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Die
Erfindung betrifft eine Getriebestufe, insbesondere für eine Getriebeanordnung
zur variablen Drehmomentverteilung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Solche Getriebeanordnungen umfassen üblicherweise ein Differential
mit einer Eingangswelle und zwei Ausgangswellen, die untereinander eine
ausgleichende Wirkung haben. Die Funktionsweise der Getriebeanordnung
zur variablen Drehmomentverteilung ist dergestalt, daß ein Teil
des über die
Eingangswelle eingeleiteten Drehmoments vor einer Aufteilung auf
die beiden Ausgangswellen vom Differentialkorb abgezweigt wird;
der abgezweigte Drehmomentanteil wird einer der beiden Ausgangswellen
hinter der Aufteilung des übrigen
Drehmoments zusätzlich
aufgeprägt.
Hierfür
sind je Ausgangswelle eine Getriebestufe sowie eine Kupplung vorgesehen.
Die Getriebestufe umfaßt
ein vom Differentialkorb angetriebenes Eingangsrad, das ein Ausgangrad
beschleunigt oder verzögert.
Durch Ankoppeln des Ausgangsrads an die zugehörige Ausgangswelle des Differentials
wird letztere beschleunigt oder verzögert. So kann auf eine der
beiden Ausgangswellen bedarfsweise ein größeres Drehmoment übertragen
werden als auf die andere der Ausgangswellen, um die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs
zu erhöhen.
Solche Getriebeanordnungen können
zum Verteilen des Drehmoments zwischen den beiden Seitenwellen eines
Achsdifferentials oder zum gesteuerten Verteilen des Drehmoments
zwischen den beiden Achswellen eines Mittendifferentials eines mehrachsgetriebenen
Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommen.
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Aus
der
EP 844 416 A2 ist
eine Getriebestufe für
eine Getriebeanordnung zur variablen Drehmomentverteilung zwischen
zwei Seitenwellen einer angetriebenen Achse bekannt. Die Getriebestufe
ist in Form eines Umlaufgetriebes gestaltet und umfaßt mehrere
Planetenräder,
die auf einem im Differentialkorb umlaufenden Trägerele ment drehbar gelagert sind.
Die Planetenräder
sind mit einem ersten Verzahnungsabschnitt mit dem Differentialkorb
drehfest verbunden und kämmen
mit einem zweiten Verzahnungsabschnitt mit einem mit der Seitenwelle
fest verbundenen Sonnenrad. Je Seitenwelle ist eine Lamellenkupplung
vorgesehen, die zum Abbremsen einer Drehbewegung des jeweiligen
Trägerelements gegenüber dem
Getriebegehäuse
dient. Auf diese Weise wird auf die entsprechende Seitenwelle ein
zusätzliches
Drehmoment aufgebracht.
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Aus
der
DE 44 27 493 A1 ist
eine Getriebestufe für
eine weitere Getriebeanordnung zur variablen Drehmomentverteilung
zwischen zwei Seitenwellen einer angetriebenen Achse bekannt. Diese
Getriebestufe ist als Standgetriebe gestaltet und umfaßt eine
Vorgelegewelle, die drehbar im Getriebegehäuse gelagert ist und mehrere
Verzahnungsabschnitte aufweist. Dabei ist einer der Verzahnungsabschnitte mit
dem Differentialkorb antriebsverbunden, während ein anderer Verzahnungsabschnitt
mit einem Lamellenträger
einer Lamellenkupplung antriebsverbunden ist. Das Übersetzungsverhältnis der
beiden Verzahnungsabschnitte ist so gewählt, das der Lamellenträger der
Lamellenkupplung schneller dreht als die zugehörige Seitenwelle. So kann auf
die Seitenwelle durch Betätigen
der Lamellenkupplung ein erhöhtes Drehmoment übertragen
werden.
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Aus
der
DE 38 19 703 A1 ist
ein Allrad-Sperrsystem für
ein Kraftfahrzeug bekannt. Dieses umfaßt ein Planetengetriebe mit
mehreren Planetenrädern, die
mit einem Eingangssonnenrad und einem Ausgangsonnenrad unterschiedlicher
Zähnezahl
kämmen.
Die Übersetzung
zwischen den beiden Sonnenrädern
wird durch eine Profilverschiebung der Verzahnungen ermöglicht.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige,
einfach aufgebaute und einfach herstellbare Getriebeanordnung zur
variablen Drehmomentverteilung vorzuschlagen.
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Eine
erste Lösung
besteht in einer Getriebeanordnung zur variablen Drehmomentverteilung
im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend
ein Differential
mit einem Differentialkorb und zwei Ausgangswellen, die über einen Differentialrädersatz mit
dem Differentialkorb antriebsverbunden sind und untereinander eine
ausgleichende Wirkung haben;
zumindest eine Getriebestufe mit
einem ersten Sonnenrad, das mit dem Differentialkorb antriebsverbunden
ist, einem koaxial benachbart zum ersten Sonnenrad angeordneten
zweiten Sonnenrad, das mit einer der zwei Ausgangswellen antriebsverbunden
ist, und zumindest einem parallelen Planetenrad, das mit dem ersten
Sonnenrad und dem zweiten Sonnenrad in Verzahnungseingriff ist und
in einem um die Drehachse umlaufenden Trägerelement drehbar gehalten ist,
wobei das Trägerelement
gegenüber
einem stehenden Gehäuse
koppelbar ist;
wobei das erste Sonnenrad und das zweite Sonnenrad
relativ zueinander profilverschobene Verzahnungen mit unterschiedlichen
Zähnezahlen
aufweisen und relativ zu dem zumindest einen Planetenrad einen gleichen
Achsabstand aufweisen;
wobei das Planetenrad zwei Verzahnungsbereiche mit übereinstimmender
Verzahnung aufweist.
