DE102021100448B3

DE102021100448B3 - Sperrdifferentialgetriebe für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben eines Sperrdifferentialgetriebes für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021100448B3
Application number: DE102021100448.9A
Authority: DE
Inventors: Jan Klinger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-01-13
Filing date: 2021-01-13
Publication date: 2022-04-21
Anticipated expiration: 2041-01-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sperrdifferentialgetriebe (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Getriebekorb, mehreren Ausgangswellen (4,5) sowie einem antreibbaren, mit dem Getriebekorb drehfest gekoppelten und um eine Drehachse (3) drehbar gelagerten Planetenradträger (2), an dem wenigstens ein Planetenrad (7) drehbar gelagert ist, über das der Planetenradträger (2) mit den Ausgangswellen (4,5) antriebstechnisch gekoppelt ist. Dabei ist vorgesehen, dass antriebstechnisch zwischen dem Planetenradträger (2) und den Ausgangswellen (4,5) jeweils eine Lamellenkupplung (10,11) zur antriebstechnischen Kopplung des Planetenradträgers (2) mit der jeweiligen Ausgangswelle (4,5) angeordnet ist, wobei an dem Planetenradträger (2) mehrere Eingangszahnräder (13,14) angeordnet sind und das Sperrdifferentialgetriebe (1) dazu vorgesehen und ausgestaltet ist, auf die Lamellenkupplungen (10,11) wirkende Anpressdrücke in Abhängigkeit von einer Drehmomentdifferenz zwischen über die Eingangszahnräder (13,14) auf den Planetenradträger (2) übertragenen Drehmomenten einzustellen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Sperrdifferentialgetriebes (1) für ein Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sperrdifferentialgetriebe für ein Kraftfahrzeug, mit einem Getriebekorb, mehreren Ausgangswellen sowie einem antreibbaren, mit dem Getriebekorb drehfest gekoppelten und um eine Drehachse drehbar gelagerten Planetenradträger, an dem wenigstens ein Planetenrad drehbar gelagert ist, über das der Planetenradträger mit den Ausgangswellen antriebstechnisch gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Sperrdifferentialgetriebes für ein Kraftfahrzeug.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift WO 2019/109 899 A1 bekannt. Diese beschreibt ein Elektrofahrzeugantriebssystem, bei welchem eine erste Zwischenwelle drehmomentübertragend mit einer Eingangswelle und eine zweite Zwischenwelle drehmomentübertragend mit einer zweiten Eingangswelle verbunden ist. Ein zentrales Antriebselement ist drehmomentübertragend mit einem Leistungseingangsende einer Differentialvorrichtung verbunden, wobei eine erste Getriebekomponente und eine zweite Getriebekomponente zum Verbinden oder Trennen einer Kraftübertragung zwischen der ersten Zwischenwelle und dem Antriebselement sowie zwischen der zweiten Zwischenwelle verwendet wird. Das Antriebselement, eine erste Ausgangswelle und eine zweite Ausgangswelle sind jeweils drehmomentübertragend mit zwei Leistungsausgangsenden der Differentialvorrichtung verbunden. Eine dritte Getriebekomponente und eine vierte Getriebekomponente sind hingegen jeweils zum Verbinden oder Trennen der Kraftübertragung zwischen der ersten Zwischenwelle und der ersten Ausgangswelle und zwischen der zweiten Zwischenwelle und der ersten Ausgangswelle ausgebildet.
Weitere Differentialgetriebe sind aus den Druckschriften CN 1 10 406 372 A , US 4 507 984 A und DE 11 2017 004 209 T5 bekannt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Sperrdifferentialgetriebe für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welches gegenüber dem Stand der Technik Vorteile aufweist, insbesondere kompakt und einfach ausgestaltet ist.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Sperrdifferentialgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass antriebstechnisch zwischen dem Planetenradträger und den Ausgangswellen jeweils eine Lamellenkupplung zur antriebstechnischen Kopplung des Planetenradträgers mit der jeweiligen Ausgangswelle angeordnet ist, wobei mehrere Eingangszahnräder an dem Planetenradträger angeordnet und mit ihm antriebstechnisch verbunden sind und das Sperrdifferentialgetriebe dazu vorgesehen und ausgestaltet ist, auf die Lamellenkupplungen wirkende Anpressdrücke in Abhängigkeit von einer Drehmomentdifferenz zwischen über die Eingangszahnräder auf den Planetenradträger übertragenen Drehmomenten einzustellen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das Sperrdifferentialgetriebe kann Bestandteil des Kraftfahrzeugs sein, selbstverständlich jedoch auch separat von diesem vorliegen. Beispielsweise ist das Sperrdifferentialgetriebe Bestandteil einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs. Die Antriebseinrichtung dient dem Antreiben des Kraftfahrzeugs und insoweit dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoment. Das Sperrdifferentialgetriebe ist dazu vorgesehen und ausgestaltet, wenigstens eine Radachse des Kraftfahrzeugs antriebstechnisch an zumindest ein Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs beziehungsweise der Antriebseinrichtung anzuschließen. Zumindest zeitweise ist also die Radachse über das Sperrdifferentialgetriebe antriebstechnisch mit dem wenigstens einen Antriebsaggregat gekoppelt. Das wenigstens eine Antriebsaggregat liegt beispielsweise in Form einer Brennkraftmaschine oder einer elektrischen Maschine vor.
Die Radachse weist mehrere Teilachsen auf, welche über das Sperrdifferentialgetriebe sowohl aneinander als auch an das Antriebsaggregat antriebstechnisch angeschlossen sind. Hierzu verfügt das Sperrdifferentialgetriebe über die mehreren Ausgangswellen sowie über den Planetenradträger. Der Planetenradträger ist in dem Getriebekorb angeordnet. Jede der Ausgangswellen ist antriebstechnisch an eine der Teilachsen angeschlossen, beispielsweise ist jede der Ausgangswellen mit genau einer der Teilachsen zumindest zeitweise starr gekoppelt, insbesondere permanent starr gekoppelt. An jeder der Teilachsen liegt wenigstens ein Rad des Kraftfahrzeugs vor, sodass die Räder des Kraftfahrzeugs über das Sperrdifferentialgetriebe einerseits miteinander und andererseits mit dem wenigstens einen Antriebsaggregat zumindest zeitweise antriebstechnisch gekoppelt sind.
