DE102022207819B4

DE102022207819B4 - Differenzialeinrichtung mit Seitenwellenzuschaltung und schaltbarer Sperrfunktion

Info

Publication number: DE102022207819B4
Application number: DE102022207819.5A
Authority: DE
Inventors: Philipp Eder
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-07-29
Filing date: 2022-07-29
Publication date: 2024-02-22
Anticipated expiration: 2042-07-30
Also published as: DE102022207819A1; WO2024023221A1

Abstract

Getriebevorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, die ein Differenzial (2) aufweist, das mittels einer Achskegelradwelle (5) mit einer Seitenwelle (4) der Getriebevorrichtung (1) verbindbar oder verbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung (1) eine Kopplungseinrichtung (6) aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Seitenwelle (4) wahlweise mit der Achskegelradwelle (5) zu koppeln oder die Seitenwelle (4) von der Achskegelradwelle (5) zu entkoppeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (6) ein zwischen wenigstens zwei Kopplungspositionen bewegbares Kopplungselement (7) aufweist, das für die Kopplung zwischen Seitenwelle (4) und Achskegelradwelle (5) und für eine Sperrung des Differenzials (2) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die ein Differenzial aufweist, das mittels einer Achskegelradwelle mit einer Seitenwelle der Getriebevorrichtung, insbesondere mit einem Rad des Kraftfahrzeugs, verbindbar oder verbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung eine Kopplungseinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Seitenwelle wahlweise mit der Achskegelradwelle zu koppeln oder die Seitenwelle von der Achskegelradwelle zu entkoppeln, wobei die Kopplungseinrichtung ein zwischen wenigstens zwei Kopplungspositionen bewegbares Kopplungselement aufweist, das für die Kopplung zwischen Seitenwelle und Achskegelradwelle und für eine Sperrung des Differenzials vorgesehen ist. Getriebevorrichtungen für Kraftfahrzeuge, die eine Kopplungseinrichtung aufweisen, um wahlweise einen Antriebsteil der Getriebevorrichtung mit einem Abtriebsteil zu koppeln oder die Kopplung zu trennen, sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Einrichtungen können auch als „disconnect unit“ bzw. „power disconnect unit“ bezeichnet oder verstanden werden. Durch die Entkopplung kann ein effizienterer Betrieb gewährleistet werden, beispielsweise in Betriebssituationen in denen ein aktiver Antrieb der Seitenwelle bzw. des Rads des Kraftfahrzeugs nicht erfolgen soll. Durch die Entkopplung kann die Anzahl der drehenden Teile, die beispielsweise von dem Kraftfahrzeug in einem bewegten Zustand mitgeschleppt werden müssen, verringert werden, sodass sich die Effizienz des Kraftfahrzeugs verbessern lässt.
US 2019 / 0 176 619 A1 offenbart eine Zwischenachsdifferentialanordnung zur Verteilung von Drehmoment zwischen einer vorderen Antriebsachse und einer hinteren Antriebsachse in einem Kraftfahrzeug.
In DE 11 2017 004 344 T5 beschreibt ein Entkopplungs- und Differentialsperrungssystem, das eine Achshalbwelle und ein Differential-Achswellenrad umfasst.
DE 37 33 153 A1 legt eine Vorrichtung zum wahlweisen Zu- und Abschalten des Drehmomentflusses an der Welle von angetriebenen Kraftfahrzeugrädern dar.
WO 2014 / 080 279 A1 legt einen ADD-Mechanismus und einen Generatormotor zwischen einem Frontdifferential und einem Frontrad eines allradgetriebenen Fahrzeugs dar.
Aus dem Stand der Technik ist ferner bekannt, dass in verschiedenen Betriebszuständen ein Sperren bzw. Überbrücken des Differenzials vorteilhaft ist. Für derartige Sperreinrichtungen, die das Differenzial sperren können, wird üblicherweise eine eigene zusätzliche Einrichtung erforderlich, sodass für die Kopplungseinrichtung und eine solche Sperreinrichtung getrennte Stellelemente, Aktoren und dergleichen vorgesehen sein müssen. Dies ist in Bezug auf die Teileanzahl, die Montage, den benötigten Bauraum und somit den Kosten- und Herstellungsaufwand nachteilig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine demgegenüber verbesserte Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug anzugeben.
Die Aufgabe wird durch eine Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wie beschrieben betrifft, die Erfindung eine Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Differenzial und einer Kopplungseinrichtung mittels der die Kopplung zwischen einer Seitenwelle, die mit dem Differenzial verbunden ist, und einer Achskegelradwelle der Getriebevorrichtung wahlweise hergestellt oder getrennt werden kann, d.h., dass die Achskegelradwelle wahlweise an die Seitenwelle gekoppelt oder von dieser entkoppelt werden kann. Die Seitenwelle und die Achskegelradwelle können beide als einzelne Wellen oder Wellenabschnitte ausgeführt sein, wobei diese mittels der Kopplungseinrichtung aneinander gekoppelt oder voneinander getrennt werden können. Die Seitenwelle ist beispielsweise mit einem Rad des Kraftfahrzeugs verbunden. Wird die Kopplungseinrichtung somit geöffnet bzw. entkoppelt, besteht keine Drehmomentübertragung zwischen dem Rad bzw. der Seitenwelle und der Achskegelradwelle, welche Achskegelradwelle über das Achskegelrad an das Differential und somit die restliche Getriebevorrichtung gekoppelt ist.
