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Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung und einen Fahrzeugantriebsstrang gemäß der im Patentanspruch 1 bzw. 10 näher definierten Art.
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Aus der
WO 2009/127324 A2 ist ein Fahrzeugantriebsstrang mit zwei antreibbaren Fahrzeugachsen bekannt. Der Fahrzeugantriebsstrang umfasst ein mit einem Antriebsmotor bzw. einer Antriebsmaschine gekoppeltes und als Gangwechselgetriebe ausgeführtes Getriebe mit mehreren schaltbaren Übersetzungsstufen sowie ein mit dem Gangwechselgetriebe gekoppeltes erstes Differentialgetriebe, das über zwei erste Antriebswellen mit den Rädern einer ersten antreibbaren Fahrzeugachse gekoppelt ist. Die erste antreibbare Fahrzeugachse wird permanent angetrieben und stellt eine angetriebene Fahrzeugvorderachse dar. Des Weiteren ist ein mit dem ersten Differentialgetriebe gekoppeltes Verteilergetriebe bzw. eine Verteilereinrichtung vorgesehen, das über eine Verbindungswelle mit einem zweiten Differentialgetriebe gekoppelt ist, das wiederum über weitere Antriebswellen mit Rädern einer zweiten antreibbaren Fahrzeugachse des Fahrzeugantriebsstranges in Wirkverbindung steht. Die Wirkverbindung zwischen dem ersten Differentialgetriebe und dem Verteilergetriebe kann zur Unterbrechung einer Antriebskraft- und Drehmomentübertragung an die Räder der zweiten antreibbaren Fahrzeugachse mittels einer schaltbaren Kupplung getrennt werden. Diese schaltbare Kupplung ist zwischen dem ersten Differentialgetriebe und dem Verteilergetriebe angeordnet.
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Durch Betätigung der schaltbaren Kupplung besteht die Möglichkeit, den in Richtung der zweiten antreibbaren Fahrzeugachse führenden Teil des Fahrzeugantriebsstranges betriebszustandsabhängig in unmittelbarer Nähe des Gangwechselgetriebes abzukoppeln. Um Reibungsverluste des mittels der Schaltkupplung abgekoppelten und in dieser Schaltstellung nicht mit dem übrigen Antriebsstrang wirkverbundenen Teilstrangs zu minimieren, sind weitere Kupplungen im Bereich der Antriebswellen der zweiten antreibbaren Fahrzeugachse vorgesehen. Im geöffneten Betriebszustand der weiteren Kupplungen kommt der nicht angetriebene Teilstrang zwischen dem Verteilergetriebe und den weiteren Kupplungen zum Stillstand.
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Nachteilhafterweise liegen im Betrieb des Fahrzeugantriebsstranges bei geöffnetem Betriebszustand der beiden weiteren Kupplungen zwischen den Schaltelementhälften der als reibschlüssige Kupplungen ausgeführten weiteren Kupplungen Differenzdrehzahlen vor, die unerwünschte Schleppmomente verursachen und einen Wirkungsgrad des Fahrzeugantriebsstranges beeinträchtigen sowie einen Kraftstoffverbrauch eines als Brennkraftmaschine ausgeführten Antriebsmotors erhöhen.
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Des Weiteren ist aus der
DE 40 39 392 A1 ein Vierradantriebssystem mit einer Antriebsmaschine, einem Hauptgetriebe zur Darstellung verschiedener Übersetzungen sowie einem im Bereich einer ersten antreibbaren Fahrzeugachse vorgesehenen Differentialgetriebe zum Verteilen der Antriebskraft zwischen den beiden Antriebsrädern, bekannt. Eine zweite antreibbare Fahrzeugachse ist über eine Trennkupplung mit der Antriebsmaschine in Wirkverbindung bringbar, wobei der über die Trennkupplung in Richtung der zweiten antreibbaren Fahrzeugachse führbare Drehmomentwert über ein Kegelradgetriebe in Fahrzeugquerrichtung umgelenkt und über Radkupplungen in Richtung von Antriebsrädern der zweiten antreibbaren Fahrzeugachse führbar ist.
