DE102020103533A1

DE102020103533A1 - Elektromechanisches bedarfsgeregeltes (emod-) verteilergetriebe - kompakte anordnung von doppelantriebsrad und schaltgabel

Info

Publication number: DE102020103533A1
Application number: DE102020103533.0A
Authority: DE
Inventors: Larry A. Pritchard; Gurmeet Singh Bedi
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2019-02-12
Filing date: 2020-02-11
Publication date: 2020-08-13
Also published as: US20200254872A1; US10988022B2

Abstract

Ein Verteilergetriebe weist eine ringförmige Scheibe, eine Doppelantriebsradnabe und eine Sensorplatte auf. Die ringförmige Scheibe weist einen Innenumfang und einen Außenumfang auf. Der Außenumfang definiert eine Vielzahl von Zähnen, die radial nach außen ragen. Die Doppelantriebsradnabe ist am Innenumfang der ringförmigen Scheibe angebracht und weist eine Innenfläche auf, die eine Bohrung umgrenzt, die sich durch das Zentrum des Doppelantriebsrades erstreckt. Die Doppelantriebsradnabe weist ein Paar gekrümmter Wände auf, die von einer ersten axialen Stirnfläche der ringförmigen Scheibe vorstehen. Die Sensorplatte steht von einer zweiten axialen Stirnfläche der ringförmigen Scheibe gegenüber der ersten axialen Stirnfläche vor und weist mehrere gekrümmte Wandabschnitte auf. Die ringförmige Scheibe, die Doppelantriebsradnabe und die Sensorplatte sind zusammen als ein Einzelteil geformt.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft elektromechanische bedarfsgeregelte (EMOD: Electro-Mechanical On Demand (engl.)) Verteilergetriebe und insbesondere eine kompakte Anordnung eines Doppelantriebsrades und einer Schaltgabel in EMOD-Verteilergetrieben.
HINTERGRUND
Die hier gegebene Beschreibung des Hintergrundes dient dazu, den Kontext der Offenbarung im Allgemeinen darzustellen. Arbeiten der genannten Erfinder, soweit sie in diesem Abschnitt „Hintergrund“ beschrieben sind, sowie Aspekte der Beschreibung, die ansonsten nicht dem Stand der Technik zum Zeitpunkt der Anmeldung zugerechnet werden könnten, werden weder ausdrücklich noch stillschweigend als Entgegenhaltung anerkannt.
Ein Verteilergetriebe überträgt Kraft bzw. Leistung von einem Getriebe eines Fahrzeugs über Antriebswellen auf die Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs. Typischerweise arbeitet ein Verteilergetriebe in mehreren Betriebsarten, wie etwa im Zweiradantriebsmodus (2WD) und Allrad- bzw. Vierradantriebsmodus (4WD), und in mehreren Gangbereichen, wie unterer Bereich (Low, Geländeuntersetzung), oberer Bereich (High, Straßenuntersetzung) und Neutralstellung (neutral). Fahrzeuge mit einem manuellen Verteilergetriebe weisen typisch einen Wählhebel auf, der mit den Verteilergetrieben mechanisch gekoppelt ist, um einem Fahrer zu ermöglichen, das Verteilergetriebe manuell zwischen Betriebsarten und Gangbereichen zu schalten. Hingegen weisen Fahrzeuge mit einem EMOD-Verteilergetriebe typisch einen Schalter oder einen Bedienknopf auf, der es einem Fahrer ermöglicht, einen Elektromotor anzusteuern, um das Verteilergetriebe automatisch zwischen Betriebsarten und Gangbereichen zu schalten.
Ein EMOD-Verteilergetriebe weist typisch eine Eingangswelle, eine erste Abtriebswelle, eine zweite Abtriebswelle, einen Planetenradsatz, einen zuschaltbaren Getriebeuntersetzungsmechanismus bzw. Bereichsschaltmechanismus, eine Betriebsartkupplung, einen Kupplungsaktor, ein Doppelantriebsgetriebe und einen Elektromotor zum Schalten auf. Wenn sich das Verteilergetriebe im oberen Bereich (High, Straßenuntersetzung) befindet, verbindet der Bereichsschaltmechanismus die erste Abtriebswelle direkt mit der Eingangswelle. Wenn sich das Verteilergetriebe im unteren Bereich (Low, Geländeuntersetzung) befindet, verbindet der Bereichsschaltmechanismus die erste Abtriebswelle über den Planetenradsatz mit der Eingangswelle. Wenn sich das Verteilergetriebe im 4WD-Modus befindet, koppelt die Betriebsartkupplung die zweite Abtriebswelle mit der ersten Abtriebswelle. Wenn sich das Verteilergetriebe im 2WD-Modus befindet, koppelt die Betriebsartkupplung die zweite Abtriebswelle von der ersten Abtriebswelle ab.
Zum Betätigen des Bereichsschaltmechanismus und der Betriebsartkupplung versetzt der Schaltmotor das Doppelantriebsgetriebe über einen Untersetzungsgetriebesatz in Drehung. Der Kupplungsaktor wandelt die Drehkraft des Doppelantriebsgetriebes in eine Axialkraft um, durch die die Betriebsartkupplung betätigt oder gelöst wird. Der Bereichsschaltmechanismus wandelt die Drehkraft des Doppelantriebsgetriebes in eine Axialkraft um, durch die eine mit der ersten Abtriebswelle keilverzahnte Untersetzungsnabe axial verschoben wird. Beim Schalten des Verteilergetriebes in den oberen Bereich (Straßenuntersetzung) wird die Untersetzungsnabe an eine erste axiale Position verschoben, an der ein äußeres Keilverzahnungsprofil an der Untersetzungsnabe mit einem inneren Keilverzahnungsprofil an der Eingangswelle in Eingriff gelangt. Beim Schalten des Verteilergetriebes in den unteren Bereich (Geländeuntersetzung) wird die Untersetzungsnabe an eine zweite axiale Position verschoben, an der das äußere Keilverzahnungsprofil an der Untersetzungsnabe mit einem inneren Keilverzahnungsprofil an einem Trägerrad des Planetenradsatzes in Eingriff gelangt. Beim Schalten des Verteilergetriebes in die Neutralstellung, wird die Untersetzungsnabe an eine dritte axiale Position zwischen der ersten und der zweiten axialen Position verschoben. An der dritten axialen Position steht das äußere Keilverzahnungsprofil an der Untersetzungsnabe weder mit dem inneren Keilverzahnungsprofil an der Eingangswelle noch mit dem inneren Keilverzahnungsprofil am Trägerrad in Eingriff.
KURZDARSTELLUNG
Ein Beispiel für ein Verteilergetriebe weist eine ringförmige Scheibe, eine Doppelantriebsradnabe und eine Sensorplatte auf. Die ringförmige Scheibe weist einen Innenumfang und einen Außenumfang auf. Der Außenumfang definiert eine Vielzahl von Zähnen, die radial nach außen ragen und dafür eingerichtet sind, in die Zähne an einem ersten Rad von mehreren Untersetzungsgetrieberädern, die das Doppelantriebsrad mit einem Schaltmotor koppeln, einzugreifen. Die Doppelantriebsradnabe ist am Innenumfang der ringförmigen Scheibe angebracht und weist eine Innenfläche auf, die eine Bohrung umgrenzt, die sich durch das Zentrum des Doppelantriebsrades erstreckt. Die Doppelantriebsradnabe weist ein Paar gekrümmter Wände auf, die im Abstand voneinander um den Innenumfang der ringförmigen Scheibe angeordnet sind und von einer ersten axialen Stirnfläche der ringförmigen Scheibe vorstehen. Die Sensorplatte steht von einer zweiten axialen Stirnfläche der ringförmigen Scheibe gegenüber der ersten axialen Stirnfläche vor und weist mehrere gekrümmte Wandabschnitte auf, die mit verschiedenen Radien, bezogen auf das Zentrum der ringförmigen Scheibe, um den Außenumfang der ringförmigen Scheibe angeordnet sind. Die ringförmige Scheibe, die Doppelantriebsradnabe und die Sensorplatte sind zusammen als ein Einzelteil geformt.
In einem der Beispiele weist das Doppelantriebsrad überdies ein Paar Nasen auf, die von einer Innenfläche der Doppelantriebsradnabe radial nach innen ragen und dafür eingerichtet sind, in einen Ringschlitz in der Außenfläche eines Trägers einzugreifen, um das Doppelantriebsrad auf dem Träger festzuhalten.
In einem der Beispiele weist das Doppelantriebsrad überdies ein Paar Endanschläge auf, die von der ersten axialen Stirnfläche der ringförmigen Scheibe vorstehen und dafür eingerichtet sind, mit einem zweiten Getrieberad von den mehreren Untersetzungsgetrieberädern in Eingriff zu gelangen, um den Drehweg des Doppelantriebsrades zu begrenzen.
In einem der Beispiele erstreckt sich jeder der Endanschläge von einer der gekrümmten Wände der Doppelantriebsradnabe bis zum Außenumfang der ringförmigen Scheibe und weist eine gekrümmte Seitenfläche auf, die dafür eingerichtet ist, mit mehreren Zähnen am zweiten Getrieberad gleichzeitig in Kontakt zu stehen.
