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Gegenstand der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Differentialanordnung zur gesteuerten Verteilung eines Antriebsmomentes auf zwei Räder einer ersten angetriebenen Achse, umfassend
- - ein Differential mit einem von einem Antriebselement rotierend antreibbaren Differentialkorb, und einem in dem Differentialkorb angeordneten Planetengetriebe, dessen Hohlrad mit dem Differentialkorb umläuft und dessen Sonnenrad und Planetenträger jeweils mit einer von zwei einander axial benachbarten Ausgangswellen verbunden ist, wobei der Differentialkorb einen zu einer der Ausgangswellen koaxialen Verlängerungsbereich aufweist,
- - eine Hohlradübersetzungsstufe, umfassend ein mit dem Verlängerungsbereich des Differentialkorbes verbundenes Eingangsstirnrad, ein achsparallel exzentrisch versetztes Hohlrad, das mit dem Eingangsstirnrad kämmt, und ein ebenfalls mit dem Hohlrad kämmendes Ausgangsstirnrad,
- - eine steuerbare Querkupplungsanordnung, die über die Hohlradübersetzungsstufe mit dem Verlängerungsbereich des Differentialkorbes gekoppelt ist und mittels der ein mit dem Ausgangsstirnrad gekoppeltes Eingangs-Reibelement selektiv mit zwei Ausgangsreibelementen, die mit je einer der Ausgangswellen gekoppelt sind, gesteuert kuppelbar ist.
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Stand der Technik
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Derartige Differentialanordnungen sind bekannt aus der
DE 10 2006 008 236 A1 . Sie stellen eine besonders vorteilhafte Ausbildung eines aktiven Momentenverteilungsgetriebes dar, die insbesondere zur Querverteilung des Antriebsmomentes auf die beiden Seiten einer angetriebenen Achse einsetzbar ist.
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Die eigentliche Verteilerwirkung erfolgt durch ein herkömmliches, als Planetengetriebe ausgebildetes Differential, dessen mit dem Differentialkorb verbundenes Hohlrad als Eingangselement und dessen Sonnenrad bzw. dessen Planetenträger als Ausgangselemente dienen. Die Ausgangselemente sind mit je einer Ausgangswelle verbunden, die sich entlang der Rotationsachse des Differentialkorbes in einander entgegengesetzte Richtungen erstrecken. Axial versetzt zu dem Differential befindet sich eine als Kombination zweier Reibkupplungen ausgebildete Querkupplungsanordnung. Ein Kupplungskorb, der zwei erste Sätze von Kupplungslamellen trägt, rotiert gekoppelt mit dem Differentialkorb. Zwei zweite Sätze von Reiblamellen, die mit je einem der ersten Sätze von Reiblamellen wechselwirken, sind mit je einer der Ausgangswellen des Differentials gekoppelt, insbesondere mit je einem von dessen Ausgangselementen verbunden. Bei einer typischen Auslegung trägt die mit dem Sonnenrad des Differentials verbundene Ausgangswelle einen der zweiten Sätze von Reibelementen der Querkupplungsanordnung. Dieser Lamellensatz ist somit unmittelbar mit einer Ausgangswelle des Differentials gekoppelt. Koaxial zu dieser Ausgangswelle ist eine Hohlwelle angeordnet, die mit dem Planetenträger des Differentials verbunden ist. Diese Hohlwelle trägt ebenfalls einen der zweiten Sätze von Reiblamellen der Querkupplungsanordnung. Diese sind somit mittelbar mit der sich in die andere Richtung des Differentials erstreckenden zweiten Ausgangswelle gekoppelt. Durch selektive, gesteuerte Betätigung der Querkupplungsanordnung, was im Ergebnis einer graduellen Kopplung zwischen dem Differentialkorb und den Ausgangswellen des Differentials entspricht, lässt sich das eingeleitete Moment gezielt auf die beiden Ausgangswellen verteilen.
