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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Differentialgetriebe für eine Antriebsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Antriebsanordnung mit Merkmalen des Anspruchs 10.
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Es sind verschiedene Abkoppelsysteme bekannt, die ein Differentialgetriebe von einem Antrieb abgekoppelt können.
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So offenbart beispielsweise
DE 10 2013 111 891 B4 eine Antriebsanordnung mit einem Differentialgetriebe und einer Kupplung, die über einen Aktuator betätigt werden kann. Die Kupplung ist im Leistungspfad zwischen einem Antriebsrad und einem Trägerelement des Differentialgetriebes geschaltet. Das Trägerelement ist um eine Achse drehbar im Gehäuse gelagert. Das Antriebsrad ist mit dem Gehäuse verschweißt. Durch die Kupplung kann das Antriebsrad von dem Trägerelement abgekoppelt werden, so dass sich ein Schleppmoment eines am Antriebsrad angeschlossenen und ausgeschaltenen Elektromotors vermieden werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Differentialgetriebe für eine Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruch 1 und eine Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
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Erfindungsgemäß wird ein Differentialgetriebe für eine Antriebsanordnung vorgeschlagen. Das Differentialgetriebe weist einen Differentialkorb und ein Zahnrad auf, wobei das Zahnrad zum Antrieb des Differentialkorbs um eine Drehachse mittels einer Kupplung mit dem Differentialkorb gekoppelt und vom Differentialkorb entkoppelt werden kann. Radial (in Bezug auf Drehachse) zwischen dem Zahnrad und dem Differentialkorb ist ein Lager angeordnet. Das Zahnrad ist mittels des Lagers um die Drehachse drehbar am Differentialkorb gelagert, so dass, wenn sich die Kupplung im entkoppelten Zustand befindet, das Zahnrad relativ zum Differentialkorb gedreht werden kann.
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Das Zahnrad umgibt den Differentialkorb nach radial außen. Die Kupplung kann in einen entkoppelten Zustand (Kupplung offen bzw. geöffnet) und in einen gekoppelten Zustand (Kupplung geschlossen) gebracht werden. Im entkoppelten Zustand ist das Zahnrad relativ zum Differentialkorb drehbar. Im gekoppelten Zustand ist das Zahnrad mit dem Differentialkorb gekoppelt. Das Differentialgetriebe kann ein Differentialgehäuse aufweisen. Das Differentialgehäuse kann im Bereich des Zahnrades eine Aussparung aufweisen, durch die das Zahnrad aus dem Differentialgehäuse herausragt.
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Im Vergleich zu bekannten Abkoppelsystemen am Differential treten geringe Verlustleistungen auf, da hier keine Gleitscheiben bzw. Anlaufscheiben zu Reibungsverlusten führen, wodurch folglich die Effizienz steigt.
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Der Differentialkorb, das Lager, das Zahnrad und/oder die Kupplung können als eine Baugruppe ausgeführt sein. Diese Baugruppe kann auch weitere Elemente umfassen. Die Baugruppe kann einfach vormontiert werden und in das Differentialgetriebe montiert werden.
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Ist eine Zwischenwelle vorgesehen, so sind die Planschverluste deutlich geringer, da das Zahnrad und ein auf einer Zwischenwelle angeordnetes, mit dem Zahnrad kämmendes, Zwischenwellenrad im entkoppelten Zustand sich nicht mitdrehen.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das Zahnrad, wenn sich die Kupplung im gekoppelten Zustand befindet, drehfest (gegebenenfalls mit einem gewissen Spiel) mit dem Differentialkorb gekoppelt sein. Das Zahnrad kann indirekt, beispielsweise über zusätzliche Elemente, an den Differentialkorb koppeln.
