DE102019203656A1

DE102019203656A1 - Stirnraddifferentialgetriebe für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102019203656A1
Application number: DE102019203656.2A
Authority: DE
Inventors: Mario Gudlin
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2020-09-24
Also published as: WO2020187956A1

Abstract

Es wird ein Stirnraddifferentialgetriebe mit einem Antriebsrad und mit zumindest zwei Abtriebswellen (2, 3) zum Antrieb eines Fahrzeuges vorgeschlagen, wobei das Antriebsrad als Planetenradträger (1) ausgeführt ist, an dem zumindest ein erster Planetenrädersatz (4) und ein zumindest zweiter Planetenradsatz (5) gelagert sind, wobei der erste Planetenrädersatz (4) der ersten Abtriebswelle (2) und der zweite Planetenradsatz (5) der zweiten Abtriebswelle (3) zugeordnet sind, wobei die erste Abtriebswelle (2) mit einem ersten Sonnenrad (6) und die zweite Abtriebswelle (3) mit einem zweiten Sonnenrad (7) drehfest verbunden sind, wobei ein erstes Planetenrad (8) des ersten Planetenrädersatzes (4) mit dem ersten Sonnenrad (6) in Eingriff bringbar ist und ein Planetenrad (9) des zweiten Planetenradsatzes (5) mit dem zweiten Sonnenrad (7) fest in Eingriff steht, wobei die Anordnungsposition der Planetenradachse (10) des ersten Planetenrades (8) des ersten Planetenrädersatzes (4) derart veränderbar ist, dass der Planetenradträger (1) über das verstellbare erste Planetenrad (8) des ersten Planetenrädersatzes (4) zum Reduzieren von Verlustleistungen von dem ersten Sonnenrad (6) der ersten Abtriebswelle (2) entkoppelbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stirnraddifferentialgetriebe mit einem Antriebsrad und mit zumindest zwei Abtriebswellen zum Antrieb eines Fahrzeuges.
Derartige Stirnraddifferentialgetriebe sind aus der Fahrzeugtechnik allgemein bekannt. Bei dem Stirnraddifferentialgetriebe wird ein Antrieb eines Fahrzeuges unter Ausgleich der unterschiedlichen Raddrehzahlen an den Abtriebswellen realisiert. Aufgrund der Vielzahl von erforderlichen Getriebebauteilen in dem Stirnraddifferentialgetriebe ergibt sich ein unerwünschtes Schleppmoment durch das Mitschleppen der Getriebebauteile und des Antriebes, wenn keine Antriebsleistung auf die Abtriebswellen übertragen werden soll.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stirnraddifferentialgetriebe vorzuschlagen, welches eine Entkopplung zwischen Antriebsrad und einer Abtriebswelle zum Reduzieren der Verlustleistung bzw. des Verlustmomentes ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
Demnach wird ein Stirnraddifferentialgetriebe mit einem Antriebsrad und mit zumindest zwei Abtriebswellen zum Antrieb eines Fahrzeuges vorgeschlagen. Das Antriebsrad ist als Planetenradträger ausgeführt, an dem zumindest ein erster Planetenrädersatz und zumindest ein zweiter Planetenradsatz gelagert sind. Der erste Planetenrädersatz ist der ersten Abtriebswelle und der zweite Planetenradsatz ist der zweiten Abtriebswelle zugeordnet, wobei die erste Abtriebswelle mit einem ersten Sonnenrad und die zweite Abtriebswelle mit einem zweiten Sonnenrad drehfest verbunden sind. Ein erstes verstellbares Planetenrad des ersten Planetenrädersatzes ist mit dem ersten Sonnenrad in Eingriff bringbar, während ein nicht verstellbares Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes mit dem zweiten Sonnenrad fest in Eingriff steht. Die Anordnungsposition der Planetenradachse des verstellbaren ersten Planetenrades des jeweils ersten Planetenrädersatzes ist derart veränderbar, dass der Planetenradträger über das verstellbare erste Planetenrad des jeweils ersten Planetenrädersatzes zum Reduzieren von Verlustleistungen von dem ersten Sonnenrad der ersten Abtriebswelle entkoppelbar ist.
Auf diese Weise wird ein schaltbares bzw. verstellbares Planetenrad bei jedem ersten Planetenrädersatz zum Ein- bzw. Ausschalten bzw. zum Koppeln und Entkoppeln eines Teiles des Antriebsstranges zum Reduzieren der Verlustleistung mit möglichst wenigen Bauteilen ermöglicht. Durch die Veränderung der Anordnungsposition der Planetenradachse bei jedem ersten mobilen Planetenrad der ersten Planetenrädersätze wird der jeweilige Zahneingriff zwischen dem ersten Planetenrad jedes ersten Planetenrädersatzes und dem zugeordneten ersten Sonnenrad der ersten Abtriebswelle zum Entkoppeln des Stirnraddifferentialgetriebes und zum Reduzieren von Schleppmomenten gelöst, sodass der Antriebsstrang aufgetrennt ist.
