DE102007010982B4

DE102007010982B4 - Getriebemodul zur variablen Drehmomentverteilung

Info

Publication number: DE102007010982B4
Application number: DE200710010982
Authority: DE
Inventors: Theodor Dipl.-Ing. Gaßmann
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2007-03-05
Filing date: 2007-03-05
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2027-03-06
Also published as: DE102007010982A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebemodul 2 zur variablen Drehmomentverteilung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Das Getriebemodul 2 umfasst eine erste Welle 3, die um eine erste Drehachse A drehend antreibbar ist, eine hierzu koaxiale zweite Welle 4, die um die erste Drehachse A drehend antreibbar ist, sowie eine Getriebestufe 5 und eine Reibungskupplung 6, die in Reihe geschaltet sind und gemeinsam einen Antriebsstrang zum antriebsmäßigen Verbinden der ersten Welle 3 und der zweiten Welle 4 bilden; die Getriebestufe 5 umfasst ein zur ersten Drehachse A koaxiales inneres Tellerrad 34 mit einer ersten Zähnezahl, ein hierzu koaxiales äußeres Tellerrad 32 mit einer zur ersten Zähnezahl unterschiedlichen zweiten Zähnezahl sowie ein Ringrad 33, das auf einer zur ersten Drehachse A winkligen zweiten Drehachse B drehbar gelagert ist und mit dem ersten Tellerrad 34 und dem zweiten Tellerrad 32 in Verzahnungseingriff ist. Die Erfindung betrifft weiter eine Differentialanordnung 53 mit zumindest einem erfindungsgemäßen Getriebemodul 2.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebemodul für eine Differentialanordnung zur variablen Drehmomentverteilung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs sowie eine Differentialanordnung mit einem solchen Getriebemodul.
Differentialanordnungen zur variablen Drehmomentverteilung sind bereits hinlänglich bekannt. Üblicherweise sind sie Teil eines Systems zur Regelung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs, das im Stand der Technik auch als aktives Gierregelungssystem AYC ('Active Yaw Control') beschrieben wird. Derartige Systeme sind in der Lage, das Gierverhalten des Kraftfahrzeugs zu erkennen und mittels dynamischer Drehmomentverteilung zwischen den Antriebsrädern bedarfsweise zu steuern. Durch die variable Verteilung des Antriebsdrehmoments zwischen allen angetriebenen Rädern wird ermöglicht, das Verhalten des Kraftfahrzeugs bei Kurvenfahrt aktiv zu kontrollieren und die Fahrstabilität ohne Einbußen der Fahrdynamik zu erhöhen.
Es sind bereits Differentialanordnungen zur variablen Drehmomentverteilung bekannt. Diese umfassen jeweils ein Differential, das in einem primären Antriebsstrang Drehmoment vom Eingang auf die Ausgänge verteilt, sowie eine Getriebestufe mit Kupplung, die in einem parallelen sekundären Antriebsstrang ein vorher vom Eingang abgezweigtes Drehmoment auf eine der beiden Ausgänge zusätzlich übertragen kann.
In der DE 10 2005 004 291 A1 sind unterschiedliche Konzepte von Differentialanordnungen zur variablen Drehmomentverteilung beschrieben, nämlich zum einen eine Differentialanordnung mit umlaufender Getriebestufe und stehender Kupplung; und zum anderen eine Differentialanordnung mit stehender Getriebestufe und umlaufender Kupplung.
Aus der DE 10 2005 004 290 A1 sind verschiedene Anwendungsbeispiele für den Einsatz von Getriebemodulen zur variablen Drehmomentverteilung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs beschrieben, nämlich beispielsweise an einem Mittendifferential zur variablen Drehmomentverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse oder an einem Achsdifferential zur variablen Drehmomentverteilung zwischen den Antriebsrädern einer Achse.
Aus der WO 2006/114331 A1 ist eine Differentialgetriebeeinheit mit aktiver Steuerung der Momentenverteilung bekannt. Diese umfaßt ein Differentialgetriebe mit zwei Ausgangswellen und einem Differentialkorb. Jede der Ausgangswellen ist einer Reibungskupplung zugeordnet, deren Primärteil mit dem Differentialkorb und deren Sekundärteil mit der zugehörigen Ausgangswelle antriebsverbunden ist. Um eine leichte und kleine Einheit zu erhalten, umgibt die Kupplung die zugeordnete Ausgangswelle und ihre Mittenachse ist bezüglich der Mittenachse der zugeordneten Ausgangswelle versetzt. Ferner hat der die zugeordnete Ausgangswelle umgebende Sekundärteil der Kupplung einen Zahnkranz mit Innenverzahnung, der mit einem Zahnrad auf der zugeordneten Ausgangswelle kämmt.