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Eine
zweite Lösung
der obengenannten Aufgabe besteht in einer Getriebeanordnung zur
variablen Drehmomentverteilung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs,
umfassend
ein Differential mit einem Differentialkorb und zwei Ausgangswellen,
die über
einen Differentialrädersatz mit
dem Differentialkorb antriebsverbunden sind und untereinander eine
ausgleichende Wirkung haben;
zumindest eine Getriebestufe mit
einem ersten Sonnenrad, das mit dem Differentialkorb antriebsverbunden
ist, und einem koaxial benachbart zum ersten Sonnenrad angeordneten
zweiten Sonnenrad, das mit einer der Ausgangswellen koppelbar ist,
und zumindest einem parallelen Planetenrad, das mit dem ersten Sonnenrad
und dem zweiten Sonnenrad in Verzahnungseingriff ist und auf einer
stehenden Welle drehbar gelagert ist;
wobei das erste Sonnenrad
und das zweite Sonnenrad relativ zueinander profilverschobene Verzahnungen
mit unterschiedlichen Zähnezahlen
aufweisen und relativ zu dem zumindest einen Planetenrad einen gleichen
Achsabstand aufweisen;
wobei das Planetenrad zwei Verzahnungsbereiche mit übereinstimmender
Verzahnung aufweist.
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Eine
dritte Lösung
besteht in einer Getriebeanordnung zur variablen Drehmomentverteilung
im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend
ein Differential
mit einem Differentialkorb und zwei Ausgangswellen, die über einen
Differentialrädersatz mit
dem Differentialkorb antriebsverbunden sind und untereinander eine
ausgleichende Wirkung haben;
zumindest eine Getriebestufe mit
einem ersten Sonnenrad, das mit dem Differentialkorb koppelbar ist,
einem koaxial benachbart zum ersten Sonnenrad angeordneten zweiten
Sonnenrad, das mit einer der Ausgangswellen antriebsverbunden ist,
und
zumindest einem parallelen Planetenrad, das mit dem ersten
Sonnenrad und dem zweiten Sonnenrad in Verzahnungseingriff ist und
auf einer stehenden Welle drehbar gelagert ist;
wobei das erste
Sonnenrad und das zweite Sonnenrad relativ zueinander profilverschobene
Verzahnungen mit unterschiedlichen Zähnezahlen aufweisen und relativ
zu dem zumindest einen Planetenrad einen gleichen Achsabstand aufweisen;
wobei
das Planetenrad zwei Verzahnungsbereiche mit übereinstimmender Verzahnung
aufweist.
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Alle
drei erfindungsgemäße Ausgestaltungen
haben den Vorteil einer einfachen und somit kostengünstigen
Fertigung und Montage. Das Planetenrad, das mit dem ersten und dem
zweiten Sonnenrad in Verzahnungseingriff ist, kann einstückig gestaltet sein,
so daß die
Teileanzahl für
die Getriebestufe insgesamt gering ist. Außerdem ergibt sich durch die durchgehende
Verzahnung des Planetenrads eine hohe Genauigkeit des Verzahnungseingriffs
mit den hiermit kämmenden
Zahnrädern.
Die Übersetzung zwischen
dem ersten Sonnenrad und dem zweiten Sonnenrad wird durch Profilverschiebung
der beiden Verzahnungen zueinander bewirkt. Dabei haben die beiden
Zahnräder
und das zumindest eine Planetenrad den gleichen Modul. Die erfindungsgemäße Getriebestufe
kann als Umlaufgetriebe, d. h. einer Getriebeanordnung, bei der
die Planetenräder
um die Drehachse umlaufen, oder auch als Standgetriebe, d. h. einer
Getriebeanordnung, bei der die Planetenräder auf einer stehenden Welle
gelagert sind, zum Einsatz kommen.
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Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Zähnezahlen des ersten und zweiten
Sonnenrads derart gewählt,
daß eine Übersetzung
von 0,8 bis 1,2 zwischen dem ersten und dem zweiten Sonnenrad erzeugt
wird. Auf diese Weise läßt sich
ein ergänzendes
bzw. reduziertes Drehmoment von ± 20 % auf die entsprechende
Ausgangswelle übertragen.
Vorzugsweise sind die Zähnezahlen
der ersten und zweiten Sonnenräder
derart gewählt,
daß in
einer Drehstellung des ersten und zweiten Sonnenrads zueinander mehrere
Zähne in
axialer Überdeckung
miteinander liegen, so daß sie
gleichzeitig in die Verzahnung des Planetenrads eingreifen können. Es
sind vorzugsweise mehrere Planetenräder vorgesehen, die regelmäßig umfangsverteilt
um das erste und zweite Sonnenrad angeordnet sind und mit diesen
gleichzeitig kämmen.
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Um
ein günstiges
NVH-Verhalten ('noise-vibration-harshness') zu erreichen, sind
die Sonnenräder
und die Planetenräder
vorzugsweise schrägverzahnt.
