DE112015003271T5

DE112015003271T5 - Antriebseinheit mit Doppelseitenwellen-Drehmomentkupplung

Info

Publication number: DE112015003271T5
Application number: DE112015003271.1T
Authority: DE
Inventors: Kenneth E. Cooper
Original assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Current assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2015-07-15
Publication date: 2017-04-06
Also published as: US20170211675A1; WO2016011096A1; JP2017520736A; JP6451964B2; US10408323B2

Abstract

Eine Antriebseinheit (10) mit Doppelseitenwellen-Drehmomentkupplung hat eine Zwischenwelle (8) und (20) mit einem ersten Endbereich (32) und einem zweiten Endbereich (34) und einem mittleren Bereich (36) mit einem Tellerrad (26). Eine erste Kupplungstrommel (38) ist direkt auf dem ersten Endbereich (32) der Zwischenwelle (28) befestigt. Die erste Kupplungstrommel (38) hat mehrere erste Kupplungsplatten (42). Ein erstes Kupplungsgehäuse (40) ist radial einwärts der ersten Kupplungstrommel (38) angeordnet. Das erste Kupplungsgehäuse (40) stützt eine selektive axiale Bewegung mehrerer zweiter Kupplungsplatten (44). Die ersten und die zweiten Platten sind miteinander verschachtelt, um ein Kupplungspaket (52) zu bilden. Das erste Kupplungsgehäuse (40) ist mit einem Endbereich einer ersten Ausgangswelle (20), der radial einwärts von dem ersten Kupplungsgehäuse (40) angeordnet ist, verbunden. Eine erste Kupplungsaktuatoranordnung (46) betätigt selektiv die erste Kupplung. Die Antriebseinheit (10) weist auch eine zweite Kupplungstrommel (38'), ein zweites Kupplungsgehäuse (40') und eine zweite Kupplungsaktuatoranordnung (46') auf.

Description

IN BEZUG GENOMMENE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen und die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung Nummer 62/025,297, die am 16. Juli 2014 eingereicht wurde und die hier einbezogen wird.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Differentiale und assoziierte Drehmoment-Kopplungseinheiten für ein Motorfahrzeug. Beispielsweise kann sich die Erfindung auf eine Hinterrad-Antriebseinheit mit einer Doppelseitenwellen-Drehmomentkupplung beziehen. Weiterhin kann sich die Erfindung auf ein hybrid-elektrisches oder ein gesamtelektrisches Fahrzeug beziehen, bei dem die Vorderräder den primären Antrieb liefern und die Hinterräder den sekundären Antrieb liefern. In jedem dieser Fälle kann sich die Erfindung auf Fahrzeuge beziehen, die keine direkte mechanische Verbindung zwischen den Vorder- und den Hinterrädern haben.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Fahrzeuge mit Allradantrieb können eine primäre ganzzeitige Transmission und eine sekundäre zeitweilige Transmission haben, wobei die sekundäre Transmission zusätzlichen Antrieb bei einer Fahrzeugbeschleunigung oder unter schlechten Antriebsbedingungen liefert. Eine Drehmomentkupplung kann in der sekundären Transmission verwendet werden, um den Drehmomentfluss von der primären Transmission zu begrenzen und Geschwindigkeitsunterschiede zwischen der primären und der sekundären Transmission zu ermöglichen. Wenn die sekundäre Transmission keinen zusätzlichen Antrieb liefert, fährt sie fort, sich zu drehen, und Energie geht verloren für die Überwindung von Reibung und Drehverlusten (Ölaufschäumung), die beide die Kraftstoffausnutzung herabsetzen. Um die Kraftstoffausnutzung zu verbessern, ist es wünschenswert, die sekundäre Transmission automatisch zu trennen, um Energieverluste zu beseitigen.
Es wäre vorteilhaft, eine Hinterrad-Antriebseinheit mit einer Doppelseitenwellen-Drehmomentkupplung zu entwickeln, die selektiv in Eingriff gebracht werden kann, um den Wirkungsgrad zu erhöhen und einer Transmission zusätzlichen Antrieb zu verleihen, wenn eine Hinterradantriebseinheit vorhanden ist.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Antriebseinheit mit einer Doppelseitenwellen-Drehmomentkupplung hat eine Zwischenwelle mit einem ersten Endbereich und einem zweiten Endbereich und einem mittleren Bereich mit einem Tellerrad. Eine erste Kupplungstrommel ist direkt an dem ersten Endbereich der Zwischenwelle befestigt. Die erste Kupplungstrommel hat mehrere erste Kupplungsplatten. Ein erstes Kupplungsgehäuse befindet sich radial einwärts der ersten Kupplungstrommel. Das erste Kupplungsgehäuse hat mehrere zweite Kupplungsplatten. Die ersten und die zweiten Platten sind miteinander verschachtelt, um ein Kupplungspaket zu bilden. Das erste Kupplungsgehäuse ist mit einem Endbereich einer ersten Ausgangswelle, die sich radial einwärts des ersten Kupplungsgehäuses befindet, verbunden. Eine erste Kupplungsaktuatoranordnung betätigt selektiv die erste Kupplung. Die Antriebseinheit weist auch eine zweite Kupplungstrommel, ein zweites Kupplungsgehäuse und eine zweite Kuppplungsaktuatoranordnung auf.
