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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit mit einem Antriebszahnrad,
einem von dem Antriebszahnrad angetriebenen Zwischenzahnrad und
einem von dem Zwischenzahnrad angetriebenen Abtriebszahnrad.
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Ein
derartige Anordnung aus Antriebszahnrad, Zwischenzahnrad und Abtriebszahnrad
kann als Versatztrieb und/oder zur Drehrichtungsumkehr dienen, beispielsweise
in einem Verteilergetriebe eines allradgetriebenen Kraftfahrzeugs.
Derartige Verteilergetriebe sind zum Beispiel in der
WO 2006/128533 A1 offenbart.
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Üblicherweise
ist das Zwischenzahnrad mittels geeigneter Wälzlager konzentrisch
zu seiner Mittelachse drehbar gelagert. Um auf das Zwischenzahnrad
einwirkende Kippmomente aufzunehmen und Taumelbewegungen des Zwischenzahnrads während
des Betriebs zu vermeiden, wird herkömmlicherweise ein
Satz von vorgespannten Kegelrollenlagern zur Lagerung verwendet.
Aufgrund der Vorspannung kommt es jedoch zu relativ hohen Reibungsverlusten
und somit zu einer Verringerung des Wirkungsgrads. Ferner muss das
Zwischenzahnrad je nach Anwendung relativ groß ausgebildet
sein. Dies verschlechtert den Wirkungsgrad weiter und erhöht
unerwünschterweise das Trägheitsmoment und das
Gewicht der Getriebeeinheit.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, bei einer Getriebeeinheit der genannten
Art eine Verbesserung hinsichtlich der Lagerung, des Gewichts und des
Wirkungsgrads zu erzielen.
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Die
Aufgabe wird durch eine Getriebeeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und insbesondere dadurch gelöst, dass das Zwischenzahnrad
mittels einer Laufrolle gelagert ist, deren Rotationsachse bezüglich
der Rotationsachse des Zwischenzahnrads exzentrisch angeordnet ist.
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Eine
exzentrische Anordnung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die
Rotationsachsen parallel versetzt zueinander angeordnet sind. Eine derartige
exzentrische Lagerung des Zwischenzahnrads kann den Wirkungsgrad
der Getriebeeinheit verbessern und gleichzeitig deren Gesamtgewicht
reduzieren. Kippmomente können besser axial abgestützt werden,
da sich der Lagerungspunkt näher am Außenumfang
des Zwischenzahnrads befindet und somit die Hebelwirkung des Kippmoments
geringer ist. Ein Abwälzen mittels einer Laufrolle kann
die Reibungsverluste gegenüber einer Lagerung mittels vorgespannten
Kegelrollenlagern verringern.
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Vorteilhafte
Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der
Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
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Vorzugsweise
ist die Rotationsachse der Laufrolle derart exzentrisch angeordnet,
dass die Laufrolle das Zwischenzahnrad sowohl in Richtung des Antriebszahnrads
als auch in Richtung des Abtriebszahnrads stützt. Insbesondere
kann die Laufrolle das Zwischenrad gegen das Antriebszahnrad und gegen
das Abtriebszahnrad vorspannen, d. h. es kann eine permanente radiale
Kraftbeaufschlagung vorgesehen sein. Das Zwischenzahnrad wird von
der Laufrolle also jeweils in einer radialen Richtung bezogen auf
die Rotationsachse des Zwischenzahnrads sowohl gegen das Antriebszahnrad
als auch gegen das Abtriebszahnrad gedrückt, sodass sich
ein Kräftedreieck ergibt. Das Zwischenzahnrad ist an dem Antriebszahnrad
und an dem Abtriebszahnrad abgestützt und folglich insgesamt
radial fest gelagert.