Drehmoment kann beispielsweise von einer Antriebseinrichtung auf einen Eingang des Differenzials übertragen werden und der grundsätzlichen Funktion des Differenzials entsprechend über das Achskegelrad und die Achskegelradwelle auf die Seitenwelle bzw. die Achskegelräder und die Achskegelradwellen auf zwei gegenüberliegende Seitenwellen übertragen werden. In einem abweichenden Betriebszustand, beispielsweise einem Schubzustand, kann auch Drehmoment bei geschlossener Kopplungseinrichtung von dem Rad über die Seitenwelle in die Getriebevorrichtung eingeleitet werden, zum Beispiel zur Rekuperation. Ist die Kopplungseinrichtung geöffnet, besteht keine Verbindung zwischen der Seitenwelle und der restlichen Getriebevorrichtung. Die Begriff „Achskegelradwelle“ und „Achskegelrad“ bezeichnen in dieser Anmeldung das Rad des Differentials und die zugehörige Welle, mittels der der Drehmomentfluss zwischen dem Differential und dem Abtrieb hergestellt wird. Im Allgemeinen können daher auch die Begriffe „Differentialrad“ und „Differentialradwelle“ verwendet werden.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Kopplungseinrichtung ein zwischen wenigstens zwei Kopplungspositionen bewegbares Kopplungselement aufweist, das für die Kopplung zwischen Seitenwelle und Achskegelradwelle und für eine Sperrung des Differenzials vorgesehen ist. Mit anderen Worten schlägt die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung vor, dasselbe Kopplungselement für die Sperrung des Differenzials und für die Funktion der Kopplung zwischen Seitenwelle und Achskegelradwelle zu verwenden. Das Kopplungselement kann dazu in verschiedene Kopplungspositionen bewegt werden, in denen das Kopplungselement die verschiedenen Aufgaben erfüllt. Hierbei können wenigstens zwei Kopplungspositionen vorgesehen sein, in denen beispielsweise eine Entkopplung zwischen Seitenwelle und Achskegelradwelle vorliegt, wobei in wenigstens einer zweiten Kopplungsposition eine Sperrung des Differenzials und eine Kopplung zwischen Seitenwelle und Achskegelradwelle vorgenommen werden kann. Wie nachfolgend beschrieben wird, können weitere Kopplungspositionen des Kopplungselements vorgesehen sein, um verschiedene Betriebszustände der Getriebevorrichtung abbilden zu können.
Im Gegensatz zu weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Getriebevorrichtungen müssen somit nicht getrennte Systeme für die Kopplung zwischen Seitenwelle und Achskegelradwelle und für eine Sperrwirkung seitens des Differenzials vorgehalten werden. Stattdessen schlägt die Erfindung vor, ein Kopplungselement sowohl für die Kopplung zwischen Seitenwelle und Achskegelradwelle als auch für die wahlweise Sperrung des Differenzials vorzusehen. Dementsprechend ist auch nur genau ein Aktor erforderlich, um das bewegbare Kopplungselement in die gewünschte Kopplungsposition zu bewegen. Dies reduziert den Herstellungsaufwand, die Teileanzahl und den Montageaufwand, da die Kopplungseinrichtung als solche beispielsweise modular aufgebaut und an der restlichen Getriebevorrichtung angeordnet werden kann. Der Aktor kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein, zum Beispiel kann das Kopplungselement pneumatisch, hydraulisch, elektromagnetisch oder elektromechanisch bewegt werden, wobei der Aktor zur Erzeugung einer entsprechenden Bewegung ausgebildet sein kann.
Wie zuvor beschrieben, kann das Kopplungselement in verschiedene Kopplungsposition bewegt werden, um verschiedene Zustände der Getriebevorrichtung bzw. der Kopplungseinrichtung einzustellen bzw. zu realisieren. Nach einer Ausgestaltung der Getriebevorrichtung kann vorgesehen sein, dass das Kopplungselement in einer ersten Kopplungsposition, insbesondere einer Trennstellung, die Seitenwelle von der Achskegelradwelle entkoppelt, insbesondere bei geöffnetem Differenzial. Die Ausgestaltung sieht somit vor, dass in der ersten Kopplungsposition die Seitenwelle von der Achskegelradwelle entkoppelt ist, d.h., dass kein Drehmoment von der Seitenwelle auf die Achskegelradwelle oder umgekehrt übertragen werden kann. Die erste Kopplungsposition kann bei geöffnetem Differenzial eingenommen werden, d.h., dass das Kopplungselement so gestellt ist, dass eine Schaltstelle zwischen Seitenwelle und Achskegelradwelle geöffnet ist und auch eine weitere Schaltstelle, mit der das Differenzial gesperrt bzw. sperrbar ist, geöffnet bleibt.