Dabei sind die Schrägverzahnungen
vorzugsweise derart gestaltet, daß die durch den Verzahnungseingriff
mit dem Planetenrad auf das erste und das zweite Sonnenrad wirkenden
Axialkräfte – bei Vorwärtsfahrt
des Kraftfahrzeugs – aufeinander
zu gerichtet sind. So heben sich die Axialkräfte der beiden Zahnräder weitestgehend
gegeneinander auf, so daß ein
Aufnahmeteil für
das Planetenrad von den Kräften
unberührt
bleibt. Nach einer ersten Ausgestaltung kann das zumindest eine
Planetenrad eine umlaufende Nut zwischen den zwei Verzahnungsbereichen
haben. Nach einer zweiten Ausgestaltung können die zwei Verzahnungsbereiche
auch nahtlos aneinander anschließen. Besonders günstig ist
es, wenn das Planetenrad einstückig
gestaltet ist und eine durchgehende Verzahnung aufweist.
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Bei
Verwendung der Getriebestufe als Umlaufgetriebe ist das zumindest
eine Planetenrad in einem Trägerelement
drehbar gehalten, das mittels einer Kupplung an ein stehendes Getriebegehäuse ankoppelbar
ist, um ein erhöhtes
Drehmoment auf die zugehörige
Ausgangswelle zu übertragen.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung umfaßt das Trägerelement zwei Korbteile mit
jeweils einem Boden und einem Mantel, die vorzugsweise als Umformteile
aus Blech hergestellt sind. Eine einfache Montage ergibt sich, wenn
das Trägerelement,
das zumindest eine Planetenrad und die beiden Zahnräder Teile
einer vormontierbaren Baugruppe sind. Das erste Sonnenrad ist vorzugsweise
einstückig
mit einer Hohlwelle ausgebildet, die insbesondere mittels Gleitlagerung auf
der Ausgangswelle drehbar gelagert ist. Dabei ist das zweite Son nenrad
drehfest mit der Ausgangswelle verbunden. An einer Außenumfangsfläche des Trägerelements
sind vorzugsweise Eingriffmittel zum drehfesten Eingreifen von Innenlamellen
der Kupplung vorgesehen. Auch diese Maßnahme unterstützt einen
einfachen Aufbau der Getriebestufe.
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Die
erfindungsgemäße Getriebeanordnung kann
als Achsdifferential eines ein- oder mehrachsgetriebenen Kraftfahrzeugs
verwendet werden, um ein erhöhtes
Drehmoment auf eine der mit den Antriebsrädern verbundenen Seitenwellen
zu übertragen.
In Ergänzung
oder alternativ hierzu kann die erfindungsgemäße Getriebeanordnung auch als
Mittendifferential eines mehrachsgetriebenen Kraftfahrzeugs verwendet
werden, um ein erhöhtes
Drehmoment auf eine der Achswellen zum Antreiben der Vorder- oder
Hinterachse aufzubringen.
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Erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele sind
nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Hierin zeigt
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1 schematisch
eine Getriebeanordnung nach dem Stand der Technik mit beispielhaftem Drehmomentverlauf;
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2 eine
erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung
mit umlaufenden Getriebestufen im Längsschnitt;
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3 eines der Getriebemodule aus 2 mit
umlaufender Getriebestufe
- a) im Längsschnitt;
- b) im Querschnitt;
- c) in perspektivischer Ansicht in Explosionsdarstellung;
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4 die
Getriebestufe aus 3 in einer ersten
Variante im Längsschnitt;
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5 eine
zweite Variante einer Getriebestufe im Längsschnitt;
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6 die
Getriebestufe aus 4 oder 5 in perspektivischer
Ansicht;
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7 eine
dritte Variante einer Getriebestufe im Längsschnitt;
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8 die
Getriebestufe aus 7 in perspektivischer Ansicht;
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9 eine
zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung
mit stehenden Getriebestufen als Prinzipdarstellung;
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10 eine
dritte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung
mit stehenden Getriebestufen als Prinzipdarstellung;
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1 zeigt
schematisch eine Getriebeanordnung 101 mit variabler Drehmomentverteilung
für den
Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug, wie sie im allgemeinen aus
dem Stand der Technik bekannt ist. Die Getriebeanordnung 101 wird
von einem hier nicht dargestellten Stufengetriebe über eine
Antriebswelle 102 angetrieben und das eingehende Drehmoment wird
auf zwei Seitenwellen 174, 175 verteilt. Die Getriebeanordnung
umfaßt
ein Differentialgetriebe 103 mit einem Differentialkorb 107,
der in einem stehenden Differentialgehäuse 104 um die Drehachse
B drehbar gelagert ist. An dem Differentialkorb 107 ist ein
Tellerrad 117 befestigt, das mit einem mit der Antriebswelle 102 verbundenen
Kegelrad 111 kämmt und
von diesem angetrieben wird. Im Differentialkorb 107 sind
mehrere Ausgleichsräder 110 auf
zur Drehachse B senkrecht stehenden Zapfen 112 drehbar gelagert,
die mit dem Differentialkorb 107 umlaufen. Mit den Ausgleichsrädern 110 sind
zwei Seitenwellenräder 113, 114 in
Verzahnungseingriff, die zur Drehmomentübertragung auf die Seitenwellen
dienen.
