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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft im Allgemeinen die Verteilung von Drehmoment
und insbesondere ein Verteilergetriebe zur Aufteilung von Drehmoment,
so dass dieses auf zwei Ausgänge
verteilt werden kann.
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Stand der Technik
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Die
meisten vierrädrigen
Fahrzeuge, wie beispielsweise Limousinen, Kombis und Lieferwagen, werden
derart betrieben, dass das Motordrehmoment nur auf einen Satz Räder des
Fahrzeugs übertragen
wird. Bei manchen Fahrzeugen ist dieser Satz die Hinterräder, aber
bei den meisten Fahrzeugen gegenwärtiger Produktion sind es die
Vorderräder. Einige
Hersteller bieten nun jedoch allradgetriebene Fahrzeuge an und das
typische Fahrzeug dieser Art wird so betrieben, dass das Motordrehmoment
zu jeder Zeit auf alle vier Räder
verteilt wird. Sicherlich weisen viele leichte Lastkraftwagen und
Geländewagen
Vierradantrieb auf, aber bei einem Fahrzeug dieser Art treiben normalerweise
nur zwei Räder – üblicherweise
die hinteren – das
Fahrzeug an, während die
weiteren zwei bei Bedarf auch ausgewählt werden können, das
Fahrzeug anzutreiben. Dies erfordert üblicherweise, dass der Fahrer
einen Schalter oder Hebel betätigt,
um die Räder
zuzuschalten, die ansonsten vom Motor getrennt sind. Im Gegensatz hierzu
liefert der Motor bei einem Allradfahrzeug Drehmoment zu jeder Zeit
an alle vier Räder;
es sind keine Bedienelemente vorgesehen, um den einen oder anderen
der zwei Sätze
Räder vom
Motor zu trennen.
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Es
gibt eine Reihe von Mechanismen zur Verteilung von Motordrehmoment
zwischen den vorderen und hinteren Rädern von allradgetriebenen Fahrzeugen.
Einige basieren einfach auf einer viskosen Kupplung zwischen den
vorderen und hinteren Rädern.
Andere verwenden Kupplungen mit einer Aus wahl an Mechanismen zur
Betätigung
der Kupplungen. Diese Mechanismen können in der Lage sein, das
Drehmoment zwischen den vorderen und hinteren Rädern zu variieren, so dass
mehr Drehmoment an die Räder
mit der besseren Traktion übertragen
wird. Tatsächlich
sind einige dieser Mechanismen mit hoch komplizierten Steuersystemen
versehen, die nicht nur den Schlupf zwischen den vorderen und hinteren
Rädern
messen, sondern auch andere Betriebsparameter wie Drosselklappenstellung, Schalthebelstellung
und Motordrehzahl, all dies um die Drehmomentverteilung derart zu
gestalten, dass sie die beste Traktion für die Fahrbedingungen liefert.
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Jedoch
weist die typische Kupplung Kupplungsscheiben auf, die ein geringes
Maß an
Schlupf erlauben und mit größerer Kraft
zusammengedrückt werden,
wenn die Haupträder
Traktion verlieren und anfangen durchzudrehen. Aber das durch die
Kupplung übertragene
Drehmoment hängt
von mehreren Variablen ab, einschließlich der Temperatur der Kupplung,
der Relativgeschwindigkeit zwischen den Scheiben, wie auch von der
Kraft oder dem Druck, mit dem die Kupplungsscheiben gegeneinander
gedrückt
werden. Diese Variablen machen eine Steuerung derartiger Kupplungen
schwierig und erfordern in der Tat komplexe Elektronik, um die Steuerung
zu bewirken.
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US-Patent 5,226,860 beschreibt
ein Verteilergetriebe mit: einem Eingangselement, einem ersten und
einem zweiten Ausgangselement, einer Kupplung und einem Planetenradsatz,
die derart miteinander verbunden sind, dass ein direkter Pfad zur Übertragung
von Drehmoment von dem Eingangselement auf das erste Ausgangselement
gebildet ist, ohne Veränderung
der Winkelgeschwindigkeit zwischen dem Eingangselement und dem ersten
Ausgangselement, und derart, dass ein indirekter Pfad zur Übertragung
von Drehmoment von dem Eingangselement auf das zweite Ausgangselement
gebildet ist, wobei der indirekte Pfad ein mechanisches Segment
umfasst, in dem Drehmoment nur durch den Planetenradsatz von dem
Eingangselement auf das zweite Ausgangselement übertragen wird, und ein Kupplungssegment,
in dem Drehmoment sowohl über
eine Kupplung als auch über
den Planetenradsatz von dem Eingangselement auf das zweite Ausgangselement übertragen
wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Kupplung eine Magnetpartikelkupplung mit einer elektrischen
Spule, wobei die über
den indirekten Pfad übertragene
Drehmomentmenge von dem durch die Spule der Kupplung geleiteten
Strom abhängt.
