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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Differentialgetriebe sowie ein Antriebssystem für ein Fahrzeug.
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Stand der Technik
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Differentialgetriebe von Fahrzeugen sind dazu ausgebildet, ein von einer achszentralen Antriebseinrichtung erzeugtes Drehmoment auf zwei Räder zu verteilen und dabei unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten der Räder zu ermöglichen, z.B. bei einer Kurvenfahrt. In Fahrzeugen, wie z.B. PKWs, kommen typischerweise offene bzw. nicht sperrbare Differentialgetriebe zum Einsatz, welche dazu ausgebildet sind, das Drehmoment gleichmäßig auf beide Räder verteilen. Wenn Situationen auftreten, in denen eine ungleiche Verteilung von Drehmoment auf die Räder gewünscht ist, z.B. beim Anfahren auf einseitig glatter Fahrbahn, wird üblicherweise mit einer Radbremse das Rad gebremst, welches auf dem Fahrbahnteil mit niedrigem Reibbeiwert steht, um das dort absetzbare Drehmoment zu erhöhen. Dadurch lässt sich auch an dem Rad mit höherem Reibwert ein höheres Drehmoment absetzen.
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In modernen Fahrzeugen kommen zunehmend elektrische Maschinen als achszentrale Antriebseinrichtung zum Einsatz. Die elektrische Maschine kann üblicherweise auch als Generator betrieben werden, um eine Bremsung durchzuführen. In solchen Antriebssystemen kann die Radbremse grundsätzlich entfallen, was eine ungleiche Drehmomentenverteilung über das Differentialgetriebe erschwert.
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In der
US 3 517 573 A wird ein Differentialgetriebe mit einem um eine erste Drehachse drehbaren Korb, zwei um die erste Drehachse im Korb drehbar gelagerten Abtriebsrädern und einem Ausgleichsrad beschrieben, welches um eine zweite Drehachse drehbar in dem Korb gelagert ist und mit den Abtriebsrädern in Eingriff steht. An eines der Abtriebsräder ist ein Tellerrad gekoppelt, welches mit einem drehbar in dem Korb gelagerten Stirnrad in Eingriff steht. Das Stirnrad ist mit einer Schwungmasse gekoppelt, welche ihrerseits an ein Reibstück gekoppelt ist. Bei einer hohen Differenzdrehzahl zwischen Korb und Abtriebsrad dreht sich das Stirnrad mit hoher Geschwindigkeit und infolge der Fliehkraft wird die Schwungmasse radial von der Drehachse des Stirnrads nach außen bewegt. Dadurch betätig die Schwungmasse eine Kupplung, welche das Abtriebsrad an den Korb koppelt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist ein Differentialgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgesehen.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Differentialgetriebe für ein Fahrzeug einen um eine erste Drehachse drehbaren Korb oder Käfig mit einer Antriebsschnittstelle zur Kopplung mit einem Antrieb, ein erstes Abtriebsrad, welches um die erste Drehachse drehbar in dem Korb gelagert ist, ein zweites Abtriebsrad, welches um die erste Drehachse drehbar in dem Korb gelagert ist, ein Ausgleichsrad, welches um eine sich senkrecht zur ersten Drehachse erstreckende zweite Drehachse in dem Korb gelagert ist und mit dem ersten und dem zweiten Abtriebsrad in Eingriff steht, eine Schwungmasse, welche in Bezug auf die erste Drehachse verdrehsicher und in einer radialen Richtung senkrecht zu der ersten Drehachse verschiebbar an den Korb gekoppelt ist, und eine Kupplung, welche durch eine Bewegung der Schwungmasse in radialer Richtung nach außen in einen Sperrzustand bewegbar ist, in welchem sie das Ausgleichsrad in Bezug auf die zweite Drehachse oder eines der Abtriebsräder in Bezug auf die erste Drehachse drehfest an den Korb koppelt.
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Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Antriebssystem für ein Fahrzeug einen Antriebsmotor, insbesondere in Form einer elektrischen Maschine, ein an den Antriebsmotor gekoppeltes Übersetzungsgetriebe, ein Differentialgetriebe nach dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei der Korb mit dessen Antriebsschnittstelle an das Übersetzungsgetriebe gekoppelt ist, z.B. über ein Antriebsrad wie ein Stirn- oder Tellerrad, eine mit dem ersten Abtriebsrad des Differentialgetriebes verbundene erste Radachse und eine mit dem zweiten Abtriebsrad des Differentialgetriebes verbundene zweite Radachse.
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Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, einen Sperrgrad des Differentialgetriebes abhängig von der Drehzahl des Korbs oder Käfigs einzustellen. Eine Schwungmasse ist somit in einer radialen Richtung, also senkrecht zu der ersten Drehachse, um die der Korb drehbar ist, verschiebbar an dem Korb gelagert. Bei hoher Drehzahl des Korbs wird die Schwungmasse radial nach außen, also von der ersten Drehachse wegbewegt, optional gegen eine von einer Feder auf die Schwungmasse aufgebrachte Vorspannkraft. Dadurch betätigt die Schwungmasse eine Kupplung bzw. bewegt diese von einem offenen Zustand in einen Sperrzustand, in welcher die Kupplung das Ausgleichsrad oder eines der Abtriebsräder verdrehsicher mit dem Korb koppelt, z.B. durch Reibschluss.
