DE102018207109A1

DE102018207109A1 - Ausgleichsgetriebe für eine Fahrzeugachse

Info

Publication number: DE102018207109A1
Application number: DE102018207109.8A
Authority: DE
Inventors: Ianislav Krastev; Tobias Schlittenbauer; Wael Mohamed
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2019-11-14

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ausgleichsgetriebe für eine Fahrzeugachse (40) mit einem ersten Achsteil (42) und einem zweiten Achsteil (46). Das Ausgleichsgetriebe ist als ein unter Last schaltbares Mehrgang-Differentialgetriebe (10) ausgeführt. Dieses umfasst ein in einem verrastbaren Freilauf (26) gelagertes erstes Kegelrad (30) und ein zweites über eine Kupplung (34) schaltbares Kegelrad (32). Die beiden Kegelräder (30, 32) kämmen jeweils mit Verzahnungen (22, 24) eines Tellerrades (20).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ausgleichsgetriebe für eine Fahrzeugachse, die in einem teilelektrifizierten Triebstrang eines mindestens eine E-Maschine aufweisenden Fahrzeugs oder im Triebstrang eines Fahrzeugs mit einer Verbrennungskraftmaschine aufgenommen ist.
Stand der Technik
Differentialgetriebe sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden in nahezu allen Achsantrieben als Ausgleichsgetriebe verwendet. Differentialgetriebe umfassen in der Regel vier miteinander kämmende Kegelräder, wodurch insbesondere bei Kurvenfahrten die unterschiedlichen Radwege angetriebener Räder ausgeglichen werden. Differentialgetriebe weisen in der Regel keine Übersetzung auf, die Drehzahl des Differentialkäfigs und der beiden Abtriebswellen ist in der Regel identisch.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Ausgleichsgetriebe für eine Fahrzeugachse mit einem ersten Achsteil und einem zweiten Achsteil vorgeschlagen. Das Ausgleichsgetriebe ist als ein unter Last schaltbares Mehrgang-Differentialgetriebe ausgeführt, welches ein in einem verrastbaren Freilauf gelagertes erstes Kegelrad und ein zweites über eine Kupplung schaltbares Kegelrad aufweist, die jeweils mit Verzahnungen eines Tellerrades kämmen.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist kein zusätzliches Getriebe zur Realisierung der Schaltbarkeit eines Differentialgetriebes erforderlich, die Schaltbarkeit ist direkt in das Mehrgang-Differentialgetriebe integriert. Mittels einer Kupplung und eines Freilaufs können unter Last Schaltungen des Mehrgang-Differentialgetriebes zwischen zwei Übersetzungen realisiert werden.
Um eine möglichst einfache Auslegung des Tellerrades, welches zwei Verzahnungen aufweist, zu erreichen, sind die Zähnezahlen z_1 und z_2 des ersten Kegelrades und des zweiten Kegelrades identisch.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgleichsgetriebes weist das Tellerrad eine erste Verzahnung mit einer Zähnezahl z_T1 und eine zweite Verzahnung mit einer Zähnezahl z_T2 auf.
Eine Spreizung s, d.h. das Verhältnis der Gangstufenübersetzung i_1/i_2, ist bevorzugt gleich dem Verhältnis der Zähnezahlen der Verzahnungen z_T1/z_T2 bei gleichen Zähnezahlen z_1 = z_2.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausgleichsgetriebe realisiert einen ersten Gang, in dem eine erste Übersetzung vorliegt, wobei diese erste Übersetzung durch das Verhältnis der Zähnezahl z_T1 der ersten Verzahnung im Verhältnis zur Zähnezahl z_1 des ersten Kegelrades gegeben ist. Im ersten Gang steht die Kupplung offen, der Freilauf greift und das erste Kegelrad treibt das Tellerrad durch Eingriff mit der ersten Verzahnung an.
Das Ausgleichsgetriebe kann darüber hinaus in vorteilhafter Weise einen zweiten Gang realisieren, indem eine zweite Übersetzung vorliegt, die gegeben ist durch das Verhältnis der Zähnezahl z_T2 der zweiten Verzahnung des Tellerrades im Verhältnis zur Zähnezahl z_2 des zweiten Kegelrades. Im zweiten Gang ist die Kupplung geschlossen und der Freilauf greift nicht.
