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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Kraftübertragungssysteme, die eingerichtet sind, um die Verteilung eines Antriebsdrehmoments von einem Antriebsstrang zu vorderen und hinteren Antriebswellen von Kraftfahrzeugen mit Vierradantrieb (4WD) und Allradantrieb (AWD) zu steuern. Insbesondere richtet sich die vorliegende Offenbarung auf eine Antriebsachsanordnung, die mit einer Drehmomentübertragungskopplung ausgestattet ist, welche ein pumpenloses Schmiersystem aufweist.
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STAND DER TECHNIK
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Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit, welche nicht notwendigerweise Stand der Technik sind.
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Hinsichtlich der steigenden Verbrauchernachfrage nach Kraftfahrzeugen mit Vierradantrieb (4WD) und Allradantrieb (AWD) wird derzeit bei Fahrzeuganwendungen zum selektiven und/oder automatischen Übertragen von Drehkraft (d.h. Antriebsdrehmoment) von dem Antriebsstrang zu allen vier Rädern eine große Zahl von Kraftübertragungssystemen eingesetzt. Bei den meisten Kraftübertragungssystemen wird eine Kraftübertragungsanordnung verwendet, um einer oder beiden der primären und sekundären Antriebswellen ein Antriebsdrehmoment von dem Antriebsstrang zuzuführen. Die Kraftübertragungsanordnung ist typischerweise mit einer Drehmomentübertragungskopplung ausgestattet, welche selektiv betätigt werden kann, um eine Betätigung des Kraftübertragungssystems von einem Zweiradantriebsmodus in einen Vierradantriebsmodus umzuschalten. In dem Zweiradantriebsmodus wird das Antriebsdrehmoment nur an die primäre Antriebswelle übertragen, während das Antriebsdrehmoment an sowohl die primäre als auch sekundäre Antriebswelle übertragen werden kann, wenn das Fahrzeug in dem Vierradantriebsmodus betätigt wird.
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In den meisten 4WD-Fahrzeugen ist die Kraftübertragungsanordnung ein Verteilergetriebe, das angeordnet ist, um normalerweise das Antriebsdrehmoment an die hintere Antriebswelle zu übertragen und das Antriebsdrehmoment durch die Drehmomentübertragungskopplung selektiv/automatisch an die vordere Antriebswelle zu übertragen. Im Gegensatz dazu ist in den meisten AWD-Fahrzeugen die Kraftübertragungsanordnung eine Zapfwelleneinheit (PTU), die angeordnet ist, um normalerweise zu erlauben, dass das Antriebsdrehmoment an die vordere Antriebswelle übertragen wird, und um das Antriebsdrehmoment durch die Drehmomentübertragungskopplung selektiv/automatisch an die hintere Antriebswelle zu übertragen.
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Viele Kraftübertragungsanordnungen sind mit einer adaptiv gesteuerten Drehmomentübertragungskopplung ausgestattet, um ein Kraftübertragungssystem „auf Anforderung“ bereitzustellen, das zum automatischen Vorspannen des Drehmomentverteilungsverhältnisses zwischen der primären und sekundären Antriebswelle betätigbar ist, ohne dass der Fahrzeugführer irgendetwas eingeben oder betätigen muss, wenn Traktion an den primären Rädern verloren geht. Heute sind derartige adaptiv gesteuerte Drehmomentübertragungskopplungen mit einer Mehrscheiben-Kupplungsanordnung und einem kraftbetätigten Kupplungssteller, der einem elektronischen Antriebsschlupfregelungssystem mit einer Steuereinheit und mehreren Fahrzeugsensoren interaktiv zugeordnet ist, ausgestattet. Während einer normalen Betätigung wird die Kupplungsanordnung in einem freigegebenen Zustand gehalten, um das Antriebsdrehmoment nur an die primären Räder zu übertragen und den Zweiradantriebsmodus einzurichten. Bei Erfassung von Zuständen, die einen niedrigen Traktionszustand angeben, wird hingegen der kraftbetätigte Kupplungssteller betätigt, um mit der Kupplungsanordnung reibschlüssig in Eingriff zu kommen und einen Teil des Gesamtantriebsmoments an die sekundären Räder zu liefern, wodurch der Vierradantriebsmodus eingerichtet wird.
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In nahezu allen AWD-Kraftübertragungssystemen des vorangehend genannten Typs ist die sekundäre Antriebswelle eine Gelenkwelle, eine Antriebsachsanordnung, die mit der Drehmomentübertragungskopplung ausgestattet ist, und ein oder mehrere homokinetische Kreuzgelenke aufweisend eingerichtet. Typischerweise sind die gegenüberliegenden Enden der Gelenkwelle über die homokinetischen Kreuzgelenke mit einem Drehausgang der Zapfwelleneinheit und mit einem Dreheingang der Drehmomentübertragungskopplung, die der Antriebsachsanordnung zugeordnet ist, verbunden. In den meisten Fällen ist ein Drehausgang, der der Drehmomentübertragungskopplung zugeordnet ist, ein Hypoidzahnradsatz, der eingerichtet ist, um das Antriebsdrehmoment an einen Differentialgetriebemechanismus, der der Antriebsachsanordnung zugeordnet ist, zu übertragen. Die Drehmomentübertragungskopplung weist auch eine Mehrscheiben-Reibungskupplungsanordnung auf, die zwischen dem Dreheingang und dem Drehausgang angeordnet ist. Der Differentialgetriebemechanismus kann einen Differentialträger aufweisen, der in einem Achsgehäuse durch ein Paar von seitlich beabstandeten Differentiallagern drehbar getragen ist und der mindestens ein Paar von Kegelritzeln antreibt, die wiederum gemeinsam mit einem ersten und zweiten Ausgangskegelzahnrad kämmen. Das erste und zweite Ausgangskegelzahnrad des Differentialgetriebemechanismus sind mit einer entsprechenden ersten und zweiten Achswelle antriebsverbunden, die wiederum die sekundären Räder antreiben. Der Hypoidzahnradsatz weist ein Ritzelzahnrad auf, das mit einem Zahnkranz kämmt. Das Ritzelzahnrad ist typischerweise einstückig mit einer massiven Ritzelwelle gebildet oder daran befestigt, die in dem Achsgehäuse auch drehbar getragen ist. Aufgrund die axialen Schublasten, die durch den Hypoidzahnradsatz übertragen werden, werden häufig mindestens zwei seitlich beabstandete sich verjüngende Ritzellager eingesetzt, um die Ritzelwelle zur Drehung relativ zu dem Achsgehäuse zu tragen.
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Wie bekannt ist, ist es erforderlich, dass ein Schmiersystem in Verbindung mit der Antriebsachsanordnung die Kupplungspackung der Mehrscheiben-Reibungskupplungsanordnung und die Differential- und Ritzellager schmiert. In vielen Anordnungen wird eine Kombination aus Spritzschmierung (über die Drehung des Hypoidzahnradsatzes erzeugt) und Pumpschmierung (über eine Ölpumpe erzeugt) verwendet, um eine angemessene Systemschmierung bereitzustellen. Die Pumpschmierung erfordert typischerweise entweder eine mechanisch betätigte Zahnradpumpe oder eine elektrisch betätigte Ölpumpe, um die erforderliche Schmierung für die Mehrscheiben-Kupplungsanordnung bereitzustellen. Natürlich erhöht die Verwendung einer mechanischen und/oder elektrischen Fluidpumpe die Gesamtkosten und Verpackungsvorschriften der Antriebsachsanordnung und verringert möglicherweise ihre Effizienz. Gleichermaßen würde eine Spritzschmierung der Kupplungsanordnung ein Drehen von Komponenten durch eine Ölwanne erfordern, was ebenso die Effizienz senkt und den Systemluftwiederstand erhöht, während ein größeres Volumen von Schmiermittel erforderlich ist und zur Schwierigkeit führt, den Schmiermittelstrom genau zu der Kupplungsanordnung zu leiten, da Zentrifugalkräfte gegen das Schmiermittel wirken.
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In der
DE 10 2015 222 892 A1 wird eine Getriebewelle zur Übertragung eines Drehmoments vorgeschlagen, wobei die Getriebewelle eine Helixstruktur zur Förderung von Schmiermittel entlang einer Wellenlängsachse aufweist. Des Weiteren wird ein Fahrzeuggetriebe mit einem ersten Innenraum und einem zweiten Innenraum und mit einer solchen Getriebewelle vorgeschlagen, wobei die Getriebewelle von dem ersten Innenraum in den zweiten Innenraum führt, so dass Schmiermittel mittels der Helixstruktur von einem der Innenräume in einen anderen der Innenräume förderbar ist.