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In dem Sperrzustand beträgt ein Sperrgrad 100 Prozent. Das heißt, eine Drehung der Abtriebsräder relativ zueinander bzw. relativ zu dem Korb ist nicht möglich. In dem offenen Zustand beträgt der Sperrgrad 0 Prozent, das heißt, die Abtriebsräder können sich, wie bei einem offenen Differentialgetriebe, relativ zueinander drehen.
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Die Kopplung der Schwungmasse an den Käfig derart, dass diese infolge einer Rotation des Käfigs um die erste Drehachse in radialer Richtung nach außen bewegbar ist, bietet den Vorteil, dass das Differentialgetriebe bei hohen Drehzahlen des Käfigs ein hoher Sperrgrad erzielt wird, während bei niedrigen Drehzahlen des Käfigs der Sperrgrad gering ist. Bei niedrigen Drehzahlen, also typischerweise bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten, verhält sich das Differentialgetriebe somit wie ein offenes Differentialgetriebe, was für enge Wenderadien oder ähnliche Fahrmanöver günstig ist. Bei hohen Drehzahlen des Käfigs, also bei hoher Fahrgeschwindigkeit oder bei hoher Differenzdrehzahl zwischen den Abtriebsrädern, wird ein hoher Sperrgrad des Differentialgetriebes erzielt. Dies ist z.B. günstig für Kurvenfahrten mit hoher Geschwindigkeit, da dadurch eine stabilisierende Wirkung auf das Fahrzeug erzielt wird, oder beim Anfahren auf einseitig glatter Fahrbahn.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
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Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Kupplung dazu ausgebildet ist, in dem Sperrzustand das Ausgleichsrad in Bezug auf die zweite Drehachse drehfest an den Korb zu koppeln, wobei das Ausgleichsrad mittels eines Lagerstifts, welcher durch eine Umfangswandung des Korbs hindurch ragt, um die zweite Drehachse drehbar an dem Korb gelagert ist, wobei die Kupplung eine Vielzahl erster Lamellen, die drehfest an den Lagerstift gekoppelt sind, und eine Vielzahl zweiter Lamellen aufweist, die mit den ersten Lamellen überlappen und drehfest an einen in Bezug auf die zweite Drehachse drehfest mit dem Korb verbundenen Lamellenträger gekoppelt sind, und wobei die Schwungmasse an die ersten oder die zweiten Lamellen gekoppelt ist, um die ersten und die zweiten Lamellen entlang der zweiten Drehachse relativ zueinander in Eingriff zu bewegen. Demnach ist die Kupplung radial außen an dem Käfig bzw. Korb angeordnet und als Lamellenkupplung ausgeführt. Damit ergibt sich vorteilhaft ein konstruktiv einfacher und kostengünstiger Aufbau mit geringem Bauraumbedarf. Der Lamellenträger kann z.B. fest mit dem Käfig bzw. Korb verbunden sein oder seinerseits in radialer Richtung linear verschiebbar an dem Käfig gelagert sein. Im letztgenannten Fall bildet der Lamellenträger einen Teil der Schwungmasse, wodurch ein noch kompakterer Aufbau realisierbar ist.
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Gemäß manchen Ausführungsformen kann die Schwungmasse mit dem Lamellenträger verbunden, insbesondere an diesem befestigt sein. Beispielsweise kann die Schwungmasse einen in radialer Richtung abgewandt von dem Korb gelegenen Deckel des Lamellenträgers bilden oder mit diesem verbunden sein.
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Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Lamellenträger durch ein Kupplungsgehäuse ausgebildet ist, welches einen Innenraum definiert, wobei die ersten und die zweiten Lamellen in dem Innenraum angeordnet sind. Damit sind die Lamellen in verbesserter Weise vor Verschmutzung geschützt.
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Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Innenraum mit einem Fluid gefüllt ist, z.B. mit einem dilatanten Fluid. Das Kupplungsgehäuse kann somit fluiddicht ausgeführt sein und die Kupplung kann als nasslaufende Lamellenkupplung realisiert sein. Dies ist vorteilhaft hinsichtlich der Kühlung der Lamellen. Ferner tritt durch die Flutung des Innenraums mit Fluid auch im offenen Zustand der Kupplung viskose Reibung zwischen den Lamellen auf, so dass der Sperrgrad des Differentialgetriebes zusätzlich von der Differenzgeschwindigkeit der Räder abhängig ist.
