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Die
Erfindung betrifft ein Getriebe zum Verteilen eines Antriebsmomentes
auf wenigstens zwei Abtriebswellen mit mindestens zwei wenigstens
dreiwelligen Planetensätzen.
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In
der Praxis wird bekannterweise bei Fahrzeugen ein von einer Antriebsmaschine
erzeugtes Antriebsmoment bedarfsgerecht über ein Getriebe zu den Antriebsrädern geleitet.
Sind Fahrzeuge, wie beispielsweise Allrad-Pkws oder allradgetriebene
Lkws, mit mehreren angetriebenen Achsen ausgeführt, muß die Leistung der Antriebsmaschine
im Antriebsstrang eines derartigen Fahrzeugs auf die einzelnen Antriebsachsen
verteilt werden.
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Zur
Leistungsverteilung werden sogenannte Differentialgetriebe eingesetzt,
wobei Längsdifferentiale
in Fahrrichtung gesehen zur Längsverteilung
der Antriebsleistung der Antriebsmaschine auf mehrere angetriebene
Achsen eines Fahrzeuges eingesetzt werden. Sogenannte Querdifferentiale
bzw. Ausgleichsgetriebe werden in Bezug auf die Fahrrichtung eines
Fahrzeugs zu einer Querverteilung der Antriebsleistung auf Antriebsräder einer
Fahrzeugachse verwendet.
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Die
in der Praxis herkömmlich
verwendeten Bauarten von Differentialgetrieben sind sogenannte Kegelraddifferentiale,
Stirnraddifferentiale in Planetenbauweise oder auch Schneckenraddifferentiale. Insbesondere
Stirnraddifferentiale werden wegen der Möglichkeit zur unsymmetrischen
Momentenverteilung meist als Längsdifferentiale
eingesetzt. Kegelraddifferentiale stellen mittlerweile für den Querausgleich
bei Fahrzeugen einen Standard dar und Schneckenrad differentiale
werden sowohl zur Längsverteilung
als auch für
eine Querverteilung eingesetzt.
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Mit
Hilfe derartiger Verteilergetriebe besteht die Möglichkeit, ein Antriebsmoment
in beliebigen Verhältnissen
auf mehrere Antriebsachsen zu verteilen, ohne Verspannungen in einem
Antriebsstrang zu erzeugen. Des weiteren wird mit dem Einsatz von Ausgleichsgetrieben
erreicht, daß Antriebsräder einer
Antriebsfahrzeugachse mit unterschiedlichen Drehzahlen unabhängig voneinander
entsprechend den verschiedenen Weglängen der linken bzw. rechten
Fahrspur angetrieben werden können,
wodurch das Antriebsmoment symmetrisch und somit giermomentenfrei
auf beide Antriebsräder
verteilbar ist.
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Diesen
beiden Vorteilen steht jedoch der Nachteil gegenüber, daß die auf die Fahrbahn übertragbaren
Vortriebskräfte
zweier Antriebsräder
einer Fahrzeugachse bzw. zweier oder mehrerer Antriebsachsen aufgrund
der Ausgleichstätigkeit
eines Differentialgetriebes jeweils von dem geringeren bzw. geringsten übertragbaren
Antriebsmoment der beiden Antriebsräder bzw. der Antriebsachsen
abhängig
ist. Das bedeutet, wenn ein beispielsweise auf Glatteis stehendes
Antriebsrad durchdreht, wird dem anderen Antriebsrad kein höheres Moment
als dem durchdrehenden Antriebsrad zugeführt, auch wenn es auf griffigem
Untergrund steht. In einer solchen Fahrsituation kann das Fahrzeug
aufgrund der Ausgleichstätigkeit
eines Differentialgetriebes, welche eine Drehzahldifferenz zwischen
zwei Abtriebswellen eines Differentialgetriebes ermöglicht,
nachteilhafterweise nicht anfahren.