Schlussendlich sind die Teilachsen und mithin die Räder des Kraftfahrzeugs über das Sperrdifferentialgetriebe mittels des wenigstens einen Antriebsaggregats antreibbar. Hierbei ist der Planetenradträger an das wenigstens eine Antriebsaggregat antriebstechnisch angeschlossen. An dem Planetenradträger ist das wenigstens eine Planetenrad drehbar gelagert, welches der antriebstechnischen Kopplung des Planetenradträgers mit den Ausgangswellen dient. Vorzugsweise ist das Sperrdifferentialgetriebe derart ausgestaltet, dass der Planetenradträger zumindest zeitweise ausschließlich über das wenigstens eine Planetenrad antriebstechnisch mit den Ausgangswellen gekoppelt ist. Es kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Planetenrad mit Zahnrädern kämmt, die mit den Ausgangswellen antriebstechnisch starr verbunden sind. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch realisierbar. Insgesamt sind die Ausgangswellen und der Planetenradträger nach Art eines Differentialgetriebes antriebstechnisch aneinander angeschlossen beziehungsweise antriebstechnisch miteinander gekoppelt.
Das Sperrdifferentialgetriebe ist grundsätzlich als Raddifferentialgetriebe oder als Mittendifferentialgetriebe einsetzbar. In ersterem Fall sind über das Sperrdifferentialgetriebe die mehreren Teilachsen der Radachse antriebstechnisch an das Antriebsaggregat angeschlossen. Im Falle des Mittendifferentialgetriebes sind über das Sperrdifferentialgetriebe mehrere Radachsen an das wenigstens eine Antriebsaggregat angeschlossen. Beispielsweise ist jede der Radachsen über ein jeweiliges Achsdifferentialgetriebe antriebstechnisch an das Sperrdifferentialgetriebe angeschlossen, sodass schlussendlich jede der Radachsen über ein Raddifferentialgetriebe an das Sperrdifferentialgetriebe und die Raddifferentialgetriebe über das Sperrdifferentialgetriebe antriebstechnisch an das wenigstens eine Antriebsaggregat angeschlossen sind.
Zur Realisierung einer Sperrdifferentialgetriebefunktionalität verfügt das Sperrdifferentialgetriebe über mehrere Lamellenkupplungen. Mithilfe der Lamellenkupplungen sind die Ausgangswellen mit dem Planetenradträger antriebstechnisch koppelbar, nämlich unter Umgehung des wenigstens einen Planetenrads. Antriebstechnisch zwischen jeder der Ausgangswellen einerseits und dem Planetenradträger andererseits ist jeweils eine der Lamellenkupplungen angeordnet. Über jede der Lamellenkupplungen ist ein Drehmoment von der entsprechenden Ausgangswelle auf den Getriebekorb und über diesen auf den Planetenradträger übertragbar. Der Getriebekorb ist hierzu antriebstechnisch starr mit dem Planetenradträger verbunden. Vorzugsweise ist er in einem Getriebegehäuse des Sperrdifferentialgetriebes drehbar gelagert, nämlich gemeinsam mit dem Planetenradträger und insoweit um die Drehachse.
An jeder der Lamellenkupplungen können zumindest eine erste Schalteinstellung und eine zweite Schalteinstellung eingestellt werden. In der ersten Schalteinstellung der jeweiligen Lamellenkupplung ist diese geöffnet und entsprechend die Ausgangswelle über das wenigstens eine Planetenrad antriebstechnisch mit dem Planetenradträger gekoppelt, besonders bevorzugt vollständig beziehungsweise ausschließlich über das wenigstens eine Planetenrad. Das bedeutet, dass das auf die Ausgangswelle übertragene Drehmoment nicht mittels der Lamellenkupplung beeinflusst wird.
In der zweiten Schalteinstellung der Lamellenkupplung ist die entsprechende Ausgangswelle antriebstechnisch mit dem Planetenradträger gekoppelt, sodass zumindest ein Teil des von dem Planetenradträger über das wenigstens eine Planetenrad auf die jeweilige Ausgangswelle übertragenen Drehmoments über die entsprechende Lamellenkupplung zu dem Planetenradträger übertragen wird, nämlich unter Umgehung des wenigstens einen Planetenrads über den Getriebekorb. Entsprechend wird das auf die über das wenigstens eine Planetenrad auf die Ausgangswelle übertragene Drehmoment mittels der Lamellenkupplung beeinflusst. Besonders bevorzugt ist in der zweiten Schalteinstellung der Lamellenkupplung die entsprechende Ausgangswelle starr mit dem Planetenradträger gekoppelt.
Grundsätzlich wird das dem Sperrdifferentialgetriebe über die Eingangszahnräder zugeführte Drehmoment beziehungsweise Antriebsdrehmoment über den Planetenradträger und das wenigstens eine Planetenrad zu gleichen Teilen auf die Ausgangswellen aufgeteilt, sodass an jeder Ausgangswelle zunächst gleiche Anteile des Antriebsdrehmoments anliegen. Über die Lamellenkupplungen ist jedoch ein Teil des jeweiligen Anteils an den Planetenradträger zurückführbar, nämlich über die entsprechende Lamellenkupplung und den Getriebekorb und unter Umgehung des wenigstens einen Planetenrads. Der zurückgeführte Teil überlagert das Antriebsdrehmoment und wird über das wenigstens eine Planetenrad zumindest teilweise an die jeweils andere Abtriebswelle übertragen.