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Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Kupplung dazu ausgebildet ist, in dem Sperrzustand eines der Abtriebsräder in Bezug auf die erste Drehachse drehfest an den Korb zu koppeln, wobei das jeweilige Abtriebsrad mittels einer Abtriebswelle, welche durch eine Stirnwandung des Korbs hindurch ragt, um die erste Drehachse drehbar an dem Korb gelagert ist, wobei die Kupplung eine erste Reibanordnung, die in Bezug auf die erste Drehachse drehfest an die Abtriebswelle gekoppelt ist, und eine zweite Reibanordnung aufweist, die in Bezug auf die erste Drehachse drehfest an den Korb gekoppelt ist, wobei die Schwungmasse derart an die erste oder die zweite Reibanordnung gekoppelt ist, um diese relativ zueinander in Eingriff zu bewegen. Demnach ist die Kupplung an einem axialen Ende des Korbs angeordnet, wodurch in Bezug auf die radiale Richtung vorteilhaft ein noch kompakter Aufbau des Differentialgetriebes realisiert wird. Die Kupplung ist ferner als Reibkupplung realisiert, wodurch sich, je nach Drehgeschwindigkeit des Korbes und der daraus resultierenden Fliehkraft der Schwungmasse im Wesentlichen stufenlos verschiedene Sperrgrade einstellen lassen.
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Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die erste Reibanordnung eine Vielzahl erster Lamellen aufweist, die drehfest an die Abtriebswelle gekoppelt sind, dass die zweite Reibanordnung eine Vielzahl zweiter Lamellen aufweist, die mit den ersten Lamellen überlappen und drehfest an einen in Bezug auf die erste Drehachse drehfest mit dem Korb verbundenen Lamellenträger gekoppelt sind, und dass die Schwungmasse an die ersten oder die zweiten Lamellen gekoppelt ist, um die ersten und die zweiten Lamellen entlang der erste Drehachse relativ zueinander in Eingriff zu bewegen. Demnach ist die Kupplung dazu ausgebildet, eine Bewegung der Schwungmasse in radialer Richtung in eine Bewegung der Lamellen in axialer Richtung, also entlang der ersten Drehachse umzuwandeln. Prinzipiell ist es möglich, dass die ersten Lamellen in der axialen Richtung fest mit der jeweiligen Abtriebswelle verbunden sind und die zweiten Lamellen in der axialen Richtung verschiebbar an dem Lamellenträger gelagert sind oder umgekehrt. Der Lamellenträger kann als Teil des Korbs oder als separates Bauteil realisiert sein, das an dem Korb befestigt ist.
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Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Kupplung einen Keilmechanismus mit einem an die ersten oder die zweiten Lamellen gekoppelten ersten Keil und einen in der radialen Richtung verschiebbar an dem Korb, insbesondere dem Lamellenträger gelagerten zweiten Keil aufweist, welcher an dem ersten Keil anliegt mit dem die Schwungmasse verbunden ist. Der erste Keil weist eine Kontaktfläche auf, die mit der ersten Drehachse einen ersten, spitzen Winkel einschließt, beispielsweise einen Winkel in einem Bereich zwischen 25 Grad und 80 Grad. Der zweite Keil weist eine Kontaktfläche auf, die mit der Drehachse einen zweiten, stumpfen Winkel einschließt, welcher z.B. 180 Grad minus dem ersten Winkel sein kann. Wenn der zweite Keil durch die Fliehkraft der Schwungmasse in radialer Richtung nach außen bewegt wird, gleiten die Kontaktflächen aneinander ab und der zweite Keil übt eine Druckkraft auf den ersten Keil entlang der ersten Drehachse aus, wodurch der zweite Keil die ersten und die zweiten Lamellen aneinanderdrückt. Durch die Anpassung der Keilwinkel kann vorteilhaft auf einfache Weise eine Übersetzung der Fliehkraft in die auf die Lamellen ausgeübte Druckkraft angepasst werden. Ein weiterer Vorteil liegt in dem einfachen und verschleißarmen Aufbau der Kupplung.
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Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Schwungmasse kreissegmentförmig ausgebildet ist. Das heißt die an die erste oder zweite Reibanordnung gekoppelte Schwungmasse kann ein die erste Drehachse teilweise umschließendes Kreissegment sein, was einen kompakten Aufbau erleichtert.
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Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Abtriebsräder und das Ausgleichsrad als Kegelräder ausgebildet sind.
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Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Differentialgetriebe ein Antriebsrad, z.B. ein Kegelrad oder ein Stirnrad aufweist, welches mit der mechanischen Schnittstelle des Korbs verbunden ist. Beispielsweise kann die Schnittstelle ein Flansch oder dergleichen sein, an dem das Antriebsrad befestigt ist.
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Gemäß manchen Ausführungsformen kann das Antriebssystem eine zentrale Bremsvorrichtung aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, ein Bremsmoment zwischen dem Antriebsmotor und dem Differentialgetriebe aufzubringen. Somit kann das Antriebssystem ohne Radbremsen ausgebildet sein.