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In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Betriebszustandes des Vierradantriebssystems wird die Trennkupplung zur Abkopplung der zweiten antreibbaren Fahrzeugachse geöffnet. Um Reibungsverluste im Bereich des Kegelradgetriebes zu reduzieren, werden zusätzlich die Radkupplungen, die jeweils im Bereich zwischen dem Kegelradgetriebe und den Antriebsrädern der zweiten antreibbaren Fahrzeugachse angeordnet sind, ebenfalls geöffnet, wobei dann wiederum Differenzdrehzahlen zwischen den Schaltelementhälften der geöffneten reibschlüssigen Radkupplungen vorliegen, die Schleppverluste zur Folge haben.
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Zur weiteren Reduzierung der Verlustleistungen sind im Bereich von Fahrzeugantriebssträngen anstatt reibschlüssiger Schaltelemente formschlüssige Schaltelemente vorgesehen, über welche die aus dem Stand der Technik bekannte Seitenwellenauftrennung im Bereich einer antreibbaren Fahrzeugachse möglich ist. Auch bei diesen Fahrzeugantriebssträngen wird die abstützende Verbindung in geöffnetem Betriebszustand des formschlüssigen Schaltelementes zwischen einer Differentialwelle eines Differentialgetriebes und dem zugehörigen Rad getrennt. Damit wird die Stillsetzung eines sogenannten Kardantriebs mit einhergehendem Stillstand einer Kardanwelle bzw. einer ein Verteilergetriebe mit dem Differentialgetriebe verbindenden Welle, eines Kegelradsatzes des Differentialgetriebes sowie eines Tellerradträgers bzw. eines Differentialkäfigs ermöglicht.
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Bei Fahrzeuggeschwindigkeiten größer null findet im abgekoppelten Zustand bzw. bei einer Drehzahl eines Tellerrades und des damit verbundenen Differentialkäfigs von im Wesentlichen gleich null ein Drehzahlausgleich im Bereich des Differentialgetriebes statt, während dem die beiden Schaltelementhälften des geöffneten formschlüssigen Schaltelementes im Bereich zwischen der Differentialwelle und einer in Richtung des Rades führenden Ausgangswelle mit der Raddrehzahl drehen, wobei die Schaltelementhälften jedoch mit entgegengesetzter Drehrichtung umlaufen. Dabei erfährt eine an eine der Wellen gekoppelte Schaltmuffe des formschlüssigen Schaltelementes im Fahrbetrieb immer eine Drehbewegung. Dies führt dazu, dass zum Betätigen der Schaltmuffe zwischen einer zu einem geöffneten Betriebszustand des formschlüssigen Schaltelementes äquivalenten Schaltstellung und einer zu einem geschlossenen Betriebszustand des formschlüssigen Schaltelementes äquivalenten Stellung vorgesehene und ortsfest ausgeführte Aktoreinrichtungen aufgrund der dauerhaft vorliegenden Differenzdrehzahl zwischen der rotierenden Schaltmuffe und der Aktoreinrichtung hohem mechanischem Verschleiß ausgesetzt ist.
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Um einen schaltbaren Allradantrieb eines Fahrzeuges mit einer gewünscht hohen Lebensdauer ausführen zu können, ist daher im Bereich eines oder mehrerer schaltbarer Schaltelemente und der jeweils zugeordneten Aktoreinrichtungen ein entsprechend hoher konstruktiver Aufwand vorzusehen, was jedoch aus Bauraum- und Kostengründen unerwünscht ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Getriebevorrichtung und einen Fahrzeugantriebsstrang mit wenigstens zwei antreibbaren Fahrzeugachsen zur Verfügung zu stellen, die mit hohem Wirkungsgrad bei gleichzeitig geringem Bauraumbedarf und auf kostengünstige Art und Weise über eine ausreichende Betriebsdauer im gewünschten Umfang betreibbar sind.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Getriebevorrichtung und mit einem Fahrzeugantriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 10 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung ist mit einer Differentialgetriebeeinrichtung ausgeführt, die im Bereich eines Differentialkäfigs mit einer ersten Welle in Wirkverbindung steht. Des Weiteren umfasst die Getriebevorrichtung zwei Differentialwellen, wovon zumindest eine mit einer Ausgangswelle über ein Schaltelement koppelbar ist, das wiederum über eine Aktoreinrichtung betätigbar ist.
