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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Antriebseinheiten und insbesondere auf Antriebe für Arbeitsfahrzeuge.
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Bei verschiedenen Arbeitsfahrzeuganwendungen kann eine Antriebseinheit zur Bereitstellung von Rotationskraft für verschiedene Komponenten des Fahrzeugs verwendet werden. Bei verschiedenen Rad- oder Kettenfahrzeugen, wie z. B. Gradern, ist eine Endantriebseinheit an einem Rahmen des Fahrzeugs befestigt, um an einer Radbefestigung der Antriebseinheit Rotationskraft zum Antreiben der Räder oder Ketten des Fahrzeugs und damit Bewegen des Fahrzeugs über das Gelände bereitzustellen. Solch eine Antriebseinheit (und andere) kann Hydraulikmotoren zur Bereitstellung von Rotationskraft und verschiedene Zahnräder zur Einstellung der Drehzahl der Rotationskraft zur Abgabe an der Radbefestigung umfassen.
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In einigen Fällen können die Motoren mit einer oder mehreren unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden. Während durch die Verwendung mehrerer Stufen bei einer Antriebseinheit die Kosten der zugehörigen Motoren, Wechselrichter und elektrischen Vorrichtungen wesentlich reduziert werden können, erhöhen die höheren Betriebsdrehzahlen eines Elektromotors die von der Antriebseinheit erforderlichen Übersetzungen erheblich und können gleichzeitig zu einer Erhöhung der Größe und Kosten der Gesamtantriebseinheit führen. Das Anordnen und Packaging komplexer Einheiten wie dieser zusammen mit Zahnradsätzen, Schalteinheiten, Lagern, Wellen und anderen Antriebskomponenten in einem möglicherweise relativ begrenzten Raum, insbesondere in der axialen Richtung, kann eine Herausforderung darstellen.
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Die Offenbarung stellt einen Antrieb mit einer mehrstufigen Schalteinheit, die einen kompakten Formfaktor aufweist, bereit.
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Bei einem Aspekt der Offenbarung wird eine Antriebseinheit bereitgestellt, die Rotationskraft von einer um eine Rotationsachse rotierbaren Eingangswelle empfängt. Die Antriebseinheit umfasst ein Antriebsgehäuse, an dem ein Radlagerträger einer Radbefestigung befestigt ist, die dazu konfiguriert ist, sich um die Rotationsachse an einer Radlagereinheit zu drehen. Ein Planetenradsatz ist zum selektiven Bewirken einer Rotation der Radbefestigung zwischen die Eingangswelle und die Radbefestigung gekoppelt. Der Planetenradsatz ist im Wesentlichen innerhalb der axialen Begrenzungen des Radlagerträgers und innerhalb einer inneren radialen Abmessung des Radlagerträgers eingepasst.
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Bei einem weiteren Aspekt der Offenbarung wird eine Antriebseinheit bereitgestellt, die ein Antriebsgehäuse, einen Motor, der an dem Antriebsgehäuse befestigt ist und eine Eingangswelle um eine Rotationsachse dreht, und eine Radbefestigung, die einen an dem Antriebsgehäuse befestigten Radlagerträger aufweist und zur Rotation um die Rotationsachse an einer Radlagereinheit konfiguriert ist, umfasst. Ein Planetenradsatz ist zum selektiven Bewirken einer Rotation der Radbefestigung mit einer von mindestens zwei verschiedenen Drehzahlen zwischen die Eingangswelle und die Radbefestigung gekoppelt. Der Planetenradsatz ist im Wesentlichen innerhalb der axialen Begrenzungen des Radlagerträgers und innerhalb einer inneren radialen Abmessung des Radlagerträgers eingepasst.
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Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungsformen sind in den beiliegenden Zeichnungen und der folgenden Beschreibung angeführt. Andere Merkmale und Vorteile gehen aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen hervor.
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Arbeitsfahrzeugs in Form eines Graders, in das eine Antriebseinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung implementiert werden kann;
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2 ist ein perspektivischer Außenseitenüberblick einer beispielhaften Antriebseinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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3–5 sind konzeptionelle Diagramme, die die Position einer Schaltanordnung bezüglich Lagern und Lagerträgern gemäß verschiedenen Ausführungsformen darstellen;
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6 ist eine Seitenschnittansicht der beispielhaften Antriebseinheit von 2;
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6A ist eine Nahschnittansicht des Bereichs 6A-6A der Antriebseinheit von 6;
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7 ist eine vordere Schnittansicht eines beispielhaften Schaltplanetenradsatzes entlang einer Ebene 7-7 von 6;
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8 ist eine Schnittansicht einer weiteren beispielhaften Antriebseinheit;
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8A ist eine Nahschnittansicht des Bereichs 8-8A der Antriebseinheit von 8; und
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9 ist eine vordere Schnittansicht eines weiteren beispielhaften Schaltplanetenradsatzes entlang einer Ebene 9-9 von 8.
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Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen kennzeichnen gleiche Elemente.
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Im Folgenden werden eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen der offenbarten mehrstufigen Antriebseinheit gezeigt, die in den beiliegenden Figuren der Zeichnungen, die oben kurz beschrieben werden, gezeigt werden. Ein Fachmann kann verschiedene Modifikationen an den beispielhaften Ausführungsformen in Betracht ziehen.
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Wie oben erwähnt, können bekannte Konstruktionen für mehrstufige Antriebseinheiten in vielerlei Hinsicht unbefriedigend sein. Beispielsweise können solche Antriebe eine erhebliche Komplexität aufweisen, was zu hohen Herstellungskosten und einer erheblichen Erhöhung der Größe und des Gewichts führt. Dies trifft insbesondere bei geländegängigen und anderen derartigen Arbeitsfahrzeugen, wie z. B. Gradern, selbstfahrenden Feldspritzen und dergleichen, zu, bei denen es wünschenswert ist, dass der Antrieb mehrere Gangstufen bei gleichzeitiger Reduzierung des für den Antrieb erforderlichen Raums bereitstellt. Bei bestimmten Reihenantriebsanordnungen, wie z. B. Endantrieben, ist eine wesentliche Raumabmessung die axiale Abmessung, um die bestimmte Antriebskomponenten zum Antrieb der Räder oder anderer Fahrzeugkomponenten rotieren.
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In dieser Hinsicht bezieht sich der Begriff „axial“, so wie er hier verwendet wird, auf eine Richtung, die zu einer Rotationsachse, einer Symmetrieachse oder einer Mittellinie einer Komponente oder von Komponenten allgemein parallel ist. Beispielsweise kann sich die „axiale“ Richtung bei einem Zylinder mit einer Mittellinie und gegenüberliegenden kreisförmigen Enden auf die Richtung beziehen, die allgemein parallel zur Mittellinie zwischen den gegenüberliegenden Enden verläuft. In bestimmten Fällen kann der Begriff „axial“ mit Bezug auf Komponenten verwendet werden, die nicht zylinderförmig (oder anderweitig radial symmetrisch) sind. Beispielsweise kann die „axiale“ Richtung für ein rechteckiges Gehäuse, das eine rotierende Welle enthält, als eine Richtung angesehen werden, die allgemein parallel zur Rotationsachse der Welle ist. Des Weiteren kann sich der Begriff „radial“, so wie er hier verwendet wird, auf eine Richtung oder eine Beziehung von Komponenten bezüglich einer Linie, die von einer geteilten Mittellinie, Achse oder einem ähnlichen Bezugspunkt senkrecht nach außen verläuft, beziehen. Beispielsweise können zwei konzentrische und sich axial überlagernde zylinderförmige Komponenten als über den Abschnitten der Komponenten, die sich axial überlagern, „radial“ ausgerichtet, jedoch über den Abschnitten der Komponenten, die sich nicht axial überlagern, nicht „radial“ ausgerichtet betrachtet werden. In bestimmten Fällen können Komponenten als „radial“ ausgerichtet angesehen werden, selbst wenn eine oder beide der Komponenten möglicherweise nicht zylinderförmig (oder anderweitig radial symmetrisch) ist bzw. sind.
