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Die Erfindung betrifft eine Anordnung für ein Differentialgetriebe. Die Anordnung umfasst einen Umlaufradträger, welcher wenigstens eine zwischen einem ersten Kronenrad und einem zweiten Kronenrad der Anordnung angeordnete Achse umfasst. An der wenigstens einen Achse ist wenigstens ein Ausgleichsrad drehbar angeordnet. Das erste Kronenrad ist drehfest mit einer ersten Ausgangswelle verbunden, und das zweite Kronenrad ist drehfest mit einer zweiten Ausgangswelle verbunden. Durch ein Verändern einer Ausrichtung der wenigstens einen Achse ist ein über dem Umlaufradträger zugeführtes Drehmoment in veränderbaren Anteilen auf die erste Ausgangswelle und auf die zweite Ausgangswelle aufteilbar. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Differentialgetriebe mit einer solchen Anordnung und ein Kraftfahrzeug mit einem Differentialgetriebe.
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Differentialgetriebe mit einer aktiven Momentenverteilung oder Drehmomentverteilung, welche auch als Torque Vectoring bezeichnet wird, gibt es in zahlreichen Ausführungen.
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Die
EP 0 208 478 A1 beschreibt eine Differentialgetriebeanordnung mit einem Gehäuse, in welchem auf einer ersten Hohlwelle ein erstes Kegelrad angeordnet ist. In dem Gehäuse ist auf einer zweiten Hohlwelle ein zweites Kegelrad angeordnet. Ein erstes Antriebskegelrad und ein zweites Antriebskegelrad greifen in die beiden Kegelräder ein. Die Antriebskegelräder sind um jeweilige Wellen drehbar. Die Ausrichtung der Wellen kann durch Verschieben einer Hülse entlang der Hohlwellen verändert werden.
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Die
DE 37 86 560 T2 beschreibt ein kontinuierlich veränderliches Drehmomentaufteilsystem für ein Differential in einem Kraftfahrzeugantrieb. Hierbei können Winkel verändert werden, welche scheibenförmige Walzen, die zwischen zwei Platten angeordnet sind, bezogen auf die Platten haben. Um die Winkel zu verändern, werden Arme, welche die Walzen tragen, mittels einer auf einer Gewindestange montierten Mutter verschoben. Um die Gewindestange zu drehen, ist ein Motor vorgesehen. Der Motor ist an einer Seite einer der beiden Platten angeordnet, welche der anderen Platte zugewandt ist.
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Als nachteilig ist hierbei der Umstand anzusehen, dass der Motor innerhalb des Differentials anzuordnen ist.
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Des Weiteren beschreibt die
DE 10 2005 010 751 A1 eine Differentialgetriebevorrichtung eines Fahrzeugs zum variablen Verteilen eines über eine Getriebeeingangswelle zugeführten Drehmoments zwischen zwei Getriebeausgangswellen. Hierbei ist die Getriebeeingangswelle mit den Getriebeausgangswellen über eine Planetengetriebeeinrichtung wirkverbunden, deren Übersetzung stufenlos veränderbar ist. Hierfür können Ausgleichsräder, welche umfangsseitig an Reibrädern anliegen, aus einer horizontalen Stellung in geneigte Stellungen verkippt werden. Die Veränderung der jeweiligen Abrollradien der Ausgleichsräder auf den Reibrädern führt hierbei zu einer Veränderung der Momentenverteilung zwischen den beiden Getriebeausgangswellen.
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Ein ähnlicher Aufbau mit verschwenkbaren Laufrollen, welche an einander gegenüberliegenden Reibscheiben anliegen, ist in der
FR 2 918 433 A1 beschrieben. Hierbei begrenzen die beiden Reibscheiben einen torusförmigen Hohlraum.
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Weitere Differentiale mit aktiver Momentenverteilung sind beispielsweise das aktive Sportdifferential von Audi oder die „Active Yaw Control“ von Mitsubishi. Bei derartigen Differentialen oder Differentialgetrieben mit aktiver Momentenverteilung sind oft Lamellenkupplungen verbaut, welche den Wirkungsgrad der Differentiale jedoch aufgrund eines zusätzlichen Schleppmoments schmälern.
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Die
DE 69 29 248 U beschreibt ein stufenlos regelbares Reibungsgetriebe mit länglichen, tonnenförmigen Reibkörpern welche sternförmig zwischen zwei koaxialen Reibscheiben angeordnet sind. Die Reibkörper werden innerhalb eines Reibkörperkorbs mittels eines Rings verschoben, sodass Achsen der Reibkörper ihre Kippstellung ändern.
