ist (d. h. wenn sich die Ausgangswelle 90 des Antriebselements 32 in dem angegebenen Beispiel dreht), können das Antriebselement 32, das Untersetzungsgetriebe 88 und das Eingangselement 86 zusammenwirken, um dem ersten Hohlrad 54 des ersten Planetenzahnradsatzes 40 Drehleistung zuzuführen. Die von dem ersten Hohlrad 54 empfangene Drehleistung wird über die ersten Planetenräder 52 und den ersten Planetenträger 56 auf das erste Ausgangselement 16 übertragen, während eine entgegengesetzte Reaktion auf das erste Sonnenrad 50 derart ausgeübt wird, dass sich das erste Sonnenrad 50 in einer Richtung dreht, die zu jener des ersten Planetenträgers 56 entgegengesetzt ist. Die Drehung des ersten Sonnenrades 50 bewirkt eine entsprechende Drehung des zweiten Sonnenrades 70, um dadurch die zweiten Planetenräder 72 anzutreiben. Da das zweite Hohlrad 74 mit dem Getriebegehäuse 58 drehfest verbunden ist, bewirkt eine Drehung der zweiten Planetenräder 72 eine Drehung des zweiten Planetenträgers 76 in eine Richtung, die zu der Drehrichtung des ersten Planetenträgers 56 entgegengesetzt ist. Daher ist die Größe der Drehleistung (d. h. des Drehmoments), die von dem zweiten Planetenträger 76 an den Differentialträger 83 (und über die Differentialanordnung 36 an das zweite Ausgangselement 18) übertragen wird, gleich der Größe der Drehleistung (d. h. des Drehmoments), die von dem ersten Planetenträger 56 an das erste Ausgangselement 16 übertragen wird, jedoch hierzu entgegengesetzt.
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Daher ist im Ergebnis das Drehmoment, das durch das Antriebselement 32 in das erste bzw. das zweite Ausgangselement 16 bzw. 18 induziert wird, entgegengerichtet. Da darüber hinaus der erste und der zweite Planetenzahnradsatz 40 bzw. 42 über die Differentialanordnung 36 betriebstechnisch gekoppelt sind, ist die Größe des induzierten Drehmoments an dem ersten bzw. dem zweiten Ausgangselement 16 bzw. 18 im Wesentlichen gleich. Falls beispielsweise ein positiv gerichtetes Drehmoment (über eine Drehung der Ausgangswelle 90 des Antriebselements 32 in einer ersten Drehrichtung) an das erste Ausgangselement 16 übertragen wird, wird ein gleiches, negatives Drehmoment an das zweite Ausgangselement 18 übertragen. Ebenso wird, falls ein negativ gerichtetes Drehmoment (über eine Drehung der Ausgangswelle 90 des Antriebselements 32 in einer zu der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung) an das erste Ausgangselement 16 übertragen wird, ein gleiches, positives Drehmoment an das zweite Ausgangselement 18 übertragen. Mit anderen Worten, der Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14a kann verwendet werden, um eine Drehmomentdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Differentialausgang 100 bzw. 102 , die mit dem linken bzw. dem rechten Rad 20 bzw. 22 über das erste bzw. das zweite Ausgangselement 16 bzw. 18 kommunizieren, zu erzeugen.
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In Situationen, in denen das Antriebselement 32 aktiviert ist, während Drehleistung von dem Primärantrieb (d. h. in dem erläuterten Beispiel der Kraftmaschine 120) an die Differentialanordnung 36 übertragen wird, wirkt das durch den Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 40a übertragene Drehmoment als ein Versatzdrehmoment, das dem von dem Primärantrieb an die Achsenanordnung 10 übertragenen Eingangsdrehmoment überlagert wird. Anders gesagt, das Eingangsdrehmoment von dem Primärantrieb wird über die Differentialanordnung 36 derart verteilt, dass ein erstes Antriebsdrehmoment über den ersten Differentialausgang 100 auf das erste Ausgangselement 16 aufgebracht wird und ein zweites Antriebsdrehmoment über den zweiten Differentialausgang 102 auf das zweite Ausgangselement 18 aufgebracht wird, während ein zusätzliches Drehmoment, das durch das Antriebselement 32 induziert wird, über den dualen Planetenzahnradsatz 30 derart verteilt wird, dass ein erstes geleitetes Drehmoment auf das erste Ausgangselement 16 ausgeübt wird und ein zweites geleitetes Drehmoment (das in dem angegebenen Beispiel gleich, jedoch entgegengesetzt zu dem ersten geleiteten Drehmoment ist) (über die Differentialanordnung 36) auf das zweite Ausgangselement 18 ausgeübt wird. Das Nettodrehmoment, das auf das erste Ausgangselement 16 wirkt, ist die Summe aus dem ersten Antriebsdrehmoment und dem ersten geleiteten Drehmoment, während das Nettodrehmoment, das auf das zweite Ausgangselement 18 wirkt, die Summe aus dem zweiten Antriebsdrehmoment und dem zweiten geleiteten Drehmoment ist.
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In einem Beispiel kann der Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14a ein Drehmoment von dem linken Rad 20 subtrahieren und ein entsprechendes Drehmoment zu dem rechten Rad 22 addieren, wenn das Kraftfahrzeug 12 eine Linkskurve fährt, und ein Drehmoment von dem rechten Rad 22 subtrahieren und ein entsprechendes Drehmoment zu dem linken Rad 20 addieren, wenn das Kraftfahrzeug 12 eine Rechtskurve fährt, um das Kurvenverhalten des Fahrzeugs 12 zu verbessern und seinen Kurvenradius zu verringern.