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Vorzugsweise
ist die Rotationsachse der Laufrolle bezüglich der Rotationsachse
des Zwischenzahnrads in Richtung einer Ebene versetzt, welche die
Rotationsachse des Antriebszahnrads und die Rotationsachse des Abtriebszahnrads
enthält. Hierdurch kann das Zwischenzahnrad gegen das Antriebszahnrad
und das Abtriebszahnrad radial gelagert werden, und das Zwischenzahnrad
kann symmetrisch an dem Antriebszahnrad und dem Abtriebszahnrad
abgestützt sein.
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Die
Laufrolle kann insbesondere mittels wenigstens eines Wälzlagers
oder Gleitlagers an einem Gehäuse der Getriebeeinheit gelagert
sein. Das Wälzlager oder Gleitlager kann beispielsweise
auf einem an dem Gehäuse integral ausgebildeten Zapfen oder
auf einem an dem Gehäuse befestigten Bolzen sitzen. Es
kann auch an einer Welle eines Aktuators angeordnet sein, der einer
Reibungskupplung des Verteilergetriebes zugeordnet ist.
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Das
Zwischenzahnrad kann in axialer Richtung durch ein jeweiliges Axialgleitlager
oder ein jeweiliges Axialwälzlager abgestützt
sein, um Taumelbewegungen oder ein Verrutschen des Zwischenzahnrads
in axialer Richtung zu vermeiden. Beispielsweise kann wenigstens
eine Scheibe oder wenigstens ein Pad als Axialwälzlager
vorgesehen sein.
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Vorzugsweise
wirken das Antriebszahnrad, das Abtriebszahnrad und das Zwischenzahnrad über Stirnverzahnungen
zusammen.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung steht das Zwischenzahnrad über
eine jeweilige Schrägverzahnung mit dem Antriebszahnrad
und dem Abtriebszahnrad in Eingriff. Eine Schrägverzahnung
gewährleistet eine hohe Laufruhe und eine geringe Geräuschentwicklung.
Alternativ kann auch eine jeweilige Geradverzahnung, Doppelschrägverzahnung
oder Pfeilverzahnung vorgesehen sein.
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Gemäß einer
Ausgestaltung kann das Zwischenzahnrad ringförmig mit einer
inneren Lauffläche ausgebildet sein, mit welcher eine äußere
Lauffläche der Laufrolle zusammenwirkt. Insbesondere kann
die Laufrolle an der inneren Lauffläche abwälzen.
Die innere Lauffläche kann zu diesem Zweck hinsichtlich der
Härte und der Oberflächengüte besonders
angepasst sein. Es kann auch ein separates inneres Ringelement in
dem ringförmigen Zwischenzahnrad angebracht sein, wobei
die innere Umfangsfläche des Ringelements dann die innere
Lauffläche bildet. Die Ringform des Zwischenzahnrads trägt
zu einer erheblichen Gewichtsreduktion bei.
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Vorzugsweise
beträgt der Durchmesser der inneren Lauffläche
wenigstens die Hälfte des Außendurchmessers des
Zwischenzahnrads. Je größer der Durchmesser der
inneren Lauffläche ist, umso geringer ist die Wandstärke
des ringförmigen Zwischenzahnrads und umso höher
ist die Gewichtsersparnis in Bezug auf die Getriebeeinheit. Außerdem
ist ein großer Durchmesser der inneren Lauffläche
auch hinsichtlich der axialen Abstützung des Zwischenzahnrads
günstig.
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Die
innere Lauffläche kann einen Innenfreiraum des Zwischenzahnrads
begrenzen, der einen beruhigten Raum in der Getriebeeinheit bildet
und als ein Ölreservoir der Getriebeeinheit dient. Der
Innenraum kann so in vorteilhafter Weise im Rahmen einer Trockensumpfschmierung
der Getriebeeinheit genutzt werden.
