AT505627B1 - Antriebssystem für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Description

2 AT 505 627 B1

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Differentialgetriebe zwischen zwei Antriebsteilsträngen, welches mit einem Überlagerungsgetriebe kombiniert ist, wobei das über jeweils ein Treibrad mit den Antriebsteilsträngen drehverbundene Überlagerungsgetriebe ein Planetengetriebe aufweist.

Aus der WO 2007/006064 A1 ist ein hydraulisches Getriebe mit harmonischem Übergang des Druckmediums zwischen zwei als Zellenläufer ausgebildeten Verdrängungsmaschinen mit einem radial verschiebbare erste Verdrängungskörper aufweisenden ersten Laufrad und einem radial verschiebbare zweite Verdrängungskörper aufweisenden zweiten Laufrad bekannt. Das erste Laufrad ist dabei innerhalb des zweiten Laufrades angeordnet. Die ersten Verdrängungskörper des ersten Laufrades sind entlang einer zylindrischen Lauffläche des umgebenden zweiten Laufrades geführt, wobei zwischen den beiden Laufrädern zumindest ein erster Arbeitraum und zwischen dem zweiten Laufrad und einem diesen umgebenden Führungskörper ein zweiter Arbeitsraum ausgebildet ist. Das zweite Laufrad weist zumindest einen radialen Verbindungskanal zur Strömungsverbindung der ersten und der zweiten Arbeitsräume auf. Das zweite Laufrad und der Führungskörper sind miteinander drehverbunden. Die zweiten Verdrängungskörper sind an der Außenseite des zweiten Laufrades und/oder an der Innenseite des Führungskörpers radial verschiebbar bzw. schwenkbar geführt. Dieses hydraulische Getriebe zeichnet sich durch einen hohen Wirkungsgrad und eine sehr kompakte Bauweise aus.

Aus der DE 196 26 13 A ist ein hydrostatisches Getriebe mit einem inneren und einem äußeren Laufrad bekannt, wobei die Flügel des inneren Laufrades am Innenmantel eines gehäusefesten Zylinders geführt sind. Zur Wirkungsgradverbesserung ist das hydrostatische Getriebe mit einem Planetengetriebe kombiniert. Nachteilig ist die resultierende Baugröße, da zwischen dem inneren und dem äußeren Laufrad ein drehfester Gehäuseteil angeordnet ist.

Bei Kraftfahrzeugen, insbesondere im Rennsport, besteht in bestimmten Betriebssituationen Bedarf, dass Drehmomente zwischen Antriebsteilsträngen, beispielsweise zwischen Hinterachse und Vorderachse und/oder zwischen den Antriebsrädern der linken und der rechten Fahrzeugseite, sehr schnell und möglichst stufenlos zu verschieben. Beginnt beispielsweise ein Fahrzeug in einer Kurve bei hoher Geschwindigkeit zu driften, so wäre eine sofortige Drehmomenterhöhung am hinteren Innenrad von Vorteil. Um generell höhere Kurvengeschwindigkeiten zu ermöglichen, wäre es andererseits von Vorteil, das Drehmoment am Außenrad während der Kurvenfahrt kurzzeitig zu erhöhen.

Aus den Druckschriften WO 2006/029434 A2, US 5 437 583 A GB 2 348 253 A und FR 3 844 858 A1 ist es bekannt, Planetensätze aufweisende Überlagerungsgetriebe einzusetzen, welche parallel zu einem Differentialgetriebe auf zwei Antriebsteilstränge einwirken. Nachteilig ist, dass zur Drehmomentsteuerung über das Planetengetriebe zumindest ein zusätzlicher elektrischer Antriebsmotor erforderlich ist.

