DE102014201256B4

DE102014201256B4 - Center differential for a motor vehicle

Info

Publication number: DE102014201256B4
Application number: DE102014201256.2A
Authority: DE
Inventors: Franz Kurth
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2022-03-10
Anticipated expiration: 2034-01-24
Also published as: DE102014201256A1

Abstract

Mittendifferential für ein Kraftfahrzeug, mit:- einem auf einer Getriebeachse (X) liegenden Leistungseingang (PI) zur Bewerkstelligung der Einleitung der Antriebsleistung in das Mittendifferential,- einem ersten ebenfalls auf der Getriebeachse (X) liegenden Leistungsausgang (PO1),- einem zweiten, zur Getriebeachse (X) radial versetzten Leistungsausgang (PO2), und- einer Überlagerungsgetriebestufe (G1) zur Bewerkstelligung der Verzweigung der über den Leistungseingang (PI) eingeleiteten Antriebsleistung auf die beiden Leistungsausgänge (PO1, PO2), wobei- die Überlagerungsgetriebestufe (G1) ein Sonnenrad (S1), ein Hohlrad (H1), einen ersten Planetenträger (C1), sowie eine an diesem gelagerte Planetenanordnung (P1) umfasst,- der Leistungseingang (PI) das Sonnenrad (S1) der Überlagerungsgetriebestufe (G1) treibt,- der erste Leistungsausgang (PO1) mit dem ersten Planetenträger (C1) gekoppelt ist,- der zweite Leistungsausgang (PO2) über ein Wendegetriebe (G2) durch das erste Hohlrad (H1) getrieben wird, und- das Wendegetriebes (G2) einen Planetenträger (C2) aufweist der in einem ersten und einem zweiten Schaltzustand betreibbar ist, und- der erste und der zweite Schaltzustand sich bezüglich der Gesamtübersetzungen zwischen dem Leistungseingang (PI) und den Leistungsausgängen (PO1, PO2) unterscheiden.Center differential for a motor vehicle, with:- a power input (PI) located on a transmission axis (X) to bring about the introduction of the drive power into the center differential,- a first power output (PO1) also located on the transmission axis (X),- a second, to the transmission axis (X) radially offset power output (PO2), and- a superimposed gear stage (G1) to accomplish the branching of the input power input (PI) drive power to the two power outputs (PO1, PO2), wherein- the superimposed gear stage (G1). Sun gear (S1), a ring gear (H1), a first planetary carrier (C1) and a planetary arrangement (P1) mounted on it, - the power input (PI) drives the sun gear (S1) of the superposition gear stage (G1), - the first Power output (PO1) is coupled to the first planet carrier (C1), - the second power output (PO2) via a reversing gear (G2) through the first ring gear (H1) get is driven, and- the reversing gear (G2) has a planetary carrier (C2) which can be operated in a first and a second switching state, and- the first and the second switching state differ with regard to the overall transmission ratios between the power input (PI) and the power outputs (PO1 , PO2).

Description

Gebiet der Erfindungfield of invention

Die Erfindung richtet sich auf ein für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorgesehenes Mittendifferential, das als solches dazu dient, die seitens einer Antriebseinrichtung bereitgestellte und über einen Leistungseingang dem Mittendifferential zugeführte Antriebsleistung auf einen ersten und auf einen zweiten Leistungsausgang zu verzweigen, wobei diese Leistungsausgänge die Achsdifferentiale von zwei separaten Fahrzeugachsen, insbesondere eine Fahrzeugvorderachse und eine Fahrzeughinterachse, treiben.The invention relates to a center differential intended for use in a motor vehicle, which serves as such to branch the drive power provided by a drive device and fed to the center differential via a power input to a first and a second power output, with these power outputs connecting the axle differentials of two separate vehicle axles, in particular a vehicle front axle and a vehicle rear axle drive.

Aus US 4 860 612 A ist ein Mittendifferential bekannt. Dieses Mittendifferential umfasst eine Planetengetriebestufe mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad, einem Planetenträger, sowie Planeten die in dem Planetenträger gelagert sind und radial in das Sonnenrad sowie das Hohlrad eingreifen. Bei dieser Planetengetriebestufe wird die über den Leistungseingang zufließende Antriebsleistung zunächst auf den Planetenträger geführt und dann auf das Hohlrad und das Sonnenrad verzweigt. Über das Hohlrad wird der Antrieb einer Fahrzeughinterachse bewerkstelligt, über das Sonnenrad erfolgt der Leistungsabgriff zur Fahrzeugvorderachse. Die jeweilige Fahrzeugachse verfügt wiederum über ein eigenes Achsdifferential das die über das Mittendifferential verzweigte Antriebsleistung auf die jeweiligen Radantriebswellen nochmals weiter aufteilt. Im Bereich der Planetengetriebestufe des Mittendifferentiales ist eine Lamellenkupplung vorgesehen, über welche das Mittendifferential in sich sperrbar ist, um den zur Hinterachse führenden Antriebsstrang und den zur Vorderachse führenden Antriebsstrang starr zu koppeln.the end U.S. 4,860,612A a center differential is known. This center differential includes a planetary gear stage with a sun gear, a ring gear, a planet carrier, and planets that are mounted in the planet carrier and engage radially in the sun gear and the ring gear. With this planetary gear stage, the drive power flowing in via the power input is first routed to the planet carrier and then branched out to the ring gear and the sun gear. The ring gear is used to drive a vehicle rear axle, and the sun gear is used to tap the power to the vehicle front axle. The respective vehicle axle in turn has its own axle differential, which further distributes the drive power, which is distributed via the center differential, to the respective wheel drive shafts. In the area of the planetary gear stage of the center differential, a multi-plate clutch is provided, via which the center differential can be locked in order to rigidly couple the drive train leading to the rear axle and the drive train leading to the front axle.