Das Kopplungselement kann weiter in eine zweite Kopplungsposition bewegt werden, insbesondere in eine Kopplungsstellung, wobei das Kopplungselement in einer zweiten Kopplungsposition die Seitenwelle mit der Achskegelradwelle koppelt, insbesondere bei geöffnetem Differenzial. Die zweite Kopplungsposition, die auch als Kopplungsstellung bezeichnet werden kann, sieht vor, dass das Kopplungselement die Kopplung zwischen Seitenwelle und Achskegelradwelle herstellt. In diesem Zustand können zwischen Seitenwelle und Achskegelradwelle Drehmomente übertragen werden. Die Kopplungsstellung kann insbesondere bei geöffnetem Differenzial realisiert werden, das bedeutet, dass das Differenzial nicht gesperrt ist und seine übliche Funktion ausführen kann. In der Kopplungsstellung kann beispielsweise ein Antrieb der Achskegelradwelle über eine Antriebseinrichtung erfolgen. Hierzu kann Drehmoment auf den Eingang des Differenzials aufgegeben werden, welches Drehmoment über Ausgleichsräder auf das Achskegelrad und somit in die Achskegelradwelle und von dort in die gekoppelte Seitenwelle übertragen werden kann.
Eine weitere Ausführungsform der Getriebevorrichtung kann vorsehen, dass das Kopplungselement in einer dritten Kopplungsposition, insbesondere einer gekoppelten Sperrstellung, einen Eingang des Differenzials, insbesondere einen Differenzialkorb, mit der Seitenwelle und der Achskegelradwelle koppelt. Die beschriebene gekoppelte Sperrstellung stellt somit einen Betriebszustand der Getriebevorrichtung dar, in dem die Kopplung zwischen Seitenwelle und Achskegelradwelle hergestellt ist und gleichzeitig eine Sperrung des Differenzials bzw. eine Überbrückung des Differenzials realisiert wird. In diesem Betriebszustand ist somit zum einen das Differenzial überbrückt und zum anderen die Seitenwelle mit der Achskegelradwelle gekoppelt. In diesem Betriebszustand können Drehmomente, die in das Differenzial eingeleitet werden, direkt, beispielsweise durch die direkte Kopplung zwischen Differenzialkorb und Seitenwelle bzw. Achskegelradwelle, an den Abtrieb übertragen werden. Die Differenzialwirkung ist in diesem Zustand gesperrt. In dem beschriebenen Zustand kann das Kopplungselement beispielsweise beide Schaltstellen gleichzeitig schließen, zum Beispiel eine Schaltstelle, die für das Ankoppeln des Differenzials an die Seitenwelle bzw. die Achskegelradwelle vorgesehen ist und die Schaltstelle, die für das Ankoppeln zwischen Seitenwelle und Achskegelradwelle vorgesehen ist, gleichzeitig schließen. Die beiden Schaltstellen können in Axialrichtung der Seitenwelle bzw. Achskegelradwelle benachbart angeordnet sein.
Die beschriebenen Kopplungspositionen können beliebig eingenommen werden, d.h., dass beliebig aus den unterschiedlichen Kopplungspositionen ineinander übergegangen werden kann. Zum Beispiel kann das bewegbare Kopplungselement sequenziell in die einzelnen Kopplungspositionen bewegt werden. Die Kopplungspositionen können beispielsweise in Bezug auf eine Drehachse der Seitenwelle oder der Achskegelradwelle, insbesondere linear, hintereinander angeordnet sein. Mit anderen Worten kann das Kopplungselement stets in die gewünschte Kopplungsposition bewegt werden, um den damit einhergehenden Betriebszustand zu realisieren. Die zuvor beschriebenen drei Kopplungspositionen können in der Reihenfolge ihrer Nennung angeordnet sein, sodass das Kopplungselement beispielsweise aus der ersten Kopplungsposition in die zweite Kopplungsposition und von der zweiten Kopplungsposition in die dritte Kopplungsposition überführt werden kann und umgekehrt. Hierbei ist es selbstverständlich möglich, aus den einzelnen Kopplungspositionen auch in die gegenüberliegende Richtung überzugehen, beispielsweise aus der zweiten Kopplungsposition wahlweise in die dritte Kopplungsposition oder die erste Kopplungsposition. Die beschriebenen Kopplungspositionen können auch anderweitig angeordnet und bezeichnet werden. Grundsätzlich sind die Zuordnungen „erste“, „zweite“ und „dritte“ Kopplungsposition beliebig austauschbar bzw. änderbar.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Getriebevorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Kopplungseinrichtung außerhalb des Differenzials angeordnet ist, insbesondere koaxial zu der Seitenwelle und/oder der Achskegelradwelle angeordnet ist. Die Kopplungseinrichtung, insbesondere das bewegbare Kopplungselement, ist somit nicht innerhalb des Differenzials angeordnet, um dort die Sperrwirkung zu realisieren und/oder die Kopplung zwischen Achskegelradwelle und Seitenwelle herzustellen oder aufzuheben, sondern das Kopplungselement ist außerhalb des Differenzials, insbesondere außerhalb des (äußeren) Differenzialkorbs angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass der Bauraum innerhalb des Differenzials nicht verändert werden muss, sondern die Kopplungseinrichtung, beispielsweise an bestehende Konzepte für das Differenzial angeordnet bzw. angebracht werden kann. Die koaxiale Anordnung in Bezug auf die Seitenwelle ist besonders bauraumsparend und kann an bestehende Seitenwellen angeordnet werden bzw. dort vorgesehen werden.
