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Diese
Erfindung betrifft generell eine Differentialantriebsbetätigungseinheit,
genauer gesagt eine Linearbetätigungseinheit
mit differentiell angetriebenen rotierenden Elementen, die mit Kugelrampen,
Nocken oder mit mit Gewinden versehenen Elementen zusammenwirken,
um eine axiale Verschiebung herbeizuführen.
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Viele
Arten von gesteuerten Vorrichtungen benutzen eine Linearverschiebung,
um sie zwischen EIN- oder AUS-, offenen oder geschlossenen oder eingerückten und
ausgerückten
Positionen sowie modulierten oder proportionalen Zwischenpositionen einzustellen.
Motorfahrzeugkupplungen, Luftdämpfer und
sämtliche
Arten von Ventilen werden durch die lineare Ausgangsbewegung einer
Betätigungseinheit ohne
weiteres eingestellt oder gesteuert.
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Es
ist nicht überraschend,
daß es
eine ausgedehnte Entwicklung in bezug auf Vorrichtungen gegeben
hat, die eine lineare, bidirektionale Ausgangsgröße zur Verfügung stellen.
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Elektromagnetische
Solenoide sind vielleicht die einfachsten Linearbetätigungseinheiten,
bieten jedoch natürlich
nur einen Zweipositionsbetrieb oder EIN/AUS-Betrieb über eine
limitierte Distanz. Andere übliche
bidirektional wirkende Antriebsmechanismen umfassen Zahnstangen/Ritzel-Einheiten,
bei denen eine sich bidirektional verschiebende Zahnstange von einem
sich bidirektional drehenden Ritzel angetrieben wird. Nocken und
Nockenfolger bilden eine weitere Gruppe von eine Linearverschiebung
erzeugenden Vorrichtungen. Eine dritte Gruppe umfaßt mit Gewinde
versehene Vorrichtungen, wie Gewindespindeln, die sich relativ zu
komplementär
ausgebildeten, mit Gewinde versehenen Elementen, wie Muttern, drehen
und sich entweder selbst verschieben oder, wenn sie axial blockiert
sind, die Muttern verschieben.
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Häufig sind
die eine Linearverschiebung erzeugenden Vorrichtungen in die gesteuerte
Vorrichtung integriert. Eine Art einer derartigen Vorrichtung wird
als Kugelrampenkupplung bezeichnet. Diese Vorrichtungen, die eine
Reibungskupplungspackung mit einer Vielzahl von Platten aufweisen,
besitzen auch eine Betätigungsvorrichtung,
die ein Paar von benachbarten Platten aufweist, welche eine Vielzahl von
gegenüberliegenden
Paaren von bogenförmigen und
rampenförmigen
Ausnehmungen umfassen, die ein Kugellager aufnehmen oder alternativ
dazu eine Vielzahl von gegenüberliegenden
komplementären schiefen
Nockenflächen
besitzen. Durch die Relativdrehung der Platten laufen die Kugellager
die Rampen der Ausnehmungen hinauf oder bewegen sich die Nocken
aufeinander und trennen die Platten voneinander, so daß auf diese
Weise die Kupplung eingerückt
wird. Eine elektromagnetische Spule kann Verwendung finden, um einen
Widerstand zu erzeugen, der eine Relativdrehung der Platten bewirkt.
Die elektromagnetische Spule tritt nicht direkt mit der Kupplung
in Eingriff, sondern wirkt auf die Kugelrampenbetätigungseinheit,
um einen Widerstand zu erzeugen, durch den wiederum die Kupplung
eingerückt
wird.
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Die
Fähigkeit,
ein Einrücken
einer Kupplung unabhängig
von einer Wellendrehzahldifferenz zu erzielen, wird bei bestimmten
Betriebsbedingungen als Vorteil angesehen. Die vorliegende Erfindung
erreicht dieses Ziel und findet in umfangreicher Weise Anwendung
als bidirektionale lineare Betätigungseinheit
für Ventile,
Lenksysteme, Verschlüsse,
Lastausgleichsysteme, Dämpfer
und andere in entsprechender Weise gesteuerte Vorrichtungen.
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Eine
Differentialantriebsbetätigungseinheit besitzt
ein erstes Zahnrad oder ein kreisförmiges Element mit einer ersten
Vielzahl von Zähnen
und ein zweites Zahnrad oder kreisförmiges Element, das benachbart
zum ersten kreisförmigen
Element angeordnet ist und eine zweite Vielzahl von Zähnen aufweist,
deren Anzahl sich von der Anzahl der ersten Vielzahl von Zähnen unterscheidet.
Die kreisförmigen
Elemente werden über
ein Zahnrad oder ein Ritzel gemeinsam angetrieben. Aufgrund der
unterschiedlichen oder ungleichen Zahl von Zähnen an den beiden kreisförnmigen
Elementen drehen sich diese mit geringfügig verschiedenen Drehzahlen.
Die kreisförmigen
Elemente umfassen desweiteren komplementär ausgebildete Nockenflächen, Nockenausnehmungen
und Kugeln, einen Nocken und einen Nockenfolger oder ein mit einem
Gewinde versehenes Element, die bei diesen unterschiedlichen Drehzahlen
bewirken, daß sich
die kreisförmigen
Elemente oder das mit Gewinde versehene Element axial verschieben
oder trennen. Eine derartige Axialverschiebung oder axiale Bewegung
kann benutzt werden, um Ventilschäfte, Dämpfer, Platten, Kupplungen,
Lenkmechanismen, Verschlüsse
und eine große Vielzahl
von Vorrichtungen, die durch eine lineare Bewegung gesteuert oder
eingestellt werden, zu betätigen
oder zu bewegen.
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Linearbetätigungseinheit
mit zwei benachbarten motorgetriebenen differentiell rotierenden
Elementen und zugehörigen
Komponenten zu schaffen, die eine lineare Bewegung erzeugen.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung betrifft die Schaffung einer Linearbetätigungseinheit
mit zwei motorgetriebenen differentiell rotierenden Elementen und
Nockenvorrichtungen, die eine Linearverschiebung eines Ausgangselementes
bei einer Relativdrehung derselben erzeugen.
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Noch
ein weiteres Ziel der Erfindung betrifft die Schaffung einer Kugelrampenbetätigungseinheit für eine Reibungskupplungspackung
mit zwei motorgetriebenen differentiell rotierenden Nockenelementen.
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Noch
ein anderes Ziel der Erfindung betrifft die Schaffung einer Linearbetätigungseinheit
mit zwei motorgetriebenen differentiell rotierenden Elementen und
einem zugehörigen
Nocken und Nockenfolger.
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Es
ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Linearbetätigungseinheit
mit zwei motorgetriebenen differentiell rotierenden Elementen und
einer zugehörigen
Mutter und Gewindespindel bereitzustellen.
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Weitere
Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen mit den beigefügten Zeichnungen
deutlich, wobei gleiche Bezugszeichen die gleiche Komponente, das
gleiche Element oder das gleiche Merkmal bezeichnen. Von den Zeichnungen
zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Antriebszuges eines Motorfahrzeuges mit
adaptivem Vierradantrieb, das eine Verteilergetriebeeinheit aufweist,
die die vorliegende Erfindung umfaßt;
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2 eine
Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Verteilergetriebeeinheit
mit einer Kugelrampenbetätigungseinheit
und Reibungskupplungseinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 eine
Endansicht, teilweise im Schnitt, der Kugelrampenelemente einer
Kugelrampenbetätigungseinheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4 eine
andere Ausführungsform
einer Nockenbetätigungseinheit
einer Kugelrampenbetätigungseinheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 eine
schematische Ansicht des Antriebszuges eines Motorfahrzeuges, das
eine Transaxle und eine Kugelrampenbetätigungseinheit sowie eine Reibungskupplungseinheit
aufweist, die an einem hinteren Differential des Antriebszuges angeordnet
sind;
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6 eine
vergrößerte Schnittansicht
einer Kugelrampenbetätigungseinheit
und Reibungskupplungseinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung, die an einem hinteren Differential angeordnet sind;
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7 eine
Schnittansicht eines hinteren Differentials mit Zwillingskupplung,
das die vorliegende Erfindung umfaßt;
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8 eine
Teilschnittansicht einer ersten anderen Ausführungsform einer Kugelrampenbetätigungseinheit
für eine
Reibungskupplungseinheit;
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9 eine
Teilschnittansicht einer zweiten anderen Ausführungsform einer Kugelrampenbetätigungseinheit
für eine
Reibungskupplungseinheit;
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10 eine
Schnittansicht einer ersten weiteren Ausführungsform einer Differentialantriebsbetätigungseinheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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11 eine
Schnittansicht der ersten weiteren Ausführungsform einer Differentialantriebsbetätigungseinheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung entlang Linie 11-11 in 10;
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12 eine
Schnittansicht einer zweiten weiteren Ausführungsform einer Differentialantriebsbetätigungseinheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Verwendung eines Nockens und eines Nockenfolgers;
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13 eine
Schnittansicht einer dritten weiteren Ausführungsform einer Differentialantriebsbetätigungseinheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Verwendung einer Gewindespindel und Mutter;
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14 eine
Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Differentialsantriebsbetätigungseinheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung entlang Linie 14-14 in 13; und
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15 eine
Teilschnittansicht einer dritten weiteren Ausführungsform einer Differentialantriebsbetätigungseinheit
Linie 15-15 der 15.
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In 1 ist
ein Vierradantriebszug eines Fahrzeuges unter Verwendung der vorliegenden
Erfindung schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 10 versehen.
Dieser Vierradantriebszug 10 besitzt eine primäre Bewegungseinheit 12,
die mit einem Getriebe 14 verbunden ist und dieses direkt antreibt.
Die primäre
Bewegungseinheit 12 kann ein Benzin-, Diesel- oder Hybridmotor
sein. Das Getriebe 14 treibt direkt eine Verteilergetriebeeinheit 16 an,
die Bewegungsenergie einer primären
oder hinteren Antriebslinie 20 zuführt, welche eine primäre oder
hintere Antriebswelle 22, ein primäres oder hinteres Differential 24,
ein Paar von primären
oder hinteren Achsen 26 und ein entsprechendes Paar von
primären oder
hinteren Rad/Reifeneinheiten 28 umfaßt.