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Bestimmte bekannte Antriebseinheiten können einen Motor umfassen, der an einem Ende eines Räderkastens der Antriebseinheit befestigt ist. Der Räderkasten kann mit einer Nabe integral ausgebildet sein, die an einer externen Vorrichtung, wie z. B. einem Rad oder Kettenrad, angebracht sein kann, um Rotationskraft von dem Motor zur externen Vorrichtung zuzuführen. Ein oder mehrere Planetenradsätze (oder Umlaufgetrieberadsätze) in Verbindung mit dem Motor können in dem Räderkasten angeordnet sein, um eine Untersetzung mit verschiedenen Verhältnissen bezüglich der Rotationskraft vom Motor bereitzustellen. Der Antrieb kann verschiedene komplexe Einheiten, wie z. B. Verbundplanetenradsätze, zur Bereitstellung mehrerer Gangstufen und der gewünschten hohen Untersetzung und Drehmoment enthalten. Die axiale Abmessung solcher Antriebszahnradsätze kann bei bestimmten Anwendungen größer als erwünscht sein.
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Die Ausführungsformen des offenbarten Antriebs können verschiedene der oben angeführten Probleme angehen sowie verschiedene zusätzliche Vorteile bereitstellen. Allgemein ist bzw. sind die Schalteinheit oder zumindest der Planetenradsatz oder Kupplungskomponenten davon anstelle der relativ großen Schalteinheiten von Antrieben nach dem Stand der Technik derart positioniert, dass sie/er im Wesentlichen innerhalb (oder „unter“) dem Radlagerträgers der Antriebseinheit eingepasst ist bzw. sind – d.h., die Schalteinheit ist im Wesentlichen innerhalb der axialen Begrenzungen des Radlagerträgers und innerhalb einer inneren radialen Abmessung des Radlagerträgers eingepasst. Auf diese Weise kann die Schalteinheit (die beispielsweise eine oder mehrere Kupplungs- und Planetenkomponenten umfasst) kompakter angeordnet werden, was zu einer reduzierten axialen Abmessung führt.
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Bei gewissen Ausführungsformen kann die axiale Kompaktheit der Schalteinheit teils durch eine Anordnung aus einer einen relativ großen Durchmesser aufweisenden Feder und einem Kolben ermöglicht werden, die die Anregung der federbetätigten hydraulisch lösenden Kupplung zur Ausführung verschiedener Betriebsmodi des Antriebs bereitstellt. Beispielsweise kann die Schalteinheit eine oder mehrere Feder- und Kolben-Anordnungen umfassen, die eine entsprechende Anzahl an Kupplungskomponenten einrücken und ausrücken. Die Federn können derart dimensioniert sein, dass sie an einer radial anderen Stelle (z. B. radial außerhalb) der Kupplung positioniert werden können. Dadurch wird nicht nur der durch die Schalteinheit eingenommene axiale Raum reduziert, sondern die Verwendung größerer Federn sorgt auch für eine größere axiale Kraft, die auf die Kupplungskomponenten über einen kürzeren axialen Abstand hinweg angelegt wird. Die robusteren Federn verbessern weiterhin die Lebensdauer der Schalteinheit, da weniger Durchfederung für jede Betätigung der Kupplungskomponente erforderlich ist.
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Bei noch weiteren Ausführungsformen kann die Schalteinheit in Form eines einzigen einfachen Planetenradsatzes vorliegen, wodurch die Kosten und die Komplexität der Einheit reduziert werden. Beispielsweise kann der einzige Planetenradsatz eine zweistufige Konfiguration mit Sonnenrad-Eingang und Träger-Ausgang sein. Die einzige Planetenanordnung kann des Weiteren dazu konfiguriert sein, Neutralstellungs- und Parkstellungsmodi bereitzustellen. Der Neutralstellungsmodus verhindert, dass die Räder den Motor rückantreiben und anschieben, und der Parkstellungsmodus blockiert die Fahrzeugräder gegen Rotation.
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Mit Bezug auf die Zeichnungen kann die offenbarte Antriebseinheit in Verbindung mit einer großen Auswahl an Arbeitsfahrzeugen, darunter, wie erwähnt, einem Grader, verwendet werden. Diesbezüglich versteht sich für einen Fachmann, dass, obgleich hier ein Grader als ein beispielhaftes Arbeitsfahrzeug dargestellt und beschrieben wird, Prinzipien der hier offenbarten mehrstufigen Antriebsanordnung ohne Weiteres zur Verwendung bei anderen Arten von Arbeitsfahrzeugen, darunter beispielsweise verschiedene Kettenbulldozern, Ladern, Tieflöffelbaggern und Kompaktladermaschinen, die im Baugewerbe verwendet werden, sowie verschiedenen anderen Maschinen, die in der Land- und Forstwirtschaft verwendet werden, wie z. B. Traktoren, Feldspritzen, Skidder und dergleichen, angepasst werden können. Somit sollte die vorliegende Offenbarung nicht auf Anwendungen im Zusammenhang mit Gradern oder dem bestimmten beispielhaften Grader, der gezeigt und beschrieben wird, beschränkt werden.
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Wie in 1 gezeigt wird, kann ein Grader 20 einen Hauptrahmen 22, der ein Führerhaus 24 stützt, und eine Motorenanlage 26 (z. B. einen Dieselmotor), der zum Antrieb eines Triebstrangs wirkgekoppelt ist, umfassen. Der Hauptrahmen 22 wird durch lenkbare Bodeneingriffsräder 28 an der Vorderseite der Maschine und durch zwei Paare Tandemantriebsräder 30 an der Rückseite der Maschine vom Boden weg gestützt. Die Motorenanlage kann eine oder mehrere Hydraulikpumpen (nicht gezeigt) antreiben, die Hydraulikfluid in einem Hydraulikkreis mit Druck beaufschlagen, der verschiedene elektrohydraulische Ventile, Hydraulikantriebe und Hydraulikaktuatoren, darunter einen Kreisschaltaktuator 32, Hubaktuatoren 34, einen Schaufelschaltaktuator (nicht gezeigt) und einen Kreisdrehantrieb (nicht gezeigt), umfasst. Bei dem dargestellten Beispiel weist der Hauptrahmen 22 eine Gelenksverbindung (nicht gezeigt) zwischen dem Führerhaus 24 und der Motorenanlage 26 auf, die gestattet, dass der vordere Bereich des Hauptrahmens 22 von der Mittellinie des hinteren Bereichs des Hauptrahmens 22, wie z. B. während eines Wendevorgangs, zum Verkürzen des effektiven Radstands des Graders 20 und somit zum Verkürzen des Wenderadius der Maschine auslenkt. Eine Anordnung aus einem Kreis 40 und einer Schaufel 42 ist vor dem Führerhaus 24 durch eine Deichsel 44 und eine Hebehalterung 46, die bei gewissen Ausführungsformen bezüglich des Hauptrahmens 22 schwenkbar sein kann, an dem Hauptrahmen 22 befestigt. Zylinder der Hubaktuatoren 34 können an der Hebehalterung 46 befestigt sein, und Kolben der Hubaktuatoren 34 können mit dem Kreis 40 verbunden sein, so dass eine Relativbewegung der Kolben den Kreis 40 und somit die Schaufel 42 anheben, absenken und neigen kann. Der Kreis 40 bewirkt über den Kreisantrieb und verschiedene Aktuatoren, dass die Schaufel 42 bezüglich einer vertikalen Achse gedreht sowie seitlich oder lateral bezüglich des Hauptrahmens 22 und/oder des Kreises 40 versetzt wird. Die Antriebsräder 30 des Graders 20 werden durch eine Antriebseinheit (nicht in 1 gezeigt) angetrieben, die als eine Endantriebseinheit konfiguriert ist, die zur Zuführung von Antriebskraft zu den Antriebsrädern 30 an dem Rahmen 22 des Graders 20 befestigt ist. Es versteht sich, dass die offenbarte Antriebseinheit als eine Endantriebseinheit gemäß der Darstellung zur Zuführung von Antriebskraft zu einem Bodeneingriffselement des Fahrzeugs (z. B. Räder, Ketten oder dergleichen) verwendet werden kann oder zur Zuführung von Rotationskraft zu anderen Arten von Vorrichtungen verendet werden kann.
