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Die Erfindung betrifft eine Vorgabeeinrichtung für ein Differentialgetriebe gemäß Anspruch 1, ein Differentialgetriebe gemäß Anspruch 7 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 12.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 29 17 430 A1 geht ein Lenkgetriebe für Raupenfahrzeuge hervor. Es sind eine erste und eine zweite Abtriebswelle vorgesehen, die über eine erste und eine zweite Übersetzungseinrichtung in Form eines ersten und eines zweiten Planetengetriebes mit einem Antriebsrad eines Hauptantriebs verbunden sind. Die beiden Planetengetriebe sind Bestandteil einer insoweit voluminös, schwer und kompliziert aufgebauten Vorgabeeinrichtung, die eingerichtet ist zur Vorgabe eines Drehzahlverhältnisses zwischen der ersten und der zweiten Abtriebswelle. Letztlich dient die Vorgabe dieses Drehzahlverhältnisses der Lenkung des Raupenfahrzeugs, wobei die Vorgabeeinrichtung auf die spezifischen Bedürfnisse eines Raupenfahrzeugs abgestimmt ist. Das Raupenfahrzeug weist jedoch keine Differentialeinrichtung, insbesondere kein Differentialgetriebe auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorgabeeinrichtung für ein Differentialgetriebe zu schaffen, welche klein, leicht und einfach aufgebaut ist. Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, ein Differentialgetriebe mit einer solchen Vorgabeeinrichtung und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, welches ein solches Differentialgetriebe aufweist.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem eine Vorgabeeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird. Diese ist eingerichtet zur Vorgabe eines Drehzahlverhältnisses zwischen einer ersten und einer zweiten Abtriebswelle eines Differentialgetriebes. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorgabeeinrichtung eine versetzt zu den Abtriebswellen anordenbare, verstellbare Übersetzungseinrichtung mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle aufweist, wobei die Übersetzungseinrichtung eingerichtet ist zur Vorgabe eines Übersetzungsverhältnisses zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle, wobei die Eingangswelle mit der ersten Abtriebswelle drehmomentübertragend verbindbar ist, wobei die Ausgangswelle mit der zweiten Abtriebswelle drehmomentübertragend verbindbar ist, und wobei die Vorgabeeinrichtung eine Stelleinrichtung aufweist, die eingerichtet ist zur Verstellung des Übersetzungsverhältnisse zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle. Die Vorgabeeinrichtung kann klein, leicht und einfach ausgestaltet sein, insbesondere weil sie versetzt zu den Abtriebswellen anordenbar ist. Über die Übersetzungseinrichtung ist in einfacher Weise das Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle vorgebbar.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel der Vorgabeeinrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Stelleinrichtung eingerichtet ist zur lenkwinkelabhängigen Verstellung des Übersetzungsverhältnisses. Hierdurch ist es möglich, insbesondere bei Kurvenfahrt mittels der Vorgabeeinrichtung ein optimales, insbesondere auf einen Kurvenradius abgestimmtes Drehzahlverhältnis zwischen vorzugsweise mit Rädern einer Achse verbundenen Abtriebswellen eines Differentialgetriebes einzustellen.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Vorgabeeinrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Stelleinrichtung einen Servomotor aufweist, der mit der Übersetzungseinrichtung zur Verstellung des Übersetzungsverhältnisses wirkverbunden ist. Dies ist eine sehr einfache und auch kostengünstige Art einer Realisierung der Stelleinrichtung.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Vorgabeeinrichtung bevorzugt, welche sich dadurch auszeichnet, dass die Übersetzungseinrichtung ein – vorzugsweise einstufiges – Planetengetriebe aufweist, wobei ein erster Ast des Planetengetriebes mit der Eingangswelle, ein zweiter Ast des Planetengetriebes mit der Ausgangswelle, und ein dritter Ast des Planetengetriebes mit der Stelleinrichtung drehmomentübertagend verbunden ist. Die Übersetzungseinrichtung kann auf diese Weise sehr einfach, bauraumsparend und kostengünstig ausgebildet sein.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Vorgabeeinrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Eingangswelle drehfest mit einem Planetenträger des bevorzugt einstufigen Planetengetriebes verbunden ist, wobei die Ausgangswelle drehfest mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden ist, und wobei die Stelleinrichtung mit einem Hohlrad des Planetengetriebes verbunden ist. Diese Zuordnung der Eingangswelle, der Ausgangswelle und der Stelleinrichtung zu den verschiedenen Ästen des einstufigen Planetengetriebes ist besonders günstig, insbesondere weil die Stelleinrichtung mit dem Hohlrad in konstruktiv besonders einfacher und bauraumsparender Weise verbunden werden kann. Das Hohlrad ist vorzugsweise drehfest mit dem Gehäuse des Planetengetriebes verbunden oder als Gehäuse des Planetengetriebes ausgebildet. Insoweit ist das Planetengetriebe in diesem Fall vorzugsweise mit seinem Getriebegehäuse freilaufend gelagert. Die Stelleinrichtung wirkt dann auf das Gehäuse, um das Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle vorzugeben.