Ein Verfahren zum Kuppeln von Drehmoment durch die Doppelseitenwellen enthält das Vorsehen eines Leerlaufmodus, in welchem die beiden Kupplungstrommeln, die mit den beiden Kupplungstrommeln verbundene Zwischenwelle, ein mit der Zwischenwelle verbundenes Tellerrad und ein Ritzel von den Ausgangswellen getrennt sind. Ein Eingriffsmodus ist auch vorgesehen, in welchem die beiden Kupplungstrommeln, die Zwischenwelle, das Tellerrad und das Ritzel die Ausgangswellen antreiben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Figur ist eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Hinterrad-Antriebseinheit mit einer Doppelseitenwellen-Drehmomentkupplung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung verschiedene alternative Orientierungen und Schrittfolgen annehmen kann, sofern dies nicht ausdrücklich anders bestimmt ist. Es ist auch darauf hinzuweisen, dass die spezifischen Vorrichtungen und Prozesse, die in den angefügten Zeichnungen illustriert und in der folgenden Beschreibung beschrieben sind, lediglich Ausführungsbeispiele der erfinderischen Konzepte der vorliegenden Erfindung sind. Daher sind spezifische Abmessungen, Richtungen oder Orientierungen oder andere physische Eigenschaften, die sich auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beziehen, nicht als beschränkend anzusehen, sofern dies nicht anders angegeben ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Differentiale und assoziierte Drehmoment-Kopplungseinheiten für ein Motorfahrzeug. Beispielsweise kann sich die Erfindung auf eine Hinterrad-Antriebseinheit mit einer Doppelseitenwellen-Drehmomentkupplung beziehen. Weiterhin kann sich die Erfindung auf ein hybrid-elektrisches oder ein gesamtelektrisches Fahrzeug beziehen, bei dem die Vorderräder einen primären Antrieb liefern und die Hinterräder einen sekundären Antrieb über den hier beschriebenen Mechanismus liefern. In jedem dieser Fälle kann sich die Erfindung auf Fahrzeuge beziehen, die keine direkte mechanische Verbindung zwischen den Vorder- und den Hinterrädern haben. Die Fahrzeuge können solche sein, die primär mit fossilem Kraftstoff angetriebene Fahrzeuge, hybridangetriebene Fahrzeuge und/oder elektrische Fahrzeuge sind.
1 illustriert eine Hinterrad-Antriebseinheit 10 mit einer ersten Seitenwellen-Drehmomentkupplung 12 und einer zweiten Seitenwellen-Drehmomentkupplung 14. Die Hinterrad-Antriebseinheit 10 ist in Antriebseingriff mit einer Ritzelwelle 16. Die Ritzelwelle 16 ist drehbar in Lagern 18 angeordnet und in Antriebseingriff mit einer Drehenergiequelle wie einer Verbrennungsmaschine, nicht jedoch hierauf beschränkt. Die Ritzelwelle 16 ist in Antriebseingriff mit einer ersten Ausgangswelle 20 und einer zweiten Ausgangswelle 22 jeweils über die erste Seitenwellen-Drehmomentkupplung 12 bzw. die zweite Seitenwellen-Drehmomentkupplung 14. Die erste Ausgangswelle 20 hat ein inneres Ende 20a und ein äußeres Ende 20b.
Die Ritzelwelle 16 enthält ein Ritzel 24, das auf dieser befestigt ist und sich mit dieser dreht. Das Ritzel 24 kämmt mit einem Tellerrad 26 der Hinterrad-Antriebseinheit 10. Das Ritzel 24 hat einen ersten Satz von Zähnen (nicht gezeigt), und das Tellerrad 26 hat einen zweiten Satz von Zähnen (nicht gezeigt). Die beiden Sätze von Zähnen sind einander komplementär und kämmen miteinander, um einen Drehantrieb von dem Ritzel 24 auf das Tellerrad 26 zu übertragen.
Die Hinterrad-Antriebseinheit 10 enthält das Tellerrad 26, eine Zwischenwelle 28, die erste Seitenwellen-Drehmomentkupplung 12 und die zweite Seitenwellen-Drehmomentkupplung 14. Das Tellerrad 26 ist in Antriebseingriff mit der Zwischenwelle 28; weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass das Tellerrad 26 einstückig mit der Zwischenwelle 28 ausgestaltet sein kann oder dass es mit mehreren Befestigungsmitteln an dieser befestigt sein kann. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Verbindung des Tellerrads 26 und der Zwischenwelle 28 zu einer Drehung der Zwischenwelle 28 führt, wenn das Tellerrad 26 durch das Ritzel 24 angetrieben wird. Die Hinterrad-Antriebseinheit 10 befindet sich in einem Gehäuse (nicht gezeigt); jedoch ist darauf hinzuweisen, dass das mit der Hinterrad-Antriebseinheit 10 verwendete Gehäuse mehrere Gehäuse aufweisen kann, die in jeder herkömmlichen Weise miteinander gekoppelt sind.