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Bevorzugte
Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Unteransprüchen.
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KurzbeschreibunG der Zeichnung
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit einem quer angeordneten
Motor, der mit einem gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruierten und diese umsetzenden Verteilergetriebe
verbunden ist;
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2 ist
eine Querschnittsansicht des Verteilergetriebes;
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3 ist
ein kinematisches Diagramm des Verteilergetriebes;
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4 ist
ein Graph, der das Verhältnis
zwischen dem durch die Kupplung des Verteilergetriebes übertragenen
Drehmoment und dem durch die Spule der Kupplung fließenden Strom
darstellt;
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5 ist
ein Graph, der das Verhältnis
des Eingangsdrehmoments und Ausgangsdrehmoments der Drehmomentkupplung
eines Verteilergetriebes zeigt, bei dem der Planetenradsatz ein
Verhältnis
von 4 aufweist;
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6 ist
eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit einem modifizierten
Verteilergetriebe zur Anpassung an einen längs angeordneten Motor;
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7 ist
eine Querschnittsansicht des modifizierten Verteilergetriebes;
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8 ist
ein kinematisches Diagramm des modifizierten Verteilergetriebes;
und
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9 ist
ein kinematisches Diagramm eines weiteren modifizierten Verteilergetriebes.
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Beste Ausführungsweise der ErfindunG
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Bezug
nehmend auf die Zeichnung weist ein Kraftfahrzeug A (1),
beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Geländewagen
oder ein Lieferwagen oder sogar ein leichter Lastkraftwagen, vier Räder in zwei
Sätzen
auf, d. h. zwei Hauptantriebsräder 2 und
zwei sekundäre
Antriebsräder 4.
Die Hauptantriebsräder 2 befinden
sich vorne am Fahrzeug A auf einer gemeinsamen Querachse, während die
sekundären
Antriebsräder
sich hinten am Fahrzeug A auf einer weiteren gemeinsamen Querachse befinden.
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Das
Fahrzeug A umfasst weiterhin einen Motor 6, der in typischer
Weise quer angeordnet und mit einem Getriebe 8 verbunden
ist, welches ein automatisches oder Handschaltgetriebe sein kann.
Der Motor 6 und das Getriebe 8 bilden eine Antriebseinheit, die
das zum Drehen der Räder 2 und 4 und
zum Antrieb des Fahrzeugs A benötigte
Drehmoment liefert. Tatsächlich
liefert das Getriebe 8 das Drehmoment an ein Verteilergetriebe 12,
welches das Drehmoment aufteilt und wahlweise einen Teil des Drehmoments
an die vorderen Antriebsräder 2 und
den Rest an die hinteren Antriebsräder 4 verteilt. Das
Verteilergetriebe 12 ist mit den Vorderrädern 2 über ein
Stirnradgetriebe 14 und über ein Differential 16 verbunden,
welches zwischen den zwei Vorderrädern 2 angeordnet
ist. Das Verteilergetriebe 12 ist über ein Kegelradgetriebe oder
Hypoidgetriebe 18, eine Antriebswelle 20, die
sich in Längsrichtung
des Fahrzeugs A erstreckt, und ein hinteres Differential 22, das
zwischen den zwei Hinterrädern 4 angeordnet ist,
mit den Hinterrädern 4 verbunden.
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Das
Verteilergetriebe 12 weist (2) ein Eingangselement
in Form einer Welle 30 und zwei Ausgangselemente auf, eines
in Form eines Stirnzahnrads 32, welches einen Teil des
Getriebes 14 bildet, und das andere in Form einer Welle 34.
Es weist weiterhin einen Planetenradsatz 36 zwischen der Eingangswelle 30 und
sowohl dem Ausgangszahnrad 32 als auch der Ausgangswelle 34 auf.
Zusätzlich weist
das Verteilergetriebe 12 eine Magnetpartikelkupplung 38 zwischen
der Eingangswelle 30 und der Ausgangswelle 34 auf.