Ein weiteres Mittendifferenzial ist aus US 2003 / 0 144 109 A1 bekannt. Ein Leistungseingang, eine Überlagerungsstufe und ein Leistungsausgang sind koaxial zueinander angeordnet. Ein weiterer Leistungsausgang ist radial zur Getriebeachse versetzt. Die Überlagerungsstufe ist als eine Planetengetriebestufe ausgeführt und weist ein Sonnenrad, ein Hohlrad, einen Planetenträger und Planetenräder. Der Leistungseingang ist mit dem Sonnenrad der Überlagerungsstufe gekoppelt und der Leistungsausgang mit dem Planetenträger. Der weitere Leistungsausgang ist mit dem Hohlrad wirkverbunden.Another center differential is known from US 2003/0 144 109 A1. A power input, a superimposed stage and a power output are arranged coaxially with one another. Another power output is offset radially to the transmission axis. The overlay stage is designed as a planetary gear stage and has a sun gear, a ring gear, a planet carrier and planet gears. The power input is coupled to the sun gear of the superposition stage and the power output to the planet carrier. The other power output is actively connected to the ring gear.

Aufgabe der Erfindungobject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mittendifferential für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, das sich durch einen hohen mechanischen Wirkungsgrad, ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten sowie ein erweitertes Funktionsspektrum auszeichnet.The invention is based on the object of creating a center differential for a motor vehicle which is characterized by high mechanical efficiency, advantageous mechanical operating behavior and an expanded range of functions.

Erfindungsgemäße LösungSolution according to the invention

Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Mittendifferential für ein Kraftfahrzeug, mit:

- einem Leistungseingang zur Bewerkstelligung der Einleitung der Antriebsleistung in das Mittendifferential,
- einem ersten Leistungsausgang,
- einem zweiten Leistungsausgang, und
- einer als Planetengetriebestufe ausgeführten Überlagerungsgetriebestufe zur Bewerkstelligung der Verzweigung der über den Leistungseingang eingeleiteten Antriebsleistung auf die beiden Leistungsausgänge, wobei,
- die Überlagerungsgetriebestufe ein erstes Sonnenrad, ein erstes Hohlrad, einen ersten Planetenträger sowie einen an diesem gelagerten ersten Planetensatz umfasst,
- der Leistungseingang das erste Sonnenrad der Überlagerungsgetriebestufe treibt,
- der erste Leistungsausgang mit dem ersten Planetenträger gekoppelt ist,
- der zweite Leistungsausgang über ein Wendegetriebe getrieben wird das wiederum durch das erste Hohlrad angetrieben wird,
- das Umlaufrädergetriebe insgesamt derart ausgebildet ist, dass dieses in einem ersten und einem zweiten Schaltzustand betreibbar ist, und
- sich der erste und der zweite Schaltzustand hinsichtlich der sich zwischen dem Leistungseingang und den Leistungsausgängen ergebenden Gesamtübersetzung unterscheiden.

The above-mentioned object is achieved according to the invention by a center differential for a motor vehicle, with:

- a power input to accomplish the introduction of the drive power in the center differential,
- a first power output,
- a second power output, and
- a superimposed gear stage designed as a planetary gear stage for accomplishing the branching of the drive power introduced via the power input to the two power outputs, wherein,
- the superposition gear stage includes a first sun gear, a first ring gear, a first planetary carrier and a first planetary gearset mounted on it,
- the power input drives the first sun gear of the superposition gear stage,
- the first power output is coupled to the first planetary carrier,
- the second power output is driven via a reversing gear, which in turn is driven by the first ring gear,
- The epicyclic gear is designed overall in such a way that it can be operated in a first and a second switching state, and
- The first and the second switching state differ in terms of the overall ratio resulting between the power input and the power outputs.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Mittendifferential zu schaffen, das neben einer erforderlichenfalls symmetrischen Leistungsverzweigung, die Abgabe der Antriebsleistung auf beide Ausgangswellen in einem ersten Betriebsmodus, sowie bedarfsweise in einem zweiten Betriebsmodus mit einem gegenüber dem ersten Betriebsmodus signifikant erhöhten Ausgangsdrehmoment ermöglicht.This makes it possible in an advantageous manner to create a center differential which, in addition to a symmetrical power split if necessary, allows the delivery of the drive power to both output shafts in a first operating mode and, if necessary, in a second operating mode with a significantly increased output torque compared to the first operating mode.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Mittendifferential derart ausgebildet, dass im ersten Schaltzustand eine reine Differentialwirkung ohne Übersetzung bereitgestellt wird. Im zweiten Schaltzustand fungiert das Mittendifferential als sog. wälzendes Differentialgetriebe und bewirkt eine Übersetzung ins Langsame, d.h. eine Erhöhung der an den beiden Ausgängen anliegenden Ausgangsdrehmomente gegenüber den entsprechenden Ausgangsmomenten im ersten Betriebsmodus.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the center differential is designed in such a way that in the first switching state a pure differential effect without translation is provided. In the second switching state, the center differential acts as a so-called rolling differential gear and causes a long gear ratio same, ie an increase in the output torques present at the two outputs compared to the corresponding output torques in the first operating mode.

