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Die Erfindung betrifft ein Differentialgetriebe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit zuschaltbarem und abschaltbarem Allradantrieb.
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Allradantriebe (auch „4 Wheel Drive“ oder abgekürzt „4WD“ genannt) im PKW-Bereich verfügen immer öfter aus Effizienzgründen über eine Abschaltvorrichtung, sodass aus dem eigentlichen 4WD ein Fahrzeug mit lediglich einer angetriebenen Achse (auch „2 Wheel Drive“ oder abgekürzt „2WD“ genannt) oder umgekehrt wird. Zudem kann fahrzeugabhängig die Hinterachse oder die Vorderachse abgekoppelt werden. Ziel kann es dabei sein, sowohl ein Mitrotieren einer Kardanwelle (Welle von Getriebeausgang zur Achse) als auch eines Differentialkorbs eines jeweiligen Differentialgetriebes einer nicht angetriebenen Achse zu eliminieren, da dafür Energie notwendig ist. Die 4WD-Funktion kann wahlweise aktiv oder deaktiviert sein.
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Üblicherweise wird für die Umsetzung eine reibschlüssige Kupplung am Getriebeausgang platziert. Diese ermöglicht das Motormoment auf die beiden Achsen zu verteilen. Damit der Differentialkorb und die Kardanwelle stehen bleiben, wird zumeist noch zusätzlich eine schaltbare formschlüssige Kupplung (Klaue) auf der jeweiligen Achse benötigt. Die Klaue erfordert jedoch eine komplexe Ansteuerung und ein genaues Synchronisieren der Drehzahlen bei der Zuschaltung. Zudem wird dazu die Drehzahl der Kardanwelle benötigt, um die häufig gewünschte Zuschalt-Performance zu erreichen. Darüber hinaus kann es u.U. aus verschiedenen Gründen zu Fehlschaltungen bei zu hohen Differenzdrehzahlen bzw. zu hohen Restmomenten kommen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, eine alternative Abschaltung und Zuschaltung eines Allradantriebs auf einfache und zuverlässige Art bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
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Die vorliegende Erfindung schlägt den Einsatz eines an sich aus dem Stand der Technik bekannten Freilaufs in einem Differentialgetriebe vor. Das Differentialgetriebe ist für eine Vorderachse oder für eine Hinterachse eines Kraftfahrzeugs geeignet. Der Freilauf wird anstelle der bisher üblichen formschlüssigen Klauenkupplung in einem Achsgetriebe bzw. Differentialgetriebe platziert. Die Anordnung des Freilaufs kann beispielsweise im Achsgetriebe an jeweils einer Seitenwelle oder am Differentialeingang erfolgen. Der Freilauf kann dabei sowohl formschlüssig als auch reibschlüssig ausgeführt sein, d.h. eine Drehmomentübertragung durch den Freilauf kann durch Sperrkörper erfolgen, die beispielsweise einen Innenring und einen Außenring des Freilaufs kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbinden können. Ein Freilauf kann sich insbesondere dadurch auszeichnen, dass er jeweils in einer Richtung ein Drehmoment übertragen kann und in der entgegengesetzten Richtung nicht. Auf die Drehzahl bezogen bedeutet dies, dass eine Seite schneller drehen kann als die andere. Durch den geringen Mehraufwand im Differentialgetriebe ist der Einsatz beispielsweise jeweils eines schaltbaren oder nicht-schaltbaren Freilaufs auf einer Vorderachse und auf einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs möglich. Um in einem Allradbetrieb (eine Vorderachse und eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs werden durch eine Antriebseinheit angetrieben) auch bei Rückwärtsfahrt zu ermöglichen, wird ein schaltbarer Freilauf vorgeschlagen, welcher durch eine externe Betätigung die Übertragung in die nicht-gesperrte Richtung ermöglicht. Derartige Freiläufe sind ebenfalls aus dem Stand der Technik an sich bekannt.
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In diesem Sinne wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Differentialgetriebe für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, z.B. für eine Vorderachse und/oder für eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs. Das Differentialgetriebe umfasst wenigstens einen Freilauf, wobei der wenigstens eine Freilauf dazu eingerichtet ist, eine Antriebsseite und eine Abtriebsseite des Differentialgetriebes miteinander zu koppeln und voneinander zu entkoppeln.
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Durch den Einsatz des wenigstens einen Freilaufs wird (beispielsweise im Vergleich zu einer sonst üblichen Klauenkupplung) eine besonders kompakte Bauweise des Differentialgetriebes ermöglicht. Insbesondere können ein hydraulisches Steuergerät entfallen sowie ggfs. entsprechende Schaltelemente entfallen. Außerdem kann der wenigstens eine Freilauf besonders einfach ohne eine komplexe Ansteuerung und ein genaues Synchronisieren der Drehzahlen (wie insbesondere bei einer Klauenkupplung der Fall) zugeschaltet werden.
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Unter dem Differentialgetriebe kann insbesondere ein Achsdifferential verstanden werden, das an einer angetriebenen Achse des Kraftfahrzeugs verwendet werden kann. Bei dem Differentialgetriebe handelt es sich insbesondere um ein Umlaufrädergetriebe bzw. ein Planetengetriebe. Das Differentialgetriebe kann insbesondere ein Tellerrad bzw. ein Hohlrad umfassen, das durch eine Kardanwelle des Kraftfahrzeugs angetrieben werden kann. Das Hohlrad kann drehfest mit einem Differentialkorb verbunden sein, der über Ausgleichsräder und zwei Kegelräder zwei Seitenwellen antreiben kann. Das Differentialgetriebe für das Kraftfahrzeug erfüllt insbesondere die Funktion, zwei jeweils von einer der Seitenwellen angetriebene Räder derart anzutreiben, dass sie in einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs zwar mit unterschiedlicher Drehzahl, jedoch mit gleicher Vortriebskraft drehen.
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Eine Abgrenzung zwischen der „Antriebsseite“ und der „Abtriebsseite“ kann insbesondere dadurch vorgenommen werden, dass die „Abtriebsseite“ einem durch das Differentialgetriebe angetriebenen Hinterrad oder Vorderrad näher ist als die „Antriebsseite“. „Näher“ bzw. „weiter entfernt“ kann dabei insbesondere auf einen Kraftflussweg durch das Differentialgetriebe bezogen sein. Beispielsweise kann ein axial weiter innen liegender Abschnitt einer ein Rad des Kraftfahrzeugs antreibenden Seitenwelle des Differentialgetriebes der Antriebsseite des Differentialgetriebes zugeordnet werden, wohingegen ein axial weiter außen liegender Abschnitt derselben Seitenwelle der „Abtriebsseite“ zugeordnet werden kann. Weiterhin kann beispielsweise ein Antriebsabschnitt einer Kardanwelle der Antriebsseite zugeordnet werden, wohingegen ein Abtriebsabschnitt derselben Kardanwelle der Abtriebsseite zugeordnet werden kann. Der Antriebsabschnitt der Kardanwelle kann dabei näher an einer Antriebseinheit zum Antrieb der Kardanwelle angeordnet sein als der Abtriebsabschnitt der Kardanwelle.
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Unter einem Freilauf kann eine Kupplung verstanden werden, welche lediglich in einer Drehrichtung Drehmomente überträgt. Handelt es sich beispielsweise um einen Freilauf, der einseitig sperrt, ist eine Verdrehung einer radial inneren ersten Komponente (z.B. die Verdrehung eines Innenrings des Freilaufs), und einer radial äußeren Komponente (z.B. die Verdrehung eines Außenrings des Freilaufs) um eine gemeinsame Drehachse relativ zueinander in einer ersten Drehrichtung möglich, in einer zweiten Drehrichtung, welche der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, jedoch nicht.
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Insbesondere kann der wenigstens eine Freilauf Sperrkörper, z.B. Klemmkörper, zwischen dem Innenring und dem Außenring aufweisen, die in eine sperrende erste Stellung und in eine nicht-sperrende zweite Stellung gebracht werden können. In der sperrenden ersten Stellung können die Sperrkörper den Innenring und den Außenring des Freilaufs kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbinden, sodass ein Drehmoment von dem Innenring auf den Außenring in einer Drehrichtung übertragen werden kann, in der nicht-sperrenden zweiten Stellung jedoch nicht.