Es könnte vorgesehen sein, die Lamellenkupplungen mittels eines separaten Stellantriebs anzusteuern. Dies bedingt jedoch den zusätzlichen Stellantrieb, welcher sowohl das Gewicht als auch die Baugröße des Sperrdifferentialgetriebes vergrößert und somit nachteilig beeinflusst. Es ist daher vorgesehen, die Lamellenkupplungen rein passiv anzusteuern, nämlich durch entsprechende Beaufschlagung des Sperrdifferentialgetriebes mit einem Drehmoment. Hierzu verfügt das Sperrdifferentialgetriebe über mehrere Eingangszahnräder, über welche der Planetenradträger antreibbar ist. Die Eingangszahnräder sind insoweit antriebstechnisch mit dem Planetenradträger verbunden. Entsprechend sind die Eingangszahnräder über den Planetenradträger antriebstechnisch an die Ausgangswellen angeschlossen.
Die Eingangszahnräder dienen der Anbindung des Sperrdifferentialgetriebes an das Antriebsaggregat sowie an ein weiteres Antriebsaggregat. Beispielsweise ist ein erstes der Eingangszahnräder antriebstechnisch an ein erstes Antriebsaggregat und ein zweites der Eingangszahnräder antriebstechnisch an ein zweites Antriebsaggregat angeschlossen. Das Sperrdifferentialgetriebe beziehungsweise die Ausgangswellen sind insoweit sowohl mittels des ersten Antriebsaggregats als auch mittels des zweiten Antriebsaggregats antreibbar.
Über das Sperrdifferentialgetriebe sind das erste Antriebsaggregat und das zweite Antriebsaggregat an die mehreren Ausgangswellen antriebstechnisch angeschlossen. Das an den Ausgangswellen anliegende Drehmoment kann insoweit allein mittels des ersten Antriebsaggregats, allein mittels des zweiten Antriebsaggregats oder sowohl mittels des ersten Antriebsaggregats als auch des zweiten Antriebsaggregats bereitgestellt werden.
Um auf den vorstehend erwähnten Stellantrieb im Rahmen des Sperrdifferentialgetriebes verzichten zu können, ist das Sperrdifferentialgetriebe dazu vorgesehen und ausgestaltet, die auf die Lamellenkupplungen wirkenden Anpressdrücke in Abhängigkeit von der Drehmomentdifferenz zwischen den über die Eingangszahnräder auf den Planetenradträger übertragenen Drehmomenten einzustellen. Beispielsweise wird über das erste Eingangszahnrad ein erstes Drehmoment und über das zweite Eingangszahnrad ein zweites Drehmoment auf den Planetenradträger übertragen. Aus der Drehmomentdifferenz zwischen dem ersten Drehmoment und dem zweiten Drehmoment ergeben sich die Anpressdrücke der Lamellenkupplungen.
Das Sperrdifferentialgetriebe ist derart ausgestaltet, dass das Einstellen der Anpressdrücke an den Lamellenkupplungen allein aufgrund der Drehmomentdifferenz beziehungsweise den Drehmomenten erfolgt. Entsprechend ist kein Stellantrieb für die Lamellenkupplungen notwendig, sondern die über die Zahnräder auf das Sperrdifferentialgetriebe wirkenden Antriebsaggregate stellen selbst die Anpressdrücke ein, betätigen also die Lamellenkupplungen. Beispielsweise ist es vorgesehen, die Anpressdrücke in Abhängigkeit von einem Vorzeichen der Drehmomentdifferenz einzustellen. Insbesondere sind bei einer Drehmomentdifferenz von null die Anpressdrücke für beide Lamellenkupplungen ebenfalls gleich null.
Bei einer positiven Drehmomentdifferenz ist der Anpressdruck einer ersten der Lamellenkupplungen größer als null, wohingegen der Anpressdruck einer zweiten der Lamellenkupplungen weiterhin gleich null beträgt. Bei einer negativen Drehmomentdifferenz ist hingegen der Anpressdruck der ersten Lamellenkupplung gleich null und der Anpressdruck der zweiten Lamellenkupplung von null verschieden. Insbesondere ist das Sperrdifferentialgetriebe derart ausgestaltet, dass der jeweilige Anpressdruck umso größer ist beziehungsweise umso größer eingestellt wird, je größer die Drehmomentdifferenz ist, insbesondere bis hin zu einem jeweiligen maximalen Anpressdruck, der für die beiden Lamellenkupplungen vorteilhafterweise identisch ist.
Die beschriebene Ausgestaltung des Sperrdifferentialgetriebes zeichnet sich durch ein geringes Gewicht und eine vergleichsweise einfache konstruktive Ausgestaltung aus. Insbesondere kann auf einen Stellantrieb für die Lamellenkupplungen verzichtet werden, da das Einstellen der auf die Lamellenkupplungen wirkenden Anpressdrücke allein aufgrund der Drehmomente beziehungsweise der Drehmomentdifferenz erfolgt. Das Sperrdifferentialgetriebe stellt die Anpressdrücke also allein aufgrund und anhand der über das Sperrdifferentialgetriebe übertragenen Drehmomente ein.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das wenigstens eine Planetenrad mit Zahnrädern kämmt, die mit den Ausgangswellen antriebstechnisch starr gekoppelt sind, oder dass das wenigstens eine Planetenrad mit einem der Zahnräder kämmt und von dem jeweils anderen der Zahnräder beabstandet angeordnet ist, wobei zusätzlich zu dem wenigstens einen Planetenrad zumindest ein weiteres Planetenrad drehbar an dem Planetenradträger gelagert ist, das mit dem wenigstens einen Planetenrad und dem anderen der Zahnräder kämmt und von dem einen der Zahnräder beabstandet angeordnet ist. Grundsätzlich können also unterschiedliche Ausgestaltungen des Sperrdifferentialgetriebes realisiert sein, welche auf dem gleichen Funktionsprinzip basieren, nämlich die Anpressdrücke der Lamellenkupplung in Abhängigkeit von dem Drehmomentdifferenz einstellen.
