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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe mit einer Differentialeinheit,
einer ersten Ausgangswelle, die mit einem Teil der Differentialeinheit drehfest
ist, einer zweiten Ausgangswelle, die mit einem anderen Teil der
Differentialeinheit drehfest ist, einer Getriebeanordnung und einer
Kupplung, wobei mit Hilfe der Kupplung ein Drehmomentpfad zwischen
der ersten Ausgangswelle und der zweiten Ausgangswelle zuschaltbar
ist.
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Für
moderne Antriebsstrange (z. B. Allradantriebsstränge) sind
so genannte "Active-Yaw" oder "Torque Vectoring" (TV)-Systeme bekannt.
Mit einem TV-System wird die Giergeschwindigkeit des Fahrzeuges
aktiv gesteuert, wobei die Antriebsmomente ungleich auf die Räder
verteilt werden können. Dadurch kann mehr Antriebsmoment
beispielsweise zum kurvenäußeren Rad gelenkt werden,
so dass bei normalen Fahrbedingungen ein übersteuerndes
Verhalten eingestellt werden kann.
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Herkömmliche
Differentialgetriebe umfassen ein Ausgleichsgetriebe oder Differential,
das die Drehzahlunterschiede ausgleicht. Das Differential kann vorhandene
Drehzahlunterschiede nicht allein vergrößern.
Insbesondere benötigt das Differentialgetriebe eine Vielzahl
von zusätzlichen Komponenten, um den Drehzahlunterschied
zu vergrößern (d. h. mehr Antriebsmoment auf ein
bestimmtes Rad zu übertragen).
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Die
DE 39 00 638 C2 offenbart
ein Getriebe nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe vorzusehen, das
in einem TV-System verwendbar ist, um ein vereinfachtes TV-System
zu bilden.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Getriebe mit den
Merkmalen des Anspruchs 1.
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Das
erfindungsgemäße Getriebe weist eine Differentialeinheit,
eine erste Ausgangswelle, die mit der Differentialeinheit drehfest
ist, eine zweite Ausgangswelle, die drehfest mit der Differentialeinheit
ist, eine Getriebeanordnung und eine Kupplung auf, wobei mit Hilfe
der Kupplung ein Drehmomentpfad zwischen der ersten Ausgangswelle
und der zweiten Ausgangswelle zuschaltbar ist. Die Getriebeanordnung
umfasst ein erstes Tellerrad, das drehfest mit der ersten Ausgangswelle
verbunden ist, ein zweites Tellerrad, das drehfest mit der Kupplung
verbunden ist, und ein Zwischenrad, das zwischen den ersten und
den zweiten Tellerrädern angeordnet ist und das auf einer
Seite mit dem ersten Tellerrad und auf einer anderen Seite mit dem
zweiten Tellerrad kämmt.
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Das
Getriebe der Erfindung liefert eine geringe Unter- oder Übersetzung
eines Drehmoments. Da die Tellerräder und das Zwischenrad
spanlos gefertigt werden können, ergibt sich gegenüber
dem bislang für die Unter- oder Übersetzung ins
Schnellere verwendeten Planetenradsatz ein Kostenvorteil. Zudem
können die Komponenten der Getriebeanordnung koaxial mit
der zweiten Ausgangswelle der Differentialeinheit angeordnet werden.
Somit benötigt das Getriebe der Erfindung weniger Bauraum
innerhalb eines Fahrzeuges.
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Zudem
werden alle Drehmomente auf größtmöglichen
Radien, somit kleinen Umfangskräften mit geringen spezifischen
Belastungen, bei gegebe nem Einbauraum umgesetzt. Somit sind die
Verzahnungskräfte kleiner als mit herkömmlichen
TV-Getrieben, wobei die Lagerbelastungen geringer sind. Deshalb ist
die Lebensdauer der unterstützenden Lager verbessert.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform steht das Zwischenrad
schräg zu einer Drehachse der Tellerräder, wobei
ein Mittelpunkt des Zwischenrades um einen Abstand von der Drehachse
versetzt ist. Dadurch kämmt das Zwischenrad mit den Tellerrädern,
obwohl das erste Tellerrad einen ersten Radius aufweist, der größer
als ein zweiter Radius des zweiten Tellerrades ist. Somit umfasst
das erste Tellerrad mehr Zähne als das zweite Tellerrad,
um die geringe Unter- oder Übersetzung des Drehmoments zu
erreichen.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Zähnezahlen
auf beiden Seiten des Zwischenrades gleich. Dadurch wird die Herstellung
des Zwischenrades einfacher als bei ungleicher Zähnezahl
der beiden Seiten.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung,
der Zeichnung und den Unteransprüchen beschrieben.