Die Getriebevorrichtung kann dahingehend weitergebildet werden, dass das Kopplungselement einen ersten Verzahnungsabschnitt aufweist, der in einem gekoppelten Zustand zwischen Kopplungselement und Achskegelradwelle mit einem zweiten Verzahnungsabschnitt der Achskegelradwelle in Eingriff steht und der Eingang des Differentials einen dritten Verzahnungsabschnitt aufweist, der in einem gekoppelten Zustand zwischen Kopplungselement und dem Eingang des Differentials mit dem ersten Verzahnungsabschnitt oder einem vierten Verzahnungsabschnitt, der an dem Kopplungselement angeordnet ist, in Eingriff steht.
Grundsätzlich weist das Kopplungselement eine Kopplung auf, die das Kopplungselement in Drehrichtung bzw. in Umfangsrichtung an die Seitenwelle koppelt, sodass das Kopplungselement linear verschiebbar auf der Seitenwelle gelagert ist, um in die einzelnen Kopplungspositionen bewegt werden zu können. Für die Herstellung der Kopplung zwischen dem Kopplungselement und der Achskegelradwelle und dem Differenzial, beispielsweise dem äußeren Differentialkorb, weist die Getriebevorrichtung entsprechende Verzahnungsabschnitte auf. Der beschriebene erste Verzahnungsabschnitt ist an dem Kopplungselement vorgesehen und wird für die Kopplung zwischen dem Kopplungselement und der Achskegelradwelle verwendet. Die Achskegelradwelle weist einen dazu korrespondierenden zweiten Verzahnungsabschnitt auf. Wird das Kopplungselement somit in die Sperrstellung bewegt, insbesondere die zweite Kopplungsposition, greifen der erste Verzahnungsabschnitt oder zweite Verzahnungsabschnitt ineinander ein, sodass das Kopplungselement, das wie zuvor beschrieben drehfest mit Seitenwelle verbunden ist, auch fest mit der Achskegelradwelle gekoppelt ist.
Soll von der zweiten Kopplungsposition in die dritte Kopplungsposition übergegangen werden, d.h. von der gekoppelten Stellung in die gekoppelte Sperrstellung übergegangen werden, kann zusätzlich der dritte Verzahnungsabschnitt, der in dem Eingang des Differentials vorgesehen ist, mit dem Kopplungselement gekoppelt werden. Das Kopplungselement kann dazu der ersten Verzahnungsabschnitt derart ausgebildet aufweisen, dass dieser ebenfalls für die Kopplung mit dem dritten Verzahnungsabschnitt eingerichtet ist. Alternativ kann das Kopplungselement einen vierten Verzahnungsabschnitt aufweisen, der für den Eingriff mit dem dritten Verzahnungsabschnitt des Differentials vorgesehen ist. Das Kopplungselement erfüllt somit eine Doppelfunktion, nämlich zum einen die wahlweise Kopplung zwischen Seitenwelle und Achskegelradwelle und ferner die wahlweise zusätzliche Kopplung zwischen Seitenwelle und Differenzial.
Die Kopplungseinrichtung, insbesondere das Kopplungselement, kann ferner wenigstens zwei gleichartige und/oder wenigstens zwei unterschiedliche Verzahnungsabschnitte aufweisen. Wie beschrieben, werden mit demselben Kopplungselement unterschiedliche Schaltstellen bedient bzw. können unterschiedliche Schaltstellen einzeln oder gemeinsam geschlossen werden. Die unterschiedlichen Schaltstellen können dabei durch verschiedene Verzahnungsabschnitte realisiert werden. Die Verzahnungsabschnitte können gleichartig oder unterschiedlich ausgeführt sein.
Zum Beispiel können alle Verzahnungsabschnitte als Radialverzahnungen bzw. Passverzahnungen ausgeführt sein. Ebenso ist es möglich, wenigstes einen Verzahnungsabschnitt als axiale Verzahnung bzw. Stirnverzahnung auszuführen. Hierbei können die verschiedenen Verzahnungsabschnitte auf denselben Radien bzw. Radialpositionen oder auf unterschiedlichen Radien bzw. Radialpositionen angeordnet sein. Ebenso ist eine, insbesondere axiale, Klauenverzahnung möglich, die beispielsweise auch durch Durchgriffe realisiert werden kann. In einem einfachsten Beispiel sind sämtlich Verzahnungen auf demselben Radius als Radialverzahnungen ausgeführt, wobei das Kopplungselement nach Art einer Schiebemuffe in Axialrichtung parallel zur Drehachse der Seitenwelle bzw. der Achskegelradwelle bewegt werden kann, um in die verschiedenen Kopplungspositionen bewegt werden zu können, indem die Verzahnungsabschnitte in Eingriff gebracht werden.
Wie zuvor beschrieben, kann die Kopplungseinrichtung grundsätzlich getrennt von dem Differenzial ausgeführt bzw. ausgebildet sein, sodass diese außerhalb und unabhängig von dem Differenzial montiert werden kann. Die Kopplungseinrichtung kann insbesondere modular aufgebaut und mit einem Verbindungsflansch des Getriebes verbindbar oder verbunden sein. Die Kopplungseinrichtung kann insbesondere zylinderartig ausgeführt sein und zur Montage über eine Seitenwelle gesteckt werden. Das Differenzial kann insbesondere einen Verbindungsflansch aufweisen, der die Anbindung der Kopplungseinrichtung an das Differenzial ermöglicht.