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Der Fachmann erkennt, dass die Konfiguration des dualen Planetenzahnradsatzes 30 bewirkt, dass das erste bzw. das zweite Sonnenrad 50 bzw. 70 die höchste Drehgeschwindigkeit erfahren, während sich das erste Hohlrad 54 mit einer etwas geringeren Drehgeschwindigkeit dreht und der erste und der zweite Planetenträger 56 bzw. 76 sich mit einer Drehgeschwindigkeit drehen, die niedriger ist als jene des ersten Hohlrades 54 . Auf diese Weise kann ein günstiges Übersetzungsverhältnis, etwa ein Übersetzungsverhältnis von etwa 1:1,5 bis etwa 1:2,0 zwischen dem ersten Hohlrad 54 und dem ersten Ausgangselement 16 erzielt werden. Im Ergebnis kann die Größe der Zahnräder des dualen Planetenzahnradsatzes 30 klein sein. Beispielsweise kann der Durchmesser des ersten und des zweiten Planetenrades 52 bzw. 72 eine Größe von etwa 30 mm haben. Auf diese Weise kann die Größe des dualen Planetenzahnradsatzes 30 gering sein, wodurch der Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14a kompakt und mit geringem Gewicht hergestellt werden kann.
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Das Antriebselement 32 soll aktiviert werden (z. B. automatisch oder auf Bedarfsbasis), wenn das Fahrzeug 12 eine Kurve fährt. Während einer Geradeausfahrt ist das Antriebselement 32 daher nicht aktiviert, um zu ermöglichen, dass das Fahrzeug 12 in einer Vorwärtsrichtung durch die Kraftmaschine 120 angetrieben wird. In einer solchen Situation überträgt die Differentialanordnung 36, die das Eingangsdrehmoment von der Kraftmaschine 120 empfängt, ein im Wesentlichen gleiches Drehmoment auf das erste Ausgangselement 16 und auf das zweite Ausgangselement 18. Ein im Wesentlichen gleiches Drehmoment wird wiederum auf den ersten bzw. den zweiten Planetenträger 56 bzw. 76 übertragen, die sich mit im Wesentlichen der gleichen Drehzahl drehen. Als Folge davon und aufgrund der übereinstimmenden Planetenzahnradsätze 40 und 42 tritt keine Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Hohlrad 54 bzw. 74 auf, was bedeutet, dass nahezu keine Wirkung oder kein Drehmoment auf das erste oder zweite Hohlrad 54 bzw. 74 übertragen wird. Mit anderen Worten, weder das erste Hohlrad 54 noch das zweite Hohlrad 74 dreht sich. Auf diese Weise bewegt sich die Ausgangswelle 90 des Antriebselements 32 nicht, weshalb Verluste während einer Geradeausfahrt auf diese Weise minimal gemacht werden.
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Obwohl das Eingangselement 86 so veranschaulicht und beschrieben worden ist, dass es mit dem Untersetzungsgetriebe 88 direkt in Eingriff ist, wird erkannt werden, dass eine oder mehrere Untersetzungsstufen zwischen dem Eingangselement 86 und dem Untersetzungsgetriebe 88 angeordnet sein könnten oder dass das Eingangselement 86 direkt durch das Antriebselement 32 angetrieben werden könnte.
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In 2 ist eine weitere nicht erfindungsgemäße Achsenanordnung, die in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung aufgebaut ist, allgemein mit dem Bezugszeichen 10b bezeichnet. Die Achsenanordnung 10b kann im Allgemeinen zu der Achsenanordnung 10 von 1 ähnlich sein, mit Ausnahme dessen, was im Folgenden angegeben wird. In diesem Beispiel umfasst die Achsenanordnung 10b einen Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14b, der wahlweise in mehreren Betriebsarten einschließlich einer Torque-Vectoring-Betriebsart, einer Antriebsbetriebsart und einer Neutralbetriebsart, betreibbar ist. Der Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14b kann dem Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14a von 1 strukturell ähnlich sein, mit der Ausnahme, dass das Eingangselement 86b relativ zu dem ersten Hohlrad 54b drehbar ist und ein Aktuator 150 verwendet wird, um den Betriebszustand des Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14b zu steuern. Das Eingangselement 86b kann einen Zahnkranz umfassen, der um das erste Ausgangselement 16 und den ersten Planetenzahnradsatz 40b drehbar montiert sein kann. Der Aktuator 150 kann eine Schalthülse 152 aufweisen, die den Getriebeeingang bilden kann. Die Schalthülse 152 kann eine gezahnte äußere Oberfläche 154 , die drehfest, jedoch axial verschiebbar mit einer passend gezahnten Innenoberfläche 156 des Eingangselements 86b in Eingriff sein kann, einen Satz erster Innenzähne 160 , die mit entsprechenden Zähnen 162 , die an dem ersten Hohlrad 54b gebildet sind, passend in Eingriff sein können, und einen Satz zweiter Innenzähne 164 , die mit entsprechenden Zähnen 166 , die an dem zweiten Planetenträger 76b gebildet sind, passend in Eingriff sein können, aufweisen.
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In der Torque-Vectoring-Betriebsart kann die Schalthülse 152 in einer ersten Position positioniert sein, um das Eingangselement 86b mit dem ersten Hohlrad 54b (über einen Eingriff des Satzes erster Innenzähne 160 mit den Zähnen 162 am ersten Hohlrad 54b) zu koppeln, so dass sich das Eingangselement 86b , die Schalthülse 152 und das erste Hohlrad 54b gemeinsam drehen. Es wird erkannt werden, dass der Satz zweiter Innenzähne 164 außer Eingriff mit den Zähnen 166 am zweiten Planetenträger 76b ist, wenn die Schalthülse 152 in der ersten Position ist. Daher wird erkannt werden, dass der Betrieb des Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14b in der Torque-Vectoring-Betriebsart im Wesentlichen ähnlich zu dem Betrieb des Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14a (1) ist. In diesem Fall kann das Antriebselement 32 wahlweise aktiviert werden, um eine Drehmomentdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangselement 16 bzw. 18 zu induzieren, wie oben erläutert worden ist.