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Seitlich
benachbart zum Differentialgetriebe 103 sind zwei Getriebestufen 125, 125' zum variablen
Verteilen des Drehmoments auf die Seitenwellen 174, 175 vorgesehen.
Da diese gleich aufgebaut sind, wird im folgenden nur eine exemplarisch
beschrieben. Die Getriebestufe 125 umfaßt ein erstes Sonnenrad 126,
das mit dem Differentialkorb 107 drehfest verbunden ist,
mehrere mit dem ersten Sonnenrad 126 in Verzahnungseingriff
stehende Planetenräder 127 sowie
ein mit den Planetenrädern 127 kämmendes
zweites Sonnenrad 128, das mit der jeweiligen Seitenwelle
drehfest verbunden ist. Die Planetenräder 127 umfassen jeweils
zwei Verzahnungsabschnitte 129, 130, von denen
einer mit dem ersten Sonnenrad 126 und der andere mit dem zweiten
Sonnenrad 128 kämmend
im Eingriff ist. Um eine Drehzahlübersetzung zu erreichen, haben
die beiden Sonnenräder 126, 128 untereinander
eine unterschiedliche Zähnezahl
und die beiden Verzahnungsabschnitte 129, 130 der
Planetenräder 127 haben
untereinander eine unterschiedliche Zähnezahl. Die Planetenräder 127 sind
auf einem Trägerelement 132 drehbar
aufgenommen, das gemeinsam mit den Planetenrädern 127 um die Drehachse
B umlaufen kann. Das Trägerelement 132 ist
mittels einer Kupplung 137 an das Gehäuse 104 ankoppelbar,
um ein erhöhtes
Drehmoment auf die zugehörige
Seitenwelle zu übertragen.
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Im
folgenden wird beispielhaft der Verlauf des Drehmomentflusses durch
die Getriebeanordnung 101 beschrieben. Es wird ein Drehmoment
von 100 Nm von der Antriebswelle 102 über das Tellerrad 117 in
den Differentialkorb 107 eingeleitet. Bei normalen Fahrbedingungen,
d. h. bei frei umlaufenden Trägerelementen 132,
wird das eingehende Drehmoment gleichmäßig auf beide Seitenwellenräder 126, 128 im
Verhältnis
50 : 50 verteilt. Erfordert der aktuelle Fahrdynamikzustand jedoch,
daß auf
eines der beiden Räder
des Kraftfahrzeugs ein höheres
Drehmoment aufgebracht werden muß, so wird die entsprechende
Getriebestufe 125, 125' aktiviert. Vorliegend ist der
Fall dargestellt, daß auf
die linke Seitenwelle ein größeres Drehmoment übertragen
werden soll. Hierfür
wird die linke Kupplung 137 betätigt, d. h. das vorher frei
um die Drehachse rotierende Trägerelement 132 wird
gegenüber
dem Differentialgehäuse 104 abgebremst.
So wird von dem Differentialkorb 107 ein Drehmomentanteil
abgezweigt, der über
das erste Sonnenrad 126' und über die
Planetenräder 127 auf
die linke Seitenwelle übertragen
wird. Im vorliegenden Fall beträgt
der vom Differentialkorb 107 abgezweigte Drehmomentanteil
10 Nm, so daß auf die
Ausgleichsräder
nur ein Drehmoment von 90 Nm entfällt. Das über die Ausgleichsräder 110 eingeleitete
Drehmoment wird gleichmäßig auf
die beiden Seitenwellenräder 113, 114 verteilt,
d. h. auf jede der Seitenwellen 45 Nm. Das vom Differentialkorb 107 abgezweigte
Drehmoment von 10 Nm wird der linken Seitenwelle zuaddiert. Dabei
geht durch Wärmeverluste
in der Kupplung 137 ein Drehmoment von etwa 1 Nm verloren,
so daß auf
die linke Seitenwelle zusätzlich
9 Nm übertragen
werden und insgesamt ein Drehmoment von 54 Nm auf die linke Seitenwelle eingeleitet
wird. Es ergibt sich also insgesamt ein Verhältnis von 54 Nm zu 45 Nm zwischen
dem kurvenäußeren linken
und dem kurveninneren rechten Rad.
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Die 2 bis 6 werden
im folgenden gemeinsam beschrieben. Aus 2 ist eine
erfindungsgemäße Getriebeanordnung 1 mit
einem Differentialgetriebe 3 in einem nur teilweise dargestellten Differentialgehäuse 4 und
mit zwei Getriebemodulen 5, 6 mit je einer Getriebestufe 25, 25' ersichtlich.
Die Funktionsweise der Getriebeanordnung 1 entspricht – abgesehen
von den erfindungsgemäßen Merkmalen – weitgehend
derjenigen aus 1, auf deren Beschreibung insofern
bezug genommen wird. Gleiche Bauteile sind mit um 100 reduzierten
Bezugsziffern versehen. Die Getriebemodule 5, 6 sind
als separate Baueinheiten gestaltet und dienen zum variablen Verteilen
des Drehmoments auf die beiden Seitenwellen.