In einem der Beispiele weist das Doppelantriebsrad überdies ein Paar Federaktoren und ein Paar Bewegungsbegrenzer, die von der zweiten axialen Stirnfläche der ringförmigen Scheibe vorstehen, auf. Jeder der Federaktoren weist eine gekrümmte Wand auf, die parallel zu und radial nach innen im Abstand von einem der gekrümmten Wandabschnitte der Sensorplatte ist. Jeder der Bewegungsbegrenzer weist eine ebene Wand auf, die sich von einem der gekrümmten Wandabschnitte der Sensorplatte radial nach innen erstreckt und an einen der Federaktoren stößt.
In einem der Beispiele ist die Vielzahl von Zähnen entlang eines Abschnitts des Außenumfangs angeordnet und befindet sich bei einem ersten Radius, bezogen auf das Zentrum der ringförmigen Scheibe, und einer der gekrümmten Wandabschnitte der Sensorplatte überspannt den Abschnitt des Außenumfangs und weist einen zweiten Radius, bezogen auf das Zentrum der ringförmigen Scheibe, auf, der größer oder gleich dem ersten Radius ist.
In einem der Beispiele ist das gesamte Doppelantriebsrad aus Metallpulver hergestellt.
Ein Beispiel für eine Betätigungsbaugruppe eines Verteilergetriebes weist einen Träger, eine Schaltgabel, eine Untersetzungsnabe, eine Schaltmuffe, ein Doppelantriebsrad und eine Doppelantriebsradnabe auf. Der Träger weist einen Sockel auf, der dafür eingerichtet ist, an einem Gehäuse des Verteilergetriebes fixiert zu werden, und einen hohlzylindrischen Körper, der von dem Sockel in einer ersten Achsenrichtung vorsteht. Der hohlzylindrische Körper grenzt ein Paar axialer Schlitze ab, die sich in der ersten Achsenrichtung erstrecken. Die Schaltgabel weist einen bogenförmigen Körper und ein Paar Vorsprünge, die von dem bogenförmigen Körper in entgegengesetzten Richtungen radial nach außen vorstehen, auf. Die Vorsprünge sind dafür eingerichtet, sich durch die axialen Schlitze im hohlzylindrischen Körper des Trägers zu erstrecken. Die Untersetzungsnabe weist ein Paar Flansche auf, die eine Ringnut abgrenzen, die dafür eingerichtet ist, den bogenförmigen Körper der Schaltgabel aufzunehmen, ein inneres Keilverzahnungsprofil, das dafür eingerichtet ist, mit einer ersten Abtriebswelle in Eingriff zu stehen, und ein äußeres Keilverzahnungsprofil, das dafür eingerichtet ist, mit einer/einem von einer Eingangswelle und einem über ein Planetengetriebe mit der Eingangswelle gekoppelten Trägerrad in Eingriff zu stehen. Die Schaltmuffe weist einen ringförmigen Körper mit einer Innenfläche und einer Außenfläche auf. Die Innenfläche definiert ein Paar innerer Stege, die dafür eingerichtet sind, die distalen Enden der Vorsprünge an der Schaltgabel aufzunehmen. Das Doppelantriebsrad weist eine ringförmige Scheibe mit einer Vielzahl von Zähnen auf, die entlang eines Außenumfangs davon angeordnet und dafür eingerichtet sind, in ein mithilfe eines Schaltmotors angetriebenes Untersetzungsgetrieberad einzugreifen. Die Doppelantriebsradnabe weist eine Ringwand, ein Paar gekrümmter Wände und ein Paar Nasen auf. Die Ringwand ist an einem Innenumfang der ringförmigen Scheibe angebracht. Die gekrümmten Wände stehen von der Ringwand in der ersten Achsenrichtung vor und sind dafür eingerichtet, einen Betriebsartkupplungsaktor des Verteilergetriebes zu betätigen, um eine zweite Abtriebswelle in Eingriff oder außer Eingriff zu bringen. Die Nasen ragen von der Ringwand radial nach innen und sind dafür eingerichtet, in einen Ringschlitz in einer Außenfläche des hohlzylindrischen Körpers des Trägers einzugreifen, um das Doppelantriebsrad auf dem Träger festzuhalten.
In einem der Beispiele weist die Betätigungsbaugruppe überdies eine Sensorplatte auf, die von der ringförmigen Scheibe in einer zweiten Achsenrichtung, entgegengesetzt zur ersten Achsenrichtung, vorsteht und sich um den Außenumfang der ringförmigen Scheibe erstreckt.
In einem der Beispiele weist das Doppelantriebsrad überdies ein Paar Federaktoren und ein Paar Bewegungsbegrenzer, die von der ringförmigen Scheibe in der zweiten Achsenrichtung vorstehen, auf. Jeder der Federaktoren weist eine gekrümmte Wand auf, die parallel zu und radial nach innen im Abstand von der Sensorplatte ist. Jeder der Bewegungsbegrenzer weist eine ebene Wand auf, die sich von der Sensorplatte radial nach innen erstreckt und an einen der Federaktoren stößt.
In einem der Beispiele sind das Doppelantriebsrad, die Doppelantriebsradnabe und die Sensorplatte zusammen als ein Einzelteil geformt.
In einem der Beispiele weist die Betätigungsbaugruppe überdies eine Druckfeder auf, die dafür eingerichtet ist, Drehmoment vom Doppelantriebsrad auf die Schaltmuffe zu übertragen.
In einem der Beispiele weist die Schaltmuffe eine Halterung auf, die dafür eingerichtet ist, die Druckfeder um die Außenfläche des ringförmigen Körpers der Schaltmuffe angeordnet zu halten. Die Halterung weist ein Paar Gabeln auf, die im Abstand voneinander um die Außenfläche der Schaltmuffe angeordnet sind. Jede der Gabeln grenzt einen am Ende offenen Schlitz ab, der dafür eingerichtet ist, einen der Federaktoren am Doppelantriebsrad aufzunehmen.
In einem der Beispiele sind die Bewegungsbegrenzer am Doppelantriebsrad dafür eingerichtet, mit den Gabeln an der Schaltmuffe in Eingriff zu gelangen, um die Drehung des Doppelantriebsrades relativ zur Schaltmuffe zu begrenzen.
Ein anderes Beispiel für ein Verteilergetriebe weist einen Träger, eine Schaltgabel, eine Untersetzungsnabe, eine Schaltmuffe, ein Doppelantriebsrad und eine Doppelantriebsradnabe auf. Der Träger weist einen Sockel auf, der dafür eingerichtet ist, an einem Gehäuse des Verteilergetriebes fixiert zu werden, und einen hohlzylindrischen Körper, der von dem Sockel in einer ersten Achsenrichtung vorsteht. Der hohlzylindrische Körper grenzt ein Paar axialer Schlitze ab, die sich in der ersten Achsenrichtung erstrecken. Die Schaltgabel weist einen bogenförmigen Körper und ein Paar Vorsprünge, die von dem bogenförmigen Körper in entgegengesetzten Richtungen radial nach außen vorstehen, auf. Die Vorsprünge sind dafür eingerichtet, sich durch die axialen Schlitze im hohlzylindrischen Körper des Trägers zu erstrecken. Der bogenförmige Körper und die Vorsprünge sind zusammen als ein Einzelteil geformt. Die Untersetzungsnabe weist ein Paar Flansche auf, die eine Ringnut abgrenzen, die dafür eingerichtet ist, den bogenförmigen Körper der Schaltgabel aufzunehmen, ein inneres Keilverzahnungsprofil, das dafür eingerichtet ist, mit einer ersten Abtriebswelle in Eingriff zu stehen, und ein äußeres Keilverzahnungsprofil, das dafür eingerichtet ist, mit einer/einem von einer Eingangswelle und einem über ein Planetengetriebe mit der Eingangswelle gekoppelten Trägerrad in Eingriff zu stehen. Die Schaltmuffe weist einen ringförmigen Körper mit einer Innenfläche und einer Außenfläche auf. Die Innenfläche definiert ein Paar innerer Stege, die dafür eingerichtet sind, die distalen Enden der Vorsprünge an der Schaltgabel aufzunehmen. Das Doppelantriebsrad weist eine ringförmige Scheibe mit einer Vielzahl von Zähnen auf, die entlang eines Außenumfangs davon angeordnet und dafür eingerichtet sind, in ein mithilfe eines Schaltmotors angetriebenes Untersetzungsgetrieberad einzugreifen. Die Doppelantriebsradnabe weist eine Ringwand auf, die um einen Innenumfang der ringförmigen Scheibe angeordnet ist, und ein Paar gekrümmter Wände, die von der Ringwand in der ersten Achsenrichtung vorstehen und dafür eingerichtet sind, einen Betriebsartkupplungsaktor des Verteilergetriebes zu betätigen, um eine zweite Abtriebswelle in Eingriff oder außer Eingriff zu bringen.
In einem der Beispiele weist jedes der distalen Enden der Vorsprünge an der Schaltgabel ein Paar einander gegenüberliegender abgeschrägter Kanten auf, das dafür eingerichtet ist, in ein Paar einander gegenüberliegender geneigter Flächen eines der inneren Stege an der Schaltmuffe einzugreifen.
In einem der Beispiele ist die gesamte Schaltgabel mittels eines einzigen Druckgussvorgangs aus Aluminium hergestellt.
