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Die
Erfindung betrifft eine Differentialgetriebevorrichtung mit einer
Differentialeinheit und mit wenigstens drei Ausgangswellen gemäß der im
Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Aus
der Praxis sind Fahrzeugantriebsstränge bekannt, bei welchen eine
als Brennkraftmaschine ausgeführte
Antriebsmaschine und ein zur Darstellung verschiedener Übersetzungen
vorgesehenes Schaltgetriebe in Fahrzeuglängsrichtung angeordnet sind
und bei welchen die im Bereich der Antriebsmaschine angeordnete
Fahrzeugachse angetrieben wird. Differentialgetriebevorrichtungen
solcher Fahrzeugachsen werden häufig
in Getriebegehäuse
der Schaltgetriebe integriert, um Schaltgetriebe und die Differentialgetriebevorrichtungen
jeweils als leicht handhabbares Modul zur Verfügung stellen zu können.
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Um
zwischen Antriebsrädern
der angetriebenen Fahrzeugachse im Bereich der Differentialgetriebevorrichtung
eine radindividuelle Verteilung des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine
und eine Verschiebung von Drehmomenten zwischen den Antriebsrädern unabhängig vom
Antriebsmoment bzw. eine sogenannte Torque-Vectoring-Funktion darstellen
zu können,
sind im Antriebsbereich die beiden Antriebsräder der angetriebenen Fahrzeugachse
jeweils parallel zu den Leistungsflüssen eines herkömmlichen
Differentials zwei über
reibschlüssige Schaltelemente
zuschaltbare Leistungspfade vorgesehen, die hierfür jeweils
mit einem entsprechenden Übersetzungsfehler
ausgeführt
sind.
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Nachteilig
dabei ist jedoch, dass bei den vorbeschriebenen Fahrzeugantriebssträngen auf
Höhe einer
Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten der Antriebsräder der
angetriebenen Fahrzeugachse im Bereich der Differentialgetriebevorrichtung
eine Welle durch das Gehäuse
des Schaltgetriebes zu führen ist,
was jedoch bei Änderung
von Verbindungsstellen zwischen der Differentialgetriebevorrichtung
und den Antriebsrädern
Packageprobleme verursacht.
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So
führen
beispielsweise geringfügige
konstruktive Änderungen
im Bereich der Fahrzeugachse dazu, dass bestehende Getriebesysteme
nur mit hohem Aufwand an neue Fahrzeugachssysteme anpassbar sind,
um diese in der vorbeschriebenen Art und Weise mit den Antriebsrädern der
angetriebenen Fahrzeugachse in gewünschtem Umfang verbinden zu
können.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Differentialgetriebevorrichtung
zur Verfügung
zu stellen, mittels der eine radindividuelle Verteilung des Antriebsmoments
sowie eine Verschiebung von Drehmomenten zwischen Antriebsrädern unabhängig vom
Antriebsmoment durchführbar
ist und die mit geringem Aufwand mit verschiedenen antreibbaren
Fahrzeugachssystemen kombinierbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einer Differentialgetriebevorrichtung mit den Merkmalen
des Patentanspruches 1 gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen Differentialgetriebevorrichtung
mit einer Differentialeinheit und mit wenigstens drei Ausgangswellen
ist eine erste Ausgangswelle mit einer Antriebsmaschine eines Fahrzeugantriebsstranges
verbindbar, während
die beiden weiteren Ausgangswellen mit jeweils einem Antriebsrad
einer antreibbaren Fahrzeugachse eines Fahrzeugantriebsstranges
in Wirkverbindung bringbar sind. Die erste in Einbaulage im Wesentlichen
in Fahrzeuglängsrichtung
verlaufende Ausgangswelle ist über
die Differentialeinheit mit den weiteren Ausgangswellen gekoppelt
und zusätzlich über zumindest
zwei zuschaltbare Verzahnungen mit den beiden weiteren Ausgangswellen über zu der
Verbindung im Bereich der Differentialeinheit parallele Leistungspfade
in Wirkverbindung bringbar.