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US 3 383 937 A zeigt eine Vorrichtung zum Schmieren und Zurückführen von Öl zu Antriebsachsen, wobei der Teil des Mechanismus, der außerhalb des Kurbelgehäuses mit Öl gefüllt ist, aus dem Motorkurbelgehäuse durch eine Ablenkplatte über Ölrücklaufkanäle abgetrennt ist und mit diesem Kurbelgehäuse in Verbindung steht. Die Ölversorgungskomponenten außerhalb des Kurbelgehäuses wird mit Öl durch eine Bohrung in der Welle versorgt.
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JP 2013-181 638 A zeigt eine Kraftübertragungsvorrichtung. Die Kraftübertragungsvorrichtung ist ausgestaltet mit einem Gehäuse, einer Zahnradwelle, die an einem Ende mit einem Zahnrad angeordnet ist, das drehbar in dem Gehäuse untergebracht ist und mit einem Hohlrad kämmt, und einem Einheitslager, das mit einem Lagerpaar integriert ist, zum drehbaren Lagern der Getriebewelle am Gehäuse, ein Teilungsteil zum Einsetzen der Getriebewelle und des Einheitslagers im Inneren ist im Gehäuse ausgebildet, und eine Stütze des Einheitslagers aus das Gehäuse ist mit einem einzigen durchgehenden Element gebildet ist.
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US 2007 / 0 026 983 A1 zeigt einen Antrieb, der eine Achse hat, eine Antriebswelle, die antriebsmäßig mit einer Antriebsmaschine verbunden ist, und eine Bremse, die um die Antriebswelle herum angeordnet ist, um die Antriebswelle zu bremsen. Ein Untersetzungsantriebsstrang ist antriebsmäßig zwischen der Eingangswelle und der Achse eingefügt. Das Getriebe hat auch ein Untersetzungsgehäuse, das den Untersetzungsantriebsstrang enthält, und einen Schmiersumpf, der in dem Untersetzungsgehäuse vorgesehen ist. Eine Abgabeöffnung befindet sich an einer äußeren Umfangsseitenfläche der Eingangswelle, um der Bremse Schmiermittel zuzuführen. Das Getriebe weist auch einen in der Eingangswelle bereitgestellten Bremsschmierdurchgang auf, um mit der Zufuhröffnung verbunden zu werden, und eine Schmiermitteleinführeinrichtung zum Zuführen von Schmiermittel aus der Schmierölwanne zu dem Bremsschmiermitteldurchgang.
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Während derartige herkömmliche Antriebsachsanordnungen und Ritzelwelle-Traganordnungen für ihren ausgelegten Zweck angemessen sind, besteht dennoch ein Bedarf, die Technologie und Struktur derartiger Produkte weiterzuentwickeln, um verbesserte Konfigurationen bereitzustellen, die eine verbesserte Effizienz, ein reduziertes Gewicht, Verpackungsanforderungen und eine verbesserte Schmierung bereitstellen.
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KURZFASSUNG
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Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Kurzfassung der Offenbarung bereit und ist nicht als vollständige und umfassende Auflistung aller Gegenstände, Aspekte, Merkmale und Vorteile, die der vorliegenden Offenbarung zugeordnet sind, auszulegen.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird eine Kraftübertragungsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang und einem Paar von Rädern bereitgestellt. Die Kraftübertragungsanordnung weist ein Gehäuse mit einem Dreheingang, der durch einen Antriebsstrang angetrieben wird, auf und weist ferner eine röhrenförmige Eingangswelle auf, die durch das Gehäuse drehbar getragen ist. Der Drehausgang ist der durch das Gehäuse drehbar getragen und mit dem Paar von Rädern antriebsverbunden. Ein Hypoidzahnradsatz ist durch das Gehäuse drehbar getragen und weist einen Zahnkranz, der den Drehausgang antreibt, und eine hohle Ritzeleinheit, die ein Ritzelzahnrad-Segment, das mit dem Zahnkranz kämmt, und ein Ritzelwelle-Segment definiert, auf. Eine Drehmomentübertragungskopplung ist zwischen der Eingangswelle und dem Ritzelwelle-Segment der Ritzeleinheit betätigbar angeordnet. Die Kraftübertragungsanordnung weist ferner ein pumpenloses Schmiersystem auf, welches eine Sammlereinheit aufweist, die eingerichtet ist, um Schmiermittel, das durch Drehung von einem oder beidem von dem Zahnkranz und dem Ritzelzahnrad-Segment verspritzt wird, aufzufangen. Die Sammlereinheit sammelt das verspritzte Schmiermittel in einem Sammelbehälter. Eine Leitungseinheit ist mit dem Sammelbehälter in Fluidkommunikation und angeordnet, um das in dem Sammelbehälter gesammelte Schmiermittel durch eine interne Ritzelkammer, die durch die hohle Ritzeleinheit gebildet ist, zu übertragen, um die Drehmomentübertragungskopplung zu schmieren.
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Gemäß diesen und anderen Gegenständen weist die Drehmomentübertragungskopplung eine Mehrscheiben-Kupplungsanordnung mit einem ersten Kupplungselement, das durch die Eingangswelle angetrieben wird, und einem zweiten Kupplungselement, das die Ritzeleinheit antreibt, auf. Eine Kupplungspackung von abwechselnden ersten und zweiten Kupplungsscheiben ist zwischen dem ersten und zweiten Kupplungselement betätigbar angeordnet. Das Schmiermittel, das durch die Ritzelkammer über die Leitungseinheit übertragen wird, wird geleitet, um die Kupplungspackung zu schmieren und zu kühlen. Die Eingangswelle definiert eine interne Wellenkammer, die mit der Ritzelkammer kommuniziert, und weist Schmierbohrungen auf, die eine Fluidkommunikation zwischen der Wellenkammer und der Kupplungspackung bereitstellen.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Sammlereinheit an dem Gehäuse befestigt und umgibt einen Abschnitt des Zahnkranzes. Somit fängt die Sammlereinheit durch Drehung des Zahnkranzes verspritztes Schmiermittel auf. Die Sammlereinheit weist ein Sammlerplatte-Segment, das in der Nähe zu dem Zahnkranz angeordnet ist, und ein Sammlerbehälter-Segment, das den Sammelbehälter definiert, zum Halten von gesammeltem Schmiermittel auf. Ein Sammler-Segment ist mit dem Sammelbehälter in Fluidkommunikation und die Leitungseinheit ist an dem Sammler-Segment der Sammlereinheit angebracht und leitet Schmiermittel von dem Sammelbehälter zu der Wellenkammer.
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Gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist die Kraftübertragungsanordnung ferner eine Förderschnecke auf, die zur Drehung mit der Ritzeleinheit befestigt und in der Ritzelkammer angeordnet ist. Bei Betätigung leitet die sich drehende Förderschnecke Schmiermittel aus dem Sammelbehälter in die Wellenkammer.