Die Zwischenwelle 28 ist ein starres längliches Teil, das in Antriebseingriff mit dem Tellerrad 26, der ersten Seitenwellen-Drehmomentkupplung 12 und der zweiten Seitenwellen-Drehmomentkupplung 14 ist. Die Zwischenwelle 28 ist durch ein Paar von Lagern 30, die in dem Gehäuse (nicht gezeigt) angeordnet sind, drehbar gestützt. Ein erstes Ende 32 der Zwischenwelle 28 ist in Antriebseingriff mit der ersten Seitenwellen-Drehmomentkupplung 12, und ein zweites Ende 34 der Zwischenwelle 28 ist in Antriebseingriff mit der zweiten Seitenwellen-Drehmomentkupplung 14. Ein mittlerer Bereich 36 der Antriebswelle 28 ist in Antriebseingriff mit dem Tellerrad 26.
Die erste Seitenwellen-Drehmomentkupplung 12 weist eine Kupplungstrommel 38, ein Kupplungsgehäuse 40, mehrere erste Kupplungsplatten 42, mehrere zweite Kupplungsplatten 44 und eine Kupplungsaktuatoranordnung 46 auf. Die Kupplungstrommel 38 ist in Antriebseingriff mit dem ersten Ende 32 der Zwischenwelle 28, und das Kupplungsgehäuse 40 ist in Antriebseingriff mit einem distalen Ende 48 der ersten Ausgangswelle 20. Die Kupplungsaktuatoranordnung 46 kann selektiv in Eingriff gebracht werden, um den Antriebseingriff zwischen der Kupplungstrommel 38 und dem Kupplungsgehäuse 40 durch die mehreren ersten Kupplungsplatten 42 und die mehreren zweiten Kupplungsplatten 44 zu erleichtern.
Die Kupplungstrommel 38 ist ein hohles, zylindrisch geformtes Teil. Die Kupplungstrommel 38 ist in Antriebseingriff mit der Zwischenwelle 28, wie vorstehend beschrieben ist. Die Kupplungstrommel 38 nimmt die mehreren ersten Kupplungsplatten 42 auf, die auf einer inneren Oberfläche 50 der Kupplungstrommel angeordnet sind. Die mehreren ersten Kupplungsplatten 42 sind auf der inneren Oberfläche 50 befestigt und trennen sich während des Betriebs nicht von dieser, sondern die mehreren ersten Kupplungsplatten 42 können sich axial entlang der inneren Oberfläche 50 bewegen. Die mehreren ersten Kupplungsplatten 42 sind mit den mehreren zweiten Kupplungsplatten 44 verschachtelt. Zusammen bilden die verschachtelten Kupplungsplatten 42, 44 ein Kupplungspaket 52.
Das Kupplungsgehäuse 40 ist ein hohles, zylindrisch geformtes Teil. Das Kupplungsgehäuse 40 ist in Antriebseingriff mit dem distalen Ende 48 der ersten Ausgangswelle 20 beispielsweise durch mehrere Keile. Die mehreren zweiten Kupplungsplatten 44 sind um das Kupplungsgehäuse 40 herum auf einer äußeren Oberfläche 54 des Kupplungsgehäuses 40 angeordnet. Die mehreren zweiten Kupplungsplatten 44 sind auf der äußeren Oberfläche 54 befestigt und trennen sich während des Betriebs nicht von dieser, sondern den mehreren zweiten Kupplungsplatten 44 ist ermöglicht, sich axial entlang der externen Oberfläche 54 zu bewegen.
Sich von der Kupplungstrommel 38 und zwischen das Kupplungsgehäuse 40 und die erste Ausgangswelle 20 erstreckend ist ein Lager 55 zum drehbaren Stützen der ersten Ausgangswelle 20. Genauer gesagt, eine Lagerhalterung 55a erstreckt sich von der Kupplungstrommel 38 zum Befestigen des Lagers 55 auf dieser. Das innere Ende 20a wird durch das Lager 55 drehbar gestützt.
Die Kupplungsaktuatoranordnung 46 befindet sich benachbart dem Kupplungspaket 52. Die Kupplungsaktuatoranordnung 46 weist einen Aktuator 56, ein Getriebe 58 und eine Rollen- und Rampenanordnung 60 auf. Der Aktuator 56 ist in Antriebseingriff mit dem Getriebe 58 und das Getriebe 58 ist in Antriebseingriff mit der Rollen- und Rampenanordnung 60.
Der Aktuator 56 kann ein reversibler elektrischer Motor sein, da kompakt und leicht steuerbar ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass jeder andere geeignete Typ von Aktuator verwendet werden kann, wie ein hydraulischer oder pneumatischer Aktuator, und diese sind innerhalb des Bereichs der Erfindung.
Der Aktuator 56 treibt das Getriebe 58 an, das en Untersetzungsgetriebe sein kann. In dem ersten Ausführungsbeispiel treibt ein erstes Zahnrad 62 des Aktuators 56 ein zweites Zahnrad 64 des Getriebes 58 an. Das zweite Zahnrad 64 treibt ein drittes Zahnrad 66 des Getriebes 58 an. Die Zahnräder 62, 64, 66 erzielen ein gewünschtes Drehmoment und eine Geschwindigkeitsherabsetzung zwischen dem Aktuator 56 und dem dritten Zahnrad 66. Die Anzahl der Zahnräder und deren Orientierungen können anders als gezeigt sein, um verschiedene Geschwindigkeiten und Drehmomente zu erzielen.
