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Die Erfindung betrifft ein Verteilergetriebe mit regelbarer Kupplung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 42 30 326 A1 ist eine elektronische Schaltvorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe mit einer elektronischen Betätigungseinrichtung zum Betätigen einer Kupplung bekannt. Ein Elektromotor betätigt eine Kupplungseinrichtung über eine Antriebswandlereinrichtung.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 38 26 933 A1 ist ein Radnabengetriebe bekannt, in welches ein Elektromotor eingebaut ist.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 199 16 366 A1 ist ein Aktuator mit einem Elektromotor, einer Getriebeeinheit und einer Druckmediumeinheit bekannt, wobei Elektromotor, Getriebeeinheit und Druckmediumeinheit räumlich voneinander getrennt sind.
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Sperrbare Verteilergetriebe für einen Allradantrieb oder Systeme mit zuschaltbarem Allradantrieb, bei denen eine Sperr- oder Kupplungsfunktion zum Zuschalten einer oder mehrerer Antriebsräder jeweils mit einer als Lamellenkupplung ausgeführten Kupplungseinrichtung ausgeführt ist, sind aus der Praxis bekannt, z. B. aus
DE 39 08 478 A1 . Eine Betätigung dieser Kupplungseinrichtung erfolgt durch einen Elektromotor, welcher beispielsweise über eine als Stirnradstufe ausgeführte Übersetzungsstufe auf einen Zahnsegmentring einwirkt, der wiederum mit einer Spindel einer Antriebswandlereinrichtung verbunden ist.
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Eine auf der Spindel angeordnete Spindelmutter ist in einem derartigen Verteilergetriebe rotatorisch fixiert und wird bei einer Drehbewegung der Spindel entsprechend einer Steigung eines Gewindes der Spindel in axialer Richtung verstellt. In Abhängigkeit einer Drehrichtung des Elektromotors wird die Kupplungseinrichtung über die axiale Bewegung der Spindelmutter geschlossenen oder geöffnet.
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Der Elektromotor ist dabei als ein Gleichstrommotor mit Bürsten ausgeführt, der mit einer elektromagnetischen Bremse kombiniert wird, um bei längerer Schließzeit der Kupplungseinrichtung den Elektromotor abschalten und dadurch entlasten zu können. Das bedeutet, dass die Kupplung über die elektromagnetische Bremse in einem gewünschten Zustand gehalten wird, ohne dass der Elektromotor weiterhin bestromt wird. Dadurch wird ein sogenanntes Einbrennen der Bürsten bei den üblicherweise verwendeten bürstenbehafteten Gleichstrommotoren bei einem länger anhaltenden Betrieb ohne Drehbewegung oder in einem engen Drehwinkelbereich des Elektromotors verhindert.
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Nachteilig dabei ist jedoch, dass die zusätzliche elektromagnetische Bremse den Bauraumbedarf eines Verteilergetriebes vergrößert und die Herstellkosten des Verteilergetriebes in unerwünschter Art und Weise erhöht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verteilergetriebe zur Verfügung zu stellen, welches einen geringen Bauraumbedarf aufweist und durch niedrige Herstellkosten gekennzeichnet ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verteilergetriebe gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Das Verteilergetriebe nach der Erfindung ist vorteilhafterweise mit einem als Asynchronmotor ausgeführten Elektromotor ausgeführt, mittels dem länger anhaltende Betriebsphasen in einem engen Drehwinkelbereich des Elektromotors ohne Schädigungen, wie sie bei aus der Praxis bekannten Gleichstrommotoren auftreten, realisiert werden können. Somit kann auf eine zusätzliche elektromagnetische Bremse verzichtet werden, wodurch auf einfache Art und Weise der Bauraumbedarf des Verteilergetriebes reduziert werden kann und eine Reduzierung der Herstellkosten des Verteilergetriebes erreicht wird. Zudem ist der Elektromotor in ein Zahnrad integriert, über welches wenigstens ein Teil des Antriebsmomentes der Antriebswelle auf eine der Abtriebswellen führbar ist.
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Des Weiteren ergibt sich die Möglichkeit, den als Asynchronmotor ausgeführten Elektromotor, im Vergleich zu bekannten Ausführungen als Gleichstrommotor, kleiner zu dimensionieren, da Asynchronmotoren bei gleichen Abmessungen höhere Antriebsmomente zur Verfügung stellen.