Die Kopplungsrichtung weist ferner eine Federeinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, bei einer auftretenden Zahn-auf-Zahn-Stellung eines Verzahnungsabschnitts eine Vorspannkraft auf das Kopplungselement in wenigstens einer Betätigungsrichtung aufzubauen. Hierbei kann grundsätzlich eine Vorspannkraft in beliebige Richtungen aufgebaut werden, beispielsweise durch entsprechende Federelemente, die in beiden Richtungen auf das Kopplungselement wirken können. Je nachdem, welche Verzahnungen in Eingriff zu bringen sind, kann somit vorgesehen sein, dass eine Aktorbewegung durchgängig ausgeführt werden kann und diese bei einer auftretenden Zahn-auf-Zahn-Stellung zur Vorspannung des Federelements der Federeinrichtung führt, insbesondere, wenn das Kopplungselement aufgrund seiner anstehenden Verzahnung festgehalten wird. Die Vorspannung wird bei Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung abgebaut und das Kopplungselement in die gewünschte Kopplungsposition bewegt.
Die beschriebene Federeinrichtung ist zwischen der Achskegelradwelle und dem Achskegelrad angeordnet. Die Federeinrichtung stützt somit die Achskegelradwelle in Axialrichtung, d.h. parallel zur Drehachse der Achskegelradwelle, an dem Achskegelrad ab. Wird beispielsweise von der ersten Kopplungsposition, in der das Kopplungselement von der Achskegelradwelle getrennt ist, in die zweite Kopplungsposition, in der die Kopplung zwischen Kopplungselement und Achskegelradwelle hergestellt ist, übergegangen und tritt dabei eine Zahn-auf-Zahn-Stellung auf, kann die Achskegelradwelle in Richtung des Achskegelrad verschoben werden und dabei die Federeinrichtung komprimiert werden. Vorteilhafterweise kann der das Kopplungselement bewegen der Aktor somit direkt in seine Endposition bewegt werden, ohne zusätzliche Sensorik oder Zwischenpositionen einnehmen zu müssen. Wird die Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgelöst, wird die Federenergie abgebaut und somit die Achskegelradwelle in ihre ursprüngliche Position bewegt, wobei der erste Verzahnungsabschnitt oder zweite Verzahnungsabschnitt in Eingriff gebracht werden.
Die Federeinrichtung erfüllt ferner vorteilhafterweise eine weitere Funktion nämlich bei einem Übergang aus der dritten Kopplungsposition in die zweite Kopplungsposition. Die Federeinrichtung bewegt dabei die Achskegelradwelle in Richtung der Seitenwelle bzw. auf das Kopplungselement zu, sodass durch die Federeinrichtung aktiv verhindert wird, dass beim Übergang aus der dritten Kopplungsposition in die zweite Kopplungsposition unbeabsichtigt die Kopplung zwischen dem ersten Verzahnungsabschnitt und den zweiten Verzahnungsabschnitt gelöst wird. Zudem kann die Anordnung der Verzahnungsabschnitte bzw. die Überdeckung so gewählt werden, dass beim Übergang aus dem zweiten Kopplungszustand in den dritten Kopplungszustand ein Komprimieren der Federeinrichtung bzw. mindestens eines Federelements vorgesehen ist, um die Verzahnungsabschnitte an dem Differenzial und dem Kopplungselement 7 in Eingriff zu bringen. Da in dem dritten Kopplungszustand die Federeinrichtung somit vorgespannt ist, erfüllt diese gleichzeitig eine Unterstützung der Auslegung, wenn von den dritten Kopplungszustand im zweiten Kopplungszustand übergegangen werden soll.
Neben der Getriebevorrichtung betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine zuvor beschriebene Getriebevorrichtung aufweist. Das Kraftfahrzeug weist beispielsweise eine elektrische Maschine auf, die mit dem Eingang des Differenzials gekoppelt sein kann, um Drehmoment zu erzeugen, das auf das Differenzial übertragen werden kann. Ebenso kann mit der beschriebenen elektrischen Maschine eine Rekuperation von Energie vorgenommen werden. Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf die Getriebevorrichtung beschrieben wurden, sind vollständig auf das Kraftfahrzeug übertragbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 einen schematischen Ausschnitt einer Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug in einem ersten Kopplungszustand;
2 eine schematische Schnittdarstellung einer Getriebevorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel in einem ersten Kopplungszustand;
3 eine schematische Schnittdarstellung der Getriebevorrichtung von 2 in einem zweiten Kopplungszustand;
4 eine schematische Schnittdarstellung der Getriebevorrichtung von 2, 3 in einem dritten Kopplungszustand;
5 eine schematische Schnittdarstellung einer Getriebevorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem ersten Kopplungszustand; und
6 eine schematische Schnittdarstellung der Getriebevorrichtung von 5 in einem dritten Kopplungszustand.