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2 stellt das Äußere einer beispielhaften Antriebseinheit 200, die zum Drehen der in 1 gezeigten Antriebsräder 30 verwendet werden kann, dar. Gemäß der Darstellung umfasst die Antriebseinheit 200 allgemein eine Befestigungseinheit 212 zur Ermöglichung einer Befestigung an dem Rahmen 22 des Graders 20. Die Befestigungseinheit 212 kann als Teil eines größeren Antriebsgehäuses (oder einfach „Gehäuses“) 210 der Antriebseinheit 200 enthalten sein und ist dazu konfiguriert, während des Betriebs der Antriebseinheit 200 relativ stationär zu bleiben, wie im Folgenden detaillierter beschrieben wird. Ein Antriebsmotor 202 kann an einem axialen Ende 200A der Antriebseinheit 200 (z. B. über eine Motorbefestigung, nicht dargestellt) an dem Antriebsgehäuse 210 angebracht sein, so dass der Antriebsmotor 202 in einer angemessenen stationären Ausrichtung zur Versorgung der Antriebseinheit 200 mit Rotationskraft gehalten werden kann. Der Antriebsmotor 202 kann als ein Elektromotor (oder eine andere Kraftquelle, wie z. B. ein Hydraulikmotor) implementiert sein, der eine Antriebswelle (in 2 nicht gezeigt) umfasst, die sich zu einem anderen axialen Ende 200B der Antriebseinheit 200 erstreckt. Bei anderen Ausführungsformen sind alternative Konfigurationen möglich. Die Antriebseinheit 200 kann ferner eine Radbefestigung 220 umfassen, die dazu konfiguriert sein kann, die Räder 30 des Graders 20 direkt in Eingriff zu nehmen, oder an der eine Kraftübertragungszwischenkomponente befestigt sein kann. In jedem Fall kann eine Rotation der Radbefestigung 220 eine Bewegung der Räder 30 und somit eine Bewegung des Graders 20 antreiben.
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Wie oben kurz erwähnt wird, sind Antriebseinheiten gemäß verschiedenen Ausführungsformen derart konfiguriert, dass ihre Schalteinheiten oder zumindest die Planetenradsätze und Kupplungskomponenten davon im Wesentlichen „unter“ oder „innerhalb“ ihrer Radlagerträger (in einigen Fällen der Radlager selbst) positioniert sind, um die axiale Gesamtabmessung der Antriebseinheit auf ein Minimum zu reduzieren. Diesbezüglich stellen 3–5 verschiedene Konfigurationen dar, die dem Verständnis der geometrischen Aspekte dieses Merkmals aus einem konzeptionellen abstrakten Blickwinkel dienen. Insbesondere sind 3–5 konzeptionelle Querschnittsansichten beispielhafter Antriebseinheiten, bei denen lediglich eine Hälfte (radial) der Antriebseinheit gezeigt wird, wobei eine Rotationssymmetrie um eine Rotationsachse 302 angenommen wird. Es werden lediglich drei Komponenten dargestellt, nämlich eine Radlagereinheit 304, ein Lagerträger 305 und eine Schalteinheit 306. Es versteht sich, dass die allgemein rechteckige Form dieser verschiedenen Komponenten keine Beschränkung darstellen soll und lediglich zur Vereinfachung der Darstellung der allgemeinen relativen Positionen solcher Komponenten gewählt wird. Somit kann die Radlagereinheit 304 ein, zwei oder mehr Radlager umfassen, die verschiedenartig angeordnet konfiguriert sind, wie im Folgenden detaillierter beschrieben wird. Gleichermaßen kann der Lagerträger 305 eine beliebige geeignete Form und Struktur aufweisen, die zur Bereitstellung von struktureller Abstützung (z. B. axiale, tangentiale und/oder radiale Abstützung) für die Radlagereinheit 304 konfiguriert sind. Die Schalteinheit 306 kann verschiedene Komponenten, wie z. B. Kupplungspakete, Aktuatoren und Zahnräder (z. B. eine Planetenradanordnung, die im Folgendem beschrieben wird), umfassen, die gemeinsam gestatten, dass die Antriebseinheiten (300, 400 bzw. 500) verschiedene Modi, wie z. B. „Schnellgang-“, „Niedriggang-“, „Neutral-“ und „Park“-Modi (die hier jeweils einfach als H-, L-, N- und P-Modi bezeichnet werden), implementieren. In jeder der 3–5 weist der Pfeilkopf auf der Achse 302 in die „Auswärts“-Richtung (d.h. zu dem Ende 200B in 2 hin), und die entgegengesetzte axiale Richtung entspricht der „Einwärts“-Richtung (d.h. zu dem Ende 200A von 2 hin). Die vertikale Achse in 3–5 entspricht der radialen Richtung und verlängert sich mit Erstreckung von der Rotationsachse 302.
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3 veranschaulicht den Fall, in dem die Schalteinheit 306 vollständig innerhalb der axialen Begrenzungen des Radlagerträgers eingepasst ist. Insbesondere weist der Lagerträger einen Außenrand (oder eine Außenbegrenzung) an einer axialen Position 311 und einen Innenrand (oder eine Innenbegrenzung) an einer axialen Position 310 auf. Gleichermaßen weist die Schalteinheit 306 einen Außenrand an einer axialen Position 321 und einen Innenrand an einer axialen Position 320 auf. Somit liegen bei dieser Ausführungsform beide axiale Positionen 320 und 321 innerhalb der axialen Positionen 310 und 311 des Lagerträgers 305, sind vollständig innerhalb dieser enthalten oder anderweitig zwischen diesen eingepasst. 3 veranschaulicht des Weiteren den Fall, in dem die Schalteinheit 306 vollständig innerhalb der axialen Begrenzungen des Radlagers 304 eingepasst ist. In Abhängigkeit von der allgemeinen Konfiguration des Radlagers 304 kann dies bei irgendeiner bestimmten Ausführungsform der Fall sein oder nicht.
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Es ist zu beachten, dass die Schalteinheit 306 bei allen der in 3–5 gezeigten Beispiele (Antriebseinheiten 300, 400 und 500) auch innerhalb der inneren radialen Abmessungen (331 und 332) des Lagerträgers 305 eingepasst ist. Bei einigen Ausführungsformen können verschiedene Komponenten der Schalteinheit 306 eine axiale Position aufweisen, die größer als ein radialer Abstand 331 ist. In solch einem Fall kann die Schalteinheit 306 als Ganzes jedoch, als „im Wesentlichen innerhalb“ der inneren radialen Abmessung 331 des Lagerträgers 305 eingepasst bezeichnet werden.
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Im Gegensatz zu 3 veranschaulicht 4 den Fall, in dem sich die Schalteinheit 306 teilweise vom Lagerträger 305 innen liegend befindet. Das bedeutet, dass sich der Innenrand 320 der Schalteinheit 306 links (in 4) vom Innenrand des Lagerträgers 305 oder davon innen liegend befindet. Gleichermaßen veranschaulicht 5 den Fall, in dem sich die Schalteinheit 306 teilweise vom Lagerträger 305 außen liegend befindet. Der Außenrand 321 der Schalteinheit 306 befindet sich bezüglich des Außenrands 311 des Lagerträgers 305 außen liegend. In jedem Fall (Antriebseinheiten 400 und 500) gilt noch immer, dass die Schalteinheit 306 im Wesentlichen innerhalb der axialen Begrenzungen 310, 311 des Radlagerträgers 305 eingepasst ist.
