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Die
Erfindung betrifft eine Hydraulikanordnung zum Betätigen
einer Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere
kann die Hydraulikanordnung zum Betätigen einer Zuschaltkupplung
zum bedarfsweisen Zuschalten einer sekundären Antriebsachse
an eine permanent angetriebene primäre Antriebsachse verwendet
werden. Derartige Antriebssysteme, welche ein Umschalten von einem
Zweiradantrieb auf einen Vierradantrieb ermöglichen, werden
auch als On-Demand oder Hang-On Syteme bezeichnet.
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Aus
der
DE 10 2007 063 360 ist
eine Hydraulikanordnung für eine oder mehrere kraftbetätigte Stelleinheit
bekannt. Die Hydraulikanordnung umfaßt eine Pumpe, die
von einer Antriebswelle des Kraftfahrzeugs angetrieben wird und
die einen hydraulischen Druck zum Betätigen einer Kolben-Zylinder-Einheit
erzeugt. Die Kolben-Zylinder-Einheit dient zum Betätigen
einer Reibungskupplung, mit der eine sekundäre Antriebsachse
im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs zugeschaltet werden kann. Die
Hydraulikanordnung kann einen Druckspeicher aufweisen, der von der
Pumpe geladen werden kann und der ein relativ großen Volumenstrom
zum Beaufschlagen der Kolben-Zylinder-Einheit erzeugen kann.
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Aus
der
DE 10 2008 037 886 ist
eine Antriebsanordnung für ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug
bekannt. Die Antriebsanordnung umfaßt ein Verteilergetriebe,
das von einem Motor eingeleitetes Drehmoment auf eine erste Antriebsachse
und auf eine zweite Antriebsachse verteilt, sowie eine Längsantriebswelle,
die im Drehmomentfluß zwischen dem Verteilergetriebe und
der zweiten Antriebsachse liegt. Es ist eine erste Kupplung am ersten
Ende der Längsantriebswelle vorgesehen und eine zweite Kupplung
am zweiten Ende der Längsantriebswelle. In geschlossenem
Zustand der beiden Kupplungen wird Drehmoment auf die zuschaltbare
zweite Antriebsachse übertragen. In geöffnetem
Zustand der beiden Kupplungen ist die Längsantriebswelle
mit allen drehenden Bauteilen von dem Motor und von der zweiten
Antriebsachse abgekoppelt, so daß sie stillsteht.
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Aus
der
DE 10 2004
033 439 B4 ist ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug
mit einer Reibungskupplung zur Übertragung eines Drehmoments
und mit einer Aktuatoranordnung zum Betätigen der Reibungskupplung
bekannt. Die Aktuatoranordnung umfaßt eine erste Pumpe,
die für ein schnelles Schließen der Reibungskupplung
bei geringem Kraftaufwand ausgelegt ist, und eine zweite Pumpe,
die für eine Betätigung der Reibungskupplung mit
einer großen Kraft bei geringem Hub ausgelegt ist. Die
beiden Pumpen haben unterschiedliche hydraulische Übersetzungen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aktuierungsanordnung
zum Betätigen von zumindest zwei Kupplungen im Antriebsstrang
eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, die eine geringe Schaltzeit
aufweist und eine feinfühlige Steuerung ermöglicht.
Weiter besteht die Aufgabe darin, eine Antriebsanordnung für
den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, die ein schnelles
Zuschalten und eine feinfühliges Steuern einer zuschaltbaren
Antriebsachse ermöglicht.
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Eine
erste Lösung besteht in einer Aktuierungsanordnung zum
Zuschalten einer Antriebsachse im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs,
umfassend eine Pumpe zum Erzeugen eines hydraulischen Drucks; einen
Druckspeicher, der von der Pumpe mit Hydraulikflüssigkeit
zur Erzeugung eines Vordrucks befüllbar ist; eine erste
hydraulische Betätigungseinheit zum Betätigen
einer ersten Kupplung; eine zweite hydraulische Betätigungseinheit
zum Betätigen einer zweiten Kupplung; wobei zumindest eine
der beiden ersten oder zweiten hydraulischen Betätigungseinheiten
vom Druckspeicher mit hydraulischem Druck beaufschlagbar ist, und,
nach dem zumindest teilweisen Entleeren des Druckspeichers, zusätzlich von
der Pumpe beaufschlagbar ist, wobei die zugehörige erste
oder zweite Kupplung im Schließsinn betätigt wird.
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Der
Vorteil besteht darin, daß die Aktuierungsanordnung in
günstiger Weise die Forderung nach einer kurzen Schaltzeit
zum Zuschalten des sekundären Antriebsstrangs mit einer
feinfühligen Steuerung des auf die sekundäre Antriebsachse
zu übertragenden Drehmoments erfüllt. Der Druckspeicher wird
durch die Pumpe geladen, wodurch ein hydraulischer Vordruck erzeugt
wird. Durch entsprechendes Schalten, beispielsweise mittels eines
Ventils, wird Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckspeicher
in das Hydrauliksystem gepumpt, wobei eine oder beide der Betätigungseinheiten
beaufschlagt werden. Dieses Entleeren des Druckspeichers erfolgt
schlagartig, das heißt es wird in kurzer Zeit ein verhältnismäßig großer
Volumenstrom in das Hydrauliksystem zum Betätigen der ersten
bzw. zweiten Kupplung gedrückt. Dabei wird zumindest eine
der beiden Betätigungseinheiten aktiviert, vorzugsweise
beide Betätigungseinheiten. Die Betätigungseinheiten
der ersten Lösung sind derart gestaltet, daß durch
Beaufschlagung mit hydraulischem Druck die zugehörige Kupplung
im Schließsinn beaufschlagt wird. Ein weiterer Vorteil
der vorliegenden Aktuierungsanordnung ist, daß die diese
bei Ausfall des Hydrauliksystems freigeschaltet wird, was auch als
Fail-Safe-Funktion bezeichnet wird.
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Das
Fördervolumen des Druckspeichers ist vorzugsweise so ausgelegt,
daß in vollständig entleertem Zustand das Kupplungslüftspiel
in der zumindest einen Kupplung zumindest größtenteils überbrückt
ist. Unter Kupplungslüftspiel ist der Weg zu verstehen,
den die beiden relativ zueinander drehbaren Kupplungsteile gegeneinander
verschoben werden können, ohne daß Drehmoment
zwischen den beiden Kupplungsteilen übertragen wird. Der
Druckspeicher ist insbesondere so dimensioniert, daß der Volumenstrom
ausreicht, um die erste hydraulische Betätigungseinheit
vollständig zu betätigen und die zweite hydraulische
Betätigungseinheit soweit zu betätigen, daß das
Luftspiel der zweiten Kupplung auf einen gewünschten Betrag
reduziert wird. Durch den Druckspeicher wird in vorteilhafter Weise
erreicht, daß dieses Kupplungslüftspiel verhältnismäßig schnell
aus der jeweiligen Kupplung herausgedrückt wird. Im Anschluß an
die Entleerung des Druckspeichers kann dann eine feinfühlige
Steuerung die bedarfsweise Einstellung des Drehmoments durch entsprechendes
Ansteuern der zugehörigen Betätigungseinheit übernehmen.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform sind beide, die erste
und die zweite hydraulische Betätigungseinheit von dem
Druckspeicher mit hydraulischem Druck beaufschlagbar. Auf diese
Weise wird gewährleistet, daß beide Kupplungen
etwa gleichzeitig geschaltet werden. Die Beaufschlagung der beiden
Betätigungseinheiten erfolgt in Abhängigkeit von der
Fahrsituation durch entsprechendes Ansteuern von Ventilen. Dabei
ist es generell denkbar, daß beide Kupplungen zeitgleich
geschaltet werden. Je nach Ausgestaltung der Kupplungen ist es dabei
auch denkbar, daß eine von beiden Betätigungseinheiten mit
einem geringen zeitlichen Vorlauf beaufschlagt wird, um die zugehörige
Kupplung zeitlich vor der anderen zu schließen. Nach dem
vollständigen Entleeren des Druckspeichers wird diejenige
hydraulische Betätigungseinheit, welche die Höhe
des auf die sekundäre Antriebsachse übertragenen
Drehmoments definiert, von der Pumpe nach Bedarf mit hydraulischem
Druck beaufschlagt. Die Pumpe ermöglicht eine feinfühlige
Ansteuerung der Betätigungseinheit und damit auch eine
bedarfgerechte Einstellung des auf die sekundäre Achse übertragenen
Drehmoments. Dies wirkt sich günstig auf die Fahrstabilität des
Kraftfahrzeugs aus.