Generell ist die Drehmomentübertragung über ein Rädergetriebe mit Leistungsverlusten, beispielsweise aufgrund von Reibung an den Zahneingriffsflanken oder Planschverhalten der Räder im Schmiermittelbad, verbunden. Weiterhin erfordern technisch komplexe Getriebesysteme einen hohen Fertigungs- und Montageaufwand, der sich negativ auf die Herstellungskosten auswirkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebemodul für eine Differentialanordnung zur variablen Drehmomentverteilung vorzuschlagen, das einfach aufgebaut ist, eine geringe Verlustleistung hat und sich kostengünstig herstellen läßt. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Differentialanordnung zur variablen Drehmomentverteilung mit einem solchen Getriebemodul vorzuschlagen.
Eine erfindungsgemäße Lösung liegt in einem Getriebemodul zur variablen Drehmomentverteilung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend eine erste Welle, die um eine erste Drehachse drehend antreibbar ist; eine hierzu koaxiale zweite Welle, die um die erste Drehachse drehend antreibbar ist; eine Getriebestufe und eine Reibungskupplung, die in Reihe geschaltet sind und gemeinsam einen Antriebsstrang zum antriebsmäßigen Verbinden der ersten Welle und der zweiten Welle bilden; wobei die Getriebestufe ein zur ersten Drehachse koaxiales inneres Tellerrad, ein hierzu koaxiales äußeres Tellerrad, das eine von der Zähnezahl Z1 des äußeren Tellerrads abweichende Zähnezahl Z3 aufweist, sowie ein Ringrad umfaßt, das auf einer zur ersten Drehachse winkligen zweiten Drehachse drehbar gelagert ist und mit dem ersten Tellerrad und dem zweiten Tellerrad kämmt. Dabei ist der Verzahnungs eingriff zwischen dem Ringrad und den beiden Tellerrädern nur in einem einseitigen Umfangsteilbereich. An der – im Längsschnitt betrachtet – in Bezug auf die Drehachsen gegenüberliegenden Seite ist das Ringrad nicht mit den Tellerrädern in Eingriff, so daß die Räder sich relativ zueinander drehen können.
Das erfindungsgemäße Getriebemodul bietet den Vorteil eines einfach Aufbaus, was sich günstig auf die Herstellungskosten auswirkt, und einer geringen Verlustleistung, was sich günstig auf den Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs auswirkt. Es sind je Getriebestufe lediglich ein Ringrad und zwei Tellerräder erforderlich. Die Verwendung eines Ringrads, das mit beiden Tellerrädern gleichzeitig kämmt, ist besonders günstig, da ein hoher Überdeckungsgrad im Zahneingriffsbereich erzielt wird. So sind jeweils eine Vielzahl von Zähnen der jeweils zwischen dem Ringrad und den Tellerrädern gebildeten Verzahnungspaarungen miteinander im Eingriff, so daß die Belastungen je Zahn gering sind. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Getriebemoduls besteht darin, daß der radiale Bauraum relativ klein ist und die Einheit kompakt baut. Das Getriebemodul ist vielseitig einsetzbar und kann beispielsweise in einem Achsdifferential zur variablen Drehmomentverteilung zwischen zwei Seitenwellen einer Antriebsachse verwendet werden. Alternativ oder in Ergänzung hierzu kann das Getriebemodul auch in einem Mittendifferential eines mehrachsgetriebenen Kraftfahrzeugs verwendet werden, wobei es zur variablen Drehmomentverteilung zwischen der Vorderachse und der Hinterachse dient.
Die Reibungskupplung ist vorzugsweise in Form einer Lamellenkupplung gestaltet, die einen Außenlamellenträger und einen Innenlamellenträger aufweist. Dabei lassen sich je nach Zuordnung der Lamellenträger unterschiedliche Ausführungsformen des Getriebemoduls realisieren. In jedem Fall ist einer der beiden Lamellenträger mit einem der beiden Tellerräder drehfest verbunden, während der andere Lamellenträger mit einer der beiden Antriebswellen drehfest verbunden ist. Die andere Antriebswelle ist dabei mit dem anderen Tellerrad drehfest verbunden. Die Lamellenkupplung wird über eine extern ansteuerbare Axialverstellvorrichtung betätigt, wobei die mit unterschiedlicher Relativdrehzahl zueinander drehenden Lamellenträger, je nach Bedarf des Fahrdynamikzustands, aneinander angekoppelt oder voneinander abgekoppelt werden.
Nach einer ersten Ausführungsform, bei der der Innenlamellenträger mit der zweiten Welle drehfest verbunden ist, ist das innere Tellerrad mit der ersten Welle drehfest verbunden. Durch Betätigung der Reibungskupplung wird das äußere Tellerrad, das drehfest mit dem Außenlamellenträger verbunden ist, mit der zweiten Welle antriebsverbunden. Die Reibungskupplung ist der Getriebestufe vorgeschaltet, das heißt die Drehmomentübertragung erfolgt bei geschlossener Kupplung von der zweiten Welle über den Innenlamellenträger, den Außenlamellenträger, das äußere Tellerrad, das Ringrad und das innere Tellerrad auf die erste Weile.