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Gemäß einer Weiterbildung ist die Kupplung axial (in Bezug auf Drehachse) benachbart bzw. beabstandet zum Lager angeordnet. Dies trägt zu einem kompakten Bauraum in radialer Richtung bei.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das Lager als Nadellager, Rollenkugellager oder Gleitlager ausgebildet sein. Hiermit ist eine konstruktiv einfache und zuverlässige Lagerung geschaffen.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Kupplung mittels eines Aktuators betätigbar sein. Der Aktuator kann als ein elektromagnetischer (Elektromagnet) oder elektromechanischer (Elektromotor mit einer Spindel) Aktuator ausgebildet sein. Die Kupplung kann durch den Aktuator in einen entkoppelten Zustand (Kupplung geöffnet) und in einen gekoppelten Zustand (Kupplung geschlossen) gebracht werden. Dadurch können Zahnrad und Differentialkorb, bspw. auf ein elektrisches oder elektronisches Signal hin, gezielt gekoppelt oder entkoppelt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Kupplung mittels des Aktuators parallel zur Drehachse (also axial) verlagerbar/bewegbar ausgebildet sein. Zum Koppeln/Entkoppeln des Zahnrads und des Differentialkorbs kann die Kupplung axial bewegt werden. Dies trägt zu einer geringen Wegstrecke zwischen der entkoppelten und der gekoppelten Stellung bei.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Kupplung ausgebildet und angeordnet sein, um im gekoppelten Zustand das Zahnrad und den Differentialkorb zu kontaktieren und im entkoppelten Zustand (nur) das Zahnrad oder (nur) den Differentialkorb zu kontaktieren. Dadurch kann die Wegstrecke zwischen der entkoppelten Stellung und der gekoppelten Stellung gering gehalten werden, da die Kupplung im entkoppelten Zustand nur mit einem Element (Zahnrad oder Differentialkorb) außer Eingriff gelangen muss.
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Die Kupplung kann in Form eines Hohlrades ausgebildet sein. Die Kupplung kann eine Zahnradkontakteinrichtung aufweisen. Die Zahnradkontakteinrichtung kann mit einem axial am Zahnrad angeordneten Fortsatz gekoppelt werden. Der Fortsatz kann als ein am Zahnrad umfänglich laufender Bund (mit einem konstanten Abstand zur Drehachse) ausgebildet sein, gegebenenfalls mit abschnittsweisen Unterbrechungen. Auch eine Ausbildung in Form einer axialen Verzahnung ist vorstellbar. Der Fortsatz kann ständig mit der Zahnradkontakteinrichtung gekoppelt sein, so dass sich die Kupplung (mit-)dreht, wenn das Zahnrad gedreht wird.
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Die Kupplung kann zudem eine Differentialkorbkontakteinrichtung aufweisen. Diese kann derart ausgebildet sein, dass sie mit einer an dem Differentialkorb angeordneten Kupplungsstelle durch ein axiales Verschieben koppeln bzw. entkoppeln kann. Dies kann durch ein axiales Verschieben der Kupplung mittels des Aktuators realisiert werden. Auch die Kupplungsstelle kann, analog zum Fortsatz, umfänglich, um den Differentialkorb umlaufend (mit einem konstanten Abstand zur Drehachse ausgebildet sein). Hier ist auch der Einsatz einer Synchronisiereinrichtung denkbar. Diese kann bspw. in Form eines Kupplungskörpers und eines Synchronrings realisiert werden. Die Synchronisiereinrichtung kann mittels Reibung eine Drehzahlangleichung zwischen Differentialkorb und Kupplung bewirken. Die Kupplung (z. B. Klauenkupplung) wird bevorzugt bei synchonisierter Drehzahl geschaltet.
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Das Zahnrad, die Kupplung und der Differentialkorb können, insbesondere durch ein axiales Verschieben der Kupplung in Richtung zum Zahnrad hin, drehfest miteinander gekoppelt werden. Dabei ist es denkbar, dass diese Elemente drehfest und spielfrei miteinander gekoppelt werden, oder aber dass sie mit einem gewissen Spiel miteinander gekoppelt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann der Differentialkorb mittels zweier Differentialkorblager drehbar um die Drehachse gelagert sein. Der Differentialkorb kann mittels der Differentialkorblager bspw. drehbar an einem Differentialgehäuse gelagert sein.