Das Mittendifferential ist vorzugsweise so ausgelegt, dass die Umschaltung zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand erfolgt, indem der zweite Planetenträger, d.h. der Planetenträger des Wendegetriebes entweder mit dem Leistungseingang oder dem Getriebegehäuse drehfest gekoppelt wird. Das Getriebe ist hierbei vorzugsweise so aufgebaut, dass das erste Sonnenrad als Leistungseingang fungiert, das erste Hohlrad mit dem zweiten Sonnenrad (d.h. dem Sonnenrad des Wendegetriebes) drehfest gekoppelt ist, der erste Planetenträger den ersten Leistungsausgang darstellt oder treibt, das zweite Hohlrad den zweiten Leistungsausgang darstellt oder treibt, und der zweite Planetenträger über eine erste Kupplungseinrichtung drehfest mit dem ersten Sonnenrad oder über eine zweite Kupplungseinrichtung drehfest mit dem Getriebegehäuse koppelbar ist.The center differential is preferably designed in such a way that the switchover between the first and the second switching state takes place by the second planet carrier, i.e. the planet carrier of the reversing gear, being coupled in a torque-proof manner either to the power input or to the gear housing. The transmission is preferably constructed in such a way that the first sun gear acts as a power input, the first ring gear is coupled in a torque-proof manner to the second sun gear (ie the sun gear of the reversing gear), the first planet carrier represents or drives the first power output, the second ring gear the second power output represents or drives, and the second planetary carrier can be coupled in a rotationally fixed manner to the first sun gear via a first clutch device or to the transmission housing in a rotationally fixed manner via a second clutch device.

Die Kupplungseinrichtungen können als formschlüssig koppelnde Kupplungseinrichtungen, oder insbesondere auch als reibschlüssig koppelnde Kupplungseinrichtungen ausgebildet sein. Es ist insbesondere möglich, die zur Herbeiführung des reinen Differentialbetriebs vorgesehene, den zweiten Planetenträger am Getriebeeingang ankoppelnde Kupplungseinrichtung als formschlüssig koppelnde Kupplung und die zweite für den Übersetzungsmodus maßgebliche Kupplungseinrichtung als reibschlüssig koppelnde Kupplung auszubilden, die ggf. auch als Überlastkupplung fungiert und bei Überschreiten eines konstruktiv festgelegten Maximalmomentes in einen Rutschzustand gelangt.The clutch devices can be designed as positively coupling coupling devices, or in particular as frictionally coupling coupling devices. In particular, it is possible to design the clutch device that is provided to bring about pure differential operation and that couples the second planetary carrier to the transmission input as a positively locking coupling and the second clutch device that is decisive for the transmission mode as a frictionally coupling clutch that may also function as an overload clutch and, if a structurally specified maximum torque in a skid state.

Das erfindungsgemäße Getriebe ist hinsichtlich der Ausrichtung und Anordnung der geometrischen Achsen des Leistungseingangs und der beiden Leistungsausgänge vorzugsweise derart gestaltet, dass die Achse des Leistungseingangs mit der Achse des ersten Leitungsausgangs fluchtet. Die Achse des zweiten Leistungsausgangs ist vorzugsweise zur Achse des Leistungsausganges parallel und von dieser radial beabstandet angeordnet. Zudem erfolgt vorzugsweise der Leistungsabgriff vom zweiten Leistungsausgang auf einer dem ersten Leistungsabgriff abgewandten Seite, d.h. auf der Seite des Leistungseinganges. Der radiale Abstand zwischen der Achse des zweiten Leistungsausgangs und der Achse des Leistungseingangs ist wird vorzugsweise durch ein Stirnradpaar des Wendegetriebes oder eine nachgeschaltete Stirnradstufe mit einem zum Leistungseingang koaxialen Stirnrad, sowie einem in dieses eingreifenden weiteren Stirnrades ermöglicht. Dieses Wendegetriebe besitzt wie bereits oben ausgeführt vorzugsweise ein zur Achse des Leistungseingangs koaxiales Sonnenrad das mit einem den zweiten Leistungsausgang treibenden Stirnrad kämmt.With regard to the alignment and arrangement of the geometric axes of the power input and the two power outputs, the transmission according to the invention is preferably designed in such a way that the axis of the power input is aligned with the axis of the first line output. The axis of the second power output is preferably arranged parallel to the axis of the power output and at a radial distance from it. In addition, the power tap from the second power output preferably takes place on a side facing away from the first power tap, i.e. on the side of the power input. The radial distance between the axis of the second power output and the axis of the power input is preferably made possible by a spur gear pair of the reversing gear or a downstream spur gear stage with a spur gear coaxial with the power input and another spur gear engaging in this. As already stated above, this reversing gear preferably has a sun wheel which is coaxial to the axis of the power input and which meshes with a spur wheel which drives the second power output.