Darüber hinaus kann mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgleichsgetriebe auch ein Rückwärtsgang realisiert werden, wobei bei Rückwärtsgang die Kupplung offensteht, der Freilauf mittels der Verrastvorrichtung blockiert ist und beispielsweise eine E-Maschine eines Fahrzeugs, welche das Ausgleichsgetriebe antriebsseitig antreibt, rückwärts läuft und die erste Übersetzung des ersten Ganges vorliegt. Der Rückwärtsgang stellt mithin die erste Übersetzung des ersten Ganges dar, mit dem Unterschied, dass die E-Maschine rückwärts angetrieben wird.
Darüber hinaus kann durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausgleichsgetriebe bei geschlossener Kupplung und bei durch Aktivierung einer Verrastvorrichtung blockiertem Freilauf eine Parksperrenfunktion realisiert werden, in der das erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausgleichsgetriebe einfach blockiert ist.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene unter Last schaltbare Ausgleichsgetriebe kann entweder durch eine in achsparallele Anordnung in Bezug auf die Fahrzeugachse verbaute E-Maschine über ein Kegelradpaar angetrieben werden, oder alternativ kann das Ausgleichsgetriebe durch ein in orthogonaler Anordnung in Bezug auf die Fahrzeugachse verbaute E-Maschine direkt angetrieben sein. Beide Varianten sind möglich.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene als unter Last schaltbares Mehrgang-Differentialgetriebe ausgebildete Ausgleichsgetriebe kann unterschiedliche Übersetzungen realisieren, nämlich einen ersten Gang mit einer ersten Übersetzung sowie einen zweiten Gang mit einer zweiten Übersetzung. Durch die direkte Integration der Schaltbarkeit in das Ausgleichsgetriebe kann ein zusätzliches Getriebe eingespart werden. Es sind als Mehraufwand lediglich eine Kupplung sowie ein Freilauf mit einer Verrasteinrichtung vorzusehen, so dass sich Lastschaltungen zwischen der ersten Übersetzung und der zweiten Übersetzung des Mehrgang-Differentialgetriebes darstellen lassen. Darüber hinaus kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ein unter Last schaltbares Mehrgang-Differentialgetriebe realisiert werden, welches darüber hinaus auch eine Parksperrenfunktion realisiert, in der das Getriebe blockiert ist, bei gleichzeitig geschlossener Kupplung und arretiertem Freilauf. Darüber hinaus kann ein Rückwärtsgang realisiert werden, in dem einfach die E-Maschine in entgegengesetzte Richtung angetrieben ist. Die Übersetzung, die im Rückwärtsgang vorliegt, ist identisch mit der ersten Übersetzung, die durch das Mehrgang-Differentialgetriebe im ersten Gang bei Vorwärtsbetrieb dargestellt wird.
Figurenliste
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen unter Last schaltbaren Mehrgang-Differentialgetriebes,
2 zeigt eine Fahrzeugachse mit erstem Achsteil und zweitem Achsteil und achsparallel eingebauter E-Maschine und
3 eine Fahrzeugachse mit erstem Achsteil und zweitem Achsteil mit orthogonal zur Fahrzeugachse eingebauter E-Maschine.

Ausführungsvarianten
Ein erfindungsgemäß als Mehrgang-Differentialgetriebe 10 ausgeführtes Ausgleichsgetriebe kann sowohl in Fahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen und Schaltgetriebe als auch in Fahrzeugen mit teilelektrifiziertem Triebstrang mit mindestens einer E-Maschine 50 eingesetzt werden.
1 zeigt ein Mehrgang-Differentialgetriebe 10, welches einen Käfig 12 umfasst. An einer in 1 nicht dargestellten E-Maschine 50 (vergleiche 3 und 4) erfolgt der Antrieb einer Antriebswelle 14. Abtriebsseitig weist das Mehrgang-Differentialgetriebe 10 gemäß 1 einen ersten Abtrieb 16 sowie einen zweiten Abtrieb 18 auf. Das Mehrgang-Differentialgetriebe 10 umfasst ein Tellerrad 20, an dem eine erste Verzahnung 22 mit einer Zähnezahl z_T1 sowie eine zweite Verzahnung 24 mit einer Zähnezahl z_T2 ausgeführt ist. Diese beiden Verzahnungen 22 und 24 können wahlweise mit einem ersten Kegelrad 30 und einem zweiten Kegelrad 32 kämmen. Während das zweite Kegelrad 32 über eine Kupplung 34 mit der Antriebswelle verbunden werden kann, ist das erste Kegelrad 30 auf einem Freilauf 26 aufgenommen. Der Freilauf 26 kann gegen die Antriebswelle 14 über eine Verrastvorrichtung blockiert werden und damit freigeschaltet werden.