Weiters ist auch aus der EP 1 837 225 A2 ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Überlagerungsgetriebe bekannt, welches parallel zu einem Differentialgetriebe angeordnet ist. Das Überlagerungsgetriebe weist dabei Lamellenkupplungen auf, über welche ein zusätzliches Drehmoment vom Ausgleichgehäuse des Differentials auf die Antriebssteilstränge aufgebracht werden kann. Nachteilig ist, dass hierbei relativ große Übertragungsverluste auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache und platzsparende Weise ein schnelles und stufenloses Verschieben der Drehmomente zwischen Antriebsteilsträngen zu ermöglichen. Dabei sollen Verluste möglichst klein gehalten werden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Planetengetriebe mit einem hydrostatischen Getriebe mit harmonischem Übergang des Druckmediums zwischen zwei als Zellenläufer ausgebildeten Verdrängungsmaschinen kombiniert ist und dass das hydrostatische Getriebe ein erstes Laufrad aufweist, welches innerhalb eines 'zweiten Laufrades angeordnet ist, wobei das 3 AT 505 627 B1 erste Laufrad radial verschiebbare erste Verdrängungskörper aufweist, welche entlang einer zylindrischen Lauffläche des umgebenden zweiten Laufrades geführt sind, und dass zwischen den beiden Laufrädern zumindest ein erster Arbeitsraum und zwischen dem zweiten Laufrad und einem dieses umgebenden Führungskörper ein zweiter Arbeitsraum ausgebildet ist, wobei die Arbeitsräume miteinander strömungsverbunden sind, und wobei mit dem zweiten Laufrad stirnseitig Abschlusselemente fest verbunden sind.

Zur Koppelung an einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges weist das Überlagerungsgetriebe ein erstes Treibrad und ein zweites Treibrad auf, wobei das erste Treibrad Teil des hydrostatischen Getriebes und das zweite Treibrad Teil des Planetengetriebes ist.

Eine kompakte Bauweise ergibt sich, wenn das Sonnenrad des Planetengetriebes mit dem ersten Laufrad und das Hohlrad des Planetengetriebes mit dem zweiten Laufrad drehverbunden ist, wobei vorzugsweise das Hohlrad einstückig mit einem Abschlusselement ausgebildet ist.

Eine besonders raumsparende Bauweise wird ermöglicht, wenn das erste Treibrad mit dem zweiten Laufrad drehverbunden ist, wobei das erste Treibrad vorzugsweise durch ein dem Planetengetriebe abgewandtes stirnseitiges Abschlusselement gebildet ist, und wobei besonders vorzugsweise das zweite Treibrad mit dem Planetenträger des Planetengetriebes drehverbunden ist.

Um ein schnelles Verschieben der Drehmomente zwischen zwei Antriebswellen zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn der Führungskörper über eine vorzugsweise einen Exzenter aufweisende Verstelleinrichtung relativ zum zweiten Laufrad radial verstellbar, vorzugsweise verschenkbar, angeordnet ist.

Das Überlagerungsgetriebe kann parallel zu einem Achsdifferentialgetriebe zwischen zwei Antriebswellen und/oder - bei Allradantrieb - parallel zu einem Mittendifferentialgetriebe angeordnet sein.