Alternativ zu der vorangehend beschriebenen, besonders bevorzugten geometrischen Anordnung des Leistungseingangs, sowie der beiden Leistungsausgänge ist es auch möglich, den zweiten Leistungsausgang so zu realisieren, dass hier der Leistungsabgriff über ein Getriebeglied und ggf. eine Hohlwelle erfolgt die koaxial zur Achse des Leistungseingangs angeordnet sind.As an alternative to the particularly preferred geometric arrangement of the power input described above and the two power outputs, it is also possible to implement the second power output in such a way that the power is tapped here via a gear element and, if necessary, a hollow shaft which is arranged coaxially to the axis of the power input .

Das erfindungsgemäße Getriebe ist vorzugsweise so aufgebaut, dass die Teilübersetzung des Überlagerungsgetriebes und die Teilübersetzung des Wendegetriebes derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich eine symmetrische Drehmomentenverteilung auf die beiden Leistungsausgänge, oder zumindest an den angetriebenen Rädern des entsprechenden Kraftfahrzeuges ergibt. Hierzu ist es möglich, das erste und das zweite Hohlrad so auszubilden, dass diese beiden Getriebekomponenten gleiche Zähnezahlen aufweisen. Auch die Planeten der ersten und der zweiten Planetensätze können so ausgebildet werden, dass diese gleiche Zähnezahlen aufweisen. Das erste Sonnenrad und das zweite Sonnenrad können ebenfalls gleiche Zähnezahlen aufweisen. Der Drehsinncharakteristik und der Übersetzungswirkung des Mittendifferentials kann auch durch die konstruktive Gestaltung des jeweiligen Achsdifferentiales weiter Rechnung getragen werden.The transmission according to the invention is preferably constructed in such a way that the partial transmission ratio of the superimposed transmission and the partial transmission ratio of the reversing gear are matched to one another in such a way that there is a symmetrical distribution of torque to the two power outputs, or at least to the driven wheels of the corresponding motor vehicle. For this purpose it is possible to form the first and the second ring gear in such a way that these two transmission components have the same number of teeth. The planets of the first and second planetary sets can also be designed in such a way that they have the same number of teeth. The first sun gear and the second sun gear can also have the same number of teeth. The direction of rotation characteristic and the translation effect of the center differential can also be further taken into account by the structural design of the respective axle differential.

Es ist weiterhin möglich, das Mittendifferential so auszubilden, dass sich für die beiden schaltbar einstellbaren Funktionszustände unterschiedliche Übersetzungswirkungen und insbesondere auch unterschiedliche, z.B. dem Achslastverhältnis entsprechende Drehmomentenverteilungen ergeben.It is also possible to design the center differential in such a way that different transmission effects and, in particular, different torque distributions, e.g. corresponding to the axle load ratio, result for the two switchable functional states.

Das Überlagerungsgetriebe und das Wendegetriebe sind gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung jeweils als Stirnrad-Umlaufrädergetriebe ausgeführt und das erste und das zweite Sonnenrad sind zu einer Getriebeachse gleichachsig in axial abfolgenden Wälzebenen angeordnet. Der Leistungsabgriff von dem ersten Planetenträger wird vorzugsweise über einen Wellenzapfen bewerkstelligt, der gleichachsig zum ersten Sonnenrad angeordnet ist. Das erste Sonnenrad kann hierbei über eine Lageranordnung, insbesondere eine Wälzlageranordnung auf radial an dem genannten Wellenzapfen abgestützt sein.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the superposition gear and the reversing gear are each designed as a spur gear epicyclic gear and the first and the second sun gear are arranged coaxially to a gear axis in axially succeeding rolling planes. The power tap from the first planet carrier is preferably accomplished via a shaft journal which is arranged coaxially with the first sun gear. The first sun gear can be supported radially on the named shaft journal via a bearing arrangement, in particular a roller bearing arrangement.

Die Leistungszufuhr zu dem ersten Sonnenrad erfolgt vorzugsweise über einen Antriebswellenzapfen, der koaxial durch das Sonnenrad der Wendegetriebestufe hindurchgeführt ist. Die erste Kupplungseinrichtung befindet sich dann vorzugsweise auf einer dem ersten Sonnenrad abgewandten Seite des zweiten Sonnenrades.The power is preferably supplied to the first sun gear via a drive shaft journal which is passed coaxially through the sun gear of the reversing gear stage. The first coupling device is then preferably located on a side of the second sun gear facing away from the first sun gear.