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Die
Laufrolle weist bevorzugt einen Durchmesser auf, der ungefähr
die Hälfte des lichten Durchmessers der inneren Lauffläche
des Zwischenzahnrads beträgt. Je nach der Konfiguration
von Antriebszahnrad und Abtriebszahnrad sowie der durch die Anwendung
vorgegebenen mechanischen Anforderungen der Getriebeeinheit kann
die Laufrolle jedoch auch andere Durchmesser aufweisen.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein Verteilergetriebe für
ein Kraftfahrzeug mit Allradantrieb, mit einer Eingangswelle, einer
ersten Ausgangswelle, einer zweiten Ausgangswelle, einer Drehmomentübertragungseinrichtung
und einer Getriebeeinheit, wobei die zweite Ausgangswelle bezüglich
der ersten Ausgangswelle und/oder der Eingangswelle versetzt ist,
und wobei wenigstens eine der Ausgangswellen über die Getriebeeinheit
mit der Eingangswelle antriebswirksam koppelbar oder gekoppelt ist.
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Bei
der Drehmomentübertragungseinrichtung kann es sich dabei
insbesondere um eine Reibungskupplung und/oder ein sperrbares Differenzialgetriebe
handeln. Die Kopplung der ersten Ausgangswelle mit der Eingangswelle
kann starr oder indirekt über ein Differenzialgetriebe
ausgeführt sein.
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Die
erfindungsgemäße Getriebeeinheit kann in unterschiedlichen
Anordnungen verwendet werden, um ein Drehmoment von einem Antriebszahnrad
auf ein Abtriebszahnrad zu übertragen. Die Erfindung wird
nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen lediglich beispielhaft
im Zusammenhang mit einem Verteilergetriebe erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Verteilergetriebes mit einer
erfindungsgemäßen Getriebeeinheit.
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen
Getriebeeinheit.
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3 zeigt
eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Teils
der Getriebeeinheit von 2.
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1 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht eines Verteilergetriebes für
ein Kraftfahrzeug mit zuschaltbarem Allradantrieb. Das Verteilergetriebe
besitzt eine Eingangswelle 41, eine erste Ausgangswelle 43 und
eine zweite Ausgangswelle 45. Die erste Ausgangswelle 43 ist
koaxial zu der Eingangswelle 41 und mit dieser drehfest – vorzugsweise
einstückig – ausgebildet. Die zweite Ausgangswelle 45 ist
parallel versetzt zu der Eingangswelle 41 angeordnet.
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Das
Verteilergetriebe besitzt eine Kupplungseinheit 47 mit
einer Reibungskupplung 49 und einem Aktuator 51.
Die Reibungskupplung 49 weist einen Kupplungskorb 53 auf,
der drehfest mit der Eingangswelle 41 und der ersten Ausgangswelle 43 verbunden
ist und mehrere Kupplungslamellen trägt. Ferner besitzt
die Reibungskupplung 49 eine drehbar gelagerte Kupplungsnabe 55,
die ebenfalls mehrere Kupplungslamellen trägt, welche in
einer alternierenden Anordnung in die Lamellen des Kupplungskorbs 53 eingreifen.
Die Kupplungsnabe 55 ist drehfest mit einem Antriebszahnrad 57 verbunden.
Ein Abtriebszahnrad 61 ist drehfest mit der zweiten Ausgangswelle 45 verbunden.
Ein Zwischenzahnrad 59 kämmt mit dem Antriebszahnrad 57 und
dem Abtriebszahnrad 61, wodurch ein Versatztrieb gebildet
ist.
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Durch
Betätigung des Aktuators 51 im Einrücksinn
der Reibungskupplung 49 kann ein zunehmender Anteil des über
die Eingangswelle 41 in das Verteilergetriebe eingeleiteten
Antriebsmoments auf die zweite Ausgangswelle 45 übertragen
werden.