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Die
Verteilergetriebeeinheit 16 liefert ferner wahlweise Bewegungsenergie
an eine sekundäre oder
vordere Antriebslinie 30, welche eine sekundäre oder
vordere Antriebswelle 32, ein sekundäres oder vorderes Differential 34,
ein Paar von sekundären oder
vorderen Achsen 36 und ein entsprechendes Paar von sekundären oder
vorderen Rad/Reifeneinheiten 38 umfaßt. Die vorderen Rad/Reifeneinheiten 38 können direkt
mit einer Vorderachse 36 gekoppelt sein, oder falls gewünscht, kann
ein Paar von manuell oder entfernt aktivierbaren Verriegelungsnaben 42 zwischen
den Vorderachsen 36 und einer entsprechenden Rad/Reifeneinheit 38 angeordnet
sein, um diese wahlweise miteinander zu verbinden. Schließlich können sowohl
die primäre
Antriebslinie 20 als auch die sekundäre Antriebslinie 30 geeignete
und in geeigneter Weise angeordnete Universalgelenke 44 umfassen,
die in herkömmlicher
Weise funktionieren, um statische und dynamische Versätze und
Fehlausrichtungen zwischen den diversen Wellen und Komponenten zu
ermöglichen.
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In
abtastender Beziehung zu jeder Rad/Reifeneinheit 28 ist
ein Raddrehzahlsensor 48 angeordnet. Vorzugsweise können die
hinteren Raddrehzahlsensoren 48 die gleichen Sensoren sein,
die beispielsweise für
ein Antiblockierbremssystem (ABS) oder ein anderes die Fahrzeugsteuerung
oder Fahrzeugtraktion verbesserndes System verwendet werden, obwohl
sie natürlich
auch unabhängig
von jedem anderen System sein können.
Alternativ dazu kann ein einziger Sensor (nicht ge zeigt) Verwendung finden,
der die Drehung der primären
oder hinteren Antriebswellen 22 abtastet. Signale von den
Sensoren 48 werden über
elektrische Leitungen 52 einem Mikroprozessor 56 zugeführt. In
entsprechender Weise sind in abtastender Beziehung zu den vorderen Rad/Reifeneinheiten 38 entsprechende
Vorderraddrehzahlsensoren 58 angeordnet, die über elektrische
Leitungen 62 dem Mikroprozessor 56 Signale zuführen. Auch
hierbei kann es sich bei den Sensoren 58 um einen Teil
eines Antiblockierbremssystems oder eines anderen Traktionssteuersystems
handeln oder diese Systeme können
sich die Sensoren teilen oder die Sensoren können unabhängig hiervon ausgebildet sein.
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Typischerweise
kann ein Wählschalter
64 Verwendung
finden, der generell in der Reichweite des Fahrzeuglenkers im Fahrzeugabteil
(nicht gezeigt) angeordnet ist. Dieser Schalter
64 kann
so eingestellt werden, daß diverse
Betriebsmodi gewählt werden,
wie beispielsweise Zweiradantrieb mit hohem Gang, automatisch, d.h.
auf Anforderung oder im adaptiven Betrieb, Vierradantrieb mit hohem
Gang oder Vierradantrieb mit niedrigem Gang, in Abhängigkeit
vom speziellen Fahrzeug, der Konfiguration der Verteilergetriebeeinheit
16 und
den Wünschen des
Fahrers. Ein derartiges System, das Drehmoment der sekundären Antriebslinie
30 in
inkrementellen oder dekrementellen Schritten in Abhängigkeit von
einer abgetasteten Raddrehzahldifferenz zwischen der primären Antriebslinie
20 und
der sekundären
Antriebslinie
30 zugeführt,
ist in der
US-PS 5 407 024 beschrieben.
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Wie
man 2 entnehmen kann, besitzt eine typische Verteilergetriebeeinheit 16 mit
zwei Drehzahlen ein gegossenes mehrteiliges Gehäuse 70, das eine Vielzahl
von planaren Dichtungsflächen, Öffnungen
für Wellen
und Lager sowie diverse Ausnehmungen, Schultern, Gegenbohrungen
u.ä. aufweist,
die diverse Einheiten oder Komponenten der Verteilergetriebeeinheit 16 aufnehmen,
lagern oder montieren. Eine Eingangswelle 72 besitzt Keilnuten 74 oder
andere geeignete Kupplungselemente, die mit dem Ausgangselement
des Getriebes 14 treibend in Eingriff stehen und dieses
mit der Eingangswelle 72 verbinden, wie in 1 gezeigt.
Bei der Verteilergetriebeeinheit 16 mit zwei Gängen führt die
Eingangswelle 72 Bewegungsenergie einer Planetenreduktionsgetriebeeinheit 76 zu,
die von einer Zweipositions- oder Dreipositions-Betätigungseinheit 78, welche
elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch angetrieben sein kann,
und von einer Schaltgabel- und Nockeneinheit 80 gesteuert
wird, um einen ersten Direktantrieb-Drehzahlbereich (großer Gang),
einen neutralen Bereich und einen zweiten Antriebsbereich mit reduzierter
Drehzahl (kleiner Gang) vorzusehen. Das Ausgangsdrehmoment der Planetenreduktionsgetriebeeinheit 76 wird
einer primären
Ausgangswelle 82 zugeführt,
die mit der primären
Antriebslinie 20 gekoppelt ist und diese antreibt. In einer
Verteilergetriebeeinheit mit einem einzigen Gang sind die Planetengetriebeinheit 76 und
die Betätigungseinheit 78 nicht
vorhanden, und die Eingangswelle 72 oder deren Äquivalent
treibt direkt die primäre
Ausgangswelle 82 an. Geeignete Kugellagereinheiten 84 bewirken eine
drehbare Lagerung der Wellen 72 und 82, und ein
Paar von Öldichtungen 86 sorgt
für strömungsmitteldichte
Dichtungen zwischen den Wellen 72 und 82 und dem
Gehäuse 70.
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Eine
modulierende Kupplungseinheit 90 ist zwischen der primären Ausgangswelle 82 und
einem Kettenantriebsrad 92 angeordnet, das frei drehbar um
die primäre
Ausgangswelle 82 angeordnet ist. Das Kettenantriebsrad 92 steht
mit einer Antriebskette 94 in Eingriff, die ferner mit
einem angetriebenen Kettenrad 96 in Eingriff steht, das
an einer sekundären
Ausgangswelle 98 befestigt ist. Die sekundäre Ausgangswelle 98 ist
mit der sekundären
Antriebslinie 30 gekoppelt und treibt diese an.
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Die
modulierende Kupplungseinheit 90 besitzt eine Reibungskupplungspackungseinheit 100 mit
einer ersten Vielzahl von Kupplungsplatten 102 mit kleinerem
Durchmesser, die über
eine Vielzahl von Keilen 104 mit der primären Ausgangswelle 82 verkeilt
sind. Die erste Vielzahl der Kupplungsplatten 102 mit kleinerem
Durchmesser ist mit einer zweiten Vielzahl von Kupplungsplatten 106 mit
größerem Durchmesser
verschachtelt, die über
Eingriffskeile 108 mit einem glockenförmigen Kupplungsgehäuse 110 verbunden
sind. Die erste und zweite Vielzahl der miteinander verschachtelten
Kupplungsplatten 102 und 106 besitzen ein geeignetes
Reibmaterial, das an mindestens einer Fläche einer jeden Kupplungsplatte 102 und 106 befestigt
ist.
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Das
glockenförmige
Kupplungsgehäuse 110 ist
drehbar über
Eingriffskeile, axial verlaufende Ansätze und Öffnungen, Schweißstellen
oder andere permanente oder trennbare Drehverbindungseinrichtungen
mit dem Kettenantriebsrad 92 verbunden. Zwischen der Reibungskupplungspackung 100 und dem
Kupplungsgehäuse 110 befindet
sich eine kreisförmige
Stützplatte 112,
die über
einen zusammenwirkenden Schnappring und Kanal 114 in der
primären
Ausgangswelle 82 an einer axialen Bewegung in 2 nach
links gehindert wird. Auf der gegenüberliegenden Seite der Reibungskupplungspackungseinheit 100 befindet
sich eine kreisförmige
Beaufschlagungsplatte 116.
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Die
modulierende Kupplungseinheit 90 besitzt ferner eine Differentialgetriebe-Betätigungseinheit 120.
Diese Differentialgeriebe-Betätigungseinheit 120 besitzt
einen bidirektionalen Klein-Elektromotor 122, der direkt
ein Ritzel 124 über
eine Ausgangswelle 126 antreibt. Der Elektromotor 122 ist vorzugsweise über eine
Vielzahl von Befestigungselementen 128, von denen eines
in 2 gezeigt ist, am Gehäuse 70 der Verteilergetriebeeinheit 16 befestigt.
Eine geeignete Dichtung, wie beispielsweise ein O-Ring 130,
ist zwischen der Außenfläche der Verteilergetriebeeinheit 16 und
einer Montageplatte des Elektromotors 122 angeordnet und
sorgt für
eine geeignete strömungsmitteldichte
Dichtung.
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Wie
man den 2 und 3 entnehmen kann,
kämmt das
Ritzel 124 gleichzeitig mit einem ersten kreisförmigen Nockenelement 132 und
einem zweiten benachbarten kreisförmigen Nockenelement 134.
Die kreisförmigen
Nockenelemente 132 und 134 besitzen Zähen 136 und 138,
die um ihren Umfang herum angeordnet sind. Die Anzahl der Zähne 136 und 138 an
jedem der kreisförmigen
Nockenelemente 132 und 134 ist nicht gleich. Beispielsweise
kann das erste Nockenelement 132 180 Zähne 138 um seinen
Umfang herum bilden oder aufweisen, während das zweite Nockenelement 134 188
Zähne um seinen
Umfang bildet oder besitzt. Die Profile der Zähne 136 und 138,
ihre Druckwinkel und ihre Gesamtgeometrie sind so ausgewählt, daß sie einen Kompromiß mit den
Zähnen
des Ritzels 124 bilden, so daß irgendwelche Fehler zwischen
den Zähnen 136 und 138 der
Nockenelemente 132 und 134 aufgeteilt sind und
somit in gleicher Weise, jedoch nur geringfügig von den geeigneten Werten
oder Nennwerten abweichen. Ein Unterschied von einem Zahn zwischen
den Nockenelementen 132 und 134 minimiert diese
Fehler. Es ist jedoch auch ein größerer Unterschied zwischen
der Anzahl der Zähne
möglich, so
daß die
Drehdifferenz zwischen den kreisförmigen Nockenelementen 132 und 134 erhöht wird,
insbesondere dann, wenn der Durchmesser der Nockenelemente 132 und 134 vergrößert oder
die Zahl der Zähne 136 und 138 erhöht und die
Größe der Zähne 136 und 138 erniedrigt
werden.
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Auf
den gegenüberliegenen
benachbarten Flächen
der Nockenelemente 132 und 134 befinden sich Nockenmerkmale.