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Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die zentrale Bremsvorrichtung dazu ausgebildet ist, das Bremsmoment auf eine Antriebswelle des Antriebsmotors, auf eine Welle des Übersetzungsgetriebes oder auf den Korb des Differentialgetriebes aufzubringen. Beispielsweise kann die zentrale Bremsvorrichtung eine auf die jeweilige Welle bzw. den Korb wirkende Reibbremse ausgebildet sein.
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Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen erläutert. Von den Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematisch-funktionale Schnittansicht eines Differentialgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 eine abgebrochene, perspektivische Schnittansicht des in 2 gezeigten Differentialgetriebes;
- 4 eine Schnittansicht eines Differentialgetriebes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 5 eine Detailansicht des durch den Buchstaben Z gekennzeichneten Bereichs des in der 4 gezeigten Differentialgetriebes;
- 6 eine schematisch-funktionale Schnittansicht eines Differentialgetriebes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 7 eine schematische Schnittansicht einer Schwungmasse eines Differentialgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt schematisch ein Antriebssystem 200 für ein Fahrzeug, z.B. für einen PKW. Das Antriebssystem 200 weist einen Antriebsmotor 210, z.B. in Form einer als Generator und Motor betreibbaren elektrischen Maschine, ein Übersetzungsgetriebe 220, ein Differentialgetriebe 100, eine erste Achse 231 und eine zweite Achse 232 auf. Optional kann ferner eine zentrale Bremsvorrichtung 240 vorgesehen sein.
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Die elektrische Maschine kann z.B. als Drehstrommaschine ausgebildet sein. Wie in 1 schematisch dargestellt, ist eine Antriebswelle 211 des Antriebsmotors 210 kinematisch an das Übersetzungsgetriebe 220 gekoppelt. Das Übersetzungsgetriebe 220 ist in 1 lediglich schematisch und rein beispielhaft dargestellt und kann z.B. als Stirnradgetriebe ausgebildet sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Übersetzungsgetriebe 220 als Planetengetriebe oder in anderer Weise realisiert ist. Das Differentialgetriebe 100 ist in 1 ebenfalls nur schematisch dargestellt und wird nachfolgend noch im Detail erläutert. Das Differentialgetriebe 100 ist kinematisch an das Übersetzungsgetriebe 220 und an die Achsen 232, 233 gekoppelt. Somit überträgt das Übersetzungsgetriebe 220 das vom Motor 210 abgegebene Drehmoment an das Differentialgetriebe 100, welches das Drehmoment auf die Achsen 231, 232 verteilt. Selbstverständlich kann das Differentialgetriebe 100 auch Drehmoment an den Achsen 231, 232 aufnehmen, welches über das Getriebe 220 an die Antriebswelle 211 übertragen wird, z.B. um die elektrische Maschine als Generator zu betreiben. Jede der Achsen 231, 232 ist zur Kopplung mit je einem Rad 251, 252 ausgebildet, wie in 1 schematisch dargestellt.
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Die optionale zentrale Bremsvorrichtung 240 kann anstelle von Radbremsen vorgesehen sein, welche die einzelnen Achsen 231, 232 mit einem individuellen Bremsmoment beaufschlagen würden. Die Bremsvorrichtung 240 kann z.B. als Reibbremse ausgebildet sein, wie dies in 1 symbolisch dargestellt ist. Wie in 1 beispielhaft gezeigt, kann die Bremsvorrichtung 240 z.B. an eine Welle 221, z.B. an eine Zwischenwelle des Übersetzungsgetriebes 220 gekoppelt sein, um in dem Antriebssystem 200 an eine zentral ein Bremsmoment zu erzeugen. Alternativ könnte die zentrale Bremsvorrichtung 240 auch an die Antriebswelle 211 des Antriebsmotors 210 oder einen Korb 1 (2 bis 6) des Differentialgetriebes 100 gekoppelt sein, um jeweils dort ein Bremsmoment aufzubringen. Die zentrale Bremsvorrichtung 240 ist somit allgemein dazu ausgebildet, ein Bremsmoment zwischen dem Antriebsmotor 210 und dem Differentialgetriebe 100 aufzubringen.
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In den 2 und 3 ist schematisch ein Differentialgetriebe 100 dargestellt, welches z.B. in dem in 1 gezeigten Antriebssystem 200 eingebaut sein kann. Wie in den 2 und 3 beispielhaft gezeigt, umfasst das Differentialgetriebe 100 einen Korb oder Käfig 1, ein erstes Abtriebsrad 2, ein zweites Abtriebsrad 3, zumindest ein Ausgleichsrad 4, eine Schwungmasse 5 und eine Kupplung 6.