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Erfindungsgemäß weist eine Schaltelementhälfte des Schaltelementes ein drehfest mit dem Differentialkäfig verbundenes und von der Aktoreinrichtung axial gegenüber dem Differentialkäfig verschiebbares Hebeelement auf, über das durch aktoreinrichtungsseitiges Betätigen eine formschlüssige Verbindung zwischen der Differentialwelle und der Ausgangswelle im Bereich zwischen einem gemeinsam mit dem Schiebeelement axial verschiebbaren Bereich der Differentialwelle, der drehfest mit der Differentialwelle verbunden ist, und einem Bereich der Ausgangwelle herstellbar ist, wobei der verschiebbare Bereich der Differentialwelle gegenüber dem Schiebeelement verdrehbar ist.
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Damit ist bei der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung auf konstruktiv einfache Art und Weise während eines Betriebszustandes der Getriebevorrichtung, während dem eine Drehzahl des Differentialkäfigs im wesentlichen gleich null ist, gewährleistet, dass das Schiebeelement ebenfalls stillsteht und im Wesentlichen verschleißfrei von der vorzugsweise ortsfest ausgeführten Aktoreinrichtung in gewünschtem Umfang betätigbar ist. Dies wird auf konstruktiv einfache Art und Weise durch die im Bereich zwischen dem Schiebeelement und dem gemeinsam mit dem Schiebeelement axial verschiebbaren Bereich der Differentialwelle vorgesehenen Drehentkoppelung erreicht, über die der genannte Drehzahlausgleich im Bereich eines Differentialgetriebes bei aktiver Seitenwellenauftrennung möglich ist, ohne dabei jedoch im Bereich einer Wirkverbindung zwischen der Aktoreinrichtung und dem Schiebeelement unerwünscht hohen mechanischen Verschleiß zu verursachen.
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Bei einer besonders bauraumgünstigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung weist die Aktoreinrichtung ein mit einer Steuerkurve des Schiebeelementes in Eingriff bringbares Steuerelement auf, das das Schiebeelement bei in die Steuerkurve eingreifendem Steuerelement und entsprechender Rotation des Schiebeelementes entgegen einer an dem Schiebeelement anliegenden Federkraft einer Federeinrichtung in eine axiale Endstellung verstellt, die zu einem getrennten Betriebszustand der formschlüssigen Verbindung äquivalent ist.
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Die Federeinrichtung verstellt das Schiebeelement bei einer mit geringem Steuer- und Regelaufwand betätigbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung bei außerhalb der Steuerkurve angeordnetem Steuerelement in eine weitere axiale Endstellung, die zu einem geschlossenen Betriebszustand der formschlüssigen Verbindung äquivalent ist.
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Ist zwischen dem Schiebeelement und dem verschiebbaren Bereich der Differentialwelle eine Axiallagereinrichtung vorgesehen, sind von der Aktoreinrichtung in das Schiebeelement eingeleitete Stellkräfte in gewünschtem Umfang mit geringen Verlustleistungen auf den verschiebbaren Bereich der Differentialwelle übertragbar.
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Die Getriebevorrichtung ist durch eine geringe Bauteilanzahl gekennzeichnet, wenn der verschiebbare Bereich der Differentialwelle gemeinsam mit der Differentialwelle axial verschiebbar ist.
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Bei einer hierzu alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist der verschiebbare Bereich verschiebbar mit der Differentialwelle verbunden, womit Schaltkräfte zum Schalten der formschlüssigen Verbindung im Wesentlichen unabhängig von der Ausführung der Differentialwelle und der Differentialgetriebeeinrichtung selbst generierbar sind.