Der zweite Leistungsausgang umfasst vorzugsweise eine dem Wendegetriebe nachgeschaltete Stirnradstufe mit einem gleichachsig zur Umlaufachse des zweiten Hohlrades angeordneten Stirnrad, das drehfest mit dem zweiten Hohlrad gekoppelt und damit durch dieses angetrieben wird. Das zweite Hohlrad ist vorzugsweise zudem auch über eine Wälzlageranordnung im Getriebegehäuse gelagert.The second power output preferably comprises a spur gear stage downstream of the reversing gear with a spur gear arranged coaxially with the axis of rotation of the second ring gear, which is coupled in a rotationally fixed manner to the second ring gear and is therefore driven by it. The second ring gear is preferably also mounted in the transmission housing via a roller bearing arrangement.

Die erste Planetenstufe fungiert als echtes Umlaufrädergetriebe das eine Leistungsverzweigung auf den ersten Planetenträger und das erste Hohlrad bewerkstelligt. Die Wendegetriebestufe fungiert im Falle der Festlegung des zweiten Planetenträgers am Getriebegehäuse als Stirnrad-Wendegetriebe mit einer Übersetzungswirkung „ins Langsame“.The first planetary stage acts as a real epicyclic gear that splits the power to the first planet carrier and the first ring gear. If the second planet carrier is fixed to the gearbox housing, the reversing gear stage acts as a spur gear reversing gear with a transmission effect "to slow down".

Die Überlagerungsgetriebestufe und die zweite Planetengetriebestufe können derart gestaltet werden, dass diese identische Standübersetzungen aufweisen. Hierbei wird es in vorteilhafter Weise möglich, die beiden Sonnenräder, die Planetenräder der beiden Planetenradsätze und ggf. auch die beiden Hohlräder als zumindest hinsichtlich der entsprechenden Zahngeometrien und Teilkreisdurchmesser baugleiche Komponenten zu fertigen.The superposition gear stage and the second planetary gear stage can be designed in such a way that they have identical stationary translations. It is advantageously possible here to manufacture the two sun gears, the planetary gears of the two planetary gear sets and possibly also the two ring gears as structurally identical components, at least with regard to the corresponding tooth geometries and pitch circle diameters.

Die Kupplungen des erfindungsgemäßen Mittendifferentials sind vorzugsweise so ausgelegt, dass diese im Regelbetrieb gegensinnig aktuiert werden, d.h. jeweils eine der Kupplungen ist geschlossen, die andere der Kupplungen ist geöffnet. Das Schließen einer der ersten Kupplungseinrichtung führt zu einem Schaltzustand der einen Vorwärtsgangbetriebsmodus ohne zusätzliche Übersetzungswirkung des Mittendifferentials bewirkt, wogegen das Öffnen dieser ersten Kupplungseinrichtung und das Schließen der zweiten Kupplungseinrichtung zu einem Schaltzustand führt, der eine Übersetzungswirkung zur Erhöhung der Ausgangsdrehmomente und zur Ansenkung der Ausgangsdrehzahlen bewirkt. Werden beide Kupplungen geschlossen, so gelangt das Getriebe in einen Blockadezustand, der die Funktion einer Park- oder Feststellbremse bietet.The clutches of the center differential according to the invention are preferably designed in such a way that they are actuated in opposite directions during regular operation, i.e. one of the clutches is closed and the other clutch is open. Closing one of the first clutch devices leads to a shifting state that causes a forward gear operating mode without an additional translation effect of the center differential, whereas opening this first clutch device and closing the second clutch device leads to a shifting state that causes a translation effect to increase the output torque and lower the output speeds . If both clutches are closed, the transmission enters a blocked state, which offers the function of a parking or parking brake.

Das Wendegetriebe ist vorzugsweise so ausgeführt, dass dieses ein Zentralrad aufweist, das axial zu der die Leistung verzweigenden Überlagerungsgetriebestufe versetzt und zur Sonnenrad- oder Getriebeachse der Überlagerungsgetriebestufe gleichachsig angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform des Mittendifferentials ist es in vorteilhafter Weise möglich, den Antrieb der Sonnenradanordnung der Überlagerungsgetriebestufe durch einen Wellenzapfen zu bewerkstelligen, der koaxial durch das Zentralrad des Wendegetriebes hindurchgeführt ist. Zwischen der Getriebeeingangswelle und diesem Zentralzahnrad ist vorzugsweise eine als Wälzlager, insbesondere Nadellager ausgeführte Lageranordnung vorgesehen, durch welche diese beiden Getriebeglieder gegeneinander radial gestützt werden.The reversing gear is preferably designed in such a way that it has a central wheel, which is offset axially to the superimposed gear stage that splits the power and is arranged coaxially with the sun wheel or gear axis of the superimposed gear stage. In this embodiment of the center differential, it is advantageously possible to drive the sun wheel arrangement of the superimposed gear stage by means of a shaft journal which is guided coaxially through the central wheel of the reversing gear. Between the transmission input shaft and this central gear, a bearing arrangement designed as a roller bearing, in particular a needle bearing, is preferably provided, by means of which these two transmission elements are radially supported against one another.

Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Mittendifferentiales wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein in seinem Aufbau kompaktes Getriebesystem zu schaffen, bei welchem die Leistungsverzweigung auf die angeschlossenen Fahrzeugachsen bei einem hohen Systemwirkungsgrad in Verbindung mit einer der momentanen Lastanforderung gerecht werdenden, hohen Systemübersetzung realisiert werden kann.The design of the center differential according to the invention makes it possible in an advantageous manner to create a transmission system that is compact in design, in which the power split to the connected vehicle axles can be realized with a high system efficiency in conjunction with a high system ratio that meets the current load requirement.