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Die
Erfindung wird im Folgenden lediglich beispielhaft anhand der Zeichnungen
beschrieben; in diesen zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs, der
mit einer Differentialeinheit ausgerüstet ist;
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2 eine
schematische Schnittdarstellung einer Differentialeinheit, die eine
Getriebeanordnung umfasst;
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3 eine
schematische Teilschnittdarstellung der Getriebeanordnung; und
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4 eine
Schnittdarstellung eines Abschnitts eines Ausführungsbeispiels
eines Getriebes.
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In 1 ist
eine schematische Darstellung eines beispielhaften Fahrzeugantriebsstrangs 10 gezeigt,
der einen Antrieb 12 umfasst, welcher eine Kraftübertragungsstrecke 16,
einen Motor 18 und ein Getriebe 20 umfasst. Die
Kraftübertragungsstrecke 16 umfasst eine Kardanwelle 28,
die durch das Getriebe 20 angetrieben wird, und ein Paar
Achswellen 30, das mit einem Paar Räder 32 verbunden
ist, sowie eine Differentialeinheit 34, die wirksam ist,
um ein Antriebsdrehmoment von der Kardanwelle 28 zu einer
oder beiden Achswelle/n 30 zu übertragen. Obwohl
die vorliegende Erfindung auf einen Fahrzeugantriebsstrang mit Heckantrieb
gerichtet ist, kann die Erfindung mit einem Fahrzeugantriebsstrang
mit einem Vorder- und/oder Heckantrieb verwendet werden.
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Eine
Steuereinheit 40 steuert den Betrieb der Differentialeinheit 34 auf
Grundlage einer Vielzahl von Fahrzeugparametern, um ein so genanntes "torque-vectoring"
(TV-Betrieb) zu ermöglichen. Die Steuereinheit 40 ist
mit zumindest einem Sensor und vorzugsweise einer Vielzahl von Sensoren
elektronisch verbunden. Beispielhafte Sensoren umfassen einen Giergeschwindigkeitssensor 42,
Raddrehzahlsensoren 44, einen Lenkradwinkelsensor (nicht gezeigt)
und/oder einen Lenkwinkelsensor (nicht gezeigt). Andere Sensoren
umfassen Seiten- und Längsbeschleunigungssensoren (nicht
gezeigt). Die Sensoren erfassen eine Vielzahl von Betriebszuständen,
z. B. die Giergeschwindigkeit des Fahrzeuges und die Drehzahl jedes
Rades 32. Die Steuereinheit 40 bearbeitet das
Signal oder die Signale und er zeugt ein Differentialsteuersignal,
wobei zumindest ein Aktuator auf Grundlage des Differentialsteuersignals
angesteuert wird, um mehr Antriebsmoment zum entsprechenden Rad 32 zu übertragen.
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Unter
Bezugnahme auf 2 werden nun die Komponenten
der Differentialeinheit 34 beschrieben. Die Differentialeinheit 34 umfasst
ein nur teilweise dargestelltes Differentialgehäuse 50,
das ein Ausgleichsgetriebe 52 und Getriebe 53 beinhaltet.
Jedes der Getriebe 53 weist eine Lamellenkupplung 54 mit einem
entsprechenden Aktuator 56 und eine Getriebeanordnung 58 auf.
Eine Antriebswelle 60, die drehfest mit der Kardanwelle 28 verbunden
ist, ist in dem Differentialgehäuse 50 drehbar
gelagert. Abtriebswellen 64, die drehfest mit den Achswellen 30 verbunden
sind, sind in dem Differentialgehäuse 50 drehbar
gelagert. Die Abtriebswellen 64 drehen sich um eine Achse
A. Ein Antriebskegelrad 70 ist an einem Ende der Antriebswelle 60 ausgebildet.
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Das
Ausgleichsgetriebe 52 ist in dem Differentialgehäuse 50 drehbar
gelagert und umfasst eine Tragtrommel 74, zwei Kegelradsätze
(Kegelräder 76A, 76B; 78A, 78B)
und ein Tellerrad 80, das an der Tragtrommel 74 befestigt
ist und mit dem Antriebskegelrad 70 in Eingriff steht,
so dass eine angetriebene Drehung der Kardanwelle 28 eine
Drehung des Ausgleichgetriebes 52 bewirkt. Die Kegelräder 76A, 76B sind
mit einer entsprechenden Abtriebswelle 64 drehfest verbunden.