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Der verschiebbare Bereich der Differentialwelle übergreift den Differentialkäfig bei einer ebenfalls bauraumgünstigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung zumindest in der zum geöffneten Betriebszustand der formschlüssigen Verbindung zwischen der Differentialwelle und der Ausgangswelle in radialer Richtung wenigstens teilweise.
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Die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung ist auch dann durch einen geringen Bauraumbedarf gekennzeichnet, wenn der verschiebbare Bereich der Differentialwelle zumindest bereichsweise radial innerhalb des Schiebeelementes angeordnet ist.
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Um im Betrieb der Getriebevorrichtung einen Fahrkomfort beeinträchtigende Schaltgeräusche auf einfache Art und Weise vermeiden bzw. reduzieren zu können, ist die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung bei einer weiteren Ausführungsform zwischen dem verschiebbaren Bereich der Differentialwelle und der Ausgangswelle mit einer Anschlagsdämpfungseinrichtung ausgebildet, mittels der eine Stellbewegung des verschiebbaren Bereiches in Richtung der weiteren axialen Endstellung bei Erreichen der weiteren axialen Endstellung dämpfbar ist.
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Dabei können die Aktoreinrichtung, das Schiebeelement mit der Steuerkurve und die Anschlagdämpfereinrichtung in der in der
DE 10 2012 210 298.1 beschriebenen Art und Weise ausgebildet sein.
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Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebsstrang mit wenigstens zwei antreibbaren Fahrzeugachsen, mit einer Antriebsmaschine, mit einem Getriebe zum Darstellen mehrerer Übersetzungen und mit einem Verteilergetriebe, das im Leistungsfluss zwischen dem Getriebe und zumindest einer der Fahrzeugachsen angeordnet ist und über das das Getriebe mit der Fahrzeugachse in Wirkverbindung bringbar ist, ist das Verteilergetriebe mit dem Differentialkäfig der vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung verbunden, die im Bereich der über das Verteilergetriebe zuschaltbaren Fahrzeugachse als Querverteilergetriebe vorgesehen ist.
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Die Drehzahl des Differentialkäfigs der Getriebevorrichtung ist bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebsstrang auf einfache Art und Weise durch Abkoppeln der mit der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ausgeführten Fahrzeugachse vom Leistungsfluss des Fahrzeugantriebsstranges im Wesentlichen auf null führbar. Damit ist die formschlüssige Verbindung zwischen der Differentialwelle der Getriebevorrichtung und der Ausgangswelle der Getriebevorrichtung mit geringem Verschleiß schaltbar und sowohl die Getriebevorrichtung als auch der Fahrzeugantriebsstrang mit geringem konstruktivem Aufwand und niedrigem Bauraumbedarf bei abgeschaltetem Allradantrieb mit geringen Verlustleistungen des Fahrzeugantriebsstranges betreibbar.
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Bei einer bauraumgünstigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebsstranges ist das Verteilergetriebe mit einem reibschlüssigen Schaltelement ausgebildet, wobei die zuschaltbare Fahrzeugachse in geöffnetem Betriebszustand des reibschlüssigen Schaltelementes des Verteilergetriebes vom Getriebe getrennt ist und in ihrem abgeschalteten Betriebszustand vorliegt.
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Damit ist die formschlüssige Verbindung zwischen der Differentialwelle und der Ausgangswelle bei der Anforderung zum Zuschalten der zuschaltbaren Fahrzeugachse über eine entsprechende Steuerung und/oder Regelung der Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Schaltelementes des Verteilergetriebes in einen für die Zuschaltung des Allradbetriebes erforderlichen Betriebszustand, der wenigstens annähernd einem synchronen Betriebszustand entspricht, überführbar und dann mit geringen Schaltkräften schaltbar.
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Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebsstranges angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebsstranges ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen 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 eine schematisierte Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer Getriebevorrichtung mit einer Differentialgetriebeeinrichtung und mit zuschaltbarem Allradantrieb;
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2 eine vergrößerte Einzelansicht eines in 1 näher gekennzeichneten Bereiches II mit einer ersten Ausführungsform der Getriebevorrichtung mit einem schaltbaren formschlüssigen Schaltelement in geöffnetem Betriebszustand;
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3 eine 2 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Getriebevorrichtung bei in geöffnetem Betriebszustand vorliegendem formschlüssigem Schaltelement; und
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4 die Getriebevorrichtung gemäß 3 mit geöffnetem formschlüssigem Schaltelement.