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Figurenliste
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen werden nur bereitgestellt, um ausgewählte nicht beschränkende Ausführungsformen darzustellen und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken. Entsprechend zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit Vierradantrieb (4WD), das mit einem Kraftübertragungssystem ausgestattet ist, das ein/e oder mehrere Produkte und/oder Anordnungen aufweist, welche die Lehren der vorliegenden Offenbarung ausführen;
- 2 eine grafische Darstellung einer Kraftübertragungsanordnung, die als Verteilergetriebe ausgeführt ist, die dem in 1 gezeigten 4WD-Kraftübertragungssystem zugeordnet ist;
- 3 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit Allradantrieb (AWD), das mit einem Kraftübertragungssystem ausgestattet ist, das ein/e oder mehrere Produkte und/oder Anordnungen aufweist, welche die Lehren der vorliegenden Offenbarung ausführen;
- 4 eine grafische Darstellung einer Kraftübertragungsanordnung, die als Zapfwelleneinheit ausgeführt ist, die dem in 3 gezeigten AWD-Kraftübertragungssystem zugeordnet ist;
- 5 eine grafische Ansicht einer alternativen Version des Fahrzeugs mit Allradantrieb, das in 3 gezeigt ist und das mit einem AWD-Kraftübertragungssystem ausgestattet ist, das ein/e oder mehrere Produkte und/oder Anordnungen aufweist, welche die Lehren der vorliegenden Offenbarung ausführen;
- 6 eine schematische Ansicht einer Kraftübertragungsanordnung, die als Antriebsachsanordnung ausgeführt ist, die mit einer Drehmomentübertragungskopplung ausgestattet ist, die dem in 5 gezeigten AWD-Kraftübertragungssystem zugeordnet ist;
- 7A und 7B Schnittansichten einer integrierten Ritzel/Lager/Kopplungsanordnung (PBC-Anordnung), die zur Verwendung mit einem der zuvor genannten Kraftübertragungssystemen ausgelegt ist und die gemäß der Lehren der vorliegenden Offenbarung ausgebildet ist, und 7C eine Schnittansicht einer Antriebsachsanordnung, die mit der PBC-Anordnung ausgestattet ist;
- 8 eine isometrische Explosionsansicht, welche eine Zwischenhülse und eine Aluminiumflanschplatte zeigt, welche einem Montagesystem für die in 7 gezeigten PBC-Anordnung zugeordnet sind;
- 9 eine isometrische Explosionsansicht, welche eine Stahlritzelwelle und die Aluminiumflanschplatte für das Montagesystem zeigt, das der in 7 gezeigten PBC-Anordnung zugeordnet ist;
- 10 eine Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform einer PBC-Anordnung, die in einer Antriebsachsanordnung installiert und mit einem Entlüftungssystem ausgestattet ist, um Luft von der Differentialanordnung durch die entlüftete PBC-Anordnung zu entlüften;
- 11 eine zusammengesetzte isometrische Ansicht einer anderen Ansicht einer PBC-Anordnung, die eine Gewinderitzelkartuschenanordnung aufweist;
- 12 eine Schnittansicht der in 11 gezeigten PBC-Anordnung, die in einem Achsgehäuse einer Antriebsachsanordnung installiert ist;
- 13 eine Schnittansicht einer PBC-Anordnung mit einer alternativen Lageranordnung, die gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgebildet ist;
- 14 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Antriebsachsanordnung und Drehmomentübertragungskopplung, die dem AWD-Kraftübertragungssystem von 5 und 6 zugeordnet sind, die im Folgenden als Hinterachsantriebsanordnung (RAD-Anordnung) bezeichnet wird und mit einem pumpenlosen Schmiersystem ausgestattet ist;
- 15 ist ähnlich zu 14 und stellt nun einen erfindungsgemäßen Schmiermittel-Strömungsweg dar, der dem pumpenlosen Schmiersystem zugeordnet ist;
- 16 eine isometrische Ansicht verschiedener Komponenten der erfindungsgemäßen RAD-Anordnung, die einen Schmiersammelbehälter und eine Leitungsanordnung darstellt, die dem pumpenlosen Schmiersystem zugeordnet sind;
- 17 eine gegenüberliegende Ansicht des erfindungsgemäßen Sammelbehälters und der Leitungsanordnung, die in 16 gezeigt sind; und
- 18 eine Schnittansicht einer RAD-Anordnung, die mit einer Förderschnecke als Teil des pumpenlosen Schmiersystems ausgestattet ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Ausführungsbeispiele werden nun umfassender unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Ausführungsbeispiele werden bereitgestellt, sodass diese Offenbarung gründlich ist und den Umfang der vorliegenden Offenbarung für Fachleute auf dem Gebiet vollständig darlegt.
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Insbesondere werden verschiedene Beispiele unterschiedlicher Kraftübertragungssysteme für Kraftfahrzeuge beschrieben, für die sich Produkte und/oder Anordnungen, die die Lehren der vorliegenden Offenbarung ausführen, zur Verwendung gut eignen. Zu diesem Zweck werden verschiedene Kraftübertragungsanordnungen, einschließlich, ohne Beschränkungen, Verteilergetriebe, Zapfwelleneinheiten, Antriebsachsanordnungen, Drehmomentübertragungskopplungen und Differentialgetriebe offenbart, welche mit einem Hypoidzahnradsatz ausgestattet sein können, der ein pumpenloses Schmiersystem aufweist, das gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung ausgebildet ist.
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Zu Beginn bezugnehmend auf 1 ist ein Beispiel für ein Kraftübertragungssystem mit Vierradantrieb (4WD) für ein Kraftfahrzeug 10 gezeigt. Kraftfahrzeug 10 weist einen Antriebsstrang 11 auf, der zum Erzeugen und Übertragen einer Drehkraft (d.h. eines Antriebsdrehmoments) an eine erste oder primäre Antriebswelle 18 und eine zweite oder sekundäre Antriebswelle 20 betätigbar ist. Antriebsstrang 11 ist in diesem nicht beschränkenden Beispiel einen Verbrennungsmotor 12 und ein Getriebe 14 aufweisend gezeigt. Primäre Antriebswelle 18, die im Folgenden als hintere Antriebswelle identifiziert wird, weist ein Paar von bodeneingreifenden Hinterrädern 22 auf, die über ein Paar von Hinterachswellen 23 mit einer hinteren Differentialanordnung 24 als Teil einer hinteren Antriebsachsanordnung 26 miteinander verbunden sind. Sekundäre Antriebswelle 20, die im Folgenden als vordere Antriebswelle identifiziert wird, weist ein Paar von bodeneingreifenden Vorderrädern 32 auf, die über ein Paar von Vorderachswellen 33 mit einer vorderen Differentialanordnung 34, die eine vordere Antriebsachsanordnung 36 definiert, miteinander verbunden sind.
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Das Kraftübertragungssystem weist auch eine Kraftübertragungsanordnung auf, die in 1 als Verteilergetriebe 16 dargestellt ist, die eingerichtet ist, um ein Antriebsdrehmoment von Antriebsstrang 11 aufzunehmen und dieses Antriebsdrehmoment permanent an hintere Antriebswelle 18 und selektiv/automatisch an vordere Antriebswelle 20 zu übertragen. Das Verteilergetriebe 16 weist im Allgemeinen eine hintere Ausgangswelle 30, eine Drehmomentübertragungskopplung 17 und eine vordere Ausgangswelle 40 auf. Ein erstes Ende einer hinteren Gelenkwelle 28, die auch hinterer Antriebswelle 18 zugeordnet ist, ist über erste Gelenkkopplung 27 mit hinterer Ausgangswelle 30 antriebsverbunden zu sehen. Ein zweites Ende von hinterer Gelenkwelle 28 ist über eine zweite Gelenkkopplung 29 mit einer Eingangskomponente 21 von hinterer Achsanordnung 26 antriebsgekoppelt zu sehen. Typischerweise ist Eingangskomponente 21 eine Ritzelwelle, die ein Ritzelzahnrad antreibt, das mit einem Zahnkranz kämmt, und die zusammen einen hinteren Hypoidzahnradsatz definieren. Der Zahnkranz treibt hintere Differentialanordnung 24 an. Somit ist hintere Gelenkwelle 28 eingerichtet, um ein Antriebsdrehmoment von hinterer Ausgangswelle 30 von Verteilergetriebe 16 an hintere Achsanordnung 26 zu übertragen. Ähnlich ist ein erstes Ende einer vorderen Gelenkwelle 38, die vorderer Antriebswelle 20 zugeordnet ist, über eine erste vordere Gelenkkopplung 37 mit vorderer Ausgangswelle 40 antriebsverbunden zu sehen. Ein zweites Ende von vorderer Gelenkwelle 38 ist über eine zweite Gelenkkopplung 39 mit einer vorderen Eingangskomponente 31 von vorderer Achsanordnung 36 antriebsverbunden zu sehen. Typischerweise ist vordere Eingangskomponente 31 eine Ritzelwelle, die ein Ritzelzahnrad antreibt, das mit einem Zahnkranz kämmt, und die zusammen einen vorderen Hypoidzahnradsatz definieren. Der Zahnkranz treibt vordere Differentialanordnung 34 an. Daher ist vordere Gelenkwelle 38 eingerichtet, um ein Antriebsdrehmoment von vorderer Ausgangswelle 40 von Verteilergetriebe 16 an vordere Achsanordnung 36 zu übertragen.
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Nun bezugnehmend auf 2 wird ein nicht beschränkendes Beispiel von Verteilergetriebe 16 mit einfacher Geschwindigkeit beschrieben. In der dargestellten Anordnung weist Getriebe 14 eine Antriebsausgangswelle 15 auf, die sich von einem Getriebegehäuse 60 in ein Verteilergetriebegehäuse 62 erstreckt, das ausgelegt ist, um an Getriebegehäuse 60 befestigt zu sein und das eine interne Kammer 64 definiert. Antriebswelle 15 ist zur gemeinsamen Drehung mit hinterer Ausgangswelle 30 gekoppelt. Verteilergetriebe 16 ist in 2 ferner eine Übertragungsanordnung 68 aufweisend gezeigt und Drehmomentübertragungskopplung 17 ist eingerichtet, um eine Kupplungsanordnung 70 und einen kraftbetätigten Kupplungssteller 72 aufzuweisen, gezeigt. Übertragungsanordnung 68 kann als eine mit Zahnrädern versehene Antriebsanordnung oder eine Kettenantriebsanordnung eingerichtet sein. In dem bestimmten offenbarten Beispiel ist Übertragungsanordnung 68 eine Kettenantriebsanordnung mit einem ersten Kettenrad 74, das mit hinterer Ausgangswelle 30 antriebsgekoppelt ist, einem zweiten Kettenrad 76, das auf vorderer Ausgangswelle 40 drehbar getragen ist, und einer kontinuierlichen Antriebskette 78, die sowohl das erste Kettenrad 74 als auch das zweite Kettenrad 76 umläuft und mit ihnen kämmt. Eine Kopplungsschnittstelle 79 ist zum Angeben einer Antriebskopplung zwischen erstem Kettenrad 74 und hinterer Ausgangswelle 30 schematisch gezeigt.