In einem der Beispiele weist die Betätigungsbaugruppe überdies eine Sensorplatte auf, die von der ringförmigen Scheibe in einer zweiten Achsenrichtung, entgegengesetzt zur ersten Achsenrichtung, vorsteht und sich um den Außenumfang der ringförmigen Scheibe erstreckt.
In einem der Beispiele weist das Doppelantriebsrad überdies ein Paar Federaktoren und ein Paar Bewegungsbegrenzer, die von der ringförmigen Scheibe in der zweiten Achsenrichtung vorstehen, auf. Jeder der Federaktoren weist eine gekrümmte Wand auf, die parallel zu und radial nach innen im Abstand von der Sensorplatte ist. Jeder der Bewegungsbegrenzer weist eine ebene Wand auf, die sich von der Sensorplatte radial nach innen erstreckt und an einen der Federaktoren stößt.
In einem der Beispiele sind das Doppelantriebsrad, die Doppelantriebsradnabe und die Sensorplatte zusammen als ein Einzelteil geformt.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden aus der ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen deutlich werden. Die ausführliche Beschreibung und die konkreten Beispiele sollen lediglich zur Veranschaulichung dienen und sind nicht als den Schutzbereich der Offenbarung in irgendeiner Weise einschränkend auszulegen.
Figurenliste
Ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen gewonnen; es zeigen:

1A eine Querschnittansicht eines Beispiels für ein EMOD-Verteilergetriebe gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
1B eine vergrößerte Schnittansicht des Abschnitts des EMOD-Verteilergetriebes von 1A, der sich innerhalb eines mit 1B bezeichneten Bereiches befindet;
2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für eine Betätigungsbaugruppe für ein EMOD-Verteilergetriebe umfasst, wobei die Betätigungsbaugruppe einen Bereichsschaltmechanismus, einen Betriebsartkupplungsaktor, ein Doppelantriebsrad aufweist;
3 und 4 perspektivische Ansichten des Doppelantriebsrades von 2, ausgebaut aus dem Bereichsschaltmechanismus von 2;
5 eine perspektivische Ansicht des Doppelantriebsrades von 2, eingebaut in den Bereichsschaltmechanismus von 2;
6 und 7 perspektivische Ansichten des Doppelantriebsrades von 2 und eines Trägers im Bereichsschaltmechanismus von 2 oder von Teilen davon, um das Einfügen der Innennasen am Doppelantriebsrad in einen Ringschlitz am Träger zu veranschaulichen;
8 und 9 perspektivische Ansichten des Bereichsumschaltmechanismus von 2, wobei der Träger des Bereichsumschaltmechanismus entfernt ist, um den Eingriff zwischen Vorsprüngen an der Schaltgabel des Bereichsumschaltmechanismus und inneren Stegen an einer Schaltmuffe des Bereichsumschaltmechanismus zu veranschaulichen;
10 eine geteilte perspektivische Ansicht der Schaltmuffe in der Betätigungsbaugruppe von 2 zur Veranschaulichung der inneren Stege an der Schaltmuffe;
11 eine perspektivische Ansicht der Schaltmuffe in der Betätigungsbaugruppe von 2 zur Veranschaulichung eines der inneren Stege an der Schaltmuffe;
12, 13 und 14 perspektivische Ansichten der Schaltgabel in der Betätigungsbaugruppe von 2 zur Veranschaulichung der Vorsprünge an der Schaltgabel;
15 und 16 Schnittansichten des Doppelantriebsrades, der Schaltmuffe und einer Druckfeder in der Betätigungsbaugruppe von 2 zur Veranschaulichung der Drehmomentübertragung vom Doppelantriebsrad über die Druckfeder zur Schaltmuffe; und
17 und 18 Schnittansichten der Betätigungsbaugruppe von 2, wobei der Betriebsartkupplungsaktor entfernt ist, um den Eingriff zwischen einem Untersetzungsgetriebe in der Betätigungsbaugruppe und einem Endanschlag am Doppelantriebsrad der Betätigungsbaugruppe zu veranschaulichen.

In den Zeichnungen können Bezugszeichen wiederholt verwendet sein, um auf diese Weise ähnliche und/oder gleiche Elemente zu kennzeichnen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein Doppelantriebsgetriebe weist typisch ein Doppelantriebsrad, eine Doppelantriebsradnabe, einen Sprengring und eine Sensorplatte auf. Das Doppelantriebsrad ist eine ringförmige Scheibe mit Zähnen an ihrem Außenumfang, für einen Eingriff mit einem Untersetzungsgetriebe, welches das Doppelantriebsrad mit dem Schaltmotor koppelt. Der Sprengring hält die Doppelantriebsradnabe in einer Bohrung im Doppelantriebsrad, und die Doppelantriebsradnabe weist ein Paar gekrümmter Wände auf, die von einer ersten axialen Stirnfläche des Doppelantriebsrades vorstehen und in den Kupplungsaktor eingreifen, um die Betriebsartkupplung zu betätigen oder zu lösen. Die Sensorplatte weist mehrere gekrümmte Wandabschnitte auf, die von einer zweiten axialen Stirnfläche des Doppelantriebsrades, gegenüber der ersten axialen Stirnfläche, vorstehen. Die gekrümmten Wandabschnitte sind mit verschiedenen Radien, bezogen auf das Zentrum der Bohrung, angeordnet, um einem Stellungssensor zu ermöglichen, die Stellung des Doppelantriebsrades zu messen und damit die Betriebsart und den Gangbereich des Verteilergetriebes zu bestimmen.
Ein Bereichsschaltmechanismus weist typisch einen Träger, eine Schaltgabelbaugruppe, eine Schaltmuffe und eine Drehfeder auf. Der Träger ist an einem Gehäuse des Verteilergetriebes fixiert und trägt die anderen Bauteile des Bereichsschaltmechanismus sowie das Doppelantriebsrad. Die Schaltgabelbaugruppe weist einen bogenförmigen Körper und ein Paar Rollen auf, die von dem bogenförmigen Körper radial nach außen vorstehen. Der bogenförmige Körper grenzt eine Ringnut ab, die die Untersetzungsnabe aufnimmt, sodass die Untersetzungsnabe mit der Schaltgabelbaugruppe verschoben wird, während sie sich in Bezug auf die Schaltgabelbaugruppe frei dreht. Die Rollen erstrecken sich durch axiale Schlitze im Träger und in eine Wendelnut in der Innenfläche der Schaltmuffe, sodass ein Drehen der Schaltmuffe eine Verschiebung der Schaltgabelbaugruppe bewirkt. Die Drehfeder überträgt Drehmoment vom Doppelantriebsgetriebe auf die Schaltmuffe und verhindert gleichzeitig ein unerwünschtes Aneinanderschlagen von Zähnen oder ein unerwünschtes Blockieren des Schaltvorgangs.
Wie vorstehend angegeben, weist ein Doppelantriebsgetriebe typischerweise vier Teile auf. Zudem weist eine Schaltgabelbaugruppe typischerweise zehn Teile auf. Ein EMOD-Verteilergetriebe gemäß der vorliegenden Offenbarung weist jedoch verschiedene Merkmale auf, die es ermöglichen, jede dieser Baugruppen in einem Einzelteil zu vereinigen, wodurch die Kosten gesenkt werden. In einem der Beispiele überspannt die Verzahnung am Doppelantriebsrad einen Abschnitt seines Außenumfangs, und der Radius der Sensorplatte entlang dieses Abschnitts ist größer oder gleich dem Radius der Verzahnung, um zu ermöglichen, dass das Doppelantriebsrad und die Sensorplatte zusammen als ein Einzelteil geformt werden. In einem weiteren Beispiel sind die vom bogenförmigen Körper der Schaltgabelbaugruppe radial nach außen vorstehenden Rollen durch Vorsprünge mit abgeschrägten Kanten ersetzt, was den Vorsprüngen ermöglicht, sich entlang der Wendelnut der Schaltmuffe zu bewegen, ohne dabei eine Wälzbewegung auszuführen. Demnach ermöglichen die abgeschrägten Kanten an den Vorsprüngen, den bogenförmigen Körper und die Rollen zusammen als ein Einzelteil zu formen.
Ein EMOD-Verteilergetriebe gemäß der vorliegenden Offenbarung weist weitere Merkmale auf, durch die sich Bauteile einsparen und Kosten senken lassen. In einem Beispiel weist ein Doppelantriebsrad gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Paar radial nach innen ragender Nasen auf, die in einen Ringschlitz in der Außenfläche des Trägers eingreifen, um das Doppelantriebsrad auf dem Träger festzuhalten. Somit ermöglichen die Nasen ein Einsparen eines Sicherungsrings und der Befestigungselemente, die üblicherweise verwendet werden, um das Doppelantriebsrad auf dem Träger festzuhalten. In einem weiteren Beispiel weisen das Doppelantriebsrad und die Schaltmuffe Federsicherungs- und Eingriffselemente auf, die ermöglichen, Drehmoment vom Doppelantriebsrad auf die Schaltmuffe zu übertragen, und zwar unter Verwendung einer Druckfeder anstelle einer Drehfeder. Da eine Druckfeder in der Regel weniger kostet als eine Drehfeder, werden durch diese Konstruktionsmerkmale ebenfalls die Kosten gesenkt.