Auf dem Nockenelement 132 befinden sich gekrümmte (bogenförmige) rampenförmige Ausnehmungen 142 in
Tränenform.
Komplementär
ausgebildete gekrümmte
(bogenförmige) rampenförmige Ausnehmungen 144 in
Tränenform sind
im zweiten Nockenelement 134 ausgebildet. Die gekrümmten rampenförmigen Ausnehmungen 142 und 144 nehmen
Lastübertragungselemente,
wie Kugellager 146, auf. Es versteht sich, daß bei Drehung der
kreisförmigen
Nockenelemente 132 und 134 relativ zueinander
die Kugellager 146 und die rampenförmigen Ausnehmungen 142 und 144 die
Nockenelemente 132 und 134 axial voneinander trennen.
Die Rampen und Kugellager können
ohne weiteres auch durch andere analoge mechanische Einheiten, wie Rampen
und Rollenlager oder schiefe gegenüberliegende Nockenflächen, um
nur zwei zu nennen, ersetzt werden.
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In 4 ist
eine andere Ausführungsform dargestellt,
bei der vorstehend erwähnte
Nockenflächen
Verwendung finden. In einem ersten kreisförmigen Element 132A bildet
eine Vielzahl von Vorsprüngen 148A und
Ausnehmungen 150A schiefe Rampen. Auf einem zweiten kreisförmigen Element 134B bildet
eine komplementär
ausgebildete Vielzahl von Vorsprüngen 148B und
Ausnehmungen 150B gegenüberliegende
komplementäre
schiefe Rampen. Da sich die kreisförmigen Elemente 132A und 134B unterschiedlich
relativ zueinander drehen, werden sie axial voneinander weg getrieben.
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Es
versteht sich, daß der
Faktor der differentiellen Drehung, d.h. wie schnell die differentielle
Drehung der kreisförmigen
Nockenelemente 132 und 134 auftritt und wie schnell
eine derartige Drehung eine axiale Verschiebung zum Einrücken der
Kupplung bewirkt, als Verstärkung
der Betätigungseinheit 120 gekennzeichnet
und eingestellt werden kann, um diversen Konstruktionskriterien
gerecht zu werden. Eine langsamere differentielle Drehung und geringere
Nockenwinkel erfordern eine beträchtliche
Drehung, so daß selbst
ein kleiner Elektromotor 122 die Fähigkeit besitzt, eine beträchtliche
Druckkraft auf die zugehörige
Reibungskupplungspackungseinheit 100 aufzubringen, was
als hohe (Kraft) Verstärkung gekennzeichnet
werden kann. Andererseits bewirken ein größerer numerischer Zahnunterschied
und steile Nocken (geringe Verstärkung)
ein rascheres Einrücken
der Kupplung und machen generell einen leistungsstärkeren Elektromotor 122 erforderlich.
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Zwischen
dem ersten Nockenelement 132 und der Beaufschlagungsplatte 116 befindet
sich ein erstes Kugel- oder Rollenaxiallager 152, das eine
axiale Kraft überträgt, jedoch
zuläßt, daß sich die
benachbarte Beaufschlagungsplatte 116 und das erste Nockenelement 132 vollständig unabhängig voneinander
drehen können.
Benachbart zum zweiten Nockenelement 134 befindet sich
ein zweites Kugel- oder Rollenaxiallager 154. Benachbart
zum zweiten Kugel- oder Rollenaxiallager 154 ist eine Unterstützungsscheibe 156 angeordnet,
deren Axialbewegung durch einen komplementären Schnappring und eine in
der primären
Ausgangswelle 82 ausgebildete Nut 158 begrenzt
wird. Das zweite Axialdrucklager 154 ermöglicht,
daß sich
das zweite Nockenelement 134 vollständig unabhängig von der primären Ausgangswelle 82 und
der Unterstützungsscheibe 156 drehen
kann. Die kreisförmige
Unterstützungsplatte 112 und
die Unterstützungsscheibe 156 sowie
die benachbarten Schnappringe und Nuten 114 und 158 wirken
als Anschläge
und als die Endpunkte eines Reaktionskraftkreises, gegen den die
Differentialgetriebekupplungsbetätigungseinheit 120 funktioniert und
der sämtliche
Kräfte
und Reaktionskräfte
innerhalb der Länge
der primären
Ausgangswelle 82 zwischen den Schnappringen und Nuten 114 und 158 enthält.
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In 5 ist
ein adaptiver Vierradfahrzeugsantriebszug schematisch gezeigt und
mit dem Bezugszeichen 200 versehen. Dieser Vierrad-Fahrzeugantriebszug 200 besitzt
eine primäre
Bewegungseinheit 202, wie einen Benzinmotor, Dieselmotor
oder Erdgasmotor, oder einen Hybridmotor, der mit einer Transaxle 204 gekoppelt
ist und diese direkt antreibt. Das Ausgangsdrehmoment der Transaxle 204 treibt
eine primäre oder
vordere Antriebslinie 210 und eine sekundäre oder
hintere Antriebslinie 220 an. Die primäre Antriebslinie 210 besitzt
eine vordere oder primäre
Antriebswelle 212, eine vorderes oder primäres Differential 214,
ein Paar von Vorderachsen 216 und ein entsprechendes Paar
von vorderen Rad/Reifeneinheiten 218. Das vordere oder
primäre Differential 214 ist
herkömmlich
ausgebildet.
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Die
Transaxle 204 beaufschlagt ferner über einen Drehmomentabgriff 206 die
sekundäre
oder hintere Antriebslinie 220 mit Drehmoment, die eine sekundäre Antriebswelle 222 mit
geeigneten Universalgelenken 224, eine hintere oder sekundäre Achseinheit 226,
ein Paar von sekundären
oder hinteren Achsen 228 und ein entsprechendes Paar von
sekundären
oder hinteren Rad-Reifeneinheiten 230 aufweist.
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Der
hier in bezug auf die sekundäre
Achseinheit 226 verwendete Begriff „Achseinheit" dient dazu, eine
Vorrichtung zur Aufnahme von Antriebsliniendrehmoment, zur Verteilung
desselben auf zwei generell ausgerichtete, in Querrichtung angeordnete Antriebsachsen
und zur Aufnahme von Drehzahldifferenzen, die u.a. daraus resultieren,
daß das
Fahrzeug um die Ecke fährt,
zu identifizieren.
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Desweiteren
bezieht sich die vorhergehende und nachfolgende Beschreibung auf
ein Fahrzeug, bei dem die primäre
Antriebslinie 210 vorne am Fahrzeug und die sekundäre Antriebslinie 220 hinten
am Fahrzeug angeordnet sind. Ein derartiges Fahrzeug wird üblicherweise
als Fahrzeug mit Vorderradantrieb (Primärantrieb) oder als Fahrzeug
mit adaptivem Vierradantrieb bezeichnet. Nichtsdestotrotz versteht es
sich, daß diese
Erfindung in gleicher Weise zur Verwendung in einem Fahrzeug mit
Hinterradantrieb (Primärantrieb),
bei dem die Antriebskomponenten umgekehrt angeordnet sind, geeignet
ist.
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Dem
Fahrzeugantriebszug 200 ist eine Steuereinheit oder ein
Mikroprozessor 240 zugeordnet, der Signale von einer Vielzahl
von Sensoren empfängt
und der hinteren oder sekundären
Achseinheit 226 Steuersignale, d.h. Betätigungssignale, zuführt.
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Der
Fahrzeugantriebszug 200 besitzt ferner einen ersten Sensor
mit variabler Reluktanz oder Hall-Effekt-Sensor 246, der
die Drehzahl der linken primären
vorderen Rad/Reifeneinheit 218 abtastet und dem Mikroprozessor 240 ein
Signal zuführt.
Ein zweiter Sensor mit variabler Reluktanz oder Hall-Effekt-Sensor 248 tastet
die Drehzahl der rechten primären
vorderen Rad/Reifeneinheit 218 ab und liefert dem Mikroprozessor 240 ein
Signal. Ein dritter Sensor mit variabler Reluktanz oder Hall-Effekt-Sensor 250,
der der linken sekundären
hinteren Rad/Reifeneinheit 230 zugeordnet ist, tastet deren
Drehzahl ab und liefert ein Signal an den Mikroprozessor 240. Schließlich tastet
ein vierter Sensor mit variabler Reluktanz oder Hall-Effekt-Sensor 252,
der der rechten sekundären
hinteren Rad/Reifeneinheit 230 zugeordnet ist, deren Drehzahl
ab und liefert ein Signal an den Mikroprozessor 240. Die
Drehzahlsensoren 246, 248, 250 und 252 können Sensoren
sein, die im Fahrzeug montiert sind, um Signale für Antiblockierbremssysteme
(ABS) oder andere drehzahlertastende und Traktionsregelsysteme ab zugeben,
oder können
unabhängige
Sensoren sein. Es versteht sich ferner, daß ein geeignetes und herkömmliches
Zählrad
(nicht dargestellt) jeder der entsprechenden Rad/Reifeneinheiten 218 und 230 in
enger abtastender Beziehung zu jedem Drehzahlsensor 246, 248, 250 und 252 zugeordnet
ist.
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Wie
in den 5 und 6 gezeigt, ist eine modulierende
Hinterachskupplungseinheit 260 zwischen dem Ausgang des
Drehmomentabgriffs 206 und der sekundären Achseinheit 226 angeordnet. Diese
Hinterachskupplungseinheit 260, die die vorliegende Erfindung
umfaßt,
besitzt ein generell glockenförmiges
Gehäuse 262 mit
einem Ringflansch 264, der eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 266 aufweist,
die komplementär
ausgebildete, mit Gewinde versehene Befestigungselemente (nicht
gezeigt) aufnehmen, welche zur Befestigung der Kupplungseinheit 260 und
speziell des Gehäuses
262 am Gehäuse
der sekundären
Achseinheit 226 dienen, wie in 5 gezeigt.
Die Kupplungseinheit 260 besitzt eine Eingangswelle 270,
die innerhalb des Gehäuses
auf einem reibungsarmen Lager, wie einer Kugellagereinheit 272,
gelagert ist. Eine geeignete Öldichtung 274 sorgt
für eine
Dichtung zwischen dem Gehäuse 262 und
der rotierenden Eingangswelle 270, um den Eintritt von
Verunreinigungen und den Austritt des Kupplungsschmiermittels zu
verhindern. Die Eingangswelle 270 kann eine Manschette
oder eine Nabe 276 oder irgendeine andere Komponente aufweisen,
die einen Abschnitt eines Universalgelenkes oder eines anderen Antriebszugelementes
bilden kann. Eine Verriegelungsmutter 278 kann Verwendung
finden, um die Manschette 276 an der Eingangswelle 270 zu
befestigen.