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Der Innenring des wenigstens einen Freilaufs kann beispielsweise drehfest mit einer Welle (oder einem Anschnitt davon, z.B. mit einem inneren Abschnitt einer Seitenwelle oder mit einem Antriebsabschnitt der Kardanwelle) der Antriebsseite des Differentialgetriebes verbunden sein. Der Außenring des wenigstens einen Freilaufs kann ebenfalls drehfest mit einer Welle (oder einem Teil davon, z.B. mit einem äußeren Abschnitt der Seitenwelle oder mit einem Abtriebsabschnitt der Kardanwelle) der Abtriebsseite des Differentialgetriebes verbunden sein. Dazu kann die Welle der Abtriebsseite beispielsweise einen endseitigen Abschnitt bilden, welcher den Außenring des wenigstens einen Freilaufs in radialer Richtung umfasst und drehfest aufnimmt. Auf diese Weise kann ein Drehmoment von einer Welle auf der Antriebsseite über den Innenring, die Sperrkörper und den Außenring des wenigstens einen Freilaufs auf eine Welle auf der Abtriebsseite übertragen werden, wenn sich die Sperrkörper in ihrer sperrenden ersten Stellung befinden. Andererseits ist der Freilauf dazu eingerichtet, zu verhindern, dass ein Drehmoment von einer Welle auf der Abtriebsseite über den Außenring, die Sperrkörper und den Innenring des wenigstens einen Freilaufs auf eine Welle auf der Antriebsseite übertragen wird.
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In einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Freilauf ein schaltbarer Freilauf. Derartige schaltbare Freiläufe sind beispielsweise aus der
DE 10 2015 224 779 A1 der Anmelderin bekannt und beispielsweise durch die
1 und
2 samt zugehöriger Figurenbeschreibung der genannten Druckschrift veranschaulicht. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein schaltbarer Freilauf in einem deaktivierten Zustand ein Drehmoment von der Antriebsseite auf die Abtriebsseite in einer ersten Drehrichtung übertragen, und in einem aktivierten Zustand ein Drehmoment von der Antriebsseite auf die Abtriebsseite in einer zweiten Drehrichtung übertragen, wobei die zweite Drehrichtung entgegengesetzt zu der ersten Drehrichtung verläuft. Ferner kann auch ein schaltbarer Freilauf zum Einsatz kommen, wie er z.B. durch
3 der
DE 10 2015 224 779 A1 der Anmelderin gezeigt ist.
3 der genannten Druckschrift zeigt einen schaltbaren Freilauf, der in einem deaktivierten Zustand weder in der ersten Drehrichtung noch in der zweiten Drehrichtung ein Drehmoment übertragen kann. In einem aktivierten Zustand jedoch kann der schaltbare Freilauf ein Drehmoment sowohl in der ersten Drehrichtung als auch in der zweiten Drehrichtung übertragen.
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In einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Freilauf an einer Seitenwelle des Differentialgetriebes angeordnet.
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Bei einer Anordnung wenigstens eines Freilaufs im Bereich einer Seitenwelle des Differentialgetriebes kann das Differentialgetriebe in einer Ausführungsform einen inneren Abschnitt der Seitenwelle, einen äußeren Abschnitt der Seitenwelle, einen ersten Freilauf und einen zweiten Freilauf umfassen. Dabei kann der erste Freilauf dazu eingerichtet sein, ein Drehmoment in einer ersten Drehrichtung von dem inneren Abschnitt der Seitenwelle auf den äußeren Abschnitt der Seitenwelle zu übertragen. Weiterhin kann der zweite Freilauf dazu eingerichtet sein, ein Drehmoment in einer zweiten Drehrichtung von dem inneren Abschnitt der Seitenwelle auf den äußeren Abschnitt der Seitenwelle zu übertragen, wobei die erste Drehrichtung entgegengesetzt zu der zweiten Drehrichtung verläuft. Auf diese Weise kann, wenn das Kraftfahrzeug im Allradantrieb angetrieben wird, sowohl ein Drehmoment von dem inneren Abschnitt der Seitenwelle (Antriebsseite) auf deren äußeren Abschnitt (Abtriebsseite) in einer Drehrichtung übertragen werden, welche einer Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs entspricht (z.B. über den zweiten Freilauf in der zweiten Drehrichtung), als auch in einer Drehrichtung, welche einer Rückwärtsfahrt entspricht (z.B. über den ersten Freilauf in der ersten Drehrichtung). Weiterhin können die zwei Freiläufe verhindern, dass durch eine Rotation des äußeren Abschnitts der Seitenwelle deren innerer Abschnitt angetrieben wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform können sowohl eine erste Seitenwelle als auch eine zweite Seitenwelle des Differentialgetriebes zweigeteilt ausgeführt sein. Dabei kann das Differentialgetriebe einen inneren Abschnitt der ersten Seitenwelle, einen äußeren Abschnitt der ersten Seitenwelle, einen inneren Abschnitt der zweiten Seitenwelle, einen äußeren Abschnitt der zweiten Seitenwelle sowie einen ersten schaltbaren Freilauf und einen zweiten schaltbaren Freilauf umfassen. Dabei kann der erste Freilauf dazu eingerichtet sein, ein Drehmoment in einer ersten Drehrichtung und in einer entgegengesetzten zweiten Richtung von dem inneren Abschnitt der ersten Seitenwelle auf den äußeren Abschnitt der ersten Seitenwelle zu übertragen. Weiterhin kann der zweite Freilauf dazu eingerichtet sein, ein Drehmoment in der ersten Drehrichtung und in der zweiten Drehrichtung von dem inneren Abschnitt der zweiten Seitenwelle auf den äußeren Abschnitt der zweiten Seitenwelle zu übertragen.
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Gemäß dieser Ausführungsform sind somit sowohl der erste Freilauf als auch der zweite Freilauf schaltbar ausgeführt. Die Freiläufe können dabei wahlweise in einen ersten Betriebszustand (aktiviert) und in einen zweiten Betriebszustand (deaktiviert) versetzt werden. In dem ersten Betriebszustand können über die Freiläufe Drehmomente von dem jeweiligen inneren Abschnitt der ersten/zweiten Seitenwelle auf deren jeweiligen äußeren Abschnitt in beiden genannten Drehrichtungen übertragen werden. In dem zweiten Betriebszustand können über die Freiläufe keine Drehmomente von dem jeweiligen inneren Abschnitt der ersten/zweiten Seitenwelle auf deren jeweiligen äußeren Abschnitt übertragen werden, und zwar in keiner der vorstehend beschriebenen Drehrichtungen. Weiterhin kann verhindert werden, dass Drehmomente über den ersten/zweiten Freilauf von dem jeweiligen äußeren Abschnitt der ersten/zweiten Seitenwelle auf den betreffenden inneren Abschnitt der ersten/zweiten Seitenwelle übertragen werden. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Schleppmomente in einem sehr hohen Maße gesenkt werden können, da insbesondere unterbunden werden kann, dass der Differentialkorb bei abgekoppeltem Differentialgetriebe (beispielsweise wenn das Differentialgetriebe an einer Hinterachse eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist und lediglich dessen Vorderachse von einem Motor angetrieben wird; abgeschalteter Allradantrieb) von mitdrehenden Rädern angetriebenen Seitenwellen des Differentialgetriebes angetrieben wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der wenigstens eine Freilauf in einem Eingangsbereich des Differentialgetriebes angeordnet. Der Eingangsbereich liegt insbesondere im Bereich einer Eingangswelle des Differentialgetriebes. Bei der Eingangswelle kann es sich z.B. um eine Kardanwelle handeln, die in das Differentialgetriebe hineinragt.