Nach einer zweiten Ausführungsform, bei der der Innenlamellenträger mit der ersten Welle drehfest verbunden ist, ist das innere Tellerrad mit der zweiten Welle drehfest verbunden. Durch Betätigung der Reibungskupplung wird das äußere Tellerrad, das drehfest mit dem Außenlamellenträger verbunden ist, mit der ersten Welle antriebsverbunden. Bei dieser Variante ist die Getriebestufe der Reibungskupplung vorgeschaltet, so daß das Drehmoment bei geschlossener Kupplung von der zweiten Welle über das innere Tellerrad, das Ringrad, das äußere Tellerrad, den Außenlamellenträger und den Innenlamellenträger auf die erste Welle übertragen wird.
Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, daß die Verzahnungen des ersten Tellerrads und des zweiten Tellerrads Kopfkreislinien aufweisen, die gemeinsam einen Kegelmantel aufspannen. Dabei kann es sich bei den Verzahnungen der beiden Tellerräder um Kegelradverzahnungen oder um konische Verzahnungen, insbesondere Kronenradverzahnungen, handeln. Das Ringrad weist eine zu den Verzahnungen der beiden Tellerräder komplementäre Verzahnungen auf, das heißt insbesondere Kegel- oder Kronenradverzahnungen. Bei Verwendung eines Ringrads mit Kronenradverzahnung sind Zahnkopflinien und Zahnfußlinien vorzugsweise radial zur zweiten Drehachse ausgerichtet.
Nach einer ersten Ausgestaltung hat das Ringrad einen äußeren ersten Verzahnungsbereich, der mit dem äußeren Tellerrad in Eingriff ist, und einen inneren zweiten Verzahnungsbereich, der mit dem inneren Tellerrad in Eingriff ist. Dabei können die beiden Verzahnungsbereiche unterschiedliche Verzahnungen mit unterschiedli chen Zähnezahlen aufweisen, so daß das äußere und das innere Tellerrad mit unterschiedlicher Drehzahl um die erste Drehachse drehen. Nach einer hierzu alternativen Ausgestaltung haben die beiden Verzahnungsbereiche eine übereinstimmende Verzahnung. Die Drehzahldifferenz zwischen dem inneren und äußeren Tellerrad wird durch die unterschiedliche Zähnezahlen der beiden Tellerräder bzw. des Ringrads erreicht. Der Vorteil der übereinstimmenden Verzahnungsbereiche des Ringrads liegt in einer hohen Genauigkeit des Verzahnungseingriffs mit den hiermit kämmenden Tellerrädern. Dabei ist es besonders günstig, wenn die zwei Verzahnungsbereiche des Ringrads nahtlos aneinander anschließen, das heißt eine einzige gemeinsame durchgehende Verzahnung bilden. So können beide Verzahnungsbereiche gemeinsam hergestellt werden, was sich günstig auf die Herstellungskosten auswirkt.
Die Zähnezahlen des ersten und zweiten Tellerrads sind derart gewählt, daß eine von eins abweichende Übersetzung von 0,85 bis 1,15 erzeugt wird. Auf diese Weise läßt sich ein ergänzendes bzw. reduziertes Drehmoment von ± 15% auf die entsprechende Antriebswelle übertragen. Vorzugsweise wird vom äußeren Tellerrad auf das innere Tellerrad eine Übersetzung ins Schnelle erzeugt. Hierfür ist die Zähnezahl des äußeren Tellerrads Z1 größer als die Zähnezahl Z3 des inneren Tellerrads. Durch diese Ausgestaltung kann unmittelbar dem mit der ersten Antriebswelle verbundenen inneren Tellerrad ein zusätzliches Drehmoment aufgeprägt werden. Es ist jedoch auch eine Untersetzung ins Langsame möglich.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist das innere Tellerrad radial innerhalb des äußeren Tellerrads angeordnet und relativ zu diesem drehbar gelagert, so daß sich ein kompakter Aufbau ergibt. Dabei ist das äußere Tellerrad mittels eines Radiallagers auf einer Außenumfangsfläche des inneren Tellerrads drehbar gelagert. Zum axialen Abstützen ist ein Axiallager vorgesehen, über das sich das äußere Tellerrad an einer Radialfläche des inneren Tellerrads abstützt.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Ringrad zumindest mittelbar auf einem Lageransatz des Gehäuses um die zweite Drehachse drehbar gelagert. Die Lagerung kann beispielsweise mittels eines Wälzlagers bewerkstelligt werden. Die zweite Drehachse schneidet die erste Drehachse unter einem Winkel von vorzugs weise 5° bis 30°. So ist unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Zähnezahlen der beiden Tellerräder gewährleistet, daß diese relativ zueinander drehen können. Das Ringrad und die beiden Tellerräder weisen jeweils eine zentrale Öffnung auf, durch die die erste Antriebswelle hindurchgeführt ist.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Axialverstellvorrichtung zum Betätigen der Reibungskupplung vorgesehen. Diese kann beispielsweise in Form einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit gestaltet sein. Der Kolben ist vorzugsweise ringförmig gestaltet und sitzt in einer nach außen abgedichteten Ringkammer im Gehäuse ein. Der Ringkolben beaufschlagt das Lamellenpaket über ein zwischengeschaltetes Axiallager. Alternativ zur hydraulischen Betätigung der Reibungskupplung kann die Axialverstellvorrichtung auch in Form einer an sich bekannten Kugelrampenanordnung gestaltet sein, die zwei auf der ersten Drehachse zentrierte Scheiben und axial zwischen den Scheiben gehaltene Kugeln umfaßt. Dabei ist eine der Scheiben gegenüber dem Gehäuse axial abgestützt und die andere ist axial verschiebbar.