Bei dem Ausgleichsgetriebe 52 erfolgt der Antrieb über
die Tragtrommel 74 auf die einander gegenüberliegenden
Kegelräder 76A, 768; 78A, 78B.
Bei Geradeausfahrt drehen die Kegelräder 76A, 76B; 78A, 78B sich
nicht relativ zu einander. Das gesamte Ausgleichsgetriebe 52 läuft
als Block um und überträgt das Drehmoment gleichmäßig
auf die beiden Abtriebswellen 64. Erst bei Drehzahlunterschieden
(z. B. bei Kurvenfahrt) zwischen den beiden Abtriebswellen 64 drehen
sich die beiden Kegelräder 76A, 76B entgegengesetzt
in der Tragtrommel 74, um das Drehmoment grundsätzlich
gleichmäßig auf beide Abtriebswellen 64 zu
verteilen.
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Wie
nachstehend noch näher erläutert wird, kann durch
Betätigung wenigstens einer der Lamellenkupplungen 54 erfindungsgemäß ein
zusätzliches Drehmoment auf eine der beiden Abtriebswellen 64 übertragen
werden, um die Antriebsmomente ungleich auf die Räder 32 zu
verteilen. Hierdurch wird über die Tragtrommel 74 und
die betreffende Lamellenkupplung 54 ein Antriebsmoment
gezielt an dem eigentlichen Ausgleichsgetriebe 52 (Kegelräder 76A, 76B)
vorbei auf die jeweilige Abtriebswelle 64 übertragen.
Selbstverständlich kann das erwähnte Ausgleichsgetriebe 52 auch
durch ein anderes Ausgleichsgetriebe (z. B. ein Planetenradsatz-Differential)
ersetzt werden.
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Jede
der Lamellenkupplungen 54 umfasst einen Kupplungskorb 90,
der drehfest mit der Getriebeanordnung 58 verbunden ist,
und eine Kupplungsnabe 92, die drehfest mit der Abtriebswelle 64 verbunden
ist. Der Kupplungskorb 90 ist mit einem ersten Lamellensatz 94 verbunden
und die Kupplungsnabe 92 ist mit einem zweiten Lamellensatz 96 verbunden, wobei
die Lamellen der Lamellensätze 94, 96 ineinander
greifen. Die Lamellen der Lamellensätze 94, 96 sind
zur Übertragung eines Moments so aneinander anpressbar,
dass zwischen den Lamellen der Lamellensätze 94, 96 eine
Kraft übertragen wird.
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Bezüglich
der 2 und 3, umfasst jede der Getriebeanordnungen 58 ein
erstes Tellerrad 100, ein zweites Tellerrad 102 und
ein planradähnliches Zwischenrad 104. Das erste
Tellerrad 100 ist über eine Hohlwelle 106 drehfest
mit der Tragtrommel 74 verbunden. Das zweite Tellerrad 102 ist
drehfest mit dem Kupplungskorb 90 verbunden. Das Zwischenrad 104 ist
zwischen den ersten und den zweiten Tellerrädern 100, 102 angeord net.
Es besitzt seitliche Verzahnungen, über die das Zwischenrad 104 auf
einer Seite mit dem ersten Tellerrad 100 und auf der anderen
Seite mit dem zweiten Tellerrad 102 kämmt. Insbesondere
ist das Zwischenrad 104 drehbar um eine Achse B gelagert,
wobei die Achse B die Achse A unter einem Winkel θ kreuzt,
d. h. das Zwischenrad 104 steht schräg zu den
Tellerrädern 100, 102. Die Lagerung des
Zwischenrades 104 erfolgt am Innendurchmesser oder am Außendurchmesser des
Zwischenrads 104. Vorzugsweise werden die Verzahnungen
der Räder 100, 102, 104 durch
Umformen und Kalibrierung einbaufertig hergestellt.
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Das
erste Tellerrad 100 weist einen ersten Radius (r1) auf, der größer als
ein zweiter Radius (r2) des zweiten Tellerrades 102 ist.
