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Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die ein Differenzial aufweist, das mittels einer Seitenwelle mit einem Abtriebsteil der Getriebevorrichtung, insbesondere mit einem Rad des Kraftfahrzeugs, verbindbar oder verbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung eine Kopplungseinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Seitenwelle wahlweise mit dem Abtriebsteil zu koppeln oder die Seitenwelle von dem Abtriebsteil zu entkoppeln, wobei die Kopplungseinrichtung ein zwischen wenigstens zwei Kopplungspositionen bewegbares Kopplungselement aufweist, das für die Kopplung zwischen Seitenwelle und Abtriebsteil und für eine Sperrung des Differenzials vorgesehen ist,
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Getriebevorrichtungen für Kraftfahrzeuge, die eine Kopplungseinrichtung aufweisen, um wahlweise einen Antriebsteil der Getriebevorrichtung mit einem Abtriebsteil zu koppeln oder die Kopplung zu trennen, sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Einrichtungen können auch als „disconnect unit“ bzw. „power disconnect unit“ bezeichnet oder verstanden werden. Durch die Entkopplung kann ein effizienterer Betrieb gewährleistet werden, beispielsweise in Betriebssituationen in denen ein aktiver Antrieb der Seitenwelle bzw. des Rads des Kraftfahrzeugs nicht erfolgen soll. Durch die Entkopplung kann die Anzahl der drehenden Teile, die beispielsweise von dem Kraftfahrzeug in einem bewegten Zustand mitgeschleppt werden müssen, verringert werden, sodass sich die Effizienz des Kraftfahrzeugs verbessern lässt.
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US 2019 / 0 176 619 A1 offenbart eine Zwischenachsdifferentialanordnung zur Verteilung von Drehmoment zwischen einer vorderen Antriebsachse und einer hinteren Antriebsachse in einem Kraftfahrzeug.
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In
DE 11 2017 004 344 T5 beschreibt ein Entkopplungs- und Differentialsperrungssystem, das eine Achshalbwelle und ein Differential-Achswellenrad umfasst.
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DE 37 33 153 A1 legt eine Vorrichtung zum wahlweisen Zu- und Abschalten des Drehmomentflusses an der Welle von angetriebenen Kraftfahrzeugrädern dar.
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WO 2014 / 080 279 A1 legt einen ADD Mechanismus und einen Generatormotor zwischen einem Frontdifferential und einem Frontrad eines allradgetriebenen Fahrzeugs dar.
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Aus dem Stand der Technik ist ferner bekannt, dass in verschiedenen Betriebszuständen ein Sperren bzw. Überbrücken des Differenzials vorteilhaft ist. Für derartige Sperreinrichtungen, die das Differenzial sperren können, wird üblicherweise eine eigene zusätzliche Einrichtung erforderlich, sodass für die Kopplungseinrichtung und eine solche Sperreinrichtung getrennte Stellelemente, Aktoren und dergleichen vorgesehen sein müssen. Dies ist in Bezug auf die Teileanzahl, die Montage, den benötigten Bauraum und somit den Kosten- und Herstellungsaufwand nachteilig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine demgegenüber verbesserte Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch eine Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Wie beschrieben betrifft, die Erfindung eine Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Differenzial und einer Kopplungseinrichtung mittels der die Kopplung zwischen einer Seitenwelle, die mit dem Differenzial verbunden ist, und einem Abtriebsteil der Getriebevorrichtung wahlweise hergestellt oder getrennt werden kann, d.h., dass der Abtriebsteil wahlweise an die Seitenwelle gekoppelt oder von dieser entkoppelt werden kann. Die Seitenwelle und der Abtriebsteil können beide als Wellen ausgeführt sein, wobei diese mittels der Kopplungseinrichtung aneinander gekoppelt oder voneinander getrennt werden können. Der Abtriebsteil ist beispielsweise mit einem Rad des Kraftfahrzeugs verbunden. Wird die Kopplungseinrichtung somit geöffnet bzw. entkoppelt, besteht