Drehmoment wird von der Eingangswelle 30 ohne Schlupf auf
das Ausgangszahnrad 32 übertragen,
d. h. die Übertragung
ist direkt. Drehmoment wird von der Eingangswelle 30 auf die
Ausgangswelle 34 über
die Kupplung 38 und auch über den Planetenradsatz 36 übertragen,
und diese Übertragung
wird unter bestimmten Betriebsbedingungen von Schlupf begleitet.
Die erstere bildet einen direkten Pfad und der letztere einen indirekten Pfad.
Die Eingangswelle 30, das Ausgangszahnrad 32 und
die Ausgangswelle 34, der Planetenradsatz 36 und
die Kupplung 38 sind sämtlich
auf einer gemeinsamen Achse X angeordnet.
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Betrachtet
man den Planetenradsatz 36, so umfasst dieser (2)
ein Sonnenrad 40, ein Hohlrad 42 und mehrere Planetenräder 44,
die zwischen dem Sonnenrad 40 und dem Hohlrad 42 angeordnet sind
und mit beiden kämmen.
Zusätzlich
weist der Planetensatz 36 einen Träger 46 mit Spindeln 48 auf, um
die sich die Planetenräder 44 drehen.
Das Sonnenrad 40 weist einen axial überstehenden Achsstumpf 50 auf.
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Das
Hohlrad 42 ist mit der Eingangswelle 30 über einen
Antriebsflansch 52 am Ende der Eingangswelle 30 und
Befestigungsmittel 54, die sich von dem Flansch 52 aus
durch die Kupplung 38 erstrecken und in dem Hohlrad 42 an
einem Ende dieses Rads verankert sind, fest verbunden. Die Befestigungsmittel 54 können als
Maschinenschrauben ausgebildet sein. Das Ausgangsgetriebe 14 ist
auf einem weiteren Antriebsflansch 56 montiert, der mit dem
anderen Ende des Hohlrads 42 verbunden ist. Somit besteht
eine direkte Verbindung zwischen der Eingangswelle 30 und
dem Ausgangsstirnrad 32 und die zwei rotieren im Einklang
und mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit.
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Mechanisch
ist die Magnetpartikelkupplung 38 zwischen den Befestigungselementen 54 an
dem Antriebsflansch 52 und dem Achsstumpf 50 an
dem Sonnenrad 40 angeordnet. Sie überträgt somit Drehmoment zwischen
der Eingangswelle 30 und dem Sonnenrad 40, welches
dasjenige Element des Planetensatzes 36 ist, das das niedrigste
Drehmoment erfährt.
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Die
Magnetpartikelkupplung 38 umfasst (2) einen
Elektromagneten 60, der zwischen dem Flansch 52 an
der Eingangswelle 30 und dem Hohlrad 42 des Planetenradsatzes 36 eingefangen ist
und mittels der Befestigungsmittel 54 an beiden befestigt
ist. Als Folge hiervon rotieren die Eingangswelle 30, das
Hohlrad 46 und der Elektromagnet 60 gemeinsam
als Einheit um die Achse X. Der Elektromagnet 60 weist
eine Zylinderfläche 62 auf,
die nach innen zur Achse X gewandt ist, und weist weiterhin eine
Spule 64 auf, die über
einen Satz stationärer Bürsten 66 und
einen Satz von Schleifringen 68, die zusammen mit dem Elektromagnet 60 rotieren,
mit elektrischem Strom versorgt wird.
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Zusätzlich zu
dem Elektromagneten 60 und seiner Spule 64 weist
die Kupplung 38 einen Anker 17 auf, der innerhalb
des Elektromagneten 60 angeordnet ist und eine Hülse 72 aufweist,
die über
den Achsstumpf 50 des Planetenradsatzes 36 passt,
wobei sie über
komplementäre
Keilverzahnungen an den Achsstumpf 50 gekoppelt ist. Der
Anker 70 weist weiterhin eine Zylinderfläche 74 auf,
die nach außen weg
von der Achse X und zu der Zylinderflä che 62 des Elektromagneten 60 hin
gewandt ist, wobei ein kleiner Spalt g zwischen den zwei Zylinderflächen 62 und 74 vorhanden
ist. Aus den Seitenflächen
des Ankers 70 öffnen
sich ringförmige
Ausnehmungen 76, die Wälzlager 78 aufnehmen,
die den Elektromagneten 60 an dem Anker 70 lagern.
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Die
Lager 78 passen auf die Hülse 72 des Ankers 70 und
der Elektromagnet 60 passt seinerseits auf die Lager 78.