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Eine
zweite Lösung besteht in einer Aktuierungsanordnung zum
Zuschalten einer Antriebsachse im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs,
umfassend eine Pumpe zum Erzeugen eines hydraulischen Drucks; eine
erste hydraulische Betätigungseinheit, welche von der Pumpe
gegen eine Gegenkraft mit hydraulischem Druck beaufschlagbar ist,
wobei ein Vordruck in der ersten hydraulischen Betätigungseinheit
speicherbar ist, mit dem eine erste Kupplung in einer Offenstellung
gehalten wird; eine zweite hydraulische Betätigungseinheit,
welche von dem in der ersten hydraulischen Betätigungseinheit
gespeicherten Vordruck beaufschlagbar ist; und, welche ebenfalls
von der Pumpe mit hydraulischem Druck beaufschlagbar ist, wobei
durch Beaufschlagung der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit
eine zweite Kupplung zur Übertragung eines Drehmoments
geschlossen wird. Die Gegenkraft, die gegen den hydraulischen Druck
der Pumpe wirkt, wird vorzugsweise von einem elastischen Element,
beispielsweise einer Feder erzeugt.
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Die
Besonderheit der zweiten Lösung besteht darin, daß die
erste hydraulische Betätigungseinheit zwei Funktionen erfüllt,
und zwar das Beaufschlagen der ersten Kupp lung und das Beaufschlagen
der zweiten Kupplung. Dies wird dadurch erreicht, daß die
erste Betätigungseinheit hydraulischen Druck speichern
kann und insofern auch als Betätigungs-Druckspeicher-Einheit
bezeichnet werden kann. Mittels der Pumpe wird in der ersten Betätigungseinheit
ein hydraulischer Vordruck erzeugt, mit dem die erste Kupplung in
der Offenstellung gehalten wird. Für Fahrzustände,
in denen die sekundäre Antriebsachse zugeschaltet werden
soll, wird der Vordruck genutzt, um die zweite hydraulische Betätigungseinheit
zu beaufschlagen. Dabei werden sowohl die erste als auch die zweite
Kupplung geschlossen. Der Vorteil besteht darin, daß durch
den hydraulischen Vordruck der federbeaufschlagten ersten Betätigungseinheit
ein schnelles Schließen der zweiten Betätigungseinheit
erfolgt. Dies wird durch einen relativ großen Volumenstrom
erreicht. Eine feinfühlige Regelung des zu übertragenden
Drehmoments der zweiten Kupplung kann dann durch die Pumpe erfolgen.
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Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung sind die erste und die zweite hydraulische
Betätigungseinheit so gestaltet, daß der von der
ersten hydraulischen Betätigungseinheit zur zweiten hydraulischen Betätigungseinheit
maximal förderbare Volumenstrom so groß ist, daß das
Kupplungslüftspiel der zweiten Kupplung zumindest weitestgehend überbrückt
wird. Dies bietet den Vorteil, daß das Kupplungslüftspiel
durch den verhältnismäßig großen
Volumenstrom schnell überbrückt wird, so daß die
Einstellung des auf die sekundäre Antriebsachse übertragbaren
Drehmoments schnell vorgenommen werden kann. Insbesondere ist vorgesehen,
daß der durch Entleeren der ersten hydraulischen Betätigungseinheit
an der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit erzeugbare
maximale Betätigungshub an das Kupplungslüftspiel
der zweiten Kupplung angenähert ist, insbesondere dem Kupplungslüftspiel
in etwa entspricht. Hiermit ergibt sich eine besonders schnelle
Zuschaltung der zweiten Kupplung. Eine feinfühlige bedarfsgerechte
Regelung des Kupplungsmoments wird dann mittels der Pumpe eingestellt.
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Die
Pumpe ist vorzugsweise mittels eines Elektromotors antreibbar, das
heißt durch Einstellung der Stromstärke ist der
Fördervolumenstrom der Pumpe stufenlos regelbar. Die Pumpe
ist vorzugsweise in Form einer Zweiwegepumpe gestaltet. Bei Betätigen
der Pumpe in einer ersten Förderrichtung wird die erste
hydraulische Betäti gungseinheit beaufschlagt. Dabei bleibt
die zweite hydraulische Betätigungseinheit vorzugsweise
unbeaufschlagt oder wird im Öffnungssinn der zweiten Kupplung
entleert. Auf diese Weise wird erreicht, daß in der ersten
Förderrichtung beide Kupplungen geöffnet werden.
Bei Betätigen der Pumpe in einer entgegengesetzten zweiten
Förderrichtung wird die zweite hydraulische Betätigungseinheit
beaufschlagt, wobei die erste hydraulische Betätigungseinheit
unbeaufschlagt bleibt. Das heißt, in der zweiten Förderrichtung
wird lediglich die zweite Betätigungseinheit und damit
die zugehörige zweite Kupplung betätigt. Dies
ermöglicht eine feinfühlige Einstellung des auf
die sekundäre Antriebsachse übertragbaren Drehmoments.
Die genannte Ausgestaltung der Pumpe, insbesondere mit zwei Förderrichtungen
und stufenloser Regelung, gilt sinngemäß auch
für die erste Lösung. Bei Förderung in der
ersten Förderrichtung wird der Druckspeicher geladen, wobei
vorzugsweise die erste Betätigungseinheit entleert wird.
Bei Förderung in der zweiten Förderichtung wird
die zweite hydraulische Betätigungseinheit beaufschlagt.
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Für
die zweite Lösung gilt, daß die erste hydraulische
Betätigungseinheit und die zweite hydraulische Betätigungseinheit
vorzugsweise über einen Verbindungskanal miteinander verbunden
sind, der zumindest ein Ventil zum Öffnen und Schließen
umfaßt. Durch Öffnen des zumindest einen Ventils
wird Hydraulikflüssigkeit von der ersten hydraulischen
Betätigungseinheit zur zweiten hydraulischen Betätigungseinheit
gefördert.
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In
einer ersten Ausgestaltung ist zwischen der Pumpe und den beiden
Betätigungseinheiten ein Mehrwegeventil so angeordnet,
daß dieses die erste Betätigungseinheit wechselseitig
mit der Pumpe oder der zweiten Betätigungseinheit verbindet.
Zwischen der Pumpe und der ersten Betätigungseinheit ist
weiterhin ein Rückschlagventil angeordnet, was den Rückfluß des Öls
aus der ersten Betätigungseinheit verhindert. Dadurch kann
die Pumpe nach dem Füllen der ersten Betätigungseinheit
abgeschaltet werden ohne das sich die erste Betätigungseinheit
entleert. In einer zweiten Ausgestaltung ist zwischen der Pumpe
und der ersten Betätigungseinheit ein erstes Ventil angeordnet
und zwischen der Pumpe und der zweiten Betätigungseinheit
ein zweites Ventil. Für beide Ausgestaltungen gilt, daß zwei
weitere Rückschlagventile die beiden Pumpenseiten mit dem
Reservoir verbinden, so daß die Pumpe bei Be darf in beiden
Drehrichtungen Öl aus dem Reservoir ansaugen kann. Die
Ventile werden beispielsweise mittels einer elektronischen Regeleinheit
angesteuert, welche die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs regelt. Als Eingangssignal
für die Regeleinheit kann der in der Leitung zur zweiten
Betätigungseinheit gemessene Druck dienen. Hierfür
ist vorzugsweise ein Drucksensor vorgesehen.
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Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung, die für beide der obengenannten
Lösungen gilt, umfaßt die erste hydraulische Betätigungseinheit
eine Kolben-Zylinder-Einheit, die eine Druckspeicherfunktion hat.
Hierfür ist vorzugsweise vorgesehen, daß die erste
hydraulische Betätigungseinheit eine erste Feder umfaßt,
die den Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit entgegen der Druckkraft
der Pumpe beaufschlagt. Die erste Kupplung wird von der ersten Feder
im Schließsinn beaufschlagt. Durch Erzeugen eines hydraulischen
Drucks wird der Kolben in Richtung Feder bewegt, so daß die
Feder den Kolben vorspannt. Durch Öffnen eines Ventils
wird der Kolben von der Feder im Schließsinne der ersten
Kupplung gedrückt, wobei die Kammer der Kolben-Zylinder-Einheit
schlagartig entleert wird. Dabei wird die erste Kupplung geschlossen.