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Der Korb 1 kann beispielsweise eine Umfangswandung 13, welche z.B. zylindrisch sein kann, sowie an den Enden der Umfangswandung 13 vorgesehene, einander gegenüberliegende Stirnwandungen 11, 12 aufweisen. Die Umfangswandung 13 und die Stirnwandungen 11, 12 definieren einen Innenraum 1A. Es sind auch andere Formen des Korbs 1 denkbar, z.B. kann der Korb 1 quaderförmig realisiert sein. Allgemein kann der Korb 1 Wandungen aufweisen, welche einen Innenraum 1A definieren. Der Korb 1 ist um eine erste Drehachse A1 drehbar. Die Stirnwandungen 11, 12 sind entlang der ersten Drehachse A1 beabstandet und die Umfangswandung 13 umschließt die erste Drehachse A1. Der Korb 1 weist ferner eine mechanische Schnittstelle bzw. Antriebsschnittstelle 10 auf, über die der Korb 1 an einen Antrieb, insbesondere an den Antriebsmotor 210 koppelbar ist. Wie in den 2 und 3 schematisch und rein beispielhaft gezeigt, kann die Schnittstelle 10 durch einen Abschnitt der Umfangswandung 13 ausgebildet sein. Alternativ wäre denkbar, dass ein Flansch, der mit der Umfangswandung 13 oder einer der Stirnwandungen 11, 12 verbunden ist, die Schnittstelle 10 bildet. Wie in den 2 und 3 beispielhaft gezeigt, kann ein Antriebsrad 8, z.B. ein Kegelrad, mit der mechanischen Schnittstelle 10 verbunden sein. Das Antriebsrad 8 ist z.B. über das Übersetzungsgetriebe 220 durch den Motor 210 antreibbar, um den Korb 1 um die erste Drehachse A1 zu drehen. In dem Antriebssystem 200 ist der Korb 1 mit seiner Antriebsschnittstelle 10 somit an das Übersetzungsgetriebe 220 gekoppelt.
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Die Abtriebsräder 2, 3 können z.B. als Kegelräder realisiert sein, wie dies in den 2 und 3 beispielhaft gezeigt ist. Die Antriebsräder 2, 3 sind in dem Innenraum 1A des Korbs 1 angeordnet und können jeweils mit einer Abtriebswelle 20, 30 verbunden sein, die die jeweilige Stirnwandung 11, 12 durchdringt und um die erste Drehachse A1 drehbar gelagert. Allgemein sind das erste und das zweite Abtriebsrad 2, 3 um die erste Drehachse A1 drehbar in dem Korb 1 gelagert. Die Abtriebswellen 20, 30 können z.B. die ersten und zweiten Achsen 231, 232 des Antriebssystems bilden oder mit diesen verbunden sein. Die erste Achse 231 ist somit allgemein mit dem ersten Abtriebsrad 2 verbunden, und die zweite Achse 232 ist allgemein mit dem zweiten Abtriebsrad 3 verbunden.
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Wie in den 2 und 3 beispielhaft gezeigt, kann ein erstes Ausgleichsrad 4A und ein zweites Ausgleichsrad 4B vorgesehen sein. Es ist jedoch grundsätzlich auch denkbar, dass lediglich ein Ausgleichsrad 4 vorgesehen ist. Im Folgenden wird daher lediglich ein Ausgleichsrad 4 beschrieben. Die Ausführungen gelten analog für das erste und das zweite Ausgleichsrad 4A, 4B. Wie in den 2 und 3 beispielhaft gezeigt, kann das Ausgleichsrad 4 als Kegelrad realisiert sein. Das Ausgleichsrad 4 ist in dem Innenraum 1A des Käfigs 1 angeordnet und um eine sich senkrecht zur ersten Drehachse A1 erstreckende zweite Drehachse A2 drehbar gelagert. Insbesondere kann das Ausgleichsrad 4 mit einem Lagerstift 40 verbunden sein, welcher durch die Umfangswandung 13 des Korbs 1 hindurch ragt und an der Umfangswandung 13 drehbar gelagert ist, wie in 3 beispielhaft gezeigt. Wie in den 2 und 3 weiterhin gezeigt ist, steht das Ausgleichsrad 4 mit dem ersten und dem zweiten Abtriebsrad 2, 3 in Eingriff.
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Die Schwungmasse 5 ist allgemein durch ein oder mehrere Bauteile realisiert, die mit dem Korb 1 verbunden sind, insbesondere derart, dass diese in einer radialen Richtung R1, die senkrecht zur ersten Drehachse A1 verläuft, verschiebbar, aber in Bezug auf eine Drehung um die erste Drehachse A1 drehfest sind. Bei einer Drehung des Korbs 1 um die erste Drehachse A1 wird die Schwungmasse 5 somit in radialer Richtung R1 nach außen, also von der Drehachse A1 wegbewegt. Die Schwungmasse 5 ist kinematisch an die Kupplung 6 gekoppelt, um diese zu betätigen bzw. zwischen einem offenen Zustand und einem Sperrzustand zu bewegen. Wenn die Schwungmasse 5 sich in radialer Richtung R1 nach außen bewegt, bewegt sie die Kupplung 6 in den Sperrzustand. Optional kann die Schwungmasse 5 gegen eine Bewegung nach außen in radialer Richtung R1 vorgespannt sein, z.B. mittels Federn.