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Damit wird in Kombination mit dem vorbeschriebenen Wegfall der zusätzlichen elektromagnetischen Bremse eine Drehmasse des Elektromotors reduziert, wodurch eine Stelldynamik des Verteilergetriebes beispielsweise um bis zu 20% erhöht wird. Dieses Verteilergetriebe ist hierbei beispielsweise geeignet für ein Kraftfahrzeug mit zuschaltbarem Allradantrieb.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Teilschnittdarstellung eines Verteilergetriebes nach der Erfindung mit einer Antriebswandlereinrichtung, einem Elektromotor und einer Kupplungseinrichtung zum Zuschalten einer Abtriebswelle.
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In der Figur ist ein als Längsverteilergetriebe ausgeführtes Verteilergetriebe 1 eines Kraftfahrzeuges in einem Längsschnitt dargestellt, mittels welchem ein über eine Antriebswelle 2 eingehendes Antriebsmoment auf zwei Abtriebswellen führbar ist, wobei von den beiden Abtriebswellen jeweils nur die beiden Anschlußflansche 3, 4 dargestellt sind, an welchen die Abtriebswellen angeflanscht sind. Nachfolgend werden die beiden Anschlußflansche 3, 4 bei der Beschreibung der Funktionsweise des Verteilergetriebes 1 mit den Abtriebswellen gleichgesetzt, so dass die Bezugszeichen der beiden Anschlußflansche für die beiden nicht dargestellten Abtriebswellen verwendet werden.
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Die erste Abtriebswelle 3 ist direkt mit der Antriebswelle 2 verbunden, so dass das Antriebsmoment direkt von der Antriebswelle 2 auf die erste Abtriebswelle 3 geführt wird. Die zweite Abtriebswelle 4 ist über eine Kupplungseinrichtung 5, ein auf der Antriebswelle 2 gelagertes erstes Zahnrad 6, ein Zwischenrad 7 und ein zweites Zahnrad 8 mit der Antriebswelle 2 verbunden, wenn die Kupplungseinrichtung 5 sich in einem Zustand befindet, in welchem über die Kupplungseinrichtung 5 ein Drehmoment führbar ist.
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Die Kupplungseinrichtung 5 ist über einen Elektromotor 9 betätigbar, wobei zwischen der Kupplungseinrichtung 5 und dem Elektromotor 9 eine Antriebswandlereinrichtung 10 angeordnet ist, über welche eine rotatorische Bewegung des Elektromotors 9 in eine translatorische Betätigungsbewegung zum Ansteuern der Kupplungseinrichtung transformiert wird.
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Die Antriebswandlereinrichtung 10 weist eine Übersetzungsstufe 11 auf, welche vorliegend als Stirnradstufe ausgeführt ist. Hiervon abweichend kann die Übersetzungsstufe bei einer weiteren Ausführung auch als Planetenradsatz realisiert sein oder eine andere geeignete Ausgestaltung aufweisen.
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Die Antriebswandlereinrichtung 10 ist mit einem Zahnsegmentring 12 ausgeführt, der mit einem weiteren Zahnrad 13 der Stirnradstufe 11 in Eingriff steht. Zusätzlich ist der Zahnsegmentring 12 vorliegend über Nieten 14 mit einer Spindelmutter 15 einer Spindel-Spindelmutter-Anordnung verbunden, so dass eine Drehbewegung des Zahnsegmentringes 12 unmittelbar auf die Spindelmutter 15 übertragen wird.
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Es liegt selbstverständlich im Ermessen des Fachmannes, die drehfeste Verbindung zwischen dem Zahnsegmentring und der Spindelmutter alternativ zu der Nietverbindung über eine andere geeignete Verbindungsart, wie beispielsweise Verschrauben, Verpressen, Schweißen oder dergleichen, herzustellen.
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Die Spindelmutter 15 ist drehbar und in axialer Richtung der Antriebswelle 2 verschieblich auf einer Spindel 16 der Spindel-Spindelmutter-Anordnung gelagert, wobei die Spindel 16 drehfest und in axialer Richtung fixiert in dem Verteilergetriebe 1 angeordnet ist.
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Die Spindel-Spindelmutter-Anordnung und eine Steigung eines Spindelgewindes ist derart ausgeführt, dass während eines Schließvorganges der Kupplungseinrichtung 5 die Spindelmutter 15 die gleiche Drehrichtung wie die Antriebswelle 2 aufweist. Dadurch begünstigen Schleppmomente, welche aufgrund von Reibungskräften zwischen der Spindelmutter 15 und der Kupplungseinrichtung 5 auftreten, den Schließvorgang der Kupplungseinrichtung 5.