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Kupplungsanordnung 70 ist als eine Mehrscheiben-Reibungskupplung mit einem ersten Kupplungselement 80, das zur Drehung mit zweitem Kettenrad 76 gekoppelt ist, einem zweiten Kupplungselement 82, das zur Drehung mit vorderer Ausgangswelle 40 gekoppelt ist, und einer Mehrscheiben-Kupplungspackung 84, die aus mehreren verschachtelten inneren und äußeren Kupplungsscheiben besteht, gezeigt. Die inneren Kupplungsscheiben sind mit zweitem Kupplungselement 82 gekoppelt, während die äußeren Kupplungsscheiben mit erstem Kupplungselement 80 gekoppelt sind. Kraftbetätigter Kupplungssteller 72 weist eine axial bewegbare Aufbringungsvorrichtung 88 auf, die imstande ist, eine Kupplungseingriffsdruckkraft auf Kupplungspackung 84 aufzubringen, und eine angetriebene Treibereinheit 89, die zum Steuern der axialen Position von Aufbringungsvorrichtung 88 relativ zu Kupplungspackung 84 betätigbar ist. Zum Beispiel und ohne Beschränkungen könnte Aufbringungsvorrichtung 88 eine Vorrichtung zur Umwandlung einer drehenden zu einer linearen Bewegung, wie etwa eine Kugelrampeneinheit, aufweisen, während die angetriebene Treibereinheit 89 einen Elektromotor und eine Zahnradgetriebeanordnung aufweisen könnte, um eine Betätigung der Kugelrampeneinheit zu steuern.
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Die Größe der Kupplungseingriffskraft, die auf Kupplungspackung 84 ausgeübt wird, ist proportional zum Betrag des Antriebsdrehmoments, das von hinterer Ausgangswelle 30 durch Übertragungsanordnung 68 an vordere Ausgangswelle 40 übertragen wird. Folglich, wenn eine vorbestimmte minimale Kupplungseingriffskraft auf Kupplungspackung 84 aufgebracht wird, wird ein minimaler Betrag des Antriebsdrehmoments an vordere Antriebswelle 20 übertragen. Im Gegensatz dazu, wenn eine vorbestimmte maximale Kupplungseingriffskraft auf Kupplungspackung 84 aufgebracht wird, wird ein maximaler Betrag des Antriebsdrehmoments an vordere Antriebswelle 20 übertragen. Somit kann eine adaptive Steuerung des Vorne/Hinten-Antriebsdrehmomentverteilungsverhältnisses durch aktives Steuern einer Betätigung von Drehmomentübertragungskopplung 17 innerhalb von Verteilergetriebe 16 bereitgestellt werden, um einen Zweiradantriebsmodus (2WD-Modus) und einen Vierradantriebsmodus (4WD-Modus) auf Anforderung einzurichten. 2 stellt auch eine Verteilergetriebe-Steuereinheit 48A dar, die Fahrzeugsteuerung 48 von 1 zugeordnet ist, die zum Steuern einer Betätigung von angetriebener Treibereinheit 89 als Reaktion auf Signale von Sensoren 44 und/oder Modusauswähler 46 betätigbar ist und die wiederum die axiale Position von Aufbringungsvorrichtung 88 relativ zu Kupplungspackung 84 steuert.
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Nun bezugnehmend auf 3 ist ein Beispiel für ein Kraftübertragungssystem mit Allradantrieb (AWD) für ein Kraftfahrzeug 10' gezeigt. Kraftfahrzeug 10' weist einen Antriebsstrang 11' auf, der aus einem Motor 12' und einem Getriebe 14' besteht. Die primäre Antriebswelle ist in diesem nicht beschränkenden Beispiel vordere Antriebswelle 20', während die sekundäre Antriebswelle hintere Antriebswelle 18' ist. Ein Antriebsdrehmoment von Antriebsstrang 1 1' wird normalerweise durch eine vordere Differentialanordnung 34' an Vorderräder 32 über Vorderachswellen 33 übertragen. Wie zu sehen ist, ist das erste Ende einer hinteren Gelenkwelle 28' über erste Gelenkkopplung 27 mit einer Ausgangskomponente 91 einer Kraftübertragungsanordnung verbunden, die hiernach als Zapfwelleneinheit (PTU) 90 bezeichnet wird. Des Weiteren ist das zweite Ende von hinterer Gelenkwelle 28' über zweite Gelenkkopplung 29 mit einer Dreheingang 21 von hinterer Achsanordnung 26 antriebsverbunden. PTU 90 ist mit einer Drehmomentübertragungskopplung 17' ausgestattet, die zum selektiven Übertragen von Antriebsdrehmoment von Antriebsstrang 11' an hintere Antriebswelle 18' betätigbar ist.
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4 stellt grafisch ein nicht beschränkendes Beispiel von PTU 90 dar. Ein abschließender Antriebszahnradsatz 92 von Getriebe 14' weist ein Ausgangszahnrad 94 auf, das einen Zahnkranz 96 antreibt, der an einem Differentialträger 98 von vorderer Differentialanordnung 34' befestigt ist. PTU 90 weist eine Eingangswelle 100, die durch Zahnradsatz 92 oder Träger 98 angetrieben wird, einen Hypoidzahnradsatz 102 und eine Drehmomentübertragungskopplung 17', die dazwischen angeordnet ist, auf. Hypoidzahnradsatz 102 weist ein Kronenrad 104 auf, das mit einem Ritzelzahnrad 106 kämmt, das wiederum mit einer Ritzelwelle 108 antriebsverbunden ist, die als Ausgangskomponente 91 wirkt.
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Drehmomentübertragungskopplung 17' weist eine Kupplungsanordnung 70' und einen kraftbetätigten Kupplungssteller 72' auf. Kupplungsanordnung 70' ist eine Mehrscheiben-Reibungskupplung mit einem ersten Kupplungselement 80', das mit Eingangswelle 100 gekoppelt ist, einem zweiten Kupplungselement 82', das mit Kronenrad 104 gekoppelt ist, und einer Mehrscheiben-Kupplungspackung 84'. Mehrscheiben-Kupplungspackung 84' weist innere Kupplungsscheiben auf, die mit erstem Kupplungselement 80' gekoppelt sind, die abwechselnd mit äußeren Kupplungsscheiben verschachtelt sind, die mit zweitem Kupplungselement 82' gekoppelt sind.
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Kraftbetätigter Kupplungssteller 72' weist eine axial bewegbare Aufbringungsvorrichtung 88' auf, die imstande ist, eine Kupplungseingriffsdruckkraft auf Kupplungspackung 84' aufzubringen, und eine angetriebene Treibereinheit 89', die zum Steuern der axialen Position von Aufbringungsvorrichtung 88' relativ zu Kupplungspackung 84' betätigbar ist. Die Größe der Kupplungseingriffskraft, die auf Kupplungspackung 84' ausgeübt wird, ist proportional zum Betrag des Antriebsdrehmoments, das von Eingangswelle 100 durch Kupplungsanordnung 70' und Hypoidzahnradsatz 102 an hintere Gelenkwelle 28' übertragen wird. Daher, wenn eine minimale Kupplungseingriffskraft auf Kupplungspackung 84' aufgebracht wird, wird ein minimales Antriebsdrehmoment über Hypoidzahnradsatz 102 an hintere Antriebswelle 18' übertragen. Im Gegensatz dazu, wenn eine maximale Kupplungseingriffskraft auf Kupplungspackung 84' aufgebracht wird, wird ein maximales Antriebsdrehmoment an hintere Antriebswelle 18' übertragen. Somit wird eine aktive Steuerung des Vorne/Hinten-Drehmomentverteilungsverhältnisses bereitgestellt. Dies ermöglicht die Einrichtung der vorangehend genannten Betätigungsmodi mit 2WD und 4WD auf Anforderung für das Fahrzeug 10'.
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Nun bezugnehmend auf 5 und 6 ist nun eine überarbeitete Version von AWD-Kraftfahrzeug 10' mit Drehmomentübertragungskopplung 17' zu sehen, die von PTU 90' entfernt wurde und nun zwischen hinterer Gelenkwelle 28' und einer hinteren Achsanordnung 26' betätigbar angeordnet ist. Drehmomentübertragungskopplung 17' ist vorzugsweise innerhalb eines ausgefahrenen Abschnitts des Achsgehäuses (nicht gezeigt) montiert, um eine Kraftübertragungsanordnung zu definieren, die als Hinterachsantriebsanordnung (RAD-Anordnung) 105 bezeichnet wird. Somit ist PTU 90' mit Eingangswelle 100 eingerichtet, die Kronenrad 104 von Hypoidzahnradsatz 112 derart antreibt, dass Ritzelzahnrad 106 hintere Gelenkwelle 28' über Kopplungseinheit 27 antreibt. RAD-Anordnung 105 ist eine überarbeitete Version von hinterer Antriebsachsanordnung 26 und weist im Allgemeinen hintere Differentialanordnung 24, einen Hypoidzahnradsatz 112, der hintere Differentialanordnung 24 antreibt, und Drehmomentübertragungskopplung 17', die zwischen einer Kopplungswelle 107 und einer Ritzelwelle 110 angeordnet ist, auf. Kopplungswelle 107 ist mit dem zweiten Ende von hinterer Gelenkwelle 28' über zweite Kopplungsverbindungseinheit 29 verbunden. Kupplungsanordnung 70' ist mit erstem Kupplungselement 80' zu sehen, das an Kopplungswelle 107 befestigt ist, während Ritzelwelle 110 an zweitem Kupplungselement 82' befestigt ist.