keine Drehmomentübertragung zwischen dem Rad bzw. dem Abtriebsteil und der restlichen Getriebevorrichtung. Drehmoment kann beispielsweise von einer Antriebseinrichtung auf einen Eingang des Differenzials übertragen werden und der grundsätzlichen Funktion des Differenzials entsprechend auf die Seitenwelle bzw. zwei Seitenwellen übertragen werden. In einem abweichenden Betriebszustand, beispielsweise einem Schubzustand, kann auch Drehmoment bei geschlossener Kopplungseinrichtung von dem Rad über die Seitenwelle in die Getriebevorrichtung eingeleitet werden, zum Beispiel zur Rekuperation. Ist die Kopplungseinrichtung geöffnet, besteht keine Verbindung zwischen dem Abtriebsteil und der restlichen Getriebevorrichtung.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Kopplungseinrichtung ein zwischen wenigstens zwei Kopplungspositionen bewegbares Kopplungselement aufweist, das für die Kopplung zwischen Seitenwelle und Abtriebsteil und für eine Sperrung des Differenzials vorgesehen ist. Mit anderen Worten schlägt die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung vor, dasselbe Kopplungselement für die Sperrung des Differenzials und für die Funktion der Kopplung zwischen Seitenwelle und Abtriebsteil zu verwenden. Das Kopplungselement kann dazu in verschiedene Kopplungspositionen bewegt werden, in denen das Kopplungselement die verschiedenen Aufgaben erfüllt. Hierbei können wenigstens zwei Kopplungspositionen vorgesehen sein, in denen beispielsweise eine Entkopplung zwischen Seitenwelle und Abtriebsteil vorliegt, wobei in wenigstens einer zweiten Kopplungsposition eine Sperrung des Differenzials und eine Kopplung zwischen Seitenwelle und Abtriebsteil vorgenommen werden kann. Wie nachfolgend beschrieben wird, können weitere Kopplungspositionen des Kopplungselements vorgesehen sein, um verschiedene Betriebszustände der Getriebevorrichtung abbilden zu können.
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Im Gegensatz zu weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Getriebevorrichtungen müssen somit nicht getrennte Systeme für die Kopplung zwischen Seitenwelle und Abtriebsteil und für eine Sperrwirkung seitens des Differenzials vorgehalten werden. Stattdessen schlägt die Erfindung vor, ein Kopplungselement sowohl für die Kopplung zwischen Seitenwelle und Abtriebsteil als auch für die wahlweise Sperrung des Differenzials vorzusehen. Dementsprechend ist auch nur genau ein Aktor erforderlich, um das bewegbare Kopplungselement in die gewünschte Kopplungsposition zu bewegen. Dies reduziert den Herstellungsaufwand, die Teileanzahl und den Montageaufwand, da die Kopplungseinrichtung als solche beispielsweise modular aufgebaut und an der restlichen Getriebevorrichtung angeordnet werden kann. Der Aktor kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein, zum Beispiel kann das Kopplungselement pneumatisch, hydraulisch, elektromagnetisch oder elektromechanisch bewegt werden, wobei der Aktor zur Erzeugung einer entsprechenden Bewegung ausgebildet sein kann.
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Wie zuvor beschrieben, kann das Kopplungselement in verschiedene Kopplungsposition bewegt werden, um verschiedene Zustände der Getriebevorrichtung bzw. der Kopplungseinrichtung einzustellen bzw. zu realisieren. Nach einer Ausgestaltung der Getriebevorrichtung kann vorgesehen sein, dass das Kopplungselement in einer ersten Kopplungsposition, insbesondere einer Trennstellung, die Seitenwelle von dem Abtriebsteil entkoppelt, insbesondere bei geöffnetem Differenzial. Die Ausgestaltung sieht somit vor, dass in der ersten Kopplungsposition die Seitenwelle von dem Abtriebsteil entkoppelt ist, d.h., dass kein Drehmoment von der Seitenwelle auf den Abtriebsteil oder umgekehrt übertragen werden kann. Die erste Kopplungsposition kann bei geöffnetem Differenzial eingenommen werden, d.h., dass das Kopplungselement so gestellt ist, dass eine Schaltstelle zwischen Seitenwelle und Abtriebsteil geöffnet ist und auch eine weitere Schaltstelle, mit der das Differenzial gesperrt bzw. sperrbar ist, geöffnet bleibt.