Die in der Kammer befindliche Hydraulikflüssigkeit wird
zur zweiten Betätigungseinheit gefördert, so daß auch
die zweite Kupplung zumindest teilweise geschlossen wird.
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Nach
einer bevorzugten Weiterbildung umfaßt die erste hydraulische
Betätigungseinheit eine zweite Feder, die den Kolben der
Kolben-Zylinder-Einheit entgegen der Druckkraft der Pumpe beaufschlagt,
wobei die zweite Feder eine geringere Federsteifigkeit aufweist
als die erste Feder. Der Vorteil besteht darin, daß eine
gestufte Beaufschlagung der ersten Betätigungseinheit erfolgt.
Zunächst wird der Kolben von der ersten Feder mit einer
größeren Federkraft bewegt. Nachdem sich die erste
Feder entspannt hat bzw. gegen einen Anschlag zur Anlage gekommen
ist, wird der Kolben von der zweiten Feder weiter bewegt, und zwar
mit einer geringeren zweiten Federkraft. Durch diese Ausgestaltung
wird die zweite Betätigungseinheit zunächst schnell über einen
großen Weg beaufschlagt; anschließend erfolgt
eine sanftere Beaufschlagung, so daß der Kontaktpunkt der
zweiten Kupplung, ab dem ein Drehmoment übertragen wird,
feinfühliger angefahren wird.
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Die
zweite Feder kann nach einer ersten Möglichkeit an einer
Stützfläche der Kolben-Zylinder-Einheit axial
abgestützt sein, das heißt die erste und die zweite
Feder sind parallel geschaltet. Dabei addieren sich die Federkräfte
während der Entspannung der ersten Feder auf. Nach einer
zweiten Möglichkeit ist die zweite Feder zumindest mittelbar
an der ersten Feder axial abgestützt, das heißt
die beiden Federn sind in Reihe geschaltet. Dabei wird der Kolben
maximal mit der Federkraft der ersten Feder beaufschlagt. In beiden
Fällen erfolgt der letzte Hub, welcher von der zweiten
Feder bewirkt wird, mit der Federkraft der zweiten Feder.
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Die
erste Kupplung ist vorzugsweise in Form einer Sperrkupplung gestaltet,
wobei die Sperrkupplung zwischen einer Offenstellung, in der kein
Drehmoment übertragbar ist, und einer Schließstellung,
in der das volle Drehmoment übertragen wird, schaltbar ist.
Als beispiele für eine Sperrkupplung seien hier eine Zahnkupplung
oder eine Klauenkupplung genannt. Für ein weiches Schaltverhalten
ist es günstig, wenn die Drehzahlen der beiden Kupplungsteile
vor dem Schalten synchronisiert werden. Insofern kann als Sperrkupplung
auch eine sogenannte Sperrsynchronisiereinheit gestaltet werden.
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Die
zweite Kupplung ist vorzugsweise in Form einer Reibungskupplung
gestaltet ist, wobei das von der Reibungskupplung übertragbare
Drehmoment durch die Pumpe variabel steuerbar ist. Die Schaltreihenfolge
ist vorzugsweise so, daß zunächst die Sperrkupplung
geschaltet wird, und anschließend die Drehmomentübertragung
mittels der Reibungskupplung eingestellt wird. Dabei läßt
sich das Kupplungsmoment der Reibungskupplung stufenlos einstellen.
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Nach
einer möglichen Weiterbildung, welche ebenfalls für
beide der obengenannten Lösungen gilt, ist eine dritte
hydraulische Betätigungseinheit zum Betätigen
einer dritten Kupplung vorgesehen. Die dritte Kupplung ist insbesondere
in Form einer Sperrkupplung gestaltet, die zum Sperren eines Differentialgetriebes
dient.
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Die
Lösung der obengenannten Aufgabe besteht weiter in einer
Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer permanent
angetriebenen ersten Antriebsachse und einer bedarfsweise zuschaltbaren zweiten
Antriebsachse, wobei ein Antriebsstrang zum Antreiben der zweiten
Antriebsachse eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung aufweist,
wobei zum Betätigen der ersten und zweiten Kupplung eine Aktuierungsanordnung
nach einer der obigen Ausführungsformen vorgesehen ist.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung
besteht darin, daß diese bei Bedarf schnell von einem Zweiradantriebsmodus
auf einen Vierradantriebsmodus geschaltet werden kann. Durch die
Verwendung zweier Kupplungen im Antriebsstrang für die
zuschaltbare Antriebsachse wird in vorteilhafter Weise erreicht,
daß sämtliche im Drehmomentfluß zwischen
den beiden Kupplungen befindlichen Teile bei geöffneten
Kupplungen stillstehen. Dies wirkt sich günstig auf die
Verlustleistungen und damit auf den Kraftstoffverbrauch aus.
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Nach
einer ersten Ausgestaltung ist die permanent angetriebene Antriebsachse
die Vorderachse und die bedarfsweise zuschaltbare Antriebsachse die
Hinterachse des Kraftfahrzeugs. Die zweite Kupplung kann dabei beispielsweise
koaxial zur Drehachse eines Hinterachsdifferentials angeordnet sein,
was insofern besonders günstig ist, als auch der Winkeltrieb
zum Antreiben des Hinterachsdifferentials bei abgeschalteter Hinterachse
stillsteht. Alternativ kann die zweite Kupplung auch koaxial zu
einer Längsantriebswelle bzw. eines Wellenabschnitts der Längsantriebswelle
des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Die erste Kupplung ist vorzugsweise
im Drehmomentfluß zwischen einem Vorderachsdifferential und
einem Winkeltrieb, der zum Abzweigen des Drehmoments von der Vorderachse
auf die Längsantriebswelle dient, angeordnet.
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Nach
einer zweiten Ausgestaltung ist es ebenso denkbar, daß die
permanent angetriebene Antriebsachse die Hinterachse ist, und die
Vorderachse mittels der Aktuierungsanordnung bei Bedarf zugeschaltet
wird.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden nachstehend anhand der Figuren beschrieben. Es
zeigt:
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1 eine
erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung
in einer ersten Ausführungsform;
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2 eine
erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung
in einer zweiten Ausführungsform;
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3 eine
erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung
in einer dritten Ausführungsform;
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4 eine
erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung
in einer vierten Ausführungsform;
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5 eine
erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung
in einer fünften Ausführungsform;
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6 eine
erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung
in einer sechsten Ausführungsform;
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7 eine
Antriebsanordnung mit einer erfindungsgemäßen
hydraulischen Aktuierungsanordnung gemäß einer
der 1 bis 6 in einer ersten Ausführungsform;
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8 eine
Antriebsanordnung mit einer erfindungsgemäßen
hydraulischen Aktuierungsanordnung gemäß einer
der 1 bis 6 in einer zweiten Ausführungsform;
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9 eine
Antriebsanordnung mit einer erfindungsgemäßen
hydraulischen Aktuierungsanordnung gemäß einer
der 1 bis 6 in einer dritten Ausführungsform;
und
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10 eine
Antriebsanordnung mit einer erfindungsgemäßen
hydraulischen Aktuierungsanordnung gemäß einer
der 1 bis 6 in einer vierten Ausführungsform;
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung 2 zum
Betätigen einer ersten Kupplung 3 sowie einer
zweiten Kupplung 4 im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs
gezeigt. Die erste Kupplung 3 und die zweite Kupplung 4 dienen
zum bedarfsweisen Zuschalten einer sekundären Antriebsachse
(hier nicht dargestellt) an eine permanent angetriebene primäre
Antriebsachse. Durch Öffnen zumindest einer der beiden
Kupplungen 3, 4 wird die Drehmomentübertragung
auf die sekundäre Antriebsachse unterbrochen. Durch Öffnen
beider Kupplungen 3, 4 wird ein im Drehmomentfluß zwischen
den beiden Kupplungen liegender Abschnitt des Antriebsstranges von
der permanent angetriebenen ersten Antriebsachse und von der zuschaltbaren zweiten
Antriebsachse abgekoppelt. Dabei steht der zwischen den beiden Antriebsachsen
liegende Abschnitt des Antriebsstranges still, so daß Reibungsverluste,
die aufgrund von Drehbewegungen aller drehenden Bauteile entstehen,
reduziert sind.