Das dritte Zahnrad 66 ist in Antriebseingriff mit einem Betätigungsring 68 der Rollen- und Rampenanordnung 60. Genauer gesagt, der Betätigungsring 68 hat einen Satz von Zähnen (nicht gezeigt) auf einer äußeren radialen Oberfläche, die mit mehreren Zähnen an dem dritten Zahnrad 66 in Eingriff sind. Die mehreren Zähne des Betätigungsrings 68 erstrecken sich in Umfangsrichtung um den Betätigungsring 68. Die mehreren Zähne des Betätigungsrings 68 können einen vollständigen Umfang des Betätigungsrings 68 oder einen Teil des Umfangs abdecken. Eine Drehung des dritten Zahnrads 66 bewirkt, dass sich die mehreren Zähne des Betätigungsrings 68 drehen, wodurch der Betätigungsring 68 gedreht wird.
Die Rollen- und Rampenanordnung 60 weist auch eine Druckplatte 70 und mehrere Rollen 72 auf. Die mehreren Rollen 72 befinden sich zwischen der Druckplatte 70 und dem Betätigungsring 68. Alternativ kann ein Nockenscheibenaktuator (nicht gezeigt), der kooperierende Nockenflächen enthält, die auf gegenüberliegenden Seiten eines Betätigungsrings und einer Druckplatte vorgesehen sind, anstelle der Rollen- und Rampenanordnung 60 verwendet werden.
Die Druckplatte 70 widersteht einer zwischen dem Betätigungsring 68 und der Druckplatte 70 erzeugten axialen Kraft, wodurch bewirkt wird, dass die axiale Kraft auf ein axiales Drucklager 74 ausgeübt wird, um das Kupplungspaket 52 zu laden. Die Druckplatte 70 ist drehfest angrenzend an die mehreren Rollen 72 befestigt. Eine ringförmige radiale Oberfläche 76 der Druckplatte 70, die dem Betätigungsring 68 zugewandt ist, ist mit einem Satz von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten (nicht gezeigt) von sich verändernder axialer Tiefe gebildet. Der Satz von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten ist komplementären Nuten (nicht gezeigt) einer gegenüberliegenden ringförmigen Fläche 78 des Betätigungsrings 68 zugewandt. Eine Tiefe des Satzes von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten in der gegenüberliegenden ringförmigen Oberfläche 78 variiert in einem entgegengesetzten Umfangssinn gegenüber dem Satz von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten in der ringförmigen radialen Oberfläche 76. Ein Betätigungsringlager 80, das eine optionale Komponente ist, ist benachbart dem Betätigungsring 68 befestigt. Es ist darauf hinzuweisen, dass das Betätigungsringlager 80 auch eine Buchse sein kann. Das Betätigungsringlager 80 reagiert auf eine Trennkraft von dem Betätigungsring 68; jedoch ist darauf hinzuweisen, dass alternativ oder zusätzlich die Trennkraft durch die Rollen- und Rampenanordnung 60 erzeugt werden kann.
Die mehreren Rollen 72 sind Kugeln oder längliche Rollen. Eine Anzahl von Rollen 72 entspricht einer Anzahl von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten, die in jeder von der gegenüberliegenden ringförmigen Oberfläche 78 und der ringförmigen radialen Oberfläche 76 gebildet sind. Die mehreren Rollen 72 befinden sich zwischen der Druckplatte 70 und dem Betätigungsring 68, eine in jedem Paar der sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten.
Es ist darauf hinzuweisen, dass, wenn der Aktuator 56 den Betätigungsring 68 winkelmäßig relativ zu der Druckplatte 70 bewegt, der Betätigungsring 68 axial angetrieben wird. Als eine Folge lädt der Betätigungsring 68 reibungsmäßig das Kupplungspaket 52. Die axiale Bewegung des Betätigungsrings 68 wird durch das axiale Drucklager 74 zu dem Kupplungspaket 52 übertragen. Das axiale Drucklager 74 ist zwischen der Druckplatte 70 und dem Kupplungspaket 42 angeordnet, um eine relative Drehung zu ermöglichen und die Reibung zwischen diesen zu verringern.
Mehrere Wellenfedern (nicht gezeigt) können zwischen jeder der mehreren zweiten Kupplungsplatten 44 positioniert sein, um zu gewährleisten, dass die Platten 44 einen gleichen gegenseitigen Abstand aufweisen, um das viskos Schleifdrehmoment zwischen den Kupplungsplatten 42, 44 zu minimieren. Die Wellenfedern erzeugen auch eine Vorlast, um den Sitz des axialen Drucklagers 74 und der Rollen- und Rampenanordnung 60 sicherzustellen. Eine Kompression der Kupplungsplatten 42, 44 als Antwort auf eine Betätigung der Rollen- und Rampenanordnung 60 bewirkt, dass die Kupplungsplatten 42, 44 sich zusammen drehen. Eine Verbindung des Kupplungsgehäuses 40 mit der Kupplungstrommel 38 durch das Kupplungspaket 52 dreht die erste Ausgangswelle 20, um diese anzutreiben, und somit ein verbundenes Rad (nicht gezeigt), das in Antriebseingriff mit der ersten Ausgangswelle 20 ist.