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Konzentrisch
um die Eingangswelle 270 ist eine Reibungskupplungspackungseinheit 280 angeordnet.
Diese Reibungskupplungspackungseinheit 280 besitzt eine
erste Vielzahl von Kupplungsplatten 280 mit kleinerem Durchmesser,
welche Keilnuten 284 aufweisen, die komplementär zu Keilen 286 ausgebildet
sind, welche an einem Abschnitt der Eingangswelle 270 angeordnet
sind, und mit diesen in Eingriff stehen. In Verschachtelung mit
der ersten Vielzahl von Kupplungsplatten 282 mit kleinerem Durchmesser
ist eine zweite Vielzahl von Kupplungsplatten 288 mit größerem Durchmesser
angeordnet. Diese zweite Vielzahl von Kupplungsplatten 288 mit größerem Durchmesser
besitzt Keile oder Zähne 292,
die komplementär
zu Keilnuten 294 ausgebildet sind, die auf der Innenfläche eines
glockenförmigen Ausgangsgehäuses 300 angeordnet
sind, und hiermit in Eingriff stehen. Das glockenförmige Ausgangsgehäuse 300 besitzt
eine konzentrische Öffnung
mit einer Vielzahl von Keilnuten oder Zähnen 302, die komplementär zu Keilen
oder Zähnen 304 auf
einer Stummelausgangswelle 306 ausgebildet sind und hiermit
in Eingriff stehen. Die Stummelausgangswelle 306 ist in
einer Gegenbohrung 308 in der Eingangswelle 270 angeordnet.
Die Innenfläche
der Stummelausgangswelle 306 besitzt vorzugsweise Keilnuten oder
Zähne 312,
die mit einem angetriebenen Element (nicht gezeigt) in Eingriff
stehen können,
das innerhalb der Hinterachseinheit 226 angeordnet ist.
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Zwischen
der Reibungskupplungspackungseinheit 280 und dem Glockengehäuse 300 befindet sich
eine Unterstützungsplatte
oder Anschlagplatte 116, die über einen zusammenwirkenden
Sprengring und eine in der Eingangswelle 270 ausgebildete Nut 318 auf
der Eingangswelle 270 in Position gehalten wird. Auf der
gegenüberliegenden
Fläche
der Reibungskupplungspackungseinheit 280 befindet sich eine
Beaufschlagungsplatte 320.
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Die
Reibungskupplungspackungseinheit 280 wird von einer Differentialnockenbetätigungseinheit 330 betätigt, die
einen bidirektionalen Teilleistungs-Elektromotor 332 umfaßt. Dieser
Elektromotor 332 treibt ein Ritzel 334 über eine
Ausgangswelle 336 an. Das Ritzel 334 besitzt einheitliche
axial verlaufende Zähne 338 um
seinen Umfang. Die Zähne 338 des
Ritzels 334 kämmen
gleichzeitig mit einer ersten kreisförmigen Nockenplatte 340 und
einer zweiten kreisfömigen
Nockenplatte 342. Die erste kreisförmige Nockenplatte 340 besitzt
um ihren Umfang herum angeordnete Zähne 344. Die zweite kreisförmige Nockenplatte 342 besitzt
um ihren Umfang herum angeordnete Zähne 346. Die Anzahl
der Zähne 344 und 346 ist
nicht gleich. Vorzugsweise sind beispielsweise 180 Zähne 344 auf
der ersten kreisfömigen
Nockenplatte 340 und 181 Zähne 346 auf der zweiten
kreisförmigen
Nockenplatte 342 vorhanden. Wenn somit die kreisförmigen Nockenplattem 340 und 342 vom
Ritzel 344 angetrieben werden, drehen sie sich differentiell,
d.h. die zweite Nockenplatte 342 dreht sich geringfügig langsamer
als die erste Nockenplatte 340. Die vorstehend wiedergegebene
Anzahl der Zähne 344 und 346 ist
lediglich beispielhaft. Es versteht sich, daß diese Anzahl in Abhängigkeit
von der Größe der Zahnräder 340 und 342,
der Größe des Ritzels 334 und
der gewünschten Operationsgeschwindigkeit
stark variieren kann.
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Die
erste kreisförmige
Nockenplatte 340 besitzt eine Vielzahl von bogenförmigen rampenförmigen Ausnehmungen 348 in
Tränenform,
während
die zweite kreisförmige
Nockenplatte 342 eine entsprechende Vielzahl von bogenförmigen rampenförmigen Ausnehmungen 352 in
Tränenform
aufweist. Innerhalb dieser rampenförmigen Ausnehmungen sind Lastübertragungselemente,
wie Kugellager 354, eingefangen. Wenn sich die kreisförmigen Nockenplatten 340 und 342 differentiell
drehen, treiben die Lastübertragungselemente 354 diese
voneinander weg. Zwischen der Reibungskupplungspackungseinheit 290 und
der zweiten kreisförmigen
Nockenplatte 342 ist ein Kugel- oder Rollenaxialdrucklager 356 angeordnet,
das eine freie Relativdrehung zwischen der Beaufschlagungsplatte 320 und
der zweiten kreisförmigen
Nockenplatte 342 ermöglicht.
Von der ersten kreisfömigen
Nockenplatte 340 nach links ist eine zweite Kugel- oder
Rollenaxialdrucklagereinheit 358 angeordnet. Benachbart
zur Lagereinheit 358 ist eine Anschlagscheibe 360 vorgesehen,
die von einem Sprengring und einer in der Eingangswelle 270 ausgebildeten
Nut 364 in einer festen Axialposition gehalten wird. Die
Lagereinheit 358 ermöglicht
eine freie Relativdrehung zwischen dem ersten Nockenelement 340 und
der Anschlagscheibe 360. Die Sprengringe und Nuten 318 und 364 bilden
Reaktionsanschläge
und halten die Kräfte
und Reaktionskräfte der
Kupplungsbetätigungseinheit
innerhalb der Eingangswelle 270.
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Wie
in 5 gezeigt, ist die Sekundärachsen-Modulationskupplung 260 funktionell
vor dem sekundären
Differential oder der Hinterachse 226 angeordnet und steuert
die Drehmomentabgabe an diese. Ein anderer Anwendungsfall für die Differentialnockenbetätigungseinheit 330 umfaßt eine
Hin terachseinheit ohne die einzige Modulierkupplung 260 und ein
herkömmliches
Käfigdifferential.
Diese Komponenten werden durch eine Hinterachseinheit 226 mit zwei
unabhängig
voneinander wirkenden Modulationskupplungen ersetzt, die unabhängig voneinander der
linken und rechten Hinterachse 228 und Rad/Reifeneinheit
Drehmoment zuführen.
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Wie
in den 5 und 7 gezeigt, besitzt die Hinterachseinheit 226 eine
Eingangswelle 370, die direkt Drehmoment von der sekundären Antriebswelle 222 aufnimmt.
Bei der Eingangswelle 270 kann es sich um einen Flansch
oder ein becherförmiges Element 372 oder
eine entsprechende Komponente handeln, die beispielsweise einen
Abschnitt eines Universalgelenkes 224 oder einer anderen
Verbindung zur sekundären
Antriebswelle 222 bildet. Der Flansch 372 kann über eine
Verriegelungsmutter 374 oder eine ähnliche Vorrichtung an der
Eingangswelle 370 fixiert sein. Die Eingangswelle 370 ist
in einem mittig angeordneten, axial verlaufenden Mittelgehäuse 376 angeordnet
und wird von einer geeigneten Öldichtung 378 umgeben,
die eine strömungsmittelundurchlässige Dichtung
zwischen dem Gehäuse 376 und
der Eingangswelle 37 oder einem zugehörigen Abschnitt des Flansches 372 bildet.
Die Eingangswelle 370 wird vorzugsweise von einem Paar
von reibungsarmen Lagern, wie Lagereinheiten 380 mit konischen
Rollen, drehbar gelagert. Die Eingangswelle 370 endet in
einem Hypoid- oder Kegelrad 382 mit Zähnen 384, die mit
komplementär
ausgebildeten Zähnen 386 auf
einem Ringrad 388 kämmen,
welches an einem Flansch 392 auf einem zentral angeordneten
rohrförmigen
Antriebselement 384 mit geeigneten Befestigungselementen 396 fixiert
ist.
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Das
rohrförmige
Antriebselement 394 wird von einem Paar von reibungsarmen
Lagern, wie Kugellagereinheiten 402, drehbar gelagert.
Es ist hohl ausgebildet und hat ein Innenvolumen 404. Ein
Paar von Förderelementen
oder Schaufeln 406 erstreckt sich radial durch die Wand
des rohrförmigen
Elementes 394 und sammelt eine Schmier- und Kühlflüssigkeit 408 und
treibt sie in das Innenvolumen 404. Die Schmier- und Kühlflüssigkeit 408 wird
dann Komponenten in der Hinterachseinheit 226 über Kanäle 410 zugeführt, die
mit dem Innenvolumen 404 des rohrförmigen Antriebselementes 394 in
Verbindung stehen.
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Die
hintere oder sekundäre
Achseinheit 226 besitzt ferner ein Paar von Glockengehäusen 412A und 412B,
die über
Schraubbefestigungselemente 414 am Mittelgehäuse 376 befestigt
sind. Bei den Gehäusen 412A und 412B handelt
es sich um spiegelbildlich, d.h. links und rechts angeordnete Komponenten,
die jeweils eine Kupplungseinheit eines Paares von modulierenden
Kupplungseinheiten 420A und 420B aufnehmen. Bei
der spiegelbildlichen Anordnung der beiden modulierenden Kupplungseinheiten 420A und 420B sind
die Komponenten der beiden nachfolgend beschriebenen Einheiten 420A und 420B identisch.
Aus Klarheitsgründen
beziehen sich daher die Bezugszeichen in 7 sowohl
auf die linke als auch auf die rechte Kupplungseinheit 420A und 420B,
wobei die entsprechenden Komponenten in beiden Einheiten angeordnet
sind.
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Beide
modulierende Kupplungseinheiten 420A und 420B werden
von der Eingangswelle 370 über die Kegelräder 382 und 388 und
das rohrförmigen
Antriebselement 394 angetrieben. Wie vorstehend erwähnt, ist
speziell das Ringrad 388 am rohrförmigen Antriebselement 394 befestigt.
Eine rohrförmige
Verlängerung 422 des
Ringrades 388 besitzt Keile 424, die mit Keilnuten
oder Zähnen 428A,
die auf einer linken Antriebmanschette 430A ausgebildet sind,
kämmen.