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Hypoidzahnradsatz 112 weist ein Ritzelzahnrad 114 auf, das mit einem Zahnkranz 116 kämmt. Ritzelzahnrad 114 ist an Ritzelwelle 110 befestigt, während Zahnkranz 116 zur Drehung mit einem Differentialträger 120 von hinterer Differentialanordnung 24 befestigt ist. Hintere Differentialanordnung 24 ist auch ein Paar von Differentialritzeln 122 aufweisend zu sehen, die auf Querstiften 124 drehbar montiert sind, welche an Differentialträger 120 befestigt sind. Ausgangszahnräder 126 kämmen mit Differentialritzeln 122 und sind mit Achswellen 23 antriebsverbunden. Eine Betätigung von kraftbetätigtem Kupplungssteller 72' funktioniert, um den Betrag des Antriebsdrehmoments zu steuern, das von Antriebsstrang 11' durch PTU 90', hintere Gelenkwelle 28' und Kupplungsanordnung 70' an Hypoidzahnradsatz 112 zum Antreiben von Hinterachsanordnung 26' übertragen wird.
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Die vorangehenden Konfigurationen sind klar dargestellt, um einen Hypoidzahnradsatz in ein oder mehrere Produkte und/oder Achsanordnungen zu integrieren, welche Hinterachsanordnung 26, 26', Vorderachsanordnung 36, Drehmomentübertragungsvorrichtung 17', PTU 90, 90' und/oder RAD-Anordnung 105 zugeordnet sind. Folglich reicht die folgende ausführliche Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung aus, um Fachleuten auf dem Gebiet ein Verständnis und eine Wertschätzung der Struktur und Funktionsweise des folgenden zu vermitteln.
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Nun bezugnehmend auf 7 bis 9 ist eine integrierte Ritzel-/Lager-/Kopplung-Anordnung, die hiernach als PBC-Anordnung 150 bezeichnet wird, zu sehen, die im Allgemeinen eine Ritzeleinheit 152, eine Kopplereinheit 154, eine Lagereinheit 156 und eine Gewindeverriegelungsbuchseneinheit 158 aufweist. Ritzeleinheit 152 ist als hohle Stahlkomponente (vorzugsweise geschmiedet) mit einem röhrenförmigen Ritzelwelle-Segment 160 und einem röhrenförmigen Ritzelzahnrad-Segment 162 eingerichtet. Während Welle-Segment 160 und Zahnrad-Segment 162 einstückig als homogene Stahlkomponente gebildet zu sehen sind, versteht sich, dass Ritzelzahnrad-Segment 162 alternativ eine separate hohle Komponente (aus unterschiedlichem Material hergestellt) sein kann, die an einem ersten Ende von Ritzelwelle-Segment 160 befestigt ist. Welle-Segment 160 weist einen ersten Endabschnitt 164, von dem sich Zahnrad-Segment 162 erstreckt, und einen zweiten Endabschnitt 166 mit einer Endfläche 168 auf. Lagereinheit 156 weist ein Paar von seitlich beabstandeten Lageranordnungen 169A, 169B auf, die zwischen einem Zwischenabschnitt 170 von Ritzelwelle-Segment 160 und einem Lagergehäuse 172, das eingerichtet ist, um in einem Ritzelgehäuseabschnitt 153 eines Achsgehäuses 155 eingerichtet zu sein, betätigbar installiert sind. Lagergehäuse 172 funktioniert, um Lageranordnungen 169A, 169B axial zu positionieren. Wie am besten in 7B zu sehen ist, weist Lagergehäuse 172 einen sich radial nach innen erstreckenden zylindrischen Stopfen 173 auf, gegen den die äußeren Laufbahnen von Lageranordnungen 169A, 169B in Eingriff kommen. Lagergehäuse 172 weist ferner Fluidanschlüsse 175A, 175B auf, die bereitgestellt sind, um eine Schmierzufuhr für die Lager zu erleichtern.
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Verriegelungsbuchseneinheit 158 ist an Lagergehäuse 172 starr befestigt (oder einstückig damit gebildet) und weist Außengewinde 174 auf, die bereitgestellt sind, um das axiale Positionieren von PBC-Anordnung 150 zu erlauben, damit sie relativ zu Ritzelgehäuseabschnitt 153 von Achsgehäuse 155 zum Festlegen der gewünschten Vorlast und/oder Gegenreaktion zwischen Zahnradzähnen 176 auf Zahnrad-Segment 162 von Ritzeleinheit 152 und Zahnradzähnen 173 auf einem Zahnkranz 175 eingestellt wird. Eine Dichtungsanordnung weist eine Dichtungsplatte 180, die an Kopplereinheit 154 befestigt ist, und eine flexible Drehdichtung 182, die zwischen Dichtungsplatte 180 und Verriegelungsbuchse 158 angeordnet ist, auf. Eine Fettkappe 184 ist innerhalb von zweitem Endabschnitt 166 von Welle-Segment 160 installiert zu sehen.
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7C stellt eine Version einer von hinterer Antriebsachse 26, 26' und vorderer Antriebsachse 36 dar, die mit PBC-Anordnung 150 ausgestattet ist. Wie zu sehen ist, weist Achsgehäuse 155 auch einen Differentialgetriebe-Gehäuseabschnitt 157 auf, der eine Differentialgetriebe-Zahnradsatz-Kammer 159 definiert, welche mit einer Ritzelkammer 161 kommuniziert, die in Ritzelgehäuseabschnitt 153 gebildet ist. Differentialanordnung 24, 34 weist einen Differentialträger 163 auf, an dem Zahnkranz 175 zur gemeinsamen Drehung starr befestigt (d.h. geschweißt) ist. Träger 163 ist in Differentialgetriebe-Gehäuseabschnitt 157 von Achsgehäuse 155 über ein Paar von seitlich beabstandeten Differentiallageranordnungen 165, 167 drehbar getragen. Ein Differentialgetriebe-Zahnradsatz ist innerhalb von Differentialgetriebe-Zahnradsatzkammer 159 von Träger 163 betätigbar installiert und weist ein Paar von Differentialritzeln auf, die auf Querstiften drehbar getragen sind, die zur Drehung mit Träger 163 befestigt sind. Der Differentialgetriebe-Zahnradsatz weist ferner ein Paar von Differentialausgangszahnrädern auf, von denen jedes mit beiden Differentialritzeln kämmt. Wie herkömmlich ist, sind die Differentialausgangszahnräder mit Achswellen 23/33 antriebsverbunden. Die beispielhaften Antriebsachsen sind gezeigt, um einen Hypoidzahnradsatz darzustellen, der aus Ritzelzahnrad-Segment 162 und Zahnkranz 175 besteht, und um ferner die Vorteile darzustellen, die mit im Folgenden beschriebener PBC-Anordnung 150 einhergehen.
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Kopplereinheit 154 ist eine Flanschplatte 190 mit einem röhrenförmigen Nabe-Segment 192 und einem radialen Scheibe-Segment 194 aufweisend gezeigt.
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Scheibe-Segment 194 weist eine planare Montagefläche 196 auf, die eingerichtet ist, um zu einer entsprechenden Kopplungskomponente einer Gelenkeinheit (d.h. Gleichaufgelenk) oder zur einem Montageflansch einer Gelenkwelle zu passen. Mehrere Montagebohrungen 198 sind durch Scheibe-Segment 194 gebildet und eingerichtet, um Gewindebefestiger aufzunehmen, die zum starren Verbinden von Kopplereinheit 154 mit der entsprechenden Kopplungskomponente bereitgestellt sind. Nabe-Segment 192 definiert eine innere Durchmesserfläche 200 mit einer darin gebildeten ringförmigen Nut 202 und einer Endnut 204. Kopplereinheit 154 ist vorzugsweise aus Aluminium, wie etwa zum Beispiel 6000er oder 7000er Serie Aluminium, und/oder Aluminiumlegierungen hergestellt.