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Das
Differentialgetriebe 3 weist einen Differentialkorb 7 mit
einem hiermit drehfest verbundenen Tellerrad 17 auf, das
mit einem mit der Antriebswelle 2 verbundenen Kegelrad 11 kämmt und
von diesem angetrieben wird. Die Antriebswelle 2 ist mittels
eines hier nicht dargestellten Wälzlagers
im Differentialgehäuse 4 um
die Längsachse
A drehbar gelagert. Der Differentialkorb 7 hat zwei hülsenförmige Ansätze, mit
denen er im Differentialgehäuse 4 mittels
Wälzlagern 8, 9 um
die Drehachse B drehbar gelagert ist. Im Differentialkorb 7 sind
mehrere Ausgleichsräder 10 auf
zur Drehachse B senkrecht stehenden Zapfen 12 drehbar gelagert,
die mit dem Differentialkorb 7 umlaufen. Mit den Ausgleichsrädern 10 sind
zwei Seitenwellenräder 13, 14 in
Verzahnungseingriff, die zur Drehmomentübertragung auf die Getriebemodule 5, 6 bzw.
auf zugehörige
Seitenwellen dienen. Die Seitenwellenräder 13, 14 sind
im Differentialkorb 7 auf der Drehachse B drehbar gelagert,
wobei Anlaufscheiben 15, 16 vorgesehen sind, um
die durch die Drehmomentübertragung
von den Ausgleichsrädern 10 auf
die Seitenwellenräder 13, 14 entstehenden axialen
Spreizkräfte
gegenüber
dem Differentialgehäuse 4 abzustützen.
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Die
beiden Getriebemodule 5, 6 sind im Bezug auf die
durch die Zapfenachsen aufgespannte Mittelebene des Differentialgetriebes 3 spiegelsymmetrisch
angeordnet. Da die beiden Getriebemodule 5, 6 hinsichtlich
ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise gleich gestaltet sind, wird
im folgenden nur eines der beiden exemplarisch beschrieben. Dieses
ist als Einzelheit in 3 dargestellt.
Jedes der Module 5, 6 umfaßt ein Gehäuse 18, eine über eine
Längsverzahnung
mit dem zugehörigen
Seiten wellenrad 13 des Differentialgetriebes 3 drehfest
verbundene Ausgangswelle 19, eine hierauf koaxial gelagerte und über eine
Längsverzahnung
mit dem Differentialkorb 7 drehfest verbundene Hohlwelle 22,
eine zwischen Ausgangswelle 19 und Hohlwelle 22 geschaltete
Getriebestufe 25 und eine Kupplung 37 zum Koppeln
eines Trägerelements 32 der
Getriebestufe 25 an das Gehäuse. Die Ausgangswelle 19 hat
an ihrem dem Differentialgetriebe 3 abgewandten Ende einen
Flansch 21 zum Verbinden mit einer zugehörigen hier
nicht dargestellten Seitenwelle des Kraftfahrzeugs. Sie ist gegenüber dem
Gehäuse 18 mittels
eines Wälzlagers 20 drehbar
gelagert und mittels einer berührungslosen
Dichtkappe 23 und einem berührenden Dichtring 24 abgedichtet.
Das Gehäuse 18 hat
in Richtung zum Differentialgetriebe 3 Anschlußmittel 62 in
Form eines Flansches, der eine Öffnung 61 einschließt. Zur
Montage wird die gezeigte Baueinheit mit dem Flansch 62 an
das Differentialgehäuse 4 angeschraubt.
Die Hohlwelle 22 ist gegenüber der Ausgangswelle 19 gleitend
gelagert und mittels Dichtmitteln 61 abgedichtet.
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Die
Getriebestufe 25, die als Detail in 4 dargestellt
ist, umfaßt
ein erstes Sonnenrad 26, mehrere mit dem ersten Sonnenrad 26 in
Verzahnungseingriff stehende und in dem Trägerelement 32 drehbar
gelagerte Planetenräder 27 sowie
ein mit den Planetenrädern 27 kämmendes
zweites Sonnenrad 28. Dabei ist das erste Sonnenrad 26 einstückig mit der
Hohlwelle 22 verbunden, während das zweite Sonnenrad 28 mit
der Ausgangswelle 19 drehfest verbunden ist. Die Planetenräder 27 sind
jeweils einstückig
gestaltet und haben zwei Verzahnungsbereiche 29, 30 mit übereinstimmender
Verzahnung, von denen einer mit dem ersten Sonnenrad 26 und
der andere mit dem zweiten Sonnenrad 28 kämmend in Eingriff
ist.
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Um
eine Drehzahlübersetzung
zwischen der Ausgangswelle 19 und der koaxial hierauf gelagerten Hohlwelle 22 zu
erreichen, haben die beiden Sonnenräder 26, 28 eine
unterschiedliche Zähnezahl. Dabei
sind die Zähnezahlen
der Sonnenräder 26, 28 so
gewählt,
daß zwischen
der Ausgangswelle 19 und der Hohlwelle 22 ein
Drehzahlunterschied von bis zu 20 % erreicht wird. Weiterhin sind
die Zähnezahlen der
ersten und zweiten Sonnenräder 26, 28 derart gewählt, daß in einer
Drehstellung mehrere Zähne des
ersten und zweiten Sonnenrads 26, 28 zueinander
in axialer Überdeckung
liegen. In jedem der so gebildeten Überdeckungsbereiche ist ein
Planetenrad 27 angeordnet, dessen Verzahnung mit den beiden
Sonnenrädern 26, 28 kämmt. Hierfür kann das erste
Sonnenrad beispielsweise 30 Zähne aufweisen, während das
zweite Sonnenrad 27 Zähne
umfaßt.