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Schließlich wird ein Ausführungsbeispiel der Vorgabeeinrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Stelleinrichtung über ein Schneckengetriebe mit dem ihr zugeordneten Ast des Planetengetriebes verbunden ist. Auf diese Weise ist es konstruktiv besonders einfach und kostengünstig möglich, auch ein sehr großes Untersetzungsverhältnis zwischen der Stelleinrichtung und dem zugeordneten Ast des Planetengetriebes zu verwirklichen. Außerdem bewirkt das Schneckengetriebe aufgrund seiner großen Selbsthemmung eine Sperrung der Übersetzungseinrichtung bei fehlender Ansteuerung der Stelleinrichtung, insbesondere bei stehendem Servomotor.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen und Merkmale der Vorgabeeinrichtung werden im Folgenden auch in Zusammenhang mit einem Differentialgetriebe beschrieben. Die im Folgenden insbesondere in Zusammenhang mit dem Differentialgetriebe näher beschriebenen Merkmale der Vorgabeeinrichtung sind bevorzugt jeweils auch einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Vorgabeeinrichtung.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Differentialgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 7 geschaffen wird. Dieses weist ein Antriebsrad, das ausgebildet ist zur drehmomentübertragenden Verbindung mit einer Abtriebswelle einer ein Antriebsmoment erzeugenden Antriebseinrichtung, um das Differentialgetriebe anzutreiben, eine erste Abtriebswelle, die über eine Differentialeinrichtung mit dem Antriebsrad verbunden ist, eine zweite Abtriebswelle, die über die Differentialeinrichtung mit dem Antriebsrad verbunden ist, und eine Vorgabeeinrichtung, die eingerichtet ist zur Vorgabe eines Drehzahlverhältnisses zwischen der ersten und der zweiten Abtriebswelle, auf. Das Differentialgetriebe zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorgabeeinrichtung eine versetzt zu den Abtriebswellen angeordnete, verstellbare Übersetzungseinrichtung mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle aufweist, wobei die Übersetzungseinrichtung eingerichtet ist zur Vorgabe eines Übersetzungsverhältnisses zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle, wobei die erste Abtriebswelle mit der Eingangswelle drehmomentübertragend verbunden ist, wobei die zweite Abtriebswelle mit der Ausgangswelle drehmomentübertragend verbunden ist, und wobei die Vorgabeeinrichtung eine Stelleinrichtung aufweist, die eingerichtet ist zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle. Die Vorgabeeinrichtung ist vorzugsweise ausgebildet gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dadurch, dass die Übersetzungseinrichtung nicht unmittelbar auf den Abtriebswellen, sondern vielmehr versetzt zu diesen angeordnet ist, kann die Vorgabeeinrichtung kleiner, leichter und einfacher ausgestaltet sein, als dies im Stand der Technik der Fall ist. Über die Übersetzungseinrichtung ist in einfacher Weise das Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle vorgebbar, wobei dieses wiederum aufgrund der drehmomentübertragenden Verbindung zwischen der Eingangswelle und der ersten Abtriebswelle einerseits und der Ausgangswelle und der zweiten Abtriebswelle andererseits das Übersetzungsverhältnis zwischen der ersten Abtriebswelle und der zweiten Abtriebswelle vorgibt. Das Differentialgetriebe ist bei beliebigen Kraftfahrzeugen einsetzbar, und zwar nicht nur als Achsdifferential, sondern vielmehr auch als Mittelachsdifferential, Verteilerdifferential oder Zwischengetriebedifferential, insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Allradantrieb.
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Über die Vorgabe des Drehzahlverhältnisses zwischen den Abtriebswellen ist das Differentialgetriebe permanent gesperrt, wobei eine Abweichung von dem vorgegebenen Drehzahlverhältnis nur durch Änderung der Vorgabe durch die Vorgabeeinrichtung möglich ist. Zugleich ist es möglich, für jede Fahrsituation ein optimales Drehzahlverhältnis vorzugeben, sodass eine sehr sichere Fahrt mit stets bei optimalem Drehzahlverhältnis gesperrtem Differentialgetriebe möglich ist. Damit kombiniert das Differentialgetriebe in vorteilhafter Weise die Eigenschaften herkömmlicher Differentialgetriebe mit den Eigenschaften von Differentialsperren, ohne dass die Gefahr besteht, einen Antriebsstrang durch eine versehentlich ungelöste Differentialsperre zu beschädigen.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel des Differentialgetriebes bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Stelleinrichtung eingerichtet ist zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses zwischen der ersten Abtriebswelle und der zweiten Abtriebswelle in Abhängigkeit von einem Lenkwinkel. Hierdurch ist es möglich, bei Kurvenfahrt mittels der Vorgabeeinrichtung ein optimales, auf einen Kurvenradius abgestimmtes Drehzahlverhältnis zwischen den vorzugsweise mit den Rädern einer Achse verbundenen Abtriebswellen einzustellen. Hierzu weist die Vorgabeeinrichtung bevorzugt eine Steuerungseinrichtung auf, die mit einem Lenkwinkelsensor wirkverbunden und eingerichtet ist zur Vorgabe eines von einem Messwert des Lenkwinkelsensors abhängigen Übersetzungsverhältnisses. Es ist dabei möglich, dass die Steuerungseinrichtung ein Kennfeld aufweist, in dem Werte für die Vorgabe des Übersetzungsverhältnisses in Abhängigkeit von dem Lenkwinkel hinterlegt sind. Alternativ ist es möglich, dass in die Steuerungseinrichtung eine Funktion implementiert ist, durch welche ein Übersetzungsverhältnis in Abhängigkeit von dem Lenkwinkel berechenbar ist. Die funktionale Abhängigkeit des Übersetzungsverhältnisses von dem Lenkwinkel wird vorzugsweise mittels eines Teach-in-Verfahrens durch die Steuerungseinrichtung gelernt. Dies ist eine gängige und dem Fachmann ohne weiteres bekannte Vorgehensweise, auf die daher nicht näher eingegangen wird. Selbstverständlich ist es alternativ möglich, ein vorherbestimmtes Kennfeld und/oder eine vorherbestimmte Funktion zur Berechnung des Übersetzungsverhältnisses fest in die Steuerungseinrichtung zu implementieren beziehungsweise dieser fest vorzugeben.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Differentialgetriebes bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Stelleinrichtung einen Servomotor aufweist, der mit der Übersetzungseinrichtung zur Verstellung des Übersetzungsverhältnisses wirkverbunden ist. Dies ist eine sehr einfache und auch kostengünstige Art einer Realisierung der Stelleinrichtung. Dabei ist der Servomotor bevorzugt mit der Steuerungseinrichtung wirkverbunden, wobei die Steuerungseinrichtung dem Servomotor besonders bevorzugt eine Drehzahl und/oder eine Drehrichtung vorgibt, um das gewünschte Übersetzungsverhältnis vorzugeben. Insoweit ist es möglich, dass in der Steuerungseinrichtung nicht direkt ein Zusammenhang zwischen dem Übersetzungsverhältnis und dem Lenkwinkel implementiert ist, sondern vielmehr ein Zusammenhang zwischen dem Lenkwinkel und einer Drehzahl und/oder Drehrichtung des Servomotors.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Differentialgetriebes bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Übersetzungseinrichtung eingerichtet ist zur Vorgabe eines vorherbestimmten Nennübersetzungsverhältnisses zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Übersetzungseinrichtung das Nennübersetzungsverhältnis aufweist, wenn sie nicht mittels der Stelleinrichtung zur Vorgabe eines von dem Nennübersetzungsverhältnis abweichenden Übersetzungsverhältnisses angesteuert wird. Es ist also insbesondere bevorzugt vorgesehen, dass die Übersetzungseinrichtung das Nennübersetzungsverhältnis quasi als intrinsisches Übersetzungsverhältnis aufweist, welches durch die Stelleinrichtung abweichend von seinem vorherbestimmten Wert veränderbar ist.