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In der Antriebsbetriebsart kann die Schalthülse 152 in einer zweiten Position positioniert sein, um das Eingangselement 86b mit dem zweiten Planetenträger 76b (über den Eingriff des Satzes zweiter Innenzähne 164 mit den Zähnen 166 am zweiten Planetenträger 76b) derart zu koppeln, dass Drehleistung, die durch das Antriebselement 32 bereitgestellt wird, in den Differentialträger 83 eingegeben wird und auf das erste und das zweite Ausgangselement 16 bzw. 18 über die Differentialanordnung 36 ausgeübt wird. Es wird erkannt werden, dass der Satz erster Innenzähne 160 an der Schalthülse 152 außer Eingriff von den Zähnen 162 an dem ersten Hohlrad 54b sein kann, wenn die Schalthülse 152 in der zweiten Position ist. Es wird auch erkannt werden, dass Drehleistung, die durch das Antriebselement 32 bereitgestellt wird, wenn der Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14b in der Antriebsbetriebsart betrieben wird, als Vortriebsleistung verwendet wird, um das Fahrzeug 12 anzutreiben (oder dessen Antrieb zu unterstützen).
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In der Neutralbetriebsart kann die Schalthülse 152 das Eingangselement 86b von dem ersten Hohlrad 54b und von dem zweiten Planetenträger 76b entkoppeln, so dass das Eingangselement 86b von dem ersten Planetenzahnradsatz 40b, dem zweiten Planetenzahnradsatz 42b und dem Differentialträger 83 entkoppelt ist. In dem angegebenen Beispiel kann die Schalthülse 152 in einer dritten Position zwischen der ersten und der zweiten Position derart positioniert sein, dass die Sätze erster und zweiter Innenzähne 160 bzw. 164 axial zwischen den Zähnen 162 am ersten Hohlrad 54b und den Zähnen 166 am zweiten Planetenträger 76b angeordnet und nicht mit diesen in Eingriff sind. Daher entkoppelt die Anordnung der Schalthülse 152 in der dritten Position das Antriebselement 32 von dem ersten Planetenzahnradsatz 40b, dem zweiten Planetenzahnradsatz 42b und dem Differentialträger 83.
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In 3 ist eine weitere nicht erfindungsgemäße Achsenanordnung, die in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung aufgebaut ist, allgemein mit dem Bezugszeichen 10c bezeichnet. Die Achsenanordnung 10c kann im Allgemeinen der Achsenanordnung 10b von 2 ähnlich sein, mit Ausnahme dessen, was im Folgenden angegeben wird. In diesem Beispiel umfasst die Achsenanordnung 10c einen Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14c , der wahlweise in mehreren Betriebsarten einschließlich einer Torque-Vectoring-Betriebsart, einer Antriebsbetriebsart, einer Neutralbetriebsart und einer Niedrigdrehzahlantriebsbetriebsart betreibbar ist. Der Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14c kann dem Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14b von 2 strukturell ähnlich sein, mit der Ausnahme, dass die Schalthülse 152c einen dritten Satz Innenzähne 170 haben kann, der wahlweise mit Zähnen 172 eines gezahnten Elements 174 in Eingriff sein kann, das mit dem ersten und dem zweiten Sonnenrad 50 bzw. 70 gekoppelt ist, um sich damit zu drehen. Der Satz dritter Innenzähne 170 ist nicht mit irgendeiner anderen Struktur in Eingriff, wenn der Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14c in der Torque-Vectoring-Betriebsart, in der Antriebsbetriebsart oder in der Neutralbetriebsart betrieben wird, so dass der Betrieb des Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14c als solcher dem Betrieb des Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus von 2 in diesen Betriebsarten im Wesentlichen ähnlich ist.
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In der Niedrigdrehzahlantriebsbetriebsart kann jedoch die Schalthülse 152c in einer vierten Position positioniert sein, um das Eingangselement 86b mit dem ersten und dem zweiten Sonnenrad 50 bzw. 70 (über den Eingriff des Satzes dritter Innenzähne 170 mit den Zähnen 172 am Element 174 ) derart zu koppeln, dass sich das Eingangselement 86b , die Schalthülse 152c , das Element 174 und das erste und das zweite Sonnenrad 50 bzw. 70 gemeinsam drehen. In dieser Betriebsart wird der zweite Planetenzahnradsatz 42b als ein Untersetzungsgetriebe verwendet, das bewirkt, dass sich der zweite Planetenträger 76b mit einer Drehzahl dreht, die niedriger ist als die Drehzahl des zweiten Sonnenrades 70 . Es wird erkannt werden, dass die Sätze der ersten und zweiten Innenzähne 160 bzw. 164 mit den Zähnen 162 am ersten Hohlrad 54b bzw. mit den Zähnen 166 am zweiten Planetenträger 76b nicht in Eingriff sind, wenn die Schalthülse 152c in der vierten Position ist.
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Der Fachmann erkennt, dass Drehleistung in den dualen Planetenzahnradsatz 30b an verschiedenen Stellen eingebracht wird, wenn der Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14c in der Antriebsbetriebsart bzw. in der Niedrigdrehzahlantriebsbetriebsart arbeitet. In diesem Fall wird Drehleistung in der Antriebsbetriebsart in den zweiten Planetenträger 76b eingebracht und in der Niedrigdrehzahlantriebsbetriebsart in das erste und das zweite Sonnenrad 50 bzw. 70 eingebracht. Daher wird erkannt werden, dass sich der Differentialträger 83 in dem Niedrigdrehzahlantrieb im Vergleich zu der Antriebsbetriebsart mit einer geringeren Drehzahl (bei einer gegebenen Drehzahl der Ausgangswelle 90 des Antriebselements 32) dreht. In diesem Fall bewirkt die Drehung des ersten und des zweiten Sonnenrades 50 bzw. 70 dann, wenn der Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14c in dem Niedrigdrehzahlantrieb betrieben wird, eine entsprechende Drehung der zweiten Planetenräder 72 , die wiederum die Drehung des zweiten Planetenträgers 76 und des Differentialträgers 83 antreibt.
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Anders gesagt, ist ein Untersetzungsgetriebe zwischen dem Dreheingang (d. h. dem Element 174) und dem Differentialträger 83 angeordnet, wenn der Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14c in dem Niedrigdrehzahlantrieb betrieben wird, während kein Untersetzungsgetriebe zwischen dem Dreheingang (d. h. dem zweiten Planetenträger 76b) und dem Differentialträger 83 angeordnet ist, wenn der Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14c in der Antriebsbetriebsart betrieben wird.