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In der
DE 10 2005 024 455 A1 ist eine Anordnung für ein Differentialgetriebe beschrieben. Hierbei ist an einem Differentialkorb ein Flansch angeformt, an welchem zur Drehmomenteinleitung ein Tellerrad befestigt werden kann. Das in den Differentialkorb eingeleitete Drehmoment wird über Ausgleichsräder zu gleichen Teilen auf Kronenräder übertragen. Die Ausgleichsräder sind auf Zapfen gelagert und drehen sich im Betrieb des Differentialgetriebes gemeinsam mit dem Differentialkorb um eine Drehachse des Differentialkorbs. Bei diesem Kronenraddifferential ist keine aktive Momentenverteilung vorgesehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Anordnung der eingangs genannten Art, ein Differentialgetriebe mit einer solchen Anordnung und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Differentialgetriebe zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Differentialgetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Ausrichtung der wenigstens einen Achse durch ein Verschieben des Umlaufradträgers relativ zu den Kronenrädern in eine Richtung veränderbar, welche mit einer axialen Richtung der beiden Ausgangswellen zusammenfällt. Mit anderen Worten kann durch eine Bewegung der Kronenräder und des Umlaufradträgers relativ zueinander in Richtung der beiden Ausgangswellen das Verändern der Ausrichtung der wenigstens einen Achse, also das Verkippen der wenigstens einen Achse bewirkt werden. So kann auf einfache Weise eine aktive Momentenverteilung oder Drehmomentverteilung bewirkt werden, welche auch als Torque Vectoring bezeichnet wird. Dadurch, dass das Verschieben des Umlaufradträgers und der Kronenräder relativ zueinander durch eine außerhalb des Umlaufradträgers angeordnete Verstelleinrichtung bewirkt werden kann, lässt sich die aktive Momentenverteilung besonders einfach realisieren. Auch ist eine Ansteuerung der Verstelleinrichtung besonders einfach zu bewerkstelligen, wenn sich diese außerhalb des Umlaufradträgers befindet.
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Erfindungsgemäß ist die wenigstens eine Achse mittels eines Gelenkelements an einem Gehäuse des Umlaufradträgers angelenkt. Dies führt zu einem besonders geringen Verschleiß im Betrieb der Anordnung. Als Gelenkelement kann hierbei insbesondere ein Scharniergelenk zum Einsatz kommen, mittels welchem sich die unterschiedlichen Ausrichtungen oder Kippstellungen der zumindest einen Achse besonders gut und prozesssicher realisieren lassen.
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Wenn die wenigstens eine Achse senkrecht zur jeweiligen Drehachse der Kronenräder steht, also senkrecht zu der axialen Richtung der Ausgangswellen, so wird das über den Umlaufradträger zugeführte Drehmoment in gleichen Anteilen auf die erste Ausgangswelle und die zweite Ausgangswelle aufgeteilt. Steht die Achse, an welcher das wenigstens eine Ausgleichsrad angeordnet ist, hingegen nicht senkrecht zu den Drehachsen der Kronenräder, so ergeben sich unterschiedliche Abstände des jeweiligen Bereichs, in welchem das Ausgleichsrad mit dem jeweiligen Kronenrad in Kraft übertragender Verbindung steht, von der jeweiligen Ausgangswelle des Kronenrads. Die unterschiedliche Momentenverteilung ergibt sich hierbei aus dem Abstand dieser Bereiche von der jeweiligen Ausgangswelle, also aus dem Radius beziehungsweise dem Durchmesser einer durch diesen Bereich definierbaren Kreisbahn sowie der in dem Bereich wirkenden Kraft. Wenn also die Radien beziehungsweise die Abstände von den jeweiligen Ausgleichswellen nicht gleich sind, resultiert hieraus eine ungleiche Verteilung des Antriebsmomentes auf die Ausgangswellen.
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Durch das Vorsehen der Verschiebbarkeit des Umlaufradträgers und der Kronenräder relativ zueinander ist insbesondere eine in Bezug auf den Wirkungsgrad und die Einfachheit der aktiven Momentenverteilung verbesserte Anordnung geschaffen. Hierbei werden jedoch keine mit einem Schleppverlust behafteten Kupplungen benötigt. Dies verbessert den Wirkungsgrad der Anordnung, wenn sie in dem Differentialgetriebe zum Einsatz kommt. Des Weiteren sind für ein Differentialgetriebe mit einer solchen Anordnung weniger Bauteile vorzusehen als beispielsweise bei Differentialen mit aktiver Momentenverteilung, welche Lamellenkupplungen aufweisen.