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6 ist eine Seitenschnittansicht einer beispielhaften Antriebseinheit 600, die zur Implementierung der Antriebseinheit 200 von 2 verwendet werden kann, und 7 ist eine Nahschnittansicht eines Abschnitts der Antriebseinheit von 6. Einleitend versteht sich, dass verschiedene Komponenten (oder Einheiten) der Antriebseinheit 600 allgemein eine radiale Symmetrie aufzeigen können, so dass die hier veranschaulichten Ansichten für diese Komponenten eine Ansicht einer beliebigen Anzahl an diametralen Ebenen durch die Antriebseinheit 600 darstellen können. In 6 entspricht die Einwärtsrichtung einer Richtung nach links und die Auswärtsrichtung entspricht einer Richtung nach rechts.
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Die Antriebseinheit 600 umfasst eine Radbefestigung 620, die sich bezüglich eines Befestigungsrahmens oder Antriebsgehäuses 610 dreht. Das Antriebsgehäuse 610 ist zur sicheren Befestigung an dem Rahmen 22 des Graders 20 konfiguriert, während die Radbefestigung 620 zur sicheren Befestigung an einem der Antriebsräder 30 des Graders 20 konfiguriert ist. Die Antriebseinheit 600 umfasst eine Lagereinheit 630, die zwei ringförmige Rollenlageranordnungen umfasst, wie gezeigt wird. Die Innendurchmesser der Lager 630 sind an einer Gehäusenabe 622, die an dem Antriebsgehäuse 610 befestigt (z. B. damit verbolzt) ist, befestigt (d.h. werden durch dieses radial und axial gestützt). Die Außendurchmesser der Lager 630 sind an einem Lagerträger 632 befestigt, der mit der Radbefestigung 620 verbunden (z. B. verbolzt) ist und einen Teil dieser bildet. Gleitringdichtungen 634 können in in den gegenüberliegenden Flächen der Gehäusenabe 622 und des Lagerträgers 632 ausgebildeten Ringnuten zum Rückhalten von Fluiden (z. B. Hydraulikfluid, Schmiermittel, Kühlmittel und dergleichen) und zum Aussperren von Fremdkörpern und Verunreinigungen befestigt sein. Ein Antriebsmotor 602 (z. B. ein Elektromotor) ist an dem innen liegenden (in 6 linken) axialen Ende des Antriebsgehäuse 610 befestigt.
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Die Antriebseinheit 600 umfasst drei Planetenradsätze, darunter Untersetzungsplanetenradsätze 640, 650 und einen Schaltplanetenradsatz 660. Die Antriebseinheit 600 und insbesondere die Bereichsschalteinheit davon umfasst zwei Kupplungskomponenten (oder „Kupplungspakete“) 672, 674, die mit dem Schaltplanetenradsatz 660 kommunikativ gekoppelt sind. Kurz gefasst, wenn das Kupplungspaket 672 eingerückt (oder angeregt) ist, wird die Antriebseinheit 600 in einem Niedriggangmodus L betrieben. Wenn das Kupplungspaket 674 eingerückt ist, wird die Antriebseinheit 600 in einem Schnellgangmodus H betrieben. Die Antriebseinheit 600 wird in einem Neutralmodus N betrieben, wenn keines der Kupplungspakete 672, 674 eingerückt ist, und in einem Parkmodus P, wenn beide Kupplungspaket 672, 674 eingerückt sind. Die Betriebsmodi werden im Folgenden ausführlicher beschrieben.
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Genauer umfasst die Antriebseinheit 600 mit Bezug auf 6 und 7 eine Eingangswelle 604, die durch den Antriebsmotor 602 angetrieben wird, mit dem entweder der Satz Reibscheiben oder der Satz Trennscheiben des Kupplungspakets 672 durch Keilverzahnung verbunden ist. Der andere Satz Trennscheiben oder Reibscheiben ist mit einer Kupplungsnabe 676 an dem Innendurchmesser einer ausgesparten Tasche 678 durch Keilverzahnung verbunden. Das Einrücken und Ausrücken des Kupplungspakets 672 werden durch eine Aktuatoreinheit 680 durchgeführt, die eine ringförmige Kolbenplatte 682, eine ringförmige Kolbenkammerplatte 684 und eine Feder 686 umfasst. Bei dieser Ausführungsform sind die Komponenten der Aktuatoreinheit 680 von dem Kupplungspaket 672 radial außenliegend positioniert, um die axiale Kompaktheit der Antriebseinheit 600 weiter zu optimieren. Eine ähnliche Einsparung beim axialen Raum kann durch alternative Anordnungen erzielt werden, bei denen sich die Aktuatoreinheit 680 an einer bezüglich des Kupplungspakets 672 radial innen liegenden Stelle befindet. Die Aktuatoreinheit 680 ist so konfiguriert, dass im Betrieb die Feder 686 eine Kraft anlegt, die (in 6 nach rechts) auf die Kolbenplatte 682 wirkt, so dass ein mittlerer Abschnitt 688 davon in der Lage ist, die verschachtelten Reib- und Trennscheiben in engen Reibkontakt zu bringen, um das Kupplungspaket 672 einzurücken und zu verursachen, dass die Kupplungsnabe 676 mit der Eingangswelle 604 rotiert. Durch das Einleiten von Hydraulikfluiddruck zwischen einem kreisförmigen Kolben 690 der Kolbenplatte 682 und einer Kolbenkammer 692 der Kolbenkammerplatte 684 wird eine Kraft angelegt, die (in 6 nach links) auf die Kolbenplatte 682 wirkt und dazu ausreicht, die Federkraft zu überwinden und die Reib- und Trennscheiben zum Ausrücken des Kupplungspakets 672 und Trennen der Kupplungsnabe 676 von der Eingangswelle 604 ausreichend zu trennen. Bei diesem Beispiel ist die Kolbenkammerplatte 684 (z. B. durch Sicherungsringe oder Keilverzahnungen) an der Kupplungsnabe 676 befestigt und axial stationär, jedoch werden andere Konfigurationen in Betracht gezogen. Darüber hinaus handelt es sich bei der Feder 686 bei dieser Ausführungsform um eine Bellevillefeder, die in einer Ringnut 695 der Kolbenplatte 682 eingepasst ist und axial zwischen einer ringförmigen Lippe 694 der Kupplungsnabe 676 und einem an der Kolbenplatte 682 befestigten Sicherungsring 696 aufgenommen ist.
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Wie gezeigt und beschrieben wird, stellt die Aktuatoreinheit 680 eine federbetätigte hydraulisch lösbare Wirkung für das Kupplungspaket 672 bereit und ermöglicht die axiale Kompaktheit der Antriebseinheit 600. Die Anordnung aus einer einen relativ großen Durchmesser aufweisenden Feder und einem ringförmigen Kolben ist an einer radial anderen Stelle (z. B. radial außerhalb) des Kupplungspakets 672 positioniert. Darüber hinaus sorgt die Verwendung der großen Feder 686 für eine größere axiale Kraft, die an das Kupplungspaket 672 über einen kürzeren axialen Abstand hinweg angelegt wird, wodurch die Anregung und die Lebensdauer des Kupplungspakets 672 und somit der Antriebseinheit 600 verbessert wird.