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Das Kopplungselement kann weiter in eine zweite Kopplungsposition bewegt werden, insbesondere in eine Kopplungsstellung, wobei das Kopplungselement in einer zweiten Kopplungsposition die Seitenwelle mit dem Abtriebsteil koppelt, insbesondere bei geöffnetem Differenzial. Die zweite Kopplungsposition, die auch als Kopplungsstellung bezeichnet werden kann, sieht vor, dass das Kopplungselement die Kopplung zwischen Seitenwelle und Abtriebsteil herstellt. In diesem Zustand können zwischen Seitenwelle und Abtriebsteil Drehmomente übertragen werden. Die Kopplungsstellung kann insbesondere bei geöffnetem Differenzial realisiert werden, das bedeutet, dass das Differenzial nicht gesperrt ist und seine übliche Funktion ausführen kann. In der Kopplungsstellung kann beispielsweise ein Antrieb des Abtriebsteils über eine Antriebseinrichtung erfolgen. Hierzu kann Drehmoment auf den Eingang des Differenzials aufgegeben werden, welches Drehmoment über das Differenzial in die Seitenwelle und somit in den gekoppelten Abtriebsteil übertragen werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform der Getriebevorrichtung kann vorsehen, dass das Kopplungselement in einer dritten Kopplungsposition, insbesondere einer gekoppelten Sperrstellung, einen Eingang des Differenzials, insbesondere einen Differenzialkorb, mit der Seitenwelle und/oder dem Abtriebsteil koppelt, insbesondere bei hergestellter Kopplung zwischen Seitenwelle und Abtriebsteil. Die beschriebene gekoppelte Sperrstellung stellt somit einen Betriebszustand der Getriebevorrichtung dar, in dem die Kopplung zwischen Seitenwelle und Abtriebsteil hergestellt ist und gleichzeitig eine Sperrung des Differenzials bzw. eine Überbrückung des Differenzials realisiert wird. In diesem Betriebszustand ist somit zum einen das Differenzial überbrückt und zum anderen die Seitenwelle mit dem Abtriebsteil gekoppelt. In diesem Betriebszustand können Drehmomente, die in das Differenzial eingeleitet werden, direkt, beispielsweise durch die direkte Kopplung zwischen Differenzialkorb und Seitenwelle bzw. Abtriebsteil, an den Abtrieb übertragen werden. Die Differenzialwirkung ist in diesem Zustand gesperrt. In dem beschriebenen Zustand kann das Kopplungselement beispielsweise beide Schaltstellen gleichzeitig schließen, zum Beispiel eine Schaltstelle, die für das Ankoppeln des Differenzials an die Seitenwelle bzw. den Abtriebsteil vorgesehen ist und die Schaltstelle, die für das Ankoppeln zwischen Seitenwelle und Abtriebsteil vorgesehen ist, gleichzeitig schließen. Die beiden Schaltstellen können in Axialrichtung benachbart angeordnet sein.
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Bei der Getriebevorrichtung ist eine vierte Kopplungsposition vorgesehen sein, in die das Kopplungselement bewegt wird . Hierzu kann das Kopplungselement in einer vierten Kopplungsposition, insbesondere einer entkoppelten Sperrstellung, bei getrennter Kopplung zwischen Seitenwelle und Abtriebsteil einen Eingang des Differenzials, insbesondere über einen Differenzialkorb, mit der Seitenwelle koppeln. In diesem Betriebszustand ist somit die Kopplung zwischen Seitenwelle und Abtriebsteil getrennt, sodass keine Drehmomente zwischen dem Abtriebsteil und der Seitenwelle übertragen werden können. Das Differenzial befindet sich jedoch in einer Sperrstellung, in der der Differenzialkorb mit der Seitenwelle gekoppelt sein kann, sodass die Differenzialwirkung aufgehoben ist, sodass Drehmomente von dem Differenzialeingang direkt auf die Seitenwelle übertragen werden.