Zum Entkoppeln des vorgeschlagenen Stirnraddifferentialgetriebes kann im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Planetenradachse jedes ersten verstellbaren Planetenrades der ersten Planetenrädersätze über eine Verstelleinrichtung oder dergleichen derart verstellbar ist, dass der Zahneingriff zwischen jedem ersten verstellbaren Planetenrad jedes ersten Planetenrädersatzes und dem zugeordneten ersten Sonnenrad der ersten Abtriebswelle gelöst werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Verstelleinrichtung die Planetenradachse jedes ersten Planetenrades entsprechend verstellen kann. Je nach Anwendungsfall sind vorzugsweise mehrere erste Planetenrädersätze vorgesehen, sodass demzufolge auch mehrere Planetenradachsen der ersten Planetenräder der ersten Planetenrädersätze gemeinsam über die vorgesehene Verstelleinrichtung synchron verstellbar sind.
Die Verstelleinrichtung des vorgeschlagenen Stirnraddifferentialgetriebes kann auf verschiedene Arten konstruktiv gestaltet werden. Eine konstruktiv besonders einfache und kostengünstige Ausführung sieht vor, dass die Verstelleinrichtung eine mit einem Betätigungsabschnitt verbundene Stellscheibe bzw. Verstellscheibe aufweist. Der Betätigungsabschnitt dient hierbei dazu die erforderliche Drehbewegung zum Verstellen der Stellscheibe zu realisieren, indem beispielsweise der Betätigungsabschnitt mit einer entsprechenden Aktuatorik gekoppelt ist. Die Stellscheibe dient dazu, über eine entsprechende Kopplung mit dem Planetenradträger zu gewährleisten, dass eine Relativbewegung zwischen dem Planetenradträger und der Stellscheibe realisierbar ist, um die radiale Verstellung der zumindest einen Planetenradachse des ersten verstellbaren Planetenrades der ersten Planetenrädersätze zu gewährleisten. Der Betätigungsabschnitt und die Stellscheibe sind fest miteinander verbunden, damit die Drehübertragung gewährleistet ist. Beispielsweise ist der Betätigungsabschnitt drehbar auf den Abtriebswellen oder dergleichen gelagert. Beispielsweise können die Stellscheibe und der Betätigungsabschnitt einteilig aber auch mehrteilig ausgeführt sein.
Durch das Verdrehen der Stellscheibe wird jedes erste Planetenrad radial aus dem im Momentenfluss befindlichen Sonnenrad der zugeordneten Abtriebswelle herausgefahren. Somit gibt es keinen Kraftschluss mehr zwischen dem ersten Planetenrad und dem ersten Sonnenrad, sodass der entkoppelte Zustand bei dem Stirnraddifferentialgetriebe realisiert wird. Das erste mobile bzw. bewegliche Planetenrad jedes ersten Planetenrädersatzes ist an dem Planetenradträger gelagert, welcher wiederum gehäuseseitig gelagert ist. Durch ein Zurückdrehen der Relativdrehung der Stellscheibe bezogen auf den Planetenradträger wird das bewegliche bzw. verstellbare erste Planetenrad wieder mit dem ersten Sonnenrad in Eingriff gebracht und somit wird der Kraftschluss wieder hergestellt und der gekoppelte Zustand des Stirnraddifferentialgetriebes realisiert.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass zum Gewährleisten der Relativbewegung zwischen dem Planetenradträger und der Verstelleinrichtung die Stellscheibe zumindest eine Führungsnut oder dergleichen zum Realisieren von Bewegungsbahnen bzw. Kurvenbahnen mit einem ersten Endbereich als erste Verstellposition und mit einem zweiten Endbereich als zweite Verstellposition umfasst, in der die Planetenradachse jedes ersten Planetenrades der ersten Planetenrädersätze geführt ist, sodass eine Relativbewegung zwischen dem Planetenradträger und der Verstelleinrichtung entlang der durch die Führungsnut gebildeten Kurvenbahn zwischen den Verstellpositionen zum radialen Verstellen der Anordnungsposition der Planetenradachse des ersten Planetenrades des ersten Planetenrädersatzes realisiert wird.
Um eine ausreichende Führung und Lagerung der Planetenradachse jedes ersten Planetenrädersatzes in dem Planetenradträger zu gewährleisten, kann im Rahmen einer konstruktiv besonders einfach gestalteten Ausführung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Planetenradachse als Achswellenschlitten oder dergleichen ausgeführt ist. Der Achswellenschlitten kann einen Achsendabschnitt aufweisen, an dem jedes erste Planetenrad jedes ersten Planetenrädersatzes zur drehbaren Lagerung aufgenommen ist, sodass dieses jeweils unabhängig von dem Planetenradträger drehbar gelagert ist. Um bei der Verstellbewegung eine entsprechende radiale geführte Verschiebung der Planetenradachse bzw. des Achswellenschlittens zu gewährleisten, kann der Achsendabschnitt mittig an einem Führungsabschnitt angeordnet sein, der in einer zugeordneten radial an dem scheibenförmigen Planetenradträger verlaufenden Führungsausnehmung führbar ist, wobei der Führungsabschnitt mit einem Führungselement als Führungsnase oder dergleichen in der Führungsnut der Stellscheibe geführt ist.