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Der Schaltplanetenradsatz 660 empfängt einen Dreheingang von der Eingangswelle 604 von einem der beiden Kraftpfade, nämlich über eine keilverzahnte Grenzfläche der Eingangswelle 604 und eines Sonnenrads 662 und über eine verzahnte Grenzfläche der Kupplungsnabe 676 und eines Hohlrads 664. Das Sonnenrad 662 empfängt durchgängig (außer, wenn die Eingangswelle 604 (z. B. über Motorsteuerlogik) stationär gehalten wird) einen Dreheingang von der Eingangswelle 604. Das Hohlrad 664 empfängt nur einen Dreheingang, wenn das Kupplungspaket 672 eingerückt ist, und das Hohlrad 664 dreht sich nur, wenn das Kupplungspaket 674 ausgerückt ist. Der Schaltplanetenradsatz 660 umfasst mehrere Planetenräder 666 (z. B. sechs bei der beispielhaften Ausführungsform, obgleich lediglich zwei in 6 gezeigt werden), die auf Ritzelwellen (in 7 gezeigt) eines Trägers 668 gestützt werden, der auf einem Lager 670 rotiert. Der Träger 668 ist mit einer Sonnenradwelle 642 der zweiten Stufe keilverzahnt. Somit ist der Schaltplanetenradsatz 660 bei dieser beispielhaften Ausführungsform ein einziger Planetenradsatz mit Sonnenrad-Eingang und Träger-Ausgang. Der Schaltplanetenradsatz 660 (und das Kupplungspaket 674) sind axial innerhalb der axialen Begrenzungen des Lagerträgers 632, wie gezeigt wird, sowie radial innerhalb des Innendurchmessers des Lagerträgers 632 eingepasst. Die einzige einfache Planetenkonfiguration unterstützt die axiale Kompaktheit der Antriebseinheit 600. Jedoch stellt der Schaltplanetenradsatz 660 Übersetzungen für zwei Ausgangsdrehzahlen und Neutralstellung bereit und ermöglicht ein Feststellbremsenmerkmal in Abhängigkeit von dem Zustand der beiden Kupplungspakete 672, 674.
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Das Kupplungspaket 674 ist radial zwischen der Gehäusenabe 622 und dem Hohlrad 664 des Schaltplanetenradsatzes 660 positioniert, wobei entweder der Satz Reibscheiben oder der Satz Trennscheiben mit dem Innen- oder Außendurchmesser der jeweiligen Komponenten keilverzahnt ist. Das Einrücken und Ausrücken des Kupplungspakets 674 werden durch eine andere Aktuatoreinheit 681 durchgeführt, die an der Gehäusenabe 622 befestigt ist und von der ein Ende eine Kolbenkammerplatte 685 bildet, die mit einer ringförmigen Kolbenplatte 683 und einer Feder 687 zusammenwirkt. Bei dieser Ausführungsform sind die Komponenten der Aktuatoreinheit 681 axial angrenzend an das Kupplungspaket 674 und zumindest teilweise radial von dem Schaltplanetenradsatz 660 außen liegend positioniert, um die axiale Kompaktheit der Antriebseinheit 600 weiter zu optimieren. Die Aktuatoreinheit 681 ist so konfiguriert, dass im Betrieb die Feder 687 eine Kraft anlegt, die (in 6 nach links) auf die Kolbenplatte 683 wirkt, so dass eine äußere Umfangsfläche 689 davon in der Lage ist, die verschachtelten Reib- und Trennscheiben in engen Reibkontakt zu bringen, um das Kupplungspaket 674 einzurücken und zu verursachen, dass das Hohlrad 664 mit der Gehäusenabe 622 gegen Drehung fixiert ist. Durch das Einleiten von Hydraulikfluiddruck zwischen einem kreisförmigen Kolben 691 der Kolbenplatte 683 und einer Kolbenkammer 693 der Kolbenkammerplatte 685 wird eine Kraft angelegt, die (in 6 nach rechts) auf die Kolbenplatte 683 wirkt und dazu ausreicht, die Federkraft zu überwinden und die Reib- und Trennscheiben zum Ausrücken des Kupplungspakets 674 zum Trennen des Hohlrads 664 von der Gehäusenabe 622 ausreichend zu trennen und zu gestatten, dass es rotiert. Bei diesem Beispiel handelt es sich bei der Feder 687 um eine Bellevillefeder, die in einer Aussparung in der Gehäusenabe 622 eingepasst ist und axial zwischen der Gehäusenabe 622 und der Kolbenplatte 683 aufgenommen ist.
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Nach der ausführlichen Beschreibung der beispielhaften Schalteinheit und des Schaltplanetenradsatzes 660 werden nun unter weiterer Bezugnahme auf 6, 6A und 7 die Modi der Antriebseinheit 600 beschrieben. Der Kraftflusspfad für den Niedriggangmodus L wird allgemein durch gestrichelte Pfeile L gezeigt. Wie erwähnt, wird der Niedriggangmodus L der Antriebseinheit 600 dadurch erzielt, dass das Kupplungspaket 672 eingerückt wird und das Kupplungspaket 674 ausgerückt wird. Während der Motor 602 die Eingangswelle 604 mit dem Kupplungspaket 672 durch die Feder 686 vorgespannt in die eingerückte Position (wie in 6 und 7 gezeigt) rotiert, rotiert die Kupplungsnabe 676 das Hohlrad 664, was durch Anlegen von Hydraulikdruck an die Aktuatoreinheit 681 zum Ausrücken des Kupplungspakets 674 gestattet wird. In diesem Zustand rotieren das Hohlrad 664 und das Sonnenrad 662 zusammen (gewissermaßen „verriegelt“), so dass der Schaltplanetenradsatz 660 als eine Einheit mit der Drehzahl der Eingangswelle 604 rotiert. Kraft fließt somit von dem Träger 668 zu der Sonnenradwelle 642 der zweiten Stufe zu den anderen Planetenradsätzen, nämlich den Untersetzungsplanetenradsätzen 640 und 650 zum Rotieren der Radbefestigung 620 und somit Antreiben der Antriebsräder 30, wie im Folgenden beschrieben wird.
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Der Schnellgangmodus H der Antriebseinheit 600 wird dadurch erzielt, dass das Kupplungspaket 672 ausgerückt wird und das Kupplungspaket 674 eingerückt wird. Hydraulikdruck belastet zum Freigeben des Kupplungspakets 672 und somit Trennen der Kupplungsnabe 676 gegen die Feder 686 vor, und die Feder 687 schließt das Kupplungspaket 674, um das Hohlrad 664 mit der Gehäusenabe 622 zu verriegeln. In diesem Zustand rotiert die Eingangswelle 604 lediglich das Sonnenrad 662, das die Planetenräder 666 dahingehend antreibt, sich innerhalb des festgelegten Hohlrads 664 zu bewegen und den Träger 668 mit einer Drehzahl zu rotieren, die von der, mit der die Eingangswelle 604 rotiert, verschieden ist. Wiederum fließt Kraft von dem Träger 668 zu der Sonnenradwelle 642 der zweiten Stufe zu den Untersetzungsplanetenradsätzen 640 und 650. Der Kraftflusspfad für den Schnellgangmodus H wird allgemein durch durchgezogene Pfeile H gezeigt.
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Der Neutralmodus N und der Parkmodus P der Antriebseinheit 600 werden dadurch erzielt, dass die Kupplungspakete 672, 674 gleichzeitig eingerückt bzw. ausgerückt werden. Im Neutralmodus N bewirkt ein Ausrücken der Kupplungspakete 672, 674, dass das Hohlrad 664 weder gesperrt noch zum Rotieren angetrieben wird, sondern ungehindert rotierbar ist. Dadurch dreht der Schaltplanetenradsatz 660 nicht den Träger 668 und gibt somit keine Kraft an die Sonnenradwelle 642 der zweiten Stufe ab. Stattdessen können auf die Antriebsräder 30 wirkende Kräfte, wenn sich das Fahrzeug in Bewegung befindet, tendenziell die Untersetzungsplanetenradsätze 640 und 650 und somit die Sonnenradwelle 642 der zweiten Stufe gegenläufig rotieren, wodurch wiederum der Träger 668 und der Schaltplanetenradsatz 660 gegenläufig rotiert werden können. Zur Verhinderung eines Rückantreibens des Motors 602 kann Motorsteuerlogik zum Stationärhalten der Eingangswelle 604 durch Ausgeben eines Null-Drehzahl-Motorbefehlssignals angewendet werden. Im Parkmodus P, mit beiden Kupplungspaketen 672, 674 gesperrt, wird die Eingangswelle 604 durch eine feste mechanische Verbindung zu der Gehäusenabe 622 über die Kupplungsnabe 676 und das Hohlrad 664 stationär gehalten. Die Antriebseinheit 600 wird somit gebremst. Der mechanische Pfad für den Parkmodus P wird allgemein durch eine Strichpunktlinie P gezeigt.