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In der vierten Kopplungsposition sind spezifische Betriebszustände bzw. Fahrmanöver realisierbar. Es wird ein so genannter „Tank-Turn“ realisiert bzw. nachgebildet, bei dem zusätzlich mittels einer Bremseinrichtung des Kraftfahrzeugs bzw. einer der Getriebevorrichtung zugeordneten Bremseinrichtung das lose Rad, das mit dem entkoppelten Abtriebsteil verbunden ist, (fest-) gebremst wird. Durch Drehmomentübertragung auf das Differenzial, das in der entkoppelten Sperrstellung direkt mit der Seitenwelle gekoppelt ist, kann Drehmoment auf den gegenüberliegenden Abtriebsteil übertragen und das mit dem gegenüberliegenden Abtriebsteil verbundene Rad gedreht werden während das Rad, das mit dem entkoppelten Abtriebsteil verbunden ist, zumindest teilweise, insbesondere vollständig, gebremst wird. Letztlich ist somit eine Bewegung des Kraftfahrzeugs um das gebremste entkoppelte Rad möglich. Die vierte Kopplungsposition kann ferner für jedwede weitere Betriebszustände verwendet werden, die die Sperrung des Differenzials bei gleichzeitiger Entkopplung des Abtriebsteils voraussetzen bzw. für die eine derartige Konfiguration vorteilhaft ist.
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Die beschriebenen Kopplungspositionen können beliebig eingenommen werden, d.h., dass beliebig aus den unterschiedlichen Kopplungspositionen ineinander übergegangen werden kann. Zum Beispiel kann das bewegbare Kopplungselement sequenziell in die einzelnen Kopplungspositionen bewegt werden. Die Kopplungspositionen können beispielsweise in Bezug auf eine Drehachse der Seitenwelle oder des Abtriebsteils, insbesondere linear, hintereinander angeordnet sein. Mit anderen Worten kann das Kopplungselement stets in die gewünschte Kopplungsposition bewegt werden, um den damit einhergehenden Betriebszustand zu realisieren. Die zuvor beschriebenen vier Kopplungspositionen können in der Reihenfolge ihrer Nennung angeordnet sein, sodass das Kopplungselement beispielsweise aus der ersten Kopplungsposition in die zweite Kopplungsposition, von der zweiten Kopplungsposition in die dritte Kopplungsposition und von der dritten Kopplungsposition in die vierte Kopplungsposition überführt werden kann und umgekehrt. Hierbei ist es selbst verständlich möglich, aus den einzelnen Kopplungspositionen auch in die gegenüberliegende Richtung überzugehen, beispielsweise aus der dritten Kopplungsposition wahlweise in die vierte Kopplungsposition oder die zweite Kopplungsposition. Die beschriebenen Kopplungspositionen können auch anderweitig angeordnet und bezeichnet werden. Grundsätzlich sind die Zuordnungen „erste“, „zweite“, „dritte“, „vierte“ Kopplungsposition beliebig austauschbar bzw. änderbar.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Getriebevorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Kopplungseinrichtung außerhalb des Differenzials angeordnet ist, insbesondere koaxial zu der Seitenwelle und/oder dem Abtriebsteil angeordnet ist. Die Kopplungseinrichtung, insbesondere das bewegbare Kopplungselement, ist somit nicht innerhalb des Differenzials angeordnet, um dort die Sperrwirkung zu realisieren und/oder die Kopplung zwischen Abtriebsteil und Seitenwelle herzustellen oder aufzuheben, sondern das Kopplungselement ist außerhalb des Differenzials, insbesondere außerhalb des (äußeren) Differenzialkorbs angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass der Bauraum innerhalb des Differenzials nicht verändert werden muss, sondern die Kopplungseinrichtung, beispielsweise an bestehende Konzepte für das Differenzial angeordnet bzw. angebracht werden kann. Die koaxiale Anordnung in Bezug auf die Seitenwelle ist besonders bauraumsparend und kann an bestehende Seitenwellen angeordnet werden bzw. dort vorgesehen werden.
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Die Kopplungseinrichtung, insbesondere das Kopplungselement, kann ferner wenigstens zwei gleichartige und/oder wenigstens zwei unterschiedliche Verzahnungsabschnitte aufweisen. Wie beschrieben, werden mit demselben Kopplungselement unterschiedliche Schaltstellen bedient bzw. können unterschiedliche Schaltstellen einzeln oder gemeinsam geschlossen werden. Die unterschiedlichen Schaltstellen können dabei durch verschiedene Verzahnungsabschnitte realisiert werden. Die Verzahnungsabschnitte können gleichartig oder unterschiedlich ausgeführt sein.