Die Überlagerungsgetriebeanordnung braucht somit nur dann in Funktion treten, wenn auf einer Antriebswelle eine höhere Drehzahl bzw. mehr Drehmoment gefordert wird. Im deaktivierten Zustand befindet sich dabei der Führungskörper in einer neutralen Position, wobei die hydraulische Übersetzung 1:1 beträgt, das heißt, dass die Treibräder mit konstanter Drehzahl umlaufen und auf jede der Teilwellen das gleiche Drehmoment wirkt. In diesem Fall drehen alle Teile des hydrostatischen Getriebes gleich schnell und in der gleichen Richtung. Auch die Planetenträger und somit das zweite Treibrad läuft mit der gleichen Geschwindigkeit und in der gleichen Richtung um, wie das erste Treibrad. Wird auf einer Teilwelle eine höhere Drehzahl bzw. ein höheres Drehmoment gefordert, so wird der Führungskörper aus seiner neutralen Position verschoben bzw. verschwenkt. Wird beispielsweise das Schluckvermögen des zweiten Laufrades durch den Führungskörper verkleinert, so wird das erste Laufrad gebremst, da sein Fördervolumen zu hoch ist. Durch die Geschwindigkeitsreduktion des ersten Laufrades wird auch das mit dem ersten Laufrad verbundene Sonnenrad langsamer und damit auch der Planetenträger und schließlich das zweite Treibrad. Wird hingegen das Schluckvermögen des zweiten Laufrades erhöht, wird das erste Laufrad beschleunigt und somit auch der Planetenträger.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Laufrad zumindest zwei von unterschiedlichen Bereichen des ersten Arbeitsraumes ausgehende radiale erste Steuerkanäle aufweist, welche um einen definierten Winkelbereich von vorzugsweise etwa 180° voneinander beabstandet sind, wobei die Steuerkanäle über ein Steuerorgan miteinander strömungsverbindbar sind. Vorzugsweise weist die Laufradwelle des ersten Laufrades einen Hohlraum auf, in welchen die Steuerkanäle münden, wobei im Hohlraum das axial und/oder verdrehbare Steuerorgan angeordnet ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. 4 AT 505 627 B1

Es zeigen: Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Antriebssystem mit einem Überlagerungsgetriebe im Längsschnitt, Fig. 2 das Überlagerungsgetriebe in einem Schnitt gemäß der Linie II - II in Fig. 1, Fig. 3 das Überlagerungsgetriebe in einem Schnitt gemäß der Linie III - III in Fig. 1, Fig. 4 das Überlagerungsgetriebe in einer Schrägansicht und Fig. 5 ein erstes Laufrad in einer teilweise geschnittenen Schrägansicht.

Das Antriebssystem 1 weist ein Überlagerungsgetriebe 2 mit einem hydrostatischen Getriebe 3 und einem Planetengetriebe 4 auf. Im Gehäuse 5 des Überlagerungsgetriebes 2 sind ein erstes Laufrad 6 und ein zweites Laufrad 7 angeordnet. Das erste Laufrad 6 weist radiale erste Ausnehmungen 8 auf, in welchen die als Flügel ausgebildeten ersten Verdrängungskörper 9 radial verschiebbar angeordnet sind. Analog weist auch das zweite Laufrad 7 zweite radiale Ausnehmungen 10 auf, in welchen zweite Verdrängungskörper 11 verschiebbar angeordnet sind.

Zwischen dem ersten Laufrad 6 und einer inneren Mantelfläche 12 des zweiten Laufrades 7 ist ein, als Verdrängungs- und Schluckraum fungierender erster Arbeitsraum 13 ausgebildet.

Zwischen dem zweiten Laufrad 7 und einem über Wälzlager 15 drehbar gelagerten Führungskörper 16 ist ein als Schluck- und Verdrängungsraum fungierender zweiter Arbeitsraum 14 ausgebildet. Mit Bezugszeichen 17 ist ein drehfester Tragrahmen bezeichnet.

Das zweite Laufrad 7 ist über nicht weiter dargestellte Schrauben mit einem ersten und einem zweiten Abschlusselement 18, 19 verbunden, welche die Arbeitsräume 13,14 stirnseitig abdichten. Das erste Laufrad 6 ist über Wälzlager 22, 23 im Gehäuse 5 gelagert. Mit 24 und 25 sind Wälzlager zur Lagerung des zweiten Laufrades 7 im Gehäuse 5 über die Abschlusselemente 18, 19 bezeichnet.

Zur Strömungsverbindung zwischen dem ersten Arbeitsraum 13 und dem zweiten Arbeitsraum 14 weist das zweite Laufrad 7 gleichmäßig um den Umfang verteilte radiale Verbindungskanäle 20 auf, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten zweiten radialen Ausnehmungen 10 ein Verbindungskanal 20 angeordnet sein kann. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Verbindungskanäle 20 von den zweiten radialen Ausnehmungen 10 ausgehen.