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Der Kraftfluss von dem Schaltplanetenradsatz 660 zu den Antriebsrädern 30 ist derselbe in dem L- und dem H-Modus und wird allgemein durch die durchgezogenen Pfeile O beginnend bei der Sonnenradwelle 642 der zweiten Stufe gezeigt. Wie gezeigt wird, dreht eine Rotation der Welle 642 ein integral befestigtes Sonnenrad 641 der zweiten Stufe zum Einrücken von drei Planetenrädern 644 der zweiten Stufe (zwei werden in 6 gezeigt) des Untersetzungsplanetenradsatzes 640. Diese Planetenräder 644 sind an Ritzelwellen (nicht gezeigt) eines Trägers 646 der zweiten Stufe befestigt, der auch mit einem Sonnenrad 652 der dritten Stufe des Untersetzungsplanetenradsatzes 650 keilverzahnt ist. Ein Hohlrad 648 der zweiten Stufe ist mit einem Träger der dritten Stufe keilverzahnt, wodurch die Radbefestigung 620 gebildet wird. Eine Rotation des Sonnenrads 652 der dritten Stufe rückt drei Planetenräder 654 der dritten Stufe (zwei werden in 6 gezeigt) ein, die an Ritzelwellen (nicht gezeigt) des Trägers der dritten Stufe befestigt sind. Ein Hohlrad 656 der dritten Stufe ist an der Gehäusenabe 622 fixiert, wodurch bewirkt wird, dass sich die Planetenräder 654 der dritten Stufe bewegen und somit dass der Träger der dritten Stufe rotiert. Diese Konfiguration bewirkt, dass die Kraft einem geteilten Pfad folgt und sowohl von dem Hohlrad 648 der zweiten Stufe als auch dem Träger 646 der zweiten Stufe zu dem Träger der dritten Stufe, d.h. zum Teil der Radbefestigung 620, mit dem entsprechenden Übersetzungsverhältnis fließt. Die Antriebsräder 30 sind an der Radbefestigung 620 befestigt und werden von ihr angetrieben.
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Eine zweite beispielhafte Antriebseinheit 800, die zur Implementierung der Antriebseinheit 200 von 2 verwendet werden kann, wird in 8 und 9 gezeigt. Wie bei dem in 6 gezeigten Beispiel können die verschiedenen Komponenten und Einheiten allgemein eine radiale Symmetrie aufzeigen, so dass die hier veranschaulichten Ansichten für diese Komponenten eine Ansicht einer beliebigen Anzahl an diametralen Ebenen darstellen können. Die Einwärtsrichtung entspricht einer Richtung nach links und die Auswärtsrichtung entspricht einer Richtung nach rechts in diesen Figuren.
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Die Antriebseinheit 800 umfasst eine Radbefestigung 820, die bezüglich eines Befestigungsrahmens oder Antriebsgehäuses 810 rotiert. Das Antriebsgehäuse 810 ist zur sicheren Befestigung an dem Rahmen 22 des Graders 20 konfiguriert, während die Radbefestigung 820 zur sicheren Befestigung an einem der Antriebsräder 30 des Graders 20 konfiguriert ist. Die Antriebseinheit 800 umfasst eine Lagereinheit 830, die zwei ringförmige Rollenlageranordnungen umfasst, wie gezeigt wird. Die Innendurchmesser der Lager 830 sind an einer Gehäusenabe 822, die an dem Antriebsgehäuse 810 befestigt (z. B. damit verbolzt) ist, befestigt (d.h. werden durch dieses radial und axial gestützt). Die Außendurchmesser der Lager 830 sind an einem Lagerträger 832 befestigt, der mit der Radbefestigung 820 verbunden (z. B. verbolzt) ist und einen Teil dieser bildet. Eine Dichtung 834 (z. B. eine Metallgleitringdichtung) kann in einer in dem Lagerträger 832 ausgebildeten Ringnut zum Rückhalten von Fluiden (z. B. Hydraulikfluid, Schmiermittel, Kühlmittel und dergleichen) und zum Aussperren von Fremdkörpern und Verunreinigungen befestigt sein. Ein Antriebsmotor 802 (z. B. ein Elektromotor) ist an dem innen liegenden (in 8 linken) axialen Ende des Antriebsgehäuses 810 befestigt.
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Die Antriebseinheit 800 umfasst drei Planetenradsätze, darunter Untersetzungsplanetenradsätze 840, 850 und einen Schaltplanetenradsatz 860. Die Antriebseinheit 800 und insbesondere die Bereichsschalteinheit davon umfasst zwei Kupplungskomponenten (oder „Kupplungspakete“) 872, 874, die mit dem Schaltplanetenradsatz 860 kommunikativ gekoppelt sind. Kurz gefasst, wenn das Kupplungspaket 872 eingerückt (oder angeregt) ist, wird die Antriebseinheit 800 in einem Niedriggangmodus L betrieben. Wenn das Kupplungspaket 674 eingerückt ist, wird die Antriebseinheit 600 in einem Schnellgangmodus H betrieben. Die Antriebseinheit 600 wird in einem Neutralmodus N betrieben, wenn keines der Kupplungspakete 672, 674 eingerückt ist, und in einem Parkmodus P, wenn beide Kupplungspakete 672, 674 eingerückt sind. Die Betriebsmodi werden im Folgenden ausführlicher beschrieben.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 8 und 9 umfasst die Antriebseinheit 800 eine Eingangswelle 804, die durch den Antriebsmotor 802 angetrieben wird, mit dem eine Kupplungsnabe 876 keilverzahnt ist. An dem Innendurchmesser einer ausgesparten Tasche 878 der Kupplungsnabe 876 ist ein Satz Trennscheiben oder Reibscheiben des Kupplungspakets 872 keilverzahnt. Das Einrücken und Ausrücken des Kupplungspakets 872 werden durch eine Aktuatoreinheit 880 durchgeführt, die eine ringförmige Kolbenplatte 882, eine Kolbenkammerplatte 884, die durch ein Ende der Kupplungsnabe 876 gebildet wird, und eine Feder 886 umfasst. Bei dieser Ausführungsform sind die Komponenten der Aktuatoreinheit 880 zum Teil von dem Kupplungspaket 872 radial außen liegend und komplett von dem Schaltplanetenradsatz 860 radial außen liegend positioniert, um die axiale Kompaktheit der Antriebseinheit 800 weiter zu optimieren. Eine ähnliche Einsparung beim axialen Raum kann durch alternative Anordnungen erzielt werden, bei denen sich die Aktuatoreinheit 880 an einer bezüglich des Kupplungspakets 872 oder eines Hohlrads des Schaltplanetenradsatzes 860 radial innen liegenden Stelle befindet. Die Aktuatoreinheit 880 ist so konfiguriert, dass im Betrieb die Feder 886 eine Kraft anlegt, die (in 8 nach links) auf die Kolbenplatte 882 wirkt, so dass ein mittlerer Abschnitt 888 davon in der Lage ist, die verschachtelten Reib- und Trennscheiben in engen Reibkontakt zu bringen, um das Kupplungspaket 872 einzurücken und zu verursachen, dass die Kupplungsnabe 876 ein Hohlrad 864 des Schaltplanetenradsatzes 860 mit der Eingangswelle 804 rotiert. Durch das Einleiten von Hydraulikfluiddruck zwischen einem kreisförmigen Kolben 890 der Kolbenplatte 882 und der Kolbenkammer 892 wird eine Kraft angelegt, die (in 8 nach rechts) auf die Kolbenplatte 882 wirkt und dazu ausreicht, die Federkraft zu überwinden und die Reib- und Trennscheiben zum Ausrücken des Kupplungspakets 872 und Trennen der Kupplungsnabe 876 von dem Hohlrad 864 ausreichend zu trennen. Bei diesem Beispiel handelt es sich bei der Feder 886 um eine Bellevillefeder, die in der ausgesparten Tasche 878 der Kupplungsnabe 876 angrenzend an die Kolbenplatte 882 eingepasst ist und axial zwischen einer ringförmigen Lippe 894 der Kolbenplatte 882 und einem an der Kupplungsnabe 876 befestigten Sicherungsring 896 aufgenommen ist.