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Gemäß einer Weiterbildung kann der Differentialkorb einen Differentialpin aufweisen, wobei der Differentialkorb und der Differentialpin in Bezug auf die Drehachse drehfest miteinander gekoppelt sein können. Der Differentialpin kann ausgebildet sein, um zwei Abtriebswellen (mittels Differentialrädern, die am Differentialpin und an den Abtriebswellen angordnet sind und miteinander kämmen) anzutreiben.
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Erfindungsgemäß wird eine Antriebsanordnung, insbesondere für ein Fahrzeug oder ein Kraftfahrzeug, mit einem Differentialgetriebe gemäß obiger Ausführungen vorgeschlagen. Die Antriebsanordnung kann zudem einen Elektromotor aufweisen, der mit dem Differentialgetriebe gekoppelt ist, so dass der Elektromotor das Differentialgetriebe antreiben kann. Die Antriebsanordnung kann als elektrische Antriebsanordnung, insbesondere als eine elektrische Achse („e-Achse“), ausgebildet sein.
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Hinsichtlich der mit der Antriebsanordnung erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zum Differentialgetriebe verwiesen. Zur weiteren Ausgestaltung der Antriebsanordnung können die im Zusammenhang mit dem Differentialgetriebe bzw. dem Gehäusebauteil beschriebenen Maßnahmen dienen.
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Nachfolgend wird eine mögliche Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Ausschnitt einer Schnittansicht auf ein Differentialgetriebe in einem gekoppelten Zustand und
- 2 einen Ausschnitt einer Schnittansicht auf das Differentialgetriebe gemäß 1 in einem entkoppelten Zustand.
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1 zeigt einen Ausschnitt einer Schnittansicht auf ein Differentialgetriebe 10 in einem gekoppelten Zustand. Das Differentialgetriebe 10 umfasst einen Differentialkorb 12 und ein Zahnrad 14. Das Zahnrad 14 umgibt den Differentialkorb 12 radial nach außen. Das Zahnrad 14 ist zum Antrieb des Differentialkorbs 12 um eine Drehachse 16 mittels einer Kupplung 18 mit dem Differentialkorb 12 gekoppelt.
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Radial zwischen dem Zahnrad 14 und dem Differentialkorb 12 ist ein Lager 20 angeordnet. Mittels dem Lager 20 ist das Zahnrad 14 um die Drehachse 16 drehbar am Differentialkorb 12 gelagert, so dass, wenn sich die Kupplung 18 im entkoppelten Zustand befindet (siehe weiter unten), das Zahnrad 14 relativ zum Differentialkorb 12 gedreht werden kann.
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Das Differentialgetriebe weist ein Differentialgehäuse auf, welches in den 1 und 2 durch das Bezugszeichen 13 lediglich angedeutet ist.
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Der Differentialkorb 12 ist vorliegend mittels zweier Differentialkorblager 24 drehbar um die Drehachse 16 gelagert. Die Differentialkorblager 24 sind vorliegend als Wälzlager ausgebildet und in den Figuren lediglich angedeutet. Die Differentialkorblager 24 können am Differentialgehäuse 13 befestigt sein, bspw. in eine Lageraufnahme am Differentialgehäuse eingepresst sein (nicht dargestellt).
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Der Differentialkorb 12 weist einen Differentialpin 26 auf. Der Differentialkorb 12 und der Differentialpin 26 sind in Bezug auf die Drehachse 16 drehfest miteinander gekoppelt. Mit anderen Worten, eine Drehung des Differentialkorbs 12 bewirkt eine Drehung des Differentialpins 26 um die Drehachse 16.