So ergeben sich über
den Umfang der beiden Zahnräder 26, 28 drei Überdeckungsbereiche,
in denen einzelne Zähne
der beiden Verzahnungen miteinander axial fluchten, so daß sie in
eine gemeinsame Gegenverzahnung eingreifen können. Jedem dieser drei Überdeckungsbereiche
ist ein Planetenrad 27 zugeordnet, so daß insgesamt
drei Planetenräder 27 regelmäßig umfangsverteilt
um das erste und zweite Sonnenrad 26, 28 angeordnet
sind und mit diesen gleichzeitig kämmen.
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Die
beiden Sonnenräder 26, 28 haben
zu den Planetenrädern 27 jeweils
denselben Achsabstand C. Die Übersetzung
wird durch Profilverschiebung der Verzahnungen der beiden Sonnenräder 26, 28 zueinander
ermöglicht,
wobei die Sonnenräder 26, 28 und
die Planetenräder 27 den
gleichen Modul haben. Dadurch, daß die Planetenräder 27 zwei
Verzahnungsbereiche 29, 30 mit übereinstimmender Verzahnung
haben, ergibt sich eine geringe Teilezahl für die Getriebestufe 25,
so daß Fertigungs- und Montageaufwand
gering sind. Außerdem
ergibt sich durch die durchgehende Verzahnung der Planetenräder 27 eine
hohe Genauigkeit des Verzahnungseingriffs mit den hiermit kämmenden
Sonnenräder 26, 28.
Die Verzahnung ist als Schrägverzahnung
gestaltet, um ein günstiges
sogenanntes NVH-Verhalten ('noise-vibration-harshness') zu erzielen. Dabei
ist die Schrägverzahnung
so gestaltet, daß die
bei der Drehmomentübertragung
auf die Sonnenräder 26, 28 wirkenden
Axialkräfte
aufeinander zu gerichtet sind. Zwischen den beiden Sonnenrädern 26, 28 ist
ein Axiallager 31 vorgesehen, das eine axiale Abstützung der
beiden Sonnenräder 26, 28 gegeneinander gewährleistet.
Da das Axiallager 31 einen größeren Durchmesser hat, als
der Fußkreisdurchmesser
der Sonnenräder 26, 28 haben
die Planetenräder 27 im axialen Überdeckungsbereich
mit dem Axiallager 31 umlaufende Nuten 33 zwischen
den zwei Verzahnungsbereichen 29, 30.
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Das
Trägerelement 32 samt
Planetenrädern 27 wird
mittels der Kupplung 37 an das Gehäuse 18 angekoppelt,
um ein zusätzliches
Drehmoment direkt am Differentialkorb 7 abzugreifen und über die
Hohlwelle 22 und die Getriebestufe 25 auf die
Ausgangswelle 19 zu übertragen.
Die Kupplung 37 ist als Lamellenkupplung gestaltet und
umfaßt
neben den Innenlamellen 36 hierzu abwechselnd angeordnete Außenlamellen 38,
die gegenüber
dem Gehäuse 18 drehfest
gehalten sind. Das aus Außenlamellen 38 und
Innenlamellen 36 bestehende Lamellenpaket ist gegen das
Gehäuse 18 axial
abgestützt
an einer Stützfläche 41 und
wird von einer Axialverstellvorrichtung 42 betätigt. Die
Axialverstellvorrichtung 42 ist als Kugelrampenanordnung
gestaltet und umfaßt zwei
Scheiben 43, 44, die relativ zueinander drehbar sind
und die in Umfangsrichtung tiefenveränderliche Paare von Kugelrillen 45, 46 zur
Aufnahme von Kugeln 47 aufweisen. Die eine der beiden Scheiben
ist als Stützscheibe 43 gestaltet,
die gegenüber
dem Gehäuse 18 axial
abgestützt
ist. Die andere der beiden Scheiben ist als Stellscheibe 44 gestaltet,
die gegenüber
der Stützscheibe 43 verdreht
werden kann und axial verschiebbar ist, um das Lamellenpaket über ein
Axiallager 48 und eine Druckplatte 49 mit einer
Axialkraft zu beaufschlagen. So wird die Kupplung 37 geschlossen,
so daß das
Trägerelement 32 gegenüber dem
Gehäuse 18 abgebremst
wird. Die Kugelrampenanordnung 42 wird mittels eines Elektromotors 52 über eine
Ritzelwelle 53 angesteuert, die im Gehäuse 18 drehbar gelagert
ist. Die Ritzelwelle 53 hat eine Verzahnung 54,
die in eine Gegenverzahnung 55 an der Stellscheibe 44 kämmend eingreift.
Der Elektromotor 52 wird von einer nicht dargestellten
elektronischen Regeleinrichtung angesteuert, die zum Regeln der
Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs dient.