Figurenlistecharacter list

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:

1 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungemäßen Mittendifferentials für ein Kraftfahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

Further details and features of the invention result from the following description in conjunction with the drawing. It shows:

1 a schematic diagram to illustrate the structure of a center differential according to the invention for a motor vehicle according to a first embodiment of the invention.

Ausführliche Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures

Die Darstellung nach 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Mittendifferential für ein Kraftfahrzeug. Dieses Mittendifferential umfasst einen Leistungseingang PI zur Bewerkstelligung der Einleitung der Antriebsleistung in das Mittendifferential, sowie einen ersten Leistungsausgang PO1 und einen zweiten Leistungsausgang PO2.The representation after 1 shows a center differential according to the invention for a motor vehicle. This center differential includes a power input PI for bringing about the introduction of the drive power into the center differential, as well as a first power output PO1 and a second power output PO2.

Weiterhin umfasst das Mittendifferential eine als Planetengetriebestufe ausgeführte Überlagerungsgetriebestufe G1 zur Bewerkstelligung der Verzweigung der über den Leistungseingang PI eingeleiteten Antriebsleistung auf die beiden Leistungsausgänge PO1, PO2. Das Mittendifferential umfasst zudem eine erste Kupplungseinrichtung K1 und eine zweite Kupplungseinrichtung K2, die jeweils als reib- oder formschlüssig koppelnde Kupplungseinrichtungen K1, K2 ausgebildet sein können.Furthermore, the center differential includes a superimposed gear stage G1 designed as a planetary gear stage to bring about the branching of the drive power introduced via the power input PI to the two power outputs PO1, PO2. The center differential also includes a first clutch device K1 and a second clutch device K2, which can each be designed as frictionally or positively coupling clutch devices K1, K2.

Das erfindungsgemäße Mittendifferential ist derart aufgebaut, dass die als Überlagerungsgetriebestufe G1 fungierende Planetengetriebestufe ein Sonnenrad S1, ein Hohlrad H1, einen ersten Planetenträger C1 sowie eine an diesem gelagerte erste Planetenanordnung P1 umfasst, wobei der Leistungseingang PI das Sonnenrad S1 der Planetengetriebestufe G1 treibt.The center differential according to the invention is constructed in such a way that the planetary gear stage acting as the superposition gear stage G1 comprises a sun gear S1, a ring gear H1, a first planet carrier C1 and a first planetary arrangement P1 mounted on it, with the power input PI driving the sun gear S1 of the planetary gear stage G1.

Der erste Leistungsausgang PO1 ist mit dem Planetenträger C1 drehstarr gekoppelt und wird damit durch diesen direkt getrieben. Der zweite Leistungsausgang PO2 wird indirekt unter Zwischenschaltung eines Wendegetriebes G2, sowie eine nachgeschaltete Stirnradstufe G3 über das erste Hohlrad H1 getrieben. Die erste Kupplungseinrichtung K1 und die zweite Kupplungseinrichtung K2 dienen der Festlegung des zweiten Planetenträgers C2 des Wendegetriebes an dem Leistungseingang PI oder dem Getriebegehäuse GH.The first power output PO1 is torsionally rigidly coupled to the planetary carrier C1 and is thus driven directly by it. The second lei Output PO2 is driven indirectly via the first ring gear H1 with the interposition of a reversing gear G2 and a downstream spur gear stage G3. The first clutch device K1 and the second clutch device K2 serve to fix the second planet carrier C2 of the reversing gear to the power input PI or the gear housing GH.

Das erfindungsgemäße Mittendifferential wird als Baugruppe des Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges eingesetzt und ermöglicht einen nur der Leistungsverzweigung ohne Übersetzungswirkung dienenden Betriebsmodus, sowie einen Betriebsmodus als sog. wälzendes Differential mit einer hohen Übersetzungswirkung „ins Langsame“.The center differential according to the invention is used as an assembly of the drive train of a motor vehicle and enables an operating mode serving only for power splitting without a gearing effect, as well as an operating mode as a so-called rolling differential with a high gearing effect “to slow down”.

Die Kupplungen K1, K2 werden im Regelbetrieb gegensinnig aktuiert, d.h. jeweils nur eine der Kupplungen K1, K2 ist geschlossen, die andere der Kupplungen K2, K1 ist geöffnet. Das Schließen einer der Kupplungen K1,K2 - hier der Kupplung K1 führt zu einem Schaltzustand der den reinen Differentialbetriebsmodus (ohne Drehmomentenerhöhung) darstellt, wogegen das Öffnen dieser Kupplung K1 und das Schließen der anderen Kupplung K2 zu einem Schaltzustand führt, der den Betriebsmodus mit hoher Übersetzungswirkung darstellt. Werden beide Kupplungen K1, K2 geschlossen, so gelangt das Getriebe in einen Blockadezustand, der die Funktion einer Park- oder Feststellbremse bietet.In normal operation, the clutches K1, K2 are actuated in opposite directions, i.e. only one of the clutches K1, K2 is closed, the other of the clutches K2, K1 is opened. The closing of one of the clutches K1, K2 - here the clutch K1 leads to a switching state that represents the pure differential operating mode (without torque increase), whereas the opening of this clutch K1 and the closing of the other clutch K2 leads to a switching state that represents the operating mode with high represents translation effect. If both clutches K1, K2 are closed, the transmission enters a blocked state, which offers the function of a parking or parking brake.