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Bevorzugt ist das wenigstens eine Ausgleichsrad als mit den beiden Kronenrädern in Eingriff stehendes Zahnrad ausgebildet, dessen Durchmesser zu wenigstens einem Ende des Zahnrads hin in Richtung der wenigstens einen Achse abnimmt. Durch eine derartige Formgebung des Zahnrads können besonders einfach die unterschiedlichen Abstände des Eingriffs des Zahnrads in das jeweilige Kronenrad von der jeweiligen Ausgangswelle durch Verkippen der Achse eingestellt werden, welche das wenigstens eine Ausgleichsrad trägt. Zudem kann durch den Eingriff des Zahnrads in die beiden Kronenräder eine besonders gute Kraftübertragung sichergestellt werden.
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Eine aktive Momentenverteilung über einen besonders großen Verstellbereich hinweg lässt sich erreichen, wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung das wenigstens eine Ausgleichsrad als mit den beiden Kronenrädern in Eingriff stehendes Zahnrad ausgebildet ist, dessen Durchmesser von einer Mitte des Zahnrads zu jeweiligen Enden des Zahnrads hin in Richtung der wenigstens einen Achse abnimmt. Mit anderen Worten ist also das Zahnrad ballig ausgebildet, sodass sich das Zahnrad ausgehend von einem dicken, mittleren Bereich mit großem Umfang hin zu den beiden Enden verjüngt. Zudem kann durch diese Formgebung des Zahnrads in jeder Kipplage der wenigstens einen Achse ein besonders guter Eingriff des Zahnrads in jeweilige Verzahnungen der beiden Kronenräder sichergestellt werden.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Umlaufradträger wenigstens zwei Achsen umfasst, an welchen ein jeweiliges Ausgleichsrad angeordnet ist. Hierbei sind einander zugewandte Endbereiche der wenigstens zwei Achsen über ein Verbindungselement gelenkig miteinander verbunden. Durch das Vorsehen von wenigstens zwei Achsen mit jeweiligen Ausgleichsrädern, welche insbesondere in Umfangsrichtung der Kronenräder zueinander äquidistant angeordnet sein können, lässt sich ein besonders verschleißarmer Betrieb des Differentialgetriebes erreichen. Insbesondere können vier Achsen vorgesehen sein, welche zwischen den beiden Kronenrädern angeordnet sind und deren jeweilige Ausrichtung durch Verschieben des Umlaufradträgers relativ zu den Kronenrädern verändert werden kann.
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Durch das gelenkige Verbinden der wenigstens zwei Achsen miteinander über das Verbindungselement kann besonders gut ein gleichartiges Verkippen der jeweiligen Achsen durch das Verschieben des Umlaufradträgers relativ zu den Kronenrädern erreicht werden.
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Bevorzugt ist im Bereich des Verbindungselements ein Abstand der Endbereiche der wenigstens zwei Achsen voneinander veränderbar. Dann können nämlich die anderen Endbereiche der wenigstens zwei Achsen, in welchen die jeweiligen Achsen an dem Gehäuse des Umlaufradträgers angeordnet sind, ortsfest ausgebildet sein. Dies vereinfacht das Anordnen der Achsen an dem Gehäuse des Umlaufradträgers, etwa mittels eines Scharniergelenks.
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Das Verbindungselement kann bei zwei Achsen etwa nach Art eine Hülse ausgebildet sein, in welche die Endbereiche der beiden Achsen unterschiedlich weit eintauchen, je nachdem, wie stark die Achsen verkippt sind. Bei vier Achsen mit vier Ausgleichsrädern kann das Verbindungselement etwa als kreuzförmige Hülsenanordnung ausgebildet sein, wobei die Endbereiche in jeweilige Hülsenabschnitte des Verbindungselements hinein reichen.
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Um ein besonders gutes Führen der Endbereiche der Achsen entlang des Verbindungselements zu erreichen, kann beispielsweise in dem Verbindungselement für jede Achse ein Führungsschlitz oder dergleichen vorgesehen sein, in welchen ein an der Achse angeordneter Stift eingreift.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Anordnung wenigstens eine Verstelleinrichtung zum Verschieben des Umlaufradträgers entlang der beiden Ausgangswellen umfasst. Denn so können die Kronenräder und die Ausgangswellen ortsfest verbleiben. Dies ist im Hinblick auf die Nutzung der Anordnung in einem Differentialgetriebe eines Kraftfahrzeugs und im Hinblick auf die Anordnung des Differentialgetriebes im Kraftfahrzeug besonders einfach umzusetzen und daher vorteilhaft.