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Kopplereinheit 154 ist auch eine Zwischenhülse, die hiernach als Hartlöthülse 210 bezeichnet wird, mit einem rohrförmigen Hülse-Segment 212 und einem angehobenen Endflansch-Segment 214 aufweisend gezeigt. Hülse-Segment 212 ist eingerichtet, um eine innere Durchmesserfläche 216, die bemessen ist, um auf einer äußeren Durchmesserfläche 218 von zweitem Endabschnitt 166 von Ritzelwelle-Segment 160 aufzuliegen, und eine äußere Durchmesserfläche 220, die bemessen ist, um mit Fläche 200 von Nabe-Segment 192 in Eingriff zu kommen, aufzuweisen. Wie am besten in 7A zu sehen ist, ist angehobenes Endflansch-Segment 214 von Hartlöthülse 210 eingerichtet, um mit Endnut 204 von Nabe-Segment 192 auf Flanschplatte 190 ausgerichtet und darin gehalten zu werden. Hartlöthülse 210 ist vorzugsweise aus Kupfer oder Kupfer/Messing-Legierungen oder Zink/Zink-Legierungen hergestellt und ausgelegt, um eine gebundene (d.h. Hartgelötete) Verbindung zwischen Nabe-Segment 192 von Aluminium-Kopplereinheit 154 und Endabschnitt 166 von Stahl-Ritzelwelle-Segment 160 einzurichten. Fläche 200 von Nabe-Segment 192 kann vor dem Hartlötvorgang modifiziert werden, um eine Schicht (d.h. Zink- oder anderes Beschichtungsmaterial) zu bilden, um eine intermetallische Schicht nach einer Schweißoperation zu reduzieren oder zu eliminieren.
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Die Anordnung, die in 2 bis 9 zu sehen ist, stellt ein Verfahren und eine Konfiguration zum Anbringen eines Aluminiumflansches an einer hohlen Stahlritzelwelle bereit, während eine gewünschte Ritzel-Lager-Vorlast aufrechterhalten wird. Insbesondere erleichtert die Verwendung von Hartlöthülse 210, die aus einem Zwischenmaterial (Kupfer, Kupfer/Bronze-Legierungen, Zink/Zink-Legierungen usw.) gefertigt wird, das Laserhartlöten eines Aluminiumflansches an einer Stahlritzelwelle. Ein Hartlöten dieses Gelenks ermöglicht die genaue Festlegung der Ritzel-Lager-Vorlast mit dem Aluminiumflansch, da ein hohles Zahnrad-Segment 162 und Welle-Segment 160 mit großem Durchmesser einen derartigen Verbindungsvorgang erlaubt, da die Scherspannung bei Antrieb durch Drehmoment mit diesen größeren Durchmessern relativ niedrig ist. Diese Anordnung kann auch zur Eliminierung von Gelenkwellenflansch-Ausgleichanforderungen, vereinfachten Anordnung und verbesserten Vorlastgenauigkeit mit geschweißtem/hartgelötetem Ritzel für eine erhöhte Effizienz führen.
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Der Entwurf des hohlen Ritzels wurde insbesondere entwickelt, um das Gesamtgewicht der Achsanordnung zu optimieren. Traditionelle Achsritzel bestehen typischerweise aus einem Zahnradabschnitt und einem massiven Schaftabschnitt, der durch Lager getragen ist. Aufgrund des relativ kleinen Durchmessers des Schaftabschnitts und daher der Lager müssen die Lager um einen bestimmten Abstand axial beabstandet sein, um die Steifigkeit aufrechtzuerhalten, und sie müssen ein zusätzliches Lager an dem Kopf (dem Zahnradabschnitt) des Ritzels aufnehmen. Dies führt zu einem Achsgehäuse mit erhöhter Länge. In dieser Anwendung hat ein Entwerfen eines hohlen Ritzels mit einem großen Durchmesser gleich ungefähr 50% seiner Gesamtlänge die Masse um über 20% verbessert. Dieser Entwurf hält die gleiche Steifigkeit aufrecht, während er ebenso die Spannungen innerhalb des Lagers verbessert, da die Anzahl von Kugeln an diesem größeren Durchmesser erhöht ist. Dies ermöglicht auch die Verwendung von dünneren und leichteren Lageranordnungen. Eine Drehmomentübertragungsfähigkeit durch das hohle Ritzel entspricht einem massiven Schaftabschnitt mit kleinerem Durchmesser aufgrund eines erhöhten polaren Trägheitsmoments. Dieser verbesserte Querschnitt ermöglicht, dass die Wanddicke für maximale Gewichtseinsparungen weiter optimiert wird.
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Nun bezugnehmend auf 10 wird eine alternative Version von PBC-Anordnung 150 beschrieben und im Folgenden als „entlüftete“ PBC-Anordnung 250 bezeichnet. Da entlüftete PBC-Anordnung 250 im Allgemeinen in ihrem Aufbau und ihrer Betätigung ähnlich zu PBC-Anordnung 150 ist, werden gemeinsame Bezugszeichen verwendet, um diejenigen Komponenten zu identifizieren, die zu den zuvor beschriebenen ähnlich sind. Im Allgemeinen ist entlüftete PBC-Anordnung 250 ausgelegt, um innerhalb eines Ritzelgehäuseabschnitts 252 eines Achsgehäuses 254 montiert zu sein, und weist Ritzeleinheit 152, Kopplereinheit 154, Lagereinheit 156 und Gewindeverriegelungsbuchseneinheit 158 auf. Gewinde 174 auf Verriegelungsbuchseneinheit 158 sind in Gewindeeingriff mit internen Gewinden 256 gezeigt, die in Ritzelgehäuseabschnitt 252 von Achsgehäuse 254 gebildet sind. Dichtungsringe 255, 257 sind zwischen integrierter Verriegelungsbuchse 158 bereitgestellt - Lagergehäuse 172 und Ritzelgehäuse 252. Ritzelzähne 176 auf Zahnrad-Segment 162 von Ritzeleinheit 152 sind mit Zahnradzähnen 260 kämmend gezeigt, die auf einem Zahnkranz 262 gebildet sind, der wiederum an Differentialträger 120 von Differentialanordnung 24 befestigt ist. Laterale Differentiallageranordnungen 264 tragen Differentialträger 120 drehbar auf einem Differentialgetriebe-Gehäuseabschnitt 266 von Achsgehäuse 254. Wie zu sehen ist, kommuniziert eine Ritzelkammer 268, die in Ritzelgehäuseabschnitt 252 gebildet ist, mit einer Differentialgetriebekammer 270, die in Differentialgetriebe-Gehäuseabschnitt 266 gebildet ist.
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Typischerweise ist ein Entlüftungssystem in Verbindung mit Differentialgetriebe-Gehäuseabschnitt 266 von Achsgehäuse 254 bereitgestellt, um einen Entlüftungsdurchgang zwischen Differentialgetriebekammer 270 und der Umgebung bereitzustellen. Die vorliegende Offenbarung richtet sich jedoch in dieser bestimmten Ausführungsform auf ein Entlüftungssystem, das entlüfteter PBC-Anordnung 250 zugeordnet ist, um Luft von innerhalb Differentialgetriebekammer 270 und/oder Ritzelkammer 268 zur Atmosphäre durch eine Entlüftungsanordnung 280 zu entlüften, die innerhalb von hohlem Welle-Segment 160 von Ritzeleinheit 152 installiert ist. Diese neue und verbesserte Entlüftungsanordnung erlaubt die Eliminierung von herkömmlichen Differentialgetriebegehäuse-Entlüftungssystemen und stellt eine abgedichtete Anordnung bereit, die verhindert, dass bei seinem Eintauchen Wasser in Achsgehäuse 254 gezogen wird, wodurch OEM-„Watfähigkeits“-Vorschriften eingehalten werden.
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Weiter bezugnehmend auf 10 ist Entlüftungsanordnung 280 zu sehen, die in einer mittigen Apertur 282 installiert ist, die in einem röhrenförmigen Segment 283 einer Fettkappe 184' gebildet ist, die an einer inneren Wandfläche 284 von zweitem Endabschnitt 166 von Ritzelwelle-Segment 160 montiert ist. Ein Ventilsitzring 286 ist in mittiger Apertur 282 installiert und definiert eine Ventilsitzöffnung 288. Ein federbelasteter Stößel 290 ist relativ zu Ventilsitzöffnung 288 bewegbar, um die Strömung von mit Druck beaufschlagter Luft aus dem Inneren von hohler Ritzeleinheit 152 in die Atmosphäre zu steuern, wie durch den Pfeil 294 angezeigt. Die Anordnung von Entlüftungsanordnung 280 innerhalb von Ritzeleinheit 152 von PBC-Anordnung 250 stellt einen zusätzlichen Schutz im Vergleich zu herkömmlichen Gehäuse-montierten Entlüftungen bereit, da sie nun vor externer Beschädigung und Verschmutzung geschützt wird.