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Die Abmessung der Schalthülse 152 in axialer Richtung und die Breite und der Abstand der mehreren Sätze von Zähnen können in der Weise gewählt werden, dass höchstens einer der Sätze von Innenzähnen 160, 164 und 170 mit entsprechenden Zähnen 162 , 166 bzw. 172 gleichzeitig in Eingriff sein darf. Zusätzlich oder alternativ können die Flankendurchmesser der zusammenpassenden Sätze von Zähnen unterschiedlich bemessen sein, um zu ermöglichen, dass bestimmte Zähne über andere Zähne gleiten, wenn ein Eingriff jener Zähne nicht erwünscht ist. Beispielsweise kann der Flankendurchmesser des Satzes zweiter Innenzähne 164 größer sein als der Flankendurchmesser des Satzes dritter Innenzähne 170 , so dass sich der Satz zweiter Innenzähne 164 axial über die Zähne 172 an dem Element 174 , das mit dem ersten und dem zweiten Sonnenrad 50 bzw. 70 drehbar gekoppelt ist, bewegen kann.
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Es ist auch möglich, einen Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus zu konstruieren, der nur in der Antriebs- und der Neutralbetriebsart betreibbar ist. In einem solchen Fall kann der duale Planetenzahnradsatz 30 weggelassen sein, da seine Funktionalitäten des Erzeugens von entgegengesetzt gerichteten Drehmomenten in der Torque-Vectoring-Betriebsart und der Eingang mit reduzierter Drehzahl in den Differentialträger 83 in dem Niedrigdrehzahlantrieb nicht benötigt werden.
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In einer solchen Situation kann der Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus ein Antriebselement, einen mit dem Antriebselement betriebstechnisch gekoppelten Zahnkranz, ein Schaltelement, das mit dem Zahnkranz drehend gekoppelt ist, um zwischen der Antriebsbetriebsart und der Neutralbetriebsart zu schalten, und ein Differential, das mit einem ersten und einem zweiten Ausgangselement betriebstechnisch gekoppelt ist, umfassen. Die Schalthülse 152 oder ein anderes Schaltelement kann so beschaffen sein, dass es mit dem Differential in Eingriff gelangt. Insbesondere kann das Schaltelement so beschaffen sein, dass es mit einem Differentialträger des Differentials in Eingriff ist. Ferner kann das Schaltelement so beschaffen sein, dass es in einer Position ist, in der es von dem Differential entkoppelt ist.
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Ähnlich wie in den oben offenbarten Ausführungsbeispielen der 2 und 3 kann das Schaltelement eine Schalthülse umfassen, die mit dem Zahnkranz drehend gekoppelt ist. Ferner kann das Schaltelement eine radial verlaufende Zahnstruktur aufweisen, die an der Schalthülse radial einwärts angeordnet ist und die dafür ausgelegt ist, mit einer passenden Zahnstruktur an der äußeren Oberfläche des Differentialträgers in Eingriff zu gelangen. Die Schalthülse kann längs des Zahnkranzes in einer axialen Richtung gleiten. Durch Gleiten der Schalthülse zu dem Differential kann die Zahnstruktur der Schalthülse mit der passenden Zahnstruktur an dem Differentialträger in Eingriff gelangen. Auf diese Weise ist der Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus in der Hochgangbetriebsart betreibbar. Wenn die Schalthülse von dem Differential weg verschoben ist, gelangt die Zahnstruktur des Schaltelements außer Eingriff mit der Zahnstruktur an der äußeren Oberfläche des Differentialträgers. Auf diese Weise ist das Antriebselement in einem Leerlaufbetrieb, da es in das Differential keinerlei Drehmoment induziert.
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Ein Vorteil dieser Konstruktion besteht darin, dass sie auf modulare Weise gebildet sein kann. Das heißt, die Konstruktion kann als ein Modul ausgebildet sein, das zu einem Differential in einem vorhandenen Getriebe einfach hinzugefügt werden kann.
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Das Schaltelement oder die Schalthülse in jedem der letzten drei Beispiele kann axial durch irgendeinen gewünschten Aktuator bewegt werden, einschließlich herkömmlicher Schaltgabelaktuatoren des Typs, die in Getriebegehäusen gewöhnlich verwendet werden. Es wird außerdem erkannt werden, dass eine oder mehrere Synchronisiereinrichtungen in die Schalthülse eingebaut sein können, um zu ermöglichen, dass die Schalthülse (z. B. über das erste Hohlrad oder den zweiten Planetenträger) angetrieben wird, bevor das Antriebselement 32 betätigt wird, so dass die Drehzahl der Schalthülse mit der Drehzahl der Komponente, mit der die Schalthülse drehend gekoppelt werden soll, übereinstimmt.
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In 4 ist ein beispielhafter Aktuator 200 zum translatorischen Bewegen einer Schalthülse gezeigt. Der Aktuator 200 besitzt ein Eingangselement in Form einer Drehverbindung 202 mit einem Antriebselement wie etwa einem elektrischen Gleichstrommotor 210, 6, oder irgendeiner anderen geeigneten Dreheingabevorrichtung. Die Drehverbindung 202 umfasst im Allgemeinen eine Drehwelle 300, die mit dem Motor 210 verbunden ist. Ferner besitzt der Aktuator 200 ein Ausgangselement 400 in Form eines Kolbens oder einer Stange. An der Stange 400 ist ein Vorsprung oder ein Zapfen 500 befestigt. Längs eines Führungsabschnitts 600 der Stange 400 ist der Querschnitt der Stange 400 nicht zylindrisch.