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Die Aktuatoreinheit 880 stellt eine federbetätigte hydraulisch lösbare Wirkung für das Kupplungspaket 872 bereit und ermöglicht die axiale Kompaktheit der Antriebseinheit 800. Die Anordnung aus einer einen relativ großen Durchmesser aufweisenden Feder und einem ringförmigen Kolben ist an einer radial anderen Stelle (z. B. radial außerhalb) des Schaltplanetenradsatzes 860 und zum Teil des Kupplungspakets 872 positioniert. Darüber hinaus sorgt die Verwendung der großen Feder 886 für eine größere axiale Kraft, die an das Kupplungspaket 872 über einen kürzeren axialen Abstand hinweg angelegt wird, wodurch die Anregung und die Lebensdauer des Kupplungspakets 872 und somit der Antriebseinheit 800 verbessert wird.
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Der Schaltplanetenradsatz 860 empfängt einen Dreheingang von der Eingangswelle 804 von einem der beiden Kraftpfade, nämlich über eine integrale Verbindung der Eingangswelle 804 mit einem Sonnenrad 862 und über die gekuppelte Grenzfläche der Kupplungsnabe 876 und des Hohlrads 864. Das Sonnenrad 862 empfängt durchgängig (außer, wenn die Eingangswelle 804 (z. B. über Motorsteuerlogik) stationär gehalten wird) einen Dreheingang von der Eingangswelle 604. Das Hohlrad 864 empfängt nur einen Dreheingang, wenn das Kupplungspaket 872 eingerückt ist, und das Hohlrad 864 dreht sich nur, wenn das Kupplungspaket 874 ausgerückt ist. Der Schaltplanetenradsatz 860 umfasst mehrere Planetenräder 866 (z. B. sechs bei der beispielhaften Ausführungsform, obgleich lediglich zwei in 8 gezeigt werden), die auf Ritzelwellen (in 9 gezeigt) eines Trägers 868 gestützt werden, der auf einem Lager 870 rotiert. Der Träger 868 ist mit einer Sonnenradwelle 842 der zweiten Stufe keilverzahnt. Somit ist der Schaltplanetenradsatz 860 bei dieser beispielhaften Ausführungsform ein einziger Planetenradsatz mit Sonnenrad-Eingang und Träger-Ausgang. Der Schaltplanetenradsatz 860 (und die Kupplungspakete 872, 874) sind axial innerhalb der axialen Begrenzungen des Lagerträgers 832, wie gezeigt wird, sowie radial innerhalb des Innendurchmessers des Lagerträgers 832 eingepasst. Die einzige einfache Planetenkonfiguration unterstützt die axiale Kompaktheit der Antriebseinheit 800. Jedoch stellt der Schaltplanetenradsatz 860 Übersetzungen für zwei Ausgangsdrehzahlen und Neutralstellung bereit und ermöglicht ein Feststellbremsenmerkmal in Abhängigkeit von dem Zustand der beiden Kupplungspakete 872, 874.
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Das Kupplungspaket 874 ist radial zwischen der Gehäusenabe 822 und dem Hohlrad 864 des Schaltplanetenradsatzes 860 positioniert, wobei entweder der Satz Reibscheiben oder der Satz Trennscheiben mit dem Innen- oder Außendurchmesser der jeweiligen Komponenten keilverzahnt ist. Das Einrücken und Ausrücken des Kupplungspakets 874 werden durch eine andere Aktuatoreinheit 881 durchgeführt, die an der Gehäusenabe 822 befestigt ist und von der ein Ende eine Kolbenkammerplatte 885 bildet, die mit einer ringförmigen Kolbenplatte 883 und einer Feder 887 zusammenwirkt. Bei dieser Ausführungsform sind die Komponenten der Aktuatoreinheit 881 an axialen und radialen Stellen bezüglich des Schaltplanetenradsatzes 860 und des Kupplungspakets 674 ähnlich der Aktuatoreinheit 880, d.h. gänzlich von dem Schaltplanetenradsatz 860 radial außen liegend und teilweise von dem Kupplungspaket 874 radial außen liegend positioniert, um die axiale Kompaktheit der Antriebseinheit 800 weiter zu optimieren. Die Aktuatoreinheit 881 ist so konfiguriert, dass im Betrieb die Feder 887 eine Kraft anlegt, die (in 8 nach rechts) auf die Kolbenplatte 883 wirkt, so dass ein mittlerer Abschnitt 889 davon in der Lage ist, die verschachtelten Reib- und Trennscheiben in engen Reibkontakt zu bringen, um das Kupplungspaket 874 einzurücken und zu verursachen, dass das Hohlrad 864 mit der Gehäusenabe 822 gegen Drehung fixiert ist. Durch das Einleiten von Hydraulikfluiddruck zwischen einem kreisförmigen Kolben 891 der Kolbenplatte 883 und einer Kolbenkammer 893 der Kolbenkammerplatte 885 wird eine Kraft angelegt, die (in 8 nach links) auf die Kolbenplatte 883 wirkt und dazu ausreicht, die Federkraft zu überwinden und die Reib- und Trennscheiben zum Ausrücken des Kupplungspakets 874 zum Trennen des Hohlrads 864 von der Gehäusenabe 822 ausreichend zu trennen und zu gestatten, dass es rotiert. Bei diesem Beispiel handelt es sich bei der Feder 887 um eine Bellevillefeder, die in der Gehäusenabe 822 angrenzend an die Kolbenplatte 883 eingepasst ist und axial zwischen einer ringförmigen Lippe 895 der Kolbenplatte 883 und einem an der Gehäusenabe 822 befestigten Sicherungsring 897 aufgenommen ist.
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Nach der ausführlichen Beschreibung der beispielhaften Schalteinheit und des Schaltplanetenradsatzes 860 werden nun unter weiterer Bezugnahme auf 8, 8A und 9 die Modi der Antriebseinheit 800 beschrieben. Der Kraftflusspfad für den Niedriggangmodus L wird allgemein durch gestrichelte Pfeile L gezeigt. Wie erwähnt, wird der Niedriggangmodus L der Antriebseinheit 800 dadurch erzielt, dass das Kupplungspaket 872 eingerückt wird und das Kupplungspaket 874 ausgerückt wird. Während der Motor 802 die Eingangswelle 804 mit dem Kupplungspaket 872 durch die Feder 886 vorgespannt in die eingerückte Position (wie in 8 und 9 gezeigt) rotiert, rotiert die Kupplungsnabe 876 das Hohlrad 864, was durch Anlegen von Hydraulikdruck an die Aktuatoreinheit 881 zum Ausrücken des Kupplungspakets 874 gestattet wird. In diesem Zustand rotieren das Hohlrad 864 und das Sonnenrad 862 zusammen (gewissermaßen „verriegelt“), so dass der Schaltplanetenradsatz 860 als eine Einheit mit der Drehzahl der Eingangswelle 804 rotiert. Kraft fließt somit von dem Träger 868 zu der Sonnenradwelle 842 der zweiten Stufe zu den anderen Planetenradsätzen, nämlich den Untersetzungsplanetenradsätzen 840 und 850 zum Rotieren der Radbefestigung 820 und somit Antreiben der Antriebsräder 30, wie im Folgenden beschrieben wird.
