DE102008059979A1

DE102008059979A1 - Sperrbare Differentialgetriebeeinheit

Info

Publication number: DE102008059979A1
Application number: DE102008059979A
Authority: DE
Inventors: Herbert Steinwender; Franz Gratzer
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2010-06-10

Abstract

Eine sperrbare Differentialgetriebeeinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfasst drei um eine Zentralachse drehbare Elemente, nämlich ein Eingangselement, ein erstes Ausgangselement und ein zweites Ausgangselement, und ein Differentialgetriebe, um ein Antriebsmoment von dem Eingangselement auf die zwei Ausgangselemente zu übertragen. Die Differentialgetriebeeinheit umfasst ferner eine Differentialsperre, um wahlweise eines der drei drehbaren Elemente relativ zu wenigstens einem anderen der drei drehbaren Elemente teilweise oder vollständig zu sperren. Die Differentialsperre weist eine magnetorheologische Kupplung mit einem Primärteil und einem Sekundärteil auf, die bezüglich der Zentralachse der Differentialgetriebeeinheit drehbar sind. Die Differentialgetriebeeinheit umfasst außerdem ein Übersetzungsgetriebe, das als ein Umlaufgetriebe ausgebildet ist, dessen Zentralachse mit der Zentralachse der Differentialgetriebeeinheit zusammenfällt. Im Falle einer Drehbewegung des ersten Ausgangselements und des zweiten Ausgangselements relativ zueinander bewirkt das Übersetzungsgetriebe eine Drehbewegung des Primärteils und des Sekundärteils der magnetorheologischen Kupplung relativ zueinander mit einer Übersetzung ins Schnelle.

Description

Die Erfindung betrifft eine sperrbare Differentialgetriebeeinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Eine derartige Differentialgetriebeeinheit besitzt üblicherweise drei um eine Zentralachse drehbare Elemente, nämlich ein Eingangselement, ein erstes Ausgangselement und ein zweites Ausgangselement. Eine derartige Differentialgetriebeeinheit besitzt ferner ein Differentialgetriebe, um ein Antriebsmoment von dem Eingangselement auf die zwei Ausgangselemente zu übertragen. Eine sperrbare Differentialgetriebeeinheit besitzt ferner eine Differentialsperre, um wahlweise eines der drei genannten drehbaren Elemente relativ zu wenigstens einem anderen der drei genannten drehbaren Elemente teilweise oder vollständig zu sperren.
In einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs findet eine derartige Differentialgetriebeeinheit beispielsweise Anwendung als Achsdifferential, um ein Antriebsmoment auf die beiden Räder einer Achse zu verteilen. Das Achsdifferential wirkt somit in Querrichtung. Ferner kann eine Differentialgetriebeeinheit in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs auch als Zentraldifferential vorgesehen sein, das in Längsrichtung wirkt, um ein Antriebsmoment zwischen den Achsen des Kraftfahrzeugs zu verteilen. In diesem Fall kann durch entsprechende Ausbildung des Differentialgetriebes auch eine ungleiche Verteilung des Antriebsmoments auf die Achsen voreingestellt sein.
Die genannte Differentialsperre dient dazu, eine übermäßige Abweichung von der voreingestellten Verteilung des übertragenen Antriebsmoments zu vermeiden oder zu verringern. Falls beispielsweise bei einem Zentraldifferential mit deaktivierter Differentialsperre die Räder der einen Fahrzeugachse durchdrehen, so wird praktisch kein Antriebsmoment mehr auf die Räder der anderen Achse übertragen. Durch Aktivieren der Differentialsperre werden die beiden Ausgangselemente relativ zueinander und zu dem Eingangselement gesperrt, so dass eine Verteilung des Antriebsmoments entsprechend den Traktionsverhältnissen eingestellt wird.
Aus der US 4,718,303 ist ein sperrbares Zentraldifferential bekannt, bei dem das Differentialgetriebe als ein Planetengetriebe ausgebildet ist und die Differentialsperre eine elektromagnetische Kupplung aufweist, die mit einem Kugelrampenmechanismus zusammenwirkt. Eine derartige Anordnung ist unerwünscht aufwendig.
Aus der US 6,527,661 B2 ist eine sperrbare Differentialgetriebeeinheit mit einem Kegelrad-Differentialgetriebe und einer Differentialsperre bekannt, die eine magnetorheologische Kupplung aufweist. Bei einer solchen magnetorheologischen Kupplung beansprucht der Elektromagnet aufgrund der hohen aufzubringenden Sperrmomente einen großen Bauraum und benötigt große elektrische Stromstärken.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine sperrbare Differentialgetriebeeinheit mit einem einfachen Aufbau anzugeben, die einen geringen Bauraum beansprucht.
Diese Aufgabe wird durch eine Differentialgetriebeeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass die Differentialsperre eine magnetorheologische Kupplung mit einem Primärteil und einem Sekundärteil umfasst, die bezüglich der Zentralachse der Differentialgetriebeeinheit drehbar sind, wobei die Differentialgetriebeeinheit ein Übersetzungsgetriebe aufweist, das als ein Umlaufgetriebe ausgebildet ist, dessen Zentralachse mit der Zentralachse der Differentialgetriebeeinheit zusammenfällt, wobei im Falle einer Drehbewegung des ersten Ausgangselements und des zweiten Ausgangselements der Differentialgetriebeeinheit relativ zueinander das Übersetzungsgetriebe eine Drehbewegung des Primärteils und des Sekundärteils der magnetorheologischen Kupplung relativ zueinander mit einer Übersetzung ins Schnelle bewirkt.
Bei der erfindungsgemäßen Differentialgetriebeeinheit umfasst die Differentialsperre eine magnetorheologische Kupplung, die koaxial zu der Zentralachse der Differentialgetriebeeinheit angeordnet ist. Ferner ist in dem Wirkungspfad zwischen den wenigstens zwei Elementen der Differentialgetriebeeinheit, die von der Differentialsperre relativ zueinander gesperrt werden, zusätzlich ein Übersetzungsgetriebe angeordnet. Dieses Übersetzungsgetriebe ist als ein Umlaufgetriebe ausgebildet, mit einer Zentralachse, die mit der Zentralachse der Differentialgetriebeeinheit übereinstimmt, d. h. auch das Übersetzungsgetriebe ist koaxial zu der Zentralachse der Differentialgetriebeeinheit angeordnet. Hierdurch ist eine kompakte Bauform der Differentialgetriebeeinheit gewährleistet.
Falls das erste Ausgangselement und das zweite Ausgangselement der Differentialgetriebeeinheit eine Drehbewegung relativ zueinander ausführen, bewirkt das Übersetzungsgetriebe, dass diese Drehbewegung bezogen auf den Primärteil und den Sekundärteil der magnetorheologischen Kupplung ins Schnelle übersetzt wird. Dies bedeutet, dass die magnetorheologische Kupplung ein geringeres Kupplungsmoment aufbringen muss, um den Primärteil und den Sekundärteil relativ zueinander zu bremsen und die Differentialgetriebeeinheit hierdurch in dem gewünschten Ausmaß zu sperren.
Somit ist lediglich ein geringes Kupplungsmoment erforderlich, um die Differentialgetriebeeinheit zu sperren. Die magnetorheologische Kupplung kann hierdurch auf eine geringe Kupplungskapazität ausgelegt sein, mit einem entsprechend kleinvolumigen Elektromagneten. Die magnetorheologische Kupplung baut also vorteilhaft klein. Außerdem sind lediglich geringe Stromstärken zum Bestromen des elektromagnetischen Magneten erforderlich, sodass auch die Stromversorgung entsprechend geringer dimensioniert sein kann und der Energieverbrauch verringert ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend erläutert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sekundärteil der magnetorheologischen Kupplung mit einem der zwei Ausgangselemente der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt. Hierdurch kann die magnetorheologische Kupplung unmittelbar auf eines der Ausgangselemente wirken, wodurch sich ein einfacher und kleinvolumiger Aufbau der Differentialgetriebeeinheit ergibt.