Aus der Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass im Mehrgang-Differentialgetriebe 10 der erste Abtrieb 16 mit einem ersten Kegelrad 36 des Mehrgang-Differentialgetriebes verbunden ist und der zweite Abtrieb 18 mit einem zweiten Kegelrad 38 verbunden ist, wobei die Abtriebe 16, 18 sich zu hier nicht dargestellten Rädern eines Fahrzeugs erstrecken.
Um eine einfache Konstruktion des Tellerrades 20 zu erreichen, werden insbesondere identische Zähnezahlen z_1 und z_2 in Bezug auf die mit der ersten und zweiten Verzahnung 22 bzw. 24 kämmenden ersten und zweiten Kegelräder 30, 32 gewählt. Die im ersten Gang des Mehrgang-Differentialgetriebes vorliegende erste Übersetzung i_1 ist gegeben durch z_T1/z_1 des ersten Kegelrades, die zweite Übersetzung i_2 ist gegeben durch z_Zähnezahl der zweiten Verzahnung z_2/z_2 des zweiten Kegelrades, wobei z_1 bevorzugt z_2 entspricht. Eine Spreizung s zwischen der ersten Übersetzung i_1 und der zweiten Übersetzung i_2 ist gegeben durch das Verhältnis der Zähnezahlen z_T1 zu z_T2 der ersten und zweiten Verzahnung am Tellerrad 20. Insbesondere liegt die Spreizung s zwischen 1,5 und 2,5.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäß vorgeschlagenen unter Last schaltbaren Mehrgang-Differentialgetriebes stellt sich wie folgt dar:
Der erste Gang, der durch das Mehrgang-Differentialgetriebe 10 realisierbar ist, erfolgt durch die Öffnung der Kupplung 34 und das Schließen des Freilaufs 26, dies bedeutet, dass dieser greift. Im ersten Gang treibt das erste Kegelrad 30 das Tellerrad 20 an. Aufgrund der geöffneten Kupplung 34 besteht kein Kraftschluss zwischen dem zweiten Kegelrad 32 und der zweiten innenliegenden Verzahnung 24 des Tellerrades 20. Im ersten Gang liegt eine erste Übersetzung i_1 vor, die durch das Verhältnis der Zähnezahl der ersten Verzahnung 22 z_T1 in Bezug auf die Zähnezahl des ersten Kegelrades 30 z_1 gegeben ist.
Zur Darstellung des zweiten Ganges am erfindungsgemäß vorgeschlagenen unter Last schaltbaren Mehrgang-Differentialgetriebes 10, wird die Kupplung 34 geschlossen, der Freilauf 26 wird geöffnet, so dass das erste Kegelrad 30 lose mitläuft und der Kraftfluss ausgehend von der Antriebswelle 14 über die Kupplung 34 zum zweiten Kegelrad 32 verläuft, welches mit der zweiten innenliegenden Verzahnung 24 des Tellerrades 20 kämmt. Im zweiten Gang liegt eine zweite Übersetzung i_2 vor, die gegeben ist durch die Zähnezahl z_T2 der zweiten Verzahnung 24 des Tellerrades in Bezug auf die Zähnezahl z_2 des zweiten Kegelrades 32.
Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene unter Last schaltbare Mehrgang-Differentialgetriebe 10 kann darüber hinaus auch ein Rückwärtsgang realisiert werden: Dazu wird die Kupplung 34 geöffnet und der Freilauf 26 durch Aktivierung der Verrastvorrichtung 28 gesperrt. Eine in 1 nicht dargestellte E-Maschine 50, vergleiche Darstellung gemäß der 2 und 3, wird in Rückwärtsrichtung angetrieben, so dass der Rückwärtsgang identisch mit dem ersten Gang, abgesehen von der Drehrichtung der E-Maschine 50 ist. Das Übersetzungsverhältnis i_R entspricht der ersten Übersetzung i_1 im ersten Gang und ist gegeben durch das Verhältnis der Zähnezahl z_T1 der ersten Verzahnung 22 und des Tellerrades 20 sowie der Zähnezahl z_1 des ersten Kegelrades 30.
Schließlich kann durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene, unter Last schaltbare Mehrgang-Differentialgetriebe 10, auch eine Parksperrenfunktion realisiert werden. Dazu wird die Kupplung 34 geschlossen, der Freilauf 26 mit Verrastvorrichtung 28 blockiert, so dass das unter Last schaltbare Mehrgang-Differentialgetriebe 10 blockiert ist und keine Rotation in irgendeine Richtung ausführt.
2 zeigt eine Fahrzeugachse 40 mit einem ersten Achsteil 42 und einem zweiten Achsteil 46 und ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes Mehrgang-Differentialgetriebe 10, welches durch eine in achsparalleler Anordnung 52 vorgesehene E-Maschine 50 angetrieben ist.
Der Aufbau des in 2 dargestellten Mehrgang-Differentialgetriebes 10 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau des anhand der 1 beschriebenen Mehrgang-Differentialgetriebes 10.
Dessen Antriebswelle 14 wird in der Darstellung gemäß 2 durch eine E-Maschine 50 angetrieben, die über ein Kegelradpaar 54 mit der Antriebswelle 14 verbunden ist. Auf der Antriebswelle 14 befindet sich das erste Kegelrad 30, welches an einem Freilauf 26 gelagert ist, der mit einer Verrastvorrichtung 28, beispielsweise eine Klauenkupplung, blockiert werden kann. Ebenfalls ist auf der Antriebswelle 14 ein Teil einer Kupplung 34 aufgenommen, über welche das zweite Kegelrad 32 bei entsprechender Betätigung der Kupplung 34 mit der Antriebswelle 14 kraftschlüssig verbunden werden kann. Während das erste Kegelrad 30 mit der außenliegenden ersten Verzahnung 22 des Tellerrades 20 kämmt, kämmt das zweite Kegelrad 32 mit der innenliegenden zweiten Verzahnung 24 des Tellerrades 20.
Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass das Mehrgang-Differentialgetriebe 10, welches unter Last schaltbar ist, ein erstes Kegelrad 36 sowie ein zweites Kegelrad 38 aufweist, die jeweils mit dem ersten Achsteil 42 bzw. dem zweiten Achsteil 46 der Fahrzeugachse 40 verbunden sind. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass sich am ersten Achsteil 42 der Fahrzeugachse 40 das erste Rad 44 befindet, während am Ende des zweiten Achsteiles 46 der Fahrzeugachse 40 das zweite Rad 48 aufgenommen ist. Unter achsparalleler Anordnung 52 ist zu verstehen, dass die E-Maschine 50 parallel zur Fahrzeugachse 40 verbaut ist.
Der Darstellung gemäß 3 ist eine orthogonale Anordnung 56 der E-Maschine 50 in Bezug auf die Fahrzeugachse 40 zu entnehmen.
Wie aus der Darstellung gemäß 3 hervorgeht, treibt in diese Ausführungsvariante eines Fahrzeugachsenmoduls die E-Maschine 50 die Antriebswelle 14 des Mehrgang-Differentialgetriebes 10 unmittelbar an. Im Vergleich zur Ausführungsvariante gemäß 2 kann bei der Ausführungsvariante nach 3 das Kegelradpaar 54 eingespart werden und ein direkter Antrieb der Antriebswelle 14 des Mehrgang-Differentialgetriebes 10 wird unmittelbar durch die E-Maschine 50 realisiert. Auch in der in 3 dargestellten Ausführungsvariante ist das erste Kegelrad 30 über den Freilauf 26, der mit einer Verrastvorrichtung 28 blockierbar ist, auf der Antriebswelle 14 aufgenommen. Diese umfasst ein Kupplungsteil einer Kupplung 34, über welches ein Kraftfluss, ausgehend über die Antriebswelle 14 bei Freischaltung des Freilaufes 26 an das zweite Kegelrad 32 darstellbar ist. Analog zur Darstellung gemäß 2 kämmt das erste Kegelrad 30 mit der außenliegenden ersten Verzahnung 22 des Tellerrades 20, während das zweite Kegelrad 32, welches über die Kupplung 34 mit der Antriebswelle 14 kraftschlüssig verbunden werden kann, mit der innenliegenden zweiten Verzahnung 24 des Tellerrades 20 kämmt.