Es ist auch im Rahmen einer vereinfachten Ausführung möglich, dass das Führungselement des Achswellenschlittens bzw. der Planetenradachse des ersten Planetenrades quasi ein Achsendabschnitt des Achswellenschlittens ist, der dann in der Führungsnut der Stellscheibe geführt ist. Hierdurch wird ein besonders konstruktiv einfach aufgebauter Achswellenschlitten ohne separates Führungselement ermöglicht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist zum Realisieren der Verstellbewegung der Stellscheibe vorgesehen, dass der Betätigungsabschnitt mit der Stellscheibe relativ zum Planetenradträger drehbar gelagert ist. Die Verstellbewegung wird über den Betätigungsabschnitt realisiert, indem diesem zumindest eine Aktuatorik oder dergleichen zugeordnet ist bzw. mit dem Betätigungsabschnitt gekoppelt ist. Denkbar sind verschiedene Möglichkeiten zum Realisieren der Aktuatorik. Beispielsweise kann die Aktuatorik zumindest ein Verstellmotor umfassen, der direkt oder auch über ein Getriebe bzw. über Getriebestufen oder dergleichen mit dem Betätigungsabschnitt gekoppelt ist. Auf diese Weise wird die Relativbewegung aktiv mit zusätzlichem Energieaufwand durch den Stellmotor realisiert. Der Verstellmotor kann die entsprechende Verdrehung der Stellscheibe in ihre erste oder in ihre zweite Verstellposition und somit zwischen ihren Verstellpositionen realisieren. Anstelle eines separaten Stellmotors kann alternativ auch die Stellscheibenanbindung selber gleichzeitig den Motor bilden, der um die Abtriebswelle gebaut ist. Dadurch würde keine Verzahnung erforderlich sein.
Es ist jedoch auch möglich, als Aktuatorik zumindest ein Federelement zum Verspannen des Betätigungsabschnittes und eine Bremseinrichtung zum gehäuseseitigen Festsetzen des Betätigungsabschnittes zu verwenden. Demzufolge ist die Aktuatorik ohne Verstellmotor vorgesehen, sodass die erforderliche Energie leistungsverzweigt aus dem System entnommen wird. Bei dieser Art der Aktuierung kann die Drehbewegung des Planetenradträgers ausgenutzt werden, um die erste Verstellposition einzunehmen. Zum Erreichen der zweiten Verstellposition kann beispielsweise die Drehbewegung des Planetenradträgers zum Vorspannen des Federelements genutzt werden, um dann bei Bedarf die zweite Verstellposition einzunehmen, wobei die Bremseinrichtung jeweils die Verstellpositionen hält bzw. das Aufbringen der Vorspannkraft ermöglicht. Als Federelement kann beispielsweise eine Zugfeder vorgesehen sein, die zwischen der Stellscheibe und dem Planetenradträger befestigt ist. Das Entkoppeln wird über die gehäusefeste Bremse realisiert und beim Verdrehen der Stellscheibe wird die Zugfeder vorgespannt. Diese Federenergie kann dann wieder zum Entkoppeln genutzt werden. Beim Lösen der Bremse setzt diese dann die Energie frei und verdreht die Stellscheibe in ihre Ausgangsposition zurück.
Eine nächste Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass als Aktuatorik ein axialer Verstellmechanismus mit einer ersten abtriebswellenseitigen Bremse und mit einer zweiten gehäuseseitigen Bremse vorgesehen ist, um die Stellscheibe relativ zum Planetenradträger in ihre Verstellpositionen zu verdrehen. Beispielsweise kann mit der abtriebswellenseitigen Bremse in einer ersten Betätigungsposition der Betätigungsabschnitt mit der Abtriebswelle verbunden werden, um die Stellscheibe relativ zum Planetenradträger in ihre erste Verstellposition zu verdrehen, während mit der gehäuseseitigen Bremse in einer zweiten Betätigungsposition der Betätigungsabschnitt gehäusefestgesetzt wird, um die Stellscheibe relativ zum Planetenradträger in ihre zweite Verstellposition zu verdrehen. Dadurch wird die Stellscheibe gegen das Gehäuse abgebremst und von dem Gesamtsystem, also dem Stirnraddifferentialgetriebe, entkoppelt. Es wird dann die Energie des Antriebes zum Verstellen genutzt. Die Stellscheibe wird verzögert und der Planetenradträger rotiert weiter. Die Trennung kann im Stillstand als auch unter Drehzahl erfolgen. Um das System wieder zu entkoppeln, kann die Bremse durch die rotierende Abtriebswelle die nötige Stellenergie aufnehmen, um die Stellscheibe zurück in die Ausgangslage zu drehen.
Dem Verstellmechanismus kann ein Linearmotor, ein Schneckengetriebe, ein Hydraulikzylinder oder dergleichen zugeordnet sein, um die Betätigungsposition zu erreichen, wobei hierbei in vorteilhafterweise nur ein geringer Stellweg von nur 0,5 mm oder dergleichen benötigt wird.