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1 zeigt einen Fahrzeugantriebsstrang 1, der in der nachbeschriebenen Art und Weise entweder mit einer antreibbaren Fahrzeugachse 2 oder mit zwei antreibbaren Fahrzeugachsen 2, 3 in einem Allradbetriebsmodus betreibbar ist. Eine Antriebsmaschine 4 und ein nachgeschaltetes Getriebe 5 bzw. ein Hauptgetriebe sind vorliegend im Fahrzeug in einer sogenannten Front-Längs-Anordnung verbaut, bei der Antriebsräder bzw. Vorderräder 2A, 2B der ersten antreibbaren Fahrzeugachse 2, die vorliegend die permanent angetriebene Primärachse des Fahrzeugantriebsstranges 1 darstellt, über das Hauptgetriebe 5 von der Antriebsmaschine 4 betriebszustandsabhängig angetrieben werden. Die Antriebsleistung der vorliegend als Brennkraftmaschine ausgeführten Antriebsmaschine 4 wird in dem nachgelagerten Hauptgetriebe 5 entsprechend moduliert und anschließend zumindest teilweise über eine Gelenkwelle 6 in Richtung eines Achsdifferentialgetriebes 7 der Fahrzeugachse 2 weitergeleitet. Im Bereich des Achsdifferentialgetriebes 7 wird das über die Gelenkwelle 6 anliegende Drehmoment in an sich bekannter Art und Weise zwischen den beiden Vorderrädern 2A und 2B in Fahrzeugquerrichtung verteilt.
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Zusätzlich weist der Fahrzeugantriebsstrang 1 ein Verteilergetriebe 8 auf, indessen Bereich ein Leistungsfluss in Richtung der Fahrzeugachse 3 bzw. der Fahrzeughinterachse, die vorliegend die bedarfsweise zuschaltbare Sekundärachse des Fahrzeugantriebsstranges 1 darstellt, über ein Schaltelement 8 anforderungsgemäß herstellbar oder unterbrechbar ist. In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Fahrzeughinterachse die Primärachse und Fahrzeugvorderachse des Fahrzeugantriebsstranges 1 die Sekundärachse ist.
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Über das Schaltelement 9 ist das Hauptgetriebe 5 mit einer Fahrzeuglängswelle 10, die mit einer Getriebevorrichtung 11 im Bereich der Fahrzeugachse 3 verbunden ist, in Wirkverbindung bringbar, wenn eine entsprechende Anforderung zur Darstellung des Allradbetriebsmodus vorliegt. Zur Deaktivierung des Allradverteilerbetriebes des Fahrzeugantriebsstranges 1 wird der Leistungsfluss zwischen der Antriebsmaschine 4 und der Fahrzeughinterachse 3 im Bereich des Verteilergetriebes 8 durch Öffnen des Schaltelementes 9 unterbrochen. Um die während der ständigen Rotation der im Leistungsfluss zwischen dem Hauptgetriebe 5 und den Antriebsrädern 3A und 3B der Fahrzeughinterachse 3 angeordneten Bauteile des Fahrzeugantriebsstranges 1 auftretenden Schleppverluste zu vermeiden, werden die Fahrzeuglängswelle 10 und die in 2 bis 4 näher gezeigten Bauteile der Getriebevorrichtung 11 in der nachbeschriebenen Art und Weise stillgelegt.