1 zeigt einen schematischen Ausschnitt einer Getriebevorrichtung 1. Die Getriebevorrichtung 1 ist für ein Kraftfahrzeug vorgesehen bzw. in einem Kraftfahrzeug angeordnet, welches Kraftfahrzeug der Übersichtlichkeit halber nicht näher dargestellt ist. Die Getriebevorrichtung 1 weist ein Differenzial 2 auf, das über einen Differenzialeingang 3 mit einer nicht näher dargestellten Antriebseinrichtung, beispielsweise einer elektrischen Maschine, gekoppelt sein kann bzw. gekoppelt ist. Das Differenzial 2 ist in an und für sich bekannter Weise dazu ausgebildet, Drehmoment, das über den Differenzialeingang 3 in das Differenzial 2 eingeleitet wird, auf Seitenwellen 4 zu übertragen bzw. zu verteilen, wobei der Übersichtlichkeit halber nur eine Seitenwelle 4 dargestellt ist. Hierbei ist die Seitenwelle 4 für die Kopplung mit einer Achskegelradwelle 5 vorgesehen, über welche Seitenwelle 4 das Drehmoment an ein Rad des Kraftfahrzeugs geführt werden kann. Mit anderen Worten kann von dem Differenzialeingang 3 Drehmoment über die Ausgleichsräder auf die Achskegelräder und somit auf die Achskegelradwelle 5 übertragen werden und je nach Kopplungszustand auf die Seitenwelle 4 und somit das Rad übertragen werden.
Die Getriebevorrichtung 1 weist ferner eine Kopplungseinrichtung 6 auf, die ein bewegbares Kopplungselement 7 bereitstellt. Das Kopplungselement 7 ist beispielsweise über einen Aktor 8, beispielsweise einen pneumatischen, hydraulischen, elektromagnetischen oder elektromechanischen Aktor in verschiedene Kopplungspositionen bewegbar, die rein beispielhaft in den 1-6 dargestellt sind.
In dem in 1 als Übersichtsschema und in 2 als schematischer Schnittdarstellung dargestellten Betriebszustand bzw. ersten Kopplungszustand ist das Kopplungselement 7 schematisch in einer ersten Kopplungsposition angeordnet bzw. in eine erste Kopplungsposition gestellt. Die Kopplungseinrichtung 6 weist ferner eine Federeinrichtung 9 (vgl. 1) auf, die in diesem Ausführungsbeispiel ein Federelement 10 aufweist, die eine Vorspannkraft auf die Achskegelradwelle 5 bewirken kann. Die Federeinrichtung 9 erlaubt, dass für das Herstellen der jeweiligen Kopplungsposition der Aktor 8 in seine der jeweiligen Kopplungsposition zugeordnete Stellung verbracht werden kann, insbesondere ohne anzuhalten bzw. das Ausführen der Bewegung des Kopplungselements 7 mit aufwändiger Sensorik zu überwachen. Das Kopplungselement 7 ist dabei drehfest mit der Seitenwelle 4 gekoppelt, jedoch in Axialrichtung in die verschiedenen Kopplungspositionen bewegbar, die nachfolgend beschrieben werden.
Die Achskegelradwelle 5 ist in einem ersten Kopplungszustand, der in 1, 2 dargestellt ist, von der Seitenwelle 4 getrennt, sodass keine Drehmomente zwischen Seitenwelle 4 und Achskegelradwelle 5 übertragen werden können. Wie 1, 2 ferner entnommen werden kann, ist auch eine zweite Schaltstelle zwischen dem Differenzial 2, insbesondere einem Differenzialkorb, und der Seitenwelle 4 geöffnet, sodass keine Sperrwirkung des Differenzials 2 vorliegt, sondern das Differenzial 2 geöffnet ist.
Tritt beim Einspuren der Verzahnungen des Kopplungselements 7, beispielsweise in eine Verzahnung der Achskegelradwelle 5 oder der Verzahnung des Differenzials 2 an einem Differenzialflansch 11 eine sogenannte Zahn-auf-Zahn-Stellung auf, kann das Federelement 10 vorgespannt werden, wobei die Achskegelradwelle 5 in Richtung der Mitte des Differentials 2 ausgelenkt werden kann. Insbesondere wird hierbei das Federelement 10 zwischen der Achskegelradwelle 5 und dem zugeordneten Achskegelrad komprimiert. Wird die Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgelöst, kann die Verzahnung des Kopplungselements 7 in die jeweilige korrespondierende Verzahnung an der Achskegelradwelle 5 einspuren, wobei die Achskegelradwelle 5 durch das Federelement 10 wieder die Ausgangsstellung zurück gestellt wird.
Wie beschrieben, ist in 1, 2 der erste Kopplungszustand der Getriebevorrichtung 1 dargestellt, in dem das Kopplungselement 7 in die erste Kopplungsposition bewegt ist. In der ersten Kopplungsposition ist ersichtlich die Kopplung zwischen der Achskegelradwelle 5 und der Seitenwelle 4 getrennt. Das Kopplungselement 7 weist einen ersten Verzahnungsabschnitt 12 auf, der in der Ausgestaltung in 1-4 als axiale Verzahnung bzw. Stirnverzahnung ausgeführt ist. Dazu korrespondierend weist die Achskegelradwelle 5 einen zweiten Verzahnungsabschnitt 13 auf, der mit dem ersten Verzahnungsabschnitt 12 in Eingriff gebracht werden kann, nämlich dann, wenn von der ersten Kopplungsposition in die zweite Kopplungsposition übergegangen wird. Hierzu wird das Kopplungselements 7 in Axialrichtung verlagert, nämlich in den gezeigten Darstellungen von links nach rechts, sodass der erste Verzahnungsabschnitt 12 mit dem zweiten Verzahnungsabschnitt 13 in Eingriff gebracht wird, wie dies beispielsweise in 3 dargestellt ist.