Die zweite Ausgangswelle 22 hat ein inneres Ende 22a und ein äußeres Ende 22b. Die zweite Seitenwellen-Drehmomentkupplung 14 ist ein Spiegelbild der ersten Seitenwellen-Drehmomentkupplung 12 und hat identische Komponenten und Gestaltung. Die Kupplung 14 wird unter Verwendung der gleichen Bezugszahlen wie die Kupplung 12 beschrieben, jedoch mit einem der Zahl hinzugefügten Beistrich.
Die zweite Seitenwellen-Drehmomentkupplung weist eine Kupplung 38', ein Kupplungsgehäuse 40', mehrere erste Kupplungsplatten 42', mehrere zweite Kupplungsplatten 44' und eine Kupplungsaktuatoranordnung 46' auf. Die Kupplungstrommel 38' ist in Antriebseingriff mit dem zweiten Ende 34 der Zwischenwelle 28, und das Kupplungsgehäuse 40' ist in Antriebseingriff mit einem distalen Ende 48' der ersten Ausgangswelle 22. Die Kupplungsaktuatoranordnung 46' kann selektiv in Eingriff gebracht werden, um den Antriebseingriff zwischen der Kupplungstrommel 38' und dem Kupplungsgehäuse 40' durch die mehreren ersten Kupplungsplatten 42' und die mehreren zweiten Kupplungsplatten 44' zu erleichtern.
Die Kupplungstrommel 38' ist ein hohles, zylindrisch geformtes Teil. Die Kupplungstrommel 38' ist in Antriebseingriff mit der Zwischenwelle 28, wie vorstehend beschrieben ist. Die Kupplungstrommel 38' nimmt die mehreren ersten Kupplungsplatten 42' auf, die auf einer inneren Oberfläche 50' der Kupplungstrommel 38' angeordnet sind. Die mehreren ersten Kupplungsplatten 42' sind an der inneren Oberfläche 50' befestigt und trennen sich nicht von dieser während des Betriebs, aber den mehreren ersten Kupplungsplatten 42' ist ermöglicht, sich axial entlang der inneren Oberfläche 50' zu bewegen. Die mehreren ersten Kupplungsplatten 42' sind mit den mehreren zweiten Kupplungsplatten 44' verschachtelt. Die verschachtelten Kupplungsplatten 42', 44' bilden zusammen ein Kupplungspaket 52'.
Das Kupplungsgehäuse 40' ist ein hohles, zylindrisch geformtes Teil. Das Kupplungsgehäuse 40' ist in Antriebseingriff mit dem distalen Ende 48' der zweiten Ausgangswelle 22 durch beispielsweise mehrere Keile. Die mehreren zweiten Kupplungsplatten 44' sind um das Kupplungsgehäuse 40' herum auf einer äußeren Oberfläche 54' des Kupplungsgehäuses 40' angeordnet. Die mehreren zweiten Kupplungsplatten 44' sind an der äußeren Oberfläche 54' befestigt und trennen sich während des Betriebs nicht von dieser, aber die mehreren zweiten Kupplungsplatten 44' können sich axial entlang der äußeren Oberfläche 54' bewegen.
Ein Lager 55' erstreckt sich von der Kupplungstrommel 38' und zwischen das Kupplungsgehäuse 40' und die zweite Ausgangswelle 22, um die zweite Ausgangswelle 22 drehbar zu stützen. Genauer gesagt, eine Lagerhalterung 55A' erstreckt sich von der Kupplungstrommel 38' zur Befestigung des Lagers 55' auf dieser. Das Lager 55' stützt drehbar das innere Ende 22A.
Die Kupplungsaktuatoranordnung 46' befindet sich benachbart dem Kupplungspaket 52'. Die Kupplungsaktuatoranordnung 46' weist einen Aktuator 56', ein Getriebe 58' und eine Rollen- und Rampenanordnung 60' auf. Der Aktuator 56' ist in Antriebseingriff mit dem Getriebe 58' und das Getriebe 58' ist in Antriebseingriff mit der Rollen- und Rampenanordnung 60'.
Der Aktuator 56' kann ein reversibler elektrischer Motor sein, da er kompakt und leicht steuerbar ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass jeder andere geeignete Typ von Aktuator verwendet werden kann, wie ein hydraulischer oder pneumatischer Aktuator, und diese sind innerhalb des Bereichs der Erfindung.
Der Aktuator 56' treibt das Getriebe 58', das ein Untersetzungsgetriebe sein kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel treibt ein erstes Zahnrad 62' des Aktuators 56' ein zweites Zahnrad 64' des Getriebes 58'. Das zweite Zahnrad 64' treibt ein drittes Zahnrad 66' des Getriebes 58'. Die Zahnräder 62', 64', 66' erzielen ein gewünschtes Drehmoment und eine Geschwindigkeitsherabsetzung zwischen dem Aktuator 56' und dem dritten Zahnrad 66'. Die Anzahl der Zahnräder und die Orientierungen können anders als gezeigt sein, um unterschiedliche Geschwindigkeiten und Drehmomente zu erhalten.