Bei der hier gezeigten ersten Getriebevariante ist das erste Sonnenrad S1 über die erste Kupplungseinrichtung K1 mit dem zweiten Planetenträger C2 drehfest koppelbar.In the first transmission variant shown here, the first sun gear S1 can be coupled in a torque-proof manner to the second planet carrier C2 via the first clutch device K1.

Das Wendegetriebe G2 weist ein den zweiten Leistungsausgang treibendes Hohlrad H2, einen zweiten Planetenträger C2, eine Planetenanordnung P2 sowie ein Zentralrad S2 auf, das axial zu der die Leistung verzweigenden Planetengetriebestufe G1 versetzt und dabei zur Umlaufachse X des Sonnenrades S1 der Planetengetriebestufe G1 gleichachsig angeordnet ist. Der Planetenträger C2 des Wendegetriebes G2 ist bei dieser Ausführungsform selektiv mit dem Leistungseingang PI oder dem Getriebegehäuse GH koppelbar.The reversing gear G2 has a ring gear H2 driving the second power output, a second planetary carrier C2, a planetary arrangement P2 and a central gear S2, which is axially offset to the power-split planetary gear stage G1 and is arranged coaxially with the axis of rotation X of the sun gear S1 of the planetary gear stage G1 . In this embodiment, the planetary carrier C2 of the reversing gear G2 can be selectively coupled to the power input PI or the gear housing GH.

Die den Leistungseingang PI darstellende Getriebeeingangswelle PI1 ist koaxial durch das Zentralrad S2 des Wendegetriebes G2 hindurchgeführt und treibt über ihren der Abtriebswelle PO1 benachbarten Endbereich das Sonnenrad S1 des Überlagerungsgetriebes G1.The transmission input shaft PI1 representing the power input PI is guided coaxially through the central gear S2 of the reversing gear G2 and drives the sun gear S1 of the superposition gear G1 via its end region adjacent to the output shaft PO1.

Das erfindungsgemäße Mittendifferentialgetriebe ist so aufgebaut, das die Rotationsachse der Eingangswelle PI1 und der Abtriebswelle PO1 miteinander fluchten und zudem auf der Getriebeachse X , d.h. der Umlaufachse des Sonnenrades S1 des Überlagerungsgetriebes G1 liegen. Die Rotationsachse XPO2 der Abtriebswelle PO2 verläuft parallel zur Getriebeachse X und zu dieser radial versetzt, d.h. von dieser seitlich beabstandet.The center differential gear according to the invention is constructed in such a way that the axis of rotation of the input shaft PI1 and the output shaft PO1 are aligned with one another and also lie on the gear axis X, i.e. the axis of rotation of the sun gear S1 of the superposition gear G1. The axis of rotation XPO2 of the output shaft PO2 runs parallel to the transmission axis X and is radially offset from it, i.e. at a lateral distance from it.

Bei der dargestellten Ausführungsform wird bei geschlossener Kupplung K1 und geöffneter Kupplung der zweite Planetenträger C2 drehfest mit der Eingangswelle PI1 gekoppelt und auch das erste Sonnerad S1 des Überlagerungsgetriebes direkt über die Eingangswelle PI1 angetrieben. In der Überlagerungsgetriebestufe G1 wird die Leistung auf das Hohlrad H1 und den Planetenträger C1 aufgeteilt. Das erste Hohlrad H1 treibt das Sonnenrad S2 der Wendegetriebestufe G2. Dieses Sonnenrad S2 greift radial von innen her in die Planeten P2 ein, die an sich mit dem bei Schließen der ersten Kupplung K1 drehfest mit der Eingangswelle PI1 gekoppelten Planetenträger C2 umlaufen. Die Planeten P2 greifen radial von innen her in das zweite Hohlrad H2 ein. Dieses Hohlrad H2 treibt das koaxial zur Eingangswelle PI1 angeordnete Stirnrad S3. Dieses Stirnrad S3 wiederum greift in das Stirnrad S4 welches drehstarr mit der Ausgangswelle PO2 gekoppelt ist.In the illustrated embodiment, with the clutch K1 engaged and the clutch disengaged, the second planetary carrier C2 is coupled in a torque-proof manner to the input shaft PI1 and the first sun gear S1 of the superposition gearing is also driven directly via the input shaft PI1. In the superposition gear stage G1, the power is divided between the ring gear H1 and the planetary carrier C1. The first ring gear H1 drives the sun gear S2 of the reversing gear stage G2. This sun gear S2 engages radially from the inside into the planets P2, which rotate together with the planet carrier C2, which is non-rotatably coupled to the input shaft PI1 when the first clutch K1 is closed. The planets P2 engage the second ring gear H2 radially from the inside. This ring gear H2 drives the spur gear S3, which is arranged coaxially to the input shaft PI1. This spur gear S3 in turn meshes with the spur gear S4 which is coupled to the output shaft PO2 in a torsionally rigid manner.