Vorzugsweise bewirkt bei dieser Ausführungsform das Übersetzungsgetriebe oder das Differentialgetriebe der Differentialgetriebeeinheit bezogen auf eine Drehbewegung des anderen der zwei Ausgangselemente relativ zu dem genannten einen der zwei Ausgangselemente eine Drehbewegung des Primärteils relativ zu dem Sekundärteil der magnetorheologischen Kupplung in die entgegengesetzte Drehrichtung. Hierdurch erhöht sich die Relativgeschwindigkeit des Primärteils und des Sekundärteils der magnetorheologischen Kupplung noch weiter, was das Sperren der Differentialgetriebeeinheit mittels einer kleinen magnetorheologischen Kupplung erleichtert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzen der Primärteil und der Sekundärteil der magnetorheologischen Kupplung wenigstens eine erste Wirkfläche bzw. wenigstens eine zweite Wirkfläche, die über ein magnetorheologisches Medium zusammenwirken. Bei dem magnetorheologischen Medium kann es sich um ein magnetorheologisches Pulver, Gel oder Fluid handeln. Die magnetorheologische Kupplung besitzt in diesem Fall ferner einen Elektromagneten, der zur Erzeugung eines variablen Magnetfelds am Ort des magnetorheologischen Mediums ansteuerbar ist, um eine Wirkverbindung zwischen der wenigstens einen ersten Wirkfläche und der wenigstens einen zweiten Wirkfläche zu erzeugen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Übersetzungsgetriebe ein Ausgangsglied – insbesondere ein Sonnenrad – aufweist, das bezüglich der Zentralachse der Differentialgetriebeeinheit drehbar ist, wobei die genannte wenigstens eine erste Wirkfläche und die genannte wenigstens eine zweite Wirkfläche der magnetorheologischen Kupplung zylindrisch sind, und wobei der jeweilige Radius dieser Wirkflächen größer ist als der Radius des Ausgangsglieds des Übersetzungsgetriebes (jeweils bezogen auf die genannte Zentralachse der Differentialgetriebeeinheit). Mit anderen Worten besitzen die Wirkflächen der magnetorheologischen Kupplung in diesem Fall einen größeren Wirkradius als das Ausgangsglied des Übersetzungsgetriebes. Hierdurch ergibt sich ein besonders günstiges Hebelverhältnis, um mittels der magnetorheologischen Kupplung das Ausgangsglied des Übersetzungsgetriebes zu bremsen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein Eingangsglied des Übersetzungsgetriebes mit einem der zwei Ausgangselemente der Differentialgetriebeeinheit antriebswirksam gekoppelt, wobei der Primärteil der magnetorheologischen mit einem Ausgangsglied des Übersetzungsgetriebes drehfest gekoppelt ist, und wobei der Sekundärteil der magne torheologischen Kupplung mit dem anderen der zwei Ausgangselemente der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist. Mit anderen Worten wirkt die Differentialsperre in diesem Fall über das Übersetzungsgetriebe zwischen den beiden Ausgangselementen der Differentialgetriebeeinheit. Hierdurch können innerhalb der magnetorheologischen Kupplung besonders hohe Drehzahldifferenzen zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil erzielt werden, entsprechend einer geringen benötigten Kupplungskapazität. Alternativ ist es grundsätzlich jedoch auch möglich, dass die Differentialsperre zwischen dem Eingangselement und einem der zwei Ausgangselemente der Differentialgetriebeeinheit wirkt.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besitzt die Differentialgetriebeeinheit einen Planetenträger, der mit einem der drei Elemente der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist. Bei dieser Ausführungsform besitzt das Übersetzungsgetriebe wenigstens ein Planetenrad, das an dem genannten Planetenträger drehbar gelagert ist. Ferner besitzt das Übersetzungsgetriebe bei dieser Ausführungsform ein Sonnenrad, das bezüglich der Zentralachse der Differentialgetriebeeinheit drehbar ist und das mit dem wenigstens einen Planetenrad des Übersetzungsgetriebes kämmt. Mit anderen Worten umfasst bei dieser Ausführungsform das Übersetzungsgetriebe zumindest eine Planetenrad-/Sonnenrad-Kombination. Hierdurch ergibt sich eine kompakt bauende Anordnung des Übersetzungsgetriebes, und zwar koaxial zu der Zentralachse der Differentialgetriebeeinheit. Vorteilhafterweise kann der genannte Planetenträger einen Bestandteil des Differentialgetriebes bilden, wie nachstehend noch erläutert wird, oder der Planetenträger ist zusätzlich vorgesehen.
Hinsichtlich der vorgenannten Ausführungsform ist es bevorzugt, wenn das Planetenrad des Übersetzungsgetriebes direkt oder vermittels wenigstens eines weiteren Planetenrads mit einem Hohlrad oder mit einem weite ren Sonnenrad antriebswirksam gekoppelt ist, wobei das Hohlrad bzw. das weitere Sonnenrad mit einem anderen der drei Elemente der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist. Hierdurch kann im Falle einer Drehbewegung des ersten Ausgangselements und des zweiten Ausgangselements der Differentialgetriebeeinheit relativ zueinander das Planetenrad des Übersetzungsgetriebes zuverlässig zu einer Drehbewegung angetrieben werden. Hinsichtlich der vorgenannten Ausführungsform ist es ferner bevorzugt, wenn das Sonnenrad des Übersetzungsgetriebes mit dem Primärteil der magnetorheologischen Kupplung drehfest gekoppelt ist, wobei der Sekundärteil der magnetorheologischen Kupplung mit dem ersten oder dem zweiten Ausgangselement der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist. Mit anderen Worten ist die magnetorheologische Kupplung unmittelbar zwischen dem Übersetzungsgetriebe und dem ersten oder dem zweiten Ausgangselement der Differentialgetriebeeinheit angeordnet, wobei das Sonnenrad das Ausgangsglied des Übersetzungsgetriebes bildet. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher und wirkungsvoller Aufbau der Differentialgetriebeeinheit.
Hinsichtlich der vorgenannten Ausführungsform (Übersetzungsgetriebe besitzt Planetenrad-/Sonnenrad-Kombination) ist es weiterhin bevorzugt, wenn auch das genannte wenigstens eine weitere Planetenrad an dem Planetenträger drehbar gelagert ist, wobei die Drehachse des wenigstens einen Planetenrads des Übersetzungsgetriebes sich von der Drehachse des genannten weiteren Planetenrads oder der weiteren Planetenräder unterscheidet. Insbesondere kann die Drehachse des wenigstens einen Planetenrads des Übersetzungsgetriebes einen geringeren Abstand zu der Zentralachse besitzen als die jeweilige Drehachse des weiteren Planetenrads oder der weiteren Planetenräder der Differentialgetriebeeinheit. Hierdurch kann für das Übersetzungsgetriebe bei kompakter Bauform ein besonders hohes Übersetzungsverhältnis eingestellt werden, da aufgrund der wähl baren Position der Drehachse des wenigstens einen Planetenrads des Übersetzungsgetriebes weniger Einschränkungen hinsichtlich des Durchmessers dieses Planetenrads bestehen. Diese vorteilhafte Weiterbildung ist generell für sämtliche Ausführungsformen der Erfindung realisierbar, bei denen das wenigstens eine Planetenrad des Übersetzungsgetriebes nicht drehfest mit einem weiteren Planetenrad verbunden ist, welches an demselben Planetenträger der Differentialgetriebeeinheit gelagert ist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist das Differentialgetriebe der Differentialgetriebeeinheit als ein Planetengetriebe ausgebildet, das zumindest ein erstes Sonnenrad, einen Planetenträger und ein Hohlrad oder ein zweites Sonnenrad aufweist, welche jeweils einem der drei Elemente (Eingangselement, erstes Ausgangselement und zweites Ausgangselement) der Differentialgetriebeeinheit zugeordnet sind. An dem Planetenträger ist wenigstens ein Planetenrad drehbar gelagert, das mit dem ersten Sonnenrad kämmt. Das genannte Hohlrad oder zweite Sonnenrad kämmt mit dem genannten wenigstens einen Planetenrad direkt oder vermittels wenigstens eines weiteren Planetenrads, das an dem Planetenträger drehbar gelagert ist. Bei dieser Weiterbildung umfasst das Übersetzungsgetriebe wenigstens ein Planetenrad, das ebenfalls an dem Planetenträger des Planetengetriebes drehbar gelagert ist und das mit wenigstens einem der genannten Räder des Planetengetriebes antriebswirksam (d. h. drehfest oder über einen oder mehrere Verzahnungseingriffe) gekoppelt ist. Das Übersetzungsgetriebe umfasst ferner ein Sonnenrad, das bezüglich der Zentralachse der Differentialgetriebeeinheit drehbar ist und das mit dem genannten Planetenrad des Übersetzungsgetriebes kämmt. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache und kompakt bauende Kombination des Übersetzungsgetriebes mit dem Differentialgetriebe. Mit anderen Worten wird das ohnehin vorhandene Planetengetriebe dazu ausgenutzt, um ein Übersetzungsgetriebe zum Verringern der benötigten Kupplungskapazität darzustellen.