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An der Drehwelle 300 ist ein zylindrischer Nocken 700 angeordnet. Um den zylindrischen Nocken 700 ist eine Nockennut 800 gebildet. Die Nockennut 800 ist in drei Nutabschnitte 800a, 800b und 800c unterteilt. Ein erster Nutabschnitt 800a erstreckt sich längs des Umfangs des Nockens 700 und um diesen in einer Richtung parallel zu einer Querebene 710 , die zu einer Längsachse C des Nockens 700 senkrecht ist. Ein zweiter Nutabschnitt 800b erstreckt sich ebenfalls längs des Umfangs des Nockens 700 und um diesen in einer Richtung parallel zu der Querebene 710. Ein dritter Nutabschnitt 800c erstreckt sich zwischen dem ersten Nutabschnitt 800a und dem zweiten Nutabschnitt 800b längs des Umfangs des Nockens 700 und um diesen und erstreckt sich in einer Richtung, die mit einer Querebene einen Winkel von mehr als 0° bildet. Somit sind der erste und der zweite Nutabschnitt 800a bzw. 800b nicht geneigt, d. h. sie besitzen jeweils eine Steigung von null in axialer Richtung des Nockens 700 und relativ zu der Querebene 702 , während der dritte Nutabschnitt 800c eine Steigung besitzt und sich axial längs der Längsachse C des Nockens 700 erstreckt.
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Ein erster Flansch 900 und ein zweiter Flansch 901 sind auf der einen bzw. der anderen Seite des zylindrischen Nockens 700 angeordnet. Ein erstes Durchgangsloch 911 im ersten Flansch 900 und ein zweites Durchgangsloch 921 im zweiten Flansch 901 bilden eine Führung für die Stange 400. Das zweite Durchgangsloch 921 bildet einen Durchgang mit nicht kreisförmigem Querschnitt, der zu dem Querschnitt des Führungsabschnitts 600 der Stange 400 passt. Ein drittes Durchgangsloch 931 des ersten Flansches 900 und ein viertes Durchgangsloch 941 des zweiten Flansches 901 sind so beschaffen, dass sie jeweils ein entsprechendes Ende der Drehwelle 300 aufnehmen, die durch entsprechende Drehlager 951 bzw. 961 drehbar unterstützt ist. Vier Abstandshalterelemente 971 sind dafür ausgelegt, zwischen den Flanschen 900 und 901 angeordnet zu werden.
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5 zeigt, wie die Teile des Aktuators 200 zusammengefügt sind. Insbesondere ist ersichtlich, dass der Zapfen 500 in die Nockennut 800 eingesetzt ist. Wenn der zylindrische Nocken 700 durch den Motor 210 gedreht wird, wird der Zapfen 500 dazu gedrängt, der Nut 800 zu folgen. Wenn sich der Zapfen 500 axial von der ersten Nut 800a durch den dritten Nutabschnitt 800c und zu dem zweiten Nutabschnitt 800b bewegt, wird die Stange in einer geraden Richtung L verlagert. Somit wird eine Bewegung des zylindrischen Nockens 700 in einer Drehrichtung R in eine geradlinige Verlagerung in der geraden Richtung L umgesetzt.
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Wenn der Zapfen 500 in dem ersten Nutabschnitt 800a positioniert ist, der eine Steigung von null besitzt, beträgt ein Winkel zwischen der Nut und der Stange 90°. Als solche wirkt auf den Zapfen 500 weder eine axiale noch eine lineare Kraft, so dass die Stange 400 in ihrer Position ruhig gehalten wird. Der erste Nutabschnitt 800a entspricht einer ersten Position eines Schalters 810 , der mit der Stange 400 betriebstechnisch gekoppelt ist. In dieser ersten Position stellt der Schalter 810 sicher, dass die Schalthülse 152 (2) in der dritten Position positioniert werden kann, um dem Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14b (2) zu ermöglichen, in der Antriebsbetriebsart zu arbeiten.
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Falls der Motor 210 gestartet wird, dreht sich der zylindrische Nocken 700 in der Drehrichtung R, und der Zapfen 500 wird von dem ersten Nutabschnitt 800a längs des geneigten dritten Nutabschnitts 800c zu dem zweiten Nutabschnitt 800b bewegt, wodurch die Stange 400 in der geraden Richtung L bewegt wird. Da der zweite Nutabschnitt 800b eine Nullsteigung besitzt, wirkt auf den Zapfen 500 weder eine axiale noch eine lineare Kraft, so dass die Stange 400 in ihrer Position ruhig gehalten wird, sobald der Motor 210 angehalten wird. Dadurch beendet die Stange 400 ihre Bewegung, und der Schalter 810 wird in einer zweiten Position gehalten. In dieser zweiten Position stellt der Schalter sicher, dass die Schalthülse 152 (2) in der ersten Position positioniert werden kann, um zu ermöglichen, dass der Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14b (2) in der Torque-Vectoring-Betriebsart arbeitet.
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Der Fachmann erkennt, dass zahlreiche Abwandlungen der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele möglich sind, ohne vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
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Beispielsweise ist der Aktuator 200 oben im Zusammenhang mit einem Drehmomentverteilungsmechanismus eines Kraftfahrzeugs 12 beschrieben worden, ein solcher Aktuator ist jedoch gleichermaßen in anderen Konstruktionen nützlich. Der Aktuator könnte beispielsweise in einem Verriegelungsmechanismus verwendet werden, wo die verschiedenen Betriebsarten einem verriegelten Zustand und einem entriegelten Zustand entsprechen. Im Allgemeinen kann ein Aktuator des oben beschriebenen Typs in jeglichem Zusammenhang verwendet werden, in dem ein Teil schnell und mit Präzision geradlinig verlagert werden soll und in dem die Verlagerung durch ein Antriebselement, das einen drehenden Ausgang ergibt, angetrieben werden soll.
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In dem oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform besitzt die Nut 800 zwei Nutabschnitte 800a und 800c ohne Neigung. Selbstverständlich können mehr als zwei nicht geneigte Nutabschnitte am Nocken 700 ausgebildet sein, wobei jeder nicht geneigte Nutabschnitt einer Position des Teils entspricht, das mit der Stange verbunden ist, z. B. ein Schalter. Somit könnte in einem Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus eine Nut mit drei nicht geneigten Nutabschnitten und zwei geneigten Nutabschnitten, die die nicht geneigten Nutabschnitte verbinden, drei verschiedenen Getriebebetriebsarten entsprechen, etwa einer Vortriebsbetriebsart, einer Torque-Vectoring-Betriebsart und einer Leerlaufbetriebsart.