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Die
Hydraulikanordnung 2 umfaßt eine erste hydraulische
Betätigungseinheit 5, die vorzugsweise eine Kolben-Zylinder-Einheit 6 mit
einer Hydraulikkammer 7 und einen in der Hydraulikkammer 7 verschiebbar
einsitzenden Stellkolben 8 umfaßt. Der Stellkolben 8 ist
mittels einer Ringdichtung, die in einer Umfangsnut des Stellkolbens 8 einsitzt,
gegenüber der Zylinderwandung abgedichtet und dient zum Betätigen
einer Schaltmuffe 9, welche die erste Kupplung 3 betätigen
kann. Dabei ist die Schaltmuffe 9 in eine erste Schaltposition überführbar,
in der die erste Kupplung vollständig geöffnet
ist, so daß kein Drehmoment übertragen wird, sowie
in eine zweite Schaltposition, in der die erste Kupplung vollständig zur Übertragung
eines Drehmoments geschlossen ist. Vorliegend ist die Beaufschlagung
der ersten Kupplung 3 im Schließsinn durch einen
Pfeil dargestellt. Die Schaltmuffe wird von einer ersten Feder 11 entgegen
der Aktuierungskraft der Kolben-Zylinder-Einheit 6 beaufschlagt,
welche gegenüber einem stehenden Bauteil 12 axial
abgestützt ist. Das stehende Bauteil 12 kann beispielsweise
das Getriebegehäuse eines Winkeltriebs sein, der auch als „Power
Transfer Unit” oder „Power Takeoff Unit” (PTU) bezeichnet
wird.
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Die
hydraulische Aktuierungsanordnung 2 umfaßt ferner
eine zweite hydraulische Betätigungseinheit 13,
die vorzugsweise ebenfalls eine Kolben-Zylinder-Einheit mit einer
Hydraulikkammer 14 sowie einen in der Hydraulikkammer 14 verschiebbar ein sitzenden
Stellkolben 15 umfaßt. Der Stellkolben 15,
welcher gegenüber der Zylinderwandung abgedichtet ist,
dient zum Betätigen der zweiten Kupplung 4. Die
zweite Kupplung 4 ist vorzugsweise in Form einer Reibungskupplung
gestaltet, welche die Einstellung des zu übertragenden
Drehmoments zwischen einer Offenstellung, in der kein Drehmoment übertragen
wird, und einer Schließstellung, in der das maximale Drehmoment übertragen
wird, variabel steuerbar ist.
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Zur
Erzeugung eines hydraulischen Drucks auf die erste hydraulische
Betätigungseinheit 5 bzw. die zweite hydraulische
Betätigungseinheit 13 ist eine hydraulische Pumpe 16 vorgesehen.
Die hydraulische Pumpe 16 ist über einen Verbindungskanal 17 mit
einem Druckspeicher 18 verbunden. In dem Verbindungskanal 17 ist
ein Rückschlagventil 19 vorgesehen, welches bei
abgeschalteter Pumpe 16 verhindert, daß Hydraulikflüssigkeit
aus dem Druckspeicher 18 zurück zur zweiten Betätigungseinheit 13 bzw.
in das Reservoir 10 fließt. Der Druckspeicher 18 umfaßt
eine Speicherkammer 20, die über den Verbindungskanal 17 mit
der Pumpe 16 verbunden ist. Bei aktuierter Pumpe 16 fördert
diese Hydraulikflüssigkeit in die Speicherkammer 20 gegen
die Kraft der Federmittel 22. Dabei bildet ein Druckkolben 23,
der in dem Druckspeicher 18 axial beweglich einsitzt, eine
Systemgrenze zwischen der Speicherkammer 20 und dem Aufnahmeraum
für die Federmittel 22. Durch den Druckspeicher 18 wird
ein größeres Volumen an Hydraulikflüssigkeit
zur Verfügung gestellt, das bei Bedarf zum Beaufschlagen
der ersten bzw. zweiten hydraulischen Betätigungseinheit 5, 13 verwendet
werden kann. Hiermit lassen sich die die Kupplungen 3, 4 schnell
schließen und es kann insbesondere ein Kupplungslüftspiel
an der bzw. den Kupplungen 3, 4 schnell überbrückt
werden. Durch den hohen Volumenstrom werden besonders geringe Schaltzeiten
der ersten bzw. zweiten Kupplung 3, 4 ermöglicht.
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Der
Druckspeicher 18 ist über eine Verbindungsleitung 24 mit
der ersten hydraulischen Betätigungseinheit 5 verbunden,
wobei in der Leitung 24 ein Ventil 25 angeordnet
ist. Das Ventil 25 ist vorzugsweise in Form eines Schaltventils
gestaltet. In einer ersten Stellung des Ventils 25 ist
die erste hydraulische Betätigungseinheit 5 mit
dem Druckspeicher 18 verbunden, so daß die Kammer 7 von
dem Druckspeicher 18 mit Hydraulikflüssigkeit
befüllt wird. Dabei wird der Kolben 8 entgegen
der Kraft der Feder 11 bewegt, um die zugehörige
erste Kupplung 3 zu schließen. In einer zweiten
Stellung des Ventils 25 ist die Kammer 7 mit dem
Reservoir 10 zum Ablaß der Hydraulikflüssigkeit
verbunden. In der zweiten Schaltstellung wird die erste Kupplung 3 durch
die Feder 11 im Öffnungssinn beaufschlagt, so
daß der Drehmomentfluß zur zweiten Antriebsachse
unterbrochen wird. Dabei entweicht Hydraulikflüssigkeit aus
der Kammer 7 in das Reservoir 10.
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Der
Druckspeicher 18 ist ferner über eine Verbindungsleitung 26 mit
der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit 13 verbunden,
wobei in der Verbindungsleitung 26 ein weiteres Ventil 27 vorgesehen ist.
Das Ventil 27 ist vorzugsweise als Schaltventil gestaltet,
das in eine erste Position schaltbar ist, in der die zweite hydraulische
Betätigungseinheit 13 mit dem Druckspeicher 18 verbunden
ist, und in eine zweite Schaltposition, in der die Verbindungsleitung 26 unterbrochen
ist. Wird das Ventil 27 in die erste Position geschaltet,
dann wird die Kammer 14 der zweiten Betätigungseinheit 13 von
dem Druckspeicher 18 mit Hydraulikflüssigkeit
befüllt, bis der Druckspeicher 18 entleert ist.
Der Kolben 15 beaufschlagt dabei die zweite Kupplung 4 im
Schließsinn, so daß Drehmoment auf die sekundäre
Antriebsachse übertragen wird.
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Die
Schaltung des ersten Ventils 25 zum Betätigen
der ersten Betätigungseinheit 5 und des zweiten
Ventils 27 zum Betätigen der zweiten Betätigungseinheit 13 erfolgt
nach Bedarf durch entsprechendes Ansteuern mittels einer elektronischen
Regeleinheit, welche die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs bzw. die
Drehmomentübertragung auf die Antriebsachsen regelt. Dabei
ist es für ein schnelles Ankoppeln des sekundären
Antriebstranges günstig, wenn die beiden Ventile 25, 27 in
etwa zeitgleich geschaltet werden. Eine gewisses zeitlich versetztes Schalten
kann von Vorteil sein, um sicherzustellen, daß zuerst die
eine der beiden Kupplungen sicher geschlossen ist, bevor die andere
Kupplung 4 zugeschaltet wird.
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Das
Fördervolumen des Druckspeichers 18 ist vorzugsweise
so ausgelegt, daß in vollständig entleertem Zustand
die erste Kupplung 3 vollständig geschlossen ist
und daß das Lüftspiel in der zweiten Kupplung 4 zumindest
größtenteils überbrückt ist. Auf
diese Weise wird erreicht, daß nach Freischalten des Ventils 27 das
Kupplungslüftspiel mittels des Druckspeichers 18 verhältnismäßig
schnell aus der zweiten Kupplung herausgedrückt wird. Ein
besonders schnelles Zuschalten der zweiten Antriebsachse wird ermöglicht,
wenn der Volumenstrom des Druckspeichers 18 ausreicht,
um die erste Kupplung 3 vollständig zu schließen
und das Kupplungslüftspiel aus der zweiten Kupplung 4 weitestgehend
zu überbrücken. Im Anschluß an die Entleerung
des Druckspeichers 18 wird dann die Pumpe 16 hinzugeschaltet, welche
durch feinfühlige Steuerung die bedarfsweise Einstellung
des Drehmoments übernimmt.