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Die vorbeschriebenen Schleppmomente resultieren aus der nachfolgend beschriebenen konstruktiven Ausgestaltung der Kupplungseinrichtung 5 und der Antriebswandlereinrichtung 10:
Die Kupplungseinrichtung 5 ist mit einer Druckscheibe 17 ausgeführt, welche drehfest mit der Antriebswelle 2 verbunden ist und somit im Betrieb des Verteilergetriebes 1 mit derselben Drehzahl wie die Antriebswelle 2 rotiert. Die Spindelmutter 15 der Antriebswandlereinrichtung 10 wird bei einem Schließvorgang der Kupplungseinrichtung 5 in Richtung der Druckscheibe 17, d. h. in axialer Richtung der Antriebswelle 2, bewegt, so dass sich Reibungskräfte zwischen der Druckscheibe 17 und der Spindelmutter 15 mit zunehmendem Verstellweg der Spindelmutter 15 erhöhen und die vorbeschriebenen Schleppmomente eine Drehbewegung der Spindelmutter unterstützen.
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Dadurch, dass die Spindelmutter 15 während des Schließvorganges der Kupplungseinrichtung 5 die gleiche Drehrichtung wie die Antriebswelle 2 aufweist, unterstützen diese Schleppmomente den Schließvorgang der Kupplungseinrichtung 5. Ein von dem Elektromotor 9 aufzubringendes Antriebsmoment ist somit während des Schließvorganges der Kupplungseinrichtung 5 gegenüber aus der Praxis bekannten Ausführungen reduziert.
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Die Druckscheibe 17 wird mit zunehmendem axialen Verstellweg der Spindelmutter 15 während des Schließvorganges der Kupplungseinrichtung 5 auf ein Lamellenpaket 19 der als Lamellenkupplung ausgeführten Kupplungseinrichtung bewegt. Das Lamellenpaket 19 besteht aus Innenlamellen 20 und Außenlamellen 21, wobei die Innenlamellen 20 mit einem Innenlamellenträger 22 drehfest und in axialer Richtung der Antriebswelle 2 verschieblich verbunden sind. Die Außenlamellen 21 sind drehfest und in axialer Richtung der Antriebswelle 2 verschieblich mit einem Außenlamellenträger 23 verbunden, der wiederum mit dem ersten Zahnrad 6 drehfest verbunden ist.
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Der Innenlamellenträger 22 ist drehfest und axial nicht verschieblich mit der Antriebswelle 2 verbunden, wobei die Druckscheibe 17 über eine als Tellerfeder ausgeführte Federeinrichtung 24 an den Innenlamellenträger 22 entgegen der Schließrichtung der Kupplungseinrichtung 5 angefedert ist. Damit wird die Druckscheibe 17 während einer Öffnungsphase der Kupplungseinrichtung 5, bei welchem die Spindelmutter 15 von der Kupplungseinrichtung 5 weg bewegt wird, von der Federeinrichtung 24 in Richtung der Antriebswandlereinrichtung 10 unterstützt, wodurch die Übertragungsfähigkeit der Kupplungseinrichtung 5 in Abhängigkeit des Öffnungsgrades der Kupplungseinrichtung 5 reduziert bzw. ganz aufgehoben wird. Die Feder dient im Wesentlichen dazu, das Lamellenpaket, insbesondere bei Stromausfall, ganz zu öffnen. Das Lamellenpaket hat selber genug gespeicherte Federenergie, die zum Zurückdrehen des Elektromotors ausreicht.
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Entsprechend der über die vorbeschriebene Ansteuerung des Elektromotors 9 eingestellten Übertragungsfähigkeit der Kupplungseinrichtung 5 wird ein Teil des über die Antriebswelle 2 in das Verteilergetriebe 1 eingeleiteten Antriebsmomentes über das erste Zahnrad 6, das Zwischenrad 7 und das zweite Zahnrad 8 auf die zweite Abtriebswelle 4 übertragen.
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Das Zwischenrad 7 ist vorliegend auf einem Gehäuse 25 des als Asynchronmotor ausgeführten Elektromotors 9 drehbar gelagert. Die Anordnung des Elektromotors 9 in dem hohl ausgeführten Zwischenrad 7 stellt eine äußerst kompakte und platzsparende Bauweise des Verteilergetriebes 1 dar, wodurch im Vergleich zu außerhalb des Gehäuses des Verteilergetriebes angeordnete Elektromotoren einen erheblich geringeren Bauraumbedarf in einem Kraftfahrzeug benötigen.
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Des weiteren ist der in das Verteilergetriebe 1 integrierte Elektromotor 9 erheblich geringeren Umweltbelastungen ausgesetzt, da er zusätzlich durch das Gehäuse des Verteilergetriebes 1 gegenüber der Umgebung geschützt ist.