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Wie in den 2 und 3 beispielhaft gezeigt, kann die Kupplung 6 als Lamellenkupplung realisiert sein, welche an dem Außenumfang bzw. der Umfangswandung 13 des Korbs 1 angeordnet ist. In diesem Fall kann die Kupplung 6 dazu ausgebildet sein, in dem Sperrzustand das Ausgleichsrad 4 in Bezug auf die zweite Drehachse A2 drehfest an den Korb 1 zu koppeln. Wie in den 2 und 3 beispielhaft gezeigt, kann die Kupplung 6 ein erstes Lamellenpaket mit einer Vielzahl an ersten Lamellen 61, ein zweites Lamellenpaket mit einer Vielzahl an zweiten Lamellen 62 und einen Lamellenträger 60 aufweisen. Der Lamellenträger 60 kann z.B. als geschlossenes Gehäuse oder Kupplungsgehäuse 63 realisiert sein. Wie in 3 rein beispielhaft gezeigt, kann das Kupplungsgehäuse 63 mit einer zylindrischen Umfangswand und einem Boden ausgebildet sein, welcher an den Außenumfang der Umfangswandung 13 angepasst ist. Durch die zylindrische Form der Umfangswandung 13 ist das Kupplungsgehäuse 63 verdrehsicher in Bezug auf die zweite Drehachse A2 an dem Korb 1 positioniert. Alternativ ist auch denkbar, dass der Lamellenträger 60 über Stifte oder andere Führungsstrukturen verdrehsicher in Bezug auf die zweite Drehachse A2 an den Korb 1 gekoppelt ist. Die Schwungmasse 5 kann z.B. durch den Kupplungsträger 60 selbst gebildet sein. Optional kann z.B. ein Deckel des Kupplungsgehäuses 63 in seiner Masse entsprechend der gewünschten zu erzeugenden Fliehkraft dimensioniert sein. Die Schwungmasse 5 kann allgemein mit dem Lamellenträger 60 verbunden, insbesondere an diesem befestigt sein.
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Wie in den 2 und 3 gezeigt, ragt der Lagerstift 40 in den Innenraum 63A des Kupplungsgehäuses 63 hinein. Die ersten Lamellen 61, die z.B. scheibenförmig sein können, sind drehfest an den Lagerstift 40 gekoppelt. Die zweiten Lamellen 62 sind drehfest an den Lamellenträger 60 gekoppelt und überlappend mit den ersten Lamellen 61 angeordnet. Entlang der zweiten Drehachse A2 sind somit abwechselnd erste und zweite Lamellen 61, 62 angeordnet, insbesondere sind die ersten und die zweiten Lamellen 61, 62 in dem Innenraum 63A des Kupplungsgehäuses 63 angeordnet. Die ersten Lamellen 61 können z.B. axial, also entlang der zweiten Drehachse A2 verschiebbar an dem Lagerstift 40 geführt sein. Wenn der Korb 1 um die erste Drehachse A1 rotiert, bewegt sich die Schwungmasse 5 und somit der Lamellenträger 60 mit den zweiten Lamellen 62 in radialer Richtung R1 nach außen, so dass die zweiten Lamellen 62 in Kontakt mit den ersten Lamellen 61 kommen bzw. eine Kontaktkraft zwischen den Lamellen 61 vergrößert und somit eine Drehung des Ausgleichsrads 4 um die zweite Drehachse A2 gehemmt wird. Die ersten Lamellen 61 können sich z.B. an einem am Ende des Lagerstifts 40 angebrachten Endstück 41 abstützen (3).
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Wie beschrieben, kann die Schwungmasse 5 z.B. an die zweiten Lamellen 62 gekoppelt sein. Alternativ ist aber auch denkbar, dass die Schwungmasse 5 an die ersten Lamellen 61 gekoppelt ist. Z.B. können die ersten Lamellen 61 an einer gemeinsamen Hülse fixiert sein, die verdrehsicher und axial bewegbar an dem Lagerstift 40 geführt ist. Die Schwungmasse 5 kann in diesem Fall beispielsweise mit der Hülse verbunden sein und der Kupplungsträger 60 kann fest mit der Umfangswandung 13 des Korbs 1 verbunden sein, z.B. mit dieser verschraubt oder einstückig mit der Umfangswandung ausgebildet sein. Allgemein kann die Schwungmasse 5 somit derart an die ersten oder die zweiten Lamellen 61, 62 gekoppelt sein, um die ersten und die zweiten Lamellen 61, 62 entlang der zweiten Drehachse A2 relativ zueinander in Eingriff zu bewegen.