Eine weitergehende Lösung der obengenannten Aufgabe besteht in einer Differentialanordnung zur variablen Drehmomentverteilung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs; die Differentialanordnung umfaßt ein Differentialgetriebe mit einem um eine ersten Drehachse drehend antreibbaren Differentialkorb, mit Ausgleichsrädern, die in dem Differentialkorb drehbar gehalten sind und gemeinsam mit diesem um die erste Drehachse umlaufen, sowie mit zwei auf der ersten Drehachse drehbar gelagerten Seitenwellenrädern, die mit den Ausgleichsrädern kämmen; die Differentialanordnung umfaßt ferner zumindest ein Getriebemodul nach einer der obengenannten Ausführungsformen, wobei die zweite Welle mit dem Differentialkorb drehfest verbunden ist und wobei die erste Welle mit einem der beiden Seitenwellenräder drehfest verbunden ist. Die Differentialanordnung kann als Achsdifferential eines ein- oder mehrachsgetriebenen Kraftfahrzeugs und/oder als Mittendifferential eines mehrachsgetriebenen Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt
1 ein erfindungsgemäßes Getriebemodul nach einer ersten Ausführungsform im Längsschnitt;
2 eine erfindungsgemäße Differentialanordnung (teilweise) mit einem erfindungsgemäßen Getriebemodul auch 1 im Längsschnitt;
3 die Differentialanordnung aus 2 als Prinzipdarstellung;
4 eine erfindungsgemäße Differentialanordnung mit zwei erfindungsgemäßen Getriebemodulen in einer zweiten Ausführungsform als Prinzipdarstellung.
Die 1 bis 3 werden im folgenden gemeinsam beschrieben.
1 zeigt ein Getriebemodul 2, das eine erste Welle in Form einer Antriebswelle 3, eine koaxial zur ersten Welle drehbar gelagerte zweite Welle in Form einer Hohlwelle 4, eine im Drehmomentfluß zwischen der Antriebswelle 3 und der Hohlwelle 4 liegende Getriebestufe 5 sowie eine Reibungskupplung 6 zum antriebsmäßigen Verbinden der beiden Wellen 3, 4 miteinander umfaßt. Die Antriebswelle 3 ist mittels eines Wälzlagers 7 in einem Gehäuse 8 des Getriebemoduls 2 drehbar gelagert und mittels eines Wellendichtrings 9 gegenüber diesem abgedichtet. Ausgangsseitig hat die Antriebswelle 3 einen Flansch 10 zum Verbinden mit einer zugehörigen hier nicht dargestellten Seitenwelle des Kraftfahrzeugs.
Das Getriebemodul 2 wird über eine Flanschverbindung 12 an ein Differentialgehäuse 14 eines hier nicht dargestellten Differentialgetriebes angeschraubt. Dabei wird die Antriebswelle 3 über eine hier nicht dargestellte Längsverzahnung mit einem Seitenwellenrad des Differentialgetriebes drehfest verbunden. Die Hohlwelle 4 ist als Hülsenansatz 13 des Differentialkorbs ausgebildet, der relativ zum Differentialgehäuse 14 mittels eines Wälzlagers 15 drehbar gelagert ist.
Zur Betätigung der Reibungskupplung 6 ist eine Axialverstellvorrichtung 17 vorgesehen, die in Form einer hydraulisch betätigten Kolben-Zylinder-Einheit gestaltet ist.
Diese umfaßt einen ringförmigen Kolben 18, der in einer Ringkammer 19 des Differentialgehäuses 14 einsitzt und mittels Dichtringen 20, 22 gegenüber dieser abgedichtet ist. Beim Druckbeaufschlagen der Ringkammer 19 mit einem hydraulischen Medium wird der Kolben 18 in Richtung zur Reibungskupplung 6 verschoben. Dabei wird die Reibungskupplung 6 über ein axial zwischengeschaltetes Axiallager 24 und eine Druckplatte 25 axial beaufschlagt.