Die linke Antriebsmanschette 430A umfaßt ebenfalls Keile oder Zähne 432A,
die mit komplementär
ausgebildeten Keilnuten oder Zähnen 434A auf
einer linken Kupplungsendglocke 440A kämmen. Was den Antrieb der rechten
modulierenden Kupplungseinheit 420B anbetrifft, so weist
das rohrförmige
Antriebselement 394 Teile oder Zähne 436 auf, die mit
komplementär
ausgebildeten Keilnuten oder Zähnen 428B auf
einer rechten Antriebsmanschette 430B kämmen. In entsprechender Weise besitzt
die rechte Antriebsmanschette 430B Keile oder Zähne 432B,
die komplementär
mit Keilnuten oder Zähnen 430B auf
einer rechten Kupplungsendglocke 440B ausgebildet sind
und hiermit in Eingriff stehen.
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Die
Kupplungsendglocken 440A und 440B sind identisch,
jedoch spiegelbildlich zueinander angeordnet. Jede Kupplungsendglocke 440A und 440B besitzt
Keilnuten 442, die treibend mit komplementär ausgebildeten
Keilen 444 auf einer ersten Vielzahl von Reibungskupplungsplatten
oder Scheiben 446 mit größerem Durchmesser in Eingriff
stehen. Verschachtelt mit der ersten Vielzahl von Kupplungsplatten
oder Scheiben 446 mit größerem Durchmesser ist eine
zweite Vielzahl von Kupplungsplatten oder Scheiben 448 mit
kleinerem Durchmesser. Mindestens eine Fläche einer jeden Reibungskupplungsplatte
oder Scheibe 446 und 448 ist mit einem geeigneten
Reibungskupplungsmaterial versehen. Jede der Reibungskupplungsplatten
oder Scheiben 448 mit kleinerem Durchmesser besitzt Keilnuten 450,
die mit komplementär
ausgebildeten Keilen 452 auf einer kreisförmigen Manschette
oder Nabe 454 in Eingriff stehen. Die Nabe 454 ist
wiederum über
Keilnuten oder Zähne 456 mit
Keilen oder Zähnen 458 auf
einer entsprechenden linken und rechten Ausgangswelle 460A und 460B verbunden,
um sich hiermit zu drehen. Die Ausgangswellen 460A und 460B können Keile 462A und 462B aufweisen.
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Die
modulierenden Kupplungseinheiten 420A und 420B umfassen
ferner Kugelrampenbetätigungseinheiten 470A und 470B.
Diese Kugelrampenbetätigungseinheiten 470A und 470B besitzen
jeweils ein erstes kreisförmiges
Nockenelement 472 mit Zähnen 474,
die um seinen Umfang herum angeordnet sind, und einer Vielzahl von
bogenförmigen rampenförmigen Ausnehmungen 476 in
Tränenform auf
einer Fläche.
Benachbart zum ersten kreisförmigen
Nockenelement 472 ist ein zweites kreisförmiges Nockenelement 482 angeordnet,
das Zähne 484 um seinen
Umfang herum und eine Vielzahl von bogenförmigen Ausnehmungen 486 in
Tränenform
aufweist, welche den entsprechend ausgebildeten rampenförmigen Ausnehmungen 476 am
ersten kreisförmigen
Nockenelement 472 gegenüberliegen.
In den rampenförmigen
Ausnehmungen 476 und 486 ist eine Vielzahl von
Lastübertragungselementen,
wie Kugellager 490, angeordnet und wird darin gehalten.
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Wenn
sich, wie vorstehend erläutert,
die Nockenelemente 472 und 482 relativ zueinander
drehen, bewegen sich die Kugellager 490 entlang den rampenförmigen Ausnehmungen 476 und 486 und trennen
das erste und zweite Nockenelement 472 und 482 voneinander.
Es versteht sich, daß auch analoge
Vorrichtungen, wie Lager mit konischen Rollen, in komplementär ausgebildeten
rampenförmigen Ausnehmungen
oder gegenüberliegenden
schiefen Nockenflächen
bei einer Relativdrehung der Nockenelemente 472 und 482 eine
entsprechende Axialbewegung bewirken und somit ebenfalls geeignet
sind.
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Benachbart
zum ersten Nockenelement 472 ist ein erstes Axialdrucklager 492,
das über
benachbarte Sprengringe in seiner axialen Lage gehalten wird. Benachbart
zum zweiten Nockenelement 482 ist ein zweites Axialdrucklager 494 angeordnet.
Zwischen den Reibungskupplungsplatten 446 und 448 und
dem zweiten Axialdrucklager 496 befindet sich eine kreisförmige Beaufschlagungsplatte 496.
Das zweite Axialdrucklager 496 ermöglicht eine freie Relativdrehung
zwischen der Beaufschlagungsplatte 496 und dem zweiten
Nockenelement 482.
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Die
Kugelrampenbetätigungseinheit 470A besitzt
ferner einen bidirektionalen Klein-Elektromotor 500, der über eine
Vielzahl von Hauptbefestiungselementen 502 am Gehäuse 412A befestigt
ist. Eine geeignete strömungsmittelundurchlässige Dichtung (nicht
gezeigt) zwischen dem Gehäuse
des Elektromotors 500 und dem Gehäuse 412A kann vorhanden sein.
Der Elektromotor 500 besitzt eine Ausgangswelle 504,
die ein Ritzel 506 mit Zähnen 508 antreibt. Die
Zähne 508 des
Ritzels 506 kämmen
mit den Zähnen 474 und 484 des
ersten Nockenelementes 472 und des zweiten Nockenelementes 482.
Die entsprechenden Nockenelemente 472 und 482 besitzen
eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen 474 und 484,
so daß sie
sich differentiell, d.h. mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten,
drehen und dadurch eine Relativdrehung erzeugen, die eine Trennung
der Nockenelemente 472 und 482 voneinan der bewirkt.
Durch eine derartige Trennung wird die benachbarte zugehörige Reibungskupplungspackungseinheit
komprimiert, so daß diese
Drehmoment vom Antriebsrohr 394 auf die Ausgangswelle 460A überträgt.
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In 8 ist
eine erste andere Ausführungsform
der Kugelrampenbetätigungseinheit
dargestellt und mit dem Bezugszeichen 520 versehen. Hierbei sind
eine Welle 522, bei der es sich entweder um eine Eingangswelle,
wie in einer in 2 gezeigten Verteilergetriebeeinheit 16,
oder um eine Ausgangswelle, wie in einem in 5 gezeigten
hinteren Differential, handeln kann, und eine zweite Welle 524,
bei der es sich um eine Ausgangswelle, wie in der Verteilergetriebeeinheit 16 gezeigt,
oder um eine Eingangswelle, wie im hinteren Differential gezeigt,
miteinander verbunden und treiben eine erste Vielzahl von kleineren
Kupplungsplatten oder Scheiben 526 an, die mit der ersten
Welle 522 über
eine Vielzahl von miteinander in Eingriff stehenden Teilen und Keilnuten 528 miteinander
verkeilt sind. Die erste Vielzahl der Kupplungsplatten oder Scheiben 532 ist
mit einer zweiten Vielzahl von Reibungskupplungsplatten oder Schieben 532 verschachtelt,
welche eine Vielzahl von miteinander kämmenden Keilen oder Zähnen 534 aufweisen, über die
die zweite Vielzahl von Reibungskupplungsplatten oder Scheiben 532 mit
einem glockenförmigen
Gehäuse 536 verbunden
ist, das wiederum über
Keile oder andere Eingriffsmittel, wie Nasen, mit der zweiten Welle 524 verbunden
ist. Eine Unterstützungsplatte
oder Anschlagplatte 532 wird über einen Sprengring und eine
Nut 544, die miteinander zusammenwirken, auf der ersten
Welle 522 in Position gehalten.
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Eine
Betätigungseinheit 550 besitzt
einen bidirektionalen Klein-Elektromotor 552, der eine
Ausgangswelle 554 antreibt. Die Ausgangswelle 554 ist an
einem Ritzel 556 befestigt oder hiermit einstückig ausgebildet,
wobei das Ritzel einen ersten Bereich von Zähnen 504 besitzt,
dessen Anzahl von Zähnen sich
von der eines zweiten Bereiches von Zähnen 562 unterscheidet.
Beispielsweise kann der erste Bereich der Zähne 558 20 Zähne aufweisen,
während der
zweite Bereich der Zähne 562 61
Zähne besitzen kann.
Es versteht sich, daß diese
Zahlen auch verändert
werden können,
um eine gewünschte
differentielle Drehung der angetriebenen Elemente zu erreichen.
Zum ersten Bereich der Zähne 558 ist
ein Nockenelement 566 ausgerichtet, das Zähne 568 aufweist,
die um seinen Umfang herum angeordnet sind und mit dem ersten Bereich
von Zähnen 558 auf
dem Ritzel 556 in Eingriff stehen. Benachbart zum ersten Nockenelement 56 ist
ein zweites Nockenelement 572 mit einer Vielzahl von Zähnen 574 um
seinen Umfang herum angeordnet, wobei diese Zähne mit dem zweiten Bereich
von Zähnen 562 auf
dem Ritzel 556 in Eingriff stehen. Die Zahl der Zähne 568 auf dem
ersten Nockenelement 566 kann der Zahl der Zähne 574 auf
dem zweiten Nockenelement 572 entsprechen oder hiervon
verschieden sein. Um eine differentielle Drehung der Nockenelemente 566 und 572 zu
erzielen, dürfen
jedoch die Zahlen der Zähne auf
dem ersten und zweiten Nockenelement 566 und 572 nicht
derart sein, daß mit
der Zahl der Zähne
auf den beiden Bereichen des Ritzels 556 das gleiche Antriebsverhältnis erzielt
wird.
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Eine
differentielle Drehung kann ohne weiteres erreicht werden, indem
die gleiche Anzahl von Zähnen 568 und 574 auf dem
ersten und zweiten Nockenelement 566 und 572 mit
dem vorstehenden Ritzel 556 Verwendung findet. Beide Nockenelemente 566 und 572 besitzen
eine Vielzahl von bogenförmigen
rampenförmige
Ausnehmungen 576 und 578 in Tränenform, die eine entsprechende
Vielzahl von Lastübertragungselementen,
wie Kugellagern 580, aufnehmen und halten. Ein erstes Axialdrucklager 582 ist
benachbart zum ersten Nockenelement 566 und zwischen einer
flachen Unterlegscheibe 584 und einem zusammenwirkenden
Sprengring mit Nut 586 angeordnet. Das erste Axialdrucklager 582 ermöglicht eine
freie Drehung des ersten Nockenelementes 566 relativ zur
ersten Welle 522. Die Unterlegscheibe 584 und
der Sprengring sowie die Nut 586 bilden einen Reaktionskraftanschlag.