Nun mit Bezug auf 1A und 1B: Ein EMOD-Verteilergetriebe 10 weist eine Eingangswelle 12, eine erste Abtriebswelle 14, eine zweite Abtriebswelle 16, einen Planetenradsatz 18, einen Kupplungsmechanismus 20, eine Betätigungsbaugruppe 22 und ein Verteilergetriebegehäuse 24 auf. Der Planetenradsatz 18 überträgt Drehmoment von der Eingangswelle 12 auf die erste Abtriebswelle 14. Der Kupplungsmechanismus 20 koppelt die zweite Abtriebswelle 16 mit der ersten Abtriebswelle 14. Die Betätigungsbaugruppe 22 betätigt eine Untersetzungsnabe 26, die mit der ersten Abtriebswelle 14 keilverzahnt ist, um ein Übersetzungsverhältnis einzustellen, bei dem Drehmoment von der Eingangswelle 12 zur ersten Abtriebswelle 14 übertragen wird. Das Einstellen dieses Übersetzungsverhältnisses wird als Schalten eines Gangbereiches des EMOD-Verteilergetriebes 10 bezeichnet, wobei das Schalten des Gangbereiches des EMOD-Verteilergetriebes 10 zwischen einem unteren Bereich (Geländeuntersetzung), einen oberen Bereich (Straßenuntersetzung) und einer Neutralstellung (neutral) erfolgt. Die Untersetzungsnabe 26 kann als Teil der Betätigungsbaugruppe 22 angesehen werden.
Die Betätigungsbaugruppe 22 stellt nicht nur den Gangbereich ein, sondern betätigt auch eine Betriebsartkupplung 28 des Kupplungsmechanismus 20, um die zweite Abtriebswelle 16 mit der ersten Abtriebswelle 14 zu koppeln bzw. die zweite Abtriebswelle 16 von der ersten Abtriebswelle 14 abzukoppeln. Das Koppeln und Abkoppeln der zweiten Abtriebswelle 16 wird als Schalten einer Betriebsart des EMOD-Verteilergetriebes 10 bezeichnet. Die Betriebsart des EMOD-Verteilergetriebes 10 kann zwischen einem Zweiradantriebsmodus (2WD-Modus), in dem die zweite Abtriebswelle 16 von der ersten Abtriebswelle 14 abgekoppelt ist, und einem Vierradantriebsmodus (4WD-Modus), in dem die zweite Abtriebswelle 16 mit der ersten Abtriebswelle 14 gekoppelt ist, umgeschaltet werden.
Der Planetenradsatz 18 weist ein Sonnenrad 30, mehrere Planetenräder 32, ein Trägerrad 34 und ein Hohlrad 36 auf. Das Sonnenrad 30 ist Bestandteil der Eingangswelle 12 oder ist einstückig mit dieser geformt. Das Hohlrad 36 ist am Verteilergetriebegehäuse 24 fixiert, um ein Drehen und eine axiale Verschiebung des Hohlrades 36 zu verhindern. Die Planetenräder 32 sind in radialer Richtung R zwischen dem Sonnenrad 30 und dem Hohlrad 36 angeordnet. Das Trägerrad 34 trägt die Planetenräder 32 unter Verwendung von beispielsweise Drehzapfen, die sich durch die Zentren der Planetenräder 32 erstrecken und die Planetenräder 32 mit dem Trägerrad 34 verbinden, während sie ermöglichen, dass sich die Planetenräder 32 relativ zum Trägerrad 34 drehen. Ein Drehen des Sonnenrades 30 bewirkt, dass sich die Planetenräder 32 innerhalb des Hohlrades 36 und um das Sonnenrad 30 drehen, wodurch sich das Trägerrad 34 mit einer niedrigeren Drehzahl relativ zum Sonnenrad 30 dreht.
Die Betätigungsbaugruppe 22 stellt den Bereich des EMOD-Verteilergetriebes 10 auf „Geländeuntersetzung“ ein, indem sie die Untersetzungsnabe 26 axial (d. h. entlang der Längsachse L) zu einer ersten Position bewegt, an der die Untersetzungsnabe 26 die erste Abtriebswelle 14 direkt mit der Eingangswelle 12 koppelt. An der ersten Position steht das äußere Keilverzahnungsprofil 38 an der Untersetzungsnabe 26 mit dem inneren Keilverzahnungsprofil 40 an der Eingangswelle 12 in Eingriff. Die Betätigungsbaugruppe 22 stellt den Bereich des EMOD-Verteilergetriebes 10 auf „Straßenuntersetzung“ ein, indem sie die Untersetzungsnabe 26 axial zu einer zweiten Position bewegt, an der die Untersetzungsnabe 26 die erste Abtriebswelle 14 über den Planetenradsatz 18 mit der Eingangswelle 12 koppelt. An der zweiten Position steht das äußere Keilverzahnungsprofil 38 an der Untersetzungsnabe 26 mit dem inneren Keilverzahnungsprofil 42 am Trägerrad 34 in Eingriff.
Die Betätigungsbaugruppe 22 stellt den Gangbereich des EMOD-Verteilergetriebes 10 auf neutral ein, indem sie die Untersetzungsnabe 26 axial an eine dritte Position zwischen der ersten und der zweiten Position bewegt, um die erste Abtriebswelle 14 von der Eingangswelle 12 abzukoppeln. An der dritten Position steht das äußere Keilverzahnungsprofil 38 an der Untersetzungsnabe 26 weder mit dem inneren Keilverzahnungsprofil 40 an der Eingangswelle 12 noch mit dem inneren Keilverzahnungsprofil 42 am Trägerrad 34 in Eingriff. Somit kann sich die Eingangswelle 12 innerhalb des EMOD-Verteilergetriebes 10 frei drehen.
Der Kupplungsmechanismus 20 weist die Betriebsartkupplung 28, ein treibendes Zahnrad 44, ein getriebenes Zahnrad 46 und einen Riemen oder eine Kette 48, der/die das getriebene Zahnrad 46 mit dem treibenden Zahnrad 44 koppelt, auf. Das treibende Zahnrad 44 ist koaxial zur ersten Abtriebswelle 14 und ist derart an der ersten Abtriebswelle 14 montiert, dass das treibende Zahnrad 44 relativ zur ersten Abtriebswelle 14 drehen kann, wenn die Betriebsartkupplung 28 ausgerückt ist. So kann das treibende Zahnrad 44 beispielsweise unter Verwendung eines Lagers an die zweite Abtriebswelle 14 montiert sein. Das getriebene Zahnrad 46 ist koaxial zur zweiten Abtriebswelle 16 und so an der zweiten Abtriebswelle 16 montiert, dass sich die zweite Abtriebswelle 16 mit dem getriebenen Zahnrad 46 dreht. So kann das getriebene Zahnrad 46 beispielsweise unter Verwendung von Profilverzahnungen an die zweite Abtriebswelle 16 montiert sein. Die Betriebsartkupplung 28 weist ein Kupplungspaket 50 auf, dass das treibende Zahnrad 44 mit der ersten Abtriebswelle 14 verbindet und dadurch die zweite Abtriebswelle 16 mit der ersten Abtriebswelle 14 koppelt, wenn Druck auf das Kupplungspaket 50 ausgeübt wird.
Mit zusätzlicher Bezugnahme auf 2-5: Die Betätigungsbaugruppe 22 weist einen Bereichsschaltmechanismus 52, ein Doppelantriebsrad 54, einen Betriebsartkupplungsaktor 56, einen Motor 58 zum elektronischen Schalten und einen Untersetzungsgetriebesatz 60 auf. Der Bereichsschaltmechanismus 52 weist einen Träger 62, die Untersetzungsnabe 26, eine Schaltgabel 64, eine Schaltmuffe 66 und eine Druckfeder 68 auf. Der Träger 62 positioniert die anderen Bauteile des Bereichsschaltmechanismus 52 und das Doppelantriebsrad 54 innerhalb des Verteilergetriebegehäuses 24, wobei er ermöglicht, dass die anderen Bauteile und das Doppelantriebsrad 54 sich drehen und/oder relativ zum Verteilergetriebegehäuse 24 verschieben können.
Der Träger 62 weist einen Sockel 70 und einen hohlzylindrischen Körper 72, der von dem Sockel 70 in einer ersten Achsenrichtung A1 vorsteht, auf. Der gesamte Träger 62 kann als ein Einzelteil einstückig (z. B. im Druckgussverfahren) aus Metall (z. B. aus Aluminium B383) geformt sein. Der Sockel 70 ist am Verteilergetriebegehäuse 24 fixiert (1B), um zu verhindern, dass sich der Träger 62 relativ zum Verteilergetriebegehäuse 24 dreht oder verschiebt. Der Sockel 70 weist eine Ringscheibenform mit einer ersten axialen Stirnfläche 74 und einer zweiten axialen Stirnfläche 76 gegenüber der ersten axialen Stirnfläche 74 auf.
Der hohlzylindrische Körper 72 steht von der zweiten axialen Stirnfläche 76 des Sockels 70 vor und weist eine Innenfläche 78 und eine Außenfläche 80 gegenüber der Innenfläche 78 auf. Der hohlzylindrische Körper 72 grenzt ein Paar axialer Schlitze 82 ab, die sich in der ersten Achsenrichtung A1 und durch die Innen- und Außenflächen 78 und 80 davon erstrecken. Zudem grenzt die Außenfläche 80 des hohlzylindrischen Körpers 72 einen Ringschlitz 84 ab, der sich um den Außenumfang des hohlzylindrischen Körpers 72 erstreckt.