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Bei einer Anordnung wenigstens eines Freilaufs im Eingangsbereich des Differentialgetriebes kann das Differentialgetriebe in einer Ausführungsform ferner einen ersten Freilauf, einen zweiten Freilauf, einen Antriebsabschnitt der Kardanwelle und einen Abtriebsabschnitt der Kardanwelle umfassen. Dabei kann der erste Freilauf dazu eingerichtet sein, ein Drehmoment in einer ersten Drehrichtung zwischen dem Antriebsabschnitt der Kardanwelle und dem Abtriebsabschnitt der Kardanwelle zu übertragen. Ferner kann der zweite Freilauf dazu eingerichtet sein, ein Drehmoment in einer zweiten Drehrichtung zwischen dem Antriebsabschnitt der Kardanwelle und dem Abtriebsabschnitt der Kardanwelle zu übertragen, wobei die erste Drehrichtung entgegengesetzt zu der zweiten Drehrichtung verläuft. Auf diese Weise kann, wenn das Kraftfahrzeug im Allradantrieb angetrieben wird, sowohl ein Drehmoment von dem Antriebsabschnitt der Kardanwelle auf deren Abtriebsabschnitt in einer Drehrichtung übertragen werden, welche einer Vorwärtsfahrt entspricht (z.B. über den ersten Freilauf in der ersten Drehrichtung), als auch in einer Drehrichtung, welche einer Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs entspricht (z.B. über den zweiten Freilauf in der zweiten Drehrichtung). Ferner kann verhindert werden, dass durch eine Rotation der Seitenwellen der Antriebsabschnitt der Kardanwelle angetrieben wird.
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Weiterhin kann der wenigstens eine Freilauf an einem Hohlrad bzw. Tellerrads des Differentialgetriebes angeordnet sein.
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Bei einer Anordnung wenigstens eines Freilaufs im Bereich eines Hohlrads bzw. Tellerrads kann das Differentialgetriebe ein Hohlrad, einen Differentialkorb, einen ersten Freilauf und einen zweiten Freilauf umfassen. Eine Nabe des Hohlrads kann drehfest auf einem Außenring des ersten Freilaufs und auf einem Außenring des zweiten Freilaufs gelagert sein. Ein Innenring des ersten Freilaufs und ein Innenring des zweiten Freilaufs können drehfest auf einem Außenumfang des Differentialkorbs gelagert sein. Das Hohlrad kann mittels des ersten Freilaufs und mittels des zweiten Freilaufs mit dem Differentialkorb gekoppelt werden und von dem Differentialkorb entkoppelt werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie in einer axialen Richtung besonders kompakt ausgeführt ist, da die Freiläufe in radialer Richtung zwischen dem Hohlrad und dem Differentialkorb angeordnet sind. Dabei kann der erste Freilauf dazu eingerichtet sein, ein Drehmoment in einer ersten Drehrichtung von dem Hohlrad auf den Differentialkorb zu übertragen, und der zweite Freilauf kann dazu eingerichtet sein, ein Drehmoment in einer zweiten Drehrichtung von dem Hohlrad auf den Differentialkorb zu übertragen, wobei die erste Drehrichtung entgegengesetzt zu der zweiten Drehrichtung verläuft.
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Der wenigstens eine Freilauf kann ein schaltbarer Freilauf sein. Insbesondere kann in den vorstehend genannten Ausführungsformen mit einem ersten Freilauf und mit einem zweiten Freilauf der erste Freilauf jeweils ein schaltbarer Freilauf sein. Unter einem schaltbaren Freilauf kann dabei ein Freilauf verstanden werden, der wahlweise in einen ersten Betriebszustand (aktivierter Betriebszustand) und in einen zweiten Betriebszustand (deaktivierter Betriebszustand) versetzt werden kann, wobei in dem ersten Betriebszustand über den Freilauf eine Drehmomentübertragung in einer Drehrichtung ermöglicht wird, und wobei in dem zweiten Betriebszustand über den Freilauf keine Drehmomentübertragung in der genannten Drehrichtung ermöglicht wird. Derartige schaltbare Freiläufe sind beispielsweise aus der
DE 10 2015 224 779 A1 der Anmelderin bekannt und beispielsweise durch die
1 bis
2 samt zugehöriger Figurenbeschreibung der genannten Druckschrift veranschaulicht. Der schaltbare Freilauf kann beispielsweise durch Federn in dem deaktivierten Betriebszustand vorgespannt sein und durch eine Gegenkraft, die insbesondere elektromagnetisch hervorgerufen sein kann, in den aktivierten Betriebszustand gebracht werden. Alternativ kann der schaltbare Freilauf auch durch Federn in dem aktivierten Betriebszustand vorgespannt sein und durch eine Gegenkraft, die insbesondere elektromagnetisch hervorgerufen sein kann, in den deaktivierten Betriebszustand gebracht werden.
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Was das Schaltprinzip des schaltbaren Freilaufs angeht, so kann der Freilauf durch ein aktives Bewegen der Sperrkörper aktiviert werden, oder aber die Sperrkörper können blockiert werden. Gemäß einer Ausführungsform kann der Freilauf magnetisch in den aktivierten Zustand geschaltet werden. Diese Art der Betätigung ist besonders einfach und zuverlässig. In der nicht sperrenden zweiten Stellung können die Sperrkörper keine Drehmomente zwischen dem Innenring und dem Außenring übertragen. Die Freiläufe können magnetisch in die erste Stellung bewegt werden, insbesondere durch die Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes. Durch Federn können die Freiläufe in der nicht sperrenden zweiten Stellung vorgespannt sein. Alternativ können die Sperrelemente der Freiläufe auch durch Federn in der ersten Stellung vorgespannt und magnetisch in die zweite Stellung bewegt werden. Einzelheiten dazu können beispielsweise der bereits weiter oben zitierten Druckschrift
DE 10 2015 224 779 A1 der Anmelderin entnommen werden. So kann ein Elektromagnet vorgesehen sein, der dazu eingerichtet ist, ein Magnetfeld zu erzeugen. Dieses ist aktivier- und deaktivierbar. Durch Einschalten des Elektromagneten, d.h. durch einen Stromfluss durch eine Spule des Elektromagneten wird das Magnetfeld aktiviert. Durch Ausschalten des Elektromagneten, d.h. durch Unterbrechen des Stromflusses durch die Spule des Elektromagneten, wird das Magnetfeld entsprechend deaktiviert. Das Magnetfeld ist also genau dann vorhanden, wenn durch die Spule des Elektromagneten ein Strom fließt. Fließt kein Strom durch die Spule des Elektromagneten, ist kein Magnetfeld vorhanden.
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Weiterhin kann der Freilauf auch beispielsweise elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch in den aktivierten Zustand gebracht werden.
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Der Einsatz des schaltbaren Freilaufs erfordert im Vergleich zu bekannten Betätigungsmitteln (z.B. Klauenkupplung) apparativ lediglich einen sehr geringen Aufwand (Reduzierung der Bauteile im Differentialgetriebe). Weiterhin wird eine besonders kompakte Bauweise ermöglicht. Insbesondere können ein hydraulisches Steuergerät entfallen sowie ggfs. entsprechende Schaltelemente entfallen. Ferner kann der Wirkungsgrad gesteigert werden, da für die Betätigung des schaltbaren Freilaufs insbesondere im Vergleich zu einer üblichen hydraulischen Betätigung relativ wenig Energieaufwand erforderlich ist. Außerdem kann der Freilauf besonders einfach ohne eine komplexe Ansteuerung und ein genaues Synchronisieren der Drehzahlen (wie insbesondere bei einer Klauenkupplung) zugeschaltet werden.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit Allradantrieb, wobei der Antrieb einer Achse des Kraftfahrzeugs gekoppelt oder abgekoppelt werden kann. Das Kraftfahrzeug umfasst ein Differentialgetriebe gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Das Differentialgetriebe kann an einer Hinterachse und/oder an einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
- 1 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit zu- bzw. abschaltbarem Allradantrieb,
- 2 ein Differentialgetriebe mit zwei Freiläufen an einer Seitenwelle des Differentialgetriebes, welches für eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs nach 1 geeignet ist, wobei ein Allradantrieb zugeschaltet ist und das Kraftfahrzeug in Vorwärtsrichtung angetrieben wird,
- 3 eine vergrößerte Ansicht im Bereich der zwei Freiläufe des Differentialgetriebes nach 2 im Betriebszustand nach 2,
- 4 das Differentialgetriebe nach 2 bei abgekoppelter Hinterachse und Vorwärtsfahrt,
- 5 eine vergrößerte Ansicht im Bereich der Freiläufe des Differentialgetriebes nach 2 im Betriebszustand nach 4,
- 6 das Differentialgetriebe nach 2 bei zugeschaltetem Allradantrieb und Rückwärtsfahrt,
- 7 eine vergrößerte Ansicht im Bereich der Freiläufe des Differentialgetriebes nach 2 im Betriebszustand nach 6,
- 8 ein weiteres Differentialgetriebe mit zwei Freiläufen am Eingang des Differentialgetriebes, welches für eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs nach 1 geeignet ist, wobei ein Allradantrieb zugeschaltet ist und das Kraftfahrzeug in Vorwärtsrichtung angetrieben wird,
- 9 eine vergrößerte Ansicht im Bereich der zwei Freiläufe des Differentialgetriebes nach 8 im Betriebszustand nach 8,
- 10 das Differentialgetriebe nach 8 bei abgekoppelter Hinterachse und Vorwärtsfahrt,
- 11 eine vergrößerte Ansicht im Bereich der Freiläufe des Differentialgetriebes nach 8 im Betriebszustand nach 10,
- 12 das Differentialgetriebe nach 8 bei zugeschaltetem Allradantrieb und Rückwärtsfahrt,
- 13 eine vergrößerte Ansicht im Bereich der Freiläufe des Differentialgetriebes nach 8 im Betriebszustand nach 12,
- 14 ein weiteres Differentialgetriebe mit zwei Freiläufen zwischen einem Differentialkorb und einem Hohlrad des Differentialgetriebes, welches für eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs nach 1 geeignet ist, und
- 15 ein weiteres Differentialgetriebe mit zwei Freiläufen an jeweils einer Seitenwelle des Differentialgetriebes, welches für eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs nach 1 geeignet ist.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, z.B. ein Pkw. Das Kraftfahrzeug 1 weist einen im Folgenden näher erläuterten Antriebstrang 2 auf, der einen zuschaltbaren und abschaltbaren Allradantrieb ermöglicht. Der Antriebsstrang 2 umfasst eine Antriebseinheit 3. Die Antriebseinheit 3 umfasst in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Motor 4, z.B. einen Verbrennungskraftmotor, und ein Getriebe 5. Die Antriebseinheit 3 treibt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über ein vorderes Differenzialgetriebe 6 zwei Vorderräder 7 und 8 permanent an, die an einer Vorderachse 9 angebracht sind.