Das dritte Zahnrad 66' ist in Antriebseingriff mit einem Betätigungsring 68' der Rollen- und Rampenanordnung 60'. Bevorzugt hat der Betätigungsring 68' einen Satz von Zähnen (nicht gezeigt) auf einer äußeren radialen Oberfläche, der mit mehreren Zähnen des dritten Zahnrads 66' in Eingriff ist. Die mehreren Zähne des Betätigungsrings 68' erstrecken sich in Umfangsrichtung um den Betätigungsring 68' herum. Die mehreren Zähne des Betätigungsrings 68' können einen vollständigen Umfang des Betätigungsrings 68' oder einen Teil des Umfangs abdecken. Eine Drehung des dritten Zahnrads 66' bewirkt, dass sich die mehreren Zähne des Betätigungsrings 68' drehen, wodurch der Betätigungsring 68' gedreht wird.
Die Rollen- und Rampenanordnung 60' weist auch eine Druckplatte 70' und mehrere Rollen 72' auf, Die mehreren Rollen 72' sind zwischen der Druckplatte 70' und dem Betätigungsring 68' angeordnet. Alternativ kann ein Nockenscheibenaktuator (nicht gezeigt), der zusammenwirkende Nockenoberflächen, die auf gegenüberliegenden Seiten eines Betätigungsrings und einer Druckplatte angeordnet sind, enthält, anstelle der Rollen- und Rampenanordnung 60' verwendet werden.
Die Druckplatte 70' widersteht einer axialen Kraft, die zwischen dem Betätigungsring 68' und der Druckplatte 70' erzeugt wird, wodurch bewirkt wird, dass die axiale Kraft auf ein axiales Drucklager 74' ausgeübt wird, um das Kupplungspaket 52' zu laden. Die Druckplatte 70' ist drehfest benachbart den mehreren Rollen 72' befestigt. Eine ringförmige radiale Oberfläche 76' der Druckplatte 70', die dem Betätigungsring 68' zugewandt ist, ist mit einem Satz aus sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten (nicht gezeigt) veränderlicher axialer Tiefe gebildet. Der Satz von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten ist komplementären Nuten (nicht gezeigt) in einer gegenüberliegenden ringförmigen Oberfläche 78' des Betätigungsrings 68' zugewandt. Eine Tiefe des Satzes von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten in der gegenüberliegenden ringförmigen Oberfläche 78' variiert in einem entgegengesetzten Umfangssinn gegenüber dem Satz von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten in der ringförmigen radialen Oberfläche 76'. Ein Betätigungsringlager 80', das eine optionale Komponente ist, ist benachbart des Betätigungsrings 68'. Es ist darauf hinzuweisen, dass das Betätigungsringlager 80' auch eine Buchse sein kann. Das Betätigungsringlager 80' reagiert auf eine Trennkraft von dem Betätigungsring 68', jedoch ist darauf hinzuweisen, dass alternativ oder zusätzlich die Trennkraft durch die Rollen- und Rampenanordnung 60' erzeugt werden kann.
Die mehreren Rollen 72' sind entweder Kugeln oder längliche Rollen. Eine Anzahl von Rollen 72' entspricht einer Anzahl von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten, die in jeder von der ringförmigen Oberfläche 78' und der ringförmigen radialen Oberfläche 76', die einander gegenüberliegen, gebildet sind. Die mehreren Rollen 72' befinden sich zwischen der Druckplatte 70' und dem Betätigungsring 68', eine in jedem Paar der sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten.
Es ist darauf hinzuweisen, dass, wenn der Aktuator 56' den Betätigungsring 68' winkelmäßig relativ zu der Druckplatte 70' bewegt, der Betätigungsring 68' axial angetrieben wird. Als eine Folge lädt der Betätigungsring 68' reibungsmäßig das Kupplungspaket 52'. Die axiale Bewegung des Betätigungsrings 68' wird durch das axiale Drucklager 74' zu dem Kupplungspaket 52' übertragen. Das axiale Drucklager 74' ist zwischen der Druckplatte 70' und dem Kupplungspaket 52' angeordnet, um eine relative Drehung zu ermöglichen und die Reibung zwischen diesen zu verringern.
Mehrere Wellenfedern (nicht gezeigt) können zwischen jeder der mehreren zweiten Kupplungsplatten 44' positioniert sein, um zu gewährleisten, dass die Platten 44' einen gleichen gegenseitigen Abstand haben, um das viskose Schleifdrehmoment zwischen den Kupplungsplatten 42', 44' zu minimieren. Die Wellenfedern erzeugen auch eine Vorlast, um den Sitz des axialen Drucklagers 74' und der Rollen- und Rampenanordnung 60' sicherzustellen. Eine Kompression der Kupplungsplatten 42', 44' als Antwort auf die Betätigung der Rollen- und Rampenanordnung 60' bewirkt, dass die Kupplungsplatten 42', 44' sich miteinander drehen. Eine Verbindung des Kupplungsgehäuses 40' zu der Kupplungstrommel 68' durch das Kupplungspaket 52' dreht die zweite Ausgangswelle 22, um diese anzutreiben, und somit ein verbundenes Rad (nicht gezeigt), das in Antriebseingriff mit der zweiten Ausgangswelle 22 ist.