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Wie
insbesondere aus den 4 bis 6 hervorgeht,
sind die Planetenräder 27 auf
Zapfen 39 in dem Trägerelement 32 mittels
Nadellagern 40 drehbar aufgenommen. Das Trägerelement 32 ist korbförmig gestaltet
und nach außen
hin weitestgehend geschlossen ist. Es ist aus zwei napfförmigen Umformteilen 57, 58 aus
Blech hergestellt, die nach dem Einsetzen der Planetenräder 27 und
der Sonnenräder 26, 28 miteinander
fest verbunden, insbesondere verschweißt sind. Dabei bildet das Trägerelement 32 gemeinsam
mit den Planetenrädern 27, den
Sonnenrädern 26, 28 und
der Hohlwelle 22 eine vormontierbare Baugruppe 56,
die einfach auf die Ausgangswelle 19 aufgeschoben wird.
Es ist ersichtlich, daß das
Trägerelement 32 an
seiner Außenumfangsfläche 34 Eingriffsmittel 35 hat,
in die Innenlamellen 36 einer Kupplung 37 zur
Drehmomentübertragung
eingreifen können.
Die beiden napfförmigen Trägerteile 57, 58 haben
jeweils axiale Bohrungen 59, in die die Zapfen 39 eingesteckt
sind. Weiterhin ist die umlaufende Schweißnaht 60 ersichtlich,
welche die bei den Trägerteile 57, 58 miteinander
verbindet. Zum Einlaß von
Schmiermittel in das Trägerelement 32 sind
in der Außenumfangsfläche 34 radiale Durchbrüche 62 vorgesehen,
durch die Schmiermittel aus dem Innenraum des Gehäuses 18 in
den Innenraum des Trägerelements 32 gelangen
kann. In dem Trägerelement 32 sind
radiale reibmindernde Anlaufscheiben 50, 51 vorgesehen,
gegen die sich die Planetenräder 27 und
die Sonnenräder 26, 28 axial
abstützen
können.
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5 zeigt
eine Variante für
eine Getriebestufe 25. Diese entspricht hinsichtlich ihres
Aufbaus und ihrer Funktionsweise derjenigen aus 4,
auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird. Gleiche Bauteile
sind daher mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die vorliegende
Ausführungsform kennzeichnet
sich dadurch, daß die
Verzahnungsbereiche 29, 30 nahtlos aneinander
anschließen,
d. h. die Planetenräder 27 haben
eine durchgehende Verzahnung. Dies ist besonders günstig da
ein zusätzlicher
Fertigungsschritt entfallen kann. Die Planetenräder 27 sind aufgrund
der einen durchgehenden Verzahnung kostengünstig herstellbar.
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Die
Variante nach den 7 und 8, die im
folgenden gemeinsam beschrieben werden, entspricht hinsichtlich
ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise ebenfalls derjenigen aus 4,
auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird. Gleiche Bauteile
sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Abgewandelte Bauteile
sind mit um zwei gestrichenen Bezugsziffern versehen. Die vorliegende
Getriebestufe 25'' ist dadurch
gekennzeichnet, daß das
Trägerelement 32'' insgesamt einen kleineren Durchmesser
hat und in seiner Außenumfangsfläche Durchbrüche 66 aufweist,
durch die die Planetenräder 27'' nach radial außen hindurchtreten. Zum Lagern
der Planetenräder 27'' hat das Trägerelement 32'' radiale Vorsprünge 67, an denen hülsenförmige Ansätze 68 zur
Aufnahme eines Lagers 40 vorgesehen sind. Die Planetenräder 27'' sind massiv einstückig gestaltet
und haben entgegengesetzt gerichtete Zapfen 69, die in
den Lagern 40 aufgenommen sind. Wie auch bei der obigen
Ausführungsform
ist das vorliegende Trägerelement 32'' aus zwei Korbteilen 57'', 58'' zusammengesetzt.
Die vorliegende Ausführungsform
hat den Vorteil, daß die
gesamte Baugruppe einen kleineren Durchmesser hat. Die Eingriffmittel 35'' zum drehfesten Aufnehmen der Innenlamellen
sind innerhalb des größten Außendurchmessers der
Planetenräder 27'' angeordnet.
-
9 zeigt
eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung
zur variablen Drehmomentverteilung. Diese entspricht hinsichtlich
ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise weitestgehend derjenigen
aus 2, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen
wird. Gleiche Bauteile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Abgewandelte Bauteile sind mit um drei gestrichenen Bezugsziffern
versehen. Im Unterschied zur obigen Ausführungsform sind die zwei Getriebestufen 25''' vorliegend
als Stehgetriebe gestaltet, d. h. die zugehörigen Planetenräder 27''' sind
auf stehenden Wellen 70 drehbar gelagert. Da die Getriebestufen
gleich aufgebaut sind, wird im folgenden nur eine beschrieben. Das
erste Sonnenrad 26 ist mit dem Differentialkorb 7 drehfest
verbunden und das zweite Sonnenrad 28 ist über die
Kupplung 37 mit der Ausgangswelle 19 koppelbar.
Dabei ist ein Außenlamellenträger 71 der
Kupplung 37 mit dem zweiten Sonnenrad 28 drehfest
verbunden, während
ein Innenlamellenträger 72 der
Kupplung 37 mit der Ausgangswelle 19 drehfest
verbunden ist. Die Planetenräder 27''',
die mit dem ersten Sonnenrad 26 und dem zweiten Sonnenrad 28 in
Verzahnungseingriff sind, entsprechen der in 4 bzw. 5 gezeigten Ausführungsform.