Zunächst ist jeder der Ausgangswellen jeweils ein Zahnrad zugeordnet, welches mit der entsprechenden Ausgangswelle antriebstechnisch starr gekoppelt ist. Ein erstes der Zahnräder ist also antriebstechnisch starr mit der ersten Ausgangswelle und ein zweites der Zahnräder antriebstechnisch starr mit der zweiten Ausgangswelle gekoppelt. Jedes der Zahnräder ist mit der jeweils anderen der Ausgangswellen innerhalb des Sperrdifferentialgetriebes lediglich mittelbar antriebstechnisch gekoppelt, nämlich über das wenigstens eine Planetenrad.
In einer ersten Ausführungsform des Sperrdifferentialgetriebes ist es nun vorgesehen, dass die mit den Ausgangswellen antriebstechnisch starr gekoppelten Zahnräder jeweils mit dem wenigstens einen Planetenrad kämmen. Umgekehrt kämmt also das wenigstens eine Planetenrad mit den mehreren Zahnrädern. Hierunter ist zu verstehen, dass eine Verzahnung des Planetenrads in Verzahnungen der Zahnräder jeweils eingreift. Die Zahnräder sowie das wenigstens eine Planetenrad sind bei dieser Ausführungsform beispielsweise jeweils als Kegelzahnrad ausgestaltet.
In einer zweiten Ausführungsform liegt zusätzlich zu dem wenigstens einen Planetenrad das zumindest eine weitere Planetenrad vor. Die beiden Planetenräder, nämlich das wenigstens eine Planetenrad und das zumindest eine weitere Planetenrad, kämmen unmittelbar miteinander. Das wenigstens eine Planetenrad kämmt zudem mit einem der Zahnräder, während es von dem jeweils anderen der Zahnräder beabstandet ist. Das zumindest eine weitere Planetenrad kämmt mit letzteren und ist von ersterem beabstandet angeordnet.
Die beiden Zahnräder sind insoweit innerhalb des Sperrdifferentialgetriebes zumindest zeitweise lediglich über das wenigstens eine Planetenrad und das zumindest eine weitere Planetenrad antriebstechnisch miteinander gekoppelt. Bei einer solchen Ausgestaltung des Sperrdifferentialgetriebes sind die Zahnräder, das wenigstens eine Planetenrad und das zumindest eine weitere Planetenrad vorzugsweise jeweils als Stirnrad ausgeführt. Die beschriebene Ausgestaltung des Stirnraddifferentialgetriebes ermöglicht die bereits erwähnte kompakte und einfache Ausgestaltung.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Planetenradträger ein in axialer Richtung bezüglich der Drehachse verlagerbares Stellelement aufweist, das in einer Neutralstellung von den Lamellenkupplungen beabstandet angeordnet ist oder zumindest keine Stellkraft auf sie bewirkt und in von der Neutralstellung verschiedenen Sperrstellungen jeweils eine der Lamellenkupplungen mit einer den jeweiligen Anpressdruck bewirkenden Stellkraft beaufschlagt. Das Stellelement ist somit zumindest bezüglich der Lamellenkupplung verlagerbar, um die eine oder andere der Lamellenkupplungen oder keine der Lamellenkupplungen mit der Stellkraft zu beaufschlagen.
Das Stellelement kann zumindest in der Neutralstellung und den verschiedenen Sperrstellungen angeordnet sein. In der Neutralstellung ist es von den Lamellenkupplungen beabstandet angeordnet oder bewirkt zumindest keine Stellkraft auf diese. In der Neutralstellung des Stellelements sind insoweit die Lamellenkupplungen vorzugsweise vollständig geöffnet, sodass über sie kein Drehmoment übertragen wird. Die Sperrstellungen sind von der Neutralstellung verschieden. Beispielsweise liegt eine erste der Sperrstellungen einerseits der Neutralstellung und eine zweite der Sperrstellungen andererseits der Neutralstellung vor.
In der ersten Sperrstellung beaufschlagt das Stellelement die erste Planetenkupplung mit einer von null verschiedenen Stellkraft, wohingegen es von der zweiten Lamellenkupplung beabstandet ist, sodass für diese eine Stellkraft von null vorliegt. Umgekehrt beaufschlagt das Stellelement in der zweiten Sperrstellung die zweite Lamellenkupplung mit einer von null verschiedenen Stellkraft und ist von der ersten Lamellenkupplung beabstandet angeordnet, sodass die auf die erste Lamellenkupplung wirkende Stellkraft gleich null ist.
Die auf die jeweilige Lamellenkupplung wirkende Stellkraft bewirkt den Anpressdruck der entsprechenden Lamellenkupplung. Beispielsweise ist der jeweilige Anpressdruck von der Stellkraft unmittelbar abhängig, beispielsweise linear abhängig. Die Verwendung des verlagerbaren Stellelements ermöglicht ein wahlweises Betätigen der Lamellenkupplungen auf konstruktiv einfache Art und Weise.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Lamellenkupplung in axialer Richtung auf gegenüberliegenden Seiten des Stellelements angeordnet sind. Auf eine solche Ausgestaltung des Sperrdifferentialgetriebes wurde bereits hingewiesen. Eine solche Anordnung der Lamellenkupplungen hat den Vorteil, dass sie mit ein und demselben Stellelement wahlweise betätigt werden können. Entsprechend liegt eine konstruktiv einfache Ausgestaltung des Sperrdifferentialgetriebes vor, welche zu einem geringen Gewicht und zu geringen Kosten führt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das wenigstens eine Planetenrad an einem Grundelement des Planetenradträgers drehbar gelagert ist, wobei das Stellelement bezüglich des in axialer Richtung ortsfesten Grundelements verlagerbar oder das Grundelement gemeinsam mit dem Stellelement verlagerbar ist. Das ortsfeste Grundelement liegt bevorzugt in der ersten Ausführungsform des Sperrdifferentialgetriebes vor, welche vorstehend erläutert wurde. Das gemeinsame Verlagern kann hingegen vorzugsweise bei der zweiten Ausführungsform Verwendung finden.