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Der Schnellgangmodus H der Antriebseinheit 800 wird dadurch erzielt, dass das Kupplungspaket 872 ausgerückt wird und das Kupplungspaket 874 eingerückt wird. Hydraulikdruck über innere Kanäle 879 in der Kupplungsnabe 876 belastet zum Freigeben des Kupplungspakets 872 und somit Trennen der Kupplungsnabe 876 von dem Hohlrad 864 gegen die Feder 886 vor, und die Feder 887 schließt das Kupplungspaket 874, um das Hohlrad 864 mit der Gehäusenabe 822 zu verriegeln. In diesem Zustand rotiert die Eingangswelle 804 lediglich das Sonnenrad 862, das die Planetenräder 866 dahingehend antreibt, sich innerhalb des festgelegten Hohlrads 864 zu bewegen und den Träger 868 mit einer Drehzahl zu rotieren, die von der, mit der die Eingangswelle 804 rotiert, verschieden ist. Kraft fließt von dem Träger 868 zu der Sonnenradwelle 842 der zweiten Stufe zu den Untersetzungsplanetenradsätzen 840 und 650. Der Kraftflusspfad für den Schnellgangmodus H wird allgemein durch durchgezogene Pfeile H gezeigt.
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Der Neutralmodus N und der Parkmodus P der Antriebseinheit 800 werden dadurch erzielt, dass die Kupplungspakete 872, 874 gleichzeitig eingerückt bzw. ausgerückt werden. Im Neutralmodus N bewirkt ein Ausrücken der Kupplungspakete 872, 874, dass das Hohlrad 864 weder gesperrt noch zum Rotieren angetrieben wird, sondern ungehindert rotierbar ist. Dadurch dreht der Schaltplanetenradsatz 860 nicht den Träger 868 und gibt somit keine Kraft an die Sonnenradwelle 842 der zweiten Stufe ab. Stattdessen können auf die Antriebsräder 30 wirkende Kräfte, wenn sich das Fahrzeug in Bewegung befindet, tendenziell die Untersetzungsplanetenradsätze 840 und 850 und somit die Sonnenradwelle 842 der zweiten Stufe gegenläufig rotieren, wodurch wiederum der Träger 868 und der Schaltplanetenradsatz 860 gegenläufig rotiert werden können. Zur Verhinderung eines Rückantreibens des Motors 802 kann Motorsteuerlogik zum Stationärhalten der Eingangswelle 804 durch Ausgeben eines Null-Drehzahl-Motorbefehlssignals angewendet werden. Im Parkmodus P, mit beiden Kupplungspaketen 872, 874 gesperrt, wird die Eingangswelle 804 durch eine feste mechanische Verbindung mit der Gehäusenabe 822 über die Kupplungsnabe 876 und das Hohlrad 864 stationär gehalten, wodurch die Antriebseinheit 800 gebremst wird. Der mechanische Pfad für den Parkmodus P wird allgemein durch eine Strichpunktlinie P gezeigt.
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Der Kraftfluss von dem Schaltplanetenradsatz 860 zu den Antriebsrädern 30 ist derselbe in dem L- und dem H-Modus und wird allgemein durch die durchgezogenen Pfeile O beginnend bei der Sonnenradwelle 842 der zweiten Stufe gezeigt. Wie gezeigt wird, dreht eine Rotation der Welle 842 ein integral befestigtes Sonnenrad 841 der zweiten Stufe zum Einrücken von drei Planetenrädern 844 der zweiten Stufe (zwei werden in 8 gezeigt) des Untersetzungsplanetenradsatzes 840. Diese Planetenräder 844 sind an Ritzelwellen (nicht gezeigt) eines Trägers 846 der zweiten Stufe befestigt, der auch mit einem Sonnenrad 852 der dritten Stufe des Untersetzungsplanetenradsatzes 850 keilverzahnt ist. Ein Hohlrad 848 der zweiten Stufe ist an der Gehäusenabe 822 fixiert (keilverzahnt oder anderweitig befestigt), so dass eine Rotation des Sonnenrads 841 der zweiten Stufe bewirkt, dass sich die Planetenräder 844 der zweiten Stufe innerhalb des Hohlrads 848 der zweiten Stufe zum Rotieren des Trägers 846 der zweiten Stufe und somit des Sonnenrads 852 der dritten Stufe bewegen. Eine Rotation des Sonnenrads 852 der dritten Stufe rückt drei Planetenräder 854 der dritten Stufe (zwei werden in 8 gezeigt) ein, die an Ritzelwellen (nicht gezeigt) eines Trägers der dritten Stufe befestigt sind, wodurch zum Teil die Radbefestigung 820 gebildet wird. Ein Hohlrad 856 der dritten Stufe ist an der Gehäusenabe 822 fixiert, wodurch bewirkt wird, dass sich die Planetenräder 854 der dritten Stufe bewegen und somit, dass der Träger der dritten Stufe rotiert. Diese Konfiguration bewirkt, dass die Kraft von dem Sonnenrad 841 der zweiten Stufe durch den Träger 846 der zweiten Stufe zu dem Sonnenrad 852 der dritten Stufe und weiter durch den Träger der dritten Stufe oder Radbefestigung 820 mit dem entsprechenden Übersetzungsverhältnis fließt. Die Antriebsräder 30 sind an der Radbefestigung 820 befestigt und werden von ihr angetrieben.
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Obiges beschreibt beispielhafte Ausführungsformen einer kompakten Antriebseinheit, die starke Untersetzungsverhältnisse und hohes Drehmoment bereitstellen kann. Als nicht einschränkende Beispiele sind die oben beschriebenen Konstruktionen zur Bereitstellung einer Antriebseinheit mit Untersetzungsverhältnissen von etwa 100–150 und Ausgangsdrehmoment von etwa 20.000–25.000 Nm geeignet. Diese Funktionalität kann in einer Einheit erzielt werden, die einen kleinen Formfaktor aufweist, bei der z. B. die Radbefestigungsabmessung etwa 500–600 mm (z. B. 535 mm) im Durchschnitt und etwa 300–400 mm (z. B. 370 mm) in der axialen Abmessung beträgt.
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Die hier verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Offenbarung nicht einschränken. Die Singularformen "ein/e/r" und "der/die/das“, wie hier verwendet, sollen auch die Pluralformen umfassen, es sei denn, der Kontext gibt deutlich etwas anderes an. Ferner versteht sich, dass jegliche Verwendung der Begriffe "umfasst" und/oder "umfassend" in dieser Schrift das Vorliegen angegebener Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten angibt, jedoch das Vorliegen oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließt.
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Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist zur Veranschaulichung und Beschreibung dargelegt worden, soll für die Offenbarung in der offenbarten Form aber nicht erschöpfend oder einschränkend sein. Für den Durchschnittsfachmann sind viele Modifikationen und Variationen ohne Abweichung von dem Schutzbereich und Wesen der Offenbarung ersichtlich. Hier explizit angeführte Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um die Grundzüge der Offenbarung und ihre praktische Anwendung am besten zu erläutern und um anderen Durchschnittsfachmännern zu ermöglichen, die Offenbarung zu verstehen und viele Alternativen, Modifikationen und Variationen des beschriebenen Beispiels bzw. der beschriebenen Beispiele zu erkennen. Demgemäß liegen andere verschiedene Ausführungsformen und Implementierungen als die explizit beschriebenen innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche.