In der in 3 dargestellten zweiten Kopplungsposition des Kopplungselements 7, also dem zweiten Kopplungszustand, liegt die gekoppelte Stellung („connected“) vor, bei der Drehmomente zwischen der Seitenwelle 4 und der Achskegelradwelle 5 übertragen werden können. Das Differenzial 2 kann in an und für sich bekannterweise arbeiten, da dieses in dem zweiten Kopplungszustand nicht gesperrt ist.
Ausgehend von der in 1, 2 gezeigten ersten Kopplungsposition, kann in die in 3 gezeigte zweite Kopplungsposition übergegangen werden. Hierzu wird das Kopplungselement 7 in Axialrichtung bezogen auf die Drehachse der Achskegelradwelle 5 bzw. der Seitenwelle 4 in Richtung des Differenzials 2 bewegt, sodass die erste Schaltstelle geschlossen wird, in dem der erste Verzahnungsabschnitt 12 und dem zweiten Verzahnungsabschnitt 13 in Eingriff gebracht wird.
In der in 3 dargestellten zweiten Kopplungsposition ist die zweite Schaltstelle, also die Schaltstelle zwischen Differenzial 2 und Kopplungselements 7 geöffnet, sodass keine Sperrwirkung des Differenzials 2 vorliegt. In diesem Ausführungsbeispiel kann somit das Differenzial 2 wie üblich wirken, sodass das Drehmoment, das auf den Differenzialeingang 3 aufgebracht wird, auf die Seitenwellen 4 verteilt werden kann und von der Achskegelradwelle 5 auf die Seitenwelle 4 übertragen werden kann.
4 stellt das Kopplungselement 7 in einer dritten Kopplungsposition dar, d.h., dass die Kopplungseinrichtung 6 in einem dritten Kopplungszustand steht. In dem dritten Kopplungszustand koppelt das Kopplungselement 7 zusätzlich zu der zweiten Kopplungsposition auch den Differenzialeingang 3 des Differentials 2, beispielsweise den Differenzialkorb, über den Differenzialflansch 11 an die Seitenwelle 4, die, wie zuvor beschrieben, gleichzeitig an die Achskegelradwelle 5 gekoppelt ist, nämlich über die erste Schaltstelle, also den ersten Verzahnungsabschnitt 12 und im zweiten Verzahnungsabschnitt 13. Mit anderen Worten werden in der dritten Kopplungsposition durch das Kopplungselement 7 gleichzeitig die beiden Schaltstellen geschlossen, sodass zum einen Seitenwelle 4 und Achskegelradwelle 5 miteinander gekoppelt sind und gleichzeitig das Differenzial 2 gesperrt ist. Die Sperrung des Differenzials 2 erfolgt hierbei durch Überbrückung des Differenzials 2 durch die Kopplung zwischen Differenzialkorb und Seitenwelle 4.
Das Differenzial 2, insbesondere der Differenzialflansch 11 weist hierzu einen dritten Verzahnungsabschnitt 14 auf, der in dem dritten Kopplungszustand ebenfalls mit dem ersten Verzahnungsabschnitt 12 an dem Kopplungselement 7 in Eingriff gebracht ist. Der dritte Verzahnungsabschnitt 14 ist somit ebenfalls als axiale Verzahnung bzw. Stirnverzahnung ausgeführt. Das Kopplungselement 7 kann dadurch besonders einfach hergestellt werden, da dieses einen einzigen Verzahnungsabschnitt, nämlich den ersten Verzahnungsabschnitt 12, aufweist, der beide Schaltstellen bedienen kann. Beim Übergang aus dem zweiten Kopplungszustand in den dritten Kopplungszustand kann insbesondere auch ausgenutzt werden, dass die Achskegelradwelle 5 federgelagert über das Federelement 10 an dem Achskegelrad abgestützt ist. Hierzu kann über das Kopplungselement 7 weiter eine Kraft in Axialrichtung auf die Achskegelradwelle 5 eingeleitet werden, sodass das Federelement 10 komprimiert wird und somit die Verzahnungsabschnitte 12, 14 in Eingriff gebracht werden können. Im dritten Kopplungszustand kann das Federelement 10 somit vorgespannt vorliegen, sodass bei einem erneuten Übergang aus dem dritten Kopplungszustand in den zweiten Kopplungszustand das Auslegen durch Abbau der Federenergie des Federelements 10 unterstützt werden kann.
5, 6 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Getriebevorrichtung 1, deren grundsätzlicher Aufbau der Getriebevorrichtung 1 aus den vorhergehenden 1-4 entspricht. Die grundsätzliche Funktion entspricht der zuvor beschriebenen Getriebevorrichtung 1, insbesondere in Bezug auf die einzelnen Kopplungspositionen bzw. Kopplungszustände. Gleiche Bezugszeichen werden daher für gleiche Bauteile verwendet. Die vorausgehende Beschreibung ist entsprechend übertragbar.
Abweichend von der vorausgehenden Beschreibung weist das Kopplungselement 7 einen separaten vierten Verzahnungsabschnitt 15 auf, der für die Kopplung mit dem dritten Verzahnungsabschnitt 14 des Differenzialflanschs 11 bzw. des Differentials 2 vorgesehen ist. Ersichtlich ist in diesem Ausführungsbeispiel sowohl der dritte Verzahnungsabschnitt 14 als auch der vierte Verzahnungsabschnitt 15 als Passverzahnung ausgeführt, d.h. als Radialverzahnung, wobei der dritte Verzahnungsabschnitt 14 als Außenverzahnung an den Differenzialflansch 11 und der vierte Verzahnungsabschnitt 15 als Innenverzahnung an dem Kopplungselement 7 ausgeführt ist.