Die Anordnung ist dergestalt, dass die Eingangswelle 30,
der Hohlring 42 und der Elektromagnet 60 als eine
Einheit um die Achse X rotieren, und auf gleiche Weise der Achsstumpf 50,
das Sonnenrad 40 und der Anker 70 als weitere
Einheit um die Achse X rotieren. Die zwei Einheiten können mit
geringfügig
unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten rotieren oder sie können mit
der gleichen Geschwindigkeit rotieren. Wenn die Kupplung 38 eingekuppelt
wird, so stellen der Achsstumpf 50 und das Sonnenrad 40 das
erforderliche Reaktionsmoment bereit, um die zwei Einheiten zusammen
rotieren zu lassen.
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Die
Kupplung 38 enthält
feine Partikel 80 einer eisenhaltigen Substanz, die magnetisiert
werden kann und sie befindet sich in dem Spalt g. Die Lager 78 sind
durch Dichtungen 82 von den Magnetpartikeln 80 isoliert.
Wenn die Spule 64 mit elektrischem Strom beaufschlagt wird,
so werden die Partikel 80 magnetisiert und koppeln den
Elektromagneten 60 derart an den Anker 70, dass
zwischen den beiden Drehmoment übertragen
werden kann, jedoch auch Schlupf zwischen den beiden auftreten kann.
Die Menge des übertragenen
Drehmoments hängt
ausschließlich
von der Stärke
des durch die Spule 64 geleiteten Stroms ab und ist vollkommen
unabhängig von
der Größe des Schlupfes
oder der Temperatur der Kupplung 38. In der Tat ist das
Verhältnis
zwischen Drehmoment und Strom, wenn in kartesischen Koordinaten
aufgezeichnet, nahezu linear (4). Der
Mikroprozessor, an den die Sensoren Signale schicken, die die Fahrbedingungen
des Fahrzeugs A widerspiegeln, regelt die Größe des der Spule der Kupplung 38 zugeführten Stroms.
Jedoch kann die Strommenge auch über
eine manuell betätigte
Vorrichtung, beispielsweise einen Rheostaten, geregelt werden.
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Beim
Betrieb des Fahrzeugs A erzeugt der Motor 6 Drehmoment
und dieses Drehmoment wird über
das Getriebe 8, welches die Fähigkeit hat, das Drehmoment
zu verändern,
weitergeleitet, so dass sich das von dem Getriebe 8 bereitgestellte
Drehmoment von dem vom Motor 6 gelieferten Drehmoment unterscheiden
kann. Das dem Getriebe 8 zugeführte Drehmoment wirkt auf die
Eingangswelle 30 des Verteilergetriebes 12. In
dem Getriebe 12 spaltet sich das Drehmoment auf, wobei
ein Teil dem Ausgangszahnrad 32 über den direkten Pfad zugeführt wird, und
der Rest der Ausgangswelle 34 über den indirekten Pfad. Die
Aufteilung des Drehmoments zwischen dem Zahnrad 32 und
der Welle 34 hängt
ausschließlich
von dem durch die Spule 64 der Magnetpartikelkupplung 38 geleiteten
Strom ab. Im einzelnen tritt das dem Ausgangszahnrad 32 zugeführte Drehmoment über den
direkten Pfad des Verteilergetriebes 12, d. h. von der
Eingangswelle 30 über
den Antriebsflansch 52 zu den Befestigungsmitteln 54 des
Hohlrads 42 des Planetenradsatzes 36, und von
dort über den
anderen Antriebsflansch 56 zum Ausgangszahnrad 32.
Da das Ausgangszahnrad 32 ein Teil des Getriebes 14 ist,
das die Vorderräder 2 über das
vordere Differential 16 antreibt, wird das Drehmoment im
direkten Pfad auf die vorderen Räder 2 übertragen.
Die Verbindung ist direkt und es tritt kein Schlupf auf. Das vordere
Differential 16 ermöglicht
es selbstverständlich,
einem der Vorderräder 2 mit
einer anderen Geschwindigkeit zu rotieren als das andere Vorderrad 2, jedoch
weist die Übertragung
von Drehmoment durch das Differential 16 keinen Schlupf
auf.