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11 und 12 stellen eine Ritzelanordnung 398 vom Kartuschentyp besser dar, die in PBC-Anordnung 150 und/oder 250 verwendet wird. Kombinierte Verriegelungsbuchse 158 und Lagergehäuse 172, im Folgenden „Kartusche“ 400, integrieren die Funktion beider zu einer eigenständigen Anordnung. Kartusche 400 weist einen röhrenförmigen Kartuschenabschnitt 398 auf, der Schmierschlitze 402 und Anschlüsse 404 aufweist, die eine Schmierung für Lager 169A, 169B bereitstellen, während ein Separatorring 406 eine Beabstandung dazwischen aufrechterhält. Gewinde 408 erlauben eine Gewindeverbindung mit Ritzelgehäuseabschnitt von Achsgehäuse, welche wiederum ein präzises axiales Positionieren der Ritzelanordnung für eine optimierte Gegenreaktion-Einstellung erlaubt. Diese Gewindeanordnung eliminiert die Verwendung von Abstandsscheiben und reduziert Gehäusespannungen, um Gewichteinsparungen zu ermöglichen.
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Bezugnehmend auf 13 ist eine andere alternative Ausführungsform von PBC-Anordnung 450 Ritzeleinheit 152, Kopplereinheit 154, eine Lagereinheit 452 und eine Gewindekartuscheneinheit 454 aufweisend gezeigt. Lagereinheit 452 ist ein erstes axiales Drucknadellager 456, das zwischen einem ersten Rand 458 von Kartusche 454 und Kopplereinheit 154 angeordnet ist, ein zweites axiales Drucknadellager 460, das zwischen einem zweiten Rand 462 von Kartusche 454 und Zahnrad-Segment 152 von hohler Ritzeleinheit 162 angeordnet ist, und ein radiales Nadellager 464, das zwischen einer inneren Durchmesserfläche 466 von Kartusche 454 und einer äußeren Durchmesserfläche 468 von Zwischenabschnitt 170 von Welle-Segment 160 angeordnet ist, aufweisend gezeigt. Gewinde 158 auf Kartusche 454 erlauben eine axiale Einstellung von PBC-Anordnung 450 relativ zu Ritzelgehäuseabschnitt des Achsgehäuses. Diese Anordnung von Nadellagern (axial und radial) anstelle von herkömmlichen Lagern stelle eine Gewichtreduktion bereit, während eine äquivalente Steifigkeit und reduzierte Luftwiderstandverluste bereitgestellt werden, insbesondere in Kombination mit einer hohlen Ritzeleinheit.
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Nun bezugnehmend auf 14-17 ist eine alternative Version von RAD-Anordnung 105 gezeigt und wird im Folgenden als ultraleichte RAD-Anordnung oder ULRAD-Anordnung 500 bezeichnet und ist zur Verwendung in dem AWD-Übertragungssystem eingerichtet, das in 5 zu sehen ist. ULRAD-Anordnung 500 weist im Allgemeinen ein mehrstückiges Gehäuse 502 auf, das hinteres Differentialgetriebe 24, einen Hypoidzahnradsatz 504, eine Drehmomentübertragungskopplung 506 und eine Kopplungseinheit 508 trägt. Gehäuse 502 weist ein Achsgehäuse 510, das eine Differentialgetriebekammer 512 und eine Ritzelkammer 514 definiert, ein Kupplungsgehäuse 516, das eine Kupplungskammer 518 definiert, und ein Kopplungsgehäuse 520, das eine Kopplerkammer 522 definiert, auf. Hinteres Differentialgetriebe 24 ist im Allgemeinen ähnlich zu der Konfiguration, die zuvor in Bezug auf 6 und 7 beschrieben wurde, und weist Differentialträger 120, der innerhalb von Differentialgetriebekammer 512 von Achsgehäuse 510 über ein Paar von seitlich beabstandeten Differentiallagern 165, 167 drehbar getragen ist, Differentialritzel 122, die auf Querstiften 124 drehbar getragen sind, und Ausgangszahnräder 126, die mit Ritzeln 122 kämmen und mit Achswellen 23 antriebsverbunden sind, auf.
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Hypoidzahnradsatz 504 weist einen Zahnkranz 530, der zur Drehung mit Differentialträger 120 befestigt ist, und eine Ritzeleinheit 532 auf. Ritzeleinheit 532 ist als hohle Stahlkomponente mit einem röhrenförmigen Ritzelwelle-Segment 534 und einem röhrenförmigen Ritzelzahnrad-Segment 536 eingerichtet. Ritzeleinheit 532 ist Teil einer Ritzel-/Lageranordnung, die ferner eine Lagereinheit 538 und Verriegelungsbuchseneinheit 540 aufweist, die zusammen innerhalb von Ritzelkammer 514 von Achsgehäuse 510 installiert sind. Lagereinheit 538 weist ein Paar von seitlich beabstandeten Lageranordnungen 542, 544 und ein Lagergehäuse 546 auf. Verriegelungsbuchseneinheit 540 ist starr an Lagergehäuse 546 befestigt oder einstückig damit gebildet und weist Außengewinde auf, die bereitgestellt sind, um mit internen Gewinden, die auf Achsgehäuse 510 gebildet sind, in Eingriff zu kommen, um eine axiale Einstellung dazwischen zum Festlegen einer gewünschten Vorlast und/oder Gegenreaktion zwischen Zahnradzähnen 548 auf Zahnkranz 530 und Zahnradzähnen 550 auf Ritzelzahnrad-Segment 536 von Ritzeleinheit 532 zu erleichtern.
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Wie am besten in 15 dargestellt, ist Kupplungsgehäuse 516 eingerichtet, um an Achsgehäuse 510 starr befestigt zu sein und um Drehmomentübertragungskopplung 506 innerhalb von Kupplungskammer 518 zu tragen. Drehmomentübertragungskopplung 508 weist im Allgemeinen eine Kupplungseinheit 560 und eine kraftbetätigte Kupplungsstellereinheit 562 auf. Kupplungseinheit 560 ist als Mehrscheiben-Reibungskupplung mit einem ersten Kupplungselement oder Nabe 564, die an einem röhrenförmigen Welle-Segment 566 einer Eingangswelle 568 befestigt oder einstückig darauf gebildet ist, einem zweiten Kupplungselement oder Trommel 570, die an einem Endabschnitt von Ritzelwelle-Segment 534 starr befestigt ist, und einer Mehrscheiben-Kupplungspackung 572, die aus verschachtelten inneren und äußeren Kupplungsscheiben besteht, gezeigt. Die inneren Kupplungsscheiben sind zur Drehung mit Nabe 564 gekoppelt, während die äußeren Kupplungsscheiben zur Drehung mit Trommel 570 gekoppelt sind. Kupplungseinheit 560 weist auch eine axial bewegbare Aufbringungsplatte 576 und eine Vorspannanordnung 578, die eingerichtet ist, um Aufbringungsplatte 576 in einer axialen Richtung von Kupplungspackung 572 weg vorzuspannen, auf. Aufbringungsplatte 576 ist zur Drehung mit Trommel 570 gekoppelt.
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Kraftbetätigte Kupplungsstellereinheit 562 ist in dieser nicht beschränkenden Konfiguration ein Kugelrampenmechanismus 580 und einen angetriebenen Treibermechanismus 582 aufweisend gezeigt. Kugelrampenmechanismus 580 weist einen stationären ersten Nockenring 584, der an Kupplungsgehäuse 516 drehfest befestigt ist, einen drehbare axial bewegbare zweiten Nockenring 586 und mehrere Rollen 588, die jeweils durch einen Käfig innerhalb eines ausgerichteten Paares von Nockenrampen in einander zugewandten Flächen von erstem Nockenring 584 und zweitem Nockenring 586 gehalten werden, auf. Die Nockenrampen sind derart eingerichtet, dass eine Drehung von zweitem Nockenring 586 relativ zu erstem Nockenring 584 zu einer axialen Bewegung von zweitem Nockenring 586 relativ zu Kupplungspackung 572 führt. Ein Drucklager 590 ist zwischen zweitem Nockenring 586 und Aufbringungsplatte 576 angeordnet. Angetriebener Treibermechanismus 582 kann einen Elektromotor und einen Zahnradsatz aufweisen, der eingerichtet ist, um eine Drehung der Ausgangswelle des Motors in Drehung von zweitem Nockenring 586 umzuwandeln, wodurch die axiale Position von zweitem Nockenring 586 relativ zu Kupplungspackung 576 gesteuert wird.