Die Reibungskupplung 6 umfaßt ein erstes Kupplungsteil in Form eines Innenlamellenträgers 26 sowie ein relativ hierzu drehbares zweites Kupplungsteil in Form eines Außenlamellenträgers 27. Mit dem Innenlamellenträger 26, der mit der Hohlwelle 4 über eine Längsverzahnung 16 drehfest verbunden ist, sind Innenlamellen axial beweglich und drehfest verbunden. Der Außenlamellenträger 27, in dem Außenlamellen axial beweglich und drehfest gehalten sind, ist mit dem äußeren Tellerrad 32 der Getriebestufe 5 drehfest verbunden. Die Außenlamellen und Innenlamellen sind axial abwechselnd angeordnet und bilden gemeinsam ein Lamellenpaket 23. In dem Innenlamellenträger können hier nicht dargestellte Federmittel angeordnet sein, die gegen den Innenlamellenträger 26 axial abgestützt sind und die Druckplatte 25 der Wirkrichtung der Kolben-Zylinder-Einheit entgegenwirkend beaufschlagen. Die Federmittel dienen somit zur Rückstellung, so daß die Reibungskupplung bei unbetätigter Kolben-Zylinder-Einheit gelüftet wird. Der Außenlamellenträger 27 ist topfförmig gestaltet und umfaßt einen Boden 28, der als Stützfläche für das Lamellenpaket 23 dient. Weiterhin ist der Außenlamellenträger 27 fest mit dem äußeren Tellerrad 32 der Getriebestufe 5 verbunden, wobei herkömmliche Befestigungsarten wie beispielsweise Schweißen in Frage kommen.
Die Getriebestufe 5 umfaßt neben dem äußeren ersten Tellerrad 32 ein hiermit kämmendes Ringrad 33 sowie ein mit dem Ringrad 33 kämmendes inneres zweites Tellerrad 34, das koaxial innerhalb des ersten Tellerrads 32 angeordnet ist. Dabei befindet sich der Verzahnungseingriff zwischen dem Ringrad 33 und den beiden Tellerrädern 32, 34 nur in einem Umfangsteilabschnitt, das heißt im Längsschnitt betrachtet nur auf einer Seite der Drehachse. So wird eine Relativdrehung der Räder 32, 33, 34 zueinander ermöglicht. Das erste Tellerrad 32 hat radial außen eine umlaufende Ausnehmung 31, auf der der Außenlamellenträger 27 aufgeschoben und fixiert ist.
An seiner stirnseitigen, der Reibungskupplung 6 abgewandten Seite hat das erste Tellerrad 32 eine innere Ausnehmung 29, in der das innere zweite Tellerrad 34 aufgenommen ist, so daß sich ein kompakter Aufbau ergibt. Dabei ist das äußere Tellerrad 32 gegenüber dem inneren Tellerrad 34 mittels Lagermitteln um die erste Drehachse A drehbar gelagert. Das innere Tellerrad 34 hat eine hülsenförmige Nabe 36, die über eine Längsverzahnung 35 mit der ersten Welle 3 zur Drehmomentübertragung drehfest verbunden ist. Stirnseitig hat die Nabe 36 einen axialen Vorsprung 37, der gegen einen Lagerinnenring des Wälzlagers 7 axial abgestützt ist. Die Nabe 36 bildet eine außenzylindrische Lagerfläche, auf der das äußere Tellerrad 32 mittels eines Radiallagers 38 drehbar gelagert ist. Weiter hat das innere Tellerrad 34 eine rückwärtige Radialfläche, gegen die das äußere Tellerrad 32 über ein Axiallager 39 axial abgestützt ist. Kupplungseitig ist das Tellerrad 32 über ein weiteres Axiallager 40 gegenüber dem Innenlamellenträger 26 abgestützt, der wiederum über einen Sicherungsring auf der Hohlwelle 4 fixiert ist.
Es ist ersichtlich, daß das erste Tellerrad 32 und das zweite Tellerrad 34 Kopfkreislinien aufweisen, die jeweils auf einem Kegelmantel liegen. Die durch die Flankenlinien der Verzahnungen aufgespannten Kegelmäntel der beiden Tellerräder 32, 34 decken sich. Die Verzahnungen der beiden Tellerräder 32, 43 können in Form von Kegelradverzahnungen oder konischen Verzahnungen, insbesondere Kronenradverzahnungen, gestaltet sein. Das Ringrad 33 hat zwei Verzahnungsbereiche 41, 42 mit übereinstimmender Verzahnung, von denen der äußere Verzahnungsbereich 41 mit dem äußeren Tellerrad 32 und der innere Verzahnungsbereich 42 mit dem inneren Tellerrad 34 kämmend in Eingriff ist. Die Verzahnungen der beiden Verzahnungsbereiche 41, 42 sind zu den Verzahnungen der beiden Tellerräder 32, 34 komplementär gestaltet, das heißt als Kegelradverzahnungen oder Kronenradverzahnungen. Vorliegend hat das Ringrad 33 eine Kronenradverzahnung, bei der die Zahnkopflinien und Zahnfußlinien radial zur Drehachse B des Ringrads 33 ausgerichtet sind.