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Der Differentialpin 26 ist ausgebildet, um mittels Differentialrädern 27, die am Differentialpin 26 und an zwei Abtriebswellen 28 angeordnet sind und miteinander kämmen, die beiden Abtriebswellen 28 anzutreiben.
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Die Kupplung 18 ist axial benachbart zum Lager 20 angeordnet. Mit anderen Worten, die Kupplung ist in Bezug auf die Drehachse 16 beabstandet zum Lager 20 angeordnet.
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Die Kupplung 18 ist mittels eines Aktuators 22 betätigbar. Vorliegend ist der Aktuator 22 als ein elektromagnetischer (Elektromagnet) Aktuator ausgebildet.
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Die Kupplung 18 kann durch den Aktuator 22 in einen entkoppelten Zustand (Kupplung 18 offen) und in einen gekoppelten Zustand (Kupplung 18 geschlossen) gebracht werden. Hierzu kann der Aktuator 22 die Kupplung 18 axial verschieben.
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Die Kupplung 18 ist vorliegend in Form eines Hohlrades ausgebildet. Die Kupplung 18 weist eine Zahnradkontakteinrichtung 19 auf. Vorliegend ist die Zahnradkontakteinrichtung 19 mit einem axial am Zahnrad 14 angeordneten Fortsatz 17 gekoppelt. Der Fortsatz 17 kann als ein am Zahnrad 14 umfänglich laufender Bund ausgebildet sein, gegebenenfalls mit abschnittsweisen Unterbrechungen. Auch eine Ausbildung in Form einer axialen oder radialen Verzahnung ist vorstellbar.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Fortsatz 17 ständig mit der Zahnradkontakteinrichtung 19 gekoppelt. Somit dreht sich die als Hohlrad ausgebildete Kupplung 18, wenn das Zahnrad 14 gedreht wird, um die Drehachse 16.
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Die Kupplung 18 weist zudem eine Differentialkorbkontakteinrichtung 21 auf. Diese ist derart ausgebildet, dass sie mit einer an dem Differentialkorb 12 angeordneten Kupplungsstelle 23 durch ein axiales Verschieben koppeln bzw. entkoppeln kann. Dies kann durch ein axiales Verschieben der Kupplung 18 mittels des Aktuators 22 realisiert werden. Auch die Kupplungsstelle 23 kann, analog zum Fortsatz 17, umfänglich, um den Differentialkorb 12 umlaufend (mit einem konstanten Abstand zur Drehachse 16 ausgebildet sein).
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Wird die Kupplung 18 durch den Aktuator 22 betätigt, also axial in Richtung des Zahnrads 14 verschoben, so koppelt die Differentialkorbkontakteinrichtung 21 mit der Kupplungsstelle 23. Damit sind das Zahnrad 14, die Kupplung 18 und der Differentialkorb 12 drehfest miteinander gekoppelt. Dabei ist es denkbar, dass diese Elemente drehfest und spielfrei miteinander gekoppelt sind, oder aber dass sie mit einem gewissen Spiel miteinander gekoppelt sind.
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2 zeigt einen Ausschnitt einer Schnittansicht auf das Differentialgetriebe gemäß 1 in einem entkoppelten Zustand.
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Zum Entkoppeln wird die Kupplung 18 mittels des Aktuators 22 axial in Richtung vom Zahnrad 14 weg verschoben. Damit entkoppelt die Differentialkorbkontakteinrichtung 21 mit der Kupplungsstelle 23, so dass der Differentialkorb 12 und die Kupplung 18 keinen Kontakt mehr zueinander haben. Dadurch sind der Differentialkorb 12 und das Zahnrad 14 voneinander entkoppelt und können unabhängig voneinander gedreht werden.
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Vorliegend kontaktiert die Kupplung 18 im entkoppelten Zustand nur das Zahnrad 14 bzw. die Zahnradkontakteinrichtung 19 den Fortsatz 17.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013111891 B4 [0003]