Das zweite Laufrad 7 ist mit dem Führungskörper 16 drehverbunden. Die zweiten Verdrängungskörper 11 sind schwenkbar in den zweiten radialen Ausnehmungen 10 des zweiten Laufrades 7 und in dritten Ausnehmungen 21 des Führungskörpers 16 angeordnet.

Der Tragrahmen 17 samt Führungskörper 16 ist im Gehäuse 5 um eine Achse 26 schwenkbar angeordnet. Die Verstellung des Tragrahmens 17 wird dabei durch einen Exzenter 27 bewirkt, welcher in eine Ausnehmung 28 des den Führungskörper 16 aufnehmenden Tragrahmens 17 angeordnet ist. Durch Verdrehen des Exzenters 22 einer Verstelleinrichtung 29 wird die Exzentrizität e der Achsen 16a, 6a des Führungskörpers 16 und des ersten Laufrades 6 relativ zueinander verändert. Dadurch wird das Schluckvermögen des hydrostatischen Getriebes 3 verkleinert oder vergrößert.

Hinsichtlich der genauen Funktion des hydrostatischen Getriebes wird insbesondere auf die Veröffentlichung WO 2007/006064 A1 verwiesen, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme inkludiert wird.

Das Planetengetriebe 4 weist ein Sonnenrad 30, auf einem Planetenträger 31 drehbar gelagerte Planetenräder 32, sowie ein Hohlrad 33 auf. Das Sonnenrad 30 ist drehfest mit dem ersten Laufrad 6 verbunden. Das Hohlrad 33 ist über das zweite Abschlusselement 19 mit dem zweiten Laufrad 7 drehverbunden. Die Exzentrizität e zu Folge der Verstellung des Tragringes 17 über den Exzenter 27 wird von in Ausnehmungen 44 des zweiten Abschlusselementes 19 geführten Bolzen 45 des Hohlrades 33 ausgeglichen, wie in den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist. 5 AT 505 627 B1

Die Interaktion mit dem Antriebsstrang 33 des Kraftfahrzeuges 34 erfolgt über ein erstes Treibrad 36, welches über das erste Abschlusselement 18 mit dem zweiten Laufrad 7 drehverbunden ist, sowie über ein zweites Treibrad 37, das drehfest mit dem Planetenträger 31 verbunden ist. Das erste Treibrad 36 wirkt dabei auf einen ersten Antriebsteilstrang 38 und das zweite Treibrad 5 37 auf einen zweiten Antriebsteilstrang 39 ein. Zwischen den beiden Antriebsteilsträngen 38, 39 ist ein Differential 40 vorgesehen. Das Überlagerungsgetriebe 2 ist im Antriebssystem 1 des Kraftfahrzeuges 35 so eingebaut, dass es parallel zum Differential 40 auf die Antriebsteilstränge 38 und 39 einwirkt. Dadurch lässt sich eine rasche Drehmomentverschiebung zwischen den Antriebssteilsträngen 38, 39 erreichen, wie in Fig. 1 durch die Pfeile P angedeutet ist. 10

Die mittige Stellung des Führungskörpers 16 ist in der Regel dabei so eingestellt, dass die hydraulische Übersetzung ungefähr 1:1 beträgt. Dies entspricht in etwa der Situation, wenn das Kraftfahrzeug 35 geradeaus fährt und beide Antriebsteilstränge 38, 39 die gleiche Drehzahl aufweisen. In diesem Fall drehen alle Teile des hydrostatischen Getriebes 3 mit gleicher Dreh-15 zahl und in die gleiche Richtung. Auch das Planetengetriebe 4 läuft im Überlagerungsgetriebe 2 um. Wird nun in einem Antriebsteilstrang 38, 39 eine höhere Drehzahl bzw. ein höheres Drehmoment gefordert, so kann der Führungskörper 16 des zweiten Laufrades 7 über den Exzenter 27 der Verstelleinrichtung 29 manuell oder mittels eines elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Aktuators über eine Steuereinheit verstellt werden. Wird das Schluckvermögen 20 des zweiten Arbeitsraumes 14 verkleinert, so wird das erste Laufrad 6 abgebremst, da sein Fördervolumen nun zu hoch ist. Durch das Abbremsen des ersten Laufrades 6 wird aber auch das mit dem ersten Laufrad 6 verbundene Sonnenrad 30 des Planetengetriebes 4 abgebremst und das Hohlrad 33 wird schneller. Als Folge dieser Funktion wird Energie vom zweiten Treibrad 37 zum ersten Treibrad 36 übertragen. Dies bedeutet, dass die Drehzahl bzw. das Moment 25 am ersten Treibrad 36 angehoben wird.