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Die Antriebseinheit 3 kann wahlweise ebenfalls über eine Kupplung 10 eine Kardanwelle 11 antreiben. Bei der Kupplung 10 kann es sich um eine reibschlüssige Kupplung handeln, z.B. eine sogenannte T-Case Kupplung. Die reibschlüssige Kupplung 10 kann in eine geschlossene Stellung gebracht werden, in welcher ein Drehmoment von der Antriebseinheit 3 auf die Kardanwelle 11 übertragen wird. Weiterhin kann die reibschlüssige Kupplung 10 in eine offene Stellung gebracht werden, in welcher kein Drehmoment von der Antriebseinheit 3 auf die Kardanwelle 11 übertragen wird. Die Kardanwelle 11 kann mit einem hinteren Differentialgetriebe 12 gekoppelt werden. Über zwei Seitenwellen 13 und 14, die mit dem hinteren Differentialgetriebe 12 koppelbar sind, können zwei Hinterräder 15 und 16 des Kraftfahrzeugs 1 angetrieben werden.
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2 zeigt Details eines hinteren Differentialgetriebes 12 für den Antriebstrang 2 nach 1 von der reibschlüssigen Kupplung 10 aus betrachtet. Das hintere Differentialgetriebe 12 umfasst ein Gehäuse 17, welches ein Tellerrad bzw. ein Hohlrad 18, einen Differenzialkorb 19, ein erstes Kegelrad 20, Ausgleichsräder 21, ein zweites Kegelrad 22 sowie Teile der ersten Seitenwelle 13 und der zweiten Seitenwelle 14 aufnimmt.
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Die Kardanwelle 11 kann das Hohlrad 18 antreiben, das drehfest mit dem Differenzialkorb 19 verbunden ist. Das Hohlrad 18 ist weiterhin lose auf der ersten Seitenwelle 13 gelagert. Das erste Kegelrad 20 ist drehfest mit der ersten Seitenwelle 13 verbunden, und das zweite Kegelrad 22 ist drehfest mit der zweiten Seitenwelle 14 verbunden. Die Ausgleichsräder 21 können mit dem Differentialkorb 19 rotieren und sind weiterhin drehbar um ihre eigene Achse innerhalb des Differentialkorbs 19 gelagert. Die Ausgleichsräder 21 können sowohl mit dem ersten Kegelrad 20 als auch mit dem zweiten Kegelrad 22 kämmen und die Kegelräder 20, 22 antreiben.
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Die zweite Seitenwelle 14 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zweigeteilt ausgeführt und umfasst einen inneren Abschnitt 23 und einen äußeren Abschnitt 24. „Innen“ und „außen“ sind dabei auf eine Längsachse L der zweiten Seitenwelle 14 bezogen (die insbesondere mit einer Längsachse der ersten Seitenwelle 13 übereinstimmt bzw. eine Verlängerung davon bildet), wobei der innere Abschnitt 23 weiter von dem durch die zweite Seitenwelle 14 angetriebenen Hinterrad 16 entfernt und näher an der Antriebseinheit 3 platziert ist als der äußere Abschnitt 24 der zweiten Seitenwelle 14. Somit liegt der innere Abschnitt 23 der zweiten Seitenwelle 14 (Antriebsseite) weiter im Inneren des Kraftfahrzeugs 1 als der äußere Abschnitt 24 der zweiten Seitenwelle 14 (Abtriebsseite).
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Der innere Abschnitt 23 der zweiten Seitenwelle 14 ist drehfest mit dem zweiten Kegelrad 22 verbunden. Der innere Abschnitt 23 und der äußere Abschnitt 24 der zweiten Seitenwelle 14 können mittels eines ersten Freilaufs 25 und mittels eines zweiten Freilauf 26 miteinander gekoppelt und voneinander entkoppelt werden. Der erste Freilauf 25 und der zweite Freilauf 26 sind dabei z.B. innen drehfest auf dem inneren Abschnitt 23 der zweiten Seitenwelle 14 gelagert. Beispielsweise kann jeweils ein Innenring des ersten Freilaufs 25 bzw. des zweiten Freilaufs 26 drehfest auf dem Außenumfang des inneren Abschnitts 23 der zweiten Seitenwelle 14 gelagert sein.
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Weiterhin sind der erste Freilauf 25 und der zweite Freilauf 26 außen drehfest mit dem äußeren Abschnitt 24 der zweiten Seitenwelle 14 verbunden. Beispielsweise kann der äußere Abschnitt 24 der zweiten Seitenwelle 14 an seinem Endabschnitt eine radiale Erweiterung 32 bilden, die eine Aussparung aufweist, welche zu dem Durchmesser eines Außenrings des ersten Freilaufs 25 und des zweiten Freilaufs 26 passt. Die genannten Außenringe der Freiläufe 25, 26 können derart innerhalb der Aussparung aufgenommen sein, dass sie drehfest mit dem äußeren Abschnitt 24 der zweiten Seitenwelle 14 verbunden sind.
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Der erste Freilauf 25 ist in dem gezeigten Beispiel nach 2 schaltbar ausgeführt. Der erste Freilauf 25 kann wahlweise in einen ersten Betriebszustand (aktiviert) und in einen zweiten Betriebszustand (deaktiviert) versetzt werden. In dem ersten Betriebszustand kann über den ersten Freilauf 25 ein Drehmoment von dem inneren Abschnitt 23 der zweiten Seitenwelle 14 auf deren äußeren Abschnitt 24 in einer Drehrichtung übertragen werden, welche einer Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entspricht (in 3, 5, und 7 innerhalb des ersten Freilaufs 25 mit einer Pfeilspitze symbolisiert), in entgegengesetzter Richtung (einer Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entsprechend; in 3, 5, und 7 innerhalb des ersten Freilaufs 25 mit einem „x“ symbolisiert) jedoch nicht. In dem zweiten Betriebszustand kann über den ersten Freilauf 25 kein Drehmoment von dem inneren Abschnitt 23 der zweiten Seitenwelle 14 auf deren äußeren Abschnitt 24 übertragen werden, und zwar in keiner der vorstehend beschriebenen Drehrichtungen. Weiterhin kann der erste Freilauf 25 verhindern, dass über ihn ein Drehmoment von dem äußeren Abschnitt 24 der zweiten Seitenwelle 14 auf deren inneren Abschnitt 23 übertragen wird.