Wird die erste Kupplung K1 geöffnet und die zweite Kupplung K2 geschlossen, so ist der zweite Planetenträger C2 am Getriebegehäuse GH drehfest festgelegt. Die Planeten P2 können damit nicht um die Getriebeachse X, sondern nur um ihre Planetenradachsen umlaufen. Die Planeten P2 werden über das Sonnenrad S2 getrieben und treiben das zweite Hohlrad H2 an.If the first clutch K1 is opened and the second clutch K2 is closed, the second planet carrier C2 is fixed in a rotationally fixed manner on the transmission housing GH. The planets P2 can therefore not revolve around the transmission axis X, but only around their planet wheel axes. The planets P2 are driven via the sun gear S2 and drive the second ring gear H2.

Die Erfindung betrifft im Kern ein Differential in der Bauform als miteinander gekoppelte, wälzende Planetengetriebe (sog. wälzendes Differential) für den Einsatz als Mittendifferential. Die Einheit stellt eine Kombination aus Differential und Übersetzungsstufe dar. Das Differential kann bevorzugt im Bereich des konventionellen Mittendifferentials bei Fahrzeugen mit längs eingebauter Antriebsmaschine verwendet werden, wenn eine hohe Übersetzung gefordert ist und bietet zudem die Funktion eines reinen Differentialbetriebs insbesondere für den Betrieb des Fahrzeuges bei höherer Geschwindigkeit.The invention essentially relates to a differential in the form of coupled, rolling planetary gears (so-called. Rolling differential) for use as a center differential. The unit represents a combination of differential and transmission stage. The differential can preferably be used in the area of the conventional center differential in vehicles with a longitudinally installed engine if a high transmission is required and also offers the function of a pure differential operation, in particular for the operation of the vehicle higher speed.

Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe eignet sich insbesondere für Antriebe von Fahrzeugen mit hoher Gesamtübersetzung, z.B. für geländegängige Fahrzeuge, Baustellenfahrzeuge, Traktoren, Schwerlast- und Schienenfahrzeuge, etc.The differential gear according to the invention is particularly suitable for driving vehicles with a high overall transmission ratio, e.g. for off-road vehicles, construction site vehicles, tractors, heavy-duty and rail vehicles, etc.

Claims

Center differential for a motor vehicle, with: - a power input (PI) located on a transmission axis (X) for bringing about the introduction of the drive power into the center differential, - a first power output (PO1) also on the transmission axis (X), - a second power output (PO2) radially offset to the transmission axis (X), and - a superimposed gear stage (G1) to accomplish the branching of the power input (PI) introduced drive power on the two power outputs (PO1, PO2), wherein - the superposition gear stage (G1) comprises a sun gear (S1), a ring gear (H1), a first planetary carrier (C1) and a planetary arrangement (P1) mounted on this, - the power input (PI) drives the sun gear (S1) of the superimposed gear stage (G1), - the first power output (PO1) is coupled to the first planet carrier (C1), - the second power output (PO2) via a reversing gear (G2) through the first Ring gear (H1) is driven, and - the reversing gear (G2) has a planetary carrier (C2) which can be operated in a first and a second switching state, and - the first and the second switching state differ with regard to the overall ratios between the power input (PI) and the power outputs (PO1, PO2).

center differential claim 1 , characterized in that in the first switching state a pure differential effect is provided without translation.

center differential claim 1 or 2 , characterized in that in the second switching state, the differential gear is operated as a rolling differential gear and causes a gear reduction.

center differential claim 3 , characterized in that the switchover between the first and the second switching state takes place by the second planetary carrier (C2) being coupled in a torque-proof manner either to the power input (PI) or to the transmission housing (GH).

Center differential after at least one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the first sun gear (S1) is driven by the power input (PI), the first ring gear (H1) is coupled to the second sun gear (S2) in a torque-proof manner, the first planet carrier (C1) directs the first power output (O1). drives, the second ring gear (H2) drives the reversing gear (G2), and the second planet carrier (C2) via a first clutch device (K1) non-rotatably with the first sun gear (S1) or via a second clutch device (K2) non-rotatably with the gear housing ( GH) can be coupled.

center differential claim 5 , characterized in that the first and/or the second clutch device (K1, K2) are designed as positively coupling clutch devices.

center differential claim 5 , characterized in that the first and / or the second clutch device (K1, K2) are designed as a frictionally coupling coupling device.

Center differential after at least one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the partial translation of the superposition gear (G1) and the partial translation of the reversing gear (G2) are matched to one another in such a way that there is a symmetrical distribution of torque to the two power outputs (PO1, PO2).

Center differential after at least one of the Claims 1 until 8th , characterized in that the first and the second ring gear (H1, H2) have the same number of teeth.

Center differential after at least one of the Claims 1 until 9 , characterized in that the superposition gear (G1) and the reversing gear (G2) are each designed as a spur gear and the first and the second sun gear (S1, S2) are arranged coaxially to a gear axis (X) in axially succeeding rolling planes (E1, E2). are.