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Ist das Schaltelement 9 in seinen geöffneten Betriebszustand überführt, um den Allradbetriebsmodus anforderungsgemäß abzuschalten, wird eine formschlüssige Verbindung zwischen einer jeweils in 2 bis 4 näher dargestellten Differentialwelle 12 einer Differentialgetriebeeinrichtung 13 der Getriebevorrichtung 11 und einer Ausgangswelle 14 der Getriebevorrichtung 11 geöffnet. Die Differentialgetriebeeinrichtung 13 steht im Bereich eines Differentialkäfigs 15 mit der Fahrzeuglängswelle 10 in an sich bekannter Art und Weise über eine Kegelradverzahnung in Verbindung. Zum Öffnen und Schließen der formschlüssigen Verbindung zwischen der Differentialwelle 12 und der Ausgangswelle 14 ist vorliegend ein formschlüssiges Schaltelement 16 vorgesehen, das über eine Aktoreinrichtung 17 betätigbar ist. Eine Schaltelementhälfte 18 des formschlüssigen Schaltelementes 16 weist ein drehfest mit dem Differentialkäfig 15 verbundenes und von der Aktoreinrichtung 17 axial gegenüber dem Differentialkäfig 15 verschiebbares Schiebeelement 19 auf, über das durch aktoreinrichtungsseitiges Betätigen die formschlüssige Verbindung zwischen der Differentialwelle 12 und der Ausgangswelle 14 im Bereich zwischen einem gemeinsam mit dem Schiebeelement 19 axial verschiebbaren Bereich 20 der Differentialwelle 12, der drehfest mit der Differentialwelle 12 verbunden ist, und einem Bereich 21 der Ausgangswelle 14 herstellbar ist. Das Schiebeelement 19 ist vorliegend über ein Keilwellenprofil mit dem Differentialkäfig 15 drehfest und axial verschiebbar gegenüber dem Differentialkäfig 15 mit dem Differentialkäfig 15 verbunden. Der verschiebbare Bereich 20 ist vorliegend über ein Keilwellenprofil drehfest mit der Differentialwelle 12 gekoppelt und in axialer Richtung gegenüber der Differentialwelle 12 verschiebbar ausgeführt. Zusätzlich ist der verschiebbare Bereich 20 der Differentialwelle 12 verdrehbar gegenüber dem Schiebeelement 19 ausgebildet und radial innerhalb des Schiebeelementes 19 angeordnet.
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Zum Betätigen des formschlüssigen Schaltelementes 16 umfasst die Aktoreinrichtung 17 vorliegend ein in einem Gehäuse 22 längsbeweglich ausgebildetes und im Wesentlichen stiftförmig ausgeführtes Steuerelement 23, das von einem Elektromagneten 17A der Aktoreinrichtung 17 in die in 2 dargestellte axiale Position verschiebbar ist und in dieser Stellung in eine am äußeren Umfang des Schiebeelementes 19 vorgesehene Steuerkurve 24 des Schiebeelementes 19 eingreift.
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Greift das Steuerelement 23 in die Steuerkurve 24 des Schiebeelementes 19 ein und rotiert das Schiebeelement 19 gemeinsam mit dem Differentialkäfig 15 in entsprechendem Umfang, wird das Schiebeelement 19 entgegen einer am Schiebeelement 19 anliegenden Federkraft einer Federeinrichtung 25 in die in 2 dargestellte axiale Endstellung verstellt, die zu einem geöffneten Betriebszustand der formschlüssigen Verbindung zwischen der Differentialwelle 12 und der Ausgangswelle 14 äquivalent ist und in der die Federeinrichtung 25 in einem vorgespannten Betriebszustand vorliegt. Die Federeinrichtung 25 verstellt das Schiebeelement 19 bei außerhalb der Steuerkurve 24 angeordnetem Steuerelement 23 in eine weitere axiale Endstellung, die zu einem geschlossenen Betriebszustand der formschlüssigen Verbindung bzw. des formschlüssigen Schaltelementes 16 äquivalent ist. Sowohl der verschiebbare Bereich 20 der Differentialwelle 12 als auch der Bereich 21 der Ausgangswelle 14 sind in einander zugewandten Stirnbereichen jeweils mit Klauen 26 bzw. 27 ausgeführt, in deren Bereichen die formschlüssige Verbindung zwischen der Differentialwelle 12 und der Ausgangswelle 14 hergestellt ist, wenn sich die Klauen 26 und 27 in Überdeckung befinden.