Die Untersetzungsnabe 26 weist einen rohrförmigen Körper 86, das äußere Keilverzahnungsprofil 38 und ein Paar Flansche 88, die von dem rohrförmigen Körper 86 radial nach außen ragen, und das innere Keilverzahnungsprofil 90, das aus dem rohrförmigen Körper 86 radial nach innen ragt, auf. Die Flansche 88 grenzen eine Ringnut 92 dazwischen ab. Das innere Keilverzahnungsprofil 90 an der Untersetzungsnabe 26 greift in das äußere Keilverzahnungsprofil 94 (1B) an der ersten Abtriebswelle 14 ein, sodass sich die erste Abtriebswelle 14 mit der Untersetzungsnabe 26 dreht. Wie vorstehend erörtert, kann das äußere Keilverzahnungsprofil 38 an der Untersetzungsnabe 26 je nach axialer Position der Untersetzungsnabe 26 entweder in das innere Keilverzahnungsprofil 40 an der Eingangswelle 12 oder in das innere Keilverzahnungsprofil 42 am Trägerrad 34 eingreifen.
Nun mit Bezug auf 2-5, 8, 9 und 12-14: Die Schaltgabel 64 weist einen bogenförmigen Körper 96, eine gekrümmte Wand 98, die sich um den Außenumfang des bogenförmigen Körpers 96 erstreckt, und ein Paar Vorsprünge 100, die von der gekrümmten Wand 98 in entgegengesetzten Richtungen radial nach außen vorstehen, auf. Die gesamte Schaltgabel 64 kann als ein Einzelteil einstückig (z. B. im Druckgussverfahren) aus Metall (z. B. aus der Aluminium-Silizium-Legierung B390) geformt sein. Die Ringnut 92 in der Untersetzungsnabe 26 nimmt den bogenförmigen Körper 96 der Schaltgabel 64 auf, sodass sich die Untersetzungsnabe 26 axial mit der Schaltgabel 64 bewegt. Wenn der Bereichsschaltmechanismus 52 wie in 3-5 gezeigt zusammengebaut ist, erstrecken sich die Vorsprünge 100 an der Schaltgabel 64 durch die axialen Schlitze 82 im hohlzylindrischen Körper 72 des Trägers 62.
Wie am besten in 12-14 dargestellt ist, weist der bogenförmige Körper 96 eine erste axiale Stirnfläche 104 und eine zweite axiale Stirnfläche 106 gegenüber der ersten axialen Stirnfläche 104 auf. Die gekrümmte Wand 98 erstreckt sich axial zwischen der ersten und der zweiten axialen Stirnfläche, 104 und 106, und über die erste und die zweite axiale Stirnfläche, 104 und 106, hinaus. Jeder der Vorsprünge 100 weist ein distales Ende 108 mit einem Paar einander gegenüberliegender abgeschrägter Kanten 110 auf.
Nun mit Bezug auf 2 und 8-11: Die Schaltmuffe 66 weist einen ringförmigen Körper 112 mit einem ersten Ende 114, einem zweiten Ende 116, einer Innenfläche 118, einer Außenfläche 120, einer Federhalterung 122 und einem Ringhalteflansch 124 auf. Die gesamte Schaltmuffe 66 kann als ein Einzelteil einstückig (z. B. im Druckgussverfahren) aus Metall (z. B. aus der Aluminium-Silizium-Legierung B390) geformt sein. Die Federhalterung 122 und der Ringhalteflansch 124 stehen von der Außenfläche 120 des ringförmigen Körpers 112 vor und sind benachbart zum ersten Ende 114 der Schaltmuffe 66 angeordnet.
Die Federhalterung 122 hält die Druckfeder 68 um die Außenfläche 120 des ringförmigen Körpers 112 angeordnet. Die Federhalterung 122 weist ein Paar Gabeln 126 auf, die im Abstand voneinander um die Außenfläche 120 des ringförmigen Körpers 112 angeordnet sind, und einen Federsitz 128, der sich zwischen den Gabeln 126 erstreckt. Jede der Gabeln 126 grenzt einen U-förmigen oder am Ende offenen Schlitz 130 ab.
Die Druckfeder 68 wird zwischen den Gabeln 126 festgehalten und durch den Federsitz 128 gestützt. Die Druckfeder 68 kann, wie gezeigt, eine Wendel- oder Schraubenfeder sein. Die Länge der Druckfeder 68 im entspannten Zustand kann größer sein als der Abstand zwischen den Gabeln 126 an der Federhalterung 122 der Schaltmuffe 66, sodass die Druckfeder 68 zusammengedrückt und zwischen den Gabeln 126 festgehalten bleibt.
Der Ringhalteflansch 124 grenzt einen Kanal 132 ab, der eine erste Druckscheibe 134, eine zweite Druckscheibe 136 und einen Sprengring 138 hält. Die erste und die zweite Druckscheibe, 134 und 136, und der Sprengring 138 werden axial zwischen der Schaltmuffe 66 und dem Doppelantriebsrad 54 festgehalten. Zusätzlich sitzen die erste und die zweite Druckscheibe, 134 und 136, sowie der Sprengring 138 im Kanal 132 des Ringhalteflansches 124.
Die Innenfläche 118 der Schaltmuffe 66 definiert ein Paar einander gegenüberliegender innerer Stege 140, welche die distalen Enden 108 der Vorsprünge 100 an der Schaltgabel 64 aufnehmen. Jeder der Stege 140 weist ein Paar einander gegenüberliegender geneigter Flächen 142 auf, die in die abgeschrägten Kanten 110 der Vorsprünge 100 an der Schaltgabel 64 eingreifen. Der Winkel der geneigten Flächen 142 an den Stegen 140 kann ungefähr gleich dem Winkel der abgeschrägten Kanten 110 an den Vorsprüngen 100 der Schaltgabel 64 sein.
Die Innenfläche 118 der Schaltmuffe 66 definiert außerdem ein Paar einander gegenüberliegender erster Rippen 144 und ein Paar erster Endanschläge 146 benachbart zum ersten Ende 114 der Schaltmuffe 66, sowie ein Paar einander gegenüberliegender zweiter Rippen 148 und ein Paar zweiter Endanschläge 150 benachbart zum zweiten Ende 116 der Schaltmuffe 66. Die ersten Rippen 144 an der Schaltmuffe 66 stehen mit den distalen Enden 108 der Vorsprünge 100 an der Schaltgabel 64 in Eingriff, wenn die Vorsprünge 100 benachbart zum ersten Ende 114 der Schaltmuffe 66 und außerhalb der Stege 140 sind. Die zweiten Rippen 148 an der Schaltmuffe 66 stehen mit den distalen Enden 108 der Vorsprünge 100 an der Schaltgabel 64 in Eingriff, wenn die Vorsprünge 100 benachbart zum zweiten Ende 116 der Schaltmuffe 66 und außerhalb der Stege 140 sind. Der erste und der zweite Endanschlag, 146 und 150, der Schaltmuffe 66 gelangen mit den distalen Enden 108 der Vorsprünge 100 an der Schaltgabel 64 in Eingriff, um den Drehweg der Schaltgabel 66 zu begrenzen.
Nun mit Bezug auf 1B, 2-5, 8 und 9: Ein Drehen der Schaltmuffe 66 innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches bewirkt eine Verschiebung der Schaltgabel 64 und der Untersetzungsnabe 26 in der ersten Achsenrichtung A1 oder einer zweiten Achsenrichtung A2, entgegengesetzt zur ersten Achsenrichtung A1. Wie vorstehend erörtert, erfolgt das Schalten des Gangbereiches des EMOD-Verteilergetriebes 10 zwischen beispielsweise unterem Bereich (Geländeuntersetzung), oberem Bereich (Straßenuntersetzung) und neutral, indem die Untersetzungsnabe 26 in der ersten oder der zweiten Achsenrichtung, A1 oder A2, verschoben wird. Die Untersetzungsnabe 26 wird in der ersten oder der zweiten Achsenrichtung, A1 oder A2, verschoben, wenn sich die Schaltmuffe 66 dreht und die Vorsprünge 100 an der Schaltgabel 64 innerhalb der Stege 140 an der Schaltmuffe 66 angeordnet sind.
Wenn sich die Schaltmuffe 66 dreht und die Vorsprünge 100 an der Schaltgabel 64 innerhalb der inneren Stege 140 an der Schaltmuffe 66 angeordnet sind, greifen die geneigten Flächen 142 an den inneren Stegen 140 in die abgeschrägten Kanten 110 an den Vorsprüngen 100 der Schaltgabel 64 ein. Dieser Eingriff bringt eine Kraft hervor, die in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Schaltmuffe 66 in einer von der ersten und der zweiten Achsenrichtung, A1 oder A2, auf die Schaltgabel 64 wirkt. Des Weiteren, da sich die Vorsprünge 100 an der Schaltgabel 64 durch die axialen Schlitze 82 im Träger 62 erstrecken, schränken die axialen Schlitze 82 die Bewegung der Schaltgabel 64 auf eine von der ersten und der zweiten Achsenrichtung, A1 oder A2, ein.