Im Betrieb können die erste Seitenwellen-Drehmomentkupplung 12 und die zweite Seitenwellen-Drehmomentkupplung 14 der Hinterrad-Antriebseinheit 10 selektiv getrennt werden, um einen Wirkungsgrad einer Transmission (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs (nicht gezeigt), das die Hinterrad-Antriebseinheit 10 enthält, zu erhöhen. Die Kupplungsaktuatoranordnungen 46, 46' und somit die erste Seitenwellen-Drehmomentkupplung 12 und die zweite Seitenwellen-Drehmomentkupplung 14 werden durch eine elektronische Steuereinheit (nicht gezeigt) gesteuert. Die Steuerung wird durchgeführt, indem die Fahrbedingungen gemäß zumindest einem Fahrzeugparameter beurteilt werden, enthaltend, aber nicht beschränkt auf die Radgeschwindigkeiten. Die Hinterrad-Antriebseinheit 10 ist somit mit einer Trennungsfunktion versehen, die den Kupplungstrommeln 38, 38', der Zwischenwelle 28 und dem Tellerrad 26 sowie der Ritzelwelle 16 ermöglicht, in einen Leerlaufzustand versetzt zu werden. In dem Leerlaufzustand sind die Kupplungstrommeln 38, 38', die Zwischenwelle 28, das Tellerrad 26 und die Ritzelwelle 16 antriebsmäßig außer Eingriff von dem restlichen Teil der Transmission des Fahrzeugs.
Weiterhin können die erste Seitenwellen-Drehmomentkupplung 12 und die zweite Seitenwellen-Drehmomentkupplung 14 der Hinterrad-Antriebseinheit 10 selektiv in Eingriff sein, um einen zusätzlichen Antrieb für eine Transmission (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs (nicht gezeigt), in welchem die Hinterrad-Antriebseinheit 10 enthalten ist, bereitzustellen. Die Kupplungsaktuatoranordnungen 46, 46' und somit die erste Seitenwellen-Drehmomentkupplung 12 und die zweite Seitenwellen-Drehmomentkupplung 14 werden durch die elektronische Steuereinheit gesteuert. Die Steuerung wird durchgeführt, indem die Fahrzeug-Fahrbedingungen gemäß zumindest einem Fahrzeugparameter, enthaltend, jedoch nicht hierauf beschränkt, die Radgeschwindigkeiten, beurteilt werden. Die Hinterrad-Antriebseinheit 10 liefert somit einen erhöhten Antrieb für das Fahrzeug, wenn zumindest eine von der ersten Seitenwellen-Drehmomentkupplung 12 und der zweiten Seitenwellen-Drehmomentkupplung 14 in Eingriff ist. Die Kupplungstrommeln 38, 38', die Zwischenwelle 28, das Tellerrad 26 und die Ritzelwelle 16 werden in einen Antriebszustand versetzt durch Betätigung der ersten Seitenwellen-Drehmomentkupplung 12 und der zweiten Seitenwellen-Drehmomentkupplung 14.
Wenn die Kupplungsaktuatoranordnungen 46, 46' in Eingriff sind, kann die Hinterrad-Antriebseinheit 10 verwendet werden, um ein Rutschen von zumindest einem der verbundenen Räder während einer Operation des Fahrzeugs zu verringern, indem zumindest eine der Kupplungsaktuatoranordnungen 46, 46' in einen Rutschzustand versetzt wird. Die Hinterrad-Antriebseinheit 10 kann auch während eines Fahrzeug-Beschleunigungsvorgangs in Eingriff versetzt werden, um das Fahrzeug gegen unerwünschte Gierstörungen zu dämpfen. Noch weiterhin kann die Hinterrad-Antriebseinheit 10 auch während einer Fahrzeug-Abbiegeoperation in Eingriff gebracht werden, um Drehmoment zu einer Radanordnung an der inneren Position zu übertragen, wodurch ein unerwünschter Übersteuerungszustand korrigiert wird.
Gemäß den Vorschriften der Patentgesetze wurde die vorliegende Erfindung als das beschrieben, was als ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele darstellend angesehen wird. Jedoch ist festzustellen, dass die Erfindung in anderer Weise ausgeübt werden kann als spezifisch illustriert und beschrieben wurde, ohne dass von dem Bereich oder Geist abgewichen wird.