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Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Abtriebswelle über ein erstes Abtriebswellendrehkopplungsmittel mit der Eingangswelle verbunden ist, wobei die zweite Abtriebswelle über ein zweites Abtriebswellendrehkopplungsmittel mit der Ausgangswelle verbunden ist. Dabei weisen das erste und das zweite Abtriebswellendrehkopplungsmittel derart aufeinander und auf das Nennübersetzungsverhältnis abgestimmte Übersetzungen auf, sodass die Abtriebswellen mit gleicher Drehzahl umlaufen, wenn die Übersetzungseinrichtung das Nennübersetzungsverhältnis vorgibt. Es wird so in sehr einfacher Weise sichergestellt, dass die beiden Abtriebswellen gleichsinnig und mit gleicher Drehzahl umlaufen, wenn keine Ansteuerung der Übersetzungseinrichtung abweichend von dem vorherbestimmten Nennübersetzungsverhältnis durch die Stelleinrichtung erfolgt.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Differentialgetriebes weist das erste Abtriebswellendrehkopplungsmittel ein Übersetzungsverhältnis zwischen der ersten Abtriebswelle und der Eingangswelle auf, das einem Kehrwert eines Übersetzungsverhältnisses des zweiten Abtriebswellendrehkopplungsmittels zwischen der zweiten Abtriebswelle und der Ausgangswelle entspricht. Die beiden Abtriebswellen sind also mit gegenläufiger Übersetzung mit der Eingangswelle einerseits und der Ausgangswelle andererseits verbunden. Eine konkrete Wahl dieser Übersetzung ermöglicht insbesondere eine gleichsinnige Drehbewegung der beiden Abtriebswellen mit gleicher Drehzahl – vorzugsweise bei Geradeauslauf des Kraftfahrzeugs.
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Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass eines der Abtriebswellendrehkopplungsmittel ein Übersetzungsverhältnis aufweist, welches der Quadratwurzel des Nennübersetzungsverhältnisses zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle entspricht.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das erste Abtriebswellendrehkopplungsmittel ein Übersetzungsverhältnis zwischen der ersten Abtriebswelle und der Eingangswelle aufweist, das dem Kehrwert der Quadratwurzel des Übersetzungsverhältnisses zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle entspricht, wobei in diesem Fall das zweite Abtriebswellendrehkopplungsmittel ein Übersetzungsverhältnis zwischen der zweiten Abtriebswelle und der Ausgangswelle aufweist, das der Quadratwurzel des Nennübersetzungsverhältnisses zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle entspricht. Insbesondere in diesem Fall drehen sich die beiden Abtriebswellen gleichsinnig mit gleicher Drehzahl, wenn die Übersetzungseinrichtung ihr vorherbestimmtes Nennübersetzungsverhältnis aufweist. Dies bedeutet insbesondere wiederum, dass das Kraftfahrzeug einen Geradeauslauf aufweisen kann, wenn die Übersetzungseinrichtung nicht durch die Stelleinrichtung abweichend von dem Nennübersetzungsverhältnis angesteuert wird, sondern vielmehr dieses vorgibt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Nennübersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle der Übersetzungseinrichtung – die bevorzugt als einstufiges Planetengetriebe ausgebildet ist – beispielsweise 1:4 betragen. Entsprechend weist dann vorzugsweise das zweite Abtriebswellendrehkopplungsmittel ein Übersetzungsverhältnis zwischen der zweiten Abtriebswelle und der Ausgangswelle von 1:2 auf, wobei das erste Abtriebswellendrehkopplungsmittel ein Übersetzungsverhältnis von 2:1 zwischen der ersten Abtriebswelle und der Eingangswelle aufweist. Dabei ergibt sich eine gleichsinnige Drehbewegung der beiden Abtriebswellen mit gleicher Drehzahl, wenn die Übersetzungseinrichtung ihr Nennübersetzungsverhältnis aufweist.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Differentialgetriebes weist/weisen das erste Abtriebswellendrehkopplungsmittel und/oder das zweite Abtriebswellendrehkopplungsmittel mindestens zwei miteinander kämmende Zahnräder auf, besonders bevorzugt genau zwei Zahnräder, wobei ein erstes drehfest auf der zugeordneten Abtriebswelle und ein zweites drehfest auf der zugeordneten Eingangs- oder Ausgangswelle angeordnet ist, wobei die beiden Zahnräder vorzugsweise unmittelbar miteinander kämmen. Weisen die beiden Abtriebswellendrehkopplungsmittel Übersetzungsverhältnisse auf, die sich wie Kehrwerte zueinander verhalten, ist es in besonders einfacher und kostengünstiger Ausgestaltung möglich, identische Zahnradpaare zu verwenden, wobei lediglich die Zuordnung des größeren Zahnrads und des kleineren Zahnrads in den beiden Abtriebswellendrehkopplungsmitteln gerade getauscht ist. Hierdurch ist nicht nur die Verwendung von Gleichteilen für die beiden Abtriebswellendrehkopplungsmittel möglich, sondern es wird auch in besonders einfacher Weise ein gleicher Achsabstand zwischen der ersten Abtriebswelle und der Eingangswelle sowie zwischen der zweiten Abtriebswelle und der Ausgangswelle gewährleistet.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass zumindest eines der Abtriebswellendrehkopplungsmittel – vorzugsweise beide Abtriebswellendrehkopplungsmittel – einen Kettentrieb, einen Riementrieb, insbesondere einen Zahnriementrieb, eine Zahnkette oder eine andere geeignete Drehmomentübertragungseinrichtung aufweist/aufwiesen.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Differentialgetriebes bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Übersetzungseinrichtung ein Planetengetriebe aufweist. Das Planetengetriebe ist insbesondere einstufig ausgebildet. Besonders bevorzugt weist die Übersetzungseinrichtung genau ein und nur ein einstufiges Planetengetriebe auf. Sie kann daher sehr einfach, bauraumsparend und kostengünstig ausgebildet sein. Ein erster Ast des Planetengetriebes ist mit der Eingangswelle verbunden, wobei ein zweiter Ast des Planetengetriebes mit der Ausgangswelle verbunden ist. Ein dritter Ast des Planetengetriebes ist mit der Stelleinrichtung drehmomentübertragend verbunden. Das Planetengetriebe bewirkt so eine Übersetzung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle, wobei es durch Betätigung der Stelleinrichtung möglich ist, das Übersetzungsverhältnis zu beeinflussen.