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Der zweite Freilauf 26 ist ein nicht-schaltbarer Freilauf. Der zweite Freilauf 26 kann ein Drehmoment von dem inneren Abschnitt 23 der zweiten Seitenwelle 14 auf deren äußeren Abschnitt 24 in derjenigen Drehrichtung übertragen, welche der Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entspricht (in 3, 5, und 7 innerhalb des zweiten Freilaufs 26 mit einer Pfeilspitze symbolisiert), in entgegengesetzter Richtung (der Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entsprechend; in 3, 5 und 7 innerhalb des zweiten Freilaufs 26 mit einem „x“ symbolisiert) jedoch nicht. Weiterhin kann der zweite Freilauf 26 verhindern, dass über ihn ein Drehmoment von dem äußeren Abschnitt 24 der zweiten Seitenwelle 14 auf deren inneren Abschnitt 23 übertragen wird.
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In einer Ausgestaltung kann auch der erste Freilauf 25 als nicht-schaltbarer Freilauf ausgeführt sein, z.B. wie der zweite Freilauf 26. In diesem Fall ist der erste Freilauf 25 dann derart orientiert bzw. dazu eingerichtet, dass der erste Freilauf 25 ein Drehmoment von dem inneren Abschnitt 23 der zweiten Seitenwelle 14 auf deren äußeren Abschnitt 24 in derjenigen Drehrichtung übertragen kann, welche der Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entspricht, in entgegengesetzter Richtung (der Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entsprechend) jedoch nicht. Ebenfalls kann der erste Freilauf 25 verhindern, dass über ihn ein Drehmoment von dem äußeren Abschnitt 24 der zweiten Seitenwelle 14 auf deren inneren Abschnitt 23 übertragen wird.
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In dem Betriebszustand nach 2 und 3 ist die Kupplung 10 (vgl. 1) geschlossen. Dabei treibt die Antriebseinheit 3 die Kardanwelle 11 an. Die Kardanwelle 11 treibt das Hohlrad 18 des hinteren Differentialgetriebes 12 in der Drehrichtung (die der Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entspricht) gemäß Drehpfeil 28 an. Das Hohlrad 18 überträgt über den Differentialkorb 19 und die Ausgleichsräder 21 ein Drehmoment auf das erste Kegelrad 20, welches das Drehmoment auf die erste Seitenwelle 13 überträgt. Die erste Seitenwelle 13 ist drehfest mit dem ersten Hinterrad 15 verbunden, sodass das erste Hinterrad 15 von der ersten Seitenwelle 13 angetrieben werden kann.
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Das Hohlrad 18 überträgt weiterhin über den Differentialkorb 19 und die Ausgleichsräder 21 ein Drehmoment auf das zweite Kegelrad 22, welches das Drehmoment auf den inneren Abschnitt 23 der zweiten Seitenwelle 14 überträgt. Der innere Abschnitt 23 der zweiten Seitenwelle 14 ist in dem Betriebszustand nach 2 und 3 über den zweiten Freilauf 26 mit dem äußeren Abschnitt 24 der zweiten Seitenwelle 14 gekoppelt, sodass ein Drehmoment von dem inneren Abschnitt 23 der zweiten Seitenwelle 14 auf deren äußeren Abschnitt 24 übertragen werden kann, und zwar in derjenigen Drehrichtung, welche der Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entspricht. Ein entsprechender Kraftfluss ist in 3 mit einem Pfeil 27 verdeutlicht. Der äußere Abschnitt 24 der zweiten Seitenwelle 14 ist drehfest mit dem zweiten Hinterrad 16 verbunden, sodass das zweite Hinterrad 16 von dem äußeren Abschnitt 26 der zweiten Seitenwelle 14 angetrieben werden kann. Da bei einer Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 kein Drehmoment über den ersten Freilauf 25 übertragen wird, kann der erste Freilauf 25 in dem zweiten Betriebszustand belassen werden, da dies je nach Ausführung des ersten Freilaufs 25 energetisch von Vorteil sein kann. Alternativ kann der erste Freilauf 25 auch in den ersten Betriebszustand versetzt werden, wobei jedoch ebenfalls kein Drehmoment über den ersten Freilauf 25 übertragen wird.
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In dem Betriebszustand nach 4 und 5 ist die Kupplung 10 (vgl. 1) geöffnet und das Kraftfahrzeug 1 wird von der Antriebseinheit 3 lediglich über die Vorderachse 9 in Vorwärtsrichtung angetrieben („Hinterachse abgekoppelt, Vorwärtsfahrt“). Somit treibt die Antriebseinheit 3 die Kardanwelle 11 nicht an und die Kardanwelle 11 treibt das Hohlrad 18, den Differentialkorb 19 und die Ausgleichsräder 21 des hinteren Differentialgetriebes 12 nicht an (verdeutlicht durch ein „X“ im Hohlrad 18 in 4). Somit wird auch kein Drehmoment von den Ausgleichsrädern 21 auf das erste Kegelrad 22 und auf das zweite Kegelrad 22 übertragen, sodass weder die erste Seitenwelle 13 noch die zweite Seitenwelle 14 von der Antriebseinheit 3 angetrieben werden.
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Das erste Hinterrad 15 treibt jedoch durch die Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 die erste Seitenwelle 13 und das erste Kegelrad 20 gemäß Drehpfeil 28 an. Über die Ausgleichsräder 21 und das zweite Kegelrad 22 wird der innere Abschnitt 23 der zweiten Seitenwelle 14 mit doppelter negativer Drehzahl (-2n) angetrieben. Über die Freiläufe 25, 26 wird gemäß 5 kein Drehmoment von dem inneren Abschnitt 23 der zweiten Seitenwelle 14 auf deren äußeren Abschnitt 24 übertragen. Sofern der erste Freilauf 25 schaltbar ist, befindet er sich in seinem zweiten Betriebszustand (deaktiviert).
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Ebenfalls treibt das zweite Hinterrad 16 durch die Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 den äußeren Abschnitt 24 der zweiten Seitenwelle 13 gemäß Drehpfeil 28 an. Allerdings wird weder über den ersten Freilauf 25 noch über den zweiten Freilauf 26 ein Drehmoment von dem äußeren Abschnitt 24 der Seitenwelle 14 auf deren inneren Abschnitt 23 übertragen. Auf ähnliche Weise kann das Kraftfahrzeug 1 bei abgekoppelter Hinterachse mit entsprechend entgegengesetzten Drehrichtungen und Kraftflüssen in Rückwärtsrichtung 28' angetrieben werden.
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In dem Betriebszustand nach 6 und 7 ist die Kupplung 10 (vgl. 1) geschlossen. Dabei treibt die Antriebseinheit 3 die Kardanwelle 11 an und die Kardanwelle 11 treibt das Hohlrad 18 des hinteren Differentialgetriebes 12 in der Drehrichtung (die der Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entspricht) gemäß Drehpfeil 28` an. Das Hohlrad 18 überträgt über den Differentialkorb 19 und die Ausgleichsräder 21 ein Drehmoment auf das erste Kegelrad 22, welches das Drehmoment auf die erste Seitenwelle 13 überträgt. Die erste Seitenwelle 13 ist drehfest mit dem ersten Hinterrad 15 verbunden, sodass das erste Hinterrad 15 von der ersten Seitenwelle 13 in Rückwärtsdrehrichtung 28' angetrieben werden kann.
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Das Hohlrad 18 überträgt weiterhin über den Differentialkorb 19 und die Ausgleichsräder 21 ein Drehmoment auf das zweite Kegelrad 22, welches das Drehmoment auf den inneren Abschnitt 23 der zweiten Seitenwelle 14 überträgt. Der innere Abschnitt 23 der zweiten Seitenwelle 14 ist in dem Betriebszustand nach 6 und 7 über den aktivierten ersten Freilauf 25 (erster Betriebszustand des Freilaufs 25) mit dem äußeren Abschnitt 24 der zweiten Seitenwelle 14 gekoppelt, sodass ein Drehmoment von dem inneren Abschnitt 25 der zweiten Seitenwelle 14 auf deren äußeren Abschnitt 26 und auf das zweite Hinterrad 16 übertragen werden kann, und zwar in derjenigen Drehrichtung, welche der Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entspricht (Drehpfeil 28'). Ein entsprechender Kraftfluss ist in 7 mit dem Pfeil 27 verdeutlicht.