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Die
Hydraulikpumpe 16 ist mittels eines Elektromotors 21 antreibbar,
das heißt durch Einstellung der Stromstärke ist
der Fördervolumenstrom der Pumpe 16 stufenlos
regelbar. Die Pumpe 16 kann in zwei Drehrichtungen Hydraulikflüssigkeit
fördern. Dabei kann die Saugseite der Pumpe 16 mit
der Hydraulikkammer 14 der zweiten Betätigungseinheit 13 oder
mit dem Reservoir 10 verbunden werden. Bei Antreiben der
Pumpe 16 in der ersten Drehrichtung wird die in der Hydraulikkammer 14 der
zweiten Betätigungseinheit 13 befindliche Hydraulikflüssigkeit über
eine Leitung 38 in den Druckspeicher 18 gefördert.
Dabei wird die zweite Kupplung 4 vollständig geöffnet
und im Druckspeicher 18 wird ein hydraulischer Vordruck
aufgebaut. Ist die Hydraulikkammer 14 leergepumpt wird
weitere Hydraulikflüssigkeit aus dem Reservoir 10 durch
eine zweite Leitung 39 in den Druckspeicher 18 gefördert.
In der zweiten Leitung 39 ist ein weiteres Rückschlagventil 19 sowie ein
Filter vorgesehen. Die erste Kupplung 3 ist durch die Feder 11 in
der Offenstellung gehalten.
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Bei
Betätigen der Pumpe 16 in der entgegengesetzten
zweiten Drehrichtung wird Hydraulikflüssigkeit durch die
Leitung 40 aus dem Reservoir 10 angesaugt und
durch die Leitung 38 zur zweiten Betätigungseinheit 13 gefördert,
so daß die zweite Kupplung 4 entsprechend beaufschlagt
wird. Dabei ist die erste hydraulische Betätigungseinheit 5 durch die
Entleerung des Druckspeichers 18 bereits in die Schließstellung überführt,
in der die erste Kupplung 3 zur Drehmomentübertragung
geschlossen ist. Das heißt, in der zweiten Drehrichtung
wird lediglich die zweite Betätigungseinheit 13 und
damit die zugehörige zweite Kupplung 4 betätigt.
Dies ermöglicht eine feinfühlige Einstellung des
auf die sekundäre Antriebsachse übertragbaren
Drehmoments. Es versteht sich, daß die Bauart der Hydraulikpumpe
beliebig gewählt sein kann; beispielsweise können
Flügelzellenpumpen, Zahnradpumpen oder Kolbenpumpen zum Einsatz
kommen. Wichtig ist jedoch, daß die Pumpe 16 in
zwei Richtungen fördern kann. Die Ansteuerung des Elektromotors 21 erfolgt über
eine elektronische Regeleinheit, welche die Drehmomentverteilung
auf die Antriebsachsen bzw. deren Räder regelt. Als ein
Eingangssignal für die Regeleinheit dient der an der zweiten
Betätigungseinheit 13 gemessene Druck. Zur Druckmessung
ist ein Drucksensor 31 vorgesehen, der mit der Regeleinheit
verbunden ist.
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2 zeigt
eine erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung
in einer zweiten Ausführungsform, die derjenigen aus 1 in
weiten Teilen entspricht. Insofern kann hinsichtlich der Gemeinsamkeiten
auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden. Dabei sind gleiche
bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die
Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform liegt darin,
daß die erste hydraulische Betätigungseinheit 5 zum
einen zur Betätigung der ersten Kupplung 3 dient
und zum anderen als Druckspeicher zur Erzeugung eines Vordrucks,
mit dem die zweite hydraulische Betätigungseinheit 13 beaufschlagt
werden kann. Durch Befüllen der Hydraulikkammer 7 der
Kolben-Zylinder-Einheit 6 wird der Kolben 8 nach
rechts bewegt, wobei die Schaltmuffe 9 entgegen der Kraft
der ersten Feder 11 im Öffnungssinn der ersten
Kupplung 3 axial verschoben wird. In vollständig
befülltem Zustand der Hydraulikkammer 7 befindet
sich Schaltmuffe 9 in ihrer Endposition, wobei die erste
Kupplung 3, welche von der Schaltmuffe 9 betätigt
wird, vollständig geöffnet ist, d. h. es wird kein
Drehmoment auf die sekundäre Antriebsachse übertragen.
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Zum
Steuern der Volumenströme ist zwischen der Pumpe 16 und
den beiden Betätigungseinheiten 5, 13 ein
Mehrwegeventil 25 so angeordnet, daß dieses die
erste Betätigungseinheit 5 entweder mit der Pumpe 16 oder
mit der zweiten Betätigungseinheit 13 verbindet.
Des weiteren ist zwischen der Pumpe 16 und der ersten Betätigungseinheit 5 ein Rückschlagventil 19 angeordnet,
was den Rückfluß des Öls aus der ersten
Betätigungseinheit 5 verhindert.
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Zum
Befüllen der Hydraulikkammer 7 der ersten hydraulischen
Betätigungseinheit 5 wird das Mehrwegeventil 25 in
eine erste Schaltposition überführt, so daß die
Pumpe 16 über die Verbindungskanäle 17 und 24 mit
der ersten hydraulischen Betätigungseinheit 5 verbunden
ist, wobei die Pumpe 16 in eine erste Drehrichtung angetrieben
wird. Wenn die sekundäre zweite Antriebsachse zugeschaltet
werden soll, wird das Mehrwegeventil 25 in die zweite Schaltstellung überführt,
welche vorliegend gezeigt ist. Dabei wird die Hydraulikkammer 7 der
ersten hydraulischen Betätigungseinheit 5 über
die Verbindungskanäle 24 und 26 mit der
Hydraulikkammer 14 der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit 13 verbunden.
Der Kolben 8 der ersten Betätigungseinheit 5 wird
von der Feder 11 nach links beaufschlagt, wodurch Hydraulikflüssigkeit
durch die Kanäle 24 und 26 in die Hydraulikkammer 14 der
zweiten Betätigungseinheit 13 fließt.
Gleichzeitig wird die Schaltmuffe nach links bewegt, wodurch die
erste Kupplung 3 vollständig geschlossen wird.
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Die
erste Kupplung 3 ist vorzugsweise in Form einer Sperrkupplung
gestaltet. Ein besonders sanftes Schalten wird gewährleiste,
wenn die beiden relativ zueinander drehbaren Kupplungsteile vor
dem drehfesten Verbinden synchronisiert werden. Hierfür kann
eine Sperrsynchronisierkupplung als erste Kupplung 3 zum
Einsatz kommen. Alternativ kann die erste Kupplung 3 jedoch
auch in Form einer Reibungskupplung, insbesondere einer Reiblamellenkupplung
gestalte sein.
-
Die
zweite Kupplung 4 ist vorzugsweise in Form einer Reibungskupplung
gestaltet, welche ein gewisses axiales Lüftspiel aufweist.
Erst nach dem Auspressen des Lüftspiels aus der Reibungskupplung
beginnt diese, ein Drehmoment vom Kupplungseingangsteil auf das
Kupplungsausgangsteil zu übertragen. Das Volumen der ersten
Hydraulikkammer 7 im Verhältnis zum Volumen der
zweiten Hydraulikkammer 14 ist so abgestimmt, daß durch
ein vollständiges Entleeren der ersten Hydraulikkammer 7 das Lüftspiel
aus der zweiten Kupplung 4 zumindest weitestgehend herausgepreßt
wird. Mit anderen Worten unterstützt die als Druckspeicher
wirkende erste hydraulische Betätigungseinheit 5,
wenn das Mehrwegeventil 25 in der zweiten Schaltstellung
ist, ein Schließen der zweiten Kupplung 4. Mit
Hilfe des Druckspeichers wird dabei in sehr kurzer Zeit ein relativ
großer Volumenstrom gefördert, so daß das
Lüftspiel der zweiten Kupplung 4 relativ schnell überwunden
wird. Auf diese Weise ergibt sich insgesamt eine kurze Schaltzeit
zum Schließen der zweiten Kupplung 4.
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Während
die Hydraulikkammer 14 der zweiten hydraulischen Betätigungseinheit 13 befüllt
wird und der entsprechende Kolben 15 in Richtung Reibungskupplung 4 beaufschlagt
wird, läuft die Pumpe 16 an. Dabei dreht sich
die Pumpe 16 in entgegengesetzter Drehrichtung, als beim
Befüllen der ersten hydraulischen Betätigungseinheit 5.
Nach dem vollständigen Entleeren der ersten Hydraulikkammer 7 übernimmt
die Pumpe 16 dann die Förderung eines hydraulischen
Volumenstroms in die Hydraulikkammer 14. Dabei wird eine
feinfühlige Ansteuerung der Position des Kolbens 15 und
damit der Höhe des zu übertragenden Drehmoments
eingestellt. Die Pumpe 16 wird von dem Elektromotor 21 angetrieben,
so daß über die Einstellung der Stromstärke
das Fördervolumen der Pumpe 16 nach Bedarf geregelt
werden kann.