Wird von der in 5 gezeigten ersten Kopplungsposition des Kopplungselements 7 in die in 6 gezeigte dritte Kopplungsposition des Kopplungselements 7 übergegangen, wird, wie bereits zuvor beschrieben, zunächst der zweite Kopplungszustand eingenommen, in dem der erste Verzahnungsabschnitt 12 mit dem zweiten Verzahnungsabschnitt 13 gekoppelt wird, sodass die Seitenwelle 4 über das Kopplungselement 7 mit der Achskegelradwelle 5 gekoppelt wird. Bei einer weiteren Bewegung des Kopplungselements 7 in Richtung des Differentials 2 wird auch der dritte Verzahnungsabschnitt 14 mit dem vierten Verzahnungsabschnitt 15 gekoppelt, sodass zusätzliche Sperrwirkung des Differentials 2 erreicht wird.
Die Kopplungseinrichtung 6 kann modulartig aufgebaut sein, beispielsweise als zylinderförmiges Modul, das über die Seitenwelle 4 gesteckt werden kann und mit dem Gehäuse des Differenzials 2, zum Beispiel im Bereich des Differenzialflanschs 11, verbunden werden kann.
Die in den einzelnen Ausführungsbeispielen gezeigten Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind beliebig miteinander kombinierbar, aufeinander übertragbar und untereinander austauschbar.
Bezugszeichen

1: Getriebevorrichtung
2: Differenzial
3: Differenzialeingang
4: Seitenwelle
5: Achskegelradwelle
6: Kopplungseinrichtung
7: Kopplungselement
8: Aktor
9: Federeinrichtung
10: Federelement
11: Differenzialflansch
12: erster Verzahnungsabschnitt
13: zweiter Verzahnungsabschnitt
14: dritter Verzahnungsabschnitt
15: vierter Verzahnungsabschnitt

Claims

Getriebevorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, die ein Differenzial (2) aufweist, das mittels einer Achskegelradwelle (5) mit einer Seitenwelle (4) der Getriebevorrichtung (1) verbindbar oder verbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung (1) eine Kopplungseinrichtung (6) aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Seitenwelle (4) wahlweise mit der Achskegelradwelle (5) zu koppeln oder die Seitenwelle (4) von der Achskegelradwelle (5) zu entkoppeln wobei die Kopplungseinrichtung (6) ein zwischen wenigstens zwei Kopplungspositionen bewegbares Kopplungselement (7) aufweist, das für die Kopplung zwischen Seitenwelle (4) und Achskegelradwelle (5) und für eine Sperrung des Differenzials (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (6) eine Federeinrichtung (9) aufweist, die dazu ausgebildet ist, bei einer auftretenden Zahn-auf-Zahn-Stellung eine Vorspannkraft auf das Kopplungselement (7) in wenigstens einer Betätigungsrichtung aufzubauen und die Federeinrichtung (9) zwischen Achskegelradwelle (5) und Achskegelrad angeordnet ist.
Getriebevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (7) in einer ersten Kopplungsposition, insbesondere einer Trennstellung, die Seitenwelle (4) von der Achskegelradwelle (5) entkoppelt, insbesondere bei geöffnetem Differenzial (2).
Getriebevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (7) in einer zweiten Kopplungsposition, insbesondere einer Kopplungsstellung, die Seitenwelle (4) mit der Achskegelradwelle (5) koppelt, insbesondere bei geöffnetem Differenzial (2).
Getriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (7) in einer dritten Kopplungsposition, insbesondere einer gekoppelten Sperrstellung, einen Eingang des Differenzials (2), insbesondere einen Differenzialkorb, mit der Seitenwelle (4) und der Achskegelradwelle (5) koppelt.
Getriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungspositionen des Kopplungselements (7), insbesondere in Bezug auf eine Drehachse der Seitenwelle (4) oder der Achskegelradwelle (5), linear hintereinander angeordnet sind.
Getriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (6) außerhalb des Differenzials (2) angeordnet ist, insbesondere koaxial zu der Seitenwelle (4).
Getriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (7) einen ersten Verzahnungsabschnitt (12) aufweist, der in einem gekoppelten Zustand zwischen Kopplungselement (7) und Achskegelradwelle (5) mit einem zweiten Verzahnungsabschnitt (13) der Achskegelradwelle (5) in Eingriff steht und der Eingang des Differenzials (2) einen dritten Verzahnungsabschnitt (14) aufweist, der in einem gekoppelten Zustand zwischen Kopplungselement (7) und dem Eingang des Differenzials (2) mit dem ersten Verzahnungsabschnitt (12) oder einem vierten Verzahnungsabschnitt (15), der an dem Kopplungselement (7) angeordnet ist, in Eingriff steht.
Getriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (6), insbesondere das Kopplungselement (7), wenigstens zwei gleichartige und/oder wenigstens zwei unterschiedliche Verzahnungsabschnitte (12-15) aufweist.
Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens eine Getriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.