Das ortsfeste Grundelement wird insbesondere herangezogen, falls die Zahnräder und/oder das wenigstens eine Planetenrad als Kegelrad ausgebildet sind. Das Verlagern des Grundelements gemeinsam mit dem Stellelement kann hingegen besonders einfach realisiert sein, soweit die Zahnräder und das wenigstens eine Planetenrad als Stirnräder vorliegen. Erneut dient eine solche Ausgestaltung des Sperrdifferentialgetriebes der Erzielung einer besonders kompakten Bauform und geringer Kosten.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jede der Lamellenkupplungen ein in axialer Richtung verlagerbares Übertragungselement aufweist, das eine mit einer Gegenverzahnung des Getriebekorbs kämmende Verzahnung aufweist, wobei mit dem Übertragungselement eine Primärlamellenanordnung der jeweiligen Lamellenkupplung antriebstechnisch gekoppelt ist, die bei einem von null verschiedenen jeweiligen Anpressdruck mit einer mit der jeweiligen Ausgangswelle antriebstechnisch gekoppelten Sekundärlamellenanordnung in Reibkontakt tritt und zur Zurückführung eines Teils des Drehmoments von der entsprechenden Ausgangswelle auf den Planetenradträger zusammenwirkt.
Das Übertragungselement dient zumindest einer antriebstechnischen Kopplung der Primärlamellenanordnung mit dem Getriebekorb und schlussendlich dem Planetenradträger. Über das Übertragungselement ist hierbei die Primärlamellenanordnung in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse des Planetenradträgers starr an den Getriebekorb angebunden, also drehfest mit ihm gekoppelt. Hierzu verfügen das Übertragungselement über die Verzahnung und der Getriebekorb über die Gegenverzahnung. Die Verzahnung greift in die Gegenverzahnung ein, sodass das Übertragungselement drehfest mit dem Getriebekorb gekoppelt ist.
Mit dem Übertragungselement ist wiederum die Primärlamellenanordnung antriebstechnisch gekoppelt, insbesondere ist die Primärlamellenanordnung in Umfangsrichtung starr mit dem Übertragungselement verbunden. Die Primärlamellenanordnung und die Sekundärlamellenanordnung dienen dem Übertragen des Drehmoments von der jeweiligen Ausgangswelle auf den Planetenradträger, nämlich über den Getriebekorb. Hierzu weisen die Primärlamellenanordnung und die Sekundärlamellenanordnung jeweils wenigstens eine Lamelle auf. Die Lamelle der Primärlamellenanordnung kann auch als Primärlamelle und die Lamelle der Sekundärlamellenanordnung als Sekundärlamelle bezeichnet werden. Die Primärlamellenanordnung und die Sekundärlamellenanordnung sind derart zueinander angeordnet, dass sie bei einem von null verschiedenen Anpressdruck in Reibkontakt miteinander treten, sodass das Drehmoment von der entsprechenden Ausgangswelle auf den Planetenradträger übertragen wird.
Vorzugsweise ist das Übertragungselement derart ausgestaltet, dass es in wenigstens einer Stellung die Primärlamellenanordnung in Richtung der Sekundärlamellenanordnung drängt, sodass beispielsweise Lamellen der Primärlamellenanordnung und zwischen diese eingreifende Lamellen der Sekundärlamellenanordnung zur Drehmomentübertragung aneinandergedrängt werden. Die Übertragungselemente der Lamellenkupplungen sind derart angeordnet, dass sie zumindest zeitweise mit dem Stellelement in Verbindung treten. Zum Einstellen der Anpressdrücke auf die Lamellenkupplungen wirkt insoweit das Stellelement auf die Übertragungselemente beziehungsweise zumindest eines der Übertragungselemente ein. Die Verwendung des Übertragungselements ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb des Sperrdifferentialgetriebes sowie eine hohe Laufleistung.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Eingangszahnräder in axialer Richtung auf gegenüberliegenden Seiten des Stellelements angeordnet sind und jeweils über wenigstens eine Rampe drehmomentübertragend mit dem Stellelement gekoppelt sind, sodass bei einer Drehmomentübertragung von den Eingangszahnrädern auf das Stellelement das Stellelement mit einer Axialkraft beaufschlagt ist. Die Eingangszahnräder greifen also im Längsschnitt bezüglich der Drehachse gesehen von gegenüberliegenden Seiten aus an dem Stellelement an. Hierzu weist jedes der Eingangszahnräder wenigstens eine Rampe auf, welche an dem Stellelement angreift, nämlich insbesondere an einer weiteren Rampe des Stellelements.
Die Rampe und das Stellelement beziehungsweise die weitere Rampe sind derart ausgestaltet und angeordnet, dass sie bei einer Drehbewegung eines der Eingangszahnräder bezüglich des Stellelements eine axiale Verlagerung des Stellelements bezüglich dieses Eingangszahnrads bewirken. Hierzu ist die Rampe insbesondere in Umfangsrichtung geneigt. Die Eingangszahnräder wirken vorzugsweise jeweils permanent mit dem Stellelement zusammen. Das bedeutet, dass die Rampen der Eingangszahnräder stets an dem Stellelement anliegen. Hieraus ergibt sich, dass die Position des Stellelements in axialer Richtung von dem über die Eingangszahnräder jeweils auf den Planetenradträger übertragenen Drehmoments abhängt.