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Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass das Planetengetriebe ein Nennübersetzungsverhältnis aufweist, wenn die Stelleinrichtung den dritten Ast des Planetengetriebes drehfest hält, sodass dieser keine Drehbewegung ausführt, sondern vielmehr raumfest angeordnet ist. In diesem Fall ist das Differentialgetriebe bevorzugt bei einem Drehzahlverhältnis der Abtriebswellen von 1:1 gesperrt, insbesondere für einen Geradeauslauf des Kraftfahrzeugs.
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Im Übrigen ist es möglich, das Übersetzungsverhältnis zwischen den Abtriebswellen mittels der Stelleinrichtung durch Antrieb des dritten Astes zu einem Rechts- oder Linkslauf genau zu bestimmen.
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Vorzugsweise ist eine Entkoppeleinrichtung vorgesehen, mit welcher die Stelleinrichtung von dem dritten Ast bedarfsgerecht – beispielsweise bei einem Ausfall der Stelleinrichtung – trennbar ist. Im ausgekoppelten Fall der Stelleinrichtung kann sich der dritte Ast frei drehen, sodass sich ein beliebiges Übersetzungsverhältnis zwischen den Abtriebswellen einstellen kann. Das Differentialgetriebe arbeitet dann ungesperrt, wie ein herkömmliches Differentialgetriebe ohne Sperre.
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Vorzugsweise sind die Eingangswelle und die Ausgangswelle drehfest mit den ihnen zugeordneten Ästen des Planetengetriebes gekoppelt. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Stelleinrichtung über eine Übersetzungseinrichtung, vorzugsweise ein Getriebe, drehmomentübertragend mit dem dritten Ast verbunden ist. Dabei ist es möglich, eine Drehzahl der Stelleinrichtung in einem für diese günstigen Bereich weitestgehend unabhängig von einem gewünschten Drehzahlbereich für den dritten Ast des Planetengetriebes zu wählen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Stelleinrichtung eine sehr viel höhere Drehzahl aufweist als der dritte Ast des Planetengetriebes, wenn er von der Stelleinrichtung angetrieben ist, sodass eine Untersetzung von der Stelleinrichtung auf den dritten Ast vorgesehen ist.
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Besonders bevorzugt sind die Eingangswelle und die Ausgangswelle integral mit dem Planetengetriebe ausgebildet, insbesondere als Teile desselben, nämlich als Wellenstummel oder als Gehäuse des Planetengetriebes.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Differentialgetriebes bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Ausgangswelle drehfest mit einem Sonnenrad des einstufigen Planetengetriebes verbunden ist, wobei die Eingangswelle drehfest mit einem Planetenträger des Planetengetriebes verbunden ist. Die Stelleinrichtung ist mit einem Hohlrad oder Innenzahnrad des Planetengetriebes verbunden. Diese Zuordnung der Eingangswelle, der Ausgangswelle und der Stelleinrichtung zu den verschiedenen Ästen des einstufigen Planetengetriebes ist besonders günstig, insbesondere weil die Stelleinrichtung mit dem Hohlrad in konstruktiv besonders einfacher und bauraumsparender Weise verbunden werden kann. Das Hohlrad ist vorzugsweise drehfest mit dem Gehäuse des Planetengetriebes verbunden oder als Gehäuse des Planetengetriebes ausgebildet. Insoweit ist das Planetengetriebe in diesem Fall vorzugsweise mit seinem Getriebegehäuse freilaufend gelagert. Die Stelleinrichtung wirkt dann auf das Gehäuse, um das Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle vorzugeben.
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Alternativ ist es auch möglich, dass die Ausgangswelle drehfest mit dem Planetenträger verbunden ist, wobei die Eingangswelle drehfest mit dem Sonnenrad verbunden ist. Auch beliebige andere Zuordnungen der Eingangswelle, der Ausgangswelle und der Stelleinrichtung zu den verschiedenen Ästen des Planetengetriebes sind möglich.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Differentialgetriebes bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Stelleinrichtung über ein Schneckengetriebe mit dem ihr zugeordneten Ast des Planetengetriebes verbunden ist. Auf diese Weise ist es konstruktiv einfach und kostengünstig möglich, auch ein sehr großes Untersetzungsverhältnis zwischen der Stelleinrichtung und dem zugeordneten Ast des Planetengetriebes zu verwirklichen. Zugleich ist ein Schneckengetriebe aufgrund seiner Selbsthemmung vorteilhaft, wobei die Übersetzungseinrichtung bei fehlender Ansteuerung der Stelleinrichtung, also insbesondere bei stehendem Servomotor, durch das Schneckengetriebe selbst effektiv gesperrt ist. Aufgrund der großen Selbsthemmung des Schneckengetriebes ist es dabei nicht nötig, ein Haltemoment in der Stelleinrichtung oder über eine zusätzliche Bremse oder Sperre zu erzeugen. Das Planetengetriebe ist dann bei seinem Nennübersetzungsverhältnis gesperrt. Selbstverständlich ist es zusätzlich möglich, ein Haltemoment in der Stelleinrichtung zu erzeugen, beispielsweise indem eine als Servomotor ausgebildete Stelleinrichtung entsprechend angesteuert wird.
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Das Schneckengetriebe ermöglicht außerdem die Verwendung eines Servomotors mit geringerer Leistung und/oder geringerem Drehmoment aufgrund der sehr großen Übersetzung. Hat ein Rad des Kraftfahrzeugs, das mit einer der Abtriebswellen verbunden ist, keine Haftung, können die in dieser Situation auftretenden Kräfte allenfalls eine vorübergehende Sperre des Differentialgetriebes bewirken, nicht aber eine Beschädigung des Servomotors. Dabei zeigt sich insbesondere, dass das Schneckengetriebe bei zu hohen Drehmomenten eine Sperrung des Differentials bewirkt, also als Differentialsperre arbeitet.