Somit umfasst das erste Tellerrad 100 mehr Zähne
als das zweite Tellerrad 102 (Übersetzung ins
Schnelle). Vorzugsweise hat das Zwischenrad 104 die gleiche
Zahnzahl auf der ersten und zweiten Seite. Der Mittelpunkt C des Zwischenrads 104 ist
um einen Abstand X von der Achse A versetzt. Somit erfolgt ein Eingriff
des Zwischenrads 104 mit dem ersten Tellerrad 100 und
dem zweiten Tellerrad 102.
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Die
Getriebeanordnung 58 ermöglicht eine geringe Unter-
oder Übersetzung von einem Drehmoment, das durch die Getriebeanordnung 58 übertragen
wird. Insbesondere definieren die Tellerräder 100, 102 und
das Zwischenrad 104 einen Drehmomentpfad DP durch die gesamte
Getriebeanordnung 58. Da das erste Tellerrad 100 größer
ist als das zweite Tellerrad 102, gibt es eine Drehmomentuntersetzung
vom ersten Tellerrad 100 zum zweiten Tellerrad 102.
Entsprechend gibt es eine Drehmomentübersetzung vom zweiten
Tellerrad 102 zum ersten Tellerrad 100.
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Unter
Bezugnahme auf 4 wird ein bestimmtes Ausführungsbeispiel
des Getriebes 53 näher erläutert. Das
erste Tellerrad 100 ist drehfest mit tels einer Verzahnung
mit der Hohlwelle 106 verbunden. Das Getriebe 53 umfasst
ferner eine Nabe 108, die die Hohlwelle 106 umgibt
und starr mit dem Gehäuse 50 verbunden ist. Das
Zwischenrad 104 ist am Innendurchmesser mittels eines Lagers 110 drehbar an
der Nabe 108 gelagert. Obwohl der Aktuator 56 als
ein bekannter mechanischer Kugelrampen-Aktuator dargestellt ist,
kann ein herkömmlicher hydraulischer Aktuator verwendet
werden. Ein Flansch 112 ist drehfest mit der Abtriebswelle 64 verbunden
und sieht eine Verbindung zwischen der Abtriebswelle 64 und
der entsprechenden Achswelle 30 vor.
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Der
Aktuator 56 erzeugt eine Anpresskraft, um die Lamellen
der Lamellensätze 94, 96 aneinander anzupressen
und hierdurch zusätzlich zu der Kraftübertragung über
die Tragtrommel 74 und die Kegelräder 76A, 76B; 78A, 78B eine
Kraftübertragung über die Tragtrommel 74,
die Getriebeanordnung 58 und die Lamellenkupplung 54 an
eine der Abtriebswellen 64 zu erreichen. Wie oben erwähnt, sind
die Aktuatoren 56 auf Grundlage der Steuersignale von der
Steuereinheit 40 ansteuerbar, um einen TV-Betrieb zu ermöglichen.
Somit kann mehr Antriebsmoment beispielsweise zum kurvenäußeren Rad 32 gelenkt
werden, so dass bei normalen Fahrbedingungen ein übersteuerndes
Verhalten eingestellt werden kann.
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- 10
- Fahrzeugantriebsstrang
- 12
- Antrieb
- 16
- Kraftübertragungsstrecke
- 18
- Motor
- 20
- Getriebe
- 28
- Kardanwelle
- 30
- Achswelle
- 32
- Rad
- 34
- Differentialeinheit
- 40
- Steuereinheit
- 42
- Giergeschwindigkeitssensor
- 44
- Raddrehzahlsensor
- 50
- Differentialgehäuse
- 52
- Ausgleichsgetriebe
- 53
- Getriebe
- 54
- Lamellenkupplung
- 56
- Aktuator
- 58
- Getriebeanordnung
- 60
- Antriebswelle
- 64
- Abtriebswelle
- 70
- Antriebskegelrad
- 74
- Tragtrommel
- 76A,
76B
- Kegelräder
- 78A,
78B
- Kegelräder
- 80
- Tellerrad
- 90
- Kupplungskorb
- 92
- Kupplungsnabe
- 94,
96
- Reiblamellen
- 100,
102
- Tellerräder
- 104
- Zwischenrad
- 106
- Hohlwelle
- 108
- Nabe
- 110
- Lager
- 112
- Flansch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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