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Wenn die Kupplung 6 in dem Sperrzustand das Ausgleichsrad 4 in Bezug auf die zweite Drehachse A2 drehfest an den Korb 1 koppelt, kann an beiden Abtriebsräder 2, 3 dasselbe Drehmoment abgesetzt werden. Ein Sperrgrad des Differentialgetriebes 100 ist, da die Schwungmasse 5 an den Korb 1 gekoppelt ist, von der Drehzahl des Korbs 1 abhängig, wobei der Sperrgrad mit steigender Drehzahl zunimmt, bis ab einer vorbestimmten Drehzahl der Sperrzustand, also ein Sperrgrad von 100 Prozent erreicht wird.
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In 3 ist beispielhaft eine trockenlaufende Lamellenkupplung gezeigt. In den 4 und 5 ist schematisch und rein beispielhaft ein Differentialgetriebe 100 gezeigt, das sich von dem in 3 gezeigten Differentialgetriebe 100 lediglich dadurch unterscheidet, dass der Innenraum 63A des Kupplungsgehäuses 63 mit einem Fluid gefüllt ist. Dadurch wird neben einer Kontaktreibung, die durch den direkten Kontakt zwischen den Lamellen 61, 62 entsteht, eine viskose Reibung durch das Fluid erzielt. Folglich kann der Sperrgrad optional zusätzlich abhängig von einer Differenzdrehzahl zwischen den Abtriebsrädern 2, 3, die der Drehzahl des Ausgleichsrad 4 entspricht, abhängig variiert werden. Das Fluid kann z.B. ein dilatantes Fluid sein.
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Wie in 5 weiterhin gezeigt ist, kann ein Endbereich der zweiten Lamellen 62 mit geringerer Dicke als der Rest der jeweiligen Lamelle 62 bzw. abgesetzt ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich ist auch denkbar, dass ein Endbereich der ersten Lamellen 61 mit geringerer Dicke als der Rest der jeweiligen Lamelle 61 bzw. abgesetzt ausgebildet ist. In dem abgesetzten Endbereich wirkt somit überwiegend Viskose Reibung, während in dem nicht abgesetzten Bereich überwiegend trockene Reibung die Charakteristik der Kupplung 6 bestimmt. Unabhängig von der Gestaltung der Dicke der Lamellen 61, 62 kann vorgesehen sein, dass die ersten und/oder die zweiten Lamellen 61, 62 gelocht sind, um z.B. turbulente Strömungen im Fluid zu begünstigen und die Abhängigkeit des Sperrgrads des Differentials von der Differenzgeschwindigkeit der Abtriebsräder 2, 3 zu erhöhen.
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In 6 ist ein Differentialgetriebe 100 gezeigt, das sich von den in den 2 bis 5 gezeigten Differentialgetrieben 100 dadurch unterscheidet, dass die Kupplung 6 in dem Sperrzustand nicht das Ausgleichsrad 4 sperrt, sondern dazu ausgebildet ist, in dem Sperrzustand eines der Abtriebsräder 2, 3 in Bezug auf die erste Drehachse A1 drehfest an den Korb 1 zu koppeln. In 6 ist beispielhaft gezeigt, dass die Kupplung 6 auf das erste Abtriebsrad 2 wirkt. Selbstverständlich kann die Kupplung 6 auch auf das zweite Abtriebsrad 3 wirken.
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Wie in 6 beispielhaft gezeigt, kann die Kupplung 6 als trocken oder nass laufende Lamellenkupplung realisiert sein, ähnlich wie dies oben beschrieben wurde. Wie in 6 schematisch dargestellt, umfasst die Kupplung 6 einen Lamellenträger 60, eine Vielzahl erster Lamellen 61, die drehfest an die erste Abtriebswelle 20 gekoppelt sind, und eine Vielzahl zweiter Lamellen 62 auf, die mit den ersten Lamellen 61 überlappen und drehfest an einen Lamellenträger 60 gekoppelt sind. Der Lamellenträger 60 kann z.B. an der erste Stirnwandung 11 des Korbs 1 befestigt sein. Allgemein ist der Lamellenträger 60 in Bezug auf die erste Drehachse A1 drehfest mit dem Korb 1 verbundenen. Wie in 6 schematisch gezeigt, ragt die Abtriebswelle 20 in den Lamellenträger 60 hinein, vorzugsweise durch diesen hindurch. Die ersten und zweiten Lamellen 61, 62 sind entlang der Abtriebswelle 20 bzw. entlang der ersten Drehachse A1 abwechselnd angeordnet. In Bezug auf die Gestaltung der Lamellen 61, 62 gelten die obigen Ausführungen. Es ist sowohl denkbar, dass lediglich die ersten oder die zweiten Lamellen 61, 62 entlang der ersten Drehachse A1 verschiebbar an der Abtriebswelle 20 bzw. dem Lamellenträger 60 gelagert sind. Alternativ können auch sowohl die ersten als auch die zweiten Lamellen 61, 62 entlang der ersten Drehachse A1 verschiebbar an der Abtriebswelle 20 bzw. dem Lamellenträger 60 gelagert sein.