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Liegt eine entsprechende Anforderung zum Schließen des formschlüssigen Schaltelementes 16 vor, wird das stiftförmige Steuerelement 23 durch Abschalten der Bestromung des Elektromagneten 17A aus dem Eingriff mit der Steuerkurve 24 des Schiebeelementes 19 geführt und das Schiebeelement 19 gemeinsam mit dem verschiebbaren Bereich 20 der Differentialwelle 12 von der Federeinrichtung 25 in die zum geschlossenen Betriebszustand des formschlüssigen Schaltelementes 16 äquivalente axiale Endstellung überführt.
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In geöffnetem Betriebszustand des formschlüssigen Schaltelementes 16 und gleichzeitig geöffnetem reibschlüssigem Schaltelement 9 steht der Differentialkäfig 15 still. Gleichzeitig dreht die Ausgangswelle 14 mit der Drehzahl des damit verbundenen Antriebsrades 3A. Im Fahrbetrieb führt der gekoppelte Zustand der Ausgangswelle 14 bei gleichzeitigem Stillstand des Differentialkäfigs 12 zum Abwälzen des Differentialausgleichs im Bereich der Differentialgetriebeeinrichtung 13. Dies führt dazu, dass die Differentialwelle 12 und der damit drehfest verbundene verschiebbare Bereich 20 ebenfalls mit der Raddrehzahl rotiert, wobei die Drehrichtung der Differentialwelle 12 entgegengesetzt zur Drehrichtung der Ausgangswelle 14 ist, weshalb im Bereich des geöffneten formschlüssigen Schaltelementes 16 als Differenzdrehzahl die doppelte Raddrehzahl vorliegt. Der verschiebbare Bereich 20 der Differentialwelle 12 liegt im Fahrbetrieb als dauerhaft rotierendes Kopplungselement vor, während das Schiebeelement 19 bzw. die Bahnmuffe und die als Stiftaktor ausgeführte Aktoreinrichtung 17 zusammen mit dem Differentialkäfig 15 bei geöffnetem formschlüssigen Schaltelement 16 mit einer Drehzahl gleich null im Gehäuse 40 der Getriebevorrichtung 11 vorliegen.
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Der verschiebbare Bereich 20 ist vorliegend einstückig mit der Differentialwelle 12 ausgebildet, womit bei einer axialen Verstellung des Schiebeelementes 19 die gesamte Differentialwelle 12 gegenüber dem Differentialkäfig 15 und einem drehfest mit der Differentialwelle 12 verbundenen Kegelrad 28 verschoben wird, um das formschlüssige Schaltelement 16 zu öffnen oder zu schließen. Damit die jeweils am Schiebeelement 19 angreifenden Axialkräfte möglichst verlustfrei vom Schiebeelement 19 auf den verschiebbaren Bereich 20 der Differentialwelle 12 übertragbar sind, ist zwischen dem Schiebeelement 19 und dem verschiebbaren Bereich 20 der Differentialwelle 12 eine Axiallagereinrichtung 29 vorgesehen, die zwei Anlaufscheiben 30, 31 umfasst. Dabei ist die Anlaufscheibe 30 zwischen einer Stirnfläche 32 des Schiebeelementes 19 und einer ersten Stirnfläche 33 des verschiebbaren Bereiches 20 der Differentialwelle 12 angeordnet, während die zweite Anlaufscheibe 31 zwischen einer zweiten Stirnfläche 34 des verschiebbaren Bereiches 20 und einem Radialfederring 35, der in einer Innennut 36 des Schiebeelementes 19 montiert ist, angeordnet und in axialer Richtung gehalten ist.
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Eine Bewegung des Schiebeelementes 19 sowie des verschiebbaren Bereiches 20 der Differentialwelle 12 in Richtung der weiteren Endstellung, die zum geschlossenen Betriebszustand des formschlüssigen Schaltelementes 16 äquivalent ist, ist im Bereich einer Anschlagdämpfereinrichtung 37 gedämpft abbremsbar, wobei die Anschlagdämpfereinrichtung 37 vorliegend ein gummiartig ausgeführtes Dämpferelement 38 umfasst, das über eine Federeinrichtung 39 an der Ausgangswelle 14 angefedert ist.