Grundsätzlich kann die Aktuatorik an die Einbauverhältnisse angepasst werden. Wenn beispielsweise eine Verstellung nur im Stillstand des Fahrzeuges erforderlich ist, wäre nur eine gehäusefeste Bremse erforderlich. Das Ein- und Auslegen bzw. Koppeln und Entkoppeln wird über die Drehrichtung des Antriebes geregelt.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Stellscheibe radial innerhalb des Planetenradträgers axial zwischen dem zumindest ersten Planetenrädersatz und dem zumindest zweiten Planetenradsatz angeordnet ist. Demzufolge wird die Stellscheibe bauraumsparend radial innerhalb des Planetenradträgers untergebracht.
Der konstruktive Aufbau der an dem Planetenradträger gelagerten Planetenrädersätze bzw. Planetenradsatz sind auf verschiedene Arten realisierbar. Der Aufbau des ersten Planetenrädersatzes und des zweiten Planetenradsatz ist aufgrund der Funktionsweise des Stirnraddifferentialgetriebes unterschiedlich. Jeder erste Planetenrädersatz weist ein erstes verstellbares Planetenrad auf, welches mit einem zweiten Planetenrad als Drehrichtungsumkehrplanetenrad bzw. Durchtriebsplanetenrad ständig in Eingriff steht. Das erste Planetenrad ist quasi das mobile bzw. radial verstellbare Planetenrad, um den Eingriff mit dem zugeordneten Sonnenrad zu lösen. Das zweite Planetenrad bzw. Durchtriebsplanetenrad dient gleichzeitig auch zur Drehrichtungsumkehr, um die korrekte Drehrichtung an der zugeordneten Abtriebswelle zu realisieren. Das Durchtriebsplanetenrad dient ferner dazu, das Drehmoment durch den Planetenradträger auf das korrespondierende Durchtriebsplanetenrad des zweiten Planetenradsatzes durchzuleiten. Dieses Durchtriebsplanetenrad als einziges Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes steht mit dem zweiten Sonnenrad ständig in Eingriff. Demzufolge ist bei dem zweiten Planetenradsatz kein verstellbares mobiles Planetenrad vorgesehen. Um die Drehmomentübertragung zwischen den beiden Durchtriebsplanetenrädern des ersten Planetenrädersatzes und des zweiten Planetenradsatzes zu realisieren, ist vorgesehen, dass das Durchtriebsplanetenrad des ersten Planetenrädersatzes und das Durchtriebsplanetenrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest an einer gemeinsamen Durchtriebswelle oder dergleichen angeordnet sind, wobei die Durchtriebswelle drehbar in dem Planetenradträger gelagert ist. Auf diese Weise können die drehfest mit der Durchtriebswelle verbundenen Durchtriebsplanetenräder synchron gedreht werden.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass jeweils drei erste Planetenrädersätze dem ersten Sonnenrad der ersten Abtriebswelle zugeordnet sind und dass beispielsweise drei zweite Planetenradsätze dem zweiten Sonnenrad der zweiten Abtriebswelle zugeordnet sind. Demzufolge sind drei erste Planetenrädersätze jeweils mit einem ersten verstellbaren Planetenrad und mit einem zweiten Planetenrad als Durchtriebsplanetenrad an einer ersten Seite des Planetenradträgers dem ersten Sonnenrad zugeordnet, während drei zweite Planetenradsätze jeweils mit einem Planetenrad als Durchtriebsplanetenrad auf der zweiten Seite des Planetenradträgers dem zweiten Sonnenrad zugeordnet sind. Es sind auch andere Ausführungsmöglichkeiten denkbar.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

1 eine dreidimensionale Ansicht einer ersten Seite des erfindungsgemäßen Stirnraddifferentialgetriebes mit ersten Planetenradsätzen im gekoppelten Zustand mit einem zugeordneten ersten Sonnenrad;
2 eine dreidimensionale Ansicht einer zweiten Seite des erfindungsgemäßen Stirnraddifferentialgetriebes mit mehreren zweiten Planetenradsätzen im gekoppelten Zustand mit einem zugeordneten zweiten Sonnenrad;
3 eine dreidimensionale Ansicht der ersten Seite des Stirnraddifferentialgetriebes im entkoppelten bzw. nicht gekoppelten Zustand;
4 eine dreidimensionale Ansicht der zweiten Seite des Stirnraddifferentialgetriebes im entkoppelten bzw. nicht gekoppelten Zustand;
5 eine dreidimensionale geschnittene Ansicht des Stirnraddifferentialgetriebes;
6 eine dreidimensionale geschnittene Ansicht des Stirnraddifferentialgetriebes aus einer weiteren Perspektive;
7 eine Draufsicht auf die erste Seite des Stirnraddifferentialgetriebes mit nur einem ersten Planetenrädersatz im gekoppelten Zustand;
8 eine Draufsicht auf die zweite Seite des Stirnraddifferentialgetriebes mit nur einem zweiten Planetenradsatz im gekoppelten Zustand;
9 eine Einzelteilansicht eines Planetenradträgers als Antriebsrad des Stirnraddifferentialgetriebes;
10 eine Einzelteilansicht einer Stellscheibe des Stirnraddifferentialgetriebes;
11 eine Einzelteilansicht einer Durchtriebswelle des Stirnraddifferentialgetriebes;
12 eine Einzelteilansicht eines Achswellenschlittens bzw. einer verlagerbaren Planetenradachse des Stirnraddifferentialgetriebes;
13 eine Schnittansicht des Stirnraddifferentialgetriebes mit einer eine gehäusefeste Bremse und ein Federelement aufweisender Aktuatorik zum Betätigen der Verstelleinrichtung;
14 eine Schnittansicht des Stirnraddifferentialgetriebes mit einem Verstellmotor als Direktantrieb als Aktuatorik zum Betätigen der Verstelleinrichtung;
15 eine Schnittansicht des Stirnraddifferentialgetriebes mit einer über ein Getriebe mit einem Verstellmotor ausgeführten Aktuatorik; und
16 eine Schnittansicht des Stirnraddifferentialgetriebes mit einem axialen Verstellmechanismus als Aktuatorik zum Betätigen der Verstelleinrichtung.