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In den 7 bis 10 der Zeichnungen ist eine weitere nicht erfindungsgemäße Achsenanordnung 10d, die in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung aufgebaut ist, gezeigt. Die Achsenanordnung 10d kann einen Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14d umfassen, der dem Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14a von 1 mit Ausnahme des Folgenden ähnlich sein kann. Als solche werden Bezugszeichen, die in 1 verwendet werden, in den 7 bis 10 verwendet, um entsprechende Elemente zu bezeichnen.
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Anstelle des Antriebselements 32 und des Untersetzungsgetriebes 88, die in 1 verwendet werden (wobei das Antriebselement 32 und das Untersetzungsgetriebe 88 um eine Drehachse angeordnet sind, die zu den Drehachsen des Differentialträgers 83 und des ersten Planetenträgers 56 parallel ist), verwendet das Beispiel der 7 bis 10 ein Antriebselement 32d und ein Untersetzungsgetriebe 88d, die um eine Drehachse 1300 angeordnet sind, die zu den Drehachsen 85 des Differentialträgers 83 und des ersten Planetenträgers 56 senkrecht ist. Beispielsweise kann die Drehachse 1300 zu einer Drehachse 1304 einer Kraftmaschine 120 (oder einem anderen Mittel für die Bereitstellung von Drehleistung wie etwa einem elektrischen oder hydraulischen Motor) und zu den Drehachsen 85 des Differentialträgers 83 und des ersten Planetenträgers 56 senkrecht sein. Die Kraftmaschine 120 kann ein Eingangsritzel 1306 (z. B. über eine (nicht gezeigte) Vortriebswelle), das mit einem Hohlrad 1308 kämmt, das mit dem Differentialträger 83 auf herkömmliche Weise gekoppelt sein kann, antreiben.
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Dieser Aufbau des Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14d kann in einigen Situationen vorteilhaft sein, wenn der Raum für die Anordnung des Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus in einem Fahrzeug begrenzt ist.
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Das Antriebselement 32d kann irgendein Typ eines Motors wie etwa ein elektrischer Wechselstrommotor oder ein elektrischer Gleichstrommotor sein und kann eine Ausgangswelle 37d-1 besitzen, mit der das Untersetzungsgetriebe 88d drehend gekoppelt sein kann.
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Das Untersetzungsgetriebe 88d kann eine Schnecke 1312 sein, die mit einem Schneckenrad 1314 in kämmendem Eingriff ist. Das Schneckenrad 1314 kann mit dem ersten Hohlrad 54d drehend gekoppelt sein (z. B. an einer äußeren Oberfläche des ersten Hohlrades 54d ausgebildet sein). Die Schnecke 1312 und das Schneckenrad 1314 können eine verhältnismäßig geringe Größe besitzen und dennoch ein verhältnismäßig großes Untersetzungsverhältnis bereitstellen. Daher kann das Antriebselement 32d konfiguriert sein, um eine verhältnismäßig hohe Drehzahl und einen niedrigen Drehmomentausgang zu erzeugen, und kann als solches einen verhältnismäßig kleineren Durchmesser als das Antriebselement 32 von 1 haben.
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Falls gewünscht, können die Schnecke 1312 und das Schneckenrad 1314 selbstverriegelnd konfiguriert sein, wenn das Antriebselement 32d nicht aktiv mit Leistung versorgt wird, um die Differentialanordnung 36d wirksam zu verriegeln, um zu verhindern, dass eine Drehzahldifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangselement 16 bzw. 18 entsteht. In diesem Fall verhindert die Verriegelung der Schnecke 1312 und des Schneckenrades 1314 eine Drehung des ersten Hohlrades 54d . Da der zweite Planetenträger 76d und der Differentialträger 83 drehbar gekoppelt sind, kann eine Drehung des Differentialträgers 83 (über eine Drehung des Differentialhohlrades 1308 , die aus der Drehung des Eingangsritzels 1306 resultiert) einen Dreheingang für den zweiten Planetenträger 76d bereitstellen, der die zweiten Planetenräder 72 des zweiten Planetenzahnradsatzes 42 dazu veranlasst, sich innerhalb des zweiten Hohlrades 74 zu drehen und das zweite Sonnenrad 70 zu drehen. Die Drehung des zweiten Sonnenrades 70 bewirkt eine Drehung des ersten Sonnenrades 50 , was eine Drehung der ersten Planetenräder 52 des ersten Planetenzahnradsatzes 40 bewirkt, was wiederum den ersten Planetenträger 56 zu einer Drehung veranlasst. Da der erste Planetenträger 56 mit dem ersten Ausgangselement 16 gekoppelt ist und da der erste und der zweite Planetenradsatz 40 bzw. 42 übereinstimmende Untersetzungsverhältnisse haben, drehen sich der erste und der zweite Planetenträger 56 bzw. 76 mit der gleichen Rate (d. h. mit der Rate, mit der sich der Differentialträger 83 dreht). Als solches kann sich das Ausgangselement 16 relativ zu dem Differentialträger 83 nicht drehen, so dass der Differentialzahnradsatz 104 an dem Differentialträger 83 verriegelt ist.
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Damit die Schnecke 1312 und das Schneckenrad 1314 selbstverriegelnd sind, kann das Schneckenrad 1314 die Schnecke 1312 nicht in „Rückwärtsrichtung“ antreiben. Wie der Fachmann erkennt, hängt die Fähigkeit der Schnecke 1312 und des Schneckenrades 1314 zur gegenseitigen Verriegelung von mehreren Faktoren ab, einschließlich des Steigungswinkels, des Druckwinkels und des Reibkoeffizienten, oftmals kann jedoch die Analyse auf eine grobe Approximation reduziert werden, die den Reibkoeffizienten und die Tangente des Steigungswinkels einschließt (d. h., Selbstverriegelung dann, wenn die Tangente des Steigungswinkels < Reibungskoeffizient ist).