Wird das Schluckvolumen des zweiten Arbeitsraumes 14 dagegen vergrößert, übernimmt das zweite Laufrad 7 die Funktion der Pumpe und beschleunigt das erste Laufrad 6. Mit der Beschleunigung des ersten Laufrades 6 wird auch das Sonnenrad 30 beschleunigt und somit auch 30 der Planetenträger 31. Als Folge dieser Funktion wird Energie vom ersten Treibrad 36 zum zweiten Treibrad 37 übertragen. Die Drehzahl bzw. das Drehmoment am zweiten Treibrad 37 wird somit angehoben.

Das Prinzip der Überlagerungsgetriebeanordnung funktioniert somit in beide Richtungen glei-35 chermaßen. Sobald ein Treibrad 36, 37 langsamer wird, wird dem entsprechenden Antriebsteilstrang 38, 39 Energie entzogen und über das jeweils andere Treibrad 37, 36 dem anderen Antriebsteilstrang 39, 38 zugeführt.

Im Ausführungsbeispiel ist das Überlagerungsgetriebe 2 parallel zum Achsdifferential zur Um-40 Verteilung der Drehzahl und des Drehmomentes zwischen einem linken und einem rechten Antriebsteilstrang 38, 39 vorgesehen. Nach dem gleichen Prinzip kann das Überlagerungsgetriebe 2 aber auch parallel zu einem Mittendifferentialgetriebe zur Umverteilung des Drehmomentes und der Drehzahl für den Antrieb der Vorder- und der Hinterräder eines allradbetriebenen Fahrzeuges eingesetzt werden. Dadurch, dass das Überlagerungsgetriebe 2 eine Kombi-45 nation eines hydrostatischen Getriebes 3 und eines Planetengetriebes 4 aufweist, kann die Baugröße sehr kompakt gehalten werden, wobei stufenlos und rasch eine Drehmomentverschiebung ohne zusätzliche Antriebsmittel zwischen linkem und rechtem Antriebsrad bzw. zwischen vorderer und hinterer Antriebsachse durchgeführt werden kann. so In manchen Betriebssituationen kann es gewünscht sein, das Umgehungsgetriebe 2 zu deaktivieren. Das erste Laufrad 6 weist dazu mehrere von unterschiedlichen Bereichen des ersten Arbeitsraumes 13 ausgehende radiale Steuerkanäle 41 auf, welche um einen definierten Winkelbereich α zueinander um den Umfang des ersten Laufrades 6 versetzt angeordnet sind. Die Anordnung und Zahl der Steuerkanäle 41 ist so gewählt, dass in jeder Stellung des ersten 55 Laufrades 6 jeweils zumindest ein Steuerkanal 41 mit der Saugseite und der Druckseite des

Claims (10)