Benachbart zum zweiten Nockenelement 572 ist eine zweite
Axialdrucklagereinheit 592 angeordnet, die in entsprechender Weise
eine freie Drehung des zweiten Nockenelementes 572 ermöglicht und
die Kupplungsbetätigungskraft
hierüber überträgt. Eine
Beaufschlagungsplatte 594 ist benachbart zum zweiten Axialdrucklager 592 angeordnet
und bringt eine Kupplungsbetätigungsdruckkraft
auf die Kupplungsplatten 526 und 532 bei einer
Relativdrehung und Trennung des ersten und zweiten Nockenelementes 566 und 572 auf.
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Es
versteht sich, daß die
Ausnehmungen 576 und 578 und die Lastübertragungskugeln 580 durch
andere analoge mechanische Elemente ersetzt werden können, die
eine axiale Verschiebung der Nockenelemente 566 und 572 in
Abhängigkeit von
einer Relativdrehung hiervon verursachen. Beispielsweise können auch
konische Rollen, die in komplementär ausgebildeten konischen Schraubenlinien
oder gegenüberliegenden
schiefen Nockenflächen
angeordnet sind, Verwendung finden.
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In 9 ist
eine zweite andere Ausführungsform
der Kugelrampenbetätigungseinheit
dargestellt und mit dem Bezugszeichen 600 versehen. Eine Welle 602,
bei der es sich entweder um eine Eingangswelle 72 einer
Verteilergetriebeeinheit 16, wie in 2 gezeigt,
oder um eine Ausgangswelle einer Sekundärachseinheit 226,
wie in 7 gezeigt, handeln kann, und eine zweite Welle 604,
bei der es sich um eine Ausgangswelle 82, wie in der Verteilergetriebeeinheit 16 gezeigt,
oder um eine Eingangswelle, wie im sekundären Differential 226 gezeigt,
sind miteinander verbunden und treiben eine entsprechende erste
Vielzahl von kleineren Kupplungsplatten oder Scheiben 606 an,
die über
einer Vielzahl von miteinander in Eingriff stehenden Keilen und
Keilnuten 608 mit der ersten Welle 602 verkeilt
sind. Diese erste Vielzahl von Kupplungsplatten oder Scheiben 606 ist mit
einer zweiten Vielzahl von Reibungskupplungsplatten oder Scheiben 612 verschachtelt,
die eine Vielzahl von miteinander in Eingriff stehenden Keilen oder
Zähnen 614 aufweisen,
die die zweite Vielzahl von Reibungskupplungsplatten oder Scheiben 612 mit
einem glockenförmigen
Gehäuse 616 verbinden. Das
glockenförmige
Gehäuse 616 ist
wiederum über Keile
oder andere Eingriffsmittel, wie Nasen, mit der zweiten Welle 604 verbunden.
Eine Unterstützung- oder
Anschlagplatte 622 wird über einen Sprengring und eine
Nut 624, die zusammenwirken, auf der ersten Welle 602 in
Position gehalten.
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Eine
Betätigungseinheit 630 besitzt
einen bidirektionalen Klein-Elektromotor 632, der eine
Ausgangswelle 634 antreibt. Die Ausgangswelle 634 ist an
einem ersten Ritzel 636 mit Zähnen 638 befestigt oder
einstückig
hiermit ausgebildet. Das erste Ritzel 30 steht mit einem
größeren Stirnrad 640 in
Eingriff und treibt dieses bidirektional an. Das Stirnrad ist auf einer
Stummelwelle 642 angeordnet, die drehbar in einem Gehäuse 644 gelagert
ist. Das größere Stirnrad 640 ist
einstückig
mit einem zweiten Ritzel 646 ausgebildet oder hiermit verbunden.
Durch die vom ersten Ritzel 636, dem größeren Stirnrad 640 und dem
zweiten Ritzel 646 erreichte Untersetzung wird die Drehzahl
des bidirektionalen Elektromotors 632 erniedrigt und dessen
Drehmoment erhöht.
Die Drehzahlreduktion, d.h. das Untersetzungsverhältnis, das für einen
speziellen Anwendungsfall geeignet ist, ist von der Drehzahl und
dem Drehmoment des ELektromotors 632, den Winkeln der rampenförmigen Ausnehmungen 658 und 626 und
der gewünschten Eingriffszeit
der Kupplung sowie anderen Faktoren abhängig.
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Das
zweite Ritzel 646 steht mit einem ersten Nockenelement 650 in
Eingriff und treibt dieses an, welches eine Zahl von Zähnen 652 aufweist,
die um seinen Umfang herum angeordnet sind. Benachbart zum ersten
Nockenelement 650 ist ein zweites Nockenelement 654 mit
einer zweiten Zahl von Zähnen 656,
die um seinen Umfang herum angeordnet sind, angeordnet, wobei diese
Zahl von Zähnen
von der Zahl von Zähnen 652 auf
dem ersten Nockenelement 650 verschieden ist. Vorzugsweise
beträgt
die Zahl der Zähne 652 100
oder mehr, und die Zahl der Zähne 656 unterscheidet
sich nur um einen Zahn oder um zwei Zähne. Es ist offensichtlich,
daß eine
größere Zahl
von Zähnen
eine größere Differenz
in der Zähnezahl
ermöglicht
und daß die
Zahl der Zähne
in loser Beziehung zur Gesamtgröße der Vorrichtung steht.
Eine Zahl von Zähnen zwischen
75 und 250 wird wahrscheinlich die meisten Anwendungen begleiten.
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Wie
bei den anderen Ausführungsformen
besitzen das erste und zweite Nockenelement 650 und 654 definierte
Nocken- oder Rampenkomponenten, die die Elemente und 650 und 654 von
einer benachbarten Ruhelage axial voneinander wegtreiben. Wie in 9 gezeigt,
hat das erste Nockenelement eine Vielzahl von bogenförmigen rampenförmigen Ausnehmungen 658 in
Tränenform,
während
das zweite Nockenelement 654 eine entsprechende Vielzahl von
gegenüberliegenden
bogenförmigen
rampenförmigen
Ausnehmungen 662 in Tränenform
besitzt. Eine entsprechende Vielzahl von Lastübertragungselementen, wie Kugellagern 664,
ist in den gegenüberliegenden
bogenförmigen
rampenförmigen
Ausnehmungen 658 und 662 angeordnet und wird dort
gehalten. Es versteht sich, daß die
Rampen und Kugeln durch schräge
Nockenflächen
und andere Konfigurationen ersetzt werden können, welche eine Trennung der
Nockenelemente 650 und 654 bei einer Relativdrehung
bewirken.
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Ein
erstes Axialdrucklager 672 ist zwischen dem ersten Nockenelement 650 und
einer flachen Unterlegscheibe 674 sowie einem zusammenwirkenden
Sprengring und einer Nut 676 angeordnet. Das erste Axialdrucklager 672 ermöglicht eine
freie Drehung des ersten Nockenelementes 650 relativ zur Welle 602 und
zur flachen Scheibe 674. Der Sprengring und die Nut 676 bilden
einen Reaktionskraftanschlag. Benachbart zum zweiten Nockenelement 654 ist
eine zweite Axialdrucklagereinheit 678 angeordnet, die
in entsprechender Weise eine freie Drehung des zweiten Nockenelementes 654 ermöglicht und die
Kupplungsbetätigungskraft
hierüber überträgt. Eine Beaufschlagungsplatte 682 ist
benachbart zum zweiten Axialdrucklager 678 angeordnet und
bringt eine Kupplungsbetätigungsdruckkraft
auf die erste Vielzahl von Kupplungsplatten 606 und 602 bei
einer Relativdrehung und einer Trennung des ersten und zweiten Nockenelementes 650 und 654 auf.
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Bei
Erregung des Elektromotors 632 dreht sich das erste Ritzel 636 und
treibt das zweite Ritzel 646 mit reduzierter Geschwindigkeit
an. Da die Nockenelemente 650 und 654 unterschiedliche
Zahlen von Zähnen 652 und 656 besitzen,
drehen sie sich mit unterschiedlichen (differentiellen) Drehzahlen, wodurch
hierzwischen eine Relativdrehung entsteht, die zu einer axialen
Trennung der Elemente 650 und 654 durch die Wirkung
der rampenförmigen
Ausnehmungen 658 und 662 und der Lastübertragungskugellager 664,
einer Kompression der Vielzahl der Reibungskupplungsplatten 606 und 612 und
einer Energieübertragung
durch die Kupplungseinheit 600 führt.
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In 10 ist
eine erste weitere Ausführungsform
einer Differentialantriebsbetätigungseinheit
dargestellt und mit dem Bezugszeichen 700 versehen. Diese
Differentialantriebsbetätigungseinheit 700 besitzt
ein unregelmäßig geformtes
mehrteiliges und vorzugsweise druckgegossenes Gehäuse 702 mit
diversen Öffnungen,
Nuten, Schultern, Gegenbohrungen und Merkmalen, die diverse Komponenten
und Einheiten der Differentialantriebsbetätigungseinheit 700 aufnehmen,
positionieren, lagern und montieren. Ein bidirektionaler Klein-Elektromotor 704 ist über irgendeine
geeignete Befestigungsanordnung am Gehäuse 702 befestigt
und wird über
ein Kabel 706 mit mehreren Leitern mit elektrischer Energie versorgt. Der
bidirektionale Elektromotor 704 besitzt eine Ausgangswelle 708,
die einen befestigten radial verlaufenden Stift oder entsprechenden
Flügel 710 aufweist,
der mit einem Antriebsritzel 712 kämmt und dieses antreibt. Das
Antriebsritzel 712 ist vorzugsweise aus einem festen Kunststoff
mit geringem Verschleiß,
wie Nylon, hergestellt. Es besitzt Umfangszähne 714, die komplementär zu Zähnen 716 auf
einem Zwischenrad oder Leerlaufrad 718 ausgebildet sind
und hiermit in Eingriff stehen. Das Zwischenrad oder Leerlaufrad 718 ist
ein zusammengesetztes Zahnrad und besitzt einen Umfangsmetallring 720, der
die Zähne 716 aufweist,
und eine Innennabe 722 mit einem Querschnitt in der Form
eines großen „I" oder „H", die eine Stummelwelle 724 aufnimmt.
Der Umfangsmetallring 720 und die Innennabe 722 können über irgendwelche
geeigneten Einrichtungen, einschließlich eines Sprengringes 726,
der in komplementär
ausgebildeten halbkreisförmigen
Ausnehmungen auf der Innenfläche
des Metallringes 720 und der Außenfläche der Innennut 722 sitzt,
aneinander befestigt sein. Durch diese Verbundkonstruktion wird
die Masse und somit die Trägheit
des Leerlaufzahnrades 718 reduziert, während trotzdem robuste Metallzähne 716 mit
einem geringen Verschleiß erreicht
werden. Die Stummelwelle 724 kann über eine Abdeckplatte 732 in
Position gehalten werden, welche über geeignete Befestigungselemente 734 am Gehäuse 702 befestigt
ist.
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Das
Zwischenrad oder Leerlaufrad 718 steht mit einer ersten
kreisförmigen
Nockenplatte oder einem entsprechenden Element 740 in Eingriff,
das eine Vielzahl von Umfangszähnen 742 besitzt,
die um seinen Umfang herum angeordnet sind. Eine Fläche der
kreisförmigen
Nockenplatte 740 besitzt eine Vielzahl von bogenförmigen Nockenausnehmungen 744,
die jeweils eine Lastübertragungskomponente, wie
ein Kugellager 746, aufnehmen. Unmittelbar benachbart zur
ersten kreisförmigen
Nockenplatte 740 und vom Leerlaufzahnrad 718 gemeinsam
angetrieben ist ein zweites Zahnrad, eine kreisförmige Nockenplatte oder ein
Element 750 angeordnet, das eine Vielzahl von um seinen
Umfang herum angeordneten Zähnen 752 und
die gleiche Zahl von bogenförmigen
Nockenausnehmungen 754, wie sie in der Fläche der
gegenüberliegenden
und benachbarten ersten kreisförmigen
Nockenplatte 740 vorhanden sind, aufweist.
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Wie
bei den anderen Ausführungsformen
ist die Zahl der Zähne
auf den Umfängen
des ersten Zahnrades oder der kreisförmigen Nockenplatte 740 und
des zweiten Zahnrades oder der kreisförmigen Nockenplatte 750 verschieden,
wobei sich die Zahl der Zähne
auf den beiden Nockenplatten 740 und 750 vorzugsweise
um 1 unterscheidet, wenn etwa 100 bis 200 Zähne auf jeder Nockenplatte 740 und 750 vorhanden
sind. Diese Zahl kann auf 2, 3, 4 oder mehr erhöht werden, wenn die Zähne relativ
klein sind, eine große
Zahl von Zähnen
vorhanden sind oder beides gilt, so daß der Eingriffsfehler vernachlässigbar
ist. Da, wie vorstehend beschrieben, die Differentialantriebseinheit
mit einer bestimmten geringen Fehlausrichtung zwischen den Zähnen der kreisförmigen Nockenplatten 740 und 750 und
den Zähnen 716 des
Zwischenrades oder Leerlaufrades 718 arbeitet und eine
solche Fehlausrichtung voraussetzt, wird bevorzugt, obwohl dies
nicht notwendig ist, diesen Fehler zwischen den beiden Sätzen von Zähnen 742 und 752 aufzuteilen,
um die Funktionsweise zu optimieren. Durch die Vergrößerung der Zahnungleichheit durch
Erhöhen
des Unterschiedes in der Zahl der Zähne wird natürlich dieser
geringe Fehler vergrößert und
die durch die Einheit erzielte Verstärkung verringert, jedoch die
axiale Ausgangsdrehzahl und somit die Betätigungsdrehzahl erhöht.
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Die
kreisförmigen
Nockenplatten 740 und 750 sind jeweils in einer
reibungsreduzierenden Metall- oder Kunststoffbuchse 758 gelagert
und hierauf angeordnet, wobei diese Buchse auf einer Eingangswelle 760 frei
drehbar aufgenommen und gelagert ist. Die Eingangswelle 760 erstreckt
sich über
das Gehäuse 702 hinaus
und besitzt Keile 762, die komplementär zu Keilnuten 764 auf
einem Innenflansch 766 ausgebildet sind und hiermit in
Eingriff stehen. Der Eingangsflansch 766 ist über eine
Unterlegscheibe 768 und eine Mutter 772, die auf
einem komplementär
ausgebildeten Gewindeabschnitt 774 der Eingangswelle 760 angeordnet
ist, befestigt und wird hieran gehalten. Eine Kugellagereinheit 776 lagert drehbar
die Eingangswelle 760 und den Eingangsflansch 766 im
Gehäuse 702.
Eine Öldichtung 778, die
zwischen dem Eingangsflansch 766 und dem Gehäuse 702 angeordnet
ist, sorgt für
eine geeignete strömungsmitteldichte
Dichtung hierzwischen und verhindert den Eintritt irgendeines Fremdmaterials
in die Differentialantriebsbetätigungseinheit 700.
Eine flache Scheibe 782, die axial vom Eingangsflansch 766 gehalten
wird, und ein Axialdrucklager 784 halten die Axiallage
der ersten kreisförmigen
Nockenplatte 740 aufrecht. Ein zweites Axialdrucklager 786 ist
auf der gegenüberliegenden
Seite der zweiten kreisförmigen
Nockenplatte 750 angeordnet und überträgt einen Axialschub und eine
Bewegung von der zweiten kreisförmigen
Nockenplatte 750 auf ein ringförmiges Be tätigungselement 790.
Das ringförmige
Betätigungselement 790 wird
von einer kreisförmigen
ebenen Feder oder Tellerfeder 792 in 10 nach
links vorgespannt. Das ringförmige
Betätigungselement 790 steht
mit einer kreisförmigen
Beaufschlagungsplatte 794 in Eingriff, die die Reibungskupplungspackungseinheit 800 komprimiert.
Die Reibungskupplungseinheit 800 besitzt eine erste Vielzahl
von Kupplungsplatten 802 mit kleinerem Durchmesser, die
Keilnuten aufweisen, die mit einer Vielzahl von Keilen 804 auf
der Eingangswelle 760 in Eingriff stehen und sich hiermit
drehen. Verschachtelt mit der ersten Vielzahl von Reibungskupplungsplatten 802 ist
eine zweite Vielzahl von Reibungskupplungsplatten 806 mit
größerem Durchmesser.
Beide Reibungskupplungsplatten 802 und 806 besitzen
ein geeignetes Reibungskupplungsmaterial auf mindestens einer Fläche. Die
zweite Vielzahl von größeren Kupplungsplatten 806 besitzt
Außenteile,
die mit Keilnuten 808 auf der Innenfläche eines glockenförmigen Ausgangselementes 810 kämmen. Das
Ausgangselement 810 hat eine kreisförmige Öffnung 812 mit Keilnuten 814,
die ein angetriebenes Ausgangselement (nicht gezeigt) aufnehmen
und hiermit treibend in Eingriff stehen. Eine Rollenlagereinheit 816, die
in einer Sacköffnung 808 von
der Eingangswelle 760 aufgenommen ist, nimmt den in geeigneter
Weise dimensionierten Endabschnitt des angetriebenen Ausgangselementes
auf und lagert diesen frei drehbar. Ein O-Ring 822 kann
Verwendung finden, um eine strömungsmitteldichte
Dichtung zwischen dem Gehäuse 702 und
einem Gehäuse
(nicht gezeigt) einer zugehörigen
Komponente herzustellen.
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In 12 ist
eine zweite weitere Ausführungsform
einer Differentialantriebsbetätigungseinheit
dargestellt und mit dem Bezugszeichen 830 versehen. Diese
zweite weitere Ausführungsform
einer Differentialantriebsbetätigungseinheit 830 besitzt
ein mehrteiliges, vorzugsweise gegossenes Gehäuse 832, das mit Hilfe
von Schraubelementen 834, die in einer geeigneten Öffnung 836 angeordnet
sind, zusammengebaut und aneinander befestigt werden kann. Das Gehäuse 832 umfaßt vorzugsweise
diverse Öffnungen,
Nuten, Schultern, Gegenbohrungen, Flansche u.ä., die diverse Komponenten
der Differentialantriebsbetätigungseinheit 830 aufnehmen,
drehbar lagern und für
eine Montage sorgen. Ein bidirektionaler Klein-Elektromotor 840 ist
in geeigneter Weise am Gehäuse 832 befestigt
und wird über
ein mehrere Leiter aufweisendes Kabel 842 mit elektrischer
Energie versorgt. Der bidirektionale Elektromotor 840 besitzt
eine Ausgangswelle 844 mit einem befestigten Flügel oder
Stift 845, der mit einem Antriebsritzel 846 in
Eingriff steht, das eine Vielzahl von um seinen Umfang herum angeordneten
Zähnen 848 aufweist.
Das Antriebsritzel 846 ist vorzugsweise aus einem festen
und haltbaren Kunststoff, wie Nylon, hergestellt. Es steht mit einem
Zwischenrad oder Leerlaufrad 850 in Eingriff und treibt
dieses bidirektional an. Das Leerlaufrad 850 besitzt ein
peripheres metallisches Ringrad 852 mit Zähnen 854,
die komplementär
zu den Zähnen 848 am
Antriebsritzel 846 ausgebildet sind und hiermit kämmen. Das
Leerlaufrad 850 besitzt ferner ein inneres Ringelement 856 mit
einem Querschnitt in der Form eines großen „I" oder „H". Das innere Ringelement 856 weist
einen zentralen Durchgangskanal 858 auf, der frei drehbar eine
Stummelwelle 860 aufnimmt, die im Gehäuse 832 gelagert ist.
Die beiden Komponenten des Leerlaufrades 850 sind über einen
Sprengring 862 aneinander befestigt, welcher in ausgerichteten
halbkreisförmigen
Kanälen
unterge bracht ist, die in der Innenfläche des Ringrades 852 und
der Außenfläche des inneren
Elementes 856 ausgebildet sind.
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Die
Zähne 854 des
Leerlaufzahnrades 850 stehen sowohl mit einem ersten kreisförmigen Element
oder Zahnrad 866 mit einer Vielzahl von Umfangszähnen 868 als
auch mit einem benachbarten zweiten kreisförmigen Element 872 mit
einer anderen Zahl von Umfangszähnen 874 in
Eingriff. Wie bei den anderen Ausführungsformen beträgt der Unterschied zwischen
der Zahl der Zähne
am ersten Zahnrad 866 und zweiten Zahnrad 872 vorzugsweise
1, wenn Zähne
in der Größenordnung
von Hundert bis Zweihundert vorhanden sind. In Fällen, in denen wesentlich mehr
Zähne vorhanden
sind, weil entweder die Zähne
sehr klein sind oder das Zahnrad relativ groß ist oder beides vorliegt,
kann der Unterschied in der Anzahl der Zähne zwischen den beiden Zahnrädern 866 und 872 2,
3, 4, oder mehr betragen, wie vorstehend beschrieben.
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Vom
ersten Zahnrad 866 zum zweiten Zahnrad 872 erstreckt
sich in Axialrichtung ein Nockenfolgerarm 876, der in einem
Nockenfolger 878 endet. Das zweite Zahnrad 872 besitzt
einen Nocken 880 mit einem Nockenprofil oder einer Bahn 882,
die einen gleichmäßigen Anstieg
oder Abfall aufweisen kann, eine Vielzahl von Teilbereichen und
Anstieg- und Abfallbereichen aufweisen kann oder ein stark unregelmäßiges Profil
besitzen kann, wie dargestellt. Wie auch immer das Profil der Nockenbahn 882 ist, wird
davon ausgegangen, daß bei
einer Rotation des ersten und zweiten Zahnrades 866 und 872 eine
Relativdrehung hierzwischen bewirkt, daß der Nockenfolger 878 sich
entlang der Nockenbahn 882 bewegt und den Nockenfolgerarm 876 und
das erste Zahnrad 866 in Axialrichtung verschiebt.
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Das
zweite Zahnrad 872 ist vorzugsweise an einer Welle 886 befestigt,
von der ein Ende drehbar in einem geeigneten Lager 888 mit
konischen Rollen aufgenommen ist. Das erste Zahnrad 866,
das sich sowohl dreht als auch axial verschiebt, ist an einer Stummelwelle 892 befestigt,
die einer Rollenlagereinheit 894 gelagert ist, welche wiederum
innerhalb einer linearen Ausgangswelle 900 gelagert ist.
Das andere Ende der Stummelwelle 892 kann teleskopartig
innerhalb einer geeigneten Gegenbohrung (nicht gezeigt) in der Welle 886 gelagert
sein. Zwischen der Ausgangswelle 900 und dem ersten Zahnrad 866 ist eine
Axialdrucklagereinheit 902 angeordnet, während sich
zwischen der Ausgangswelle 900 und dem stationären Gehäuse 832 eine
Kugellagereinheit 904 befindet. Falls gewünscht, kann
eine Druck- oder Rückzugsfeder 906 Verwendung
finden, um die lineare Ausgangswelle 900 in das Gehäuse 832 der
Betätigungseinheit
zurückzuziehen
oder zurückzufördern, wenn
der Nockenfolger 878 entlang dem Nocken nach unten läuft und
das erste Zahnrad 866 sich nach rechts bewegt, wie in 12 gezeigt.
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Die 13, 14 und 15 zeigen
eine dritte weitere Ausführungsform
einer Differentialantriebsbetätigungseinheit,
die mit dem Bezugszeichen 920 versehen ist. Die dritte
weitere Ausführungsform der
Differentialantriebsbetätigungseinheit 920 besitzt ein
mehrstückiges,
vorzugsweise gegossenes Gehäuse 832', das über Schraubelemente 834', die in einer
geeigneten Öffnung 836' angeordnet
sind, zusammengebaut und befestigt werden kann. Das Gehäuse 832' besitzt vorzugsweise
diverse Öffnungen, Schultern,
Gegenbohrungen, Flansche u.ä.,
die diverse Komponenten der Betätigungseinheit 920 aufnehmen,
drehbar lagern und für
eine Montage derselben sorgen. Ein bidirektionaler Klein-Elektromotor 840' ist in geeigneter
Weise am Gehäuse 832' befestigt und
wird über
ein mehrere Leiter aufweisendes Kabel 842' mit elektrischer Energie versorgt.
Der bidirektionale Elektromotor 840' besitzt eine Ausgangswelle 844' mit einem befestigten
Stift oder Flügel 845', der mit einem
Antriebsritzel 846' in
Eingriff steht und dieses antreibt, wobei das Antriebsritzel eine
Vielzahl von Zähnen 848' aufweist, die
um seinen Umfang angeordnet sind. Das Antriebsritzel 846' ist vorzugsweise
aus einem festen und haltbaren Kunststoff, wie Nylon, hergestellt.
Es steht mit einem Zwischenrad oder Leerlaufrad 850' in Eingriff
und treibt dieses bidirektional an. Das Leerlaufrad 850' besitzt ein
peripheres metallisches Ringrad 852' mit Zähnen 854', die mit Zähnen 848' auf dem Antriebsritzel 846' komplementär ausgebildet
sind, mit diesen in Eingriff stehen und über diese angetrieben werden. Das
Leerlaufzahnrad 850' besitzt
ferner ein inneres Ringelement 856 mit einem Querschnitt
in der Form eines großen „I" oder „H". Das innere Ringelement 856' besitzt einen
mittleren Durchgangskanal 858', der frei drehbar eine Stummelwelle 860' aufnimmt, die
im Gehäuse 832' gelagert ist.
Die beiden Komponenten des Leerlaufrades 850' sind über einen Sprengring 862' aneinander
befestigt, welcher in ausgerichteten halbkreisförmigen Kanälen untergebracht ist, die
in der Innenfläche
des Ringrades 852' und
der Außenfläche des
Innenelementes 856' ausgebildet
sind.
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Die
dritte weitere Ausführungsform
der Differentialantriebsbetätigungseinheit 920 besitzt
ferner eine bidirektionale lineare Translationsbetätigungseinheit 930.
Diese lineare Translationsbetätigungseinheit 930 umfaßt ein erstes
kreisförmiges Element
oder Stirnrad 932 mit einer Vielzahl von Umfangszähnen 934.
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Das
erste Zahnrad oder kreisförmige
Element 932 hat eine mittlere, kreisförmige und glatte Wandöffnung 936,
die eine Vielzahl, vorzugsweise vier, von axial und radial einwärts verlaufenden,
mit gleichen Abständen
angeordneten Teilen 938 umfaßt. Die Öffnung 936 nimmt einen
Gewindeschaft oder eine Gewindespindel 940 mit einer Vielzahl,
vorzugsweise vier, von Keilnuten 942, die gleichmäßig um ihren
Umfang herum angeordnet sind, auf. Die Keilnuten 942 sind
komplementär
ausgebildet zu Keilen 938, die im ersten kreisförmigen Element 932 ausgebildet
sind, und nehmen diese auf. Daher dreht sich die Gewindespindel 940 zusammen
mit dem ersten Zahnrad oder kreisförmigen Element 932.
Ferner kann sich die Gewindespindel 940 frei in Axialrichtung
im ersten kreisförmigen
Element 932 und relativ hierzu verschieben.
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Benachbart
zum ersten Zahnrad oder kreisförmigen
Element 932 ist das zweite Zahnrad oder kreisförmige Element 946 angeordnet,
das eine Vielzahl von Zähnen 948 um
seinen Umfang herum aufweist. Die Zähne 854' des Leerlaufzahnrades 850' stehen sowohl
mit dem ersten Zahnrad oder kreisförmigen Element 932 mit
einer Vielzahl von Außenzähnen 934 als
auch mit dem benachbarten zweiten Zahnrad 946 mit einer
unterschiedlichen Vielzahl von Umfangszähnen 948 in Eingriff.
Die Anzahl der Zähne
am ersten kreisförmigen
Element 932 unterscheidet sich von der Anzahl der Zähne am zweiten
kreisförmigen
Element 946 derart, daß ein
Antrieb von beiden kreisförmigen
Elementen 932 und 946 über einen gemeinsamen Antrieb
zu einer ungleichen Geschwindigkeit und Relativdrehung zwischen
den kreisförmigen
Elementen 932 und 946 führt. Ein Unterschied von einem
Zahn wird für
Zahnräder
oder kreisförmige
Elemente 932 oder 946 mit etwa 100 bis 200 Zähnen als
geeignet angesehen, obwohl eine größere Ungleichheit zwischen
der Zahl der Zähne die
Geschwindigkeit der Betätigungseinheit
vergrößert, die
Verstärkung
reduziert und geeignet sein kann, wenn das Zahnrad oder die kreisförmigen Elemente 932 und 946 einen
relativ großen
Durchmesser oder eine relativ große Zahl von Zähnen besitzen. In
derartigen Fällen
kann der Unterschied in der Anzahl der Zähne zwischen den beiden Zahnrädern 932 und 946 zwei,
drei, vier oder mehr betragen, wie vorstehend erläutert.
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Das
zweite kreisförmige
Element 946 besitzt eine Durchgangsöffnung 952, die ein
Gewinde 954 aufweist, das komplementär zu dem Gewinde auf dem Schaft 940 ausgebildet
ist. Drei Axialdrucklager 956 sind vorzugsweise zwischen
jedem kreisförmigen
Element 932, 946 und dem Gehäuse 832' angeordnet. Da sich das erste
und zweite kreisförmige Element 932 und 946 differentiell
drehen, werden der Gewindeschaft oder die Gewindespindel 940 mit
dieser differentiellen Drehung beaufschlagt, wobei diese differentielle
Drehung eine axiale Verschiebung verursacht. Da sich die Gewindespindel 940 relativ schnell
dreht, während
sie eine axiale Verschiebung erfährt,
kann es wünschenswert
sein, eines oder beide Enden der Gewindespindel in einer Einheit
vorzusehen, die die Axialbewegung überträgt, jedoch nicht die Drehbewegung überträgt, wie
beispielsweise die im unteren Abschnitt der vorstehend erläuterten 12 dargestellte
Lager- und Rückzugsfedereinheit.
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Die
Zwischenräder
oder Leerlaufräder 716, 850 und 850' können auch
weggelassen werden, falls gewünscht,
wobei jedoch das Antriebsritzel 710, 846 und 846' durch ein metallisches
Zahnrad ersetzt werden sollte, falls dies durchgeführt wird.
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Mit
oder ohne die Leerlaufräder 716, 815 und 850' können die
Antriebsritzel 710, 846 und 846', die angetriebenen
Nockenplatten 740, 750 und die Zahnräder 732, 736, 866 und 872 so
dimensioniert sein, daß sie
eine Drehzahlreduktion (oder einen Anstieg) bewirken und dadurch
das Ausgangsdrehmoment und die Kraft erhöhen (oder verringern), jedoch die
Operationsgeschwindigkeit (Ansprechzeit) reduzieren (oder erhöhen).
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Obwohl
die Erfindung vorstehend in Verbindung mit einem Elektromotor beschrieben
wurde, ist sie in gleicher Weise mit Pneumatikmotoren, d.h. Schaufelmotoren,
und Hydraulikmotoren verwendbar, die eingesetzt werden können und
im Rahmen dieser Erfindung liegen.