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Insbesondere bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Eingangswelle oder die Ausgangswelle drehfest mit dem Sonnenrad und die andere der beiden Wellen drehfest mit dem Planetenträger eines Planetengetriebes verbunden ist, wobei die Stelleinrichtung mit dem Hohlrad des Planetengetriebes verbunden ist, zeigt sich, dass das Planetengetriebe bei festgehaltenem Hohlrad ein definiertes, vorherbestimmtes Nennübersetzungsverhältnis aufweist. Dieses kann durch Drehung des Hohlrads mittels der Stelleinrichtung verändert werden, wobei das Übersetzungsverhältnis – unabhängig von einer absoluten Drehzahl der Eingangswelle einerseits und der Ausgangswelle andererseits – ausschließlich von der Drehzahl und Drehrichtung des Hohlrads abhängt. Dabei wird die Stelleinrichtung vorzugsweise lenkwinkelabhängig so angesteuert, dass sie das Hohlrad mit einer dem gewünschten Übersetzungsverhältnis zugeordneten Drehzahl und Drehrichtung dreht. Wird das Hohlrad durch die Stelleinrichtung festgehalten, sodass es sich nicht dreht, weist das Planetengetriebe sein vorherbestimmtes Nennübersetzungsverhältnis auf, bei welchem bevorzugt ein Geradeauslauf des Kraftfahrzeugs möglich ist, wobei sich die erste und die zweite Abtriebswelle mit identischer Drehzahl und gleichem Drehsinn drehen.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Differentialgetriebes bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Differentialeinrichtung ausgebildet ist als Kegelraddifferential, als Stirnrad- oder Leichtbaudifferential, als Differential mit Planetengetriebe, oder als Tellerradtriebling. Die Vorgabeeinrichtung kann ohne weiteres mit jeder der hier genannten Differentialeinrichtungen verwendet werden. Dabei sind äußerst vielfältige Verwendungen des Differentialgetriebes in verschiedenen Anwendungsbereichen und Kraftfahrzeugtypen möglich.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Differentialgetriebes bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Differentialgetriebe ausgebildet ist als Vorderachsdifferential, als Hinterachsdifferential oder als Mittelachsdifferential, als Verteilerdifferential oder Zwischengetriebedifferential. Die Vorteile des hier vorgeschlagenen Differentialgetriebes verwirklichen sich dabei unabhängig davon, wo das Differential in einem Fahrzeug konkret eingesetzt wird. Eine lenkwinkelabhängige Verstellung des Übersetzungsverhältnisses durch die Stelleinrichtung wird dabei insbesondere bevorzugt, wenn das Differentialgetriebe als Vorderachs- oder Hinterachsdifferential eingesetzt wird. Dagegen kann das Übersetzungsverhältnis, welches mithilfe der Stelleinrichtung durch die Vorgabeeinrichtung vorgegeben wird, bei einem Mittelachsdifferential eines Allradantriebs vorteilhaft von anderen Parametern abhängig gemacht werden, beispielsweise von einem an den verschiedenen Achsen auftretenden Schlupf oder von einer zu befahrenden Steigung.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 12 geschaffen wird. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich aus durch ein Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 7 bis 11. Somit verwirklichen sich für das Kraftfahrzeug die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Vorgabeeinrichtung und/oder dem Differentialgetriebe erläutert wurden. Insbesondere kann das Differentialgetriebe bauraumsparend, also klein ausgebildet sein, wobei es einfach aufgebaut ist, sodass vielfältige Anwendungen in einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen möglich sind.
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Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ausgebildet als Personenkraftwagen, als Lastkraftwagen, oder als Sonderfahrzeug. Dabei ist es auch möglich, dass das Kraftfahrzeug als Raupenfahrzeug ausgebildet ist.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Differentialgetriebe als Vorderachsdifferential, als Hinterachsdifferential, oder als Mittelachsdifferential, als Verteilerdifferential oder Zwischengetriebedifferential ausgebildet ist. Besonders bevorzugt wird dabei ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das Differentialgetriebe als Vorder- oder Hinterachsdifferential ausgebildet ist, wobei zugleich die Stelleinrichtung eingerichtet ist zur lenkwinkelabhängigen Verstellung des Übersetzungsverhältnisses. In diesem Fall ist es unabhängig von einem Geradeauslauf oder einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs stets bei optimalem Übersetzungsverhältnis gesperrt, verhält sich also wie ein Sperrdifferentialgetriebe, allerdings mit permanent variabler und bei optimalem Übersetzungsverhältnis eingestellter Sperre. Hierdurch wird nicht zuletzt die Gefahr vermieden, dass aufgrund einer einmal eingelegten und nicht wieder gelösten Differentialsperre eine Beschädigung des Antriebsstrangs im normalen Fahrtbetrieb auftritt. Zugleich ist stets eine sichere Fahrt und ausreichende Traktion gewährleistet, weil die mit den Abtriebswellen verbundenen Räder nicht durchrutschen können.
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Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs, das sich dadurch auszeichnet, dass es einen Frontantrieb aufweist, wobei zugleich das Differentialgetriebe als Vorderachsdifferential ausgebildet ist. In diesem Fall wird die Vorderachse angetrieben und weist das hier vorgeschlagene Differentialgetriebe auf, wodurch sich besondere Synergieeffekte ergeben. Besonders bevorzugt ist die Stelleinrichtung in diesem Fall eingerichtet zur lenkwinkelabhängigen Verstellung des Übersetzungsverhältnisses. Das Differentialgetriebe kann dann als Lenkhilfe eingesetzt werden, wobei das durch die Vorgabeeinrichtung vorgegebene Übersetzungsverhältnis ein Einlenken der Räder in die gewünschte und durch den Lenkwinkel vorgegebene Richtung unterstützt.