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Um den durch die Querkupplungsanordnung erzeugten Reibungsverlust zu kompensieren, ist zwischen dem Differential und der Querkupplungsanordnung eine Übersetzungsstufe ins „Schnelle“ vorgesehen. Diese ist als eine Hohlradübersetzungsstufe ausgebildet. Eine mit dem Differentialkorb starr verbundene Welle, die hier als Verlängerungsbereich des Differentialkorbes bezeichnet wird und die koaxial zu der ersten Ausgangswelle angeordnet ist, trägt ein Stirnrad als Eingangselement der Hohlradübersetzungsstufe. Dieses Stirnrad kämmt mit einem ersten axialen Bereich eines achsparallel exzentrisch angeordneten Hohlrades größeren Durchmessers. Benachbart zu dem ersten axialen Bereich weist das Hohlrad einen zweiten axialen Bereich auf, der vorzugsweise einen anderen Durchmesser und eine andere Zähnezahl als der erste axiale Bereich aufweist. Mit diesem zweiten axialen Bereich kämmt ein zweites Stirnrad, welches mit dem Kupplungskorb der Querkupplungsanordnung verbunden ist. Es sind auch andere Ausgestaltungen der Hohlradübersetzungsstufe bekannt, bei denen beispielsweise keine unterschiedlichen Durchmesser der axialen Bereiche des Hohlrades vorgesehen sind.
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Aus der WO 2007/ 035 977 A2 ist eine Differentialanordnung bekannt, bei dem als Antrieb ein Winkeltrieb verwendet wird.
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Nachteilig bei der bekannten Differentialanordnung ist die Beschränkung ihres Einsatzes auf Fahrzeuge mit nur einer angetriebenen Achse. Dies resultiert in der Praxis aus dem nicht unerheblichen Bauraum, den die Anordnung benötigt und der folglich nicht mehr für ein Verteilergetriebe eines Vierradfahrzeuges zur Verfügung steht.
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Aufgabenstellung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Differentialanordnung derart weiterzubilden, dass sie bauraumoptimiert zum Einsatz in Vierradfahrzeugen geeignet ist.
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Darlegung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass an dem Verlängerungsbereich des Differentialkorbes ein mit diesem rotierendes Tellerrad angeordnet ist, welches zusammen mit einem mit ihm kämmenden Ritzel einen Winkeltrieb bildet, über den ein Moment zu einer zweiten angetriebenen Achse übertragbar ist.
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In der Praxis wird hierzu der Verlängerungsbereich des Differentialkorbes axial geringfügig vergrößert, sodass ein mit dem Differentialkorb umlaufendes und vorzugsweise zwischen dem Differential und der Hohlradübersetzungsstufe angeordnetes Tellerrad Platz findet. Dieses Tellerrad kämmt mit einem Ritzel, welches bevorzugt eine Kardanwelle antreibt, die das Antriebsmoment auf eine zweite angetriebene Achse überträgt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Kardanwelle einen Differentialkorb eines Querdifferentials der zweiten angetriebenen Achse antreibt. Besonders bevorzugt kann die Verteilergetriebeanordnung der zweiten angetriebenen Achse analog zu der oben geschilderten Verteilergetriebeanordnung der ersten angetriebenen Achse ausgebildet sein.
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Man beachte, dass die Begriffe „Tellerrad“ und „Ritzel“, wie sie hier im Zusammenhang mit dem Winkeltrieb verwendet werden, weit zu verstehen sind. Besonders bevorzugt sind beide Einheiten als Kegelräder ausgebildet. Alternativ ist auch eine Kronenrad/Stirnrad-Kombination denkbar, wobei beide Elemente geometrisch austauschbar sind.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist eine bauraumoptimierte Kombination der bekannten Getriebeanordnung mit einem Vierradantrieb eines Fahrzeugs möglich. Dabei ist es lediglich erforderlich, den Verlängerungsbereich des Differentialkorbs geringfügig axial zu strecken, um Platz für das erfindungsgemäße Tellerrad zu schaffen.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Verlängerungsbereich des Differentialkorbes modular aufgebaut ist, wobei der das Tellerrad tragende Bereich und der das Eingangsstirnrad der Hohlradübersetzungsstufe tragende Bereich als austauschbare Module ausgebildet sind. Hieraus ergibt sich der Vorteil eines Baukastensystems in der Serienfertigung. So können beispielsweise unter Beibehaltung aller wesentlichen Komponenten Serienfahrzeugvarianten mit und ohne aktive Querverteilung des Antriebsmomentes auf die erste angetriebene Achse sowie mit und ohne Vierradantrieb realisiert werden, wobei lediglich einzelne Module der Differentialkorbverlängerung ausgetauscht werden müssen. Dies stellt einen erheblichen Kostenvorteil für die Fertigung dar.