Um eine Drehzahlübersetzung zwischen den beiden Tellerrädern 32, 34 zu erreichen, haben diese unterschiedliche Zähnezahlen. Dabei sind die Zähnezahlen der Tellerräder 32, 34 so gewählt, daß zwischen der Hohlwelle 4 und der Antriebswelle 3 ein Drehzahlunterschied von bis zu 15% erreicht wird. Im vorliegenden Fall wird vom äußeren Tellerrad 32 auf das innere Tellerrad 34 eine Übersetzung ins Schnelle erzeugt. Hierfür ist die Zähnezahl Z1 des äußeren Tellerrads 32 kleiner als die Zähnezahl Z2 des Ringrads 33 und größer als die Zähnezahl Z3 des inneren Tellerrads 34. Dabei liegt das Zähnezahlverhältnis Z1 zu Z3 insbesondere zwischen 1,1 und 1,12.
Das Ringrad 33 ist mittels eines Wälzlagers 51 auf einem Lageransatz 52 des Modulgehäuses 8 auf einer die erste Drehachse A winklig schneidenden zweiten Drehachse B drehbar gelagert. Hieraus ergibt sich, daß die Tellerräder 32, 34 nur in einem Teilumfangsbereich mit dem Ringrad 33 kämmen, was in der oberen Bildhälfte erkennbar ist. Die zweite Drehachse B schneidet die erste Drehachse A unter einem Winkel von vorzugsweise 5° bis 30°. So ist unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Zähnezahlen der beiden Tellerräder 32, 34 gewährleistet, daß diese relativ zueinander drehen können. Das Ringrad 33 und die beiden Tellerräder 32, 34 weisen jeweils eine zentrale Öffnung auf, welche die erste Antriebswelle 3 durchdringt.
Die Funktionsweise des Getriebemoduls 2 ist wie folgt. Bei geöffneter Reibungskupplung 6 dreht der über die Hohlwelle 4 mit dem Differentialkorb 13 drehfest verbundene Innenlamellenträger 26 schneller als der über die Getriebestufe 5 mit der Antriebswelle 3 antriebsverbundene Außenlamellenträger 27. Wird die Reibungskupplung 6 durch Betätigen der Axialverstellvorrichtung 17 geschlossen, wird ein zusätzliches Drehmoment direkt vom Differentialkorb 13 abgegriffen und über die Reibungskupplung 6 und die Getriebestufe 5 in die Antriebswelle 3 eingeleitet. Dieser zusätzliche Drehmomentfluß ist in 1 anhand von Pfeilen dargestellt. Das Schließen der Kupplung 6 bewirkt somit eine asymmetrische Drehmomentverteilung zwischen den beiden Ausgangswellen 3, 3' des Differentialgetriebes, so daß die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs in bestimmten Fahrzuständen erhöht wird.
Die 2 und 3, die im folgenden gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine erfindungsgemäße Differentialanordnung 53 zur variablen Drehmomentverteilung zwischen zwei Seitenwellen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Differentialanordnung 53 ist symmetrisch aufgebaut und umfaßt ein Differentialgetriebe 43 mit zwei erfindungsgemäßen Getriebemodulen gemäß 1, die seitlich bzw. axial benachbart zum Differentialgetriebe 43 angeordnet sind. Die beiden Getriebemodulen 2, 2' entsprechen einander und werden daher gemeinsam beschrieben, wobei Bauteile des rechten Getriebemoduls 2' mit um eins gestrichenen Indizes versehen sind. Weiterhin entsprechen die beiden Getriebemodule 2, 2' hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise demjenigen nach 1, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in 1. In 2 ist das rechte Getriebemodul nicht dargestellt, und in 3 sind die zur Betätigung der Reibungskupplungen 6, 6' erforderlichen Axialverstellvorrichtungen nicht gezeigt.