In den 1 bis 16 sind verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferentialgetriebes beispielhaft dargestellt. Unabhängig von den möglichen Ausführungen des Stirnraddifferentialgetriebes ist ein als Planetenradträger 1 ausgeführtes Antriebsrad und eine erste Abtriebswelle 2 sowie eine zweite Abtriebswelle 3 zum Antrieb eines Fahrzeuges vorgesehen, wobei an dem Planetenradträger 1 eine Außenverzahnung 35 zum Antrieb vorgesehen ist.
Abgesehen von den Darstellungen gemäß 7 und 8 umfasst das Stirnraddifferentialgetriebe jeweils drei erste Planetenrädersätze 4 und drei zweite Planetenradsätze 5 an den beiden Seiten des scheibenförmigen Planetenradträgers 1, wobei die ersten Planetenrädersätze 4 und die zweiten Planetenradsätze 5 an dem Planetenradträger 1 gelagert sind. Die Planeten bzw. Räder der Planetenrädersätze 4 bzw. Planetenradsätze 5 sind jeweils als Stirnräder ausgeführt.
Die ersten Planetenrädersätze 4 sind der ersten Abtriebswelle 2 und die zweiten Planetenradsätze 5 sind der zweiten Abtriebswelle 3 zugeordnet. Die erste Abtriebswelle 2 ist mit einem ersten Sonnenrad 6 und die zweite Abtriebswelle 3 ist mit einem zweiten Sonnenrad 7 drehfest verbunden. Die ersten verstellbaren Planetenräder 8 der ersten Planetenrädersätze 4 sind mit dem zugeordneten ersten Sonnenrad 6 in Eingriff bringbar, sodass der Planetenradträger 1 von der ersten Abtriebswelle 2 entkoppelbar ist und mit dieser im gekoppelten Zustand verbindbar ist. Die Planetenräder 9 der zweiten Planetenradsätze 5 stehen fest mit dem zugeordneten zweiten Sonnenrad 7 der zweiten Abtriebswelle 3 in Eingriff und sind somit nicht verstellbar ausgeführt.
Die Planetenradachsen 10 der ersten Planetenräder 8 der ersten Planetenrädersätze 4 sind bezüglich ihrer Anordnungsposition derart veränderbar, insbesondere radial verlagerbar, dass der Planetenradträger 1 von den ersten Planetenrädersätzen 4 zum Reduzieren von Verlustleistungen von dem ersten Sonnenrad 6 der ersten Abtriebswelle 2 entkoppelbar ist. Zum Verstellen der Planetenradachse 10 der ersten Planetenräder 8 der ersten Planetenrädersätze 4 ist eine Verstelleinrichtung vorgesehen, sodass der Zahneingriff zwischen den ersten Planetenrädern 8 der ersten Planetenrädersätze 4 und dem zugeordneten ersten Sonnenrad 6 lösbar ist. Die Verstelleinrichtung umfasst eine mit einem Betätigungsabschnitt 11 verbundene Stellscheibe 12. Die stellscheibe ist über Verbindungselemente 27 an dem Betätigungsabschnitt 11 befestigt.
In 1 ist eine dreidimensionale Ansicht einer ersten Seite des Stirnraddifferentialgetriebes dargestellt, aus der die drei ersten Planetenrädersätze 4 ersichtlich sind, die an der ersten Seite des Planetenradträgers 1 angeordnet bzw. gelagert sind. Insbesondere im Zusammenhang mit den Schnittdarstellungen gemäß 13 bis 16 wird deutlich, dass das mit der ersten Abtriebswelle 2 drehfest verbundene erste Sonnenrad 6 mit jeweils den ersten verstellbaren Planetenrädern 8 der ersten Planetenrädersätze 4 in Eingriff steht, da der gekoppelte Zustand des Stirnraddifferentialgetriebes dargestellt ist. Die ersten Planetenräder 8 der ersten Planetenrädersätze 4 stehen jeweils mit einem zweiten Planetenrad als Durchtriebsplanetenrad 14 der ersten Planetenrädersätze 4 in Eingriff. Die Durchtriebsplanetenräder 14 dienen zusätzlich als Drehrichtungsumkehrplanetenrad, um die korrekte Drehrichtung zu gewährleisten.