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Wie insbesondere in den 7 und 10 gezeigt ist, können der duale Planetenzahnradsatz 30 und das Untersetzungsgetriebe 88d in einem Gehäuse 1340 untergebracht sein, das einen ersten Gehäusemantel 1342 und einen zweiten Gehäusemantel 1344 umfassen kann, die über einen Satz Befestigungseinrichtungen (nicht gezeigt) fest miteinander gekoppelt sind. Das Antriebselement 32d kann an einem Flansch 1348, der an dem ersten Gehäusemantel 1342 gebildet ist, montiert sein. Es können Dichtungen 1352 verwendet werden, um die Grenzfläche zwischen dem Gehäuse 1340 und dem ersten Ausgangselement 16 und zwischen dem Gehäuse 1340 und dem Abschnitt des zweiten Planetenträgers 76d , der mit dem Differential 383 drehend gekoppelt ist, abzudichten. Außerdem kann eine Dichtung 1354 in dem Gehäuse 1356 , in dem der Differentialträger 83 angeordnet ist, aufgenommen sein, um die Grenzfläche zwischen dem Gehäuse 1356 und dem Abschnitt des zweiten Planetenträgers 76d , der mit dem Differentialträger 83 drehend gekoppelt ist, abzudichten.
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In den 11 und 12 der Zeichnungen ist ein Abschnitt einer erfindungsgemäßen Achsenanordnung 10e, die in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, gezeigt. Die Achsenanordnung 10e kann einen Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14e umfassen, der in gewisser Weise dem Antriebsmechanismus 14d von 7 ähnlich sein kann, mit der Ausnahme, dass das Antriebselement 32e und ein Kupplungsmechanismus 2000 zusammenwirken, um abwechselnd Drehleistung, die von der Differentialanordnung 36e verwendet wird, als Vortriebsleistung oder für den dualen Planetenzahnradsatz 30 für die Torque-Vectoring-Steuerung des ersten und des zweiten Ausgangselements 16e bzw. 18e bereitzustellen.
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Der Antriebsmechanismus 32e kann irgendeinen Typ eines Motors wie etwa einen elektrischen Gleichstrommotor 2004 aufweisen und kann eine Ausgangswelle 2006 besitzen, die wahlweise betrieben werden kann, um Drehleistung für einen Untersetzungsantrieb 2010 bereitzustellen. Der Untersetzungsantrieb 2010 kann ein erstes Ritzel 2012 , das an der Ausgangswelle 2006 für eine gemeinsame Drehung montiert sein kann, und ein zweites Ritzel 2014 aufweisen, das an einer Zwischenwelle 2016 für eine gemeinsame Drehung montiert sein kann. Die Zwischenwelle 2016 kann längs einer Zwischenachse 2020 angeordnet sein, die zu einer Ausgangswellenachse 2022, um die sich die Ausgangswelle 2006 des Motors 2004 dreht, im Allgemeinen parallel ist. Die Zwischenachse 2020 und die Ausgangswellenachse 2022 können zu einer Ausgangsachse 2024, um die sich die Differentialanordnung 36e und das erste und das zweite Ausgangselement 16e bzw. 18e drehen, parallel sein. In dem angegebenen besonderen Beispiel sind die Zwischenachse 2020, die Ausgangswellenachse 2022 und die Ausgangsachse 2024 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, es wird jedoch erkannt werden, dass die Zwischenachse 2020 und/oder die Ausgangswellenachse 2022 unterschiedlich positioniert sein können. Darüber hinaus wird erkannt werden, dass eine oder mehrere davon von der Ausgangsachse 2024 beabstandet sein können, so dass eine der Achsen 2020, 2022 und 2024 nicht in einer gemeinsamen Ebene liegt. Obwohl der Untersetzungsantrieb 2010 so beschrieben und gezeigt worden ist, dass er nur ein einziges Paar Zahnräder besitzt, wird erkannt werden, dass der Untersetzungsantrieb alternativ zusätzliche Zahnräder umfassen könnte, die in einem Getriebezug zwischen dem ersten Ritzel 2012 und dem zweiten Ritzel 2014 angeordnet sind.
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Wie insbesondere in 12 gezeigt ist, kann die Zwischenwelle 2016 einen ersten Lagerabschnitt 2030, einen zweiten Lagerabschnitt 2032 und einen Antriebsabschnitt 2034, der zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerabschnitt 2030 bzw. 2032 angeordnet sein kann, aufweisen. Der Antriebsabschnitt 2034 kann mehrere äußere Keilnuten oder Zähne besitzen, die mit mehreren inneren Keilnuten oder Zähnen, die an einem Antriebselement 2038 ausgebildet sein können, in einem kämmenden Eingriff sein können. Ein erstes Zwischenausgangszahnrad 2040 kann an dem ersten Lagerabschnitt 2030 drehbar aufgenommen sein, während ein zweites Zwischenausgangszahnrad 2042 an dem zweiten Lagerabschnitt 2032 drehbar aufgenommen sein kann. Zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerabschnitt 2030 bzw. 2032 und den ersten und zweiten Zwischenausgangszahnrädern 2040 bzw. 2042 können Lager 2050 bzw. 2052 aufgenommen sein. Auf der Länge der Zwischenwelle 2016 können an verschiedenen Stellen Schublager 2054 angeordnet sein, um zu einer Erleichterung der relativen Drehung zwischen dem Antriebselement 2038 und dem ersten und dem zweiten Zwischenausgangszahnrad 2040 bzw. 2042 beizutragen.