Claims

Antriebseinheit mit Doppelseitenwellen-Drehmomentkupplung, welche aufweist: eine Ritzelwelle mit einem Ritzelzahnrad; ein Tellerrad, das mit dem Ritzelzahnrad kämmt; eine Zwischenwelle mit einem ersten Endbereich und einem zweiten Endbereich sowie einem mittleren Bereich, der durch den ersten Endbereich und den zweiten Endbereich begrenzt wird, wobei das Tellerrad direkt auf dem mittleren Bereich befestigt ist; eine erste Kupplungstrommel, die direkt auf dem ersten Endbereich der Zwischenwelle befestigt ist, welche erste Kupplungstrommel eine selektive axiale Bewegung mehrerer erster Kupplungsplatten auf einer inneren Oberfläche der ersten Kupplungstrommel stützt; ein erstes Kupplungsgehäuse, das sich radial einwärts der ersten Kupplungstrommel befindet, welches erste Kupplungsgehäuse selektiv eine axiale Bewegung mehrerer zweiter Kupplungsplatten auf einer äußeren Oberfläche des ersten Kupplungsgehäuses stützt, wobei die ersten Platten mit den zweiten Platten verschachtelt sind, um ein erstes Kupplungspaket zu bilden, und wobei das erste Kupplungsgehäuse direkt mit einem Endbereich einer ersten Ausgangswelle, die sich radial einwärts von dem ersten Kupplungsgehäuse befindet, verbunden ist; eine erste Kupplungsaktuatoranordnung, aufweisend einen Aktuator, ein von dem Aktuator angetriebenes Getriebe, wobei das Getriebe mit einem drehbaren Betätigungsring einer Kugel- und Rampenanordnung verbunden ist, wobei sich zumindest eine Rolle zwischen dem Betätigungsring und einer festen Druckplatte befindet, und wobei sich ein Lager zwischen dem Betätigungsring und dem ersten Kupplungspaket befindet; eine zweite Kupplungstrommel, die direkt auf dem zweiten Endbereich der Zwischenwelle befestigt ist, wobei die zweite Kupplungstrommel eine selektive axiale Bewegung mehrerer erster Kupplungsplatten auf einer inneren Oberfläche der zweiten Kupplungstrommel stützt; ein zweites Kupplungsgehäuse, das radial einwärts der zweiten Kupplungstrommel angeordnet ist, wobei das zweite Kupplungsgehäuse selektiv eine axiale Bewegung mehrerer zweiter Kupplungsplatten auf einer äußeren Oberfläche des zweiten Kupplungsgehäuses stützt, wobei die ersten Platten mit den zweiten Platten verschachtelt sind, um ein zweites Kupplungspaket zu bilden, und wobei das zweite Kupplungsgehäuse direkt mit einem Endbereich einer zweiten Ausgangswelle, die radial einwärts von dem zweiten Kupplungsgehäuse angeordnet ist, verbunden ist; eine zweite Kupplungsaktuatoranordnung, aufweisend einen Aktuator, ein von dem Aktuator angetriebenes Getriebe, welches Getriebe mit einem drehbaren Betätigungsring einer Kugel- und Rampenanordnung verbunden ist, wobei zumindest eine Rolle zwischen dem Betätigungsring und einer festen Druckplatte angeordnet ist, und wobei ein Lager zwischen dem Betätigungsring und dem zweiten Kupplungspaket angeordnet ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, bei der der erste Endbereich und der zweite Endbereich der Zwischenwelle auf zumindest zwei Lagern axial einwärts der ersten und der zweiten Kupplungstrommel drehbar befestigt ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, bei der das Tellerrad nicht an einem Differential aufweisend Seitenzahnräder, Differentialritzelräder oder ein Differentialgehäuse angebracht ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, bei der der Endbereich der ersten Ausgangswelle innerhalb des ersten Kupplungsgehäuses auf zumindest einem Lager, das sich auf der Kupplungstrommel befindet, drehbar befestigt ist und ein Außenbereich der ersten Ausgangswelle auf einem Lager radial einwärts des Betätigungsrings drehbar befestigt ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, bei der die erste Kupplungstrommel, das erste Kupplungsgehäuse und die erste Kupplungsaktuatoranordnung symmetrisch mit der zweiten Kupplungstrommel, dem zweiten Kupplungsgehäuse und der zweiten Kupplungsaktuatoranordnung sind.
Verfahren zum Kuppeln von Drehmoment durch Doppelseitenwellen einer Antriebseinheit, welches aufweist: Vorsehen eines Leerlaufmodus einer Antriebseinheit, wobei zwei Kupplungstrommeln, eine Zwischenwelle, die direkt mit beiden Kupplungstrommeln verbunden sind, ein mit der Zwischenwelle verbundenes Tellerrad und ein Ritzelrad von einer ersten und einer zweiten Ausgangswelle getrennt sind, wobei die Kupplungstrommeln befestigt sind für eine Drehung mit Endbereichen der Zwischenwelle, und jede der Kupplungstrommeln eine selektive axiale Bewegung von mehreren ersten Kupplungsplatten auf einer inneren Oberfläche jeder der Kupplungstrommeln stützt, wobei Kupplungsgehäuse radial einwärts der Kupplungstrommeln angeordnet sind, welche Kupplungsgehäuse eine selektive axiale Bewegung mehrerer zweiter Kupplungsplatten auf einer äußeren Oberfläche jedes der Kupplungsgehäuse stützen, wobei die ersten Platten mit den zweiten Platten verschachtelt sind, um Kupplungspakete zu bilden, und wobei die Kupplungsgehäuse direkt mit Endbereichen von Ausgangswellen verbunden sind, die radial einwärts von den Kupplungsgehäusen angeordnet sind, wobei Kupplungsaktuatoranordnungen jeweils Aktuatoren und durch die Aktuatoren angetriebene Getriebe aufweisen, welche Getriebe mit einem drehbaren Betätigungsring von Kugel- und Rampenanordnungen verbunden sind, wobei zumindest eine Rolle zwischen den Betätigungsringen und festen Druckplatten angeordnet ist, und wobei Lager zwischen Betätigungsringen und den Kupplungspaketen angeordnet sind; Vorsehen eines Eingriffsmodus, in welchem die beiden Kupplungstrommeln, die Zwischenwelle, das Tellerrad und das Ritzelrad einen Antrieb zu der ersten und der zweiten Ausgangswelle liefern.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die beiden Kupplungstrommeln, die beiden Kupplungsgehäuse und die Kupplungsaktuatoranordnungen den Hinterradantrieb eines Fahrzeugs bilden.