2 zeigt eine dreidimensionale Ansicht der zweiten Seite des Stirnraddifferentialgetriebes, aus der die drei zweiten Planetenradsätze 5 ersichtlich sind, die ebenfalls an dem Planetenradträger 1 angeordnet und gelagert sind. Die drei zweiten Planetenradsätze 5 umfassen jeweils nur ein Planetenrad 9, welches mit dem zweiten Sonnenrad 7 fest in Eingriff steht. Das zweite Sonnenrad 7 ist drehfest mit der zweiten Abtriebswelle 3 verbunden.
In 3 ist eine dreidimensionale Ansicht der ersten Seite des Stirnraddifferentialgetriebes im entkoppelten Zustand dargestellt, in dem die ersten verstellbaren Planetenräder 8 der ersten Planetenrädersätze 4 durch die Verstelleinrichtung aus der Verzahnung des zugeordneten ersten Sonnenrades 6 radial herausbewegt worden sind.
In 4 ist eine dreidimensionale Ansicht der zweiten Seite des Stirnraddifferentialgetriebes im entkoppelten Zustand dargestellt. Durch entsprechende Pfeile ist die Verstellbewegung der ersten verstellbaren Planetenräder 8 der ersten Planetenrädersätze 4 angedeutet. Die Planetenräder 9 der zweiten Planetenradsätze 5, welche als Durchtriebsplanetenräder ausgeführt sind, stehen jedoch nach wie vor in Eingriff mit dem zweiten Sonnenrad 7.
Die beiden dreidimensionalen geschnittenen Ansichten gemäß 5 und 6 in Verbindung mit den Draufsichten gemäß 7 und 8 zeigen den Aufbau der Verstelleinrichtung. Demnach umfasst die Stellscheibe 12 drei über den Umfang des Planetenradträgers 1 verteilt angeordnete Führungsnuten 21 mit jeweils einem ersten Endbereich als erste Verstellposition und einem zweiten Endbereich als zweite Verstellposition, in denen jeweils die Planetenradachse 10 der ersten verstellbaren Planetenräder 8 der ersten Planetenrädersätze 4 entlang der durch die Führungsnuten 21 gebildeten Führungsbahnen geführt sind, sodass durch eine Relativbewegung zwischen dem Planetenradträger 1 und der Stellscheibe 12 entlang der Führungsnuten 21 zwischen den Verstellpositionen eine radiale Verstellung der Anordnungsposition der Planetenradachse 10 der ersten verstellbaren Planetenräder 8 der ersten Planetenrädersätze 4 realisiert wird.
Da das Stirnraddifferentialgetriebe jeweils drei erste Planetenrädersätze 4 aufweist, sind in der Stellscheibe 12 drei Führungsnuten 21 vorgesehen, wie dies auch aus der Einzelteilansicht gemäß 10 verdeutlicht wird.
Eine beispielhafte Einzelteilansicht einer Durchtriebwelle 17 ist in 11 dargestellt. Die Durchtriebsplanetenräder 14 der ersten Planetenrädersätze 4 und die Planetenräder 9 als Durchtriebplanetenräder der zweiten Planetenradsätze 5 sind jeweils drehfest an der zugeordneten gemeinsamen Durchtriebswelle 17 angeordnet, wobei die Durchtriebswelle 17 drehbar in dem Planetenradträger 1 gelagert ist. Zur drehfesten Lagerung der Durchtriebsplanetenräder 14 der ersten Planetenrädersätze 4 und der Planetenräder bzw. Durchtriebsplanetenräder der zweiten Planetenradsätze 5 sind jeweils Vierkantendabschnitte 18, 19 an den Durchtriebswellen 17 angeordnet. Die Vierkantendabschnitte 18, 19 sind durch einen Lagerabschnitt 20 zur drehbaren Lagerung der Durchtriebswelle 17 in dem Planetenradträger 1 voneinander getrennt.
Die Planetenradachsen 10 der ersten verstellbaren Planetenräder 8 der ersten Planetenrädersätze 4 sind quasi als Achswellenschlitten ausgeführt. In 12 ist der Achswellenschlitten als Einzelteilansicht im Detail dargestellt. Jeder Achswellenschlitten weist einen Achsendabschnitt 22 zum drehbaren Lagern der ersten verstellbaren Planetenräder 8 der ersten Planetenrädersätze 4 auf, wobei der Achsendabschnitt 22 mittig an einen Führungsabschnitt 24 angeordnet ist, wobei jeder Führungsabschnitt 24 als Nutstein ausgeführt ist. Der Führungsabschnitt 24 ist jeweils in einer zugeordneten radial an dem scheibenförmigen Planetenradträger 1 verlaufenden Führungsausnehmung 25 führbar, wobei der Führungsabschnitt 24 mit einem Führungselement 26 quasi als vorstehende Nase in der zugeordneten Führungsnut 21 der Stellscheibe 12 geführt ist. Da drei erste verstellbare Planetenräder 8 der ersten Planetenrädersätze 4 vorgesehen sind, sind auch drei radial an dem Planetenradträger 1 verlaufende Führungsausnehmungen 25 zum Aufnehmen der drei Führungsabschnitte 24 vorgesehen, wie in der Einzelteilansicht gemäß 9 dargestellt ist.