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Das
an die Ausgangswelle 34 abgegebene Drehmoment tritt durch
den indirekten Pfad, der zwei Segmente aufweist. In einem, dem mechanischen Segment,
wird das Drehmoment von der Eingangswelle 30 auf das Hohlrad 42 über den
Antriebsflansch 52 und die Befestigungsmittel 54 auf
die Planetenräder 44 des
Planetenradsatzes 36 und von dort über den Träger 46 auf die Ausgangswelle 34 übertragen. Das
andere Segment, das Kupplungssegment, zweigt sich von dem mechanischen
Segment an den Befestigungsmitteln 54 ab und überträgt Drehmoment über die
Kupplung 38, also von dem Elektromagneten 60 über die
Magnetpartikel 80 in dem Spalt g auf den Anker 70,
und von dort über
den Achsstumpf 50 auf das Sonnenrad 40. Das mit
den Planetenrädern 44 im
Eingriff stehende Sonnenrad 40 treibt diese an und hier
wird das Drehmoment in dem Kupplungssegment des indirekten Pfads
mit dem Drehmoment in dem mechanischen Segment des indirekten Pfads
wieder zusammengeführt,
um den Träger 46 anzutreiben,
der seinerseits das Drehmoment des indirekten Pfads auf die Ausgangswelle 34 überträgt. Da die
Ausgangswelle 34 über
das Getriebe 18, die Antriebswelle 20 und das
hintere Differential 22 mit den Hinterrädern 4 verbunden ist,
wird das Drehmoment des indirekten Pfads zu den Hinterrädern 4 geführt und
kann bei einigen Betriebsbedingungen mit Schlupf in dem Verteilergetriebe 12 verbunden
sein. Dieser Schlupf wird in der Kupplung 38 auftreten
und wenn dies der Fall ist, wird das Sonnenrad 40 des Planetenradsatzes 36 mit
einer geringfügig
anderen Geschwindigkeit rotieren als das Hohlrad 42. Als
Folge hiervon rotiert der Träger 46 mit
einer Geschwindigkeit irgendwo zwischen den Geschwindigkeiten der
Sonnen- und Hohlräder 40 und 42.
In der Tat ist in einigen Fällen
die Größe der Hinterräder 4 im
Vergleich zu den Vorderrädern 2 oder
das Geschwindigkeitsverhältnis
der Kegelräder
oder sogar das Geschwindigkeitsverhältnis des hinteren Differentials 22 derart,
dass Schlupf erzeugt wird, d. h. der eine oder mehrere der vorstehenden
Gründe
bewirkt eine Rotation der Ausgangswelle 34 mit einer anderen
Geschwindigkeit als die Geschwindigkeit, mit der sich das Ausgangszahnrad 32 und
die Eingangswelle 30 drehen. Typischerweise dreht sich
die Eingangswelle 30 geringfügig schneller als die Ausgangswelle 34, aber
offensichtlich mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Ausgangszahnrad 32.
Unabhängig
von der Größe des Schlupfes
bleibt das durch die Kupplung 38 übertragene Drehmoment konstant,
solange der Strom in der Spule 64 des Elektromagneten 60 der Kupplung 38 sich
nicht verändert
und natürlich
auch bei fehlender Veränderung
des Drehmoments an der Eingangswelle 30. Tatsächlich hängt die Übertragung von
Drehmoment durch das Kupplungssegment des indirekten Pfads ausschließlich von
der Größe des Stroms
in der Spule 64 ab. Das Gleiche gilt hinsichtlich der Menge
an Drehmoment, das über
den Schlupf aufweisenden Pfad übertragen
wird; es hängt
ausschließlich
von der Menge des durch die Spule 64 der Kupplung 38 geleiteten
Stroms ab.
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Das
an der Eingangswelle 30 auf das Verteilergetriebe übertragene
Drehmoment wird zwischen dem Ausgangszahnrad 32 und der
Ausgangswelle 34 ausschließlich in Abhängigkeit
von dem Strom durch die Spule 64 verteilt. Variablen wie
das Geschwindigkeitsverhältnis
zwischen dem Ausgangszahnrad 32 und der Ausgangswelle 34 oder
die Temperatur der Kupplung 38, beeinflussen die Verteilung von
Drehmoment zwischen dem Zahnrad 32 und der Welle 34 und
somit zwischen den Vorderrädern 2 und den
Hinterrädern 4 nicht.
Jedoch stellt das über
die Kupplung 38 übertragene
Drehmoment nur einen kleinen Anteil des über den indirekten Pfad übertragenden
Drehmoments dar. In anderen Worten, soweit das auf die Ausgangswelle 34 und
Hinterräder 4 übertragene
Drehmoment betroffen ist, wird nur ein geringer Anteil durch das
Kupplungssegment des indirekten Pfads und ein viel größerer Anteil
durch das mechanische Segment übertragen.
