DE102009009446B4

DE102009009446B4 - Verteilergetriebe

Info

Publication number: DE102009009446B4
Application number: DE102009009446.6A
Authority: DE
Inventors: Paul Roman Oberaigner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-02-25
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2019-02-14
Anticipated expiration: 2029-02-14
Also published as: AT506456B1; AT506456A1; DE102009009446A1

Abstract

Verteilergetriebe zum Verteilen eines Antriebsdrehmoments von einer angetriebenen Eingangswelle (4) auf zwei Achsen (A, B) bzw. auf zwei Achsen antriebsmäßig wirkende Abtriebswellen unter Einsatz von zwei wenigstens dreiwelligen Differenzialen bzw. Planetenradsätzen (P1, P2),
wobei der erste Planetenradsatz (P1) als einfacher Planetenradsatz ausgeführt ist,
wobei der zweite Planetenradsatz (P2) als Doppelplanetenradsatz ausgeführt ist,
wobei die Eingangswelle (4) an die Summenwelle (15), vorzugsweise den Steg (20), des ersten Planetenradsatzes (P1) kraftübertragend bzw. antriebsmäßig angeschlossen ist,
wobei die eine Differenzwelle (16) des ersten Planetenradsatzes (P1), das Sonnenrad (19), als Ausgangswelle an die erste Achse (A) kraftübertragend bzw. antriebsmäßig angeschlossen ist, und
wobei die andere Differenzwelle (17) des ersten Planetenradsatzes (P1),-das Hohlrad (22), an die Summenwelle (10), das Hohlrad (23), des zweiten Planetenradsatzes (P2) kraftübertragend bzw. antriebsmäßig angeschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die eine Differenzwelle (18), das Sonnenrad (24), des zweiten Planetenradsatzes (P2) an die erste Achse (A) kraftübertragend bzw. antriebsmäßig angeschlossen ist,
und dass die andere Differenzwelle (14) des zweiten Planetenradsatzes (P2), der Steg (25), an die zweite Achse (B) kraftübertragend bzw. antriebsmäßig angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verteilergetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Derartige Getriebe sind beispielsweise aus der DE 102004002187 A1 bekannt. Ziel der Erfindung ist es, ein Verteilergetriebe dieser Art derart auszugestalten, dass die Gesamtspreizung eines Antriebsstranges vergrößert und damit eine bessere Anpassung an verschiedene Einsatzorte des Getriebes möglich wird. Ein derartiges Getriebe soll möglichst platzsparend, baulich einfach und betriebssicher aufgebaut sein. Des weiteren sollen die Drehmomentverteilung sowie der Wirkungsgrad des Getriebes an die Anforderungen an derartige Getriebe in der Praxis optimal angepasst werden.
Diese Ziele werden bei einem Verteilergetriebe der eingangs genannten Art mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmalen erreicht. Durch die Aufteilung der Antriebskräfte auf die beiden Antriebsachsen in der erfindungsgemäßen Weise wird aufgrund der erreichbaren Achsübersetzungen eine gute Anpassung an verschiedene Einsatzarten möglich. Im Direktgang sind beispielsweise niedrigere Geschwindigkeiten als im Schongang möglich, ohne die Kupplung schleifen zu lassen und anderseits sind höhere Zugkräfte möglich, beispielsweise beim langsamen Rangieren bzw. bei Geländefahrten. Im Schongang hingegen ist es möglich, den Motor bei hohen Geschwindigkeiten, insbesondere bei Autobahnfahrten, in einem wirtschaftlichen Drehzahlbereich zu betreiben. Ferner besitzt dieses Verteilergetriebe einen mechanisch stabilen Aufbau mit hoher Betriebsfestigkeit bzw. Belastbarkeit.
Von Vorteil sind die Merkmale der Ansprüche 2, 3 und 4. Damit wird es möglich, in platzsparender Weise lastschaltbare Elemente anzuordnen, mit denen die zu übertragende Kraft rasch auf die einzelnen Antriebsachsen aufgebracht bzw. über diese gewechselt werden kann. Anspruch 5 sind alternative und vorteilhafte Anordnungen für die erste Kupplung zu entnehmen. Je nach Anordnung dieser Kupplung erfolgt eine unterschiedliche Verblockung des ersten Planetenradsatzes.
Die Ansprüche 6 bis 11 betreffen baulich und kraftübertragungsmäßig vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Von Vorteil für den Betrieb ist es, wenn die Merkmale des Anspruchs 12 erfüllt sind.
Anspruch 16 ist für die praktische Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes von Bedeutung. Damit wird erreicht, dass ein angelegter Drehmoment in der gewünschten Weise auf die beiden Abtriebsachsen aufgeteilt werden kann.
Von Vorteil ist es ferner, wenn auch eine nur teilweise Verblockung mit den Kupplungen erfolgen kann, wofür die Kupplungen nicht vollständig geschlossen werden, womit zumindest ein teilweiser Ausgleich von Drehzahlunterschieden möglich wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

1 zeigt den grundlegenden Aufbau eines Antriebsstranges.
2a zeigt den einen ersten Aufbau eines Verteilergetriebes.
2b und 2c zeigen alternative Ausführungsformen eines Aufbaus eines Verteilergetriebes.
3 zeigt den Teilschnitt einer speziellen Ausführungsform eines Verteilergetriebes in schematischer Darstellung.
4 zeigt schematisch den Teilschnitt einer alternativen Ausführungsform eines Verteilergetriebes.
5 zeigt eine Tabelle mit Zahlenwerten für beispielsweise Ausführungen der beiden erfindungsgemäß verschalteten Planetenradsätze.
6, 7, 8 und 9 zeigen unterschiedliche Möglichkeiten zur Aufteilung des am Verteilergetriebes anliegenden Drehmomentes auf zwei Achsen A, B.

1 zeigt einen möglichen Aufbau eines Antriebsstranges, bei dem der Motor 1 als längseingebauter Frontmotor aufgebaut und das Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Allradantrieb ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Verteilergetriebe 3 kann auch in Alleinstellung bzw. in Kombination mit beliebigen Antrieben verwendet werden, um ein anliegendes Drehmoment zwischen zumindest zwei Achsen aufzuteilen. So kann es beispielsweise bei einem dreiachsigen Fahrzeug auch dazu dienen, ein anliegendes Drehmoment zwischen einer ersten und den übrigen Achse(n) zu verteilen. Auch Drehmomente von Abtriebswellen eines Elektromotors können verteilt werden.
An den Motor 1, z.B. Verbrennungsmotor, Elektromotor, ist ein Getriebe 2 angeschlossen, an das ein erfindungsgemäßes Verteilergetriebe 3 angeschlossen ist. An sich kann das Verteilergetriebe 3 auch direkt an den Motor 1 angeschlossen sein. Mit dem erfindungsgemäßen Verteilergetriebe 3 kann die Anzahl der verfügbaren Gänge bzw. der vom Getriebe 2 bzw. vom Motor 1 erhaltenen unterschiedlichen Drehmomente verdoppelt werden.
Von dem erfindungsgemäßen Verteilergetriebe 3 erfolgt, in der Regel über eine Kardanwelle, der Antrieb einer Achse B, insbesondere einer Hinterachse eines Fahrzeuges, die mit einem Differenzial versehen sein kann, an das die Kardanwelle kraftübertragungsmäßig angeschlossen ist. Das Verteilergetriebe 3 treibt des weiteren eine Achse A an, insbesondere eine Vorderachse, die ebenfalls mit einem Differenzial versehen sein kann, wobei das Verteilergetriebe 3 über eine Abtriebwelle 26 auf die Achse A wirkt.
Die Erfindung betrifft somit ein Verteilergetriebe, das zwei Planetenradsätze umfasst. In 2a ist das Verteilergetriebe 3 mit Symbolik nach der VDI Richtlinie 2157/1978 dargestellt. Ein Kreis symbolisiert hierbei ein Planetengetriebe, die an den Kreis gehenden Linien die am Planetengetriebe angreifenden Wellen. Jene Welle des Planetengetriebes, an der betragsmäßig das größte Drehmoment wirkt, wird mit einem doppelten Strich dargestellt und als Summenwelle bezeichnet, die anderen beiden als Differenzwellen. Es ist festzustellen, dass jedes Planetengetriebe drei Wellen umfasst und zwar eine Summenwelle und zwei Differenzwellen. An Planetengetrieben müssen aus Gleichgewichtsgründen die Drehmomente an den drei Wellen in Summe 0 ergeben, wobei selbstverständlich Reibungsverluste nicht berücksichtigt werden. An der Summenwelle liegt somit in Summe betragsmäßig genauso viel Drehmoment an, wie an den anderen beiden Wellen, das heißt der ersten und der zweiten Differenzwelle zusammen.
Die Eingangswelle 4 des erfindungsgemäßen Verteilergetriebes 3 ist mit der Summenwelle 15 eines ersten Planetenradsatzes P1 verbunden. Die erste Differenzwelle 16 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit einer Welle 7 verbunden. Die zweite Differenzwelle 17 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit der Summenwelle 10 eines zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden. Die erste Differenzwelle 18 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist mit einer Welle 12 verbunden, die den Abtrieb zur Achse A darstellt.
Die zweite Differenzwelle 14 des zweiten Planetenradsatzes P2 stellt den Abtrieb zur Achse B dar.
Wie in 2a dargestellt, kann über eine vorteilhafterweise ansteuerbare Kupplung 6 die Eingangswelle 4 mit der Welle 7 bzw. mit der mit der Welle 7 antriebsmäßig verbundenen Differenzwelle 16 des ersten Planetenradsatzes P1 verschaltet bzw. verbunden werden.
Die Kupplung 6 kann alternativ auch angeordnet werden zwischen der Eingangswelle 4 und Differenzwelle 17 des ersten Planetenradsatzes P1, wie in 2c dargestellt ist, oder zwischen der Differenzwelle 17 und der Differenzwelle 16 bzw. der mit der Differenzwelle 16 verbundenen Differenzwelle 17, wie in 2b dargestellt. Bei allen drei Anordnungsvarianten der Kupplung 6 nimmt die Kupplung dem Planetenradsatz P1 einen Freiheitsgrad, sodass er bei geschalteter Kupplung 6 nur mehr als Block umlaufen kann.
Über eine vorteilhafterweise ansteuerbare Kupplung 13 kann die Welle 7 und die mit Welle 7 antriebsmäßig verbundenen Differenzwelle 16 des ersten Planetenradsatzes P1 mit der Welle 12 sowie der mit der Welle 12 verbundenen Differenzwelle 18 des zweiten Planetenradsatzes P2 verschaltet bzw. verbunden werden.
Über eine vorteilhafterweise ansteuerbare Bremse 8 können die Welle 7 und der antriebsmäßig mit ihr verbundenen Differenzwelle 16 des ersten Planetenradsatzes P1 gegenüber dem Gehäuse 9 des Verteilergetriebes 3 zumindest teilweise festgebremst werden, sodass im arretierten Fall die Welle 7 und die Differenzwelle 16 keine Relativdrehzahl gegenüber dem Gehäuse 9 des Verteilergetriebes 3 aufweisen.
Entsprechend vergleichbare Verhältnisse liegen vor, wenn die Kupplungen 6 und 13 bzw. die Bremse 8 bei den Ausführungsformen des Verteilergetriebes gemäß der 2b und 2c betätigt werden.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die Kupplung 6 und/oder die Kupplung 13 und/oder die Bremse 8 als lastschaltbare Elemente, vorzugsweise als Lamellenkupplungen bzw. Lamellenbremsen, ausgeführt sind, wobei die Steuerung der Kupplungen 6, 13 in ein elektronisches Fahrdynamikregelsystem integriert sein kann.
Wenn die Kupplung 6 und/oder die Kupplung 13 und die Bremse 8 als lastschaltbare Elemente ausgeführt werden, so kann der Schaltvorgang zwischen Direkt- und Schongang auch unter Last ohne Zugkraftunterbrechung erfolgen.
Die Kupplungen 6, 13 und die Bremse 8 können formschlüssig und/oder reibschlüssig und/oder kraftschlüssig wirken.
Zwischen Welle 7 und Welle 12 kann parallel zur Kupplung 13 auch ein Freilauf angeordnet sein, dessen Schaltrichtung so gewählt wird, dass der Freilauf bei Vorwärtsfahrt dann nicht schaltet, wenn sich die Welle 12 schneller als die Welle 7 dreht. Vorteilerhafterweise kann damit insbesondere der Rückschaltkomfort von Schon- auf Direktgang verbessert werden, weil ein Freilauf erst bei Gleichlauf schaltet.
3 und 4 zeigen schematische Darstellungen des Aufbaus und der Kraftverläufe des in 2a dargestellten Verteilergetriebes 3.
Eine bevorzugte Variante ist in 3 dargestellt. Der erste Planetenradsatz P1 ist als einfacher Planetenradsatz ausgeführt, bestehend aus einem Sonnenrad 19, einem Hohlrad 22 und einem Planetenträger (Steg) 20 mit darin gelagerten Planetenrädern 21, die sowohl mit dem außenverzahnten Sonnenrad 19 als auch mit dem innenverzahnten Hohlrad 22 kämmen. Hierbei stellt der Planetenträger die Summenwelle 15 des ersten Planetenradsatzes P1 dar, das Sonnenrad 19 die Differenzwelle 16 des ersten Planetenradsatzes P1 und das Hohlrad 22 die Differenzwelle 17 des ersten Planetenradsatzes P1.
Der zweite Planetenradsatz P2 ist ausgeführt als Doppel-Planetenradsatz, bestehend aus einem Sonnenrad 24, einem Hohlrad 23 und einem Planetenträger (Steg) 25 mit mehreren darin gelagerten Planetenradpaaren 27, wobei jeweils ein Planet eines Planetenpaares mit der Verzahnung des Sonnenrades 24 und dem zweiten Planeten kämmt und der zweite Planet des Planetenpaares mit dem ersten Planeten und der Verzahnung des Hohlrades 23 im Eingriff ist. Hierbei stellt das Hohlrad 23 die Summenwelle des zweiten Planetenradsatzes P2 dar, das Sonnenrad 24 die Differenzwelle 18 des zweiten Planetenradsatzes P2 und der Planetenträger die Differenzwelle 14 des zweiten Planetenradsatzes P2. Alternativ dazu kann auch die Zuordnung der Differenzwellen 14 und 18 zu Sonnenrad 24 und Planetenträger 25 des zweiten Planetenradsatzes P2 vertauscht sein.
Vorzugsweise sind im Falle einer Schrägverzahnung die Schrägungswinkel der beiden Hohlräder 22, 23 so ausgeführt, dass sich die entstehenden Axialkräfte weitgehend kompensieren und so keine besondere Axiallagerung für die Aufnahme des Axialschubs der Hohlräder vorzusehen ist. Dadurch können sich Kosten- und Wirkungsgradvorteile ergeben.
Dabei kann das Hohlrad 23 bevorzugterweise gemeinsam mit dem Hohlrad 22 aus einem Rohteil gefertigt sein und von den beiden Planetenradsätzen P1, P2 gemeinsam verwendet werden.
Ferner kann das Hohlrad 23 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit dem Hohlrad 22 des ersten Planetenradsatzes P1 als gemeinsames Hohlrad mit einer durchgehenden Verzahnung ausgeführt sein, wodurch die Hohlräder 22, 23 einstückig ausgebildet sind und jeweils einen Teil der beiden Planetenradsätze P1, P2 darstellen, sodass nur ein gemeinsames Hohlrad für die beiden Planetenradsätze P1, P2 vorzusehen ist, wodurch sich Kostenvorteile ergeben können. Bei dieser Bauart entfällt mangels Axialschub ebenfalls eine gesonderte Axiallagerung.
Prinzipiell ist es möglich, die Zuordnung der Differenzwellen 14, 18 zu Sonnenrad 24 und Steg 25 des zweiten Planetenradsatzes P2 zu vertauschen, um beispielsweise der Achse A mehr Drehmoment als der Achse B zuzuteilen.
Eine zweite bevorzugte Variante ist in 4 dargestellt. Der erste Planetenradsatz P1 wird hierbei als einfacher Planetenradsatz ausgeführt, bestehend aus einem Sonnenrad 19, einem Hohlrad 22 und einem Planetenträger (Steg) 20 mit darin gelagerten Planetenrädern 21, die sowohl mit dem außenverzahnten Sonnenrad 19 als auch mit dem innenverzahnten Hohlrad 22 kämmen.
Hierbei stellt der Planetenträger die Summenwelle 15 des ersten Planetenradsatzes P1 dar, das Sonnenrad 19 die Differenzwelle 16 des ersten Planetenradsatzes P1 und das Hohlrad 22 die Differenzwelle 17 des ersten Planetenradsatzes P1.
Der zweite Planetenradsatz P2 wird als einfacher Planetenradsatz ausgebildet, ebenfalls bestehend aus einem Sonnenrad 24, einem Hohlrad 23 und einem Planetenträger (Steg) 25 mit darin gelagerten Planetenrädern 28, die sowohl mit dem außenverzahnten Sonnenrad 24 als auch mit dem innenverzahnten Hohlrad 23 kämmen.
Hierbei stellt der Planetenträger 25 die Summenwelle des zweiten Planetenradsatzes P2 dar, das Sonnenrad 24 die Differenzwelle 18 des zweiten Planetenradsatzes P2 und das Hohlrad (23) die Differenzwelle 14 des zweiten Planetenradsatzes P2.
Prinzipiell ist es möglich, die Zuordnung der Differenzwellen 14, 18 zu Sonnenrad 24 und Hohlrad 23 des zweiten Planetenradsatzes P2 zu vertauschen, um beispielsweise der Achse A mehr Drehmoment als der Achse B zuzuteilen.
Prinzipiell ist es möglich, den Abtrieb zur Achse A und zur Achse B zu vertauschen, um beispielsweise der Achse A mehr Drehmoment als der Achse B zuzuteilen.
Prinzipiell ist es unerheblich, welche Planetengetriebe für das erfindungsgemäße Verteilergetriebe 3 verwendet werden bzw. wie diese innen aufgebaut sind. Es ist lediglich erforderlich, dass unterschiedliche Planetenradsätze bzw. Differenziale entsprechenden den erfindungsgemäßen Vorgaben im Hinblick auf Summenwelle bzw. Differenzwellen entsprechend richtig angeschlossen bzw. zusammengebaut werden bzw. die angetriebene Summenwelle und die abtreibenden Differenzwellen entsprechend festgelegt werden.
Es ist möglich, unterschiedliche Bauformen von Differenzialgetrieben bzw. Planetenradsätzen für das erfindungsgemäße Verteilergetriebe 3 einzusetzen. Zu beachten ist dabei, dass der Antrieb jeweils auf die Summenwelle des jeweiligen Differenzials bzw. Planetenradsatzes erfolgt, das heißt hundert Prozent des Drehmomentes werden auf die Summenwelle aufgebracht. Der Abtrieb der verteilten Drehmomente erfolgt auf die jeweiligen beiden Differenzwellen, an denen somit in Summe betragsmäßig das selbe Drehmoment anliegt wie an der Summenwelle. Es wäre denkbar, insbesondere als zweiten Planetenradsatz, auch andere Planetengetriebe bzw. Differenzialgetriebe für das erfindungsgemäße Verteilergetriebe 3 einzusetzen, insbesondere ein einfaches Kegelraddifferenzial oder ein Stirnraddifferenzial mit zwei Sonnenrädern und mehreren Planetenradpaaren, wie es beispielsweise aus DE 19750834 C1 bekannt ist. Prinzipiell könnte jedes beliebige Planetengetriebe eingesetzt werden. Unterschiedliche Bauarten erfordern unterschiedlichen Bauraum und/oder bieten unterschiedliche Einbausituationen und/oder bieten unterschiedlichen Wirkungsgrad. Weiters können sich bei manchen Bauarten auch die darstellbare Drehmomentverteilung und/oder die sich ergebende Verteilergetriebeübersetzung im Schongang unterschiedlich ergeben.
Verteilergetriebe, so wie sie in 3 und 4 dargestellt sind, sind platzsparend, haben eine kompakte konzentrierte Anordnung der Schaltelemente, sowie der beiden Planetenradsätze und sind auch günstig in ein Automatikgetriebe integrierbar. Falls das Verteilergetriebe 3 in ein Automatikgetriebe integriert werden soll, so ist eine weit vorne liegende Position dieser Schaltelemente im Verteilergetriebe 3 von Vorteil, da dann die Druckölversorgung einfach ist, da das entsprechende Drucköl der Druckölversorgung des Automatikgetriebes entnommen werden kann, und damit die Schaltelemente 6, 13, 8 angesteuert werden können.
Grundsätzlich können alle Antriebe über Wellen oder Zahnketten oder Zahnräder, insbesondere Stirnräder oder Kegel- bzw. Hypoidräder, erfolgen. Für den Fall, dass der Abtrieb zur Achse A über schrägverzahnte Stirnräder erfolgt und der Planetenradsatz P2 ebenfalls schrägverzahnt ist, so kann der Schrägungswinkel des Abtriebsstirnrades insbesondere so gewählt werden, dass einem Axialschub aus dem Planetenradsatz P2 entgegengewirkt wird und so die verbliebene, von Lagern aufzunehmende Axialkraft geringer ausfällt.
5 zeigt eine Darstellung bzw. eine Tabelle von Funktionsmodi mit beispielhaften Daten für eine Ausführungsform eines Verteilergetriebes nach 2a wieder, bei der, wie in 6 dargestellt, das Drehmoment der Summenwelle 15 im Verhältnis 30:70 zwischen der Differenzwelle 16 und der Differenzwelle 17 verteilt wird und das Drehmoment der Summenwelle 10 im Verhältnis 30:70 zwischen der Differenzwelle 18 und der Differenzwelle 14 verteilt wird, wobei in diesem Beispiel auf die jeweils zuerst genannte Welle der kleinere Anteil (30%) entfällt. Es sind die verschiedenen, an den Achsen A, B anliegenden Drehmomente für offene bzw. geschlossene bzw. offenen und geschlossenen schleifenden Kupplungen 6, 13 bzw. Bremse 8 aufgelistet.
Sofern der erste Planetenradsatz P1 als einfacher Planetenradsatz ausgebildet ist, ergibt sich im verbrauchsrelevanten Schongang ein günstiger Wirkungsgrad, da ein einfacher Planetenradsatz einen relativ hohen Standwirkungsgrad und eine negative Standübersetzung besitzt. Aufgrund der negativen Standübersetzung wird bei festgehaltener Sonne nur ein Teil der Leistung als verlustbehaftete Verzahnungsleistung übertragen und der Rest nahezu verlustlos als Kupplungsleistung. In den Direktgängen weist der Planetenradsatz P1 keine oder keine nennenswerten Drehzahldifferenzen auf, sodass sich auch im Direktgang ein günstiger Wirkungsgrad ergibt. Im zweiten Planetenradsatz P2 treten sowohl im Direkt- als auch im Schongang keine nennenswerten Drehzahldifferenzen auf, sodass er nicht nennenswert zur Gesamtverlustleistung beiträgt.
Im verbrauchsrelevanten Schongang des Verteilergetriebes 3 ist der Kraftanteil, der an die Achse B übermittelt wird, relativ hoch. Weil zur Achse B hin, anders als zur Achse A hin, häufig kein zusätzlicher Abtrieb mit Zahnradstufen oder einer Zahnkette erforderlich ist, fließt ein höherer Drehmomentanteil über den Teilantriebsstrang mit dem besseren Wirkungsgrad, wodurch sich insgesamt auch der Gesamtgetriebewirkungsgrad verbessert.
Von Vorteil ist es, dass im Direktgang einerseits die normale Drehmomentverteilung für die Achsen A und B gewählt werden kann und andererseits auch eine andere Verteilung gewählt werden kann, bei der der Anteil der auf die Achse A übertragenen Kraft höher ist. Somit kann die Verteilung der Antriebskräfte gut an vorhandene Bedingungen, insbesondere Belastungszustände, Fahrbedingungen usw. angepasst werden. Die Drehmomentverteilung kann so besser an die dynamischen Achslasten angepasst werden, wodurch sich insbesondere Traktionsvorteile ergeben. Für ein unbeladenes Fahrzeug mit hohem Vorderachslastanteil ergeben sich auf eisglatter Fahrbahn mit einer frontlastigen Aufteilung insbesondere Traktionsvorteile, da auf Glatteis keine großen Beschleunigungen und damit automatisch auch keine großen dynamischen Achslastverschiebungen möglich sind. Im vollbeladenen Zustand mit hohem Hinterachslastanteil und/oder bei großer dynamischer Achslastverlagerung ergeben sich Vorteile mit einer hecklastigen Aufteilung.
Durch ein gleichzeitiges Einschalten der Kupplungen 6 und 13 im Verteilergetriebe ist es auch möglich, das Verteilergetriebe zu sperren, um bestmögliche Traktion zu erzielen, wobei sich beim Kurvenfahren die bekannten Verspannungen bzw. ein Zwangsschlupf an den Rädern ergibt. Bei Verwendung von zumindest einer lastschaltbaren Kupplung 6, 13 kann auch nur eine teilweise Sperrung erfolgen, indem eine der beiden Kupplungen 6 bzw. 13 vollständig geschlossen wird und die andere nicht vollständig geschlossen wird, wodurch zumindest ein teilweiser Ausgleich von Drehzahlunterschieden ermöglicht wird.
Insbesondere, wenn die Steuerung der Kupplungen 6, 13 durch ein elektronisches Fahrdynamikregelsystem erfolgt bzw. in dieses integriert ist, wird es auch möglich, durch Anpassen der Kraftverteilung durch ein Umschalten der Verteilung und/oder zumindest teilweises Sperren des Verteilergetriebes 3 aktiv auf das Fahrverhalten Einfluss zu nehmen.
Durch ein gleichzeitiges zumindest teilweises Schalten der Bremse 8 und zumindest einer der Kupplungen 6, 13 kann auch eine Fahrzeugbremse realisiert werden, mit der das Fahrzeug verzögert oder im Stillstand gehalten werden kann.
Bei Verwendung von zumindest einem Schaltelement 6, 13, 8 ist es auch denkbar, eine Anfahrfunktion bereitzustellen. So kann beispielsweise der Fahrkomfort erhöht werden und/oder die thermische Belastung einer trockenen Anfahrkupplung eines Schaltgetriebes reduziert werden. Lastschaltbare Kupplungen sind in der Regel als nasslaufende Lamellenkupplungen ausgeführt und sind thermisch hoch belastbar, weil die anfallende Wärme über einen Kühlölstrom abgeführt wird.
Weiters ist es auch denkbar, über zumindest ein lastschaltbares Schaltelement das Abtriebsmoment des Verteilergetriebes zu begrenzen und so den Antriebsstrang vor extremen Überlasten durch Fehlbedienung und/oder Missbrauch, beispielsweise Knallstarts, zu schützen.
In den 6 bis 10 sind unterschiedliche Aufteilungen von Drehmomenten auf die Achsen A und B anhand von zwei Planetenradsätzen erläutert, die das Drehmoment jeweils im Verhältnis 30:70 aufteilen. In 6 ist die entsprechende Prinzipskizze dargestellt. Die Kupplung 6 ist in den 6 bis 10 entsprechend der 2a angeordnet.
7 zeigt die Aufteilung des auf die Summenwelle des ersten Planetenradsatzes P1 aufgebrachten Drehmomentes über die beiden Differenzwellen des Planetenradsatzes P1 bzw. über die Summenwelle und die Differenzwellen des zweiten Planetenradsatzes P2 auf die Achsen A, B, wobei die Kupplungen 6 und 13 offen sind und die Bremse 8 geschaltet ist und damit die Welle 7 festlegt bzw. deren Drehung verbindet. Eine derartige Ausführungsform zeigt den Schaltzustand des erfindungsgemäßen Verteilergetriebes für den Schongang.
8 zeigt eine Aufteilung der Drehmomente für den Direktgang und zwar in einer ersten Verteilung. Man erkennt, dass die Kupplung 6 geschlossen und die zweite Kupplung 13 offen ist. Des weiteren ist die Bremse 8 geöffnet. Die mit der Kupplung 6 zwangsläufig mit der Summenwelle 15 verblockte erste Differenzwelle 16 besitzt die selbe Drehzahl wie die zweite Differenzwelle 17.
9 zeigt den Direktgang des erfindungsgemäßen Verteilergetriebes 3 bei einer zweiten Drehmomentverteilung. Die Kupplung 6 ist geöffnet, die zweite Kupplung 13 ist geschaltet bzw. geschlossen, die Bremse 8 ist geöffnet. Es ergibt sich im Vergleich zu 8 eine andere Drehmomentaufteilung an den Achsen A, B.
10 zeigt eine mögliche Schaltung des erfindungsgemäßen Verteilergetriebes 3 und zwar ist in dieser dargestellten Ausführungsform das Verteilergetriebe längsgesperrt. Dazu ist die Kupplung 6 geschaltet ebenso wie die zweite Kupplung 13. Die Bremse 8 ist offen. Bei dieser Schaltweise kann keine direkte Aussage mehr über die sich ergebende Drehmomentverteilung getroffen werden, da bedingt durch die erfolgte Längssperre, die Verteilung hauptsächlich von der dynamischen Achslast und vom Untergrund bestimmt wird.
Von Vorteil ist es, wenn ein Schaltelement, das heißt Kupplung 6 oder Kupplung 13 oder Bremse 8, derart gestaltet ist, dass das Schaltelement nur bei Aufbringung eines gewissen Mindestdruckes bzw. vorgegebenen Öffnungsdruckes geöffnet werden kann und bei Betriebsstillstand beispielsweise durch eine Federbeaufschlagung geschlossen ist.
Dadurch ist eine Weiterfahrt auch dann möglich, falls die Ansteuerung der Schaltelemente ausfallen sollte. Weiters wird dadurch verhindert, dass sich ein Fahrzeug, das ohne Feststellbremse abgestellt ist, selbstständig in Bewegung setzen kann.
Wie die einzelnen Wellen aufeinander kraftübertragend einwirken über Zahnriemen, Zahnräder oder andere Verbindungseinheiten ist nicht Gegenstand dieser Erfindung; hier stehen dem Fachmann sämtliche die gewünschte Wirkung erbringenden Bauelemente zur Verfügung.
Bezugszeichenliste

1: Motor
2: Getriebe
3: Verteilergetriebe
4: Eingangswelle
5
6: Kupplung (Schaltelement)
7: Welle
8: Bremse (Schaltelement)
9: Gehäuse
10: Summenwelle
11
12: Welle
13: Kupplung (Schaltelement)
14: Differenzwelle
15: Summenwelle
16: Differenzwelle
17: Differenzwelle
18: Differenzwelle
19: Sonnenrad
20: Planetenträger
21: Planetenräder
22: Hohlrad
23: Hohlrad
24: Sonnenrad
25: Planetenträger (Steg)
26: Abriebswelle
27: Planetenradpaar
P1: Planetenradsatz
P2: Planetenradsatz
A: Achse
B: Achse

Claims

Verteilergetriebe zum Verteilen eines Antriebsdrehmoments von einer angetriebenen Eingangswelle (4) auf zwei Achsen (A, B) bzw. auf zwei Achsen antriebsmäßig wirkende Abtriebswellen unter Einsatz von zwei wenigstens dreiwelligen Differenzialen bzw. Planetenradsätzen (P1, P2), wobei der erste Planetenradsatz (P1) als einfacher Planetenradsatz ausgeführt ist, wobei der zweite Planetenradsatz (P2) als Doppelplanetenradsatz ausgeführt ist, wobei die Eingangswelle (4) an die Summenwelle (15), vorzugsweise den Steg (20), des ersten Planetenradsatzes (P1) kraftübertragend bzw. antriebsmäßig angeschlossen ist, wobei die eine Differenzwelle (16) des ersten Planetenradsatzes (P1), das Sonnenrad (19), als Ausgangswelle an die erste Achse (A) kraftübertragend bzw. antriebsmäßig angeschlossen ist, und wobei die andere Differenzwelle (17) des ersten Planetenradsatzes (P1),-das Hohlrad (22), an die Summenwelle (10), das Hohlrad (23), des zweiten Planetenradsatzes (P2) kraftübertragend bzw. antriebsmäßig angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Differenzwelle (18), das Sonnenrad (24), des zweiten Planetenradsatzes (P2) an die erste Achse (A) kraftübertragend bzw. antriebsmäßig angeschlossen ist, und dass die andere Differenzwelle (14) des zweiten Planetenradsatzes (P2), der Steg (25), an die zweite Achse (B) kraftübertragend bzw. antriebsmäßig angeschlossen ist.
Verteilergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine, ansteuerbare bzw. schaltbare, Kupplung (6) vorhanden ist, mit der die Eingangswelle (4) oder die Summenwelle (15) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit der einen Differenzwelle (16) des ersten Planetenradsatzes (P1) verbindbar bzw. verblockbar ist.
Verteilergetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine zweite, ansteuerbare bzw. schaltbare, Kupplung (13) vorhanden ist, mit der die eine Differenzwelle (16) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit der ersten Achse (A) bzw. einer zur ersten Achse (A) führenden bzw. diese antreibende Welle (12) verbindbar bzw. verblockbar ist.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine, ansteuerbare, Bremse (8) vorhanden ist, die auf die kraftübertragende Welle (7) zwischen der ersten Kupplung (6) und der zweiten Kupplung (13) und/oder auf die eine Differenzwelle (16) des ersten Planetenradsatzes (P1) einwirkt und mit der die Welle (7) und/oder die eine Differenzwelle (16) gegenüber dem Gehäuse (9) abbremsbar oder feststellbar sind.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (6) entweder zwischen der Eingangswelle (4) oder der Summenwelle (15) und der einen Differenzwelle (16) des ersten Planetenradsatzes (P1) oder der Welle (7) oder zwischen der Welle (7) oder der einen Differenzwelle (16) des ersten Planetenradsatzes (P1) und der anderen Differenzwelle (17) des ersten Planetenradsatzes (P1) oder der Summenwelle (10) des zweiten Planetenradsatzes (P2), oder zwischen der anderen Differenzwelle (17) des ersten Planetenradsatzes (P1) oder der Summenwelle (10) des zweiten Planetenradsatzes (P2) und der Eingangswelle (4) des ersten Planetenradsatzes (P1) oder der Summenwelle (15) des ersten Planetenradsatzes (P1) angeordnet ist, wobei bei diesem ersten Planetenradsatz (P1) über diese erste Kupplung (6) der Steg (20) mit dem Sonnenrad (19) oder das Sonnenrad (19) mit dem Hohlrad (22) oder das Hohlrad (22) mit dem Steg (20) verbindbar bzw. verblockbar sind.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz (P1) als einfacher Planetenradsatz ausgeführt ist und/oder dass der zweite Planetenradsatz (P2) als Doppelplanetenradsatz ausgeführt ist.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz (P1) eine negativen Standübersetzung aufweist.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Summenwelle (10) des zweiten Planetenradsatzes (P2) an die Welle des Hohlrades (23) dieses Planetenradsatzes (P2) und an die vom Hohlrad (22) des ersten Planetenradsatzes (P1) abgehende, andere Differenzwelle (17) kraftübertragend bzw. antriebsmäßig angeschlossen ist.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (23) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit dem Hohlrad (22) des ersten Planetenradsatzes (P1) als gemeinsames Hohlrad mit durchgehender Verzahnung ausgeführt ist bzw. dass diese Hohlräder (22, 23) einstückig ausgebildet sind und jeweils einen Teil der beiden Planetenradsätze (P1, P2) darstellen.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass vom Steg (25) des zweiten Planetenradsatzes (P2) die andere Differenzwelle (14) abgeht, die mit der zweiten Achse (B) verbunden ist, wobei die von der Sonne (24) des zweiten Planetenradsystems (P2) abgehende eine Differenzwelle (18) mit der Welle (12) kraftübertragend bzw. antriebsmäßig verbunden ist, die den Abtrieb (26) zur ersten Achse (A) darstellt.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebe (14, 26) zu den Achsen (A, B) in Form von Zahnketten oder Zahnrädern realisiert sind.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (6) und/oder die weitere Kupplung (13) und/oder die Bremse (8) als angesteuerte bzw. lastschaltbare Elemente, als Lamellenkupplung bzw. Lamellenbremse, ausgeführt sind.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch Vorgabe bzw. Wahl der Schrägungswinkel der Hohlräder (22, 23) der beiden Planetenradsysteme (P1, P2) die resultierenden Axialkräfte an den Hohlrädern (22,23) aufgehoben sind.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (6) und/oder die Kupplung (13) jeweils teilweise schließbar bzw. teilweise in Eingriffsstellung verbringbar sind, sodass in dieser Stellung durch den sich ergebenden Schlupf ein Ausgleich von Drehzahlunterschieden möglich ist.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Kupplungen (6, 13) in ein elektronisches Fahrdynamikregelsystem integriert ist.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Summenwelle (10, 15) eines Planetenradsatzes (P1, P2) diejenige Welle vorhanden ist, an der das betragsmäßig größere bzw. größte Drehmoment auftritt.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als die Differenzwellen (16, 17, 14, 18) eines Planetenradsatzes (P1, P2) jene Wellen vorhanden sind, an denen nicht das betragsmäßig größere bzw. größte Drehmoment auftritt.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Kupplung (6) der erste Planetenradsatz (P1) sperrbar bzw. verblockbar ist, sodass die Drehzahlen der Summenwelle (15) und der beiden Differenzwellen (16, 17) den gleichen Betrag besitzen.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplung (13) ein Freilauf parallel geschaltet ist, wobei die Schaltrichtung des Freilaufs so gewählt ist, dass bei Vorwärtsfahrt der Freilauf dann nicht sperrt, wenn sich die Welle (12) schneller als die Welle (7) dreht.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (6) oder die Kupplung (13) oder die Bremse (8) nur bei Beaufschlagung mit einem einen Kraftwert überschreitenden Öffnungsdruck in Öffnungsstellung verstellbar sind.