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Erfindungsgemäß sind die
mit den Antriebsrädern
verbindbaren Ausgangswellen der Differentialgetriebevorrichtung
in Einbaulage über
in Fahrzeugquerrichtung einen Achsversatz zu die Ausgangswellen
mit Antriebswellen der Antriebsräder koppelnden
Verbindungswellen überbrückenden
ersten Verzahnungen verbindbar. Zusätzlich sind die in Einbaulage
im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung
verlaufenden Verbindungswellen über
weitere Verzahnungen mit den Antriebswellen der Antriebsräder koppelbar.
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Mittels
der erfindungsgemäßen Differentialgetriebevorrichtung
ist eine direkte Achsverbindung zwischen den Antriebsrädern einer
antreibbaren Fahrzeugachse im Bereich einer zwischen den Mittelpunkten
der Antriebsräder
in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Verbindungslinie getrennt bzw. aus
diesem Bereich heraus verlegt.
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Damit
wird eine aus der Praxis bekannte Durchführung einer im direkten Verbindungsbereich zwischen
den Antriebsrädern
in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden antreibbaren Fahrzeugachse,
die eine Anpassung an verschiedene antreibbare Fahrzeugachssysteme
einer Differentialgetriebevorrichtung in hohem Umfang erschwert,
auf einfache Art und Weise vermieden und die erfindungsgemäße Differentialgetriebevorrichtung
ist jeweils mit geringem Aufwand an unterschiedliche antreibbare
Fahrzeugachssysteme anpassbar und mit diesen kombinierbar.
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Durch
das Trennen der direkten Radverbindungen bzw. der direkten Achsverbindung
der beiden Antriebsräder
einer antreibbaren Fahrzeugachse besteht auf einfache Art und Weise
die Möglichkeit,
eine Antriebsmaschine bzw. ein Schaltgetriebe eines Fahrzeugantriebsstranges
in einem Fahrzeug in Bezug auf eine Fahrzeughochachse im Vergleich
zu aus der Praxis bekannten Differentialgetriebevorrichtungen tiefer
anzuordnen und somit ein Fahrzeug mit einem möglichst niedrigen Fahrzeugschwerpunkt,
der insbesondere bei sportlichen Fahrzeugen weit unten liegen soll,
zur Verfügung
zu stellen.
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Des
Weiteren ist über
die zumindest zwei zuschaltbaren Verzahnungen, über die die erste Ausgangswelle
mit den beiden weiteren Ausgangswellen betriebszustandsabhängig in
Wirkverbindung bringbar ist, jeweils eine radindividuelle Verteilung
eines von einer Antriebsmaschine eines Fahrzeugantriebsstranges
zur Verfügung
gestellten Drehmomentes und die Verschiebung von Drehmomenten zwischen den
Antriebsrädern
unabhängig
vom Antriebsmoment möglich.
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Bei
einer einfach und kostengünstig
herstellbaren Ausführungsform
der Differentialgetriebevorrichtung sind die Verzahnungen zwischen
den mit den Antriebsrädern
verbindbaren Ausgangswellen und den Verbindungswellen als Stirnradverzahnungen
ausgeführt.
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Die
zuschaltbaren Verzahnungen zwischen der mit der Antriebsmaschine
verbindbaren Ausgangswelle und den mit den Antriebsrädern verbindbaren
Ausgangswellen sind bei einer durch einen konstruktiv einfachen
Aufbau gekennzeichneten und kostengünstig herstellbaren Weiterbildung
der erfindungsgemäßen Differentialgetriebevorrichtung
als Stirnradverzahnungen ausgeführt.
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Die
radindividuelle Verteilung eines Drehmomentes einer Antriebsmaschine
eines Fahrzeugantriebsstranges zwischen den Antriebsrädern einer antreibbaren
Fahrzeugachse ist über
einen großen Betriebsbereich
mit hohem Fahrkomfort durchführbar,
wenn die zuschaltbaren Verzahnungen zwischen den mit den Antriebsrädern verbindbaren
Ausgangswellen und den Verbindungswellen über regelbare reibschlüssige Schaltelemente
zuschaltbar sind.