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8 zeigt Details eines weiteren hinteren Differentialgetriebes 12 für den Antriebstrang 2 nach 1. Das hintere Differentialgetriebe 12 umfasst ein Gehäuse 17, welches ein Tellerrad bzw. ein Hohlrad 18, einen Differenzialkorb 19, ein erstes Kegelrad 20, Ausgleichsräder 21, ein zweites Kegelrad 22 sowie die erste Seitenwelle 13 und die zweite Seitenwelle 14 aufnimmt. Weiterhin umfasst das Differentialgetriebe 12 ein Ritzel 29 sowie einen ersten Freilauf 25 und einen zweiten Freilauf 26.
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Die Kardanwelle 11 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zweigeteilt ausgeführt und umfasst einen Antriebsabschnitt 30 und einen Abtriebsabschnitt 31. Der Antriebsabschnitt 30 der Kardanwelle 11 ist drehfest mit der Kupplung 10 (1) verbunden). Der Abtriebsabschnitt 31 der Kardanwelle 11 ist drehfest mit dem Ritzel 29 verbunden, welches mit dem Hohlrad 18 kämmt, um dieses anzutreiben. Der Antriebsabschnitt 30 und der Abtriebsabschnitt 31 der Kardanwelle 11 können mittels des ersten Freilaufs 25 und mittels des zweiten Freilauf 26 miteinander gekoppelt und voneinander entkoppelt werden. Der erste Freilauf 25 und der zweite Freilauf sind innen drehfest auf dem Antriebsabschnitt 30 der Kardanwelle 11 gelagert. Weiterhin sind der erste Freilauf 25 und der zweite Freilauf 26 außen drehfest mit dem Abtriebsabschnitt 31 der Kardanwelle 11 verbunden. Beispielsweise kann der Antriebsabschnitt 31 der Kardanwelle 11 an seinem Endabschnitt eine radiale Erweiterung 32 bilden, die eine Aussparung aufweist, welche zu dem Durchmesser eines Außenrings des ersten Freilaufs 25 und des zweiten Freilaufs 26 passt. Die genannten Außenringe der Freiläufe 25, 26 können derart innerhalb der Aussparung aufgenommen sein, dass sie drehfest mit dem Abtriebsabschnitt 31 der Kardanwelle 11 verbunden sind.
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Die Kardanwelle 11 kann somit über die Freiläufe 25 und 26 sowie über das Ritzel 29 das Hohlrad 18 antreiben, das drehfest mit dem Differenzialkorb 19 verbunden ist. Das Hohlrad 18 ist weiterhin lose auf der ersten Seitenwelle 13 gelagert. Das erste Kegelrad 20 ist drehfest mit der ersten Seitenwelle 13 verbunden, und das zweite Kegelrad 22 ist drehfest mit der zweiten Seitenwelle 14 verbunden. Die Ausgleichsräder 21 können mit dem Differentialkorb 19 rotieren und sind weiterhin drehbar um ihre eigene Achse innerhalb des Differentialkorbs 19 gelagert. Die Ausgleichsräder 21 können sowohl mit dem ersten Kegelrad 20 als auch mit dem zweiten Kegelrad 22 kämmen und die Kegelräder 20, 22 antreiben.
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Der erste Freilauf 25 ist in dem gezeigten Beispiel nach 8 schaltbar ausgeführt. Der erste Freilauf 25 kann wahlweise in einen ersten Betriebszustand (aktiviert) und in einen zweiten Betriebszustand (deaktiviert) versetzt werden. In dem ersten Betriebszustand kann über den ersten Freilauf 25 ein Drehmoment von dem Antriebabschnitt 30 der Kardanwelle 11 auf deren Abtriebsabschnitt 31 in einer Drehrichtung übertragen werden, welche einer Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entspricht (in 9, 11 und 13 innerhalb des ersten Freilaufs 25 mit einer Pfeilspitze symbolisiert), in entgegengesetzter Richtung (einer Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entsprechend; in 9, 11 und 13 innerhalb des ersten Freilaufs 25 mit einem „x“ symbolisiert) jedoch nicht. In dem zweiten Betriebszustand kann über den ersten Freilauf 25 kein Drehmoment von dem Antriebabschnitt 30 der Kardanwelle 11 auf deren Abtriebsabschnitt 31 übertragen werden, und zwar in keiner der vorstehend beschriebenen Drehrichtungen. Ferner kann der erste Freilauf verhindern, dass über ihn ein Drehmoment von dem Abtriebsabschnitt 31 der Kardanwelle 11 auf den Antriebsabschnitt 30 der Kardanwelle 11 übertragen wird.
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Der zweite Freilauf 26 ist ein nicht-schaltbarer Freilauf. Der zweite Freilauf 26 kann ein Drehmoment von dem Antriebabschnitt 30 der Kardanwelle 11 auf deren Abtriebsabschnitt 31 in derjenigen Drehrichtung übertragen, welche der Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entspricht (in 9, 11 und 13 innerhalb des zweiten Freilaufs 26 mit einer Pfeilspitze symbolisiert), in entgegengesetzter Richtung (der Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entsprechend; in 9, 11 und 13 innerhalb des zweiten Freilaufs 26 mit einem „x“ symbolisiert) jedoch nicht. Ferner kann der zweite Freilauf verhindern, dass über ihn ein Drehmoment von dem Abtriebsabschnitt 31 der Kardanwelle 11 auf den Antriebsabschnitt 30 der Kardanwelle 11 übertragen wird.
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In einer besonders einfachen Ausgestaltung kann auch der erste Freilauf 25 als nicht-schaltbarer Freilauf ausgeführt sein, z.B. wie der zweite Freilauf 26. Allerdings ist der erste Freilauf 25 dann derart orientiert, dass der erste Freilauf 25 ein Drehmoment von dem Antriebabschnitt 30 der Kardanwelle auf den Abtriebsabschnitt 31 der Kardanwelle 11 in derjenigen Drehrichtung übertragen kann, welche der Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entspricht, in entgegengesetzter Richtung (der Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entsprechend) jedoch nicht. Ferner kann der erste Freilauf verhindern, dass über ihn ein Drehmoment von dem Abtriebsabschnitt 31 der Kardanwelle 11 auf den Antriebsabschnitt 30 der Kardanwelle 11 übertragen wird.
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In dem Betriebszustand nach 8 und 9 ist die Kupplung 10 (vgl. 1) geschlossen. Dabei treibt die Antriebseinheit 3 die Kardanwelle 11 an. Der Antriebsabschnitt 30 der Kardanwelle 11 ist in dem Betriebszustand nach 8 und 9 über den zweiten Freilauf 26 mit dem Abtriebsabschnitt 31 der Kardanwelle 11 gekoppelt, sodass ein Drehmoment von dem Antriebsabschnitt 30 auf den Abtriebsabschnitt 31 der Kardanwelle 11 übertragen werden kann, und zwar in derjenigen Drehrichtung, welche der Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entspricht. Ein entsprechender Kraftfluss ist in 9 mit einem Pfeil 27 verdeutlicht. Der Abtriebsabschnitt 31 der Kardanwelle 31 treibt über das Ritzel 29 das Hohlrad 18 des hinteren Differentialgetriebes 12 in der Drehrichtung (die der Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entspricht) gemäß Drehpfeil 28 an.
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Das Hohlrad 18 überträgt über den Differentialkorb 19 und die Ausgleichsräder 21 ein Drehmoment auf das erste Kegelrad 20, welches das Drehmoment auf die erste Seitenwelle 13 überträgt. Die erste Seitenwelle 13 ist drehfest mit dem ersten Hinterrad 15 verbunden, sodass das erste Hinterrad 15 von der ersten Seitenwelle 13 in der Drehrichtung 28 angetrieben wird. Das Hohlrad 18 überträgt weiterhin über den Differentialkorb 19 und die Ausgleichsräder 21 ein Drehmoment auf das zweite Kegelrad 22, welches das Drehmoment auf die zweite Seitenwelle 14 überträgt. Die zweite Seitenwelle 14 ist drehfest mit dem zweiten Hinterrad 16 verbunden, sodass das zweite Hinterrad 16 von der zweiten Seitenwelle 14 in der Drehrichtung 28 angetrieben wird.