In den 13 bis 16 sind verschiedene Aktuatoriken des Stirnraddifferentialgetriebes beispielhaft dargestellt.
In 13 wird die Verstellbewegung der Stellscheibe 12 relativ zum Planetenradträger 1 durch zumindest ein Federelement 28 und eine Bremseinrichtung 29 realisiert. Das Federelement 28 ist einerseits an der Stellscheibe 12 und andererseits an dem Planetenradträger 1 befestigt, sodass bei einer Relativdrehung eine Vorspannkraft aufgebracht wird. Die Bremseinrichtung 29 ist gehäuseseitig vorgesehen und kann den Betätigungsabschnitt 11 und damit auch die Stellscheibe 12 festsetzen. Auf diese Weise können die beiden Verstellpositionen der Stellscheibe 12 erreicht werden.
In 14 ist als Aktuatorik des Stirnraddifferentialgetriebes ein Verstellmotor 30 vorgesehen, der dem Betätigungsabschnitt 11 der Verstelleinrichtung zugeordnet ist. Auf diese Weise kann die Stellscheibe 12 in ihre beiden Verstellpositionen mit Hilfe des Verstellmotors 30 gebracht werden.
15 zeigt eine weitere Aktuatorik an dem Stirnraddifferentialgetriebe, bei der der Verstellmotor 30 über eine Getriebestufe 31 mit dem Betätigungsabschnitt 11 gekoppelt ist, sodass die Stellscheibe 12 in ihre Verstellposition bringbar ist.
Schließlich zeigt 16 eine weitere Aktuierungsmöglichkeit des Stirnraddifferentialgetriebes. Die Aktuatorik umfasst eine erste abtriebswellenseitige Bremse 32, die den Betätigungsabschnitt 11 drehfest mit z. B. der zweiten Abtriebswelle 3 verbinden kann, und eine zweite gehäuseseitige Bremse 33, die den Betätigungsabschnitt 11 gehäusefest setzen kann. Eine Aktuatorik z. B. als Linearmotor, Schneckengetriebe, Hydraulikzylinder oder dergleichen betätigt einen axialen Verstellmechanismus 34 in der Weise, dass der Betätigungsabschnitt 11 durch die Drehung der zweiten Abtriebswelle 3 bei geschlossener ersten Bremse 32 verdreht wird oder bei geschlossener zweiten Bremse 33 gehäusefest gesetzt wird. Auf diese Weise können mit Hilfe des Verstellmechanismus 34 ebenfalls beide Verstellpositionen der Stellscheibe 12 erreicht werden.
Bezugszeichenliste

1: Planetenradträger
2: erste Abtriebswelle
3: zweite Abtriebswelle
4: erster Planetenrädersatz
5: zweiter Planetenradsatz
6: erstes Sonnenrad
7: zweites Sonnenrad
8: erstes verstellbares Planetenrad des ersten Planetenrädersatz
9: Planetenrad des zweiten Planetenradsatz
10: Planetenradachse (verlagerbar)
11: Betätigungsabschnitt
12: Stellscheibe
14: Durchtriebsplanetenrad bzw. zweites Planetenrad des ersten Planetenrädersatz
17: Durchtriebswelle
18: Vierkantendabschnitt auf der Seite des ersten Planetenrädersatzes
19: Vierkantendabschnitt auf der Seite des zweiten Planetenrädersatzes
20: Lagerabschnitt
21: Führungsnut
22: Achsendabschnitt
24: Führungsabschnitt
25: Führungsausnehmung
26: Führungselement
27: Verbindungselement
28: Federelement
29: Bremseinrichtung
30: Verstellmotor
31: Getriebestufe
32: erste abtriebswellenseitige Bremse
33: zweite gehäuseseitige Bremse
34: Verstellmechanismus
35: Außenverzahnung

Claims

Stirnraddifferentialgetriebe mit einem Antriebsrad und mit zumindest zwei Abtriebswellen (2, 3) zum Antrieb eines Fahrzeuges, wobei das Antriebsrad als Planetenradträger (1) ausgeführt ist, an dem zumindest ein erster Planetenrädersatz (4) und ein zumindest zweiter Planetenradsatz (5) gelagert sind, wobei der erste Planetenrädersatz (4) der ersten Abtriebswelle (2) und der zweite Planetenradsatz (5) der zweiten Abtriebswelle (3) zugeordnet sind, wobei die erste Abtriebswelle (2) mit einem ersten Sonnenrad (6) und die zweite Abtriebswelle (3) mit einem zweiten Sonnenrad (7) drehfest verbunden sind, wobei ein erstes Planetenrad (8) des ersten Planetenrädersatzes (4) mit dem ersten Sonnenrad (6) in Eingriff bringbar ist und ein Planetenrad (9) des zweiten Planetenradsatzes (5) mit dem zweiten Sonnenrad (7) fest in Eingriff steht, wobei die Anordnungsposition der Planetenradachse (10) des ersten Planetenrades (8) des ersten Planetenrädersatzes (4) derart veränderbar ist, dass der Planetenradträger (1) über das verstellbare erste Planetenrad (8) des ersten Planetenrädersatzes (4) zum Reduzieren von Verlustleistungen von dem ersten Sonnenrad (6) der ersten Abtriebswelle (2) entkoppelbar ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradachse (10) des