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3 zeigt
eine erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung
in einer dritten Ausführungsform, die derjenigen aus 2 weitestgehend entspricht.
Insofern kann hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung
Bezug genommen werden. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende
Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Der
Unterschied der vorliegenden Ausführungsform besteht darin,
daß das Rückschlagventil 19 und das Mehrwegeventil 25 aus 2 hier
durch ein erstes Schaltventil 27 und ein zweites Schaltventil 27' ersetzt
sind. Die Schaltventile 27, 27', die vorzugsweise
gleich gestaltet sind, können jeweils ein eine erste Schaltposition überführt
werden, in der die zugehörige Betätigungseinheit 5, 13 mit
der Pumpe 16 verbunden ist, sowie in eine zweite Schaltposition, in
der der jeweilige Verbindungskanal 24, 26 unterbrochen
ist. Die Funktionalität ist dieselbe, wie in dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2.
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4 zeigt
eine erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung
in einer vierten Ausführungsform, die derjenigen aus 2 weitestgehend entspricht.
Insofern kann hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung
Bezug ge nommen werden. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende
Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die
Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform besteht darin,
daß die erste hydraulische Betätigungseinheit 5 eine
zweite Feder 28 umfaßt, die den Kolben 8 der
Kolben-Zylinder-Einheit 6 entgegen der Druckkraft der Pumpe 16 beaufschlagt. Die
zweite Feder 28 ist vorzugsweise so dimensioniert, daß sie
eine geringere Federsteifigkeit aufweist als die erste Feder 11.
Es ist ersichtlich, daß die zweite Feder 28 an
einer Stützfläche 32 der Kolben-Zylinder-Einheit 6 axial
abgestützt ist. Hierdurch ergibt sich eine Parallelschaltung
der ersten und der zweiten Feder 11, 28, so daß sich
die Federkräfte während der Entspannung der ersten
Feder 11 aufaddieren.
-
Die
Funktionsweise ist dergestalt, daß durch Überführen
des Ventils 25 in die dargestellte Schalposition zunächst
die erste Feder 11 die Schaltmuffe 9 in Richtung
Kolben-Zylinder-Einheit 6 beaufschlagt. Dabei ist die Stange 29 mit
dem Kolben 8 in Anlage. Hat die Schaltmuffe 9 eine
Endposition erreicht, die beispielsweise durch einen Endanschlag 41 gebildet wird,
drückt die zweite Feder 28 den Kolben 8 weiter in
Richtung der Kammer 7. Es ergibt sich folglich eine gestufte
Beaufschlagung der zweiten Betätigungseinheit 13 mit
hydraulischem Druck, das heißt die zweite Betätigungseinheit 13 wird
zunächst schnell über einen großen Weg
beaufschlagt; anschließend erfolgt eine sanftere Beaufschlagung,
so daß der Kontaktpunkt der zweiten Kupplung 4,
ab dem ein Drehmoment übertragen wird, feinfühliger
angefahren wird.
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5 zeigt
eine erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung
in einer fünften Ausführungsform, die derjenigen
aus 4 weitestgehend entspricht. Insofern kann hinsichtlich
der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden.
Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Der
einzige Unterschied zur Ausführungsform gemäß 4 besteht
darin, daß vorliegend die erste und zweite Feder 11, 28 in
Reihenschaltung statt in Parallelschaltung angeordnet sind. Hierfür
ist die zweite Feder 28 mittelbar an der ersten Feder 11 axial
abgestützt. Mittelbare Abstützung bedeutet in dem
Zusammenhang, daß die zweite Feder 28 über eine
Stützfläche 32 der Kolbenstange 29 gegen
das Schaltelement 30 und über dieses gegen die
erste Feder 11 axial abgestützt ist. Durch diese
Ausgestaltung wird erreicht, daß der Kolben 8 maximal
mit der Federkraft der ersten Feder 11 beaufschlagt wird.
In beiden Ausführungsformen erfolgt der letzte Hub, welcher
von der zweiten Feder 28 bewirkt wird, mit der Federkraft
der zweiten Feder 28.
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6 zeigt
eine erfindungsgemäße hydraulische Aktuierungsanordnung
in einer sechsten Ausführungsform, die derjenigen aus 2 weitestgehend
entspricht. Insofern kann hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die
obige Beschreibung Bezug genommen werden. Dabei sind gleiche bzw.
einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die
vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet,
daß in Ergänzung zur ersten und zweiten Betätigungseinheit 5, 13 zur
Betätigung der ersten und zweiten Kupplung 3, 4 eine
weitere, dritte hydraulische Betätigungseinheit 33 zur
Betätigung einer dritten Kupplung 34 vorgesehen
ist. Die dritte Betätigungseinheit 33 ist parallel
zur zweiten Betätigungseinheit 13 angeordnet.
Die zugehörige dritte Kupplung 34, die vorzugsweise
in Form einer Reibungskupplung gestaltet ist, dient zum Sperren eines
Differentials in der zweiten Antriebsachse. Zum Einstellen des Sperrgrads
der dritten Kupplung 34 ist ein drittes Ventil 35 vorgesehen,
das insbesondere in Form eines Proportionalventils oder Druckregelventils
gestaltet ist und damit eine stufenlose Beaufschlagung der dritten
Betätigungseinheit 33 ermöglicht. Es
ist ersichtlich, daß die dritte Betätigungseinheit 33 auch
eine Kolben-Zylinder-Einheit mit einem Kolben 36 und einer
Zylinderkammer 37 umfaßt.
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Die
Ansteuerung erfolgt vorzugsweise dergestalt, daß die Pumpe 16,
nach dem Schließen der ersten Kupplung 3 und nach
zumindest teilweisem Schließen der zweiten Kupplung 4 durch
Druckentladung der ersten Betätigungseinheit 5,
die weitere Druckbeaufschlagung übernimmt. Dabei kann die Pumpe 16 sowohl
das Kupplungsmoment der zweiten Kupplung 4 in Abhängigkeit
von der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs variabel und stufenlos einstellen. Die
Einstellung des Sperrmoments an der dritten Kupplung 34 erfolgt
ebenfalls stufenlos variabel und wird durch entsprechendes Ansteuern
des Ventils 35 bewerkstelligt.
-
In
den 7 bis 10 sind verschiedene Ausführungsformen
von Antriebsanordnungen gezeigt, die jeweils mit einer der obengenannten
erfindungsgemäßen Aktuierungsanordnungen gemäß einer
der 1 bis 6 ausgestattet sein können. Die 7 bis 10 werden
hinsichtlich ihrer Gemeinsamkeiten zunächst gemeinsam beschrieben.
-
Es
ist schematisch eine Antriebsanordnung 42 für
ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug gezeigt. Von dem Kraftfahrzeug
sind die Antriebseinheit 43, ein erster Antriebsstrang 44 zum
Antreiben einer ersten Antriebsachse 45 und ein zweiter
Antriebsstrang 46 zum Antreiben einer zweiten Antriebsachse 47 erkennbar.
Die Antriebseinheit 43 umfaßt einen Verbrennungsmotor 48,
eine Kupplung 49 sowie ein Schaltgetriebe 50, über
welches Drehmoment in den ersten und den zweiten Antriebsstrang 44, 46 eingeleitet
wird. Es versteht sich, daß die Antriebseinheit auch ein
beliebiger anderer Antrieb sein kann, beispielsweise ein Elektromotor.
-
Zum
Aufteilen des von der Antriebseinheit erzeugten Drehmoments auf
den ersten und den zweiten Antriebsstrang 44, 46 ist
ein Verteilergetriebe 52 vorgesehen. Das Verteilergetriebe 52 umfaßt
vorzugsweise ein Differentialgetriebe, das ein Eingangsteil und
drei Ausgangsteile aufweist, die untereinander eine ausgleichende
Wirkung haben. Das Eingangsteil des Differentialgetriebes ist als
Differentialkorb 53 gestaltet, der von der Antriebseinheit 43 angetrieben
wird. Hierfür ist ein mit dem Differentialkorb 53 drehfest
verbundenes Ringrad vorgesehen, das mit einem Zahnrad des Schaltgetriebes 50 in
Verzahnungseingriff ist.