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Es kann insbesondere eine elektromechanische und/oder eine hydraulische Verstelleinrichtung zum Verschieben des Umlaufradträgers vorgesehen sein. So kann auf besonders einfache Weise das Verändern der Ausrichtung der wenigstens einen Achse bewirkt werden.
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Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe umfasst eine erfindungsgemäße Anordnung. Hierbei kann dem Umlaufradträger das aufzuteilende Drehmoment zugeführt werden.
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Das Differentialgetriebe kann als Längsdifferential oder als Querdifferential ausgebildet sein. Die Ausgangswellen können also den jeweiligen Anteil des Drehmoments einer Vorderachse und einer Hinterachse beziehungsweise einem linken Rad oder einem rechten Rad einer Achse eines Kraftfahrzeugs zuführen. Es lässt sich mit dem Differentialgetriebe also sowohl ein longitudinales Torque-Vectoring als auch ein laterales Torque-Vectoring erreichen.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst wenigstens ein erfindungsgemäßes Differentialgetriebe. Die für die erfindungsgemäße Anordnung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Differentialgetriebe und für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine Anordnung für ein Kronenrad-Differentialgetriebe mit aktiver Momentenverteilung in einer ersten Situation mit ungleicher Verteilung des Antriebsmoments auf Ausgangswellen der Anordnung; und
- 2 die Anordnung gemäß 1 in einer zweiten Situation mit umgekehrter Momentenverteilung.
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Eine in 1 gezeigte Anordnung 10 ist für ein Kronenrad-Differentialgetriebe mit aktiver Drehmomentverteilung vorgesehen. Ein solches Differentialgetriebe kann als Längsdifferential oder als Querdifferential in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen. Ein Umlaufradträger oder Differentialkorb 12 der Anordnung 10 umfasst ein Gehäuse 14, an welchem Achsen 16, 18 angeordnet sind. Vorliegend sind zum Zwecke der besseren Übersichtlichkeit lediglich zwei Achsen 16, 18 gezeigt, jedoch können in Varianten der Anordnung 10 beispielsweise vier oder auch noch mehr Achsen vorgesehen sein.
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An der ersten Achse 16 ist ein erstes Ausgleichsrad 20 drehbar angeordnet und an der zweiten Achse 18 ein zweites Ausgleichsrad 22. Die Ausgleichsräder 20, 22 sind als Zahnräder ausgebildet, welche mit einer jeweiligen Verzahnung 24 zweier Kronenräder 26, 28 der Anordnung 10 in Eingriff stehen. Das erste Kronenrad 26 ist mit einer ersten Ausgangswelle 30 beziehungsweise einem ersten Abtrieb drehfest verbunden. In analoger Weise ist das zweite Kronenrad 28 mit einer zweiten Ausgangswelle 32 beziehungsweise einem zweiten Abtrieb drehfest verbunden.
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Im Betrieb des Differentialgetriebes wird dem Differentialkorb 12 oder Antrieb ein Drehmoment zugeführt. Entsprechend rotiert der Differentialkorb 12 um eine Rotationsachse 34. Hierfür kann an einem (nicht gezeigten) Flansch des Differentialkorbs ein Zahnrad angebracht werden, welches mittels eines (ebenfalls nicht gezeigten) Antriebsrads angetrieben werden kann. Da die Ausgleichsräder 20, 22 mit den beiden Kronenrädern 26, 28 in Eingriff stehen, bewirkt die Rotation des Differentialkorbs 12 um die Rotationsachse 34 auch eine entsprechende Rotation der Kronenräder 26, 28 um die Rotationsachse 34, welche der axialen Richtung der beiden Ausgangswellen 30, 32 entspricht.
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Die Ausgleichsräder 20, 22 drehen sich dann um die jeweiligen Achsen 16, 18, wenn sich die Kronenräder 26, 28 unterschiedlich schnell drehen. Drehen sich die Kronenräder 26, 28 jedoch gleich schnell, so drehen sich die Ausgleichsräder 20, 22 nicht um die Achsen 16, 18, sondern lediglich zusammen mit den Achsen 16, 18 um die Rotationsachse 34.
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Eine aktive Momentenverteilung oder Drehmomentverteilung wird vorliegend durch das Verändern einer Ausrichtung der Achsen 16, 18 bewirkt. Die Achsen 16, 18 sind über jeweilige Gelenke 36 an dem Gehäuse 14 des Differentialkorbs 12 angelenkt. Die diesen Gelenken 36 gegenüberliegenden Endbereiche der Achsen 16, 18 sind über ein Verbindungselement 38 gelenkig miteinander verbunden. Das Verbindungselement 38 ermöglicht einen Abstandsausgleich der Achsen 16, 18 oder Ausgleichsradachsen.