ersten verstellbaren Planetenrades (8) des ersten Planetenrädersatzes (4) über eine Verstelleinrichtung derart verstellbar ist, dass der Zahneingriff zwischen dem ersten verstellbaren Planetenrad (8) des ersten Planetenrädersatzes (4) und dem zugeordneten ersten Sonnenrad (6) der ersten Abtriebswelle (2) lösbar ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung eine mit einem Betätigungsabschnitt (11) verbundene Stellscheibe (12) aufweist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellscheibe (12) zumindest eine Führungsnut (21) mit einem ersten Endbereich als erste Verstellposition und einem zweiten Endbereich als zweite Verstellposition umfasst, in der die Planetenradachse (10) des ersten verstellbaren Planetenrades (8) des ersten Planetenrädersatzes (4) geführt ist, sodass durch eine Relativbewegung zwischen dem Planetenradträger (1) und der Verstelleinrichtung entlang der Führungsnut (21) zwischen den Verstellpositionen eine radiale Verstellung der Anordnungsposition der Planetenradachse (10) des ersten verstellbaren Planetenrades (8) des ersten Planetenrädersatzes (4) realisierbar ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradachse (10) des ersten verstellbaren Planetenrades (8) des ersten Planetenrädersatzes (4) als Achswellenschlitten ausgeführt ist, wobei der Achswellenschlitten einen Achsendabschnitt (22) zum drehbaren Lagern des ersten verstellbaren Planetenrades (8) des ersten Planetenrädersatzes (4) aufweist, wobei der Achsendabschnitt (22) mittig an einem Führungsabschnitt (24) angeordnet ist, der in einer zugeordneten radial an dem scheibenförmigen Planetenradträger (1) verlaufenden Führungsausnehmung (25) führbar ist und wobei der Führungsabschnitt (24) mit einem Führungselement (26) in einer zugeordneten Führungsnut (21) der Stellscheibe (12) geführt ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsabschnitt (11) mit der Stellscheibe (12) relativ zum Planetenradträger (1) drehbar gelagert ist, wobei der Betätigungsabschnitt (11) mit zumindest einer Aktuatorik zum Ausführen der Verstellbewegung der Stellscheibe (12) gekoppelt ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Aktuatorik zumindest ein Verstellmotor (30) direkt oder über eine Getriebestufe (31) mit dem Betätigungsabschnitt (11) gekoppelt ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Aktuatorik zumindest ein Federelement (28) zum Verspannen des Betätigungsabschnittes (11) und eine Bremseinrichtung (29) zum gehäuseseitigen Festsetzen des Betätigungsabschnittes (11) vorgesehen sind.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Aktuatorik ein betätigbarer axialer Verstellmechanismus (34) mit einer ersten abtriebswellenseitigen Bremse (32) und mit einer zweiten gehäuseseitigen Bremse (33) vorgesehen ist, um die Stellscheibe (12) relativ zum Planetenradträger (1) in ihre Verstellpositionen zu verdrehen.
Stirnraddifferentialgetriebe nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellscheibe (12) radial innerhalb des Planetenradträgers (1) axial zwischen dem zumindest ersten Planetenrädersatz (4) und dem zumindest zweiten Planetenradsatz (5) angeordnet ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste verstellbare Planetenrad (8) jedes ersten Planetenrädersatzes (4) mit einem Durchtriebsplanetenrad (14) als zweites Planetenrad des ersten Planetenrädersatzes (4) in Eingriff steht.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchtriebsplanetenrad (14) zusätzlich als Drehrichtungsumkehrplanetenrad ausgeführt ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenrad (9) jedes zweiten Planetenradsatzes (5) als Durchtriebsplanetenrad ausgeführt ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchtriebsplanetenrad (14) des ersten Planetenrädersatzes (4) drehfest mit dem als Durchtriebsplanetenrad ausgeführten Planetenrad (9) des zweiten Planetenradsatzes (5) an einer gemeinsamen Durchtriebswelle (17) angeordnet sind, wobei die Durchtriebswelle (17) drehbar an dem Planetenradträger (1) gelagert ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei erste Planetenrädersätze (4) dem ersten Sonnenrad (6) der ersten Abtriebswelle (2) zugeordnet sind und dass drei zweite Planetenradsätze (5) dem zweiten Sonnenrad (7) der zweiten Abtriebswelle (3) zugeordnet sind.