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Dies wird besonders deutlich, wenn bei Stillstand des Fahrzeugs gelenkt wird, wobei die Ansteuerung der Übersetzungseinrichtung durch die Stelleinrichtung in Abhängigkeit von dem Lenkwinkel in diesem Fall bewirkt, dass sich die beiden mit den Abtriebswellen verbundenen Räder in entgegengesetzte Richtung drehen, wodurch kraftsparend bei stehendem Kraftfahrzeug auf der Stelle gelenkt werden kann. Dies wird ganz besonders deutlich bei einem Ausführungsbeispiel, bei welchem die Übersetzungseinrichtung ein Planetengetriebe aufweist und besonders bei einer Ausgestaltung, bei denen die Eingangswelle und die Ausgangswelle mit dem Sonnenrad und dem Planetenträger des Planetengetriebes verbunden sind, wobei die Stelleinrichtung mit dem Hohlrad verbunden ist.
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Es ist daher möglich, bei einem als Fronttriebler ausgebildeten Kraftfahrzeug, bei welchem das Differentialgetriebe das Vorderachsdifferential bildet, eine gegebenenfalls zusätzlich vorgesehene Servolenkung kleiner auszulegen, als dies üblicherweise der Fall ist, oder sogar ganz auf sie zu verzichten, ohne dass deswegen Komforteinbußen durch den Kraftfahrer hingenommen werden müssen.
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Eine Ansteuerung der Stelleinrichtung bei Stillstand des Kraftfahrzeugs ist bevorzugt nur vorgesehen, wenn das Differentialgetriebe für eine gelenkte Achse, insbesondere als Vorderachsdifferential verwendet wird. Bei einer Verwendung als Mittelachsdifferential oder für eine nicht gelenkte Achse, beispielsweise als Hinterachsdifferential, ist bevorzugt ein Bewegungssensor, insbesondere ein Drehzahlsensor zur Erfassung einer Drehzahl der Räder des Kraftfahrzeugs, vorgesehen, um einen Stillstand und/oder eine Fahrt des Kraftfahrzeugs zu erkennen. Die Stelleinrichtung wird dann nur angesteuert, wenn das Kraftfahrzeug nicht stillsteht, um Beschädigungen des Antriebsstrangs, der Räder und/oder des Differentialgetriebes zu vermeiden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Differentialgetriebes.
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Die einzige Figur zeigt ein Differentialgetriebe 1 mit einem Antriebsrad 3, das hier mit einer Abtriebswelle 5 drehmomentübertragend verbunden ist. Dabei ist die Abtriebswelle 5 bevorzugt Teil einer ein Antriebsmoment erzeugenden Antriebseinrichtung, oder sie ist mit einer ein Antriebsmoment erzeugenden Antriebseinrichtung wirkverbunden, wobei die Antriebseinrichtung bevorzugt als Motor, insbesondere als Verbrennungsmotor oder als Elektromotor, oder als hybridisierter Antriebsstrang, als diesel-elektrischer Antriebsstrang, oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet ist. Das Differentialgetriebe 1 ist über die Verbindung der Abtriebswelle 5 mit dem Antriebsrad 3 antreibbar.
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Es weist eine erste Abtriebswelle 7 und eine zweite Abtriebswelle 9 auf. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Differentialgetriebe 1 als Vorderachsdifferential oder als Hinterachsdifferential eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. In diesem Fall sind mit der ersten und der zweiten Abtriebswelle 7, 9 Räder eines Kraftfahrzeugs verbunden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass das Differentialgetriebe als Mittelachsdifferential, Verteilerdifferential oder Zwischengetriebe-Differential, insbesondere bei einem Fahrzeug mit Allradantrieb, ausgebildet ist. In diesem Fall ist die erste Abtriebswelle bevorzugt mit einer eine erste Achse antreibenden Welle verbunden, wobei die zweite Abtriebswelle mit einer zweiten, eine zweite Achse antreibenden Welle verbunden ist.
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Die erste Abtriebswelle 7 ist über eine Differentialeinrichtung 11 mit dem Antriebsrad 5 verbunden. Auch die zweite Abtriebswelle 9 ist über die Differentialeinrichtung 11 mit dem Antriebsrad 5 verbunden. Die Differentialeinrichtung 11 ist hier als Kegelraddifferential ausgebildet. Eine solche Differentialeinrichtung 11 ist für sich genommen bekannt, sodass auf deren Aufbau und Funktionsweise nicht näher eingegangen wird. Alternativ ist es möglich, dass die Differentialeinrichtung 11 als Stirnrad- oder Leichtbaudifferential, als Differential mit Planetengetriebe oder als Tellerradtriebling ausgebildet ist.
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Das Differentialgetriebe 1 weist eine Vorgabeeinrichtung 13 auf, die eingerichtet ist zur Vorgabe eines Drehzahlverhältnisses zwischen der ersten Abtriebswelle 7 und der zweiten Abtriebswelle 9. Hierzu weist die Vorgabeeinrichtung 13 eine versetzt zu den Abtriebswellen 7, 9 angeordnete, verstellbare oder einstellbare Übersetzungseinrichtung 15 auf, die eine Eingangswelle 17 und eine Ausgangswelle 19 aufweist. Die Übersetzungseinrichtung 15 ist eingerichtet zur Vorgabe eines Übersetzungsverhältnisses zwischen der Eingangswelle 17 und der Ausgangswelle 19. Die erste Abtriebswelle 7 ist drehmomentübertragend mit der Eingangswelle 17 verbunden, wobei die zweite Abtriebswelle 9 mit der Ausgangswelle 19 drehmomentübertragend verbunden ist. Die Vorgabeeinrichtung 13 weist außerdem eine Stelleinrichtung 21 auf, die eingerichtet ist zur Verstellung oder Einstellung des Übersetzungsverhältnisses zwischen der Eingangswelle 17 und der Ausgangswelle 19. Aufgrund der drehmomentübertragenden Verbindung der Eingangswelle 17 mit der ersten Abtriebswelle 7 einerseits und der Ausgangswelle 19 mit der zweiten Abtriebswelle 9 andererseits beeinflusst das mittels der Stelleinrichtung 21 und der Übersetzungseinrichtung 15 eingestellte Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle 17 und der Ausgangswelle 19 auch das Übersetzungsverhältnis zwischen der ersten Abtriebswelle 7 und der zweiten Abtriebswelle 9, sodass dieses letztlich durch die Stelleinrichtung 21 und die Übersetzungseinrichtung 15 vorgebbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, in jeder Fahrsituation den Abtriebswellen 7, 9 ein optimales Übersetzungsverhältnis aufzuprägen, wobei diese beispielsweise bei Geradeauslauf des Kraftfahrzeugs im Fall eines Vorderachs- oder Hinterachsdifferentials mit gleicher Drehzahl in gleichem Drehsinn umlaufen, während ihre Drehzahlen bei einer Kurvenfahrt voneinander um ein durch den Kurvenradius vorgegebenes Übersetzungsverhältnis abweichen.