Das Verhältnis wird
graphisch in kartesischen Koordinaten durch das Ausgangsdrehmoment
an dem Zahnrad 32 und der Ausgangswelle 34 als
Funktion des durch die Kupplung 38 übertragenen Drehmoments für einen Planetenradsatz 36 dargestellt,
bei dem das Verhältnis
u zwischen den Zähnen
des Hohlrads 42 und den Zähnen des Sonnenrads 40 gleich
4 ist (5). Wenn beispielsweise das Drehmoment an der
Eingangswelle 30 100 Nm beträgt, und das Drehmoment an der
Kupplung 38, also das durch das Kupplungssegment des indirekten
Pfads tretende Drehmoment, gleich 5 Nm ist, so ist das an das Ausgangszahnrad 32 und
die Vorderräder 2 abgegebene
Drehmoment gleich 75 Nm, während
das an die Ausgangswelle 34 und die Hinterräder 4 abgegebene
Drehmoment gleich 25 Nm ist. Somit tritt nur ein fünftel des über den
indirekten Pfad geleiteten Drehmoments durch die Kupplung 38,
so dass die Kupplung 38 vergleichsweise klein und kompakt
gestaltet werden kann.
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Ein
anderes Kraftfahrzeug B (6) hat ebenfalls vordere und
hintere Räder 2 und 4,
die über vordere
und hintere Differentiale 16 und 22 angetrieben
werden. Weiterhin weist das Fahrzeug B einen Motor 6 und
ein Getriebe 8 auf. Jedoch dienen die Hinterräder 4 als
Hauptantriebsräder
und die Vorderräder 2 als
sekundäre
Antriebsräder
und der Motor 6 und das Getriebe 8 sind in Längsrichtung
montiert und nicht quer wie beim Fahrzeug A. Das Getriebe 8 überträgt Drehmoment
auf ein modifiziertes Verteilergetriebe 90, welches es
zwischen den Hinterrädern 4 und
den Vorderrädern 2 verteilt.
Nach der Aufteilung wird Drehmoment über eine Antriebswelle 92,
die sich von dem Verteilergetriebe 90 aus erstreckt, an das
hintere Differential 22 übertragen. Das übrige Drehmoment
wird über
einen Kette-und-Ritzel-Antrieb 94 und
eine vordere Antriebswelle 96, die zu dem vorderen Differential 16 führt, auf
die Vorderräder 2 übertragen.
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Das
Verteilergetriebe 90 weist (7), wie das
Verteilergetriebe 12, einen Planetenradsatz 100 und
eine Kupplung 2 auf, die auf einer Achse X angeordnet sind
und auch im übrigen
sehr ähnlich
zu ihren Gegenstücken
in dem Verteilergetriebe 12 sind. Das Verteilergetriebe 90 weist
auch ein Eingangselement in Form einer Eingangswelle 104 und
ein Ausgangselement in Form eines keilverzahnten Kupplungsstücks 106 und
ein weiteres Ausgangselement in Form eines Ritzels 108 auf.
Diese sind ebenfalls entlang der Achse X angeordnet. Die Eingangswelle 104 ist
mit dem Getriebe 8 verbunden, so dass das gesamte von dem
Getriebe 8 gelieferte Drehmoment durch die Eingangswelle 104 tritt.
Das Kupplungsstück 106 befindet
sich am Ende der Eingangswelle 104 und stellt die Verbindung
zur Antriebswelle 92 dar. Das Ritzel 108 umschließt das Kupplungsstück 106 und
bildet einen Teil des Kette-und-Ritzel-Antriebs 94.
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Die
Magnetpartikelkupplung 102 ist im Wesentlichen dieselbe
wie die Kupplung 38 und die sich auf die Kupplung 102 beziehenden
Bezugszeichen entsprechen denen der Kupplung 38.
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Der
Planetenradsatz 100 unterscheidet sich etwas von dem Planetenrad 36,
aber er weist ebenfalls ein Sonnenrad 110, ein das Sonnenrad 110 umschließendes Hohlrad 112,
in das Sonnenrad 110 und Hohlrad 112 eingreifende
Planetenräder 114 und einen
Träger 116 auf,
der den Planetenrädern 114 folgt
und Achsen bereitstellt, um die sich die Planetenräder 114 drehen.
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Das
Sonnenrad 110 des Planetenradsatzes 100 umschließt die Eingangswelle 104,
kann sich jedoch relativ zu der Eingangswelle 104 drehen.
Es ist über
einen Flansch 118 mit dem Elektromagneten 60 der
Kupplung 102 gekoppelt. Somit rotieren das Hohlrad 112 und
der Elektromagnet 60 im Einklang. Das Hohlrad 112 ist über einen
weiteren Flansch 120 mit der Eingangswelle 104 und
dem Kupplungsstück 106 verbunden.