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Bei
einer bauraumgünstigen
Weiterbildung der letztgenannten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Differentialgetriebevorrichtung
sind die Schaltelemente jeweils in ein Zahnrad der zuschaltbaren
Verzahnungen integriert.
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Bei
einer wenig Bauraum beanspruchenden Weiterbildung der erfindungsgemäßen Differentialgetriebevorrichtung
sind die Verzahnungen zwischen den Verbindungswellen und den Antriebswellen
der Antriebsräder
als Kegelradverzahnungen ausgeführt, in
deren Bereich der Antrieb vorzugsweise jeweils im Wesentlichen um
90° umlenkbar
ist.
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Eine
ebenfalls konstruktiv einfache und bauraumgünstige Ausführungsform der Differentialgetriebevorrichtung
nach der Erfindung weist ein als Kegelraddifferential mit innen
liegendem Antrieb ausgeführte
Differentialeinheit auf, über
die die mit der Antriebsmaschine verbindbare Ausgangswelle mit den beiden
weiteren Ausgangswellen wirkverbunden ist. Alternativ hierzu besteht
auch die Möglichkeit,
die Differentialeinheit als Stirnraddifferential auszuführen.
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In
Abhängigkeit
des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles ist die Differentialgetriebevorrichtung in
Einbaulage in Fahrzeuglängsrichtung
vor oder hinter einer in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Verbindungslinie
zwischen den Antriebsrädern
der antreibbaren Fahrzeugachse angeordnet, womit ein jeweils zur
Verfügung
stehendes Bauraumangebot im Bereich einer Fahrzeugkarosserie optimal
nutzbar ist.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Patentansprüchen
und den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, wobei in
der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele zugunsten der Übersichtlichkeit
für bau-
und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet
werden.
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Es
zeigt:
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1 einen
Fahrzeugantriebsstrang, der mit einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Differentialgetriebevorrichtung
ausgeführt
ist;
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2 eine
detailliertere Darstellung der in 1 dargestellten
Differentialgetriebevorrichtung;
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3 eine
Weiterbildung der in 2 gezeigten Ausführung der
erfindungsgemäßen Differentialgetriebevorrichtung;
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4 eine
detailliertere Darstellung einer dritten Ausführungsform der Differentialgetriebevorrichtung;
und
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5 eine
vierte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Differentialgetriebevorrichtung.
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1 zeigt
einen Fahrzeugantriebsstrang 1, bei dem eine vorliegend
als Brennkraftmaschine ausgeführte
Antriebsmaschine 2 und ein Schaltgetriebe 3 eines
Fahrzeuges in Fahrzeuglängsrichtung
verlaufend angeordnet sind. Eine Getriebeausgangswelle 4 des
Schaltgetriebes 3 ist mit einer ersten Ausgangswelle 5 einer
Differentialgetriebevorrichtung 6 drehfest verbunden.
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Die
Differentialgetriebevorrichtung 6 ist mit einer Differentialgetriebeeinheit 7 und
neben der ersten Ausgangswelle 5 mit zwei weiteren Ausgangswellen 8 und 9 ausgebildet.
Die erste Ausgangswelle 5 ist über das Schaltgetriebe 3 mit
der Antriebsmaschine 2 verbunden, während die beiden weiteren Ausgangswellen 8 und 9 mit
jeweils einem Antriebsrad 10, 11 einer antreibbaren
Fahrzeugachse 12 des Fahrzeugantriebsstranges 1 wirkverbunden
sind.
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Die
antreibbare Fahrzeugachse 12 stellt vorliegend eine Fahrzeughinterachse
dar, wobei die Fahrzeugachse 12 in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden
Anwendungsfalles auch eine Fahrzeugvorderachse sein kann. Zusätzlich besteht
auch die Möglichkeit,
dass der Fahrzeugantriebstrang 1 in nicht näher dargestellter
Art und Weise mehrere antreibbare Fahrzeugachsen aufweist, wobei
im Bereich zwischen der Differentialgetriebevorrichtung 6 und
dem Schaltgetriebe 3 dann ein entsprechendes Verteilergetriebe
vorzusehen ist.