Auch hier werden über das Mehrgang-Differentialgetriebe 10 durch die beiden Kegelräder 30, 38 die beiden sich zu den Rädern 44 bzw. 48 erstreckenden Achsteile 42, 46 angetrieben.
Wie anhand der Ausführungsvarianten gemäß der 2 und 3 beschrieben, kann die Anordnung der E-Maschine 50 im teilweise elektrifizierten Antriebsstrang eines Fahrzeugs unterschiedlichen Einbauverhältnissen im Fahrzeugboden Rechnung tragen.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ausgleichsgetriebe für eine Fahrzeugachse (40) mit einem ersten Achsteil (42) und einem zweiten Achsteil (46), dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgetriebe als ein unter Last schaltbares Mehrgang-Differentialgetriebe (10) ausgeführt ist, welches ein in einem verrastbaren Freilauf (26) gelagertes erstes Kegelrad (30) und ein zweites, über eine Kupplung (34) schaltbares Kegelrad (32) aufweist, die jeweils mit Verzahnungen (22, 24) eines Tellerrades (20) kämmen.
Ausgleichsgetriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähnezahlen z_1 und z_2 des ersten Kegelrades (30) und des zweiten Kegelrades (32) identisch sind.
Ausgleichsgetriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tellerrad (20) eine erste Verzahnung (22) mit einer Zähnezahl z_T1 und eine zweite Verzahnung (24) mit einer Zähnezahl z_T2 aufweist.
Ausgleichsgetriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spreizung s = i_1/i_2 gleich dem Verhältnis der Zähnezahlen der Verzahnungen (22, 24) z_T1/z_T2 ist.
Ausgleichsgetriebe gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizung s zwischen 1,5 und 2,5 liegt.
Ausgleichsgetriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgetriebe in einem ersten Gang eine erste Übersetzung aufweist, die gegeben ist durch das Verhältnis der Zähnezahl z_T1 der ersten Verzahnung (22) zur Zähnezahl z_1 des ersten Kegelrades (30).
Ausgleichsgetriebe gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Gang die Kupplung (34) geöffnet ist, der Freilauf (26) greift und das erste Kegelrad (30) das Tellerrad (20) antreibt.
Ausgleichsgetriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses in einem zweiten Gang eine zweite Übersetzung darstellt, die gegeben ist durch das Verhältnis der Zähnezahl z_T2 der zweiten Verzahnung (24) zur Zähnezahl z_2 des zweiten Kegelrades (32).
Ausgleichsgetriebe gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Gang die Kupplung (34) geschlossen ist und der Freilauf (26) nicht greift/offensteht.
Ausgleichsgetriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Rückwärtsgang die Kupplung (34) geöffnet steht, der Freilauf (26) durch eine Verrastvorrichtung (28) blockiert ist, eine E-Maschine (50) rückwärts läuft und die erste Übersetzung des ersten Ganges vorliegt.
Ausgleichsgetriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossener Kupplung (34) und bei durch eine Verrastvorrichtung (28) blockiertem Freilauf (26) eine Parksperrenfunktion dargestellt ist.
Ausgleichsgetriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses durch eine in achsparalleler Anordnung (52) in Bezug auf die Fahrzeugachse (40) verbaute E-Maschine (50) über ein Kegelradpaar (54) angetrieben ist.
Ausgleichsgetriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses durch eine in orthogonaler Anordnung (56) in Bezug zur Fahrzeugachse (40) verbaute E-Maschine (50) direkt angetrieben ist.
Verwendung des Ausgleichsgetriebes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 im Triebstrang eines mindestens eine E-Maschine (50) aufweisenden Fahrzeugs oder im Triebstrang eines Fahrzeugs mit Verbrennungskraftmaschine und Schaltgetriebe.