Die Eingangszahnräder und das Stellelement sind hierbei derart ausgestaltet und angeordnet, dass das Stellelement bei identischen über die Eingangszahnräder auf den Planetenradträger übertragenen Drehmomenten in seiner Neutralstellung angeordnet ist. Weichen die Drehmomente hingegen voneinander ab, so wird das Stellelement in Richtung einer seiner Sperrstellungen oder in eine seiner Sperrstellungen hinein gedrängt, in welcher es die entsprechende der Lamellenkupplungen mit der Stellkraft beaufschlagt. Die beschriebene Ausgestaltung des Sperrdifferentialgetriebes ermöglicht ein konstruktiv äußerst einfaches Einstellen der Stellung des Stellelements und damit der Anpressdrücke in Abhängigkeit von der Drehmomentdifferenz der über die Eingangszahnräder auf den Planetenradträger übertragenen Drehmomente.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Eingangszahnräder koaxial zu dem Planetenradträger angeordnet und bezüglich des Grundelements drehbar gelagert sind. Vorzugsweise umgreifen die Eingangszahnräder den Planetenradträger. Sie sind in Umfangsrichtung drehbar an diesem gelagert, greifen jedoch drehmomentübertragend an dem Stellelement an beziehungsweise sind drehmomentübertragend mit dem Stellelement gekoppelt. Die Lagerung der Eingangszahnräder bezüglich des Grundelements, insbesondere an dem Grundelement, ist vorzugsweise mittels Wälzlagern realisiert. Zwischen jedem der Eingangszahnräder und dem Grundelement ist insoweit ein solches Wälzlager angeordnet. Dies ermöglicht eine hohe Effizienz des Sperrdifferentialgetriebes.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Getriebekorb auf seiner der jeweiligen Rampe abgewandten Seite der Eingangszahnräder eine Stützfläche aufweist, an welcher sich das entsprechende Eingangszahnrad in axialer Richtung zumindest zeitweise abstützt, insbesondere über ein Axialwälzlager. Aufgrund der Verlagerung des Stellelements mittels der Eingangszahnräder wirkt auf diese umgekehrt ebenfalls eine Kraft, welche in axialer Richtung von dem Stellelement fort gerichtet ist. Aus diesem Grund sind an dem Getriebekorb Stützflächen ausgebildet, an welchen sich die Eingangszahnräder in axialer Richtung abstützen können. Das Abstützen geschieht insbesondere über Axialwälzlager, welche insoweit in axialer Richtung zwischen jedem der Eingangszahnräder und der dazugehörigen Stützfläche vorliegen. Auch dies dient der Erzielung einer hohen Effizienz.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Sperrdifferentialgetriebes für ein Kraftfahrzeug, wobei das Sperrdifferentialgetriebe über einen Getriebekorb, mehrere Ausgangswellen sowie einen antreibbaren, mit dem Getriebekorb drehfest gekoppelten und um eine Drehachse drehbar gelagerten Planetenradträger verfügt, an dem wenigstens ein Planetenrad drehbar gelagert ist, über das der Planetenradträger mit den Ausgangswellen antriebstechnisch gekoppelt ist. Dabei ist vorgesehen, dass antriebstechnisch zwischen dem Planetenradträger und den Ausgangswellen jeweils eine Lamellenkupplung zur antriebstechnischen Kopplung des Planetenradträgers mit der jeweiligen Ausgangswelle angeordnet ist, wobei mehrere Eingangszahnräder an dem Planetenradträger angeordnet und mit ihm antriebstechnisch verbunden sind und auf die Lamellenkupplungen wirkende Anpressdrücke in Abhängigkeit von einer Drehmomentdifferenz zwischen über die Eingangszahnräder auf den Planetenradträger übertragenen Drehmomenten angestellt wird.
Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung des Sperrdifferentialgetriebes sowie einer entsprechenden Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl das Sperrdifferentialgetriebe als auch das Verfahren zu seinem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, Sollwerte für die Anpressdrücke zu ermitteln und anschließend die Drehmomentdifferenz derart einzustellen, dass tatsächlich vorliegende Istwerte der Anpressdrücke den ermittelten Sollwerten entsprechen. Das Einstellen der Drehmomentdifferenz wird vorzugsweise durch entsprechendes Ansteuern der Antriebsaggregate vorgenommen. Die Sollwerte für die Anpressdrücke werden beispielsweise aus einem vorgegebenen Sperrgrad des Sperrdifferentialgetriebes bestimmt. Die Vorgabe des Sperrgrads erfolgt beispielsweise durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs, insbesondere mittels eines Bedienelements, und/oder durch eine Fahrerassistenzeinrichtung, beispielsweise eine Antriebsschlupfregelung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige

1 eine schematische Längsschnittdarstellung eines Sperrdifferentialgetriebes für ein Kraftfahrzeug.

Die 1 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung eines Sperrdifferentialgetriebes 1 für ein Kraftfahrzeug. Das Sperrdifferentialgetriebe 1 weist einen Planetenradträger 2 auf, welcher um eine Drehachse 3 drehbar gelagert ist. Der Planetenradträger 2 ist mit einem nicht gesondert gekennzeichneten Getriebekorb drehfest gekoppelt. Der Planetenradträger ist über den Getriebekorb drehbar gelagert, insbesondere in einem hier nicht dargestellten Getriebegehäuse. Darunter ist zu verstehen, dass der Getriebekorb selbst mittels wenigstens eines Lagers, insbesondere eines Wälzlagers, in dem Getriebegehäuse drehbar gelagert ist und der Planetenradträger 2 lediglich mittelbar über den Getriebekorb und das Lager gelagert ist. Weiterhin verfügt das Sperrdifferentialgetriebe 1 über mehrere Ausgangswellen 4 und 5, nämlich über eine erste Ausgangswelle 4 und über eine zweite Ausgangswelle 5. Die Ausgangswellen 4 und 5 greifen ineinander ein und sind im Bereich ihrer Überlappung mittels eines Wälzlagers 6 drehbar aneinander gelagert.
An dem Planetenradträger 2 sind ein Planetenrad 7 sowie ein nicht erkennbares weiteres Planetenrad drehbar gelagert. Das Planetenrad 7 und das weitere Planetenrad kämmen miteinander. Das Planetenrad 7 kämmt zudem mit einem Zahnrad 8, welches auf der ersten Ausgangswelle 4 drehfest angeordnet ist. Das weitere Planetenrad kämmt mit einem Zahnrad 9, das auf der zweiten Ausgangswelle 5 drehfest angeordnet ist.