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Die Stelleinrichtung 21 ist daher bevorzugt ausgebildet zur lenkwinkelabhängigen Verstellung des Übersetzungsverhältnisses, um diesem Zusammenhang Rechnung zu tragen. Es zeigt sich außerdem, dass das Differentialgetriebe 1 in jeder Fahrsituation bei dem optimalen Übersetzungsverhältnis gesperrt ist, sodass es nicht zu einem Durchrutschen eines Rades kommen kann und ein hiermit verbundener Traktionsverlust sicher vermieden wird. Das Differentialgetriebe 1 ist insoweit als variables Sperrdifferential oder als Differentialgetriebe mit variabler Sperre ausgebildet, insbesondere als permanent gesperrtes, variables Sperrdifferential, wobei durch das für jede Fahrsituation stets optimal wählbare Übersetzungsverhältnis die sonst bei manuell schaltbaren Differentialsperren bestehende Gefahr einer Beschädigung des Antriebsstrangs bei vergessenem Lösen der Differentialsperre vollständig vermieden wird.
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Zur lenkwinkelabhängigen Verstellung der Stelleinrichtung 21 ist vorzugsweise eine Steuereinrichtung 23 vorgesehen, die einerseits mit der Stelleinrichtung 21 und andererseits mit einem Lenkwinkelsensor 25 wirkverbunden ist, wobei der Lenkwinkelsensor 25 vorzugsweise im Bereich eines Steuerrads 27 des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, welches das Differentialgetriebe 1 aufweist.
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Die Stelleinrichtung 21 weist hier einen Servomotor 29 auf, der mit der Übersetzungseinrichtung 15 zur Verstellung des Übersetzungsverhältnisses wirkverbunden ist.
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Die Übersetzungseinrichtung 15 weist hier ein Planetengetriebe 31 auf, wobei bevorzugt die Ausgangswelle 19 drehfest mit einem nicht dargestellten Sonnenrad des Planetengetriebes 31 verbunden ist, wobei die Eingangswelle 17 bevorzugt drehfest mit einem Planetenträger verbunden ist. Die Stelleinrichtung 21 ist wiederum mit einem Hohlrad des Planetengetriebes 31, hier insbesondere mit dem entweder als Hohlrad ausgebildeten oder mit dem Hohlrad drehfest verbundenen Gehäuse 33 verbunden. Dabei ist zur Verbindung der Stelleinrichtung 21 mit dem Gehäuse 33 ein Getriebe 35 vorgesehen, welches bevorzugt als Schneckengetriebe ausgebildet ist. Dieses stellt zum einen sicher, dass die Drehzahl des Servomotors 29 auf das Gehäuse 33 untersetzt wird, zum anderen führt die intrinsische Selbsthemmung des Schneckengetriebes auf einfache Weise und sehr effizient zu einer Sperre des Gehäuses 33, wenn der Servomotor 29 nicht zu einer Drehbewegung angesteuert wird, sondern vielmehr stillsteht.
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Das Planetengetriebe 31 weist ein vorherbestimmtes Nennübersetzungsverhältnis auf, welches zwischen dem Sonnenrad und dem Planetenträger, somit hier zwischen der Eingangswelle 17 und der Ausgangswelle 19 dann erreicht wird, wenn das Gehäuse 33 und damit das Hohlrad drehfest gehalten ist, wenn hier also der Servomotor 29 nicht zu einer Drehbewegung angesteuert wird. Dagegen kann das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes 31 durch Drehen des Gehäuses 33 abweichend von dem Nennübersetzungsverhältnis varriert werden. Dabei entspricht – unabhängig von einer absoluten Drehzahl der Eingangswelle 17 und der Ausgangswelle 19 – die Drehzahl und Drehrichtung des Gehäuses 33 jeweils einem definierten Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle 17 und der Ausgangswelle 19. Somit entspricht auch die Drehzahl und Drehrichtung des Servomotors 29 eindeutig einem Übersetzungsverhältnis zwischen der ersten Abtriebswelle 7 und der zweiten Abtriebswelle 9. Die Steuereinrichtung 23 ist daher bevorzugt so ausgebildet, dass den Messwerten des Lenkwinkelsensors 25 jeweils Drehzahlen des Servomotors 29 zugeordnet sind. Dabei entspricht ein Geradeauslauf des Kraftfahrzeugs gerade einer Nulldrehzahl des Servomotors 29, wobei dieser nicht für eine Drehung angesteuert wird, sondern vielmehr stillsteht.
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Ist das Differentialgetriebe 1 nicht als Vorder- oder Hinterachsdifferential, sondern als Mittelachsdifferential, Verteilerdifferential oder Zwischengetriebedifferential ausgebildet, wird die Stelleinrichtung 21 vorzugsweise abhängig von wenigstens einem anderen Parameter angesteuert, beispielsweise abhängig von einem an einer Achse auftretenden Schlupf und/oder abhängig von einer zu befahrenen Steigung. Hierfür sind dann geeignete Sensoren vorgesehen, die mit der Steuereinrichtung 23 wirkverbunden sind.
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Die erste Abtriebswelle 7 ist über ein erstes Abtriebswellendrehkopplungsmittel 37 mit der Eingangswelle 17 verbunden, wobei die zweite Abtriebswelle 9 über ein zweites Abtriebswellendrehkopplungsmittel 39 mit der Ausgangswelle 19 verbunden ist. Dabei weisen das erste und das zweite Abtriebswellendrehkopplungsmittel 37, 39 jeweils ein Übersetzungsverhältnis zwischen den ihnen zugeordneten Wellen auf. Insbesondere sind das erste und das zweite Abtriebswellendrehkopplungsmittel 37, 39 derart aufeinander und auf das Nennübersetzungsverhältnis des Planetengetriebes 31 abgestimmt, dass sie mit gleicher Drehzahl umlaufen, wenn die Übersetzungseinrichtung 15 ihr Nennübersetzungsverhältnis vorgibt, hier konkret also in dem Fall, in dem das Gehäuse 33 des Planetengetriebes 31 stillsteht.