Damit das Übersetzungsgetriebe die erläuterte Übersetzung ins Schnelle bewirkt, kann das genannte Planetenrad des Übersetzungsgetriebes eine größere Zähnezahl besitzen als das genannte wenigstens eine Planetenrad des Planetengetriebes und/oder als das genannte wenigstens eine weitere Planetenrad des Planetengetriebes. Alternativ oder zusätzlich kann das genannte Sonnenrad des Übersetzungsgetriebes eine geringere Zähnezahl besitzen als das genannte erste Sonnenrad und/oder als das genannte zwei Sonnenrad des Planetengetriebes.
Das genannte wenigstens eine Planetenrad des Planetengetriebes und das genannte wenigstens eine weitere Planetenrad des Planetengetriebes besitzen vorzugsweise verschiedene Umlaufradien bezüglich der Zentralachse der Differentialgetriebeeinheit. Ferner können sie gleiche oder unterschiedliche Zähnezahlen besitzen.
Ferner ist es bei der vorgenannten Weiterbildung möglich, dass das wenigstens eine Planetenrad des Planetengetriebes zumindest einen ersten Verzahnungsabschnitt und einen zweiten Verzahnungsabschnitt aufweist, die drehfest miteinander verbunden (insbesondere einstückig ausgebildet) sind, wobei der erste Verzahnungsabschnitt mit dem genannten ersten Sonnenrad kämmt und wobei der zweite Verzahnungsabschnitt mit dem genannten zweiten Sonnenrad oder mit dem genannten wenigstens einen weiteren Planetenrad kämmt. Die genannten Verzahnungsabschnitte können insbesondere unterschiedliche Zähnezahlen besitzen. Hierdurch lassen sich bei kompakter Bauweise verschiedene Übersetzungen für die unterschiedlichen Momentenübertragungspfade verwirklichen.
Bei der erläuterten ersten Weiterbildung kann das Planetengetriebe ohne Hohlrad ausgebildet sein. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn das Eingangselement der Differentialgetriebeeinheit mit dem Planetenträger des Planetengetriebes gekoppelt ist, das erste Ausgangselement mit dem ersten Sonnenrad gekoppelt ist und das zweite Ausgangselement mit dem zweiten Sonnenrad gekoppelt ist.
Alternativ hierzu kann es sich bei dem Differentialgetriebe um ein Planetengetriebe mit Hohlrad handeln. In diesem Fall ist es möglich, dass das Eingangselement der Differentialgetriebeeinheit mit dem Hohlrad des Planetengetriebes gekoppelt ist, das erste Ausgangselement mit dem ersten Sonnenrad gekoppelt ist und das zweite Ausgangselement mit dem Planetenträger gekoppelt ist. Alternativ ist es möglich, dass das Eingangselement der Differentialgetriebeeinheit mit dem Planetenträger des Planetengetriebes drehfest gekoppelt ist, das erste Ausgangselement mit dem ersten Sonnenrad drehfest gekoppelt ist und das zweite Ausgangselement mit dem Hohlrad drehfest gekoppelt ist.
Bei der erläuterten Verwendung eines Planetengetriebes als Differentialgetriebe kann das Planetenrad des Übersetzungsgetriebes mit dem genannten wenigstens einen Planetenrad oder dem genannten wenigstens einen weiteren Planetenrad des Planetengetriebes drehfest gekoppelt sein. Bei der genannten Ausführung des Planetengetriebes mit einem Hohlrad kann das Planetenrad des Übersetzungsgetriebes alternativ mit dem Hohlrad des Planetengetriebes kämmen.
Alternativ zu der vorstehend erläuterten Weiterbildung, bei der das Differentialgetriebe als ein Planetengetriebe ausgebildet ist, kann gemäß einer alternativen Weiterbildung das Differentialgetriebe als ein Kegelrad-Differentialgetriebe ausgebildet sein. Dieses Kegelrad-Differentialgetriebe umfasst zumindest ein drehbares Differentialgehäuse, das mit dem Eingangselement der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist, wenigstens ein Ausgleichskegelrad, das an dem Differentialgehäuse drehbar gelagert ist, ein erstes Abtriebskegelrad und ein zweites Abtriebskegelrad. Das erste Abtriebskegelrad kämmt mit dem wenigstens einen Ausgleichskegelrad und ist mit dem ersten Ausgangselement der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt. Auch das zweite Abtriebskegelrad kämmt mit dem wenigstens einen Ausgleichskegelrad, und es ist mit dem zweiten Ausgangselement der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt. Bei dieser Weiterbildung besitzt die Differentialgetriebeeinheit einen Planetenträger, und das Übersetzungsgetriebe umfasst wenigstens ein Planetenrad, das an dem Planetenträger drehbar gelagert ist. Das Übersetzungsgetriebe umfasst ferner ein Sonnenrad, das bezüglich der Zentralachse der Differentialgetriebeeinheit drehbar ist und das mit dem genannten wenigstens einen Planetenrad des Übersetzungsgetriebes kämmt. Diese Anordnung ermöglicht es, auch bei Verwendung eines Kegelrad-Differentialgetriebes das Übersetzungsgetriebe kompakt bauend und koaxial in die Differentialgetriebeeinheit zu integrieren.
Die Erfindung wird nachfolgend noch rein beispielhaft anhand der Zeichnungen erläutert.
1 und 3 bis 6 zeigen Ausführungsformen mit einem hohlradlosen Planetengetriebe als Differentialgetriebe.
2a zeigt eine schematische Seitenansicht eines Planetengetriebes mit drei Planetenradsätzen, deren Drehachsen teilweise zusammenfallen.
2b zeigt eine schematische Seitenansicht eines Planetengetriebes mit drei Planetenradsätzen, die unterschiedliche Drehachsen besitzen.
7 bis 11 zeigen Ausführungsformen mit einem ein Hohlrad umfassenden Planetengetriebe als Differentialgetriebe.
12 bis 14 zeigen Ausführungsformen mit einem Kegelrad-Differentialgetriebe.
Gleiche oder gleichartige Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden hinsichtlich der 3 bis 14 lediglich die wesentlichen Unterschiede zu den vorangehend beschriebenen Figuren erläutert. Während die nachfolgenden Erläuterungen sich hauptsächlich auf Zentraldifferentiale beziehen, können die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele grundsätzlich auch als in Querrichtung wirksame Achsdifferentiale Anwendung finden. Ferner ist zu beachten, dass in den schematischen Figuren die Dimensionen der verschiedenen Zahnräder nicht maßstabsgetreu wiedergegeben sind, auch nicht im Verhältnis untereinander.
1 zeigt eine als Zentraldifferential dienende Differentialgetriebeeinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem als Vollwelle ausgebildeten Eingangselement 11, einem als Stirnrad ausgebildeten ersten Ausgangselement 13 und einem als Vollwelle ausgebildeten zweiten Ausgangselement 15. Das Eingangselement 11 und die zwei Ausgangselemente 13, 15 sind bezüglich einer Zentralachse A der Differentialgetriebeeinheit drehbar. Die Differentialgetriebeeinheit dient zur Verteilung eines Antriebsmoments auf eine Vorderachse, die mit dem ersten Ausgangselement 13 antriebswirksam gekoppelt ist, und auf eine Hinterach se, die mit dem zweiten Ausgangselement 15 antriebswirksam gekoppelt ist. In Abhängigkeit von den gewählten Zähnezahlverhältnissen des nachstehend noch erläuterten Planetengetriebes (in diesem Fall insbesondere in Abhängigkeit von den Zähnezahlen der Sonnenräder) lässt sich beispielsweise eine Verteilung von 55% zu 45% (Vorderachse zu Hinterachse) einstellen.
Die Differentialgetriebeeinheit besitzt ein Differentialgetriebe in Form eines Planetengetriebes 17, welches das Eingangselement 11 mit den zwei Ausgangselementen 13, 15 antriebswirksam koppelt. Ferner ist eine Differentialsperre vorgesehen, die eine magnetorheologische Kupplung 19 umfasst, um zumindest indirekt eines der drei genannten drehbaren Elemente 11, 13, 15 relativ zu wenigstens einem anderen der drei drehbaren Elemente teilweise oder vollständig zu sperren. Die magnetorheologische Kupplung 19 besitzt einen Primärteil 21 und einen Sekundärteil 23, die bezüglich der Zentralachse A der Differentialgetriebeeinheit drehbar sind.
Die in 1 gezeigte Differentialgetriebeeinheit besitzt ferner ein Übersetzungsgetriebe 25. Bezogen auf eine Drehbewegung des ersten Ausgangselements 13 und des zweiten Ausgangselements 15 relativ zueinander bewirkt das Übersetzungsgetriebe 25 eine Drehbewegung des Primärteils 21 und des Sekundärteils 23 der magnetorheologischen Kupplung 19 relativ zueinander mit einer Übersetzung ins Schnelle. Mit anderen Worten sorgt das Übersetzungsgetriebe 25 dafür, dass die Drehgeschwindigkeit zwischen dem Primärteil 21 und dem Sekundärteil 23 der magnetorheologischen Kupplung 19 höher ist als die Drehgeschwindigkeit zwischen dem ersten Ausgangselement 13 und dem zweiten Ausgangselement 15. Hierdurch kann die magnetorheologische Kupplung 19 vergleichsweise klein dimensioniert sein, um dennoch das erforderliche Drehmoment zum Sperren des Planetengetriebes 17 aufzubringen.
Nachfolgend werden die einzelnen Elemente des Planetengetriebes 17, der magnetorheologischen Kupplung 19 und des Übersetzungsgetriebes 25 näher erläutert: Das Planetengetriebe 17 umfasst einen Planetenträger 31, der mit dem Eingangselement 11 drehfest gekoppelt ist. An dem Planetenträger 31 sind ein Satz erster Planetenräder 33 und ein Satz zweiter Planetenräder 35 drehbar gelagert. Jedes erste Planetenrad 33 besitzt einen ersten Verzahnungsabschnitt 37, der mit einem ersten Sonnenrad 39 des Planetengetriebes 17 kämmt. Das erste Sonnenrad 39 ist mit dem ersten Ausgangselement 13 drehfest gekoppelt. Jedes erstes Planetenrad 33 besitzt ferner einen zweiten Verzahnungsabschnitt 41, der mit dem ersten Verzahnungsabschnitt 37 drehfest gekoppelt und insbesondere einstückig ausgebildet ist. Der jeweilige zweite Verzahnungsabschnitt 41 kämmt mit einem zweiten Sonnenrad 43 des Planetengetriebes 17. Das zweite Sonnenrad 43 ist mit dem zweiten Ausgangselement 15 drehfest gekoppelt.
Anders als in 1 dargestellt, muss der zweite Verzahnungsabschnitt 41 nicht notwendigerweise einen anderen Durchmesser bzw. eine andere Zähnezahl besitzen als der erste Verzahnungsabschnitt 37. Das Zusammenwirken mit Sonnenrädern 39 bzw. 43 unterschiedlichen Durchmessers bzw. unterschiedlicher Zähnezahl kann vielmehr dadurch erreicht werden, dass die Planetenräder auf unterschiedlichen Radien umlaufen, wie aus 2a ersichtlich ist. 2a zeigt die Anordnung des ersten Sonnenrads 39, des zweiten Sonnenrads 43, der ersten Planetenräder 33 (mit den gleich großen ersten Verzahnungsabschnitten 37 und zweiten Verzahnungsabschnitten 41) und der zweiten Planetenräder 35 in einer Seitenansicht. Jedes zweites Planetenrad 35 ist bezüglich des zugeordneten ersten Planetenrads 33 in Umfangsrichtung versetzt angeordnet und be sitzt bezüglich der Zentralachse A einen kleineren Umlaufradius als das jeweilige erste Planetenrad 33. Mit anderen Worten besitzt die jeweilige Drehachse B2 der zweiten Planetenräder 35 einen geringeren radialen Abstand zu der Zentralachse A als die jeweilige Drehachse B1 der ersten Planetenräder 33. Das erste Sonnenrad 39 ist dementsprechend größer als das zweite Sonnenrad 43 und besitzt eine größere Zähnezahl als das zweite Sonnenrad 43. Hierdurch wird die erläuterte ungleiche Verteilung des Antriebsmoments auf das erste Ausgangselement 13 und das zweite Ausgangselement 15 bewirkt.
In 2a ist außerdem ein Satz von Planetenrädern 51 gezeigt, die mit einem Sonnenrad 53 kämmen. Ferner ist ein Hohlrad 71 gezeigt, das mit den ersten Planetenrädern 33 kämmt. Ein solches Hohlrad 71 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 zwar nicht vorgesehen. Im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen wird auf dieses Hohlrad 71 nachstehend jedoch noch Bezug genommen.
Zunächst wird jedoch die Differentialgetriebeeinheit gemäß 1 noch näher erläutert. Das Übersetzungsgetriebe 25 ist als ein Umlaufgetriebe ausgebildet, das koaxial zu der Zentralachse A der Differentialgetriebeeinheit angeordnet ist. Mit anderen Worten rotieren die verschiedenen Glieder des Übersetzungsgetriebes um die Zentralachse A der Differentialgetriebeeinheit. Das Übersetzungsgetriebe 25 umfasst den vorstehend genannten Satz von Planetenrädern 51, die mit dem vorstehend genannten Sonnenrad 53 kämmen. Hierbei bilden die Planetenräder 51 ein Eingangsglied und das Sonnenrad 53 ein Ausgangsglied des Übersetzungsgetriebes 25. Jedes Planetenrad 51 des Übersetzungsgetriebes 25 ist mit einem zugeordneten ersten Planetenrad 33 des Planetengetriebes 17 drehfest gekoppelt (insbesondere einstückig ausgebildet), d. h. die Drehachse B3 des jeweiligen Planetenrads 51 fällt mit der Drehachse B1 des zugeordneten ersten Planetenrads 33 zusammen (vgl. 2a). Die Planetenräder 51 sind somit ebenfalls an dem Planetenträger 31 des Planetengetriebes 17 drehbar gelagert, wobei der Umlaufradius der Planetenräder 51 des Übersetzungsgetriebes 25 dem Umlaufradius der ersten Planetenräder 33 entspricht. Das Sonnenrad 53 des Übersetzungsgetriebes 25 ist bezüglich der Zentralachse A der Differentialgetriebeeinheit drehbar.
Die Planetenräder 51 des Übersetzungsgetriebes 25 besitzen einen größeren Durchmesser und eine größere Zähnezahl als der erste Verzahnungsabschnitt 37 und der zweite Verzahnungsabschnitt 41 eines jeden ersten Planetenrads 33 des Planetengetriebes 17 und als ein jedes zweites Planetenrad 35 des Planetengetriebes 17. Das Sonnenrad 53 des Übersetzungsgetriebes 25 besitzt hingegen einen kleineren Durchmesser und eine geringere Zähnezahl als das erste Sonnenrad 39 und als das zweite Sonnenrad 43 des Planetengetriebes 17 (vgl. 2a). Das Zähnezahlverhältnis zwischen dem jeweiligen Planetenrad 51 und dem Sonnenrad 53 des Übersetzungsgetriebes 25 ist somit größer als das Zähnezahlverhältnis zwischen dem jeweiligen ersten Planetenrad 33 und dem ersten Sonnenrad 39 und als das Zähnezahlverhältnis zwischen dem jeweiligen zweiten Planetenrad 35 und dem zweiten Sonnenrad 43 des Planetengetriebes 17. Hierdurch wird im Falle einer Drehbewegung des ersten Ausgangselements 13 relativ zu dem zweiten Ausgangselement 15 das Sonnenrad 53 des Übersetzungsgetriebes 25 zu einer betragsmäßig schnelleren Drehbewegung relativ zu dem zweiten Ausgangselement 15 angetrieben. Zusätzlich bewegt sich in diesem Fall das Sonnenrad 53 des Übersetzungsgetriebes 25 in entgegengesetzter Drehrichtung, bezogen auf die Drehrichtung des ersten Ausgangselements 13 relativ zu dem zweiten Ausgangselement 15.
Der Primärteil 21 der magnetorheologischen Kupplung 19 besitzt eine oder mehrere erste Wirkflächen 61, beispielsweise hohlzylindrische Kupplungslamellen, die mit dem Sonnenrad 53 des Übersetzungsgetriebes 25 drehfest gekoppelt sind. Der Sekundärteil 23 der magnetorheologischen Kupplung besitzt eine oder mehrere zweite Wirkflächen 63, beispielsweise zwischen die ersten Wirkflächen 61 greifende hohlzylindrische Kupplungslamellen, die mit dem zweiten Ausgangselement 15 drehfest gekoppelt sind. Die ersten Wirkflächen 61 und die zweiten Wirkflächen 63 können über ein magnetorheologisches Medium (beispielsweise ein magnetorheologisches Fluid) zusammenwirken, das in einem geschlossenen Kupplungsraum angeordnet ist. Der Radius der ersten Wirkflächen 61 und der zweiten Wirkflächen 63 bezüglich der Zentralachse A ist größer als der Radius des Sonnenrads 53 des Übersetzungsgetriebes 25, wodurch sich ein verbessertes Hebelverhältnis zum Sperren des Planetengetriebes 17 ergibt.
Die magnetorheologische Kupplung 19 umfasst ferner einen Elektromagneten 65, der über Schleifkontakte mit einer Stromversorgung verbunden ist (in 1 nicht gezeigt). Hierdurch kann der Elektromagnet 65 am Ort der ersten Wirkflächen 61 und der zweiten Wirkflächen 63 (d. h. am Ort des magnetorheologischen Mediums) ein Magnetfeld von variabler Stärke erzeugen, um eine erwünschte Wirkverbindung zwischen dem Primärteil 21 und dem Sekundärteil 23 der magnetorheologischen Kupplung 19 einzustellen. In 1 sind entsprechende magnetische Feldlinien 67 gezeigt, deren Verlauf beispielsweise durch geeignete Joche beeinflusst werden kann.
Somit ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 der Primärteil 21 der magnetorheologischen Kupplung 19 über das Sonnenrad 53 und die Verzahnungseingriffe des Planetenrads 51 des Übersetzungsgetriebes 25, des ersten Planetenrads 33 des Planetengetriebes 17 und des ersten Sonnenrads 39 mit dem ersten Ausgangselement 13 antriebswirksam gekoppelt. Der Sekundärteil 23 der magnetorheologischen Kupplung 19 ist mit dem zweiten Ausgangselement 15 drehfest gekoppelt. Durch Aktivieren der magnetorheologischen Kupplung 19 – d. h. durch hinreichendes Bestromen des Elektromagneten 65 – kann somit die Differentialgetriebeeinheit teilweise oder vollständig gesperrt werden. Durch die Zwischenschaltung des Übersetzungsgetriebes 25 in den Momentenübertragungspfad zwischen dem ersten Ausgangselement 13 und dem zweiten Ausgangselement 15 wird hierfür lediglich ein geringes Kupplungsmoment der Differentialsperre benötigt.
Ein besonderer Vorteil der in 1 gezeigten Anordnung besteht darin, dass das Übersetzungsgetriebe 25 in das ohnehin vorhandene Planetengetriebe 17 der Differentialgetriebeeinheit integriert ist. Die vorteilhafte Verringerung des benötigten Kupplungsmoments wird somit bei geringem zusätzlichen Aufwand und Platzbedarf erreicht.
Bei der Differentialgetriebeeinheit gemäß 1 besitzt das Planetengetriebe 17 zwei Sätze von Planetenrädern 33 und 35. Hierdurch wird erreicht, dass eine Drehbewegung des ersten Ausgangselements 13 relativ zu dem Eingangselement 11 eine Drehbewegung des zweiten Ausgangselements 15 in entgegengesetzter Drehrichtung bewirkt. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
3 zeigt ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel, das im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 entspricht. Allerdings umfasst das Planetengetriebe 17 hier lediglich einen einzigen Satz von (ersten) Planetenrädern 33, wiederum jeweils mit einem ersten Verzahnungsabschnitt 37 und einem zweiten Verzahnungsabschnitt 41. Eine Drehrichtungsum kehr für Ausgleichsbewegungen zwischen dem ersten Ausgangselement 13 und dem zweiten Ausgangselement 15 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 somit nicht vorgesehen. Allerdings kann eine solche Drehrichtungsumkehr an anderer Stelle entlang des Antriebsstrangs vorgesehen sein, beispielsweise durch entsprechende Ausbildung des Hinterachs-Winkelgetriebes.
Freilich entfällt bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 auch die erläuterte gegenläufige Drehbewegung des Primärteils 21 der magnetorheologischen Kupplung 19 bezüglich des ersten Ausgangselements 13. Mit anderen Worten bewirkt eine Drehbewegung des ersten Ausgangselements 13 relativ zu dem zweiten Ausgangselement 15, dass der Primärteil 21 der magnetorheologischen Kupplung 19 sich in derselben Drehrichtung relativ zu dem zweiten Ausgangselement 15 bewegt. Aufgrund des Übersetzungsgetriebes 25 dreht sich der Primärteil 21 jedoch deutlich schneller.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das ebenfalls ähnlich der Differentialgetriebeeinheit gemäß 1 ist. Allerdings sperrt hier die magnetorheologische Kupplung 19 das erste Ausgangselement 13 und das zweite Ausgangselement 15 nicht unmittelbar gegeneinander, sondern gegen das Eingangselement 11.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das ähnlich zu jenem gemäß 1 ist. Auch hier ist der Planetenträger 31 des Planetengetriebes 17 mit dem Eingangselement 11 drehfest gekoppelt. Das Eingangselement 11 ist bei der Differentialgetriebeeinheit gemäß 5 jedoch durch ein Kegelrad (oder beispielsweise ein Tellerrad) gebildet. Das erste Ausgangselement 13 ist – ebenso wie das zweite Ausgangselement 15 – durch eine Vollwelle gebildet. Diese Anordnung eignet sich auch besonders gut für ein in Querrichtung wirkendes Achsdifferential.
Die Differentialgetriebeeinheit gemäß 6 und 2b ist ebenfalls ähnlich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1. Auch hier sind die Planetenräder 51 des Übersetzungsgetriebes 25 an dem Planetenträger 31 des Planetengetriebes 17 drehbar gelagert. Allerdings sind die Planetenräder 51 des Übersetzungsgetriebes 25 nicht drehfest mit einem jeweiligen ersten Planetenrad 33 gekoppelt, sondern über ein jeweiliges zweites Planetenrad 35 mit dem zugeordneten ersten Planetenrad 33 antriebswirksam gekoppelt. Jedes zweites Planetenrad 35 kämmt hierbei zum einen mit dem zugeordneten ersten Planetenrad 33, zum anderen mit dem zweiten Sonnenrad 43 und zusätzlich mit dem zugeordneten Planetenrad 51 des Übersetzungsgetriebes 25. Somit sind an dem Planetenträger 31 wenigstens ein erstes Planetenrad 33, wenigstens ein zweites Planetenrad 35 und wenigstens ein drittes Planetenrad (nämlich das Planetenrad 51 des Übersetzungsgetriebes 25) drehbar gelagert, und zwar mit drei unterschiedlichen Drehachsen B1, B2 bzw. B3 (vgl. 2b). Diese drei Drehachsen B1, B2 bzw. B3 sind in Umfangsrichtung und auch in radialer Richtung versetzt zueinander, d. h. die drei Planetenräder 33, 35 und 51 besitzen verschiedene Umlaufradien bezüglich der Zentralachse A.
Darstellungsbedingt erscheint in 6 die jeweilige Drehachse der Planetenräder 51 des Übersetzungsgetriebes 25 durch das zweite Sonnenrad 43 unterbrochen. Verständlich wird dies aus der Seitenansicht gemäß 2b: Nicht nur die ersten Planetenräder 33, sondern auch die Planetenräder 51 des Übersetzungsgetriebes 25 sind nämlich bezüglich der zweiten Planetenräder 35 in Umfangsrichtung versetzt, wobei die jeweilige Drehachse B3 der Planetenräder 51 des Übersetzungsgetriebes 25 sich bezüglich der Zentralachse A radial außerhalb des zweiten Sonnenrads 43 befindet. Die jeweilige Drehachse B3 der Planetenräder 51 des Übersetzungsgetriebes 25 besitzt allerdings einen geringeren radialen Abstand zu der Zentralachse A als die jeweilige Drehachse B1 der ersten Planetenräder 33 und als die jeweilige Drehachse B2 der zweiten Planetenräder 35. Mit anderen Worten ist der Umlaufradius der Planetenräder 51 des Übersetzungsgetriebes 25 (bezogen auf die Zentralachse A) geringer als der Umlaufradius der ersten Planetenräder 33 und geringer als der Umlaufradius der zweiten Planetenräder 35.
Ein besonderer Vorteil der Differentialgetriebeeinheit gemäß 6 besteht darin, dass hinsichtlich des Übersetzungsgetriebes 25 ein hohes Übersetzungsverhältnis eingestellt werden kann, während das Übersetzungsgetriebe 25 in radialer Richtung kompakt baut. Da die jeweilige Drehachse B3 der Planetenräder 51 des Übersetzungsgetriebes 25 nicht koaxial zu der jeweiligen Drehachse B1 der ersten Planetenräder 33 oder der jeweiligen Drehachse B2 der zweiten Planetenräder 35 ist sondern sich hiervon unterscheidet, können die Planetenräder 51 des Übersetzungsgetriebes 25 einen großen Durchmesser und somit eine große Zähnezahl relativ zu dem Sonnenrad 53 des Übersetzungsgetriebes 25 besitzen, ohne dass die Planetenräder 51 in radialer Richtung wesentlich über das Planetengetriebe 17 überstehen. Mit anderen Worten kann bei kompakter Bauweise ein besonders hohes Zähnezahlverhältnis zwischen dem jeweiligen Planetenrad 51 und dem Sonnenrad 53 des Übersetzungsgetriebes 25 eingestellt werden. Dies ist auch aus einem Vergleich der Seitenansicht gemäß 2b mit der Seitenansicht gemäß 2a ersichtlich.
7 zeigt eine Differentialgetriebeeinheit, bei der das Differentialgetriebe ein Planetengetriebe 17 mit einem Hohlrad 71 anstelle des bislang beschriebenen zweiten Sonnenrads 43 aufweist. Das Eingangselement 11 ist hier als ein Stirnrad dargestellt, das mit dem Hohlrad 71 des Planetengetriebes 17 drehfest gekoppelt ist. Das erste Ausgangselement 13 und das zweite Ausgangselement 15 sind jeweils durch eine Vollwelle gebildet. Je nach Auslegung des Planetengetriebes 17 kann auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine ungleiche Verteilung des über das Eingangselement 11 eingeleiteten Antriebsmoments eingestellt sein, insbesondere für eine Anwendung als Zentraldifferential. Allerdings eignet sich dieses Ausführungsbeispiel auch für ein Achsdifferential.
Auch bei der Differentialgetriebeeinheit gemäß 7 sind ein Satz von ersten Planetenrädern 33 und ein Satz von zweiten Planetenrädern 35 an einem Planetenträger 31 des Planetengetriebes 17 drehbar gelagert. Hierbei sind die ersten Planetenräder 33 und die zweiten Planetenräder 35 in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet und besitzen unterschiedliche Umlaufradien, wie im Zusammenhang mit 2a erläutert worden ist. Das genannte Hohlrad 71 ist über ein jeweiliges zweites Planetenrad 35 und ein jeweiliges erstes Planetenrad 33 mit einem (ersten) Sonnenrad 39 antriebswirksam gekoppelt. Dieses Sonnenrad 39 ist mit dem ersten Ausgangselement 13 drehfest gekoppelt. Der genannte Planetenträger 31 ist mit dem zweiten Ausgangselement 15 und ferner mit dem Sekundärteil 23 der magnetorheologischen Kupplung 19 drehfest gekoppelt.
Jedes erstes Planetenrad 33 ist mit einem Planetenrad 51 des Übersetzungsgetriebes 25 drehfest gekoppelt, insbesondere einstückig ausgebildet. Die Planetenräder 51 des Übersetzungsgetriebes 25 kämmen mit einem Sonnenrad 53, das mit dem Primärteil 21 der magnetorheologischen Kupplung 19 drehfest gekoppelt ist. Somit kann die magnetorheologische Kupplung 19 über das Sonnenrad 53 und die Planetenräder 51 des Übersetzungsgetriebes 25 und über die ersten Planetenräder 33 und das Sonnenrad 39 das erste Ausgangselement 13 der Differentialgetriebeeinheit relativ zu dem zweiten Ausgangselement 15 sperren.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 bewirkt das Übersetzungsgetriebe 25 eine Übersetzung der Drehbewegung des Primärteils 21 relativ zu dem Sekundärteil 23 der magnetorheologischen Kupplung 19 ins Schnelle. Hierdurch verringert sich das von der magnetorheologischen Kupplung 19 aufzubringende Kupplungsmoment.
8 zeigt eine Differentialgetriebeeinheit, die sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 im Wesentlichen darin unterscheidet, dass der Planetenträger 31 des Planetengetriebes 17 über das Hohlrad 71 geführt ist, um mit dem zweiten Ausgangselement 15 drehfest gekoppelt zu sein. Das zweite Ausgangselement 15 ist hierbei als ein Stirnrad dargestellt. Hierdurch ist es möglich, das mit dem Hohlrad 71 drehfest gekoppelte Eingangselement 11 als eine Vollwelle auszubilden.
Auch bei der Differentialgetriebeeinheit gemäß 9 ist das Eingangselement 11 als eine Vollwelle ausgebildet, die mit dem Hohlrad 71 des Planetengetriebes 17 drehfest gekoppelt ist. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 8 sind die Planetenräder 51 des Übersetzungsgetriebes 25 hier nicht mit einem jeweiligen ersten Planetenrad 33 drehfest gekoppelt. Stattdessen sind die Planetenräder 51 des Übersetzungsgetriebes 25 von den ersten Planetenrädern 33 und den zweiten Planetenrädern 35 unabhängig an dem Planetenträger 31 drehbar gelagert, und sie kämmen mit dem Hohlrad 71 (in 9 mit zwei separaten Verzahnungsabschnitten dargestellt).
Ähnlich wie im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 beschrieben, bewirkt das Übersetzungsgetriebe aufgrund einer entsprechenden Auslegung des Planetenrads 51 und des Sonnenrads 53 eine Übersetzung der Drehbewegung des Primärteils 21 relativ zu dem Sekundärteil 23 der magnetorheologischen Kupplung 19 ins Schnelle, falls sich das zweite Ausgangselement 15 relativ zu dem ersten Ausgangselement 13 dreht. Zusätzlich dreht sich der Primärteil 21 hierbei bezüglich des zweiten Ausgangselements 15 in die entgegengesetzte Richtung.
10 zeigt eine Differentialgetriebeeinheit, die im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 entspricht. Allerdings ist hier der Primärteil 21 der magnetorheologischen Kupplung 19 über das Sonnenrad 53 und die Planetenräder 51 des Übersetzungsgetriebes 25 mit den zweiten Planetenräder 35 des Planetengetriebes 17 antriebswirksam gekoppelt. Der Sekundärteil 23 der magnetorheologischen Kupplung 19 ist mit dem ersten Ausgangselement 13 und somit mit dem Sonnenrad 39 des Planetengetriebes 17 drehfest gekoppelt.
11 zeigt eine Differentialgetriebeeinheit, die sich von den Ausführungsbeispielen gemäß 7 bis 10 insbesondere darin unterscheidet, dass das Eingangselement 11 (Vollwelle) mit dem Planetenträger 31 drehfest gekoppelt ist. Das erste Ausgangselement 13 (Vollwelle) ist mit dem Sonnenrad 39 des Planetengetriebes 17 drehfest gekoppelt. Das zweite Ausgangselement 15 (Hohlwelle bzw. Stirnrad) ist mit dem Hohlrad 71 des Planetengetriebes 17 drehfest gekoppelt. Das Planetengetriebe 17 besitzt einen einfachen Aufbau und ermöglicht auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Integration des Übersetzungsgetriebes 25.
12 zeigt eine Differentialgetriebeeinheit, bei der das Differentialgetriebe als ein Kegelrad-Differentialgetriebe 81 ausgebildet ist. Das Kegelrad-Differentialgetriebe 81 besitzt ein bezüglich der Zentralachse A der Differentialgetriebeeinheit drehbares Differentialgehäuse 83. An diesem sind mehrere Ausgleichskegelräder 85 drehbar gelagert. Die Ausgleichskegelräder 85 kämmen zum einen mit einem ersten Abtriebskegelrad 87, das mit dem ersten Ausgangselement 13 der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist. Zum anderen kämmen die Ausgleichskegelräder 85 mit einem zweiten Abtriebskegelrad 89, das mit dem zweiten Ausgangselement 15 der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist. Die beiden Ausgangselemente 13, 15 sind hier durch koaxiale Vollwellen gebildet. Das Eingangselement 11 der Differentialgetriebeeinheit ist durch ein Kegelrad (oder beispielsweise ein Tellerrad) gebildet, das mit dem Differentialgehäuse 83 drehfest gekoppelt ist.
Die Differentialgetriebeeinheit gemäß 12 besitzt ferner einen Planetenträger 91, der mit dem Differentialgehäuse 83 und somit mit dem Eingangselement 11 drehfest gekoppelt ist. Auch die Differentialgetriebeeinheit gemäß 12 besitzt ein Übersetzungsgetriebe 25, das als ein zu der Zentralachse A koaxiales Umlaufgetriebe ausgebildet ist. Das Übersetzungsgetriebe 25 umfasst mehrere Planetenräder 93, die an dem Planetenträger 91 drehbar gelagert sind. Die Planetenräder 93 kämmen mit einem Sonnenrad 95 des Übersetzungsgetriebes 25, das mit dem vorgenannten ersten Abtriebskegelrad 87 und somit mit dem ersten Ausgangselement 13 drehfest gekoppelt ist. Das Übersetzungsgetriebe 25 umfasst ferner mehrere Planetenräder 51, die ebenfalls an dem genannten Planetenträger 91 drehbar gelagert sind. Jedes Planetenrad 51 ist mit einem der vorgenannten Planetenräder 93 drehfest gekoppelt, insbesondere einstückig ausgebildet. Die Planetenräder 51 des Übersetzungsgetriebes 25 kämmen mit einem Sonnenrad 53, das bezüglich der Zentralachse A der Differentialgetriebeeinheit drehbar ist.
Die Differentialgetriebeeinheit gemäß 12 besitzt außerdem eine magnetorheologische Kupplung 19. Der Primärteil 21 der magnetorheologischen Kupplung 19 ist mit dem Sonnenrad 53 des Übersetzungsgetriebes 25 drehfest gekoppelt. Der Sekundärteil 23 ist mit dem ersten Ausgangselement 13 drehfest gekoppelt. Auch der Primärteil 21 und der Se kundärteil 23 sind somit koaxial zu der Zentralachse A der Differentialgetriebeeinheit angeordnet. Durch Aktivieren der magnetorheologischen Kupplung 19 (Bestromen des Elektromagneten 65) kann somit das Kegelrad-Differentialgetriebe 81 gesperrt werden.
Die in 12 gezeigte Differentialgetriebeeinheit ist aufgrund der koaxialen Anordnung kompakt bauend. Bezogen auf eine Drehbewegung des zweiten Ausgangselements 15 relativ zu dem ersten Ausgangselement 13 der Differentialgetriebeeinheit bewirkt das Übersetzungsgetriebe 25 eine Übersetzung der Drehbewegung des Primärteils 21 relativ zu dem Sekundärteil 23 der magnetorheologischen Kupplung 19 ins Schnelle. Es ist deshalb lediglich ein entsprechend verringertes Kupplungsmoment erforderlich, um die Differentialgetriebeeinheit zu sperren. Das Übersetzungsgetriebe 25 ist hierbei durch eine Serienschaltung einer Sonnenrad-/Planetenrad-Kombination und einer Planetenrad-/Sonnenrad-Kombination gebildet. Somit ergibt sich das Übersetzungsverhältnis aus dem Zähnezahlverhältnis zwischen dem Sonnenrad 95 und dem Planetenrad 93 und aus dem Zähnezahlverhältnis zwischen dem Planetenrad 51 und dem Sonnenrad 53.
13 zeigt eine Differentialgetriebeeinheit, die sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 12 insbesondere darin unterscheidet, dass das Übersetzungsgetriebe 25 anstelle der Planetenräder 93 und des Sonnenrads 95 ein Hohlrad 97 aufweist. Die Planetenräder 51 des Übersetzungsgetriebes 25 kämmen mit dem Hohlrad 97, das mit dem ersten Ausgangselement 13 drehfest gekoppelt ist. Der Planetenträger 91 ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel mit dem Eingangselement 11 der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 14 ist ähnlich jenem gemäß 13. Allerdings ist der Planetenträger 91 hier mit dem ersten Ausgangselement 13 der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt. Die Planetenräder 51 des Übersetzungsgetriebes 25 kämmen mit einem Hohlrad 97, das mit dem Eingangselement 11 der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist.

11: Eingangselement
13: erstes Ausgangselement
15: zweites Ausgangselement
17: Planetengetriebe
19: magnetorheologische Kupplung
21: Primärteil
23: Sekundärteil
25: Übersetzungsgetriebe
31: Planetenträger
33: erstes Planetenrad
35: zweites Planetenrad
37: erster Verzahnungsabschnitt von 33
39: erstes Sonnenrad
41: zweiter Verzahnungsabschnitt von 33
43: zweites Sonnenrad
51: Planetenrad von 25
53: Sonnenrad von 25
61: erste Wirkfläche von 21
63: zweite Wirkfläche von 23
65: Elektromagnet
67: magnetische Feldlinie
71: Hohlrad
81: Kegelrad-Differentialgetriebe
83: Differentialgehäuse
85: Ausgleichskegelrad
87: erstes Abtriebskegelrad
89: zweites Abtriebskegelrad
91: Planetenträger
93: Planetenrad
95: Sonnenrad
97: Hohlrad
A: Zentralachse
B1: Drehachse von 33
B2: Drehachse von 35
B3: Drehachse von 51

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 4718303 [0004]
- US 6527661 B2 [0005]

Claims

Sperrbare Differentialgetriebeeinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit drei um eine Zentralachse (A) drehbaren Elementen, die ein Eingangselement (11), ein erstes Ausgangselement (13) und ein zweites Ausgangselement (15) umfassen, wobei die Differentialgetriebeeinheit ein Differentialgetriebe (17, 81) aufweist, um ein Antriebsmoment von dem Eingangselement (11) auf die zwei Ausgangselemente (13, 15) zu übertragen, wobei die Differentialgetriebeeinheit ferner eine Differentialsperre aufweist, um wahlweise eines der drei drehbaren Elemente (11, 13, 15) relativ zu wenigstens einem anderen der drei drehbaren Elemente teilweise oder vollständig zu sperren, wobei die Differentialsperre eine magnetorheologische Kupplung (19) mit einem Primärteil (21) und einem Sekundärteil (23) umfasst, die bezüglich der Zentralachse (A) der Differentialgetriebeeinheit drehbar sind; dadurch gekennzeichnet, dass die Differentialgetriebeeinheit ein Übersetzungsgetriebe (25) aufweist, das als ein Umlaufgetriebe ausgebildet ist, dessen Zentralachse mit der Zentralachse (A) der Differentialgetriebeeinheit zusammenfällt, wobei im Falle einer Drehbewegung des ersten Ausgangselements (13) und des zweiten Ausgangselements (15) relativ zueinander das Übersetzungsgetriebe (25) eine Drehbewegung des Primärteils (21) und des Sekundärteils (23) der magnetorheologischen Kupplung (19) relativ zueinander mit einer Übersetzung ins Schnelle bewirkt.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 1, wobei der Sekundärteil (23) der magnetorheologischen Kupplung (19) mit einem der zwei Ausgangselemente (13, 15) drehfest gekoppelt ist.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 2, wobei bezogen auf eine Drehbewegung des anderen der zwei Ausgangselemente (13, 15) relativ zu dem genannten einen der zwei Ausgangselemente (13, 15) das Übersetzungsgetriebe (25) oder das Differentialgetriebe (17, 81) eine Drehbewegung des Primärteils (21) relativ zu dem Sekundärteil (23) der magnetorheologischen Kupplung (19) in die entgegengesetzte Drehrichtung bewirkt.
Differentialgetriebeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Primärteil (21) der magnetorheologischen Kupplung (19) wenigstens eine erste Wirkfläche (61) aufweist und der Sekundärteil (23) wenigstens eine zweite Wirkfläche (63) aufweist, die über ein magnetorheologisches Medium zusammenwirken, wobei die magnetorheologische Kupplung ferner einen Elektromagneten (65) aufweist, der zur Erzeugung eines variablen Magnetfelds (67) am Ort des magnetorheologischen Mediums ansteuerbar ist, um eine Wirkverbindung zwischen der wenigstens einen ersten Wirkfläche (61) und der wenigstens einen zweiten Wirkfläche (63) zu erzeugen.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 4, wobei das Übersetzungsgetriebe (25) ein Ausgangsglied (53) aufweist, das bezüglich der Zentralachse (A) der Differentialgetriebeeinheit drehbar ist, wobei die wenigstens eine erste Wirkfläche (61) und die wenigstens eine zweite Wirkfläche (63) der magnetorheologischen Kupplung (19) zylindrisch sind, und wobei der jeweilige Radius der Wirkflächen (61; 63) größer ist als der Radius des Ausgangsglieds (53) des Übersetzungsgetriebes.
Differentialgetriebeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Eingangsglied (51) des Übersetzungsgetriebes (25) mit einem der zwei Ausgangselemente (13, 15) der Differentialgetriebeeinheit antriebswirksam gekoppelt ist, wobei der Primärteil (21) der magnetorheologischen Kupplung (19) mit einem Ausgangsglied (53) des Übersetzungsgetriebes (25) drehfest gekoppelt ist, und wobei der Sekundärteil (23) der magnetorheologischen Kupplung (19) mit dem anderen der zwei Ausgangselemente (13, 15) der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist.
Differentialgetriebeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Differentialgetriebeeinheit einen Planetenträger (31, 91) aufweist, der mit einem der drei Elemente (11, 13, 15) der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist, wobei das Übersetzungsgetriebe (25) wenigstens ein Planetenrad (51) aufweist, das an dem Planetenträger (31, 91) drehbar gelagert ist, und wobei das Übersetzungsgetriebe (25) ferner ein Sonnenrad (53) aufweist, das bezüglich der Zentralachse (A) der Differentialgetriebeeinheit drehbar ist und das mit dem wenigstens einen Planetenrad (51) des Übersetzungsgetriebes kämmt.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 7, wobei das wenigstens eine Planetenrad (51) des Übersetzungsgetriebes (25) direkt oder vermittels wenigstens eines weiteren Planetenrads (33, 35) mit einem Hohlrad (71, 97) oder mit einem weiteren Sonnenrad (39, 43, 95) antriebswirksam gekoppelt ist, welches Hohlrad (71) oder weite res Sonnenrad (39, 43) mit einem anderen der drei Elemente (11, 13, 15) der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 8, wobei auch das wenigstens eine weitere Planetenrad (33, 35) an dem Planetenträger (31) drehbar gelagert ist, wobei die Drehachse (B3) des wenigstens einen Planetenrads (51) des Übersetzungsgetriebes (25) sich von der Drehachse (B1, B2) des wenigstens einen weiteren Planetenrads (33, 35) unterscheidet.
Differentialgetriebeeinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Sonnenrad (53) des Übersetzungsgetriebes (25) mit dem Primärteil (21) der magnetorheologischen Kupplung (19) drehfest gekoppelt ist, und wobei der Sekundärteil (23) der magnetorheologischen Kupplung (19) mit dem ersten Ausgangselement (13) oder mit dem zweiten Ausgangselement (15) der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist.
Differentialgetriebeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Differentialgetriebe als ein Planetengetriebe (17) ausgebildet ist, zumindest mit: – einem ersten Sonnenrad (39), – einem Planetenträger (31), an dem wenigstens ein Planetenrad (33) drehbar gelagert ist, das mit dem ersten Sonnenrad (39) kämmt, und – einem Hohlrad (71) oder einem zweiten Sonnenrad (43), das mit dem wenigstens einen Planetenrad (33) direkt oder vermittels wenigstens eines weiteren Planetenrads (35), das an dem Planetenträger (31) drehbar gelagert ist, antriebswirksam gekoppelt ist; wobei das Übersetzungsgetriebe (25) wenigstens ein Planetenrad (51) aufweist, das an dem Planetenträger (31) des Planetengetriebes (17) drehbar gelagert ist und das mit wenigstens einem der Räder (33, 35, 43, 71) des Planetengetriebes (17) antriebswirksam gekoppelt ist, und wobei das Übersetzungsgetriebe (25) ferner ein Sonnenrad (53) aufweist, das bezüglich der Zentralachse (A) der Differentialgetriebeeinheit drehbar ist und das mit dem wenigstens einen Planetenrad (51) des Übersetzungsgetriebes (25) kämmt.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 11, wobei das wenigstens eine Planetenrad (51) des Übersetzungsgetriebes (25) eine größere Zähnezahl besitzt als das wenigstens eine Planetenrad (33) des Planetengetriebes (17) und/oder als das wenigstens eine weitere Planetenrad (35) des Planetengetriebes (17).
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Sonnenrad (53) des Übersetzungsgetriebes (25) eine geringere Zähnezahl besitzt als das erste Sonnenrad (39) und/oder als das zweite Sonnenrad (43) des Planetengetriebes (17).
Differentialgetriebeeinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das wenigstens eine Planetenrad (33) des Planetengetriebes (17) wenigstens einen ersten Verzahnungsabschnitt (37) und einen zweiten Verzahnungsabschnitt (41) aufweist, die drehfest miteinander verbunden sind, wobei der erste Verzahnungsabschnitt (37) mit dem ersten Sonnenrad (39) des Planetengetriebes (17) kämmt und wobei der zweite Verzahnungsabschnitt (41) mit dem zweiten Sonnenrad (43) oder mit dem wenigstens einen weiteren Planetenrad (35) des Planetengetriebes (17) kämmt.
Differentialgetriebeeinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Eingangselement (11) der Differentialgetriebeeinheit mit dem Planetenträger (31) des Planetengetriebes (17) drehfest gekoppelt ist, das erste Ausgangselement (13) mit dem ersten Sonnenrad (39) drehfest gekoppelt ist und das zweite Ausgangselement (15) mit dem zweiten Sonnenrad (43) drehfest gekoppelt ist.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 15, wobei das wenigstens eine Planetenrad (51) des Übersetzungsgetriebes (25) mit dem wenigstens einen Planetenrad (33) oder dem wenigstens einen weiteren Planetenrad (35) des Planetengetriebes (17) drehfest gekoppelt ist.
Differentialgetriebeeinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Eingangselement (11) der Differentialgetriebeeinheit mit dem Hohlrad (71) des Planetengetriebes (17) drehfest gekoppelt ist, das erste Ausgangselement (13) mit dem ersten Sonnenrad (39) drehfest gekoppelt ist und das zweite Ausgangselement (15) mit dem Planetenträger (31) drehfest gekoppelt ist, oder wobei das Eingangselement (11) der Differentialgetriebeeinheit mit dem Planetenträger (31) des Planetengetriebes (17) drehfest gekoppelt ist, das erste Ausgangselement (13) mit dem ersten Sonnenrad (39) drehfest gekoppelt ist und das zweite Ausgangselement (15) mit dem Hohlrad (71) drehfest gekoppelt ist.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 17, wobei das wenigstens eine Planetenrad (51) des Übersetzungsgetriebes (25) mit dem wenigstens einen Planetenrad (33) oder dem wenigstens einen weiteren Planetenrad (35) des Planetengetriebes (17) drehfest gekoppelt ist.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 17, wobei das wenigstens eine Planetenrad (51) des Übersetzungsgetriebes (25) mit dem Hohlrad (71) des Planetengetriebes kämmt.
Differentialgetriebeeinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei die Drehachse (B3) des wenigstens einen Planetenrads (51) des Übersetzungsgetriebes (25) sich von der Drehachse (B1) des wenigstens einen Planetenrads (33) des Planetengetriebes (17) und/oder von der Drehachse (B2) des wenigstens einen weiteren Planetenrads (35) des Planetengetriebes (17) unterscheidet.
Differentialgetriebeeinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 20, wobei die Drehachse (B3) des wenigstens einen Planetenrads (51) des Übersetzungsgetriebes (25) einen geringeren Abstand zu der Zentralachse (A) besitzt als die Drehachse (B1) des wenigstens einen Planetenrads (33) des Planetengetriebes (17) und/oder als die Drehachse (B2) des wenigstens einen weiteren Planetenrads (35) des Planetengetriebes (17).
Differentialgetriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Differentialgetriebe als ein Kegelrad-Differentialgetriebe (81) ausgebildet ist, zumindest mit: – einem drehbaren Differentialgehäuse (83), das mit dem Eingangselement (11) der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist, – wenigstens einem Ausgleichskegelrad (85), das an dem Differentialgehäuse (83) drehbar gelagert ist, – einem ersten Abtriebskegelrad (87), das mit dem wenigstens einen Ausgleichskegelrad (85) kämmt und mit dem ersten Ausgangselement (13) der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist, und – einem zweiten Abtriebskegelrad (89), das mit dem wenigstens einen Ausgleichskegelrad (85) kämmt und mit dem zweiten Ausgangselement (15) der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist; wobei die Differentialgetriebeeinheit einen Planetenträger (91) aufweist, und wobei das Übersetzungsgetriebe (25) wenigstens ein Planetenrad (51) aufweist, das an dem Planetenträger (91) drehbar gelagert ist, wobei das Übersetzungsgetriebe (25) ferner ein Sonnenrad (53) aufweist, das bezüglich der Zentralachse (A) der Differentialgetriebeeinheit drehbar ist und das mit dem wenigstens einen Planetenrad (51) des Übersetzungsgetriebes (25) kämmt.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 22, wobei der Planetenträger (91) mit dem Eingangselement (11) der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist, wobei das Übersetzungsgetriebe (25) ein weiteres Sonnenrad (95) aufweist, das mit dem ersten Ausgangselement (13) oder mit dem zweiten Ausgangselement (15) der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist, wobei das Übersetzungsgetriebe (25) wenigstens ein weiteres Planetenrad (93) aufweist, das ebenfalls an dem Planetenträger (91) drehbar gelagert ist, das ferner mit dem weiteren Sonnenrad (95) des Übersetzungsgetriebes (25) kämmt und das mit dem genannten wenigstens einen Planetenrad (51) drehfest gekoppelt ist.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 22, wobei der Planetenträger (91) mit dem Eingangselement (11) der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist, wobei das wenigstens eine Planetenrad (51) des Übersetzungsgetriebes (25) mit einem Hohlrad (97) kämmt, das mit dem ersten Ausgangselement (13) oder mit dem zweiten Ausgangselement (15) der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 22, wobei der Planetenträger (91) mit dem ersten Ausgangselement (13) oder mit dem zweiten Ausgangselement (15) der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist, wobei das wenigstens eine Planetenrad (51) des Übersetzungsgetriebes (25) mit einem Hohlrad (97) kämmt, das mit dem Eingangselement (11) der Differentialgetriebeeinheit drehfest gekoppelt ist.