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Die Ausgestaltung des Elektromotors 9 als Asynchronmotor bietet die Möglichkeit, den Elektromotor im Vergleich zu einer Ausführung als Gleichstrommotor kleiner zu dimensionieren, da Asynchronmotoren im Vergleich zu Gleichstrommotoren bei gleichen Abmessungen generell eine höhere Leistungsabgabe aufweisen. Dies führt insbesondere in Kombination mit der vorbeschriebenen Ausführung der Antriebswandlereinrichtung 10, nämlich dass die Spindelmutter 15 bei einem Schließvorgang der Kupplungseinrichtung 5 die gleiche Drehrichtung wie die Antriebswelle 2 aufweist, vorteilhafterweise dazu, dass der Elektromotor 9 bzw. der Asynchronmotor wesentlich kleiner dimensioniert werden kann als ein Gleichstrommotor eines bekannten Verteilergetriebes.
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Des Weiteren bietet die Ausführung des Elektromotors 9 als Asynchronmotor die Vorteile, dass der Elektromotor 9 eine wesentlich höhere Lebensdauer aufweist, da er nahezu verschleißfrei betrieben wird und durch eine hohe Temperaturunempfindlichkeit gekennzeichnet ist. Der Asynchronmotor 9 weist auch eine höhere Stellgenauigkeit und ein geringeres Gewicht als ein Gleichstrommotor auf, wodurch eine Stelldynamik des Verteilergetriebes 1 wesentlich verbessert wird.
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Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, den Elektromotor 9 abweichend von der in der Figur dargestellten Ausführung des Asynchronmotors 9 mit Getriebeöl zu kühlen, da ein Läufer 26 des Asynchronmotors auch in Getriebeöl oder sonstigen Medien, vorzugsweise Kühlmedien, betrieben werden kann. Diese Möglichkeit ist bei Gleichstrommotoren, welche mit Bürsten ausgeführt sind, nicht gegeben, da dieser völlig dicht gegenüber dem Innenraum des Verteilergetriebes und einem Eintritt von Getriebeöl gekapselt sein muss.
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Zusätzlich kann durch den Einsatz eines Asynchronmotors auf eine elektromagnetische Bremse, über welche ein Ansteuermoment für die Kupplungseinrichtung 5 erzeugt wird, um die Kupplungseinrichtung über einen längeren Zeitraum in einem geschlossenen Zustand zu halten, vorteilhafterweise verzichtet werden, da im Gegensatz zu einem mit Bürsten ausgeführten Gleichstrommotor bei einem Asynchronmotor ein sogenanntes Einbrennen der Bürsten bei einer Bestromung ohne Drehbewegung nicht auftritt. Ein solches Einbrennen der Bürsten bei Gleichstrommotoren wird dadurch verursacht, dass ein Gleichstrommotor über einen längeren Zeitraum aufgrund des aufzubringenden Haltemoments bestromt wird und der Gleichstrommotor keine Drehung vollzieht oder nur innerhalb eines kleinen Winkelbereiches bewegt wird.
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Selbstverständlich kann es bei einer vorteilhaften, nicht näher dargestellten und von dem vorliegenden Ausführungsbeispiel abweichenden Ausführungsform des Verteilergetriebes nach der Erfindung jedoch auch vorgesehen sein, dass eine elektromagnetische Bremse zum Halten der Kupplungseinrichtung in deren geschlossenem Zustand in das Verteilergetriebe integriert wird, wenn durch ein entsprechendes Anforderungsprofil längere Schließphasen der Kupplungseinrichtung gewünscht sind, die selbst für einen Aysnchronmotor eine Überlastung darstellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verteilergetriebe
- 2
- Antriebswelle
- 3
- erste Abtriebswelle, Anschlußflansch
- 4
- zweite Abtriebswelle, Anschlußflansch
- 5
- Kupplungseinrichtung
- 6
- erstes Zahnrad
- 7
- Zwischenrad
- 8
- zweites Zahnrad
- 9
- Elektromotor
- 10
- Antriebswandlereinrichtung
- 11
- Stirnradstufe, Übersetzungsstufe
- 12
- Zahnsegmentring
- 13
- weiteres Zahnrad
- 14
- Nieten
- 15
- Spindelmutter
- 16
- Spindel
- 17
- Druckscheibe
- 18
- Axiallager
- 19
- Lamellenpaket
- 20
- Innenlamellen
- 21
- Außenlamellen
- 22
- Innenlamellenträger
- 23
- Außenlamellenträger
- 24
- Federeinrichtung
- 25
- Gehäuse des Elektromotors
- 26
- Läufer des Elektromotors