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Insbesondere weist das erste Abtriebswellendrehkopplungsmittel 37 bevorzugt ein Übersetzungsverhältnis zwischen der ersten Abtriebswelle 7 und der Eingangswelle 17 auf, das einen Kehrwert des Übersetzungsverhältnis des zweiten Abtriebswellendrehkopplungsmittel 39 zwischen der zweiten Abtriebswelle 9 und der Ausgangswelle 19 entspricht beziehungsweise diesem gleich ist. Dabei beträgt eines der Übersetzungsverhältnisse der Abtriebswellendrehkopplungsmittel 37, 39 bevorzugt gerade die Quadratwurzel des Übersetzungsverhältnisses zwischen der Eingangswelle 17 und der Ausgangswelle 19, wobei das andere Übersetzungsverhältnis des anderen Abtriebswellendrehkopplungsmittel 39, 37 gerade den Kehrwert dieser Quadratwurzel beträgt. Auf diese Weise wird die zuvor beschriebene Bedingung verwirklicht, dass nämlich die beiden Abtriebswellen 7, 9 gerade dann gleiche Drehzahlen bei gleichem Drehsinn aufweisen, wenn die Übersetzungseinrichtung 15 ihr Nennübersetzungsverhältnis aufweist.
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Bei einem möglichen Ausführungsbeispiel untersetzt beispielsweise das erste Abtriebswellendrehkopplungsmittel 37 eine Drehzahl der ersten Abtriebswelle 7 um einen Faktor 1:2 ins Langsame, sodass die Eingangswelle 17 mit halber Drehzahl im Vergleich zu der ersten Abtriebswelle 7 dreht. Das Nennübersetzungsverhältnis des Planetengetriebes 31 beträgt in diesem Beispiel 1:4, sodass sich die Ausgangswelle 19 mit vierfacher Drehzahl im Vergleich zu der Eingangswelle 17 und somit mit doppelter Drehzahl im Vergleich zu der ersten Abtriebswelle 7 dreht. Das zweite Abtriebswellendrehkopplungsmittel 39 verwirklicht eine Übersetzung der Drehzahl der zweiten Abtriebswelle 9 um einen Faktor 2:1 ins Schnelle auf die Ausgangswelle 19, sodass sich die zweite Abtriebswelle 9 mit halber Drehzahl im Vergleich zu der Ausgangswelle 19, somit nun insgesamt mit identischer Drehzahl zu der ersten Abtriebswelle 7 dreht, wenn die Übersetzungseinrichtung 15 ihr Nennübersetzungsverhältnis aufweist.
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Die Abtriebswellendrehkopplungsmittel 37, 39 weisen hier jeweils zwei unmittelbar miteinander kämmende Zahnräder auf, nämlich jeweils ein kleines Zahnrad 41 und ein großes Zahnrad 43. Dabei sind die Zahnräder 41, 43 drehfest auf den ihnen zugeordneten Wellen befestigt. Da sich die Übersetzungsverhältnisse der Abtriebswellendrehkopplungsmittel 37, 39 wie Kehrwerte verhalten, können Gleichteile verwendet werden, nämlich die gleichen Zahnräder 41, 43 in beiden Abtriebswellendrehkopplungsmitteln 37, 39, allerdings in getauschter Anordnung. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das kleine Zahnrad 41 des ersten Abtriebswellendrehkopplungsmittels 37 mit der ersten Abtriebswelle 7 drehfest verbunden, während das große Zahnrad 43 des ersten Abtriebswellendrehkopplungsmittels 37 mit der Eingangswelle 17 drehfest verbunden ist. Bei dem zweiten Abtriebswellendrehkopplungsmittel 39 zeigt sich, dass umgekehrt hier das kleine Zahnrad 41 mit der Ausgangswelle 19 drehfest verbunden ist, während das große Zahnrad 43 mit der zweiten Abtriebswelle 9 drehfest verbunden ist. Es wird also gerade die umgekehrte Konfiguration realisiert wie bei dem ersten Abtriebswellendrehkopplungsmittel 37. Hierdurch wird allerdings in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass die Abtriebswellen 7, 9 und die Eingangswelle 17 sowie die Ausgangswelle 19 überall den gleichen Achsabstand aufweisen.
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Wird der Servomotor 29 gedreht, ändert sich abhängig von der Drehzahl und Drehrichtung des Gehäuses 33 des Planetengetriebes 31 das Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle 17 und der Ausgangswelle 19. Entsprechend ändert sich auch das Übersetzungsverhältnis zwischen der ersten Abtriebswelle 7 und der zweiten Abtriebswelle 9. Daher kann bei permanent gesperrtem Differentialgetriebe 1 über die Drehzahl und Drehrichtung des Servomotors 29 stets ein optimales Übersetzungsverhältnis zwischen den beiden Abtriebswellen 7, 9 vorgegeben werden.
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Besonders bevorzugt wird das Differentialgetriebe 1 eingesetzt als Vorderachsdifferential eines frontangetriebenen Kraftfahrzeugs. In diesem Fall kann es eine vorhandene und gegebenenfalls kleiner ausgelegte Servolenkung unterstützen, oder diese sogar ganz ersetzen. Insbesondere ermöglicht das Differentialgetriebe 1 eine Lenkung der angetriebenen Achse im Stillstand des Kraftfahrzeugs, weil bei einer Drehung des Servomotors 29 und damit des Gehäuses 33 des Planetengetriebes 31 und zugleich stillstehender Differentialeinrichtung 11 eine gegensinnige Drehung der Abtriebswellen 7, 9 bewirkt wird, sodass sich mit diesen verbundene Räder gegensinnig und damit in Richtung des Lenkwinkels drehen. Der Kraftfahrer kann dann aufgrund der lenkwinkelabhängigen Ansteuerung des Servomotors 29 bei stillstehendem Fahrzeug mit geringem Kraftaufwand einschlagen.
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Insgesamt zeigt sich, dass das Differentialgetriebe 1 bei kompakter Bauweise und einfachem Aufbau eine permanente Sperre bei zugleich stets optimalem Übersetzungsverhältnis aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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