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Da bei einer Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 kein Drehmoment von dem Antriebsabschnitt 30 der Kardanwelle 11 über den ersten Freilauf 25 auf den Abtriebsabschnitt 31 der Kardanwelle 11 übertragen wird, kann der erste Freilauf 25 in dem zweiten Betriebszustand belassen werden, da dies je nach Ausführung des ersten Freilaufs 25 energetisch von Vorteil sein kann. Alternativ kann der erste Freilauf 25 auch in den ersten Betriebszustand versetzt werden, wobei jedoch ebenfalls kein Drehmoment über den ersten Freilauf 25 übertragen wird.
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In dem Betriebszustand nach 10 und 11 ist die Kupplung 10 (vgl. 1) geöffnet und das Kraftfahrzeug 1 wird von der Antriebseinheit 3 lediglich über die Vorderachse 9 in Vorwärtsrichtung angetrieben („Hinterachse abgekoppelt, Vorwärtsfahrt“). Somit treibt die Antriebseinheit 3 die Kardanwelle 11 nicht an, was in 11 mit einem „X“ in dem Antriebsabschnitt 30 der Kardanwelle 11 verdeutlicht ist. Der Antriebsabschnitt 30 der Kardanwelle 11 überträgt kein Drehmoment über die Freiläufe 25 und 26 auf den Abtriebsabschnitt 31 der Kardanwelle 11. Somit treibt auch das Ritzel 29 nicht über das Hohlrad 18, den Differentialkorb 19 und die Ausgleichsräder 21 des hinteren Differentialgetriebes 12 an. Somit wird auch kein Drehmoment von den Ausgleichsrädern 21 auf das erste Kegelrad 22 und auf das zweite Kegelrad 22 übertragen, sodass weder die erste Seitenwelle 13 noch die zweite Seitenwelle 14 von der Antriebseinheit 3 angetrieben werden.
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Das erste Hinterrad 15 treibt jedoch durch die Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 die erste Seitenwelle 13 und das erste Kegelrad 20 gemäß Drehpfeil 28 an. Das erste Kegelrad 20 treibt über die Ausgleichsräder 21 den Differentialkorb 19 und das Hohlrad 18 in der Drehrichtung gemäß Drehpfeil 28 an. Ebenfalls treibt das zweite Hinterrad 16 durch die Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 die zweite Seitenwelle 14 und das zweite Kegelrad 21. Das zweite Kegelrad 22 treibt über die Ausgleichsräder 21 den Differentialkorb 19 und das Hohlrad 18 in der Drehrichtung gemäß Drehpfeil 28 an. Allerdings wird über den zweiten Freilauf 26 kein Drehmoment von dem Abtriebsabschnitt 31 der Kardanwelle 11 auf deren Antriebsabschnitt 30 übertragen. Sofern der erste Freilauf 25 schaltbar ist, befindet er sich in seinem zweiten Betriebszustand (deaktiviert), sodass auch über den ersten Freilauf 25 kein Drehmoment von dem Abtriebsabschnitt 31 der Kardanwelle 11 auf deren Antriebsabschnitt 30 übertragen werden kann. Auf ähnliche Weise kann das Kraftfahrzeug 1 bei abgekoppelter Hinterachse mit entsprechend entgegengesetzten Drehrichtungen und Kraftflüssen in Rückwärtsrichtung 28' angetrieben werden.
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In dem Betriebszustand nach 12 und 13 ist die Kupplung 10 (vgl. 1) geschlossen. Dabei treibt die Antriebseinheit 3 die Kardanwelle 11 an. Der Antriebsabschnitt 30 der Kardanwelle 11 ist in dem Betriebszustand nach 12 und 13 über den aktivierten ersten Freilauf 25 (erster Betriebszustand des ersten Freilaufs 25) mit dem Abtriebsabschnitt 31 der Kardanwelle 11 gekoppelt, sodass ein Drehmoment von dem Antriebsabschnitt 30 auf den Abtriebsabschnitt 31 der Kardanwelle 11 übertragen werden kann, und zwar in derjenigen Drehrichtung, welche der Rückwärtsfahrt 28' des Kraftfahrzeugs 1 entspricht. Ein entsprechender Kraftfluss ist in 13 mit einem Pfeil 27 verdeutlicht. Über den zweiten Freilauf 26 wird kein Drehmoment von dem Antriebsabschnitt 30 der Kardanwelle 11 auf deren Abtriebsabschnitt 31 übertragen. Der Abtriebsabschnitt 31 der Kardanwelle 31 treibt über das Ritzel 29 das Hohlrad 18 des hinteren Differentialgetriebes 12 in der Drehrichtung (die der Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entspricht) gemäß Drehpfeil 28` an.
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Das Hohlrad 18 überträgt über den Differentialkorb 19 und die Ausgleichsräder 21 ein Drehmoment auf das erste Kegelrad 20, welches das Drehmoment auf die erste Seitenwelle 13 überträgt. Die erste Seitenwelle 13 ist drehfest mit dem ersten Hinterrad 15 verbunden, sodass das erste Hinterrad 15 von der ersten Seitenwelle 13 in der Drehrichtung 28` angetrieben wird. Das Hohlrad 18 überträgt weiterhin über den Differentialkorb 19 und die Ausgleichsräder 21 ein Drehmoment auf das zweite Kegelrad 22, welches das Drehmoment auf die zweite Seitenwelle 14 überträgt. Die zweite Seitenwelle 14 ist drehfest mit dem zweiten Hinterrad 16 verbunden, sodass das zweite Hinterrad 16 von der zweiten Seitenwelle 14 in der Drehrichtung 28` angetrieben wird.
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14 zeigt Details eines weiteren hinteren Differentialgetriebes 12 für den Antriebstrang 2 nach 1. Das hintere Differentialgetriebe 12 umfasst ein Gehäuse 17, welches ein Tellerrad bzw. ein Hohlrad 18, einen Differenzialkorb 19, ein erstes Kegelrad 20, Ausgleichsräder 21, ein zweites Kegelrad 22 sowie die erste Seitenwelle 13 und die zweite Seitenwelle 14 aufnimmt. Weiterhin umfasst das Differentialgetriebe 12 ein Ritzel 29 sowie einen ersten Freilauf 25 und einen zweiten Freilauf 26. Eine Nabe des Hohlrads 18 (Antriebsseite) ist in dem Ausführungsbeispiel nach 14 drehfest auf einem Außenring eines ersten Freilaufs 25 und auf einem Außenring eines zweiten Freilaufs 26 gelagert. Ein Innenring des ersten Freilaufs 25 und ein Innenring des zweiten Freilaufs 26 sind drehfest auf einem Außenumfang des Differentialkorbs 19 (Abtriebsseite) gelagert. Das Hohlrad 18 kann mittels des ersten Freilaufs 25 und mittels des zweiten Freilaufs 26 mit dem Differentialkorb 19 gekoppelt werden und von dem Differentialkorb 19 entkoppelt werden.
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Die Kardanwelle 11 kann über das Ritzel 29, das Hohlrad 18 und über die Freiläufe 25 und 26 den Differenzialkorb 19 antreiben. Das Hohlrad 18 ist weiterhin lose auf der ersten Seitenwelle 13 gelagert. Das erste Kegelrad 20 ist drehfest mit der ersten Seitenwelle 13 verbunden, und das zweite Kegelrad 22 ist drehfest mit der zweiten Seitenwelle 14 verbunden. Die Ausgleichsräder 21 können mit dem Differentialkorb 19 rotieren und sind weiterhin drehbar um ihre eigene Achse innerhalb des Differentialkorbs 19 gelagert. Die Ausgleichsräder 21 können sowohl mit dem ersten Kegelrad 20 als auch mit dem zweiten Kegelrad 22 kämmen und die Kegelräder 20, 22 antreiben.