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Kopplungsgehäuse 520 ist starr an Kupplungsgehäuse 516 befestigt und ist eingerichtet, um Kopplungseinheit 508 drehbar zu tragen. Kopplungsgehäuse 508 weist einen Koppler 596 auf, der über eine Lageranordnung 598 in einer Trägerplatte 600, die in Kopplerkammer 522 montiert ist, drehbar getragen ist. Koppler 596 ist ausgelegt, um mit Gelenkwelle 28' über eine Verbindung mit Gelenkeinheit 29 antriebsverbunden zu sein. Gelenkeinheit 29 kann direkt an Koppler 596 angebracht sein. Koppler 596 weist ein röhrenförmiges Flanschwelle-Segment 602, das eingerichtet ist, um ein Endsegment 604 von Eingangswelle 568 darin aufzunehmen. Endsegment 604 ist zur Drehung mit Koppler 596 befestigt (d.h. verkeilt, geschweißt usw.). Eingangswelle 568 weist auch röhrenförmiges Welle-Segment 566 auf. Das Ende von Welle-Segment 566 benachbart zu Endsegment 604 ist durch Kupplungsgehäuse 516 über eine Lageranordnung 610 drehbar getragen und ist relativ über eine Drehdichtungsvorrichtung 612 dazu abgedichtet. Das gegenüberliegende Ende von Welle-Segment 566 ist zur Drehung relativ zu Ritzelwelle-Segment 534 von hohler Ritzeleinheit 532 über eine Lagertraganordnung 616 getragen. Röhrenförmiges Welle-Segment 566 von Eingangswelle 568 definiert eine innere Wellenkammer 618 in Kommunikation mit einer inneren Ritzelkammer 620, die in Ritzeleinheit 532 gebildet ist. Zudem ist Welle-Segment 566 von Eingangswelle 568 umlaufend ausgerichtete Sätze von Schmierbohrungen 624, die sich durch Nabe 564 erstrecken, aufweisend gebildet, um es einem Schmiermittel zu ermöglichen, in Kupplungspackung 572 geleitet zu werden. Linie 630 gibt schematisch einen Ölfüllstand innerhalb einer Schmiermittelwanne an, die innerhalb von Differentialgetriebekammer 512, Ritzelkammer 514 und Kupplungskammer 518 definiert ist.
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Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist ULRAD-Anordnung 500 mit einem „pumpenlosen“ Schmiersystem zum Steuern einer Zufuhr des Schmiermittels aus Differentialgetriebekammer 512 in innere Ritzelkammer 620 innerhalb Ritzeleinheit 532 und innerer Wellenkammer 618 innerhalb Eingangswelle-Segment 566 zur Zufuhr über Schmierbohrungen 624 ausgestattet, um Kupplungspackung 572 zu schmieren und zu kühlen. Pfeil 632 stellt eine Darstellung dieses Strömungswegs des Schmiermittels dar. Der Begriff „pumpenlos“ gibt an, dass keine mechanische oder elektrische Ölpumpe innerhalb von ULRAD-Anordnung 500 erforderlich ist. 16 und 17 stellen das pumpenlose Schmiersystem eine Sammlereinheit 650 und eine Leitungseinheit 652 aufweisend dar. Sammlereinheit 650 ist eingerichtet, um mit Differentialgetriebekammer 512 von Achsgehäuse 510 befestigt zu sein, und weist Sammlerplatte-Segment 654, ein Sammlerbehälter-Segment 656 und ein Auslasssammler-Segment 658 auf. Sammlerplatte-Segment 654 ist eine längliche bogenförmige Komponente, die eingerichtet ist, um mit Zahnradzähnen 548 auf Zahnkranz 530 zusammenpassend ausgerichtet zu sein, und weist eine sich verjüngende Spritzplatte 660 und einen angehobenen Randflansch 662 auf, die zusammen eine kegelstumpfförmige Spritzkammer 664 zum Sammeln von Schmiermittel einrichten, das aus Drehung von Zahnkranz 530 ausgelassen wird. Sammelbehälter-Segment 656 ist eine tortenförmige, vertiefte Komponente, die eine vergrößerte Behälterkammer 666 definiert, die mit Spritzkammer 664 kommuniziert und einen Auslassanschluss 668 aufweist. Auslasssammler-Segment 658 ist eine röhrenförmige Leitungskomponente mit einem Strömungskanal 670 in Fluidkommunikation mi Behälterkammer 666 über Auslassanschluss 668. Strömungskanal 670 endet mit einem eingestülpten Röhrenkopplungsabschnitt 672, der eingerichtet ist, um einen ausgestülpten Kopplungsabschnitt von Leitungseinheit 652 aufzunehmen. Es wird angemerkt, dass Röhrenkopplungsabschnitt 672 von Auslasssammler-Segment 658 eingerichtet ist, um sich in einen Abschnitt von Ritzelkammer 620 zu erstrecken, der Ritzelzahnrad-Segment 536 von Ritzeleinheit 532 zugeordnet ist. 14 stellt eine Anordnung dar, in der keine längliche Leitungseinheit 652 in Zusammenwirkung mit Sammlereinheit 652 verwenden wird. 15 und 16 stellen jedoch die bevorzugte Kombination aus diesen zwei Komponenten dar. Insbesondere Leitungseinheit 652 ist eine längliche röhrenförmige Komponente, die sich durch Ritzelkammer 620 und in Eingangswellenkammer 618 erstreckt. Leitungseinheit 652 weist einen Strömungskanal 676 in Fluidkommunikation mit Strömungskanal 670 auf und ist angeordnet, um gesammeltes Schmiermittel in Eingangswellenkammer 618 in der Nähe von Schmierbohrungen 624 auszulassen.
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Das vorangehend beschriebene pumpenlose Schmiersystem funktioniert, um verspritztes Schmiermittel zu sammeln, das durch Drehung von Zahnkranz 530 erzeugt wird, und das gesammelte Schmiermittel (durch Schwerkraft) durch die Mitte von Ritzeleinheit 532 zu transportieren, um die Komponenten von Drehmomentübertragungskopplung 508 und insbesondere die Kupplungsscheiben von Kupplungspackung 572 optimal zu schmieren und zu kühlen. Sammlereinheit 650 kann interne Leitbleche aufweisen, um das Einfangen und Transportieren des gesammelten Schmiermittels zu Leitungseinheit 652 zu unterstützen. Die Länge und der Durchmesser von Leitungseinheit 652 kann in jeder spezifischen Fahrzeugkraft-Übertragungsanwendung variiert werden, um den Betrag und den Ort des zu der Kupplungsanordnung und den Lagern zugeführte Schmiermittel anzupassen. Schmiermittel tritt in Kupplungspackung 572 durch Schmierbohrungen 624 aufgrund von Zentrifugalkräften, die der Drehung von Eingangswelle 568 zugeordnet sind, und/oder einem Füllen von Eingangswellenkammer 618 ein. Es versteht sich ferner, dass die Struktur von Sammlereinheit 650 derart einstückig in Differentialgetriebekammer 512 von Axialgehäuse 510 gebildet (d.h. gegossen) werden kann, dass gesammeltes Schmiermittel in einen Sammelbehälter geleitet und über Leitungseinheit 652 aus dem einstückigen Sammelbehälter in Ritzelkammer 620 und Eingangswellenkammer 618 transportiert wird.
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Nun bezugnehmend auf 18 ist ein anderes pumpenloses Schmiersystem gezeigt, welches die Verwendung einer Förderschnecke 700 aufweist, die sich innerhalb von Ritzelkammer 620 von Ritzeleinheit 532 befindet. Förderschnecke 700 weist ein Schaft-Segment 702 auf, von dem sich ein oder mehrere kontinuierliche spiralförmige Gewinde 704 erstrecken. Förderschnecke 700 kann zur derartigen Drehung mit entweder Eingangswelle 568 oder Ritzelwelle-Segment 534 befestigt sein, dass Schmiermittel aufgrund von Drehung von Förderschnecke 700 aus Differentialgetriebekammer 512 in Ritzelkammer 620 zur Zufuhr zu Eingangswellenkammer 618, wie durch Pfeil 708 angegeben, transportiert wird. Förderschnecke 700 kann eine eigenständige Schmierkomponente sein oder alternativ in Kombination mit dem pumpenlosen Schmiersystem verwendet werden, das in 14-17 offenbart wird. Es versteht sich außerdem, dass eine modifizierte Konstruktion von Sammlereinheit 650 (entweder als separate Komponente oder in dem Achsgehäuse integriert) eingerichtet sein kann, um Schmiermittel, das von den Zähnen von Ritzelzahnrad-Segment 536 verspritzt wird, zu sammeln und das gesammelte Schmiermittel aus dem Sammelbehälter über eine Leitungseinheit 652 durch Ritzeleinheit 532 zu transportieren. Diese modifizierte Version von Sammlereinheit 650 könnte auch eingerichtet sein, um Schmierung, die von sowohl Ritzelzahnrad-Segment 536 von Ritzeleinheit 532 als auch Zahnkranz 530 verspritzt wird, aufzufangen.
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Während die pumpenlosen Schmiersysteme dem Hypoidzahnradsatz mit ULRAD-Anordnung 500 zugeordnet offenbart werden, werden Fachleute auf dem Gebiet die Anwendbarkeit von derartigen Schmiersystemen in anderen Kraftübertragungsvorrichtung erkennen, einschließlich zum Beispiel und ohne Beschränkungen PTU 90 (3 und 4), die mit Hypoidzahnradsätzen und einer Drehmomentübertragungskopplung ausgestattet ist.