Der Träger 116 umfasst
ein geteiltes Gehäuse 122,
das das Hohlrad 112 und die Planetenräder 114 umschließt, sowie
auch Spindeln 124, die sich von dem Gehäuse 122 aus in die
Planetenräder 114 erstrecken
und Achsen bereitstellen, um die sich die Planetenräder 114 drehen.
Das Ritzel 108 ist an dem geteilten Gehäuse 122 montiert.
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Die
Eingangswelle 104 ist über
eine komplementäre
Keilverzahnung mit dem Anker 70 der Kupplung 102 verbunden.
Sie erstreckt sich durch das Sonnenrad 110, wo sie mit
dem Flansch 120 und dem Kupplungsstück 106 verbunden ist.
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Wie
das Verteilergetriebe 12 weist das Verteilergetriebe 90 zwei
Pfade auf, einen direkten Pfad und einen indirekten Pfad, der mit
Schlupf verbunden sein kann. Auch weist der indirekte Pfad zwei
Segmente auf, ein mechanisches Segment und ein Kupplungssegment.
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Beim
Betrieb des Fahrzeugs B liefert das Verteilergetriebe 90 Drehmoment
von der Eingangswelle 104 direkt an die Antriebswelle 92 beim
Kupplungsstück 106,
welches der direkte Pfad ist. Die Antriebswelle 92 rotiert
somit im Einklang mit und stets mit der gleichen Geschwindigkeit
wie die Eingangs welle 104. Das an das Ausgangsritzel 108 abgegebene
Drehmoment tritt durch das mechanische Segment und das Kupplungssegment
des indirekten Pfads, wobei der größte Teil durch das mechanische Segment
tritt. In diesem Segment tritt das Drehmoment von der Eingangswelle 104 durch
den Flansch 120 zu dem Hohlrad 112 und von dort
durch die Planetenräder 114 zu
dem Träger 116,
an dem das Ritzel 108 befestigt ist. In dem Kupplungssegment
wird Drehmoment von der Eingangswelle 104 auf den Anker 70 der
Kupplung 102 übertragen
und von dort durch die Magnetpartikel 80 in den Spalt g
der Kupplung 102 zu dem Elektromagneten 60 der
Kupplung 102. Das Drehmoment fließt von dem Elektromagneten 60 zu
dem Sonnenrad 110 durch den Flansch 118, und das
Sonnenrad 110 überträgt es auf
die Planetenräder 114,
wo es wieder mit dem Drehmoment im mechanischen Segment zusammengeführt wird, um über das
geteilte Gehäuse 122 auf
das Ritzel 108 übertragen
zu werden. Die Eingangswelle 104 und das Kupplungsstück 106 können mit
einer etwas höheren
Geschwindigkeit rotieren als das Ritzel 108. Das gleiche
Verhältnis
zwischen Drehmoment im Kupplungssegment des indirekten Pfads und
den Drehmomenten in den direkten und indirekten Pfaden ist anzuwenden,
und dies ist das in kartesischen Koordinaten dargestellte Verhältnis für ein Verhältnis von
4 in dem Planetenradsatz 100 (5).
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Ein
weiteres modifiziertes Verteilergetriebe 130 (9)
weist ebenfalls ein einziges Eingangselement in Form einer Welle 132 und
zwei Ausgangselemente in Form einer Welle 134 und eines
Ritzels 136 auf. Die Eingangswelle 132 und die
Ausgangswelle 134 sind miteinander verbunden und rotieren zusammen
mit der gleichen Geschwindigkeit. Das Verteilergetriebe 130 verwendet
eine Kupplung 138, die fast dieselbe ist wie die Kupplung 38,
jedoch einen Planetenradsatz 140, der mit einem etwas anderen
kinetischen Prinzip arbeitet als die Sätze 36 und 100.
Beide sind entlang der Achse X angeordnet, wie auch die Wellen 132 und 134 sowie
das Ritzel 136. Der Planetenradsatz 140 umfasst
zwei Sonnenräder 142 und 144.
Während
die zwei Sonnenräder 142 und 144 um
die Achse X rotieren, sind sie voneinander losgelöst, wobei
das Rad 142 mit der Eingangswelle 132 und das
Rad 144 mit dem Ausgangsritzel 136 verbunden ist.