1. 6 AT 505 627 B1 ersten Arbeitsraumes 13 kommuniziert. Die Steuerkanäle 41 führen zu einem Hohlraum 42 innerhalb der Laufradwelle 6a des ersten Laufrades 6, in welchen ein Steuerorgan 43 eingeschoben ist. Im aktivierten Zustand ist die Strömungsverbindung zwischen den Steuerkanälen 41 unterbrochen, wodurch im ersten Arbeitraum 13 der volle Arbeitsdruck aufgebaut werden kann. Durch Verschieben oder Verdrehen des Steuerorgans 43 kann die Strömungsverbindung zwischen den Steuerkanälen 41 hergestellt werden, wodurch im ersten Arbeitsraum 13 kein Druck aufgebaut werden kann und das hydrostatische Getriebe 3 deaktiviert wird. Patentansprüche: 1. Antriebssystem (1) für ein Kraftfahrzeug (35) mit zumindest einem Differentialgetriebe (40) zwischen zwei Antriebsteilsträngen (38, 39), welches mit einem Überlagerungsgetriebe (2) kombiniert ist, wobei das über jeweils ein Treibrad (36, 37) mit den Antriebsteilsträngen (38, 39) drehverbundene Überlagerungsgetriebe (2) zumindest ein Planetengetriebe (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (4) mit zumindest einem hydrostatischen Getriebe (3) mit harmonischem Übergang des Druckmediums zwischen zwei als Zellenläufer ausgebildeten Verdrängungsmaschinen kombiniert ist und dass das hydrostatische Getriebe (3) ein erstes Laufrad (6) aufweist, welches innerhalb eines zweiten Laufrades (7) angeordnet ist, wobei das erste Laufrad (6) radial verschiebbare erste Verdrängungskörper (9) aufweist, welche entlang einer zylindrischen Mantelfläche (12) des umgebenden zweiten Laufrades (7) geführt sind, und dass zwischen den beiden Laufrädern (6, 7) zumindest ein erster Arbeitsraum (13) und zwischen dem zweiten Laufrad (7) und einem dieses umgebenden Führungskörper (16) ein zweiter Arbeitsraum (14) ausgebildet ist, wobei die Arbeitsräume (13, 14) miteinander strömungsverbunden sind, und wobei mit dem zweiten Laufrad (7) stirnseitig Abschlusselemente (18, 19) fest verbunden sind.
2. 2. Antriebssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe ein erstes Treibrad (36) und ein zweites Treibrad (37) aufweist, wobei das erste Treibrad (36) Teil des hydrostatischen Getriebes (3) und das zweite Treibrad (37) Teil des Planetengetriebes (4) ist.
3. 3. Antriebssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sonnenrad (30) des Planetengetriebes (4) mit dem ersten Laufrad (6) drehverbunden ist.
4. 4. Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlrad (33) des Planetengetriebes (4) mit dem zweiten Laufrad (7) drehverbunden ist, wobei vorzugsweise das Hohlrad (33) einstückig mit einem Abschlusselement (18, 19) ausgebildet ist.
5. 5. Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Treibrad (36) mit dem zweiten Laufrad (7) drehverbunden ist, wobei das erste Treibrad (36) vorzugsweise durch ein dem Planetengetriebe (4) abgewandtes stirnseitiges Abschlusselement (18) gebildet ist.
6. 6. Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Treibrad (37) mit dem Planetenträger (31) des Planetengetriebes (4) drehverbunden ist.
7. 7. Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper (16) über eine vorzugsweise einen Exzenter (27) aufweisende Verstelleinrichtung (29) relativ zum zweiten Laufrad (7) radial verstellbar, vorzugsweise verschenkbar, angeordnet ist. 7 AT 505 627 B1
8. 8. Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Laufrad (7) mit dem Führungskörper (16) drehverbunden ist.
9. 9. Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Laufrad (7) zumindest zwei von unterschiedlichen Bereichen des ersten Arbeitsraumes (13) ausgehende radiale erste Steuerkanäle (41) aufweist, welche um einen definierten Winkelbereich (a) voneinander beabstandet sind, wobei die Steuerkanäle (41) über ein Steuerorgan (43) miteinander strömungsverbindbar sind.
10. 10. Antriebssystem (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufradwelle (6a) des ersten Laufrades (6) einen Hohlraum (42) aufweist, in welchen die Steuerkanäle (41) münden, wobei im Hohlraum (42) das axial und/oder verdrehbare Steuerorgan (43) angeordnet ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen