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Die Erfindung betrifft eine Differentialanordnung, insbesondere für den Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Differentialanordnungen der genannten Art dienen dazu, Drehmoment von einer Antriebsquelle auf die zwei Seitenwellen einer Antriebsachse aufzuteilen. Die Erfindung betrifft ferner eine Antriebsanordnung mit einer solchen Differentialanordnung, die insbesondere eine elektromotorische Antriebsquelle umfassen kann.
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Eine solche Elektroantriebsanordnung kann als alleiniger Antrieb für das Kraftfahrzeug dienen oder es kann zusätzlich ein Verbrennungsmotor vorgesehen sein, wobei der Elektroantrieb und der Verbrennungsmotor jeweils für sich oder gemeinsam überlagert das Kraftfahrzeug antreiben können. Derartige Antriebskonzepte werden auch als „Hybridantrieb” bezeichnet.
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Üblicherweise umfasst eine Elektroantriebsanordnung einen Elektromotor sowie ein nachgelagertes Untersetzungsgetriebe, das eine vom Elektromotor erzeugte Drehbewegung vom Schnellen ins Langsame übersetzt. Vom Untersetzungsgetriebe wird das Drehmoment auf den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs übertragen. Hierfür teilt ein dem Untersetzungsgetriebe im Drehmomentfluss nachgelagertes Differentialgetriebe das eingeleitete Drehmoment auf zwei Ausgangswellen zum Antreiben der Räder auf. Die beiden Ausgangswellen des Differentialgetriebes haben untereinander eine ausgleichende Wirkung, das heißt dreht eine der beiden Ausgangswellen schneller, so dreht die andere Ausgangswelle entsprechend langsamer, und umgekehrt.
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Getriebe für elektrisch getriebene Sekundärachsen in sogenannten Hybrid-Allradfahrzeugen verwenden in der Regel Abschaltsysteme, um den Elektromotor bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten von den Rädern abzukoppeln. Das erlaubt eine günstige Auslegung des Elektromotors in Bezug auf Traktion und reduziert bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten Reibungsverluste.
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Aus der
DE 10 2009 056 088 A1 ist eine Differentialanordnung der eingangs genannten Art, insbesondere für eine elektromotorisch antreibbare Antriebsachse, bekannt. Die Differentialanordnung umfasst ein Antriebsrad, ein Differentialgetriebe und eine Kupplung, mit eine Drehmomentübertragung zwischen dem Antriebsrad und dem Differentialgetriebe wahlweise hergestellt oder unterbrochen werden kann.
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Aus der
DE 199 63 269 A1 ist ein Differential für ein Fahrzeug mit zeitweiligem Allradantrieb bekannt. Das Differential hat ein äußeres Gehäuse, in dem eine Differentialanordnung angeordnet ist, und eine Kupplungshebelanordnung, die zwischen dem äußeren Gehäuse und der Differentialanordnung angeordnet ist, um eine Kraftkupplung zwischen dem äußeren Gehäuse und der Differentialanordnung zu verwirklichen. Zwischen dem Differentialgehäuse und dem äußeren Gehäuse sind Lager angeordnet.
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Aus der
US 5 938 558 A ist ein Sperrdifferential bekannt, mit einem drehend antreib- baren Differentialkorb, in dem Seitenwellenräder zur Erzeugung eines Sperrmoments mittels Reibungskupplungen axial abgestützt sind. Der Differentialkorb hat Hülsenabschnitte, in denen Buchsen angeordnet sind.
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Aus der
DE 101 56 890 C1 ist ein Ausgleichsgetriebe mit einem in einer Gehäusewand gelagerten Ausgleichsgehäuse bekannt. Eine Seitenwelle ist mittels eines Wellenlagers in der Gehäusewand gelagert, und das Ausgleichsgehäuse ist mittels eines Gehäuselagers auf der Antriebswelle gelagert. Die Antriebswelle weist eine gemeinsame Lagerbuchse für das Wellenlager und das Gehäuselager auf.
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Aus der
AT 512 343 B1 ist eine Antriebsanordnung mit einer Differentialeinheit, einer extern steuerbaren Zuschaltkupplung zum antriebsmäßigen Verbinden der Differentialeinheit mit einer Antriebswelle sowie einer extern steuerbaren Sperrkupplung zum Sperren der Ausgleichsbewegung zweier Seitenwellenräder der Differentialeinheit bekannt. Die Differentialeinheit umfasst einen Differentialkorb, der mittels eines Lagers gegenüber der Antriebswelle drehbar gelagert ist. Ein mit dem Seitenwellenrad verbundene Seitenwelle ist mittels eines Wälzlagers in einem ortsfesten Gehäuse drehbar gelagert.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Differentialanordnung mit Kupplung, insbesondere für eine Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, die eine Abschaltung des dem Differential vorgelagerten Antriebsstrangs von den bei Fahrt des Kraftfahrzeugs mitdrehenden Antriebsteilen der Antriebsachse ermöglicht und bei der besonders geringe Reibungskräfte auftreten. Weiter besteht die Aufgabe darin, eine Antriebsanordnung mit einer solchen Differentialanordnung, insbesondere für eine elektromotorisch antreibbare Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen.
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Eine erste Lösung besteht in einer Differentialanordnung, insbesondere für eine elektromotorisch antreibbare Antriebsachse eines Kraftfahrzeug, umfassend: ein Differentialgehäuse, das von einem Antriebsrad um eine Drehachse drehend antreibbar ist; einen Differentialträger, der in dem Differentialgehäuse frei drehbar ist; eine Kupplung, die im Leistungspfad zwischen dem Differentialgehäuse und dem Differentialträger angeordnet ist, so dass eine Drehmomentübertragung vom Differentialgehäuse auf den Differentialträger wahlweise hergestellt oder unterbrochen werden kann; wobei die Kupplung koaxial zur Drehachse angeordnet ist; einen steuerbaren Aktuator zum Betätigen der Kupplung; zwei Seitenwellenräder, die im Differentialgehäuse angeordnet und um die Drehachse drehbar gelagert sind; mehrere Ausgleichsräder, die gemeinsam mit dem Differentialträger um die Drehachse umlaufen und die mit den Seitenwellenrädern zumindest mittelbar in Verzahnungseingriff sind; je Seitenwellenrad eine hiermit drehfest verbundene Seitenwelle; wobei zwischen dem Differentialgehäuse und zumindest einer der Seitenwellen ein Lagerelement vorgesehen ist, mittels dem die Seitenwelle koaxial zur Drehachse drehbar gelagert ist, wobei das Lagerelement in Form einer Lagerbuchse gestaltet ist, die in einem Hülsenansatz des Differentialgehäuses einsitzt, wobei die Lagerbuchse eine axiale Länge aufweist, die größer ist als eine axiale Länge der Seitenwellenräder, und wobei die Lagerbuchse einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist als ein Außendurchmesser des Nabenteils des Seitenwellenrads.
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Eine zweite Lösung besteht in einer Differentialanordnung umfassend: ein Differentialgehäuse, das von einem Antriebsrad um eine Drehachse drehend antreibbar ist; einen Differentialträger, der in dem Differentialgehäuse frei drehbar ist; eine Kupplung, die im Leistungspfad zwischen dem Differentialgehäuse und dem Differentialträger angeordnet ist, so dass eine Drehmomentübertragung vom Differentialgehäuse auf den Differentialträger wahlweise hergestellt oder unterbrochen werden kann; wobei die Kupplung koaxial zur Drehachse angeordnet ist; einen steuerbaren Aktuator zum Betätigen der Kupplung; zwei Seitenwellenräder, die im Differentialgehäuse angeordnet und um die Drehachse drehbar gelagert sind; mehrere Ausgleichsräder, die gemeinsam mit dem Differentialträger um die Drehachse umlaufen und die mit den Seitenwellenrädern zumindest mittelbar in Verzahnungseingriff sind; je Seitenwellenrad eine hiermit drehfest verbundene Seitenwelle; wobei zwischen dem Differentialgehäuse und zumindest einer der Seitenwellen ein Lagerelement vorgesehen ist, mittels dem die Seitenwelle koaxial zur Drehachse drehbar gelagert ist, wobei das Lagerelement in Form eines Wälzlagers gestaltet ist, das zwischen dem Hülsenansatz des Differentialgehäuses und der Seitenwelle einsitzt, wobei das Differentialgehäuse mittels zweier Differentialgehäuselager in einem ortsfesten Gehäuse um die Drehachse drehbar gelagert ist, wobei das zumindest eine Wälzlager axial versetzt zu den zwei Differentialgehäuselagern angeordnet ist.
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Ein Vorteil besteht darin, dass mit dem Lagerelement hohe Relativdrehzahlen zwischen der Seitenwelle und dem Differentialgehäuse realisierbar sind. Insbesondere wird auf diese Weise ermöglicht, dass das Differentialgehäuse von den Seitenwellen, dem damit verbundenen Differentialrädersatz und dem Differentialträger vollständig abgekoppelt werden kann, wobei der Verschleiß an den Lagerstellen der Seitenwellen minimiert ist. Dies gilt insbesondere auch bei verschlechterten Schmierungsverhältnissen, beispielsweise aufgrund einer zu geringen Schmiermittelmenge im Differentialgetriebe.
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Zumindest eine der Seitenwelle bedeutet, dass nur eine der beiden Seitenwellen oder beide Seitenwellen jeweils mit einem separaten Lagerelement im Differentialgehäuse drehbar gelagert sein können. Das mindestens eine Lagerelement ist vorzugsweise zwischen einem Hülsenansatz des Differentialgehäuses und der hierin gelagerten Seitenwelle angeordnet. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Lagerelement gegenüber dem Hülsenansatz eine Übermaßpassung (Presspassung) aufweist. Zur Montage wird das Lagerelement, beziehungsweise ein äußeres Teil des Lagerelements, in den Hülsenansatz eingepresst und axial fixiert. Danach wird die zugehörige Seitenwelle in das Lagerelement, beziehungsweise einen inneren Teil des Lagerelements, eingesteckt.
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Die beiden Seitenwellen können in Abhängigkeit von den Bauraumverhältnissen und technischen Anforderungen jeweils beliebig gestaltet sein. Beispielsweise kann eine der Seitenwelle, oder beide, als Kurz- oder Zwischenwelle (Linkshaft) gestaltet sein, an die eine weitere Gelenkwelle über ein Gleichlaufdrehgelenk angeschlossen werden kann. Die Seitenweile(n) kann auch in Form einer Tripodewelle gestaltet sein, deren differentialseitiges Ende mit dem Seitenwellenrad verbunden ist, und deren radseitiges Ende als Gelenkaußenteil des Tripodegelenks, das auch als Tripodeglocke bezeichnet wird, gestaltet ist.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Lagerelement zumindest teilweise eine radiale Überdeckung mit einem Nabenteil des Seitenwellenrads auf. Hiermit ist gemeint, dass das Lagerelement und das Nabenteil des Seitenwellenrads in Axialansicht eine gemeinsame Schnittfläche haben. Durch diese Ausgestaltung wird eine radial besonders kompakte Bauform erreicht, bei der ein mittlerer Durchmesser des Lagerelements zumindest im Wesentlichen radial im Bereich der Seitenwellennabe liegt.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen einer Außenfläche des Differentialträgers und einer Innenfläche des Differentialgehäuses ein Radialspiel vorgesehen. Durch die Lagerung der Seitenwellen mittels separater Lagerelemente gegenüber dem Differentialgehäuse können die Toleranzen zwischen der Außenfläche des Differentialträgers und der Innenfläche des Differentialgehäuses grob gehalten werden. Eine Feinbearbeitung der Oberflächen ist nicht erforderlich, was sich günstig auf die Herstellungskosen auswirkt.
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Bei der ersten Lösung, die für eine oder beide der Seitenwellen gilt, ist das Lagerelement in Form einer Lagerbuchse gestaltet, die in dem Hülsenansatz des Differentialgehäuses einsitzt. Die Lagerbuchse kann aus einem reibungsarmen Lagerwerkstoff bestehen, wie Sinterbronze oder einem Kunststoff.
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Es ist vorgesehen, dass das Differentialgehäuse mittels erster und zweiter Lagermittel in einem ortsfesten Gehäuse um die Drehachse drehbar gelagert ist. Für eine gute Abstützung von Kippmomenten ist es dabei günstig, wenn die Lagerbuchse zumindest teilweise eine axiale Überdeckung mit einem der beiden ersten und zweiten Lagermittel zur Lagerung des Differentialgehäuses aufweist. An der jeweiligen Seitenwelle auftretende Kippmomente können direkt radial über die Lagerbuchse, den Hülsenansatz und das jeweilige Lagermittel in das ortsfeste Getriebegehäuse eingeleitet und abgestützt werden. Die axiale Länge der Lagerbuchse ist vorzugsweise größer als die axiale Länge der Seitenwellenräder. Durch die verhältnismäßig große Länge der Lagerbuchse(n) sind die Reibungskräfte und damit der Verschleiß besonders gering. Außerdem ergibt sich eine gute Abstützung von in die Seitenwelle eingeleiteten Kippmomenten. Vorzugsweise hat die zumindest eine Lagerbuchse einen Außendurchmesser, der kleiner ist als ein Außendurchmesser des Nabenteils des Seitenwellenrads.
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Bei der zweiten Lösung ist das zumindest eine Lagerelement in Form eines Wälzlagers gestaltet, das zwischen dem Hülsenansatz des Differentialgehäuses und der Seitenwelle einsitzt. Dabei kann eine oder können beide Lagerstellen durch ein Wälzlager gebildet sein. Es ist auch denkbar, dass eine Lagerstelle eine Lagerbuchse umfasst und die gegenüberliegende Lagerstelle ein Wälzlager. Ebenso ist es denkbar, dass nur eine der beiden Seitenwellen mittels eines Wälzlagers oder einer Lagerbuchse gelagert ist, während die andere Seitenwelle keine direkte Lagerung gegenüber dem Differentialgehäuse hat.
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Bei Verwendung eines Wälzlagers als Lagermittel ist dieses vorzugsweise axial versetzt zu dem dieser Seite zugeordneten Differentialgehäuselager, mit dem das Differentialgehäuse in dem ortsfesten Gehäuse gelagert ist, angeordnet, wobei eine axiale Überdeckung der beiden Lager nicht ausgeschlossen ist.
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Zur Lagerung der Seitenwelle kann ein zweites Wälzlager vorgesehen sein, wobei das zweite Wälzlager vorzugsweise zwischen der Seitenwelle und dem ortsfesten Gehäuse angeordnet ist. Dies gilt insbesondere für Ausführungsformen, bei der die Seitenwelle in Form einer Kurzwelle beziehungsweise Zwischenwelle gestaltet ist. Das zweite Wälzlager hat vorzugsweise einen größeren Nenndurchmesser als das erste Wälzlager, so dass am Ende der Seitenwelle eingeleitete Radialkräfte gut abgestützt werden können. Für einen radial kompakten Aufbau der Anordnung ist es günstig, wenn das zweite Wälzlager axial versetzt zu den Differentialgehäuselagern angeordnet ist. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist das erste Wälzlager in Form eines Nadellagers gestaltet und das zweite Wälzlager in Form eines Radialkugellagers.
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Die Differentialanordnung kann nach einer ersten Möglichkeit Teil eines Elektroantriebs sein, der zum Antrieb einer Antriebsachse des Kraftfahrzeugs dient. Dabei kann der Elektroantrieb als zusätzliche Antriebsquelle in einem Kraftfahrzeug gestaltet sein, das einen Verbrennungsmotor als Hauptantriebsquelle aufweist (Hybridantrieb) oder auch als alleinige Antriebsquelle. Der Elektroantrieb kann zum Antreiben einer beliebigen Antriebsachse eingesetzt werden, das heißt Vorderachse, wie Hinterachse.
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Nach einer zweiten Möglichkeit kann die Differentialanordnung auch Teil eines Allradantriebsstrangs sein, bei dem eine primäre Antriebsachse (Vorderachse oder Hinterachse) permanent angetrieben wird und eine sekundäre Antriebsachse (Hinterachse oder Vorderachse) bei Bedarf zuschaltbar ist. Durch Verwendung der vorliegenden Differentialanordnung in der sekundären Antriebsachse ist es möglich, die im Drehmomentfluss vor dem Differentialträger liegenden Antriebskomponenten von den im Drehmomentfluss hinter dem Differentialträger liegenden Antriebskomponenten zu entkoppeln. Insbesondere kann hiermit eine Längsantriebswelle und alle gemeinsam mit dieser drehenden Komponenten stillgesetzt werden, was zu minimalen Reibungsverlusten bei abgeschalteter Sekundärachse führt.
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Die Lösung der obengenannten Aufgabe besteht weiter in einer Antriebsanordnung zum Antreiben einer Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs, mit einem Elektromotor, einem Untersetzungsgetriebe und einer Differentialanordnung, die von dem Elektromotor über das Untersetzungsgetriebe antreibbar ist, wobei die Differentialanordnung nach einer der obengenannten Ausgestaltungen ausgeführt ist.
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Mit der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung werden die obengenannten Vorteile einer Abkopplung des dem Differential vorgelagerten Antriebsstrangs bei gleichzeitig verminderter Reibung und erhöhter Lebensdauer erreicht.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt
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1 eine erfindungsgemäße Differentialanordnung mit Kupplung in einer ersten Ausführungsform im Längsschnitt in geöffneter Schaltposition der Kupplung;
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2 eine erfindungsgemäße Differentialanordnung mit Kupplung in einer zweiten Ausführungsform im Längsschnitt in geöffneter Schaltposition der Kupplung; und
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3 eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung mit einer erfindungsgemäßen Differentialanordnung nach 1 im Längsschnitt.
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Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Differentialanordnung 2 in einer ersten Ausführungsform mit einem Differentialgetriebe 3, einer Kupplung 4 sowie einem Aktuator 5 zum Betätigen der Kupplung 4. Zum Einleiten eines Drehmoments von einem hier nicht dargestellten Antriebsmotor ist ein Antriebsrad 6 vorgesehen, das fest mit einem Differentialgehäuse 7 verbunden ist. Die Verbindung zwischen Antriebsrad 6 und Differentialgehäuse 7 ist vorliegend eine Schweißverbindung, wobei andere Verbindungsmittel wie Schraubverbindungen nicht ausgeschlossen sind. Das Differentialgehäuse 7 ist zweiteilig aufgebaut und umfasst ein erstes Gehäuseteil 8, das im Wesentlichen topfförmig gestaltet ist, und ein zweites Gehäuseteil 9, das im Wesentlichen deckelförmig gestaltet ist. Die beiden Gehäuseteile 8, 9 weisen im Bereich ihrer öffnungsseitigen Enden jeweils einen Flanschabschnitt 10, 11 auf, mit dem sie in einer entsprechenden Aufnahme 12 des Antriebsrads 6 eingesetzt und verbunden sind. In dem Differentialgehäuse 7 ist das Differentialgetriebe 3 angeordnet, das um eine Drehachse A7 drehend antreibbar ist.
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Das Differentialgetriebe 3 umfasst einen Differentialträger 13, der relativ zum Differentialgehäuse 7 drehbar gelagert ist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass zwischen einer im Wesentlichen zylindrische Außenfläche 14 des Differentialträgers 13 und einer entsprechenden zylindrischen Innenfläche 15 des Differentialgehäuses 7 ein Radialspalt beziehungsweise eine Spielpassung vorgesehen ist.
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In dem Differentialträger 13 sind zwei Bohrungen 16 (in 2 dargestellt) vorgesehen, in die ein Zapfen 17 eingesteckt und mittels geeigneter Fixiermittel, beispielsweise einem Sicherungsstift, fixiert ist. Auf dem Zapfen 17 sind zwei Differentialräder 18 um eine Zapfenachse A17 drehbar gelagert, von denen in der gezeigten Schnittdarstellung nur eines erkennbar ist. Die beiden Differentialräder 18 sind mit einem ersten und einem zweiten Seitenwellenrad 19, 20 in Verzahnungseingriff, die koaxial zur Drehachse A7 angeordnet sind. Die beiden Seitenwellenräder 19, 20 haben jeweils eine Längsverzahnung 21, 22 in die eine entsprechende Gegenverzahnung einer zugehörigen Seitenwelle 23, 24 zur Drehmomentübertragung eingesteckt werden kann. Das erste Seitenwellenrad 19 ist gegenüber dem ersten Gehäuseteil 8 axial abgestützt, wobei zwischen dem ersten Seitenwellenrad 19 und der Stützfläche des ersten Gehäuseteils 8 eine reibmindernde Gleitscheibe angeordnet ist. Entsprechend ist zwischen dem zweiten Seitenwellenrad 20 und dem zweiten Gehäuseteil 9 ebenfalls eine Gleitscheibe zur reibmindernden Abstützung der axialen Kräfte angeordnet.
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Die Kupplung 4 ist vorliegend in Form einer formschlüssigen Kupplung, insbesondere einer Zahnkupplung, gestaltet. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Formen von Kupplungen verwendet werden können, beispielsweise eine Reibungskupplung. Die formschlüssige Kupplung 4 umfasst ein erstes Kupplungsteil 25, das mit dem Differentialträger 13 fest verbunden und insbesondere einteilig gestaltet ist, sowie ein zweites Kupplungsteil 26, das gegenüber dem ersten Kupplungsteil 25 axial beweglich und mit dem Differentialgehäuse 7 drehfest verbunden ist. Das zweite Kupplungsteil 26 kann zur Übertragung eines Drehmoments in das erste Kupplungsteil 25 eingerückt werden, wobei eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Kupplungsteilen 25, 26 entsteht. Durch erneutes Ausrücken des zweiten Kupplungsteils 26 kann die Drehmomentübertragung wieder unterbrochen werden. Das erste Kupplungsteil 25 hat als Formschlussmittel einen Zahnring, der an einer Stirnseite des Differentialträgers 13 einteilig angeformt ist. Entsprechend hat das zweite Kupplungsteil 26 einen gegengleichen Zahnring, der innerhalb des Differentialgehäuses 7 angeordnet ist. Weiter hat das zweite Kupplungsteil 26 mehrere über den Umfang verteilte axiale Ansätze 27, die durch entsprechende Durchgangsöffnungen des Differentialgehäuses 7, welche in einer anderen als der gezeigten Schnittebene liegen, hindurchtreten. Durch entsprechendes Ansteuern des Aktuators 5 kann das zweite Kupplungsteil 26 relativ zum ersten Kupplungsteil 25 axial bewegt werden, wobei eine Drehmomentübertragung vom Antriebsrad 6 auf das Differentialgetriebe 3 in eingerücktem Zustand gewährleistet ist, während die Drehmomentübertragung in ausgerücktem Zustand unterbrochen ist.
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Der Aktuator 5 umfasst einen Elektromagneten 29 sowie einen Kolben 30. Dabei ist der Aktuator 5 so gestaltet, dass bei Bestromen des Elektromagneten 29 der Kolben 30 in Richtung zur Kupplung 4 beaufschlagt wird. Hierfür hat der Elektromagnet 29 ein ringförmiges Gehäuse 32, das an einem radial inneren und der Kupplung 4 zugewandten Ende eine Öffnung 33 aufweist. Innerhalb dieses Gehäuseabschnitts ist der Kolben 30 axial bewegbar angeordnet. Das Gehäuse 32 ist mittels eines Trägerelements 31 auf einem Hülsenansatz 39 des ersten Gehäuseteils 8 angeordnet. Der Kolben 30 umfasst ein Ankerelement 34 aus einem ferromagnetischen Werkstoff, beispielsweise einem Eisenwerkstoff, sowie eine Hülse 35 aus einem paramagnetischen Werkstoff, beispielsweise aus Edelstahl, Kupfer oder Aluminium. Das Ankerelement 34 ist hülsenförmig gestaltet und auf die Hülse 35 aufgepresst. Dadurch, dass das Ankerelement 34 aus einem ferromagnetischen Werkstoff hergestellt ist, wird es bei Betätigen des Elektromagneten 29 in Richtung der Kupplung 4 bewegt, wobei der Spalt 33 überbrückt wird. In der Endposition kommt das Ankerelement 34 gegen eine Schulter 36 des Magnetgehäuses 32 zur Anlage, wobei ein Reibkontakt entsteht. Die Hülse 35 ist paramagnetisch, damit eine ungewünschte Magnetflussleckage auf andere Bauteile verhindert wird.
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Die Hülse 35 ist axial länger als das Ankerelement 34 und hat eine Stirnseite, die mit einer Gleitbuchse bzw. einem Gleitring 37 in Anlage ist. Der Gleitring 37 ist wiederum mittelbar gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 26 axial abgestützt, und zwar über ein Geberelement 38. Das Geberelement 38 ist in Form einer Ringscheibe gestaltet, die an den Ansätzen 27 des axial beweglichen Kupplungsteils 26 fixiert sind. Zwischen dem Differentialgehäuse 7, beziehungsweise dem ersten Gehäuseteil 8, und dem Geberelement 38 ist eine Rückstellfeder 49 angeordnet. Die Rückstellfeder 49 ist vorliegend in Form einer Tellerfeder gestaltet, wobei es sich versteht, dass auch andere Formen von Federn, beispielsweise Schraubenfedern, eingesetzt werden können.
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Ein Sensor 55 (in 3 dargestellt) wirkt mit dem Geberelement 38 zusammen und kann den Abstand zum Geberelement 38 berührungslos erfassen. In geöffneter Stellung der Kupplung 4, das heißt wenn das Geberelement 38 an den Sensor 55 axial angenähert ist, ist zwischen dem Geberelement 38 und dem Sensor 55 ein geringer Spalt vorgesehen. Diese Stellung, bei der Kupplung 4 geöffnet ist, ist in 1 gezeigt. Wenn die Kupplung 4 demgegenüber zur Drehmomentübertragung vom Antriebsrad 6 auf den Differentialträger 13 in eingerücktem Zustand ist, ist das Geberelement 38 zusammen mit dem zweiten Kupplungsteil 26 in Richtung zum ersten Kupplungsteil 25 bewegt, so dass der Abstand zum Geberelement 38 entsprechend vergrößert ist.
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Eine Besonderheit der Differentialanordnung 2 besteht in der Lagerung. Das Differentialgehäuse 7 hat einen ersten Hülsenansatz 39 und einen zweiten Hülsenansatz 40, die mittels Differentialgehäuselager 41, 42 in einem ortsfesten Gehäuse 48 um die Drehachse A7 drehbar gelagert ist. Die beiden Lager 41, 42 sind in Form von Kugellagern gestaltet, wobei andere Lagerarten nicht ausgeschlossen sind. Die Seitenwellen 23, 24 erstrecken sich jeweils durch die Hülsenansätze 39, 40 hindurch und sind an ihren Enden jeweils mit einem zugehörigen ersten und zweiten Seitenwellenrad 19, 20 verbunden. Es ist erkennbar, dass in den zwischen den Hülsenansätzen 39, 40 und der jeweiligen Seitenwelle 23, 24 gebildeten Radialspalten jeweils ein Lagerelement 43, 44 angeordnet ist, mit dem die erste beziehungsweise zweite Seitenwelle 23, 24 gegenüber dem Differentialgehäuse 7 koaxial zur Drehachse A7 drehbar gelagert sind. Durch die separaten Lagerelemente 43, 44 lassen sich hohe Relativdrehzahlen zwischen den Seitenwellen 23, 24 und dem Differentialgehäuse 7, insbesondere auch bei verschlechterten Schmierungsverhältnissen, verschleißfrei realisieren.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die beiden Lagerelemente 43, 44 jeweils in Form einer Lagerbuchse gestaltet, die in dem zugehörigen Hülsenansatz 39, 40 des Differentialgehäuses 7 einsitzen. Die Lagerbuchsen sind aus einem reibungsarmen Lagerwerkstoff hergestellt, insbesondere einem Lagerkunststoff, wobei andere Materialien wie Sinterbronze nicht ausgeschlossen sind. Die Lagerbuchsen 43, 44 weisen gegenüber den Hülsenansätzen 39, 40 eine Übermaßpassung auf. Zur Montage werden sie in den zugehörigen ersten beziehungsweise zweiten Hülsenansatz 39, 40 eingepresst und durch Umbördeln eines Endabschnitts des jeweiligen Hülsenansatzes axial fixiert. Danach wird die zugehörige Seitenwelle 23, 24 durch den Hülsenansatz durchgesteckt, an deren differentialseitigem Ende dann das zugehörige Seitenwellenrad 19, 20 befestigt wird.
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Die Lagerbuchsen 43, 44 sind verhältnismäßig lang und haben insbesondere eine größere axiale Länge als die Seitenwellenräder 19, 20. Auf diese Weise werden geringe Reibungskräfte beziehungsweise Verschleiß und eine gute Abstützung von in die Seitenwelle 23, 24 eingeleiteten Kippmomenten erreicht. Es ist vorgesehen, dass die Lagerbuchsen 43, 44 mit dem der jeweiligen Seite zugeordneten Differentialgetriebelager 41, 42 zumindest teilweise eine axiale Überdeckung aufweisen. An der jeweiligen Seitenwelle 23, 24 auftretende Kippmomente können somit direkt über die Lagerbuchse 43, 44, den Hülsenansatz 39, 40 und das Radiallager 41, 42 in das ortsfeste Getriebegehäuse 48 eingeleitet und abgestützt werden. Die Lagerbuchsen 43, 44 weisen mit dem Nabenteil der Seitenwellenräder 19, 20 zumindest teilweise eine radiale Überdeckung auf. Insbesondere liegt der Außendurchmesser der Lagerbuchsen 43, 44 etwa im Bereich des Nabenteils der Seitenwellenräder 19, 20. Hiermit wird eine kompakte radiale Bauform erreicht.
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An den vom Differentialgetriebe 3 entfernt liegenden Enden sind die Seitenwellen 23, 24 gegenüber dem ortsfesten Gehäuse 48 mittels Radialwellendichtringen 46, 47 abgedichtet. Die beiden Seitenwellen 23, 24 sind vorliegend als Kurzwellen gestaltet, wobei die radseitigen Enden der Kurzwelle mit einem Gelenkaußenteil eines Gleichlaufdrehgelenks fest verbunden, insbesondere einteilig, oder lösbar verbindbar ausgestaltet sein können. Es versteht sich, dass die äußeren Enden der Seitenwellen auch andere Ausgestaltungen haben können, beispielsweise einen Anschlussflansch.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Differentialanordnung 2 in einer zweiten Ausführungsform. Diese entspricht weitestgehend den Ausführungsformen gemäß 1, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen, wie in 1. Im Folgenden wird im Wesentlichen auf die Unterschiede eingegangen.
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Eine Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform liegt darin, dass von den beiden Seitenwellen 23, 24 nur die zweite Seitenwelle 24 mittels eines separaten Lagerelements 44 gegenüber dem Differentialgehäuse 7 drehbar gelagert ist. Dabei ist das Lagerelement in Form eines Wälzlagers 44, insbesondere als Nadellager, gestaltet, das zwischen dem Hülsenansatz 40 des Differentialgehäuses 7 und der zweiten Seitenwelle 24 einsitzt. Das Wälzlager 44 ist mit kurzem axialen Abstand zum Seitenwellenrad 20 angeordnet, um eine gute radiale Abstützung dieses differentialseitigen Wellenendes 50 zu gewährleisten. Das entgegengesetzte radseitige Wellenende 51 ist mittels eines zweiten Lagerelements 45 in dem ortsfesten Gehäuse 48 um die Drehachse A7 drehbar gelagert, das vorzugsweise als Wälzlager gestaltet ist.
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Das zweite Wälzlager 45 hat einen größeren Nenndurchmesser als das erste Wälzlager 44, so dass am Ende der Seitenwelle eingeleitete Radialkräfte gut abgestützt werden können. Es ist in Form eines Radialkugellagers gestaltet, wobei andere Formen nicht ausgeschlossen sind. Es ist erkennbar, dass die beiden Wälzlager 44, 45 axial versetzt beziehungsweise auf unterschiedlichen Seiten des Differentialgehäuselagers 42 angeordnet sind, mit dem der zweite Hülsenansatz 40 des Differentialgehäuses 7 in dem ortsfesten Gehäuse 48 drehbar gelagert ist.
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In Abwandlung der Lageranordnung für die Seitenwelle 24 ist es auch möglich, zwei baugleiche Wälzlager 44, insbesondere in Form von Nadellagern, axial nebeneinander in dem Hülsenansatz 40 vorzusehen, welche gemeinsam den abgesetzten mittleren Abschnitt der Seitenwelle 24 abstützen. In diesem Fall könnte auf das als Kugellager gestaltete Wälzlager 45, das im ortsfesten Gehäuse 48 am Ende der Seitenwelle angeordnet ist, verzichtet werden.
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Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass die Seitenwelle 24 in Form einer Kurzwelle gestaltet ist, wobei das radseitige Wellenende 51 in Form eines Gelenkaußenteils eines Gleichlaufdrehgelenks ausgestaltet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Gelenkaußenteil einteilig mit der Kurzwelle 24 gestaltet ist. Durch die beiden Wälzlager 44, 45 wird die Zwischenwelle 24 gut gegen Kippmomente abgestützt.
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Die der zweiten Seitenwelle 24 gegenüberliegende erste Seitenwelle 23 ist direkt gegenüber dem Differentialgehäuse 7 drehbar gelagert. Hierfür hat die Seitenwelle 23 einen Lagerabschnitt, der in dem Hülsenansatz 39 des Differentialgehäuses 7 gleitend gelagert ist. Zur gleitenden Lagerung kann der Hülsenansatz 39 eine reibungsmindernde Beschichtung aufweisen. Eine Lagerung mittels eines separaten Lagerelements ist am differentialseitigen Ende der ersten Seitenwelle 23 gemäß dieser Ausführungsform nicht vorgesehen. Es versteht sich jedoch, dass in Abwandlung an der ersten Seitenwelle 23 auch ein oder mehrere separate Lagerelemente in Form von Gleit- oder Wälzlagern, beispielsweise wie an der zweiten Seitenwelle 24 vorgesehen, zum Einsatz kommen können. Die erste Seitenwelle 23 ist vorliegend in Form einer Zwischenwelle gestaltet, die auch als Linkshaft bezeichnet wird. Das radseitige Ende der Zwischenwelle kann mittels eines geeigneten Lagers an einem stehenden Bauteil, beispielsweise einem Trägerelement der Differentialanordnung beziehungsweise eines Elektroantriebs drehbar gelagert sein.
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Die Kupplung 4 und der Aktuator 5 sind bei der vorliegenden Ausführungsform dem zweiten Gehäuseteil 9 zugeordnet, das heißt das axial bewegliche Kupplungsteil 26 ist in dem zweiten Gehäuseteil 9 aufgenommen und der Aktuator 5 ist koaxial zum zweiten Hülsenansatz 40 angeordnet. Es versteht sich jedoch, dass die Zuordnung an die Bauraumverhältnisse beziehungsweise Anordnung des Differentials im Antriebsstrang beliebig angepasst werden kann.
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3 zeigt eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung 52 mit einer erfindungsgemäßen Differentialanordnung 2 gemäß 1. Die Antriebsanordnung 52 umfasst einen Elektromotor 53, der über ein Untersetzungsgetriebe 54 die Differentialanordnung 2, beziehungsweise das Antriebsrad 6 der Differentialanordnung 2, antreibt. Von dem Differentialgetriebe 3 wird das bei geschlossener Kupplung 4 eingeleitete Drehmoment auf die beiden Seitenwellenräder 19, 20 beziehungsweise die hiermit verbundenen Seitenwellen 23, 24 übertragen.
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In 3, welche die Antriebsanordnung mit geöffneter Kupplung 4 zeigt, sind die gemeinsam mit den Fahrzeugrädern (nicht dargestellt) drehenden Bauteile schraffiert dargestellt, während der hiervon abgekoppelte, im Leistungspfad vorgelagerte Antriebsstrang unschraffiert dargestellt ist. Es ist erkennbar, dass nur die Seitenwellen 23, 24, die Seitenwellenräder 19, 20, die Differentialräder und der Differentialträger 13 bei geöffneter Kupplung 4 gemeinsam mit den Fahrzeugrädern drehen. Demgegenüber ist das erste Kupplungsteil 26, das Differentialgehäuse 7 und alle vorgelagerten Komponenten 54, einschließlich des Elektromotors 53 abgekoppelt und stehen still. Auf diese Weise werden Leistungsverluste besonders gering gehalten.
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Insgesamt hat die erfindungsgemäße Antriebsanordnung 52 beziehungsweise die erfindungsgemäße Differentialanordnung 2 den Vorteil, dass durch ein oder mehrere separate Lagerelemente 43, 44 hohe Relativdrehzahlen zwischen der Seitenwelle 23, 24 und dem Differentialgehäuse 7 realisierbar sind, wie sie beim Abschalten des Differentialgetriebes 3 entstehen. Dies gilt insbesondere auch bei schlechten Schmierungsverhältnissen, beispielsweise aufgrund einer zu geringen Schmiermittelmenge.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Differentialanordnung
- 3
- Differentialgetriebe
- 4
- Kupplung
- 5
- Aktuator
- 6
- Antriebsrad
- 7
- Differentialgehäuse
- 8
- erstes Gehäuseteil
- 9
- zweites Gehäuseteil
- 10
- Flanschabschnitt
- 11
- Flanschabschnitt
- 12
- Aufnahme
- 13
- Differentialträger
- 14
- Außenfläche
- 15
- Innenfläche
- 16
- Bohrung
- 17
- Zapfen
- 18
- Differentialräder
- 19
- Seitenwellenrad
- 20
- Seitenwellenrad
- 21
- Längsverzahnung
- 22
- Längsverzahnung
- 23
- Seitenwelle
- 24
- Seitenwelle
- 25
- erstes Kupplungsteil
- 26
- zweites Kupplungsteil
- 27
- Ansatz
- 28
- Durchbrüche
- 29
- Elektromagnet
- 30
- Kolben
- 31
- Trägerelement
- 32
- Magnetgehäuse
- 33
- Spalt
- 34
- Ankerelement
- 35
- Hülse
- 36
- Schulter
- 37
- Gleitring
- 38
- Geberelement
- 39
- Hülsenansatz
- 40
- Hülsenansatz
- 41
- Lagermittel
- 42
- Lagermittel
- 43
- Lagerelement
- 44
- Lagerelement
- 45
- Lagerelement
- 46
- Radialwellendichtring
- 47
- Radialwellendichtring
- 48
- Gehäuse
- 49
- Rückstellfeder
- 50
- differentialseitiges Ende
- 51
- radseitiges Ende
- 52
- Antriebsanordnung
- 53
- Elektromotor
- 54
- Getriebe
- 55
- Sensor
- A7
- Drehachse
- A17
- Zapfenachse