Antriebstechnisch zwischen dem Planetenradträger 2 und den Ausgangswellen 4 und 5 ist jeweils eine Lamellenkupplung 10 beziehungsweise 11 angeordnet. Über die erste Lamellenkupplung 10 ist die erste Ausgangswelle 4 antriebstechnisch mit dem Planetenradträger 2 unter Umgehung des Planetenrads 7 und des weiteren Planetenrads koppelbar, nämlich über den Getriebekorb. Über die zweite Lamellenkupplung 11 ist hingegen die zweite Ausgangswelle 5 mit dem Planetenradträger 2 antriebstechnisch koppelbar, nämlich ebenfalls über den Getriebekorb und unter Umgehung des Planetenrads 7 sowie des weiteren Planetenrads.
Der Planetenradträger 2 verfügt über ein Stellelement 12, welches in axialer Richtung verlagerbar ist. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der gesamte Planetenradträger 2 gemeinsam mit dem Stellelement 12 in axialer Richtung verlagerbar. Das Stellelement 12 ist in axialer Richtung zwischen zwei Eingangszahnräder 13 und 14 angeordnet und dient einer Drehmomentübertragung zwischen den Eingangszahnrädern 13 und 14 einerseits und dem Planetenradträger 2 andererseits.
Jedes der Eingangszahnräder 13 und 14 weist auf seiner dem Stellelement 12 zugewandten Seite eine Rampe 15 beziehungsweise 16 auf, über welche die Eingangszahnräder 13 und 14 mit dem Stellelement 12 drehmomentübertragend verbunden sind. Die Rampen 15 und 16 sind derart geneigt, dass bei einer Drehmomentübertragung von den Eingangszahnrädern 13 und 14 auf das Stellelement 12 eine Kraft in axialer Richtung auf das Stellelement 12 ausgeübt wird.
In Abhängigkeit von einer Drehmomentdifferenz zwischen einem von dem Eingangszahnrad 13 auf den Planetenradträger 2 übertragenen Drehmoment und einem von dem Eingangszahnrad 14 auf den Planetenradträger 2 übertragenen Drehmoment stellt sich insoweit eine bestimmte Stellung des Stellelements 12 in axialer Richtung ein. In Abhängigkeit von seiner axialen Stellung betätigt das Stellelement 12 die Lamellenkupplungen 10 und 11. Hierzu verfügen die Lamellenkupplungen 10 und 11 jeweils über ein Übertragungselement 17 beziehungsweise 18. Die Übertragungselemente 17 und 18 sind mit dem Getriebekorb und mithin dem Planetenradträger 2 in Umfangsrichtung drehfest gekoppelt, jedoch in axialer Richtung bezüglich des Getriebekorbs verlagerbar.
Mit den Übertragungselementen 17 und 18 sind Primärlamellenanordnungen 19 und 20 drehfest verbunden. Mit den Ausgangswellen 4 und 5 sind hingegen Sekundärlamellenanordnungen 21 und 22 drehfest verbunden. Die Primärlamellenanordnung 19 und die Sekundärlamellenanordnung 21 sowie die Primärlamellenanordnung 20 und die Sekundärlamellenanordnung 22 sind zur Drehmomentübertragung zwischen der entsprechenden Ausgangswelle 4 beziehungsweise 5 und dem Getriebekorb unter Umgehung des Planetenrads 7 und des weiteren Planetenrads vorgesehen und ausgestaltet. Hierzu sind die Übertragungselemente 17 und 18 mithilfe des Stellelements 12 in axialer Richtung derart verlagerbar, dass zwischen der Primärlamellenanordnung 19 beziehungsweise 20 und der Sekundärlamellenanordnung 21 beziehungsweise 22 ein bestimmter Anpressdruck vorliegt.
Die beschriebene Ausgestaltung des Sperrdifferentialgetriebes 1 ermöglicht ein unmittelbares Koppeln einer der Ausgangswellen 4 und 5 mit dem Getriebekorb und entsprechend dem Planetenradträger 2 unter Umgehung des Planetenrads 7 und des weiteren Planetenrads ohne zusätzlichen Stellantrieb. Hierdurch wird ein Teil des über das Planetenrad 7 und das weitere Planetenrad auf die Ausgangswellen 4 und 5 übertragenen Drehmoments von einer der Wellen zu dem Getriebekorb und schlussendlich dem Planetenradträger 2 zurückgeführt und zumindest teilweise der jeweils anderen der Wellen zugeführt. Das entsprechende Einstellen der Lamellenkupplungen 10 und 11 erfolgt allein auf Grundlage und anhand der Drehmomentdifferenz zwischen den Drehmomenten, welche über die Eingangszahnräder 13 und 14 auf den Planetenradträger 2 übertragen werden. Dies ermöglicht eine einfache und kostensparende Konstruktion, welche sich zudem durch einen geringen Platzbedarf und eine hohe Zuverlässigkeit auszeichnet.