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Der erste Freilauf 25 ist in dem gezeigten Beispiel nach 14 schaltbar ausgeführt. Der erste Freilauf 25 kann wahlweise in einen ersten Betriebszustand (aktiviert) und in einen zweiten Betriebszustand (deaktiviert) versetzt werden. In dem ersten Betriebszustand kann über den ersten Freilauf 25 ein Drehmoment von dem Hohlrad 18 auf den Differentialkorb 19 in einer Drehrichtung übertragen werden, welche beispielsweise einer Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entspricht, in entgegengesetzter Richtung jedoch nicht. In dem zweiten Betriebszustand kann über den ersten Freilauf 25 kein Drehmoment von dem Hohlrad 18 auf den Differentialkorb 19 übertragen werden, und zwar in keiner der vorstehend beschriebenen Drehrichtungen. Ferner kann der erste Freilauf 25 verhindern, dass über ihn ein Drehmoment von dem Differentialkorb 19 auf das Hohlrad 18 übertragen wird.
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Der zweite Freilauf 26 ist ein nicht-schaltbarer Freilauf. Der zweite Freilauf 26 kann ein Drehmoment von dem Hohlrad 18 auf den Differentialkorb 19 in derjenigen Drehrichtung übertragen, welche beispielsweise der Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entspricht, in entgegengesetzter Richtung jedoch nicht. Ferner kann der zweite Freilauf 26 verhindern, dass über ihn ein Drehmoment von dem Differentialkorb 19 auf das Hohlrad 18 übertragen wird.
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In einer besonders einfachen Ausgestaltung kann auch der erste Freilauf 25 als nicht-schaltbarer Freilauf ausgeführt sein, z.B. wie der zweite Freilauf 26. Allerdings ist der erste Freilauf 25 dann derart orientiert, dass der erste Freilauf 25 ein Drehmoment von dem Hohlrad 18 auf den Differentialkorb 19 in derjenigen Drehrichtung übertragen kann, welche der Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entspricht, in entgegengesetzter Richtung (der Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entsprechend) jedoch nicht. Ferner kann der erste Freilauf 25 verhindern, dass über ihn ein Drehmoment von dem Differentialkorb 19 auf das Hohlrad 18 übertragen wird.
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15 zeigt Details eines hinteren Differentialgetriebes 12 für den Antriebstrang 2 nach 1 von der reibschlüssigen Kupplung 10 aus betrachtet. Das hintere Differentialgetriebe 12 umfasst ein Gehäuse 17, welches ein Tellerrad bzw. ein Hohlrad 18, einen Differenzialkorb 19, ein erstes Kegelrad 20, Ausgleichsräder 21, ein zweites Kegelrad 22 sowie Teile der ersten Seitenwelle 13 und der zweiten Seitenwelle 14 aufnimmt.
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Die Kardanwelle 11 kann das Hohlrad 18 antreiben, das drehfest mit dem Differenzialkorb 19 verbunden ist. Das Hohlrad 18 ist weiterhin lose auf der ersten Seitenwelle 13 gelagert. Das erste Kegelrad 20 ist drehfest mit der ersten Seitenwelle 13 verbunden, und das zweite Kegelrad 22 ist drehfest mit der zweiten Seitenwelle 14 verbunden. Die Ausgleichsräder 21 können mit dem Differentialkorb 19 rotieren und sind weiterhin drehbar um ihre eigene Achse innerhalb des Differentialkorbs 19 gelagert. Die Ausgleichsräder 21 können sowohl mit dem ersten Kegelrad 20 als auch mit dem zweiten Kegelrad 22 kämmen und die Kegelräder 20, 22 antreiben.
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Die erste Seitenwelle 13 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zweigeteilt ausgeführt und umfasst einen inneren Abschnitt 23 und einen äußeren Abschnitt 24. Die zweite Seitenwelle 14 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls zweigeteilt ausgeführt und umfasst einen inneren Abschnitt 23 und einen äußeren Abschnitt 24. Der jeweilige innere Abschnitt 33/23 der ersten/zweiten Seitenwelle 13/14 ist drehfest mit dem ersten/zweiten Kegelrad 20/22 verbunden. Der jeweilige innere Abschnitt 33/23 und der jeweilige äußere Abschnitt 34/24 der ersten/zweiten Seitenwelle 13/14 können mittels des ersten/zweiten Freilaufs 25/26 miteinander gekoppelt und voneinander entkoppelt werden. Der erste Freilauf 25 ist dabei drehfest auf dem inneren Abschnitt 33 der ersten Seitenwelle 13 gelagert, und der zweite Freilauf 26 ist drehfest auf dem inneren Abschnitt 23 der zweiten Seitenwelle 14 gelagert. Beispielsweise kann jeweils ein Innenring des ersten Freilaufs 25 bzw. des zweiten Freilaufs 26 drehfest auf dem Außenumfang des inneren Abschnitts 33/23 der ersten/zweiten Seitenwelle 13/14 gelagert sein.
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Weiterhin können der erste Freilauf 25 und der zweite Freilauf 26 außen drehfest mit dem jeweiligen äußeren Abschnitt 34/24 der ersten/zweiten Seitenwelle 13/14 verbunden sein. Beispielsweise können die äußeren Abschnitt 23, 24 der Seitenwellen 13, 14 dazu an ihrem jeweiligen Endabschnitt eine radiale Erweiterung 32 bilden, ähnlich wie dies z.B. durch 3 gezeigt ist.
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Der erste Freilauf 25 und der zweite Freilauf 26 sind in dem gezeigten Beispiel nach 15 schaltbar ausgeführt. Die Freiläufe 25, 26 können wahlweise in einen ersten Betriebszustand (aktiviert) und in einen zweiten Betriebszustand (deaktiviert) versetzt werden. In dem ersten Betriebszustand können über die Freiläufe 25, 26 Drehmomente von dem jeweiligen inneren Abschnitt 33/23 der ersten/zweiten Seitenwelle 13/14 auf deren jeweiligen äußeren Abschnitt 34/24 in sowohl einer ersten Drehrichtung übertragen werden, welche einer Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entspricht, als auch in einer entgegengesetzten zweiten Richtung, welche einer Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 entspricht. In dem zweiten Betriebszustand kann über den ersten Freilauf 25 kein Drehmoment von dem jeweiligen inneren Abschnitt 33/23 der ersten/zweiten Seitenwelle 13/14 auf deren jeweiligen äußeren Abschnitt 33/24 übertragen werden, und zwar in keiner der vorstehend beschriebenen Drehrichtungen. Weiterhin kann kein Drehmoment über den ersten Freilauf 25 von dem äußeren Abschnitt 34 der ersten Seitenwelle 13 auf den inneren Abschnitt 33 der ersten Seitenwelle 13 übertragen werden, wenn der erste Freilauf 25 deaktiviert ist. Ebenfalls kann kein Drehmoment über den zweiten Freilauf 26 von dem äußeren Abschnitt 24 der zweiten Seitenwelle 14 auf den inneren Abschnitt 23 der zweiten Seitenwelle 14 übertragen werden, wenn der zweite Freilauf deaktiviert ist. Dadurch kann ein Mitrotieren insbesondere des Differentialkorbs 19 verhindert werden, wenn die Hinterachse des Kraftfahrzeugs 1 abgekoppelt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Antriebsstrang
- 3
- Antriebseinheit
- 4
- Motor
- 5
- Getriebe
- 6
- vorderes Differentialgetriebe
- 7
- Vorderrad
- 8
- Vorderrad
- 9
- Vorderachse
- 10
- reibschlüssige Kupplung
- 11
- Kardanwelle
- 12
- hinteres Differentialgetriebe
- 13
- erste hintere Seitenwelle
- 14
- zweite hintere Seitenwelle
- 15
- erstes Hinterrad
- 16
- zweites Hinterrad
- 17
- Gehäuse
- 18
- Tellerrad/Hohlrad
- 19
- Differentialkorb
- 20
- erstes Kegelrad
- 21
- Ausgleichsräder
- 22
- zweites Kegelrad
- 23
- innerer Abschnitt zweite Seitenwelle
- 24
- äußerer Abschnitt zweite Seitenwelle
- 25
- schaltbarer erster Freilauf
- 26
- zweiter Freilauf
- 27
- Kraftfluss
- 28
- Drehrichtung die einer Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs entspricht
- 28'
- Drehrichtung die einer Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs entspricht
- 29
- Ritzel
- 30
- Antriebsabschnitt der Kardanwelle
- 31
- Abtriebsabschnitt der Kardanwelle
- 32
- radiale Erweiterung äußerer Abschnitt zweite Seitenwelle
- 33
- innerer Abschnitt erste Seitenwelle
- 34
- äußerer Abschnitt erste Seitenwelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015224779 A1 [0014, 0023, 0024]