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Des Weiteren sind die Ausgleichsräder 20, 22 vorliegend als ballige Zahnräder ausgebildet. Die Ausgleichsräder 20, 22 weisen entsprechend in ihrer Mitte 40 einen größeren Durchmesser auf als im Bereich jeweiliger Enden 42. Wenn die Achsen 16, 18 aus einer (nicht gezeigten) Mittellage in die in 1 gezeigte Stellung oder Ausrichtung verkippt werden, so greift entsprechend das jeweilige Ausgleichsrad 20, 22 in die Verzahnung 24 des ersten Kronenrads 26 in einem geringeren Abstand von der Rotationsachse 34 ein, als dies bei dem Eingriff in das zweite Kronenrad 28 der Fall ist. Der Abstand des jeweiligen Eingriffsbereichs des Ausgleichsrads 20, 22 in das erste Kronenrad 26 von der Rotationsachse 34 ist in 1 mit r1 bezeichnet. Entsprechend ist der (größere) Abstand des jeweiligen Eingriffsbereichs der Ausgleichsräder 20, 22 in das zweite Kronenrad 28 von der Rotationsachse 34 oder Drehachse in 1 mit r2 bezeichnet.
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Die Aufteilung der Antriebsmomente beziehungsweise Drehmomente auf die Ausgangswellen 30, 32 ergibt sich hierbei nach M1/M2 = r1/r2. Entsprechend ergibt sich aus dem Unterschied Δr der Radien r1 und r2 das jeweils unterschiedliche Drehmoment an den Abtrieben oder Ausgangswellen 30, 32.
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Diese unterschiedlichen Drehmomente liegen immer dann vor, wenn die Achsen 16, 18 nicht senkrecht zur Rotationsachse 34 der Kronenräder 26, 28 stehen.
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Das Verkippen der Achsen 16, 18 wird vorliegend dadurch bewirkt, dass der Differentialkorb 12 relativ zu den Kronenrädern 26, 28 in eine Richtung verschoben wird, welche mit der axialen Richtung der beiden Ausgangswellen 30, 32, also mit der Rotationsachse 34 zusammenfällt.
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Der Differentialkorb 12, über welchen das aufzuteilende Drehmoment in die Anordnung 10 eingebracht wird, ist also axial verschiebbar nämlich in die axiale Richtung der beiden Ausgangswellen 30, 32. Entsprechend ist auch die Verbindung zwischen den Achsen 16, 18 und dem Gehäuse 14 nicht starr sondern gelenkig konstruiert. Durch die ballige Ausführung der Ausgleichsräder 20, 22 wird zudem in jeder Kippstellung oder Schwenkstellung der Achsen 16, 18 für einen Eingriff der als Zahnräder ausgebildeten Ausgleichsräder 20, 22 in die Verzahnung 24 der beiden Kronenräder 26, 28 gesorgt. Wird der Differentialkorb 12 also aus der Mittellage etwa durch eine elektromechanische oder hydraulische Verstelleinrichtung verschoben, so ändert sich der jeweilige Kippwinkel der Achsen 16, 18.
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2 zeigt eine Situation, in welcher der Differentialkorb 12 nicht so wie in 1 gezeigt hin zu der zweiten Ausgangswelle 32 verschoben ist, sondern hin zu der ersten Ausgangswelle 30. Entsprechend greifen hier die Ausgleichsräder 20, 22 in dem größeren Abstand beziehungsweise mit dem größeren Radius r1 in das erste Kronenrad 26 ein und mit dem kleineren Abstand beziehungsweise kleineren Radius r2 in das zweite Kronenrad 28. Entsprechend ergibt sich eine in Bezug auf die in 1 gezeigte Situation umgekehrte Drehmomentverteilung. Denn die Radien, in denen der Eingriff zwischen den balligen Ausgleichsrädern 20, 22 und den Kronenrädern 26, 28 erfolgt, sind hierbei ebenfalls unterschiedlich. Jedoch wird infolge des größeren Radius r1 das größere Drehmoment über das erste Kronenrad 26 auf die erste Ausgangswelle 30 aufgebracht.
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Bei der Situation gemäß 1 wird demgegenüber infolge des größeren Radius r2 das größere Drehmoment über das zweite Kronenrad 28 auf die zweite Ausgangswelle 32 aufgebracht.