Bezugszeichenliste

1: Sperrdifferentialgetriebe
2: Planetenradträger
3: Drehachse
4: Ausgangswelle
5: Ausgangswelle
6: Wälzlager
7: Planetenrad
8: Zahnrad
9: Zahnrad
10: Lamellenkupplung
11: Lamellenkupplung
12: Stellelement
13: Eingangszahnrad
14: Eingangszahnrad
15: Rampe
16: Rampe
17: Übertragungselement
18: Übertragungselement
19: Primärlamellenanordnung
20: Primärlamellenanordnung
21: Sekundärlamellenanordnung
22: Sekundärlamellenanordnung

Claims

Sperrdifferentialgetriebe (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Getriebekorb, mehreren Ausgangswellen (4, 5) sowie einem antreibbaren, mit dem Getriebekorb drehfest gekoppelten und um eine Drehachse (3) drehbar gelagerten Planetenradträger (2), an dem wenigstens ein Planetenrad (7) drehbar gelagert ist, über das der Planetenradträger (2) mit den Ausgangswellen (4, 5) antriebstechnisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass antriebstechnisch zwischen dem Planetenradträger (2) und den Ausgangswellen (4, 5) jeweils eine Lamellenkupplung (10, 11) zur antriebstechnischen Kopplung des Planetenradträgers (2) mit der jeweiligen Ausgangswelle (4, 5) angeordnet ist, wobei mehrere Eingangszahnräder (13, 14) an dem Planetenradträger (2) angeordnet und mit ihm antriebstechnisch verbunden sind und das Sperrdifferentialgetriebe (1) dazu vorgesehen und ausgestaltet ist, auf die Lamellenkupplungen (10, 11) wirkende Anpressdrücke in Abhängigkeit von einer Drehmomentdifferenz zwischen über die Eingangszahnräder (13, 14) auf den Planetenradträger (2) übertragenen Drehmomenten einzustellen.
Sperrdifferentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Planetenrad (7) mit Zahnrädern (8, 9) kämmt, die mit den Ausgangswellen (4, 5) antriebstechnisch starr gekoppelt sind, oder dass das wenigstens eine Planetenrad (7) mit einem der Zahnräder (8, 9) kämmt und von dem jeweils anderen der Zahnräder (8, 9) beabstandet angeordnet ist, wobei zusätzlich zu dem wenigstens einen Planetenrad (7) zumindest ein weiteres Planetenrad drehbar an dem Planetenradträger (2) gelagert ist, das mit dem wenigstens einen Planetenrad (7) und dem anderen der Zahnräder (8, 9) kämmt und von dem einen der Zahnräder (8, 9) beabstandet angeordnet ist.
Sperrdifferentialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (2) ein in axialer Richtung bezüglich der Drehachse (3) verlagerbares Stellelement (12) aufweist, das in einer Neutralstellung von den Lamellenkupplungen (10, 11) beabstandet angeordnet ist oder zumindest keine Stellkraft auf sie bewirkt und in von der Neutralstellung verschiedenen Sperrstellungen jeweils eine der Lamellenkupplungen (10, 11) mit einer den jeweiligen Anpressdruck bewirkenden Stellkraft beaufschlagt.
Sperrdifferentialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenkupplungen (10, 11) in axialer Richtung auf gegenüberliegenden Seiten des Stellelements (12) angeordnet sind.
Sperrdifferentialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Planetenrad (7) an einem Grundelement des Planetenradträgers (2) drehbar gelagert ist, wobei das Stellelement (12) bezüglich des in axialer Richtung ortsfesten Grundelements oder das Grundelement gemeinsam mit dem Stellelement (12) verlagerbar ist.
Sperrdifferentialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Lamellenkupplungen (10, 11) ein in axialer Richtung verlagerbares Übertragungselement (17, 18) aufweist, das eine mit einer Gegenverzahnung des Getriebekorbs kämmende Verzahnung aufweist, wobei mit dem Übertragungselement (17, 18) eine Primärlamellenanordnung (19,20) der jeweiligen Lamellenkupplung (10, 11) antriebstechnisch gekoppelt ist, die bei einem von null verschiedenen jeweiligen Anpressdruck mit einer mit der jeweiligen Ausgangswelle (4, 5) antriebstechnisch gekoppelten Sekundärlamellenanordnung (21, 22) in Reibkontakt tritt und zur Zurückführung eines Teils des entsprechenden Drehmoments von der Ausgangswelle (4, 5) auf den Planetenradträger (2) zusammenwirkt.
Sperrdifferentialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangszahnräder (13, 14) in axialer Richtung auf gegenüberliegenden Seiten des Stellelements (12) angeordnet sind und jeweils über wenigstens eine Rampe (15, 16) drehmomentübertragend mit dem Stellelement (12) gekoppelt sind, sodass bei einer Drehmomentübertragung von den Eingangszahnrädern (13, 14) auf das Stellelement (12) das Stellelement (12) mit einer Axialkraft beaufschlagt ist.
Sperrdifferentialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangszahnräder (13, 14) koaxial zu dem Planetenradträger (2) angeordnet und bezüglich des Grundelements drehbar gelagert sind.
Sperrdifferentialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebekorb auf einer der jeweiligen Rampe (15, 16) abgewandten Seite der Eingangszahnräder (13, 14) eine Stützfläche aufweist, an welcher sich das entsprechende Eingangszahnrad (13, 14) in axialer Richtung zumindest zeitweise abstützt.
Verfahren zum Betreiben eines Sperrdifferentialgetriebes (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Sperrdifferentialgetriebe (1) über einen Getriebekorb, mehrere Ausgangswellen (4, 5) sowie einen antreibbaren, mit dem Getriebekorb drehfest gekoppelten und um eine Drehachse (3) drehbar gelagerten Planetenradträger (2) verfügt, an dem wenigstens ein Planetenrad (7) drehbar gelagert ist, über das der Planetenradträger (2) mit den Ausgangswellen (4, 5) antriebstechnisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass antriebstechnisch zwischen dem Planetenradträger (2) und den Ausgangswellen (4, 5) jeweils eine Lamellenkupplung (10, 11) zur antriebstechnischen Kopplung des Planetenradträgers (2) mit der jeweiligen Ausgangswelle (4, 5) angeordnet ist, wobei mehrere Eingangszahnräder (13, 14) an dem Planetenradträger (2) angeordnet und mit ihm antriebstechnisch verbunden sind und auf die Lamellenkupplungen (10, 11) wirkende Anpressdrücke in Abhängigkeit von einer Drehmomentdifferenz zwischen über die Eingangszahnräder (13, 14) auf den Planetenradträger (2) übertragenen Drehmomenten eingestellt werden.