Die Sonnenräder 142 und 144 kämmen mit
Planetenrädern 146 und 148 und
die Planetenräder 146 und 148 sind
mit einem Träger 150 mit
Spindeln 152 verbunden. Die Planetenräder 146 und 148 sind
tatsächlich
in Paaren gruppiert, wobei jedes Paar ein einzelnes Planetenrad 146 und
ein einzelnes Planetenrad 148 aufweist, die auf einer einzelnen
Spindel 152 des Trägers 150 angeordnet sind.
Die Planetenräder 146 und 148 eines
Paares sind miteinander verbunden, so dass sie zusammen und mit
der gleichen Winkelgeschwindigkeit auf ihrer Spindel 152 rotieren.
Der Träger 150 ist
mit dem Elektromagneten 60 der Kupplung 138 verbunden, während der
Anker 70 der Kupplung 138 mit der Eingangswelle 132 verbunden
ist. Die Räder 142, 144, 146 und 148 sowie
der Träger 150 stellen
allesamt Elemente des Planetenradsatzes 140 dar.
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Im
Betrieb des Verteilergetriebes 130 wird das auf die Eingangswelle 132 wirkende
Drehmoment in einen direkten Pfad und einen indirekten Pfad aufgespaltet,
wobei der letztere ein mechanisches Segment und ein Kupplungssegment
aufweist. In dem direkten Pfad wird Drehmoment direkt von der Eingangswelle 132 auf
die Ausgangswelle 134 übertragen,
da sie im Wesentlichen die gleiche sind. In dem mechanischen Segment
des indirekten Pfads tritt das Drehmoment von dem Sonnenrad 142 zu den
Planetenrädern 146 und
ebenso zu den Planetenrädern 148,
an denen die Räder 146 befestigt sind,
und von dort zu dem anderen Sonnenrad 144 und dem Ausgangsritzel 136,
an dem es befestigt ist. In dem Kupplungssegment tritt das Drehmoment
von der Eingangswelle 132 zu dem Anker 70 der
Magnetpartikelkupplung 138 und von dort zu dem Elektromagneten 60 der
Kupplung 138. Der Elektromagnet 60, der über den
Träger 150 mit
den Planetenrädern 146 und 148 gekoppelt
ist, überträgt Drehmoment
in dem indirekten Segment auf den Träger 150 und die Planetenräder 146 und 148,
und hier wird das Drehmoment wieder mit dem Drehmoment des mechanischen
Segments zusammengeführt
und auf das Sonnenrad 144 und das mit diesem verbundene
Ausgangsritzel 136 übertragen.
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Das
Verteilergetriebe 12 kann mit dem Fahrzeug B verwendet
werden und das Verteilergetriebe 90 mit dem Fahrzeug A.
Weiterhin kann das Verteilergetriebe 130 sowohl mit dem
Fahrzeug A oder B verwendet werden, ist jedoch mutmaßlich am
besten für das
Fahrzeug B geeignet. Andere Variationen sind möglich, und sie können die
gleichen Planetenradsätze 36, 100 oder 140 mit
unterschiedlichen Anschlüssen
verwenden oder sogar andere Planetenradsätze. Von den Anschlüssen oder
Planetenradsätzen
sollte die Anordnung das eintretende Drehmoment in einen direkten
oder starren Durchgangspfad und einen indirekten Pfad aufteilen,
wobei der indirekte Pfad ein mechanisches Segment und ein Kupplungssegment
aufweist. Die Drehmomente in den zwei Segmenten des indirekten Pfads
sollten sich wieder vor einem Ausgangselement in diesem Pfad vereinen.
Die Planetenradsätze 36, 100 und 140 müssen nicht
auf Zahnrädern
basieren, sondern können
stattdessen auf Reibflächen
basieren und so Traktionsantriebe sein, und tatsächlich betrifft das Wort „Zahnräder" auch Traktionsantriebe.
Die Elektromagneten und Anker der Kupplungen 38, 102 und 138 müssen nicht
innerhalb einander angeordnet sein, sondern können axial zueinander angeordnet sein.
Während
Magnetkupplungen 38, 102 und 131 vorgezogen
werden, können
andere Arten von Kupplungen ausreichend sein. Beispielsweise wird
eine Reibkupplung, wie eine Nassscheibenkupplung, geeignet sein
wie auch eine elektromagnetische Kupplung oder eine Hysteresekupplung.
Tatsächlich
können
alle diese alternativen Kupplungen kleiner sein als Kupplungen in
herkömmlichen
Verteilergetrieben, da der indirekte Pfad in ein mechanisches Segment und
ein Kupplungssegment aufgeteilt wird, und die Kupplung mit dem Nieder-Drehmoment
Element des Planetenradsatzes verbunden ist.