Das Differentialgetriebe 43 umfaßt einen Differentialkorb 44, an dem ein Tellerrad 45 zur Drehmomenteinleitung über eine Schraubverbindung angebracht ist. Das Tellerrad 45 wird von einer Ritzelwelle 55 angetrieben, die über ein Wälzlager 56 in dem Differentialgehäuse 14 drehbar gelagert ist. Der Differentialkorb 44 hat zwei hülsenförmige Ansätze 13, 13', mit denen er im Differentialgehäuse 14 mittels der Wälzlager 15, 15' um die erste Drehachse A drehbar gelagert ist. Im Differentialkorb 44 sind mehrere Ausgleichsräder 46 auf einem zur Drehachse A senkrechten Zapfen 49 drehbar gelagert, die gemeinsam mit dem Differentialkorb 44 umlaufen. Der Zapfen 49 ist mit dem Differentialkorb 44 über einen Stiftverbindung fixiert. Mit den Ausgleichsrädern 46 sind zwei Seitenwellenräder 47, 47' in Verzahnungseingriff, die zur Drehmomentübertragung auf die jeweilige Antriebswelle 3, 3' des Getriebemoduls 2, 2' dienen. Die Seitenwellenräder 47, 47' sind mit der jeweiligen Antriebswelle 3, 3' über Längsverzahnungen 54, 54' drehfest verbunden und mittels Sicherungsringen 55, 55' axial befestigt. Die Seitenwellenräder 47, 47' sind über die in den Hülsenansätzen 13, 13' drehbar gelagerten Antriebswellen 3, 3' mittelbar gegenüber dem Differentialkorb 44 auf der Drehachse A drehbar gelagert. Zur axialen Abstützung sind zwischen den rückwärtigen Flächen der Seitenwellenräder 47, 47' und dem Differentialkorb 44 Anlaufscheiben 48, 48' vorgesehen.
4 zeigt eine Getriebeanordnung 53₂ in einer weiteren Ausführungsform, die hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise derjenigen gemäß 3 weitgehend entspricht. Insofern wird auf obige Beschreibung Bezug genommen, wobei einander entsprechende Bauteile mit gleichen und abgewandelte Bauteile mit Bezugsziffern mit um zwei tiefergestellten Indizes versehen sind. Da die beiden Getriebemodule 2₂ , 2₂' einander entsprechen, werden diese im folgenden gemeinsam beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß das innere Tellerrad 34, 34' mit dem Differentialkorb 44 drehfest verbunden ist und daß das äußere Tellerrad 32, 32' über die Reibungskupplung 6, 6' mit der Antriebswelle 3, 3' koppelbar ist. Dabei ist der Außenlamellenträger 27, 27' der Reibungskupplung 6, 6' mit dem äußeren Tellerrad 32, 32' drehfest verbunden, während der Innenlamellenträger 26, 26' mit der Ausgangswelle 3, 3' drehfest verbunden ist. Es ist ersichtlich, daß die Ringräder 33, 33' jeweils zwei Verzahnungsbereiche 41, 42; 41', 42' aufweisen. Die Zähnezahlen der Tellerräder 32, 34; 32', 34' bzw. der hiermit kämmenden Ringräder 33, 33' sind so gestaltet, daß eine Übersetzung ins Schnelle erfolgt, das heißt der Außenlamellenträger 27, 27' schneller dreht als die Antriebswelle 3, 3'. Durch Schließen der Reibungskupplung 6, 6' kann somit ein erhöhtes Drehmoment auf die zugehörige Antriebswelle 3, 3' übertragen werden als auf die entgegengesetzt gerichtete Antriebswelle 3', 3. Es ist ersichtlich, daß bei der vorliegenden Ausführungsform die Getriebestufen 5, 5' den zugehörigen Reibungskupplungen 6, 6' vorgeschaltet sind. Dabei sind die Ringräder 33, 33' gegenüber der das Getriebemodul 2, 2' vom Differentialgetriebe räumlich trennenden Gehäusewand 14, 14' auf der zweiten Drehachse B drehbar gelagert.

2: Getriebemodul
3: Antriebswelle
4: Hohlwelle
5: Getriebestufe
6: Reibungskupplung
7: Wälzlager
8: Modulgehäuse
9: Dichtring
10: Flansch
12: Flanschverbindung
13: Ansatz
14: Differentialgehäuse
15: Wälzlager
16: Längsverzahnung
17: Axialverstellvorrichtung
18: Kolben
19: Zylinder
20: Dichtring
22: Dichtring
23: Lamellenpaket
24: Axiallager
25: Druckplatte
26: Innenlamellenträger
27: Außenlamellenträger
28: Boden
29: Ausnehmung
30: Trägerelement
31: Ausnehmung
32: erstes Tellerrad
33: Ringrad
34: zweites Tellerrad
35: Längsverzahnung
36: Nabe
37: Vorsprung
38: Wälzlager
39: Wälzlager
40: Wälzlager
41: erster Verzahnungsbereich
42: zweiter Verzahnungsbereich
43: Differentialgetriebe
44: Differentialkorb
45: Tellerrad
46: Ausgleichsrad
47: Seitenwellenrad
48: Anlaufscheibe
49: Zapfen
51: Wälzlager
52: Lageransatz
53: Differentialanordnung
54: Längsverzahnung
55: Ritzelwelle
56: Wälzlager
A: erste Drehachse
B: zweite Drehachse
Z: Zähnezahl

Claims

Getriebemodul (2) zur variablen Drehmomentverteilung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine erste Welle (3), die um eine erste Drehachse (A) drehend antreibbar ist; eine hierzu koaxiale zweite Welle (4), die um die erste Drehachse (A) drehend antreibbar ist; eine Getriebestufe (5) und eine Reibungskupplung (6), die in Reihe geschaltet sind und gemeinsam einen Antriebsstrang zum antriebsmäßigen Verbinden der ersten Welle (3) und der zweiten Welle (4) bilden; wobei die Getriebestufe (5) ein zur ersten Drehachse (A) koaxiales äußeres Tellerrad (32), ein hierzu koaxiales inneres Tellerrad (34), das eine von der Zähnezahl (Z1) des äußeren Tellerrads (32) abweichende Zähnezahl (Z3) aufweist, sowie ein Ringrad (33) umfaßt, das auf einer zur ersten Drehachse (A) winkligen zweiten Drehachse (B) drehbar gelagert ist und mit dem inneren Tellerrad (34) und dem äußeren Tellerrad (32) in Verzahnungseingriff ist.
Getriebemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungskupplung (6) in Form einer Lamellenkupplung gestaltet ist, die einen Außenlamellenträger (27) aufweist, der mit einem der beiden Tellerräder (34, 32) drehfest verbunden ist, und einen Innenlamellenträger (26), der mit einer der beiden Wellen (3, 4) drehfest verbunden ist.
Getriebemodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenlamellenträger (27) mit dem äußeren Tellerrad (32) drehfest verbunden ist und der Innenlamellenträger (26) mit der zweiten Welle (4) drehfest verbunden ist, wobei durch Betätigung der Reibungskupplung (6) das äußere Tellerrad (32) mit der zweiten Welle (4) antriebsverbunden wird.
Getriebemodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenlamellenträger (27) mit dem äußeren Tellerrad (32) drehfest verbunden ist und der Innenlamellenträger (26) mit der ersten Welle (3) drehfest verbunden ist, wobei durch Betätigung der Reibungskupplung (6) das äußere Tellerrad (32) mit der ersten Welle (3) antriebsverbunden wird.
Getriebemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen des inneren Tellerrads (34) und des äußeren Tellerrads (32) Kopfkreislinien aufweisen, die gemeinsam einen Kegelmantel aufspannen.
Getriebemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringrad (33) eine einheitliche Verzahnung aufweist, die mit den Verzahnungen des inneren Tellerrads (34) und des äußeren Tellerrads (32) kämmt.
Getriebemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringrad (33) zwei Verzahnungsbereiche aufweist, von denen einer mit der Verzahnung des inneren Tellerrads (34) und der andere mit der Verzahnung des äußeren Tellerrads (32) kämmt.
Getriebemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung des Ringrads (33) in Form einer Kronenradverzahnung gestaltet ist, und daß die Verzahnungen des inneren und äußeren Tellerrads (32, 34) konisch sind.
Getriebemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung des Ringrads (33) und die Verzahnungen des inneren und äußeren Tellerrads (32, 34) kegelig sind.
Getriebemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähnezahl (Z3) des inneren Tellerrads (34) und die Zähnezahl (Z1) des äußeren Tellerrads (32) derart gewählt sind, daß eine von eins abweichende Übersetzung von 0,85 bis 1,15 zwischen den beiden Tellerrädern (34, 32) erzeugt wird.
Getriebemodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähnezahl (2) des Ringrads (33) größer ist als die Zähnezahl (Z1) des äußeren Tellerrads (32).
Getriebemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Tellerrad (32) zumindest mittelbar auf einer Lagerfläche des inneren Tellerrads (34) drehbar gelagert ist.
Getriebemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringrad (33) eine zentrale Öffnung aufweist, welche die erste Welle (3) durchdringt.
Getriebemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringrad (33) zumindest mittelbar auf einem Lageransatz (52) des Gehäuses (8) auf der zweiten Drehachse (B) gelagert ist.
Getriebemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Axialverstellvorrichtung (17) zur Betätigung der Reibungskupplung (6) vorgesehen ist.
Getriebemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Tellerrad (32) mittels Lagermitteln (38, 39) gegenüber dem inneren Tellerrad (34) drehbar gelagert ist.
Differentialanordnung (53) zur variablen Drehmomentverteilung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Differentialgetriebe (43) mit einem um eine ersten Drehachse (A) drehend antreibbaren Differentialkorb (44), mit Ausgleichsrädern (46), die in dem Differentialkorb (44) drehbar gehalten sind und gemeinsam mit diesem um die erste Drehachse (A) umlaufen, sowie mit zwei auf der ersten Drehachse (A) drehbar gelagerten Seitenwellenrädern (47), die mit den Ausgleichsrädern (46) kämmen; und zumindest ein Getriebemodul (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die zweite Welle (4) mit dem Differentialkorb (44) drehfest verbunden ist und wobei die erste Welle (3) mit einem der beiden Seitenwellenräder (47) drehfest verbunden ist.