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Die Schwungmasse 5 kann z.B. durch ringsegmentförmige Körper ausgebildet sein, die an dem Lamellenträger 60 drehfest um die erste Drehachse A1 und in radialer Richtung verschiebbar gelagert sind, wie dies in 7 schematisch gezeigt ist. Wie in 7 ferner schematisch und rein beispielhaft gezeigt ist, können die Schwungmassen 5 auch gegen eine Bewegung in radialer Richtung R1 vorgespannt sein, z.B. mittels Federn 69. Somit ist die Schwungmasse 5 auch bei diesem Differentialgetriebe 100 in Bezug auf die erste Drehachse A1 verdrehsicher und in der radialen Richtung R1 verschiebbar an den Korb 1 gekoppelt. In 6 ist die Schwungmasse 5 lediglich symbolisch als Block dargestellt.
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Wie in 6 weiterhin dargestellt, kann die Kupplung 6 einen Keilmechanismus 67 mit einem ersten Keil 67A und einem zweiten Keil 67B aufweisen. Der erste Keil 67A ist an die ersten oder die zweiten Lamellen 61, 62 gekoppelt, insbesondere an die Lamellen 61, 62 des Lamellenpakets, das entlang der ersten Drehachse A1 verschiebbar gelagert ist. In 6 ist rein beispielhaft gezeigt, dass der erste Keil 67A an die ersten Lamellen 61 gekoppelt ist. Wie in 1 schematisch gezeigt, kann eine Spitze des ersten Keils 67A der ersten Drehachse A1 zugewandt gelegen sein bzw. eine Kontaktfläche des ersten Keils 67A kann einen spitzen Winkel mit der ersten Drehachse A1 einschließen. Der zweite Keil 67B ist entgegengesetzt zu dem ersten Keil 67A orientiert, so dass eine Spitze des zweiten Keils 67B von der ersten Drehachse A1 abgewandt gelegen ist bzw. eine Kontaktfläche des zweiten Keils 67B einen spitzen Winkel mit der ersten Drehachse A1 einschließt. Wie in 6 schematisch dargestellt, liegt eine Kontaktfläche des zweiten Keils 67B an einer Kontaktfläche des ersten Keils 67A an. Die Schwungmasse 5 ist an den zweiten Keil 67B gekoppelt. Somit wird der zweite Keil 67B bei einer Drehung des Korbs 1 um die erste Drehachse A1 durch die Schwungmasse 5 in radialer Richtung R1 nach außen gezogen. Dadurch gleitet der zweite Keil 67B an dem ersten Keil 67A ab und übt durch die Neigung der Kontaktflächen eine Kraft in axialer Richtung bzw. entlang der ersten Drehachse A1 auf den ersten Keil 67A aus, welcher die ersten und die zweiten Lamellen 61, 62 in Eingriff bringt bzw. eine Reibkraft zwischen den Lamellen 61, 62 entsprechend der axialen Kraft erhöht.
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Die Erfindung ist nicht auf einen Keilmechanismus 67 zur Betätigung der in 6 gezeigten Lamellenkupplung 6 beschränkt. Allgemein kann die Schwungmasse 5 kinematisch mit der Kupplung 6 verbunden und die Kupplung 6 dazu ausgebildet sein, eine Bewegung der Schwungmasse 5 in radialer Richtung R1 in eine Bewegung der Lamellen 61, 62 relativ zueinander in axialer Richtung, also entlang der ersten Drehachse A1 umzuwandeln.
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Ferner ist die Kupplung 6 des in 6 gezeigten Differentialgetriebes 100 nicht auf eine Lamellenkupplung beschränkt. Alternativ können auch andere Reibkupplungen vorgesehen sein, z.B. mit einem ersten Reibstück, die in Bezug auf die erste Drehachse A1 drehfest an die jeweilige Abtriebswelle 20, 30 gekoppelt ist, und einem zweiten Reibstück, das in Bezug auf die erste Drehachse A1 drehfest, aber in radialer Richtung R1 verschiebbar an den Korb 1 gekoppelt ist. Die Schwungmasse 5 ist dabei an das zweite Reibstück gekoppelt. Bei einer Drehung des Korbs 1 um die erste Drehachse A1 wird das zweite durch die Schwungmasse 5 in radialer Richtung R1 nach außen gezogen und kommt in Anlage an eine beispielsweise die erste Drehachse A1 umschließende Reibfläche des ersten Reibstücks.
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Allgemein umfasst die die Kupplung 6 somit eine erste Reibanordnung, die in Bezug auf die erste Drehachse A1 drehfest an die jeweilige Abtriebswelle 20, 30 gekoppelt ist, und eine zweite Reibanordnung, die in Bezug auf die erste Drehachse A1 drehfest an den Korb 1 gekoppelt ist, wobei die Schwungmasse 5 derart an die erste oder die zweite Reibanordnung gekoppelt ist, um diese relativ zueinander in Eingriff zu bewegen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind auch Kombinationen der voranstehenden Ausführungsbeispiele denkbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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