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ritzel des Winkeltriebs mit einem Eingangselement einer benachbart angeordneten, steuerbaren Längskupplung verbunden ist, deren Ausgangselement mit einer mit der zweiten Achse gekoppelten Kardanwelle verbunden ist. Die Längskupplung ist vorzugsweise als Haldex-Kupplung ausgebildet. Typischerweise sind Vierradfahrzeuge zur gesteuerten Verteilung des Antriebsmomentes zwischen den angetriebenen Achsen mit einer Längskupplung, beispielsweise einer Haldex-Kupplung ausgestattet. Diese befindet sich üblicherweise in unmittelbarer Nähe des Differentials der zweiten angetriebenen Achse, d.h. im Ausgangsbereich der Kardanwelle. Dort sind auch ein eigenes Steuergerät sowie eine eigene Hydraulikanordnung zur Betätigung der Längskupplung vorgesehen. Die genannte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht nun eine Verlagerung der Längskupplung in die unmittelbare Nähe des Winkeltriebs, d.h. in den Eingangsbereich der Kardanwelle vor. Dies hat den Vorteil, dass für die Steuerung der Querkupplungsanordnung und der Längskupplung ein gemeinsames Steuergerät und/oder für die Betätigung der Längskupplung und der Querkupplungsanordnung eine gemeinsame Hydraulikanordnung verwendet werden können. Dies führt zu deutlichen Kosten-, wie auch Bauraum- und Gewichtsvorteilen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung sowie den Zeichnungen.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Differentialanord nu ng.
- 2 eine schematische Darstellung einer Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Differentialanordnung.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Differentialanordnung 10. Die Anordnung umfasst drei aus dem Stand der Technik bekannte Funktionselemente, nämlich ein Differential 12, eine Hohlradübersetzungsstufe 14 und eine Querkupplungsanordnung 16. Das Differential 12 umfasst einen Differentialkorb 18, der über eine Außenverzahnung 20 von einem nicht dargestellten Antriebselement rotierend antreibbar ist. Der Differentialkorb 18 weist eine Innenverzahnung auf, die als Hohlrad 22 eines Planetengetriebes wirkt. Das Planetengetriebe umfasst weiter einen Planetenträger 24, der miteinander verzahnte Doppelritzel 26 trägt. Jedes Doppelritzelpaar 26 kämmt einerseits mit dem Hohlrad 22 und andererseits mit dem Sonnenrad 28 des Planetengetriebes. Dabei kann eine beliebige Übersetzung realisiert werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle der Doppelritzel 26 Einzelritzel zu verwenden, sofern die erforderliche Übersetzung dargestellt und die resultierende Richtungsumkehr anderweitig kompensiert werden kann. Das Sonnenrad 28 ist mit einer ersten Ausgangswelle 30 des Differentials 12 verbunden. Der Planetenträger 24 ist mit einer zweiten Ausgangswelle 32 des Differentials 12 verbunden. Auf diese Weise kann eine passive Momentenverteilung des über die Eingangsverzahnung 20 eingeleiteten Momentes auf die beiden Ausgangswellen 30 und 32 erreicht werden.
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Um eine aktive Steuerung der Momentenverteilung zu erreichen, ist die Querkupplungsanordnung 16 vorgesehen. Diese umfasst einen mit dem Differentialkorb 18 gekoppelten Kupplungskorb 34, der zwei Sätze von Außenlamellen 36a, 36b trägt. Der erste Satz von Außenlamellen 36a wechselwirkt mit Innenlamellen 38a, die mit der Ausgangswelle 30 des Differentials 12 verbunden sind. Der zweite Satz von Außenlamellen 36b wechselwirkt mit Innenlamellen 38b, die von einer Hohlwelle 40 getragen sind, welche koaxial zu der Ausgangswelle 30 des Differentials 12 liegt und mit dem Planetenträger 24 des Differentials 12 verbunden ist. Somit besteht eine Verbindung der Innenlamellen 38b mit der Ausgangswelle 32. Durch selektive Steuerung der Querkupplungsanordnung 16 können somit die Ausgangswellen 30, 32 des Differentials 12 selektiv und graduell mit dem Differentialkorb 18 gekoppelt werden. Dies führt zu einer aktiven Steuerbarkeit der Momentenverteilung im Differential 12.