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2 zeigt
die Anordnung aus Antriebszahnrad 57, Zwischenzahnrad 59 und
Abtriebszahnrad 61 in einer Querschnittsansicht. Die Zahnräder sind
drehbar in einem Gehäuse 70 gelagert, welches auch
die in 1 dargestellte Kupplungseinheit 47 einschließlich
ihrer Komponenten umschließt. Während das Antriebszahnrad 57 und
das Abtriebszahnrad 61 auf herkömmliche Weise
mittels konzentrischer Radialwälzlager gelagert sind, weist
das Zwischenzahnrad 59 eine exzentrische Lagerung auf. Wie
zu erkennen ist, ist das Zwischenzahnrad 59 als ein Ringbauteil
mit einer Stirnverzahnung 72 ausgebildet und definiert
einen Innenfreiraum 74. Der Innenfreiraum 74 ist
radial durch eine innere Lauffläche 76 begrenzt,
welche konzentrisch zur Rotationsachse Z des Zwischenzahnrads 59 verläuft.
Eine Laufrolle 80 ist drehbar in dem Gehäuse 70 gelagert
und ragt in den Innenfreiraum 74 hinein. Die Rotationsachse
L der Laufrolle 80 verläuft parallel zu der Rotationsachse
Z des Zwischenzahnrads 59, ist aber parallel zu dieser
versetzt. Wie aus 2 hervorgeht, verläuft
die Richtung des Versatzes rechtwinklig zu der Ebene, welche die
Rotationsachse E des Antriebszahnrads 57 und die Rotationsachse
A des Abtriebszahnrads 61 miteinander verbindet. Der Durchmesser
der Laufrolle 80 beträgt etwa die Hälfte
des Durchmessers der inneren Lauffläche 76 des
Zwischenzahnrads 59.
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Da
der Zwischenraum zwischen dem Antriebszahnrad 57 und dem
Abtriebszahnrad 61 geringer ist als der Durchmesser des
Zwischenzahnrads 59, und da die Laufrolle 80 in
Richtung der genannten Verbindungsebene zwischen Antriebszahnrad 57 und
Abtriebszahnrad 61 versetzt ist, wird das Zwischenzahnrad 59 durch
die Laufrolle 80 an das Antriebszahnrad 57 und
das Abtriebszahnrad 61 angedrückt. Die Laufrolle 80 wirkt
also als Spannrolle, und das Zwischenzahnrad 59 ist in
jeder radialen Richtung gegenüber dem Gehäuse 70 abgestützt.
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Die
Stirnverzahnung 72 des Zwischenzahnrads 59 ist
als Schrägstirnverzahnung ausgebildet und steht mit einer
entsprechenden Stirnverzahnung 73 des Antriebszahnrads 57 und
einer entsprechenden Stirnverzahnung 75 des Abtriebszahnrads 61 in Eingriff.
Bei einem Antrieb des Zwischenzahnrads 59 durch das Antriebszahnrad 57 wälzt
die Laufrolle 80 an der inneren Lauffläche 76 des
Zwischenzahnrads 59 ab und ermöglicht so eine
Rotation des Zwischenzahnrads 59 um dessen Rotationsachse
Z.
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3 zeigt
eine vergrößerte Schnittansicht des in dem Gehäuse 70 gelagerten
Zwischenzahnrads 59, wobei der Schnitt entlang der Ebene
S von 2 vorgenommen ist. Ein Radialwälzlager 82 mit einem
Innenring 84 und einem Außenring 86 ist
mittels eines Lagerzapfens 88 und eines Befestigungselements 90 an
einem Vorsprung 92 des Gehäuses 70 angebracht.
Der Außenring 86 des Radialwälzlagers 82 bildet
bei dem dargestellten Beispiel die Laufrolle 80, welche
an der inneren Lauffläche 76 des Zwischenzahnrads 59 abrollt.
Um das Zwischenzahnrad 59 in axialer Richtung zu fixieren
und Kippmomente aufzufangen, sind axial in Bezug auf das Zwischenzahnrad 59 ausgerichtete
Stempel 94 mit daran angebrachten Gleitelementen 96 vorgesehen,
welche jeweils axiale Gleitlager bilden. Die Gleitelemente 96 stehen
mit dem Zwischenzahnrad 59 in Kontakt und nehmen auftretende
Axialkräfte auf. Wie aus 2 in Kombination
mit 3 hervorgeht, sind jeweils drei Stempel 94 an
jeder Stirnseite des Zwischenzahnrads 59 vorgesehen. Bei
dem gezeigten Beispiel sind die einer Stirnseite zugeordneten Stempel 94 jeweils um
120° relativ zueinander winkelversetzt und die Stempel 94 der
einen Stirnseite sind jeweils um 60° zu den Stempeln 94 der
anderen Stirnseite winkelversetzt, sodass eine gleichmäßige
axiale Gleitlagerung erzielt ist. Die axiale Lagerung des Zwischenzahnrads 59 könnte
jedoch durch verschiedene andere Gleit- oder Wälzlageranordnungen
bewerkstelligt werden.
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Während
des Betriebs des Verteilergetriebes wird das Zwischenzahnrad 59 von
dem Antriebszahnrad 57 angetrieben und rotiert wie das
Zwischenzahnrad eines herkömmlichen Versatztriebs um die
Rotationsachse Z. Aufgrund der ringförmigen Ausbildung
des Zwischenzahnrads 59 und dessen exzentrischer Lagerung
ergeben sich jedoch bedeutende Vorteile, da insbesondere Gewicht
und Materialkosten eingespart werden. Eine reibungsintensive Lagerung
mittels vorgespannter Kegelrollenlager entfällt, weshalb
der Wirkungsgrad des Verteilergetriebes gesteigert werden kann.
Die axiale Abstützung ist gegenüber einer herkömmlichen
konzentrischen Lagerung verbessert.
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Während
die Erfindung vorstehend beispielhaft im Zusammenhang mit einem
Verteilergetriebe für ein Kraftfahrzeug mit permanent angetriebener Hinterachse
und zuschaltbarer Vorderachse erläutert wurde, kann die
erfindungsgemäße Getriebeeinheit auch in anderen
Ausführungsformen oder Anordnungen in einem Antriebsstrang
eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz gelangen, insbesondere wie in der
Patentschrift
US 7,111,716
B2 beschrieben. Beispielsweise kann die Getriebeeinheit
auch für einen Permanentantrieb der Vorderachse mit. einem
zuschaltbaren Antrieb der Hinterachse vorgesehen sein, oder bei
einem sperrbaren Zwischenachs-Differenzialgetriebe. Weiterhin ist
es möglich, dass die Reibungskupplung
49 auf der
Eingangswelle
41 oder auf einer der Ausgangswellen
43,
45 sitzt
(vgl.
1).
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- 41
- Eingangswelle
- 43
- erste
Ausgangswelle
- 45
- zweite
Ausgangswelle
- 47
- Kupplungseinheit
- 49
- Reibungskupplung
- 51
- Aktuator
- 53
- Kupplungskorb
- 55
- Kupplungsnabe
- 57
- Antriebszahnrad
- 59
- Zwischenzahnrad
- 61
- Abtriebszahnrad
- 70
- Gehäuse
- 72
- Stirnverzahnung
des Zwischenzahnrads
- 73
- Stirnverzahnung
des Antriebszahnrads
- 74
- Innenfreiraum
- 75
- Stirnverzahnung
des Abtriebszahnrads
- 76
- innere
Lauffläche
- 80
- Laufrolle
- 82
- Radialwälzlager
- 84
- Innenring
- 86
- Außenring
- 88
- Lagerzapfen
- 90
- Befestigungselement
- 92
- Vorsprung
- 94
- Stempel
- 96
- Gleitelement
- E
- Rotationsachse
des Antriebszahnrads
- A
- Rotationsachse
des Abtriebszahnrads
- Z
- Rotationsachse
des Zwischenzahnrads
- L
- Rotationsachse
der Laufrolle
- S
- Schnittebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2006/128533
A1 [0002]
- - US 7111716 B2 [0032]