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Das erste Zwischenausgangszahnrad 2040 kann mit dem Hohlrad 1308e der Differentialanordnung 36e in einem kämmenden Eingriff sein. Da das Hohlrad 1308e mit dem Differentialträger 83e für eine gemeinsame Drehung fest gekoppelt ist, wird erkannt werden, dass eine Drehung des ersten Zwischenausgangszahnrades 2040 eine entsprechende Drehung des Hohlrades 1308e und des Differentialträgers 83e bewirken kann und dass eine Drehung des Differentialträgers 83e auf ähnliche Weise eine entsprechende Drehung des ersten Zwischenausgangszahnrades 2040 bewirken kann. Das zweite Zwischenausgangszahnrad 2042 kann mit einem Eingangszahnrad 1314e, das an dem ersten Hohlrad 54e ausgebildet ist, in kämmendem Eingriff sein. Daher kann eine Drehung des zweiten Zwischenausgangszahnrades 2042 eine entsprechende Drehung des Eingangszahnrades 1314e und des ersten Hohlrades 54e bewirken.
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Der Kupplungsmechanismus 2000 kann verwendet werden, um den Betrieb des Drehmomentverteilungsantriebsmechanismus 14e in einem (gezeigten) neutralen Zustand, einer Vortriebsbetriebsart oder einer Torque-Vectoring-Betriebsart zu steuern. Der Kupplungsmechanismus 2000 kann einen Kupplungskranz 2060 umfassen, der einen Satz Innenzähne besitzt, die mit einem Satz Außenzähne, die an dem Antriebselement 2038 gebildet sind, in kämmendem Eingriff sein können. Daher bewirkt eine Drehung der Zwischenwelle 2016 eine entsprechende Drehung des Kupplungskranzes 2060. Ein erster Satz Kupplungszähne 2070 kann an dem ersten Zwischenausgangszahnrad 2040 gebildet sein, und ein zweiter Satz Kupplungszähne 2072 kann an dem zweiten Zwischenausgangszahnrad 2042 gebildet sein. Der Kupplungskranz 2060 kann längs der Zwischenachse 2020 derart axial verschoben werden, dass der Satz Innenzähne, die an dem Kupplungskranz 2060 gebildet sind, mit dem ersten Satz Kupplungszähne 2070 in Eingriff ist (um dadurch das erste Zwischenausgangszahnrad 2040 mit der Zwischenwelle 2016 für eine gemeinsame Drehung zu koppeln) oder derart, dass der Satz Innenzähne, die an dem Kupplungskranz 2060 gebildet sind, mit dem zweiten Satz Kupplungszähne 2072 in Eingriff ist (um dadurch das zweite Zwischenausgangszahnrad 2042 mit der Zwischenwelle 2016 für eine gemeinsame Drehung zu koppeln), oder derart, dass der Satz Innenzähne, die an dem Kupplungskranz 2060 gebildet sind, weder mit dem ersten Satz Kupplungszähne 2070 noch mit dem zweiten Satz Kupplungszähne 2072 in Eingriff ist (so dass weder das erste noch das zweite Zwischenausgangszahnrad 2040 bzw. 2042 mit der Zwischenwelle 2016 für eine gemeinsame Drehung gekoppelt ist).
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Es kann irgendein Typ eines Aktuators verwendet werden, um den Kupplungskranz 2060 längs der Zwischenachse 2020 axial zu bewegen. In dem angegebenen besonderen Beispiel wird eine Kupplungsgabel 2090 verwendet, um die axiale Position des Kupplungskranzes 2060 zu steuern.
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Der Betrieb des Kupplungsmechanismus 2000 in einer ersten Betriebsart (d. h. der Vortriebsbetriebsart) kann das erste Zwischenausgangszahnrad 2040 mit der Zwischenwelle 2016 (über den Kupplungskranz 2060) koppeln, um dadurch das Hohlrad 1308e der Differentialanordnung 36e anzutreiben. Wie erkannt werden wird, treibt die Drehung des Hohlrades 1308e den Differentialträger 83e und den Querstift 110 zu einer Drehung um die Ausgangsachse 2024 an. An dem Querstift 110 sind Ritzel 112 drehbar angeordnet und mit dem ersten und dem zweiten Seitenzahnrad 106 bzw. 108 in kämmendem Eingriff. Das erste Seitenzahnrad 106 ist mit dem ersten Ausgangselement 16e antriebsschlüssig in Eingriff, und das zweite Seitenzahnrad 108 ist mit dem zweiten Ausgangselement 18e antriebsschlüssig in Eingriff. In dieser Betriebsart bewirkt der duale Planetenzahnradsatz 30 keinen Betrieb der Differentialanordnung 36e, so dass die Differentialanordnung 36e als solche Drehleistung für das erste und das zweite Ausgangselement 16e bzw. 18e in der Art einer offenen Standard-Differentialanordnung bereitstellt.
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Der Betrieb des Kupplungsmechanismus 2000 in einer zweiten Betriebsart (d. h. der Torque-Vectoring-Betriebsart) kann das zweite Zwischenausgangszahnrad 2042 mit der Zwischenwelle 2016 (über den Kupplungskranz 2060) koppeln, um dadurch das Eingangszahnrad 1314e und das erste Hohlrad 54e des dualen Planetengetriebes 30 anzutreiben. In diesem Ausführungsbeispiel wird Drehleistung von dem ersten Planetenzahnradsatz 40e an den Differentialträger 83e (über den ersten Planetenträger 56e) ausgegeben und wird Drehleistung von dem zweiten Planetenzahnradsatz 42e an das zweite Ausgangselement 18e (über den zweiten Planetenträger 76e) ausgegeben. Da das zweite Ausgangselement 18e mit dem zweiten Seitenzahnrad 108 drehfest gekoppelt ist, wird erkannt werden, dass der zweite Planetenträger 76e auch mit dem zweiten Seitenzahnrad 108 antriebsschlüssig gekoppelt ist. Der Fachmann erkennt anhand dieser Offenbarung, dass das duale Planetengetriebe 30 verwendet werden kann, um eine gleiche, jedoch entgegengesetzte Drehmomentdifferenz an das erste bzw. das zweite Ausgangselement 16e bzw. 18e anzulegen, und dass der Drehmomentbetrag, der an ein Gegebenes der Ausgangselemente angelegt wird, von der Richtung, in der der Motor 2004 betrieben wird, abhängt.