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3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Getriebevorrichtung 11, die sich von dem in 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Getriebevorrichtung 11 im Wesentlichen darin unterscheidet, dass der verschiebbare Bereich 20 der Differentialwelle 12 als ein separates Bauteil ausgeführt ist, das drehfest mit der Differentialwelle 12 verbunden und axial gegenüber der axial nicht verschiebbar ausgeführten Differentialwelle 12 verschiebbar ist.
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Bei der Ausführung der Getriebevorrichtung 11 gemäß 3 und 4 übergreift der verschiebbare Bereich 20 der Differentialwelle 12 den Differentialkäfig 15 in der zum geöffneten Betriebszustand des formschlüssigen Schaltelementes 16 äquivalenten axialen Stellung in radialer Richtung wenigstens teilweise, womit die Getriebevorrichtung 11 in Fahrzeugquerrichtung mit einem geringen Bauraumbedarf ausgeführt ist.
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Sowohl bei der Ausführung der Getriebevorrichtung 11 gemäß 2 als auch bei der zweiten Ausführungsform der Getriebevorrichtung 11 gemäß 3 und 4 ist über die zweiteilige Ausführung der ersten Schalelementhälfte 18 des formschlüssigen Schaltelementes 16 in geöffnetem Betriebszustand des formschlüssigen Schaltelementes 16 eine mechanische Belastung der Aktoreinrichtung 17 reduziert, da das Schiebeelement 19 gemeinsam mit dem Differentialkäfig 15 in geöffnetem Betriebszustand des Schaltelementes 9 stillsteht und das formschlüssige Schaltelement 16 von der Aktoreinrichtung 17 bzw. von dessen Steuerelement 23 ohne Differenzdrehzahl in geöffnetem Betriebszustand haltbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugantriebsstrang
- 2
- Fahrzeugachse, Fahrzeugvorderachse
- 3
- Fahrzeugachse, Fahrzeughinterachse
- 4
- Antriebsmaschine
- 5
- Getriebe, Hauptgetriebe
- 6
- Gelenkwelle
- 7
- Achsdifferentialgetriebe
- 8
- Verteilergetriebe
- 9
- reibschlüssiges Schaltelement des Verteilergetriebes
- 10
- Fahrzeuglängswelle
- 11
- Getriebevorrichtung
- 12
- Differentialwelle
- 13
- Differentialgetriebeeinrichtung
- 14
- Ausgangswelle
- 15
- Differentialkäfig
- 16
- formschlüssiges Schaltelement
- 17
- Aktoreinrichtung
- 17A
- Elektromagnet der Aktoreinrichtung
- 18
- Schaltelementhälfte des formschlüssigen Schaltelementes
- 19
- Schiebeelement
- 20
- verschiebbarer Bereich der Differentialwelle
- 21
- Bereich der Ausgangswelle
- 22
- Gehäuse der Aktoreinrichtung
- 23
- Steuerelement der Aktoreinrichtung
- 24
- Steuerkurve
- 25
- Federeinrichtung
- 26
- Klaue des verschiebbaren Bereiches der Differentialwelle
- 27
- Klaue des Bereiches der Ausgangswelle
- 28
- Kegelrad
- 29
- Axiallagereinrichtung
- 30
- Anlaufscheibe
- 31
- Anlaufscheibe
- 32
- Stirnfläche des Schiebeelementes
- 33
- Stirnfläche des verschiebbaren Bereiches der Differentialwelle
- 34
- Stirnfläche des verschiebbaren Bereiches der Differentialwelle
- 35
- Radialfederring
- 36
- Innennut
- 37
- Anschlagdämpfereinrichtung
- 38
- Dämpferelement
- 39
- Federeinrichtung
- 40
- Gehäuse der Getriebevorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2009/127324 A2 [0002]
- DE 4039392 A1 [0005]
- DE 102012210298 [0023]