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Um
ein Drehmoment der Antriebsmaschine 2 mit beliebigen Verteilungsgraden
zwischen den beiden Antriebsrädern 10 und 11 der
antreibbaren Fahrzeugachse 12 verteilen zu können, ist
die in Fahrzeuglängsrichtung
verlaufende erste Ausgangswelle 5 über zwei zuschaltbare Verzahnungen 13, 14 mit den
weiteren Ausgangswellen 8 und 9 in Wirkverbindung
bringbar, wobei über
die zuschaltbaren Verzahnungen 13 und 14 auch
Drehmomente zwischen den Antriebsrädern 10 und 11 unabhängig vom
Antriebsmoment der Antriebsmaschine 2 verschiebbar sind.
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Die
mit den Antriebsrädern 10 und 11 verbindbaren
Ausgangswellen 8 und 9 der Differentialgetriebevorrichtung 6 sind über in Fahrzeugquerrichtung
einen Achsversatz zu die Ausgangswellen 8 und 9 mit
Antriebswellen 15, 16 der Antriebsräder 10, 11 koppelnden
Verbindungswellen 17, 18 überbrückenden Verzahnungen 19, 20 verbindbar.
Die Verbindungswellen 17, 18 verlaufen in Einbaulage
der Differentialgetriebevorrichtung 6 im Fahrzeug im Wesentlichen
in Fahrzeuglängsrichtung
und sind im Bereich einer in Fahrzeugquerrichtung zwischen den Antriebswellen 15 und 16 der
Antriebsräder 10 und 11 verlaufenden
Verbindungslinie 21 angeordneten weiteren Verzahnungen 22, 23 mit
den Antriebswellen 15 und 16 koppelbar.
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In 2 ist
eine erste detailliertere Ausführungsform
der Differentialgetriebevorrichtung 6 gemäß 1 dargestellt,
bei der sowohl die zuschaltbaren Verzahnungen 13 und 14 als
auch die Verzahnungen 19 und 20 zwischen den Ausgangswellen 8 und 9 und
den Verbindungswellen 17 und 18 als Stirnradverzahnungen
ausgebildet sind. Die zuschaltbaren Verzahnungen 13 und 14 sind
jeweils mit regelbaren reibschlüssigen
Schaltelementen 24 und 25 ausgeführt, welche
jeweils bauraumgünstig
in Stirnräder 26, 27 der
zuschaltbaren Verzahnungen 13 und 14 integriert
sind. Die Verbindungswellen 17 und 18 und die
Antriebswellen 15 und 16 der Antriebsräder 10 und 11 verbindenden
Verzahnungen 22 und 23 sind als Kegelradverzahnungen
ausgebildet.
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3 zeigt
eine Weiterbildung der in 2 dargestellten
ersten Ausführungsform
der Differentialgetriebevorrichtung 6, welche sich im Wesentlichen im
Bereich der zuschaltbaren Verzahnung 14, der die Ausgangswelle 9 mit
der Verbindungswelle 18 verbindenden Verzahnung 20 und
der die Verbindungswelle 18 mit der Antriebswelle 16 des
Antriebsrades 11 verbindenden Verzahnung 23 voneinander
unterscheiden, weshalb in der Beschreibung zu 3 im Wesentlichen
lediglich auf die Unterschiede zu der Ausführung der Differentialgetriebevorrichtung 6 gemäß 2 eingegangen
wird und bezüglich
der weiteren Funktionsweise auf die Beschreibung zu 2 verwiesen
wird.
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Die
zuschaltbare Verzahnung 14 und die Verzahnung 20 sind
aufgrund der im Vergleich zu der Verzahnung 23 gemäß 2 spiegelbildlich
ausgebildeten Verzahnung 23 mit einer zusätzlichen
Stirnradebene ausgeführt,
um die durch die spiegelbildliche Ausführung der Verzahnung 23 erforderliche Drehrichtungsumkehr
im Bereich der Verzahnungen 14 und 20 darstellen
zu können.