-
Der
erste Antriebsstrang 44 wird im Grunde genommen durch den
Differentialkorb 53 gebildet, welcher das Drehmoment über
in dem Differentialkorb 53 drehbar gelagerte und gemeinsam
mit diesem um die Drehachse A umlaufende Differentialräder
auf das erste und zweite Ausgangsteil überträgt. Das
erste und das zweite Ausgangsteil des Differentialgetriebes sind
dabei in Form von Seitenwellenrädern gestaltet, die mit
den Differentialrädern kämmen. Die Seitenwellenräder
sind jeweils mit einer zugehö rigen Seitenwelle 54, 55 drehfest
verbunden, über die das eingeleitete Drehmoment auf die
zugehörigen Räder 56, 57 übertragen
wird.
-
Das
dritte Ausgangsteil ist mit dem zweiten Antriebsstrang 46 antriebsverbunden,
wobei der zweite Antriebsstrang 46 bei Bedarf zuschaltbar
an den ersten Antriebsstrang 44 zur Übertragung
eines Drehmoments auf die zweite Antriebsachse 47 ist. Das
dritte Ausgangsteil ist durch ein freies Ende des Differentialkorbs 53 gebildet,
das drehfest mit einem Eingangsteil des zweiten Antriebsstrangs 46 verbunden
ist. Der zweite Antriebsstrang 46 umfaßt in Reihe folgende
Baugruppen, die miteinander zur Übertragung eines Drehmoments
antriebsverbunden sind: eine erste Kupplung 3, einen ersten
Winkeltrieb 58, eine Längsantriebswelle 59,
einen zweiten Winkeltrieb 60, eine zweite Kupplung 4 sowie
ein zweites Achsdifferential 62, das zum Antreiben der
zweiten Achse 47 dient. Es versteht sich, daß die
vorstehende Reihenfolge der Baugruppen nicht zwingend ist. Beispielsweise
kann die erste Kupplung im Drehmomentfluß prinzipiell auch
hinter dem ersten Winkeltrieb angeordnet sein.
-
Die
erste Kupplung 3, die vorliegend nur schematisch dargestellt
ist, umfaßt ein Eingangsteil 63, das mittelbar
mit der Antriebseinheit 43 verbunden ist, und zwar insbesondere über
den Differentialträger 53. Ferner umfaßt
die erste Kupplung 3 ein Ausgangsteil 64, das
gegenüber dem Eingangsteil 63 verbunden und getrennt
werden kann. Das Ausgangsteil 64 ist mit der Eingangswelle 65 des
Winkeltriebs 58 verbunden, um Drehmoment in den Winkeltrieb 58 zum
Antreiben der zweiten Antriebsachse 47 einzuleiten. Es
ist ersichtlich, daß die Eingangswelle 65 des
Winkeltriebs 58 koaxial zur Drehachse A angeordnet ist,
um welche auch der Differentialträger 53 rotiert.
Dabei ist die Eingangswelle 65 als Hohlwelle gestaltet
und drehbar auf der Seitenwelle 55 angeordnet. Die Eingangswelle 65 ist
wiederum mit einem Tellerrad 66 drehfest verbunden, welches
mit einem Kegelrad in Verzahnungseingriff ist, um die Längsantriebswelle 59 drehend
anzutreiben. Die Eingangswelle 65 des ersten Winkeltriebs 58 ist
mittels erster und zweiter Lagermittel 67, 67' um
die Drehachse A drehbar gelagert. Die Lagermittel 67, 67' sind
vorzugweise in Form von Wälzlagern gestaltet, wobei andere
Lagerformen, wie Gleitlager, nicht ausgeschlossen sind.
-
Die
Längsantriebswelle 59, die hier nur schematisch
dargestellt ist, ist vorzugsweise in Form einer mehrteiligen Welle
gestaltet, die einen ersten Wellenabschnitt und einen hiermit drehfest
verbundenen zweiten Wellenabschnitt aufweist. Je nach Länge
der Längsantriebswelle 59 können ein
hier nicht gezeigtes Zwischengelenk und ein Zwischenlager vorgesehen
werden. Es ist ersichtlich, daß der vordere Wellenabschnitt
mittels zweier Lagermittel 68, 68' drehbar gelagert
ist, und daß der hintere Wellenabschnitt mittels weiterer
Lagermittel 69, 69' um eine Drehachse B drehbar
gelagert ist.
-
Der
zweite Winkeltrieb 60 umfaßt ein Antriebsritzel
sowie ein hiermit kämmendes Tellerrad als Abtrieb. Das
Tellerrad ist drehfest mit einem Eingangsteil 72 der zweiten
Kupplung 4 verbunden. Ein Ausgangsteil 73 der
zweiten Kupplung 4 ist drehfest mit dem Differentialkorb 74 des
Hinterachsdifferentials 62 verbunden, um hierauf ein Drehmoment
zu übertragen. Das Hinterachsdifferential 62 umfaßt
neben dem Differentialkorb 74 hier nicht näher
bezeichnete Differentialräder, welche gemeinsam mit dem Differentialkorb 74 um
die Drehachse C rotieren, sowie zwei mit den Differentialrädern
kämmende Seitenwellenräder, die drehfest mit den
Seitenwellen 75, 76 des Kraftfahrzeugs verbunden
sind. An den Enden der Seitenwellen 75, 76 befinden
sich die hinteren Räder 77, 78. Es ist
ersichtlich, daß das Kupplungsteil 72 mittels
Lagermitteln 79, 79' um die Drehachse C drehbar
gelagert ist, die vorzugsweise in Form von Wälzlagern gestaltet
sind.
-
Die
Besonderheit der vorliegenden Antriebsanordnungen besteht darin,
daß mittels der ersten Kupplung 3 und der zweiten
Kupplung 4 der vordere Winkeltrieb 58, die Längsantriebswelle 59 und
der hintere Winkeltrieb 60 bei geöffneter erster
und zweiter Kupplung, 3, 4 abgeschaltet werden
können. In diesem deaktivierten Zustand stehen die genannten Baugruppen
sowie die zugehörigen Bauteile still, so daß Verlustleistungen
aufgrund von Schleppmomenten und Reibung vermindert sind. Dies wiederum
bewirkt einen reduzierten Kraftstoffverbrauch für die Fahrzustände,
in denen lediglich die erste Antriebsachse 45 angetrieben
wird und die zweite Antriebsachse 47 drehmomentfrei mitläuft.
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Bei
allen gezeigten Ausführungsformen ist die erste Kupplung 3 vorzugsweise
in Form einer Schaltkupplung gestaltet. Als Schaltkupplung werden in
diesem Zusammenhang Kupplungen verstanden, bei denen die Eingangsseite 63 von
der Ausgangsseite 64 getrennt werden kann. Zur Drehmomentübertragung
werden die Eingangsseite 63 und die Ausgangsseite 64 der
Schaltkupplung durch Formschluß miteinander verbunden.
Als Beispiele für formschlüssig arbeitende Schaltkupplungen
seien Klauenkupplungen oder Zahnkupplungen genannt. Besonders günstig
für den Fahrkomfort ist die Verwendung von Schaltkupplungen,
die vor dem Schalten eine Synchronisierung zwischen der Eingangsseite
und der Ausgangsseite vornehmen. Als Beispiel seien hier Sperrsynchronisierkupplungen
genannt, wie sie auch in Schaltgetrieben zum Einsatz kommen.
-
Die
zweite Kupplung 4 ist vorzugsweise in Form einer kraftschlüssig
arbeitenden Reibungskupplung gestaltet, insbesondere in Form einer Reiblamellenkupplung.
Die Reibungskupplung umfaßt einen Außenlamellenträger
als Eingangsteil 72, mit dem Außenlamellen drehfest
und axial verschiebbar verbunden sind, sowie einen Innenlamellenträger als
Ausgangsteil 73, mit dem Innenlamellen drehfest und axial
verschiebbar verbunden sind. Durch axiale Beaufschlagung des aus
den Außenlamellen und den Innenlamellen bestehenden Lamellenpakets
mittels der zweiten Betätigungseinheit 13 wird
die Reibungskupplung geschlossen und es erfolgt eine Drehzahlangleichung
zwischen dem Eingangsteil 72 und dem Ausgangsteil 73.
-
Für
Fahrzustände, in denen lediglich die ersten Antriebsachse 45 angetrieben
werden soll, wird die erste Kupplung 3 und die zweite Kupplung 4 geöffnet,
so daß sämtliche im Drehmomentfluß zwischen
diesen beiden Kupplungen 3, 4 liegenden Antriebsteile
stillstehen. In diesem Fahrzustand sind Verlustleistungen aufgrund
von Schleppmomenten und Reibung minimiert. Bei Auftreten von Fahrzuständen,
in denen beide Antriebsachsen 45, 47 angetrieben
werden sollen, wird zunächst die Schaltkupplung 3 betätigt,
wobei zunächst eine Drehzahlangleichung der beiden Kupplungsteile 63, 64 erfolgt.