Nun mit Bezug auf 2-5, 17 und 18: Das Doppelantriebsrad 54 weist eine ringförmige Scheibe 152, eine Doppelantriebsradnabe 154 und eine Sensorplatte 156 auf. Das gesamte Doppelantriebsrad 54 kann als ein Einzelteil einstückig aus Metallpulver geformt sein. Die ringförmige Scheibe 152 weist einen Innenumfang 158, einen Außenumfang 160, eine erste axiale Stirnfläche 162 und eine zweite axiale Stirnfläche 164 gegenüber der ersten axialen Stirnfläche 162 auf. Der Außenumfang 160 der ringförmigen Scheibe 152 definiert eine Vielzahl von Zähnen 166, die radial nach außen ragen. Wie in 17 und 18 gezeigt, stehen die Zähne 166 an der ringförmigen Scheibe 152 mit den Zähnen 168 an einem ersten Untersetzungsgetrieberad 170 des Untersetzungsgetriebesatzes 60 in Eingriff.
Die Doppelantriebsradnabe 154 ragt vom Innenumfang 158 der ringförmigen Scheibe 152 radial nach innen und ragt axial, in der ersten Achsenrichtung A1, über die erste axiale Stirnfläche 162 der ringförmigen Scheibe 152 hinaus. Die Doppelantriebsradnabe 154 weist eine Innenfläche 172 auf, die eine Bohrung 174 umgrenzt. Die Bohrung 174 erstreckt sich durch das Zentrum 176 des Doppelantriebsrades 54 und nimmt den hohlzylindrischen Körper 72 des Trägers 62 auf.
Die Doppelantriebsradnabe 154 weist einen ringförmigen Körper 178 mit einer ersten axialen Stirnfläche 180 und einer zweiten axialen Stirnfläche 182 gegenüber der ersten axialen Stirnfläche 180 und einem Paar gekrümmter Wände 184, die von der ersten axialen Stirnfläche 180 in der ersten Achsenrichtung A1 vorstehen, auf. Die zweite axiale Stirnfläche 182 der Antriebsradnabe 154 und die zweite axiale Stirnfläche 164 der ringförmigen Scheibe 152 bilden gemeinsam eine einzige durchgehende Oberfläche. Die gekrümmten Wände 184 der Antriebsradnabe 154 sind im Abstand voneinander um den Innenumfang 158 der ringförmigen Scheibe 152 angeordnet und weisen Kanten 186 auf.
Von der zweiten axialen Stirnfläche 164 der ringförmigen Scheibe 152 steht die Sensorplatte 156 in der zweiten Achsenrichtung A2 vor. Die Sensorplatte 156 weist mehrere gekrümmte Wandabschnitte 188 auf, die mit verschiedenen Radien, bezogen auf das Zentrum 176 des Doppelantriebsrades 54, um den Außenumfang 160 der ringförmigen Scheibe 152 angeordnet sind. Die verschiedenen Radien der gekrümmten Wandabschnitte 188 der Sensorplatte 156 ermöglichen, unter Verwendung eines Stellungssensors, wie etwa eines Hall-Sensors, die Drehstellung des Doppelantriebsrades 54 zu messen und damit den Gangbereich und die Betriebsart des EMOD-Verteilergetriebes 10 zu erfassen.
Die Verzahnung 166 am Außenumfang 160 der ringförmigen Scheibe 152 überspannt einen Abschnitt des Außenumfangs 160, und die gekrümmten Wandabschnitte 188 der Sensorplatte 156 weisen einen ersten gekrümmten Wandabschnitt 188-1 auf, der diesen Abschnitt des Außenumfangs 160 überspannt. Kurz unter Bezugnahme auf 17 und 18: Die Verzahnung 166 befindet sich bei einem ersten Radius R1, bezogen auf das Zentrum 176 des Doppelantriebsrades 54, und der erste gekrümmte Wandabschnitt 188-1 befindet sich bei einem zweiten Radius R2, bezogen auf das Zentrum 176 des Doppelantriebsrades 54. Der zweite Radius R2 des ersten gekrümmten Wandabschnitts 188-1 ist größer oder gleich dem ersten Radius R1 der Verzahnung 166, was ein einstückiges Formen der ringförmigen Scheibe 152 und der Sensorplatte 156 ermöglicht (d. h. dass diese Komponenten zusammen als ein Einzelteil geformt werden).
Nun mit Bezug auf 2-7, 17 und 18: Das Doppelantriebsrad 54 weist überdies ein Paar Nasen 190 auf, die von der Innenfläche 172 der Doppelantriebsradnabe 154 vorstehen, und ein Paar Endanschläge 192, die von der ersten axialen Stirnfläche 162 der ringförmigen Scheibe 152 vorstehen. Wie am besten in 6 und 7 dargestellt ist, greifen die Nasen 190 an der Doppelantriebsradnabe 154 in den Ringschlitz 84 am Träger 62 ein, um das Doppelantriebsrad 54 auf dem Träger 62 festzuhalten. Um die Nasen 90 in den Ringschlitz 84 einzuführen, wird das Doppelantriebsrad 54 zunächst in Bezug auf den Träger 62 derart positioniert, dass die Nasen 190 zu den axialen Schlitzen 82 im Träger 62 ausgerichtet sind, wie in 6 gezeigt. Dann wird das Doppelantriebsrad 54 auf den hohlzylindrischen Körper 72 des Trägers 62 geschoben, bis die Nasen 190 in den axialen Schlitzen 82 aufgenommen und zum Ringschlitz 84 ausgerichtet sind. Das Doppelantriebsrad 54 wird dann so gedreht, dass die Nasen 190 im Ringschlitz 84 gesichert sind, wie in 7 gezeigt.
Wie am besten in 17 und 18 dargestellt, greifen die Endanschläge 192 am Doppelantriebsrad 54 in ein zweites Untersetzungsgetrieberad 194 des Untersetzungsgetriebesatzes 60 ein, um den Drehweg des Doppelantriebsrades 54 zu begrenzen. Jeder der Endanschläge 192 am Doppelantriebsrad 54 erstreckt sich von einer der gekrümmten Wände 184 an der Doppelantriebsradnabe 154 bis zum Außenumfang 160 der ringförmigen Scheibe 152. Zudem weist jeder Endanschlag 192 eine gekrümmte Seitenfläche 196 mit einem Krümmungsradius auf, der ungefähr gleich jenem des zweiten Untersetzungsgetrieberades 194 ist, sodass jeder Endanschlag 192 mit mehreren Zähnen 198 am zweiten Untersetzungsgetrieberad 194 gleichzeitig in Kontakt steht.
Nun mit Bezug auf 4, 5, 15 und 16: Das Doppelantriebsrad 54 weist überdies ein Paar Federaktoren 200 und ein Paar Bewegungsbegrenzer 202, die von der zweiten axialen Stirnfläche 164 der ringförmigen Scheibe 152 vorstehen, auf. Jeder der Federaktoren 200 weist eine gekrümmte Wand 204 auf, die parallel zu und radial nach innen im Abstand vom ersten gekrümmten Wandabschnitt 188-1 der Sensorplatte 156 angeordnet ist. Jeder der Bewegungsbegrenzer 202 weist eine ebene Wand 206 auf, die sich von einem der gekrümmten Wandabschnitte 188 der Sensorplatte 156 radial nach innen erstreckt und an einen der Federaktoren 200 stößt.
Wie in 15 und 16 gezeigt, erstrecken sich die Federaktoren 200 am Doppelantriebsrad 54 durch die am Ende offenen Schlitze 130 in den Gabeln 126 der Federhalterung 122 an der Schaltmuffe 66. Während sich das Doppelantriebsrad 54 dreht, drücken die Federaktoren 200 am Doppelantriebsrad 54 die Druckfeder 68 zusammen, wie in 16 gezeigt, und übertragen dadurch Drehmoment vom Doppelantriebsrad 54 auf die Schaltmuffe 66, wodurch sich die Schaltmuffe 66 dreht. Durch die mittels der Druckfeder 68 erfolgende Übertragung von Drehmoment vom Doppelantriebsrad 54 auf die Schaltmuffe 66 werden ein unerwünschtes Aneinanderschlagen von Zähnen oder ein unerwünschtes Blockieren des Schaltvorgangs, die sonst bei einem Bereichswechsel auftreten können, vermieden. Die Bewegungsbegrenzer 202 am Doppelantriebsrad 54 gelangen mit den Gabeln 126 an der Schaltmuffe 66 in Eingriff, um das Ausmaß zu begrenzen, in dem sich das Doppelantriebsrad 54 relativ zur Schaltmuffe 66 drehen kann.
Nun zu 1A, 1B und 2: Der Betriebsartkupplungsaktor 56 wandelt die Drehkraft (oder das Drehmoment) des Doppelantriebsrades 54 in eine Axialkraft um, die auf die Betriebsartkupplung 28 ausgeübt wird, um die Betriebsart des EMOD-Verteilergetriebes 10 (z. B. zwischen 2WD und 4WD) zu wechseln. Der Betriebsartkupplungsaktor 56 weist einen Basisnocken 208 und einen aufgesetzten Nocken 210 auf. Der Basisnocken 208 weist einen ringförmigen Körper 212 auf, und der aufgesetzte Nocken 210 weist einen ringförmigen Körper 214 und ein Paar runder Vorsprünge 216, die von dem ringförmigen Körper 214 radial nach außen vorstehen, auf. Wenn sich das Doppelantriebsrad 54 innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches dreht, gelangen die Kanten 186 an den gekrümmten Wänden 184 der Doppelantriebsradnabe 154 mit den runden Vorsprüngen 216 am aufgesetzten Nocken 210 in Eingriff oder außer Eingriff. Der aufgesetzte Nocken 210 wiederum dreht sich relativ zum Basisnocken 208, was zur Folge hat, dass sich der aufgesetzte Nocken 210 in Abhängigkeit von der Drehrichtung in einer von der ersten und zweiten Achsenrichtung, A1 oder A2, bewegt. Weitere Erläuterungen zu Kupplungsaktoren, die dem Betriebsartkupplungsaktor 56 ähnlich sind oder mit diesem identisch sind, können dem US-Patent mit der Veröffentlichungsnummer. 2015/0 158 383 entnommen werden, das durch diese Bezugnahme hier mit eingeschlossen sei (siehe Kupplungsaktoren 388, 488 in 8, 9 und 11 der '383er Veröffentlichung).
Mit zusätzlicher Bezugnahme auf 17 und 18: Der Untersetzungsgetriebesatz 60 koppelt das Doppelantriebsrad 54 an den Schaltmotor 58. Der Untersetzungsgetriebesatz 60 umfasst mehrere Untersetzungsgetrieberäder 218, darunter das erste Untersetzungsgetrieberad 170 und das zweite Untersetzungsgetrieberad 194. Der Schaltmotor 58 treibt die Untersetzungsgetrieberäder 218 an, um das Doppelantriebsrad 54 zu drehen und dadurch den Gangbereich und die Betriebsart des EMOD-Verteilergetriebes 10 in Reaktion auf ein Steuersignal von einer elektronischen Steuerung zu schalten.
Unter Bezugnahme auf 1B, 2-5, 8 und 9 wird nun die Funktionsweise des EMOD-Verteilergetriebes 10 ausführlich beschrieben. Wenn die Schaltmuffe 66 so ausgerichtet ist, dass die Vorsprünge 100 an der Schaltgabel 64 mit den zweiten Endanschlägen 150 an der Innenfläche 118 der Schaltmuffe 66 in Eingriff stehen, befindet sich das EMOD-Verteilergetriebe 10 im 4WD-Modus, Straßenuntersetzung. Wenn dann der Schaltmotor 58 das Doppelantriebsrad 54 im Uhrzeigersinn dreht, dreht das Doppelantriebsrad 54 die Schaltmuffe 66 im Uhrzeigersinn, nämlich durch die Druckfeder 68. Die Vorsprünge 100 an der Schaltgabel 64 wiederum bewegen sich entlang der zweiten Rippen 148 an der Innenfläche 118 der Schaltmuffe 66. Dabei lösen sich die gekrümmten Wände 184 am Doppelantriebsrad 54 von den runden Vorsprüngen 216 am aufgesetzten Nocken 210, sodass sich der aufgesetzte Nocken 210 im Uhrzeigersinn relativ zum Basisnocken 208 dreht. Der aufgesetzte Nocken 210 wiederum bewegt sich in der zweiten Achsenrichtung A2 auf den Basisnocken 208 zu, der die Betriebsartkupplung 28 freigibt und dadurch die Betriebsart des EMOD-Verteilergetriebes 10 von 4WD zu 2WD umschaltet. Infolgedessen ist das EMOD-Verteilergetriebe 10 im 2WD-Modus, Straßenuntersetzung.
Wenn sich die Schaltmuffe 66 im Uhrzeigersinn weiterdreht, gehen die Vorsprünge 100 an der Schaltgabel 64 vom Eingriff mit den zweiten Rippen 148 an der Schaltmuffe 66 zum Eingriff mit den inneren Stegen 140 an der Schaltmuffe 66 über. Während sich die Vorsprünge 100 an der Schaltgabel 64 entlang der inneren Stege 140 an der Schaltmuffe 66 bewegen, wenn sich die Schaltmuffe 66 im Uhrzeigersinn dreht, bewegen sich die Schaltgabel 64 und die Untersetzungsnabe 26 in der ersten Achsenrichtung A1. Im Gegenzug gelangt das äußere Keilverzahnungsprofil 38 an der Untersetzungsnabe 26 außer Eingriff mit dem inneren Keilverzahnungsprofil 40 an der Eingangswelle 12. Dadurch wird der Bereich des EMOD-Verteilergetriebes 10 von Geländeuntersetzung zu neutral geschaltet.
Während sich die Vorsprünge 100 an der Schaltgabel 64 entlang der inneren Stege 140 an der Schaltmuffe 66 weiterbewegen, wenn sich die Schaltmuffe 66 im Uhrzeigersinn dreht, bewegen sich die Schaltgabel 64 und die Untersetzungsnabe 26 weiter in der ersten Achsenrichtung A1. Im Gegenzug gelangt das äußere Keilverzahnungsprofil 38 an der Untersetzungsnabe 26 mit dem inneren Keilverzahnungsprofil 42 am Trägerrad 34 in Eingriff. Dadurch wird der Bereich des EMOD-Verteilergetriebes 10 von neutral zu Geländeuntersetzung geschaltet. Somit ist das EMOD-Verteilergetriebe 10 im 2WD-Modus, Geländeuntersetzung.
Wenn sich die Schaltmuffe 66 im Uhrzeigersinn weiterdreht, gehen die Vorsprünge 100 an der Schaltgabel 64 vom Eingriff mit den inneren Stegen 140 an der Schaltmuffe 66 zum Eingriff mit den ersten Rippen 144 an der Innenfläche 118 der Schaltmuffe 66 über. Wenn sich die Vorsprünge 100 an der Schaltgabel 64 entlang der ersten Rippen 144 an der Schaltmuffe 66 bewegen, gelangen die gekrümmten Wände 184 am Doppelantriebsrad 54 mit den runden Vorsprüngen 216 am aufgesetzten Nocken 210 in Eingriff, sodass sich der aufgesetzte Nocken 210 im Uhrzeigersinn relativ zum Basisnocken 208 dreht. Der aufgesetzte Nocken 210 wiederum bewegt sich in der ersten Achsenrichtung A2 vom Basisnocken 208 weg, der die Betriebsartkupplung 28 betätigt und dadurch die Betriebsart des EMOD-Verteilergetriebes 10 von 2WD zu 4WD umschaltet. Wenn die Vorsprünge 100 an der Schaltgabel 64 mit den ersten Endanschlägen 146 an der Innenfläche 118 der Schaltmuffe 66 in Eingriff stehen, befindet sich also das EMOD-Verteilergetriebe 10 im 4WD-Modus, Geländeuntersetzung.
Der vorstehend beschriebene Vorgang kann umgekehrt werden, indem der Schaltmotor 58 so gesteuert wird, dass sich das Doppelantriebsrad 54 im Gegenuhrzeigersinn dreht, um das EMOD-Verteilergetriebe 10 von 4WD, Geländeuntersetzung über 2WD, Geländeuntersetzung zu neutral, zu 2WD, Straßenuntersetzung und schließlich zu 4WD, Straßenuntersetzung zu schalten.
Die vorangehende Beschreibung ist lediglich veranschaulichender Art und soll in keiner Weise die Offenbarung, ihre Anwendungsmöglichkeiten oder Verwendungen einschränken. Die weit gefassten Lehren der Offenbarung können in vielfältiger Form umgesetzt werden. Deshalb sollte, obwohl diese Offenbarung besondere Beispiele beinhaltet, der wahre Umfang der Offenbarung nicht darauf beschränkt werden, da bei eingehender Betrachtung der Zeichnung, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche weitere Abwandlungen offensichtlich werden. Es versteht sich, dass ein oder mehrere Schritte bei einem Verfahren in einer anderen Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern. Ferner gilt, obwohl jede der Ausführungsformen vorstehend als bestimmte Merkmale aufweisend beschrieben ist, kann jedes einzelne oder können mehrere dieser mit Bezug auf eine Ausführungsform der Offenbarung beschriebenen Merkmale in Merkmalen einer der anderen Ausführungsformen implementiert und/oder mit Merkmalen einer der anderen Ausführungsformen kombiniert werden, auch wenn diese Kombination nicht ausdrücklich beschrieben ist. Mit anderen Worten, die beschriebenen Ausführungsformen schließen sich nicht gegenseitig aus, und Permutationen bei einer oder mehrerer Ausführungsformen untereinander bleiben innerhalb des Schutzbereiches dieser Offenbarung.
Räumliche und funktionale Beziehungen zwischen Elementen (beispielsweise zwischen Modulen, Schaltungselementen, Halbleiterschichten usw.) werden unter Verwendung verschiedener Ausdrücke beschrieben, darunter „verbunden“, „in Eingriff stehend“, „gekoppelt“, „benachbart“, „neben“, „auf“, „über“, „unter“ und „angeordnet“. Wenn in der vorstehenden Offenbarung eine Beziehung zwischen einem ersten und einem zweiten Element beschrieben ist, kann diese Beziehung, falls sie nicht ausdrücklich als „direkt“ beschrieben ist, eine direkte Beziehung sein, bei der keine anderen dazwischenliegenden Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element vorhanden sind, kann aber auch eine indirekte Beziehung sein, bei der ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente (entweder räumlich oder funktional) zwischen dem ersten und dem zweiten Element vorhanden sind. Wie hier verwendet, sollte die Wendung „mindestens eines von A, B und C“ so ausgelegt werden, dass sie eine Logik (A ODER B ODER C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen ODERs bedeutet, und nicht so ausgelegt werden, dass sie „mindestens eines von A, mindestens eines von B und mindestens eines von C“ bedeutet.

Claims

Verteilergetriebe, umfassend: einen Träger mit einem Sockel, der dafür eingerichtet ist, an einem Gehäuse des Verteilergetriebes fixiert zu werden, und einem hohlzylindrischen Körper, der von dem Sockel in einer ersten Achsenrichtung vorsteht, wobei der hohlzylindrische Körper ein Paar axialer Schlitze abgrenzt, die sich in der ersten Achsenrichtung erstrecken; eine Schaltgabel mit einem bogenförmigen Körper und einem Paar Vorsprünge, die von dem bogenförmigen Körper in entgegengesetzten Richtungen radial nach außen vorstehen, wobei die Vorsprünge dafür eingerichtet sind, sich durch die axialen Schlitze im hohlzylindrischen Körper des Trägers zu erstrecken; eine Untersetzungsnabe mit einem Paar Flansche, die eine Ringnut abgrenzen, die dafür eingerichtet ist, den bogenförmigen Körper der Schaltgabel aufzunehmen, einem inneren Keilverzahnungsprofil, das dafür eingerichtet ist, mit einer ersten Abtriebswelle in Eingriff zu stehen, und einem äußeren Keilverzahnungsprofil, das dafür eingerichtet ist, mit einer/einem von einer Eingangswelle und einem über ein Planetengetriebe mit der Eingangswelle gekoppelten Trägerrad in Eingriff zu stehen; eine Schaltmuffe mit einem ringförmigen Körper mit einer Innenfläche und einer Außenfläche, wobei die Innenfläche ein Paar innerer Stege definiert, die dafür eingerichtet sind, die distalen Enden der Vorsprünge an der Schaltgabel aufzunehmen; ein Doppelantriebsrad mit einer ringförmigen Scheibe, die eine Vielzahl von Zähnen aufweist, die entlang eines Außenumfangs davon angeordnet und dafür eingerichtet sind, in ein von einem Schaltmotor angetriebenes Untersetzungsgetrieberad einzugreifen; und eine Doppelantriebsradnabe mit einer Ringwand, die an einem Innenumfang der ringförmigen Scheibe angebracht ist, einem Paar gekrümmter Wände, die von der Ringwand in der ersten Achsenrichtung vorstehen und dafür eingerichtet sind, einen Betriebsartkupplungsaktor des Verteilergetriebes zu betätigen, um eine zweite Abtriebswelle in Eingriff oder außer Eingriff zu bringen, und einem Paar Nasen, die von der Ringwand radial nach innen ragen und dafür eingerichtet sind, in einen Ringschlitz in einer Außenfläche des hohlzylindrischen Körpers des Trägers einzugreifen, um das Doppelantriebsrad auf dem Träger festzuhalten.
Verteilergetriebe nach Anspruch 1, weiter eine Sensorplatte umfassend, die von der ringförmigen Scheibe in einer zweiten Achsenrichtung, entgegengesetzt zur ersten Achsenrichtung, vorsteht und sich um den Außenumfang der ringförmigen Scheibe erstreckt.
Verteilergetriebe nach Anspruch 2, wobei das Doppelantriebsrad weiter ein Paar Federaktoren und ein Paar Bewegungsbegrenzer, die von der ringförmigen Scheibe in der zweiten Achsenrichtung vorstehen, aufweist, wobei jeder der Federaktoren eine gekrümmte Wand aufweist, die parallel zu und radial nach innen im Abstand von der Sensorplatte ist, und jeder der Bewegungsbegrenzer eine ebene Wand aufweist, die sich von der Sensorplatte radial nach innen erstreckt und an einen der Federaktoren stößt.
Verteilergetriebe nach Anspruch 3, wobei das Doppelantriebsrad, die Doppelantriebsradnabe und die Sensorplatte zusammen als ein Einzelteil geformt sind.
Verteilergetriebe nach Anspruch 3, weiter eine Druckfeder umfassend, die dafür eingerichtet ist, Drehmoment vom Doppelantriebsrad auf die Schaltmuffe zu übertragen.
Verteilergetriebe nach Anspruch 4, wobei die Schaltmuffe eine Halterung aufweist, die dafür eingerichtet ist, die Druckfeder um die Außenfläche des ringförmigen Körpers der Schaltmuffe angeordnet zu halten, wobei die Halterung ein Paar Gabeln aufweist, die im Abstand voneinander um die Außenfläche der Schaltmuffe angeordnet sind, wobei jede der Gabeln einen am Ende offenen Schlitz abgrenzt, der dafür eingerichtet ist, einen der Federaktoren am Doppelantriebsrad aufzunehmen.
Verteilergetriebe nach Anspruch 6, wobei die Bewegungsbegrenzer am Doppelantriebsrad dafür eingerichtet sind, mit den Gabeln an der Schaltmuffe in Eingriff zu gelangen, um die Drehung des Doppelantriebsrades relativ zur Schaltmuffe zu begrenzen.
Verteilergetriebe, umfassend: einen Träger mit einem Sockel, der dafür eingerichtet ist, an einem Gehäuse des Verteilergetriebes fixiert zu werden, und einem hohlzylindrischen Körper, der von dem Sockel in einer ersten Achsenrichtung vorsteht, wobei der hohlzylindrische Körper ein Paar axialer Schlitze abgrenzt, die sich in der ersten Achsenrichtung erstrecken; eine Schaltgabel mit einem bogenförmigen Körper und einem Paar Vorsprünge, die von dem bogenförmigen Körper in entgegengesetzten Richtungen radial nach außen vorstehen, wobei die Vorsprünge dafür eingerichtet sind, sich durch die axialen Schlitze im hohlzylindrischen Körper des Trägers zu erstrecken; wobei der bogenförmige Körper und die Vorsprünge zusammen als ein Einzelteil geformt sind; eine Untersetzungsnabe mit einem Paar Flansche, die eine Ringnut abgrenzen, die dafür eingerichtet ist, den bogenförmigen Körper der Schaltgabel aufzunehmen, einem inneren Keilverzahnungsprofil, das dafür eingerichtet ist, mit einer ersten Abtriebswelle in Eingriff zu stehen, und einem äußeren Keilverzahnungsprofil, das dafür eingerichtet ist, mit einer/einem von einer Eingangswelle und einem über ein Planetengetriebe mit der Eingangswelle gekoppelten Trägerrad in Eingriff zu stehen; eine Schaltmuffe mit einem ringförmigen Körper mit einer Innenfläche und einer Außenfläche, wobei die Innenfläche ein Paar innerer Stege definiert, die dafür eingerichtet sind, die distalen Enden der Vorsprünge an der Schaltgabel aufzunehmen; ein Doppelantriebsrad mit einer ringförmigen Scheibe, die eine Vielzahl von Zähnen aufweist, die entlang eines Außenumfangs davon angeordnet und dafür eingerichtet sind, in ein von einem Schaltmotor angetriebenes Untersetzungsgetrieberad einzugreifen; und eine Doppelantriebsradnabe mit einer Ringwand, die um einen Innenumfang der ringförmigen Scheibe angeordnet ist, und einem Paar gekrümmter Wände, die von der Ringwand in der ersten Achsenrichtung vorstehen und dafür eingerichtet sind, einen Betriebsartkupplungsaktor des Verteilergetriebes zu betätigen, um eine zweite Abtriebswelle in Eingriff oder außer Eingriff zu bringen.
Verteilergetriebe nach Anspruch 8, wobei jedes der distalen Enden der Vorsprünge an der Schaltgabel ein Paar einander gegenüberliegender abgeschrägter Kanten aufweist, das dafür eingerichtet ist, in ein Paar einander gegenüberliegender geneigter Flächen eines der inneren Stege an der Schaltmuffe einzugreifen.
Verteilergetriebe nach Anspruch 8, wobei die gesamte Schaltgabel mittels eines einzigen Druckgussvorgangs aus Aluminium hergestellt ist.
Verteilergetriebe nach Anspruch 8, weiter eine Sensorplatte umfassend, die von der ringförmigen Scheibe in einer zweiten Achsenrichtung, entgegengesetzt zur ersten Achsenrichtung, vorsteht und sich um den Außenumfang der ringförmigen Scheibe erstreckt.
Verteilergetriebe nach Anspruch 11, wobei das Doppelantriebsrad weiter ein Paar Federaktoren und ein Paar Bewegungsbegrenzer, die von der ringförmigen Scheibe in der zweiten Achsenrichtung vorstehen, aufweist, wobei jeder der Federaktoren eine gekrümmte Wand aufweist, die parallel zu und radial nach innen im Abstand von der Sensorplatte ist, und jeder der Bewegungsbegrenzer eine ebene Wand aufweist, die sich von der Sensorplatte radial nach innen erstreckt und an einen der Federaktoren stößt.
Verteilergetriebe nach Anspruch 12, wobei das Doppelantriebsrad, die Doppelantriebsradnabe und die Sensorplatte zusammen als ein Einzelteil geformt sind.