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Bei
der Ausführungsform
der Differentialgetriebevorrichtung 6 gemäß 3 steht
im Vergleich zu der Ausgestaltung der Differentialgetriebevorrichtung 6 gemäß 2 im
Bereich zwischen dem Schaltgetriebe 3 und der Verzahnung 23 für das Schaltgetriebe 3 mehr
Bauraum zur Verfügung,
womit das Schaltgetriebe 3 in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden
Anwendungsfalles in Bezug auf eine Fahrzeughochachse und unter Berücksichtigung
einer Bodenfreiheit des mit den Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgebildeten
Fahrzeuges möglichst
tief im Fahrzeug anordenbar ist und dass Fahrzeug mit einem möglichst
tiefen Schwerpunkt zur Verfügung stellbar
ist.
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Ein
in 4 dargestelltes drittes Ausführungsbeispiel der Differentialgetriebevorrichtung 6 gemäß 1 ist
im Vergleich zu den Ausführungen gemäß 2 und 3 der
Differentialgetriebevorrichtung 6 mit zwei bzw. mit vier
Zahnrädern
weniger ausgebildet, womit die Differentialgetriebevorrichtung 6 gemäß 4 kostengünstiger
herstellbar ist und sowohl durch ein geringeres Eigengewicht als auch
durch einen niedrigeren Bauraumbedarf als die vorbeschriebenen Ausführungsformen
gemäß 2 und 3 gekennzeichnet
ist.
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Das
in 5 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel der Differentialgetriebevorrichtung 6 unterscheidet
sich von der in 1 schematisch dargestellten
Differentialgetriebevorrichtung 6 im Wesentlichen im Bereich
der zuschaltbaren Verzahnungen 13 und 14, wobei
bei der Differentialgetriebevorrichtung 6 gemäß 5 die
erste Ausgangswelle 5 über
die beiden zuschaltbaren Verzahnungen 13 und 14 jeweils
nur direkt mit der Verbindungswelle 18 verbindbar ist.
Um die gewünschte
radindividuelle Verteilung des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 2 zwischen
den Antriebsrädern 10 und 11 sowie
eine Verschiebung von Drehmoment zwischen den Antriebsrädern 10 und 11 über die
Differentialgetriebevorrichtung 6 in der vorbeschriebenen
Art und Weise durchführen
zu können,
ist die zuschaltbare Verzahnung 13 mit einer Übersetzung < 1 und die zuschaltbare
Verzahnung 14 gleichzeitig mit einer Verzahnung > 1 auszuführen.
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Bei
den vorbeschriebenen Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Differentialgetriebevorrichtung 6 ist
in die Getriebeausgangswelle 4 bzw. die Abtriebswelle des
Schaltgetriebes 3 die als Kegelraddifferential oder Stirnraddifferential
ausführbare
Differentialeinheit 7 integriert, dessen Ausgangswellen 8 und 9 koaxial
zu den Antriebswellen 15 und 16 der Antriebsräder 10 und 11 angeordnet
sind. Durch eine oder mehrere Stirnradstufen werden die seitlich
zu der Differentialeinheit 7 angeordneten Verbindungswellen 17 und 18,
die in Fahrzeuglängsrichtung
zwischen den Ausgangswellen 8 und 9 und den Antriebswellen 15 und 16 verlaufen,
ausgehend von der Differentialeinheit 7 angetrieben.
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Die
Verbindungswellen 17 und 18 stellen eine Verbindung
zwischen den Ausgangswellen 8 und 9 und der die
Radmittelpunkte der Antriebsräder 10 und 11 verbindenden
Verbindungslinie 21 her. Im Bereich der in Fahrzeugquerrichtung
verlaufenden Verbindungslinie 21 wird der Antrieb der Antriebsmaschine 2 durch
die jeweils als Ritzel-Tellerrad-Kombination ausgeführten Verzahnungen 22 und 23 um 90° umgelenkt
und den Antriebsrädern 10 und 11 zugeführt.