Dann kann die Schaltkupplung 3 ohne Schaltgeräusche vollständig
geschlossen werden, so daß die Längsantriebswelle 59 zur
Drehmomentübertragung auf die zweite Antriebsachse 47 zugeschaltet
ist. Durch entsprechendes Betätigen der Reibungskupplung 4 mittels
der auf die zweite Betäti gungseinheit 13 wirkenden
Pumpe 16 kann nun ein Teil des in das Verteilergetriebe 52 eingeleiteten
Drehmoments über die Längsantriebswelle 59 auf
die Reibungskupplung 4 bzw. auf die Hinterachse 45 übertragen
werden.
-
Durch
die erfindungsgemäße Hydraulikanordnung 2,
welche in den 7 bis 10 nur
schematisch dargestellt ist, wird durch die Nutzung des gespeicherten
hydraulischen Vordrucks ein besonders schnelles Zuschalten der zweiten
Antriebsachse 47 ermöglicht, wobei mittels der
Pumpe 16 das auf die zweite Antriebsachse 47 zu übertragende
Drehmoment feinfühlig eingestellt werden kann. Im folgenden
werden die Besonderheiten der einzelnen Ausführungsbeispiele
erläutert, die sich im wesentlichen durch die Anordnung
der der zweiten Kupplung 4 voneinander unterscheiden.
-
Bei
der Ausführungsform nach 7 befindet
sich die zweite Kupplung 4 koaxial zur Drehachse C des
Differentialgetriebes 62. Dabei ist das Kupplungseingangsteil 72 mit
dem Tellerrad drehfest verbunden und das Kupplungsausgangsteil 73 ist
mit dem Differentialkorb 74 drehfest verbunden. Bei geöffneter
zweiter Kupplung 4 stehen das Kupplungseingangsteil 72 und
die Bauteile des zweiten Winkeltriebs 60 still, das heißt
sie führen keine Rotationsbewegung aus.
-
Die
Ausführungsform nach 8 ist dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Kupplung 4, die ebenfalls vorzugsweise
in Form einer Reibungskupplung gestaltet ist, koaxial zu einer Seitenwelle 75 der zweiten
Antriebsachse 47 angeordnet ist. Das Kupplungseingangsteil 72 ist
mit einem Seitenwellenrad des Differentialgetriebes 62 drehfest
verbunden. Das Kupplungsausgangsteil 73 ist mit der zugehörigen Seitenwelle 75 drehfest
verbunden. Bei geöffneter zweiter Kupplung 4 rotieren
die beiden Kupplungsteile 72, 73, während
die Bauteile des zweiten Winkeltriebs 60 stillstehen.
-
Bei
der Ausführungsform nach 9 ist die zweite
Kupplung 4 innerhalb der Längsantriebswelle 59 angeordnet,
beispielsweise zwischen einem ersten Wellenabschnitt und einem zweiten
Wellenabschnitt der Längsantriebswelle 59. Das
Kupplungseingangsteil 72 ist mit dem ersten Wellenabschnitt drehfest
verbunden, während das Kupplungsausgangsteil 73 mit
dem zweiten Wellenabschnitt drehfest verbunden ist. Bei geöffneter
zweiter Kupplung 4 rotiert das Kupplungsausgangsteil 73 und
alle im Drehmomentfluß dahinterliegenden Bauteile mit, während
das Kupplungseingangsteil 72 und alle im Drehmomentfluß zwischen
diesem und der ersten Kupplung 3 liegenden Bauteile stillstehen.
-
10 zeigt
eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Antriebsanordnung, die in weiten Teilen derjenigen aus 7 entspricht.
Insofern wird hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung
Bezug genommen. Die Besonderheit der vorliegenden Antriebsanordnung
besteht darin, daß zusätzlich zur ersten und zweiten
Kupplung 3, 4 noch eine dritte Kupplung 34 vorgesehen ist.
Insofern ist die vorliegende Aktuierungsanordnung 2 gemäß 6 ausgestaltet,
die eine dritte Betätigungseinheit 33 umfaßt.
Die dritte Kupplung 34, die vorliegend nur schematisch
dargestellt ist, ist vorzugsweise in Form einer Reibungskupplung
gestaltet, welche eine variable Einstellung des Sperrmoments ermöglicht.
Die dritte Kupplung 34 ist funktional zwischen dem Differentialkorb 74 und
einer Seitenwelle 76 wirksam eingesetzt, so daß sie
eine Ausgleichsbewegung zwischen den beiden Seitenwellenrädern
unterbinden kann. Hierfür ist ein erstes Kupplungsteil 80 mit
dem Differentialkorb 74 drehfest verbunden, während
das zweite Kupplungsteil 81 mit der Seitenwelle 76 drehfest
verbunden ist. Durch Betätigung der dritten Betätigungseinheit 33 mittels
der Pumpe 16 erfolgt somit eine Drehzahlangleichung zwischen
der Seitenwelle 76 und dem Differentialkorb 74.
Die Ansteuerung erfolgt mittels des in 6 gezeigten
Druckregelventils 35.
-
Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Aktuierungsanordnungen
zum bedarfsweisen Zuschalten einer sekundären Antriebsachse
an eine permanent angetriebene primäre Antreibsachse ist,
daß diese kurze Schaltzeiten ermöglichen, wobei
gleichzeitig eine feinfühlige Regelung des zu übertragenden Drehmoments
gewährleistet wird. Die erfindungsgemäßen
Antriebsanordnungen mit einer solchen Aktuierungsanordnung ermöglichen
es, Abschnitte des Antriebsstranges abzuschalten, so daß Verlustleistungen
reduziert werden.
-
- 2
- Aktuierungsanordnung
- 3
- erste
Kupplung
- 4
- zweite
Kupplung
- 5
- erste
hydraulische Betätigungseinheit
- 6
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 7
- Hydraulikkammer
- 8
- Kolben
- 9
- Schaltmuffe
- 10
- Reservoir
- 11
- Feder
- 12
- Stehendes
Bauteil
- 13
- zweite
hydraulische Betätigungseinheit
- 14
- Hydraulikkammer
- 15
- Kolben
- 16
- Pumpe
- 17
- Leitung
- 18
- Druckspeicher
- 19
- Rückschlagventil
- 20
- Speicherkammer
- 21
- Elektromotor
- 22
- Feder
- 23
- Kolben
- 24
- Leitung
- 25
- Mehrwegeventil
- 26
- Leitung
- 27
- Ventil
- 28
- zweite
Feder
- 29
- Stange
- 30
- Schaltelement
- 31
- Drucksensor
- 32
- Stützfläche
- 33
- dritte
hydraulische Betätigungseinheit
- 34
- dritte
Kupplung
- 35
- Ventil
- 36
- Kolben
- 37
- Kammer
- 38,
39, 40
- Leitung
- 41
- Anschlag
- 42
- Antriebsanordnung
- 43
- Antriebseinheit
- 44
- erster
Antriebsstrang
- 45
- erste
Antriebsachse
- 46
- zweiter
Antriebsstrang
- 47
- zweite
Antriebsachse
- 48
- Verbrennungsmotor
- 49
- Kupplung
- 50
- Schaltgetriebe
- 52
- erstes
Differentialgetriebe
- 53
- Differentialträger
- 54
- Seitenwelle
- 55
- Seitenwelle
- 56
- Rad
- 57
- Rad
- 58
- erster
Winkeltrieb
- 59
- Längsantriebswelle
- 60
- zweiter
Winkeltrieb
- 62
- zweites
Differentialgetriebe
- 63
- Eingangsteil
- 64
- Ausgangsteil
- 65
- Eingangswelle
- 66
- Tellerrad
- 67,
68, 69
- Lagermittel
- 72
- Eingangsteil
- 73
- Ausgangsteil
- 74
- Differentialkorb
- 75
- Seitenwelle
- 76
- Seitenwelle
- 77
- Rad
- 78
- Rad
- 79
- Lagermittel
- 80
- erstes
Kupplungsteil
- 81
- zweites
Kupplungsteil
- A,
B, C
- Drehachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007063360 [0002]
- - DE 102008037886 [0003]
- - DE 102004033439 B4 [0004]