Auch hier haben die Planetenräder 27''' eine
durchgehende Verzahnung bzw. zwei Verzahnungsbereiche 29, 30 mit übereinstimmender Verzahnung;
die beiden Sonnenräder 26, 28 haben relativ
zueinander profilverschobene Verzahnungen mit unterschiedlichen
Zähnezahlen,
wobei sie zu den Planetenrädern
den gleichen Achsabstand aufweisen. Die Übersetzung wird durch die Profilverschiebung
der beiden Sonnenräder 26, 28 zueinander
bewirkt. Die Zähnezahlen
der Sonnenräder 26, 28 sind so
gewählt,
daß eine Übersetzung
ins Schnelle erfolgt, d. h. der Außenlamellenträger 71 der
Kupplung 37 schneller dreht als die Ausgangswelle 19.
Durch Schließen
der Kupplung 37 kann auf die entsprechende Ausgangswelle 19 somit
ein erhöhtes
Drehmoment übertragen
werden.
-
10 zeigt
eine dritte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung
zur variablen Drehmomentverteilung. Diese entspricht hinsichtlich
ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise weitestgehend derjenigen
aus 9, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen
wird. Gleiche Bauteile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Unterschied zur Ausführungsform
nach 9 sind vorliegend die Kupplungen 37''' zwischen den
Differentialkorb 7 und die Getriebestu fen 25''' geschaltet.
Dabei ist ein Innenlamellenträger 72 der Kupplung 37''' mit
dem Differentialkorb 7 drehfest verbunden, während der
Außenlamellenträger 71 mit dem
ersten Sonnenrad 26 drehfest verbunden ist. Die beiden
Getriebestufen 25''' sind als Stehgetriebe gestaltet,
d. h. die zugehörigen
Planetenräder 27''' sind
auf stehenden Wellen 70 drehbar gelagert. Das erste Sonnenrad 26 ist über die
Kupplung 37 mit dem Differentialkorb 7 koppelbar,
während
das zweite Sonnenrad 28 mit der Ausgangswelle drehfest
verbunden ist. Die Planetenräder 27''',
die mit dem ersten Sonnenrad 26 und dem zweiten Sonnenrad 28 in Verzahnungseingriff
sind, entsprechen der in 4 bzw. 5 gezeigten
Ausführungsform.
Auch hier haben die Planetenräder 27''' eine
durchgehende Verzahnung bzw. zwei Verzahnungsbereiche 29, 30 mit übereinstimmender
Verzahnung. Die beiden Sonnenräder 26, 28,
die zu den Planetenrädern
den gleichen Achsabstand haben, weisen zueinander profilverschobene
Verzahnungen mit unterschiedlichen Zähnezahlen auf. Die Übersetzung
wird durch die Profilverschiebung der beiden Sonnenräder 26, 28 zueinander
bewirkt. Die Zähnezahlen
der Sonnenräder 26, 28 sind
so gewählt,
daß eine Übersetzung
ins Schnelle erfolgt, d. h. der Außenlamellenträger 71 der
Kupplung 37 schneller dreht als die Ausgangswelle 19.
Durch Schließen
der Kupplung 37 kann auf die entsprechende Ausgangswelle 19 somit
ein erhöhtes
Drehmoment übertragen
werden.
-
- 1
- Getriebeanordnung
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Differentialgetriebe
- 4
- Differentialgehäuse
- 5
- erstes
Getriebemodul
- 6
- zweites
Getriebemodul
- 7
- Differentialkorb
- 8
- Wälzlager
- 9
- Wälzlager
- 10
- Ausgleichsrad
- 11
- Kegelrad
- 12
- Zapfen
- 13
- Seitenwellenrad
- 14
- Seitenwellenrad
- 15
- Anlaufscheibe
- 16
- Anlaufscheibe
- 17
- Tellerrad
- 18
- Gehäuse
- 19
- erste
Welle
- 20
- Wälzlager
- 21
- Flansch
- 22
- zweite
Welle
- 23
- Dichtkappe
- 24
- Dichtring
- 25
- Getriebestufe
- 26
- erstes
Sonnenrad
- 27
- Planetenrad
- 28
- zweites
Sonnenrad
- 29
- Verzahnungsabschnitt
- 30
- Verzahnungsabschnitt
- 31
- Axiallager
- 32
- Trägerelement
- 33
- Nut
- 34
- Außenumfangsfläche
- 35
- Eingriffmittel
- 36
- Innenlamellen
- 37
- Kupplung
- 38
- Außenlamellen
- 39
- Zapfen
- 40
- Nadellager
- 41
- Stützfläche
- 42
- Axialverstellvorrichtung
- 43
- erste
Scheibe/Stützscheibe
- 44
- zweite
Scheibe/Stellscheibe
- 45
- Kugelrille
- 46
- Kugelrille
- 47
- Kugel
- 48
- Axiallager
- 49
- Druckplatte
- 52
- Elektromotor
- 53
- Ritzelwelle
- 54
- Übersetzungsstufe
- 55
- Verzahnung
- 56
- Baugruppe
- 57
- Trägerteil
- 58
- Trägerteil
- 59
- Bohrung
- 60
- Schweißnaht
- 66
- Durchbruch
- 67
- Vorsprung
- 68
- Ansatz
- 69
- Zapfen
- 70
- stehende
Welle
- 71
- Außenlamellenträger
- 72
- Innenlamellenträger
- A
- Längsachse
- B
- Drehachse
- C
- Achsabstand