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Die
Differentialgetriebevorrichtung 6 ist vorliegend in ein
Getriebegehäuse 28 des
Schaltgetriebes 3 des Fahrzeugantriebsstranges 1 integriert
und bildet mit dem Schaltgetriebe 3 ein Modul bzw. ein einfach
zu montierendes Package aus.
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In
Abhängigkeit
des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht die Möglichkeit,
dass die Anzahl der den Antriebsrädern 10 und 11 jeweils
zugeordneten Zwischenwellen voneinander abweicht, wobei die Tellerräder der
Verzahnungen 22 und 23 dann gegebenenfalls zu
drehen sind, um jeweils eine Drehrichtungsumkehr ausgleichen zu
können.
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Durch
die Vielfalt der unterschiedlichen Anordnungsmöglichkeiten der einzelnen Baugruppen der
Differentialgetriebevorrichtung 6 ist der jeweils anwendungsfallabhängig zur
Verfügung
stehende Bauraum im Bereich der antreibbaren Fahrzeugachse 12 optimal
ausnutzbar. Des Weiteren ist durch eine Drehung der Verbindungslinie
zwischen den Ausgangswellen 8 und 9 und den Verbindungswellen 17 und 18 bzw.
zwischen den Verbindungswellen 17 und 18 und den
Antriebswellen 15 und 16 der Antriebsräder 10 und 11 eine
vertikale Anordnung der Baurgruppen des Fahrzeugantriebsstranges 1,
d. h. insbesondere der Antriebsmaschine 2, des Schaltgetriebes 3 und
der Differentialgetriebevorrichtung 6 bedarfsgemäß variierbar.
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Die
gewünschte
Torque-Vectoring-Funktionalität
ist bei der erfindungsgemäßen Differentialgetriebevorrichtung 6 mit
geringem Aufwand integriert, da die Getriebeausgangswelle 4 des
Schaltgetriebes 3 über
je eine regelbare Kupplung und vorzugsweise mindestens eine Stirnradstufe
umfassende Verzahnung parallel geführt und dann wieder mit dem
Abtriebspfad der Differentialgetriebevorrichtung 6 verbindbar
ist.
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Grundsätzlich wird
zur Darstellung einer radindividuellen Verteilung des Antriebsmomentes
der Antriebsmaschine 2 und einer Verschiebung von Drehmoment
zwischen den Antriebsrädern 10 und 11 jeweils
lediglich die Übertragungsfähigkeit
eines der beiden regelbaren reibschlüssigen Schaltelemente 26 oder 27 variiert,
während
jeweils das andere reibschlüssige
Schaltelement 27 oder 26 in geöffnetem Betriebszustand betrieben
wird.
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Die
vorbeschriebenen Konzepte bieten insgesamt den Vorteil, dass das
Differential, die Wellen, die Zahnräder und die regelbaren Kupplungen
vor der Achsübersetzung
der Verzahnungen 22 und 23 angeordnet sind, weshalb
die im Leistungsfluss vor den Verzahnungen 22 und 23 zu übertragenden Drehmomente
deutlich niedriger sind und die Bauteile des Fahrzeugantriebsstranges
in diesem Bereich kleiner dimensionierbar und dadurch billiger und leichter
ausführbar
sind.
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- 1
- Fahrzeugantriebsstrang
- 2
- Antriebsmaschine
- 3
- Schaltgetriebe
- 4
- Getriebeausgangswelle
- 5
- erste
Ausgangswelle
- 6
- Differentialgetriebevorrichtung
- 7
- Differentialeinheit
- 8,
9
- Ausgangswelle
- 10,
11
- Antriebsrad
- 12
- antreibbare
Fahrzeugachse
- 13,
14
- zuschaltbare
Verzahnung
- 15,
16
- Antriebswelle
- 17,
18
- Verbindungswelle
- 19,
20
- Verzahnung
- 21
- Verbindungslinie
- 22,
23
- Verzahnung
- 24,
25
- Schaltelement
- 26,
27
- Stirnrad