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Zum Beispiel können alle Verzahnungsabschnitte als Radialverzahnungen ausgeführt sein. Ebenso ist es möglich, wenigstes einen Verzahnungsabschnitt als axiale Verzahnung auszuführen. Hierbei können die verschiedenen Verzahnungsabschnitte auf denselben Radien bzw. Radialpositionen oder auf unterschiedlichen Radien bzw. Radialpositionen angeordnet sein. Ebenso ist eine, insbesondere axiale, Klauenverzahnung möglich, die beispielsweise auch durch Durchgriffe realisiert werden kann. In einem einfachsten Beispiel sind sämtlich Verzahnungen auf demselben Radius als Radialverzahnungen ausgeführt, wobei das Kopplungselement nach Art einer Schiebemuffe in Axialrichtung parallel zur Drehachse der Seitenwelle oder des Abtriebsteils bewegt werden kann, um in die verschiedenen Kopplungspositionen bewegt werden zu können, indem die Verzahnungsabschnitte in Eingriff gebracht werden.
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Wie zuvor beschrieben, kann die Kopplungseinrichtung grundsätzlich getrennt von dem Differenzial ausgeführt bzw. ausgebildet sein, sodass diese außerhalb und unabhängig von dem Differenzial montiert werden kann. Die Kopplungseinrichtung kann insbesondere modular aufgebaut und mit einem Verbindungsflansch des Getriebes verbindbar oder verbunden sein. Die Kopplungseinrichtung kann insbesondere zylinderartig ausgeführt sein und zur Montage über eine Seitenwelle gesteckt werden. Das Differenzial kann insbesondere einen Verbindungsflansch aufweisen, der die Anbindung der Kopplungseinrichtung an das Differenzial ermöglicht.
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Die Kopplungsrichtung kann ferner eine Federeinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, bei einer auftretenden Zahn-auf-Zahn-Stellung eines Verzahnungsabschnitts eine Vorspannkraft auf das Kopplungselement in wenigstens einer Betätigungsrichtung aufzubauen. Hierbei kann grundsätzlich eine Vorspannkraft in beliebige Richtungen aufgebaut werden, beispielsweise durch entsprechende Federelemente, die in beiden Richtungen auf das Kopplungselement wirken können. Je nachdem, welche Verzahnungen in Eingriff zu bringen sind, kann somit vorgesehen sein, dass eine Aktorbewegung durchgängig ausgeführt werden kann und diese bei einer auftretenden Zahn-auf-Zahn-Stellung zur Vorspannung des Federelements der Federeinrichtung führt, insbesondere, wenn das Kopplungselement aufgrund seiner anstehenden Verzahnung festgehalten wird. Die Vorspannung wird bei Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung abgebaut und das Kopplungselement in die gewünschte Kopplungsposition bewegt.
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Grundsätzlich kann die Kopplungseinrichtung auch nur einzelne Kopplungspositionen vorsehen, wobei manche Paarungen bzw. manche Eingriffe in bestimmte Verzahnungsabschnitte ständig realisiert werden. Zum Beispiel kann, insbesondere bei Verzicht auf eine vierte Kopplungsposition, stets ein Eingriff mit der Verzahnung des Abtriebsteils vorliegen, sodass auch in der ersten Kopplungsposition, in der eine Trennung zwischen Seitenwelle und Abtriebsteil erreicht wird, das Kopplungselement in der Verzahnung des Abtriebsteils in Eingriff steht. In diesem Fall wäre eine Federvorspannung lediglich für eine Betätigungsrichtung, zum Beispiel für die anderen Verzahnungen, beispielsweise die Verzahnung der Seitenwelle oder die Verzahnung des Differentials, vorzusehen.
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Die Getriebevorrichtung kann ferner durch eine Differenzialbegrenzungseinrichtung weitergebildet werden, die dazu ausgebildet ist, eine Differenzialwirkung zu begrenzen. Eine derartige Differenzialbegrenzungseinrichtung kann zum Beispiel innerhalb des Differenzials vorgesehen sein. Die Differenzialbegrenzungseinrichtung kann im Speziellen als Slip-Differenzial ausgeführt sein bzw. als sogenannte „Limited-Slip“-Differenzialeinrichtung. Insbesondere in Verbindung mit den einzelnen Kopplungspositionen und damit einhergehenden Betriebszuständen, sind für die Getriebevorrichtung verschiedene Betriebszustände realisierbar. Hierbei kann neben einer Begrenzung der Differenzialwirkung durch die Differenzialbegrenzungseinrichtung auch eine vollständige Sperrung des Differenzials, beispielsweise in der zuvor beschriebenen dritten oder vierten Kopplungsposition realisiert werden. Die einzelnen Kopplungspositionen können beliebig mit der Differenzialbegrenzungseinrichtung kombiniert werden. Die Differenzialbegrenzungseinrichtung ist jedoch für die einzelnen Kopplungspositionen nicht erforderlich, sondern rein optional.
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Neben der Getriebevorrichtung betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine zuvor beschriebene Getriebevorrichtung aufweist. Das Kraftfahrzeug weist beispielsweise eine elektrische Maschine auf, die mit dem Eingang des Differenzials gekoppelt sein kann, um Drehmoment zu erzeugen, das auf das Differenzial übertragen werden kann. Ebenso kann mit der beschriebenen elektrischen Maschine eine Rekuperation von Energie vorgenommen werden. Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf die Getriebevorrichtung beschrieben wurden, sind vollständig auf das Kraftfahrzeug übertragbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 ein Getriebeschema einer Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug in einem ersten Kopplungszustand;
- 2 eine schematische Schnittdarstellung der Getriebevorrichtung in dem Kopplungszustand von 1;
- 3 ein Getriebeschema einer Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug in einem zweiten Kopplungszustand;
- 4 eine schematische Schnittdarstellung der Getriebevorrichtung in dem Kopplungszustand von 3;
- 5 ein Getriebeschema einer Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug in einem dritten Kopplungszustand;
- 6 eine schematische Schnittdarstellung der Getriebevorrichtung in dem Kopplungszustand von 5; und
- 7 ein Getriebeschema einer Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug in einem vierten Kopplungszustand.
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1 zeigt einen Ausschnitt einer Getriebevorrichtung 1 in Form eines Getriebeschemas. Die Getriebevorrichtung 1 ist für ein Kraftfahrzeug vorgesehen bzw. in einem Kraftfahrzeug angeordnet, welches Kraftfahrzeug der Übersichtlichkeit halber nicht näher dargestellt ist. Die Getriebevorrichtung 1 weist ein Differenzial 2 auf, das über einen Differenzialeingang 3 mit einer nicht näher dargestellten Antriebseinrichtung, beispielsweise einer elektrischen Maschine, gekoppelt sein kann bzw. gekoppelt ist. Das Differenzial 2 ist in an und für sich bekannterweise dazu ausgebildet, Drehmoment, das über den Differenzialeingang 3 in das Differenzial 2 eingeleitet wird, auf Seitenwellen 4, 4' zu übertragen bzw. zu verteilen. Hierbei ist die Seitenwelle 4 für die Kopplung mit einem Abtriebsteil 5 vorgesehen, über welchen Abtriebsteil 5 das Drehmoment an ein Rad des Kraftfahrzeugs geführt werden kann, wie dies beispielsweise in 7 am Beispiel der Räder 16, 16' gezeigt ist.
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Die Getriebevorrichtung 1 weist ferner eine Kopplungseinrichtung 6 auf, die ein bewegbares Kopplungselement 7 bereitstellt. Das Kopplungselement 7 ist beispielsweise über einen Aktor 8, beispielsweise einen pneumatischen, hydraulischen, elektromagnetischen oder elektromechanischen Aktor in verschiedene Kopplungspositionen bewegbar, die rein beispielhaft in den 1-7 dargestellt sind.
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In dem in 1 als Getriebeschema und in 2 als schematische Schnittdarstellung dargestellten Betriebszustand bzw. Kopplungszustand ist das Kopplungselement 7 schematisch in einer ersten Kopplungsposition angeordnet bzw. in eine erste Kopplungsposition gestellt. Die Kopplungseinrichtung 6 weist ferner eine Federeinrichtung 9 (vgl. 2) auf, die in diesem Ausführungsbeispiel zwei Federelemente 10, 10' aufweist, die eine Vorspannkraft auf das Kopplungselement 7 bewirken können, das beispielsweise als Schiebemuffe ausgeführt sein kann. Die Federeinrichtung 9 erlaubt, dass für das Herstellen der jeweiligen Kopplungsposition der Aktor 8 in seine der jeweiligen Kopplungsposition zugeordnete Stellung verbracht werden kann. Tritt beim Einspuren der Verzahnungen des Kopplungselements 7, beispielsweise in eine Verzahnung der Seitenwelle 4 oder der Verzahnung des Differenzials 2 an einem Differenzialflansch 11 eine sogenannte Zahn-auf-Zahn-Stellung auf, kann das der jeweiligen Betätigungsrichtung zugeordnete Federelement 10, 10' vorgespannt werden. Wird die Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgelöst, kann die Verzahnung des Kopplungselements 7 in die jeweilige korrespondierende Verzahnung einspuren.
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Optional ist in dem Differenzial 2 eine Differenzialbegrenzungseinrichtung 12 vorgesehen, die beispielsweise in Form einer Anordnung von Reiblamellen eine Begrenzung der Differenzialwirkung des Differenzials 2 vornehmen kann. Die Differenzialbegrenzungseinrichtung 12 kann beispielsweise als „Limited-Slip“-Differenzialeinrichtung vorgesehen sein.
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Wie beschrieben, ist in 1, 2 der erste Kopplungszustand der Getriebevorrichtung 1 dargestellt, in dem das Kopplungselement 7 die erste Kopplungsposition bewegt ist. In der ersten Kopplungsposition ist ersichtlich die Kopplung zwischen dem Abtriebsteil 5 und der Seitenwelle 4 getrennt, sodass eine erste Schaltstelle 13, die der Kopplung zwischen Seitenwelle 4 und Abtriebsteil 5 zugeordnet ist, geöffnet ist. Mit anderen Worten ist der Abtriebsteil 5 von der Seitenwelle 4 getrennt, sodass keine Drehmomente zwischen Seitenwelle 4 und Abtriebsteil 5 übertragen werden können. Wie 1, 2 ferner entnommen werden kann, ist noch eine zweite Schaltstelle 14 zwischen dem Differenzial 2, insbesondere einem Differenzialkorb 15, und der Seitenwelle 4 geöffnet, sodass keine Sperrwirkung des Differenzials 2 vorliegt, sondern das Differenzial 2 geöffnet ist.
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Ausgehend von der in 1, 2 gezeigten ersten Kopplungsposition, kann in die in 3, 4 gezeigte zweite Kopplungsposition übergegangen werden. Hierzu wird das Kopplungselement 7 in Axialrichtung bezogen auf die Drehachse des Abtriebsteils 5 bzw. der Seitenwelle 4 in Richtung des Differenzials 2 bewegt, sodass die erste Schaltstelle 13 geschlossen wird. In der dargestellten zweiten Kopplungsposition ist die zweite Schaltstelle 14 geöffnet, sodass keine Sperrwirkung des Differenzials 2 vorliegt. In diesem Ausführungsbeispiel kann somit das Differenzial 2 wie üblich wirken, sodass das Drehmoment, das auf den Differenzialeingang 3 aufgebracht wird, auf die Seitenwellen 4, 4' verteilt werden kann und von der Seitenwelle 4 auf den Abtriebsteil 5 übertragen werden kann. Hierbei kann durch die rein optional vorgesehen Differenzialbegrenzungseinrichtung 12 die Differentialwirkung begrenzt werden, beispielsweise indem die Reiblamellen teilweise aneinander gepresst werden und eine definierte Reibbewegung zugelassen wird.
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Die 5, 6 stellen das Kopplungselement 7 in einer dritten Kopplungsposition dar, d.h., dass die Kopplungseinrichtung 6 in einem dritten Kopplungszustand steht. In dem dritten Kopplungszustand koppelt das Kopplungselement 7 zusätzlich zu der zweiten Kopplungsposition auch den Differenzialkorb 15 an die Seitenwelle 4, die, wie zuvor beschrieben, gleichzeitig an den Abtriebsteil 5 gekoppelt ist. Mit anderen Worten werden in der dritten Kopplungsposition durch das Kopplungselement 7 gleichzeitig die beiden Schaltstellen 13, 14 geschlossen, sodass zum einen Seitenwelle 4 und Abtriebsteil 5 miteinander gekoppelt sind und gleichzeitig das Differenzial 2 gesperrt ist. Die Sperrung des Differenzials 2 erfolgt hierbei durch Überbrückung des Differenzials 2 durch die Kopplung zwischen Differenzialkorb 15 und Seitenwelle 4.
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In 2, 4, 6 ist lediglich beispielhaft dargestellt, dass die Verzahnungen des Abtriebsteils 5 und der Seitenwelle 4 als Radialverzahnungen ausgeführt sind, die lediglich beispielhaft auf demselben Radius bzw. derselben Radialposition angeordnet sind. Demzufolge ist eine entsprechende Radialverzahnung an dem Kopplungselement 7 ausgeführt, die in die Verzahnungen der Seitenwelle 4 und des Abtriebsteils 5 eingreifen kann. Für die Kopplung mit dem Differenzialkorb 15 weist das Kopplungselement 7 in diesem Ausführungsbeispiel eine weitere Verzahnung auf, die als Axialverzahnung ausgeführt ist. Hierbei ist eine beliebige anderweitige Ausgestaltung der Verzahnungen möglich, beispielsweise können alle Verzahnungen als Radialverzahnungen, insbesondere auf demselben Radius, ausgeführt sein.
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7 zeigt die Kopplungseinrichtung 6 in einem vierten Kopplungszustand. Der Kopplungszustand kann beispielsweise ausgehend von dem zuvor beschriebenen dritten Kopplungszustand erreicht werden, indem das Kopplungselement 7 weiter in derselben Betätigungsrichtung bewegt wird. Dadurch wird die erste Schaltstelle 13 freigegeben, sodass eine Entkopplung zwischen Seitenwelle 4 und Abtriebsteil 5 auftritt. In dem vierten Kopplungszustand ist somit das Differenzial 2 gesperrt, insbesondere durch Verbindung zwischen Differenzialkorb 15 und Seitenwelle 4, wobei der Abtriebsteil 5 von der restlichen Getriebevorrichtung 1 getrennt ist.
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Hierbei kann ein bestimmter Betriebszustand realisiert werden, indem ein Rad 16, das mit dem Abtriebsteil 5 verbunden ist, der von der Seitenwelle 4 entkoppelt ist, mittels einer Bremseinrichtung 17 festgebremst wird. Durch Einleitung von Drehmoment auf den Differenzialeingang 3 ist es möglich, das gegenüberliegende Rad 16' anzutreiben und das Kraftfahrzeug somit über das festgebremste Rad 16 zu drehen. Der beschriebene Betriebszustand kann auch als „Tank-Turn“ bezeichnet werden bzw. einen solchen nachbilden.
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Die Kopplungseinrichtung 6 kann modulartig aufgebaut sein, beispielsweise als zylinderförmiges Modul, das über die Seitenwelle 4 gesteckt werden kann und mit dem Gehäuse des Differenzials 2, zum Beispiel im Bereich des Differenzialflanschs 11, verbunden werden kann.
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Die in den einzelnen Ausführungsbeispielen gezeigten Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind beliebig miteinander kombinierbar, aufeinander übertragbar und untereinander austauschbar.
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Bezugszeichen
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- 1
- Getriebevorrichtung
- 2
- Differenzial
- 3
- Differenzialeingang
- 4, 4'
- Seitenwelle
- 5
- Abtriebsteil
- 6
- Kopplungseinrichtung
- 7
- Kopplungselement
- 8
- Aktor
- 9
- Federeinrichtung
- 10, 10'
- Federelement
- 11
- Differenzialflansch
- 12
- Differenzialbegrenzungseinrichtung
- 13, 14
- Schaltstelle
- 15
- Differenzialkorb
- 16, 16`
- Rad
- 17
- Bremseinrichtung