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Um den Reibungsverlust in der Querkupplungsanordnung 16 zu kompensieren ist der Differentialkorb 18 nicht direkt mit der Querkupplungsanordnung 16 verbunden. Vielmehr ist eine koaxial zu den Wellen 30 und 40 angeordnete Differentialkorbverlängerung 42 vorgesehen, welche an ihrem differentialfernen Ende ein Eingangstirnrad 44 aufweist, das als Eingangselement der Hohlradübersetzungsstufe 14 dient. Ausgangselement der Hohlradübersetzungsstufe 14 ist ein weiteres Ausgangsstirnrad 46, das mit dem Kupplungskorb 34 der Querkupplungsanordnung 16 verbunden ist. Gekoppelt ist das Eingangsstirnrad 44 mit dem Ausgangsstirnrad 46 mittels eines achsparallel exzentrisch versetzten Hohlrades 48, welches bei der dargestellten Ausführungsform zwei axiale Bereiche unterschiedlichen Durchmessers und unterschiedlicher Zähnezahl aufweist. Auf diese Weise wird eine Übersetzung zum „Schnellen“ hin realisiert.
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Weiter weist die Differentialkorbverlängerung 42 ein Tellerrad 50 auf, das bei der dargestellten Ausführungsform als Kegelrad großen Durchmessers ausgebildet ist, welches mit dem Differentialkorb 18 bzw. der Differentialkorbverlängerung 42 mitrotiert. Das Tellerrad 50 bildet das Eingangselement eines Winkeltriebes, der weiter ein bei der gezeigten Ausführungsform ebenfalls als Kegelrad ausgebildetes Ritzel 52 aufweist. Das Ritzel 52 ist mit einer Kardanwelle 54 verbunden, die das in sie eingeleitete Moment in nicht näher dargestellter Weise auf eine zweite angetriebene Achse des Fahrzeugs überträgt.
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2 zeigt eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung. In Ergänzung der in 1 dargestellten Ausführungsform weist diese Weiterbildung der Erfindung eine Längskupplung 56 auf, über die die Kardanwelle 54 mittelbar mit dem Ritzel 52 gekoppelt ist. Über diese Längskupplung 56 kann eine gesteuerte Momentenverteilung zwischen den angetriebenen Achsen des Fahrzeugs erfolgen. Die Längskupplung 56 kann als Haldex-Kupplung ausgeführt werden.
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Besonders vorteilhaft ist ein modularer Aufbau der Differentialkorbverlängerung 42. So kann die Differentialkorbverlängerung 42 aus mehreren austauschbaren Modulen bestehen, wobei beispielsweise das Tellerrad 50 und das Eingangsstirnrad 44 der Hohlradübersetzungsstufe auf koppelbaren, unterschiedlichen Modulen angeordnet sein können, die durch Alternativmodule ohne das jeweilige Zahnradelement ersetzt werden können. Auf diese Weise lassen sich bei der Serienfertigung bei im Übrigen im Wesentlichen gleichem Aufbau der Differentialanordnung leicht modellabhängige Varianten schaffen. Der aufwendigste Fall wäre dabei die in 2 dargestellte Variante mit aktiver Quer- und Längsverteilung des Antriebsmomentes bei Zweiachsantrieb. Die einfachste Variante wäre die passive Momentenverteilung beim Einachsantrieb. Dazwischen sind Varianten mit aktiver Momentenverteilung bei Einachsantrieb, passiver Momentenverteilung bei Zweiachsantrieb und teils passiver, teils aktiver Momentenverteilung bei Zweiachsantrieb möglich.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten anhand gegeben.
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Insbesondere sind die Dimensionierungen, die Wahl der Übersetzungsverhältnisse, die spezielle Art der Ansteuerung sowie die konkrete Art und Weise der Kupplungsbetätigungen vom Fachmann auf den jeweiligen Einzelfall abzustimmen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Differentialanordnung
- 12
- Differential
- 14
- Hohlradübersetzungsstufe
- 16
- Querkupplungsanordnung
- 18
- Differentialkorb
- 20
- Außenverzahnung
- 22
- Hohlrad
- 24
- Planetenträger
- 26
- Planetenräder
- 28
- Sonnenrad
- 30
- erste Ausgangswelle von 12
- 32
- zweite Ausgangswelle von 12
- 34
- Kupplungskorb
- 36a,b
- erste Lamellensätze von 16
- 38a,b
- zweite Lamellensätze von 16
- 40
- Hohlwelle
- 42
- Differentialkorbverlängerung
- 44
- Eingangsstirnrad von 14
- 46
- Ausgangsstirnrad von 14
- 48
- Hohlrad von 14
- 50
- Tellerrad
- 52
- Ritzel
- 54
- Kardanwelle
- 56
- Längskupplung