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Deshalb
ist in der Praxis dazu übergegangen worden,
eine Ausgleichsbewegung eines Ausgleichsgetriebes bei Vorliegen
kritischer Fahrzustände
durch geeignete Maßnahmen
zu behindern. Dies wird beispielsweise durch eine manuell oder automatisch
mit mechanischen, magnetischen, pneumatischen oder hydraulischen
Mitteln aktivierbare und an sich bekannte Differentialsperre realisiert,
die durch ein Blockieren des Ausgleichsgetriebes jede Ausgleichsbewegung
zu 100 sperrt.
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Des
weiteren werden selbsttätig
sperrende Differentiale, die auch Ausgleichsgetriebe mit begrenztem
Schlupf oder Sperrdifferentiale genannt werden, verwendet. Derartige
Ausgleichsgetriebe ermöglichen
es, auf ein Rad einer Fahrzeugachse oder eine Antriebsachse auch
dann ein Drehmoment zu übertragen,
wenn das andere Rad oder bei mehreren Antriebsachsen die andere
Antriebsachse infolge schlechter Bodenhaftung durchrutscht. Gleichzeitig wird
jedoch der Vorteil der vorgenannten giermomentenfreien Kraftübertragung
verloren, und die freie Anpassung der Raddrehzahlen an die Weglängen der beiden
Fahrspuren der beiden Antriebsräder
einer Antriebsachse wird nachteilhafterweise ebenfalls behindert.
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Weiters
ist es aus der Praxis bekannt, extern angesteuerte Differentialbremsen
zum Einstellen eines Grades der Ausgleichstätigkeit eines Ausgleichsgetriebes
vorzusehen. Derartige Differentialbremsen stellen meist elektronisch
geregelte und hydraulisch betätigte
Systeme dar, bei welchen in Abhängigkeit von
dem jeweiligen Fahrzustand ein normalerweise nicht gesperrtes oder
nur schwach gesperrtes Differential in weiten Grenzen sperrbar ist.
Eine Höhe
der Behinderung der Ausgleichstätigkeit
eines Differentialge triebes ist über
eine Steuerung an den jeweils aktuellen Fahrzustand anpaßbar.
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Letztgenannte
Lösungen
weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie durch einen hohen Steuerungs- und
Regelungsaufwand charakterisiert sind und zudem aufgrund der Hydraulik
einen hohen konstruktiven Aufwand erfordern.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Getriebe zum bedarfsweisen
Verteilen eines Antriebsmomentes auf wenigstens zwei Abtriebswellen zur
Verfügung
zu stellen, mit dem ein Anfahren in kritischen Fahrsituationen gewährleistet
ist und das einen einfachen und konstruktiven Aufbau aufweist sowie
durch einen geringen Steuerungs- und Regelungsaufwand gekennzeichnet
ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einem Getriebe gemäß den Merkmalen
des Patentanspruches 1 gelöst.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Getriebe
zum Verteilen eines Antriebsmomentes auf wenigstens zwei Abtriebswellen
mit mindestens zwei wenigstens dreiwelligen Planetensätzen ist
mit einfachen konstruktiven Mitteln sowie mit geringem steuer- und
regelungstechnischem Aufwand ein Anfahren auch bei kritischen Fahrsituationen,
wie bei rutschigem Untergrund, gewährleistet.
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Dies
wird dadurch erreicht, daß bei
Vorliegen eines Drehzahlunterschiedes zwischen zwei miteinander
wirkverbundenen Wellen der Planetensätze ein den Drehzahlunterschied
zwischen zwei Abtriebswellen der Planetensätze reduzierendes Moment an
den Planetensätzen
anliegt.
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Wird
das erfindungsgemäße Getriebe
als Ausgleichsgetriebe zur Querverteilung eines Antriebsmomentes
auf die beiden Antriebsräder
einer Antriebsfahrzeugachse eingesetzt, dann sind die beiden Antriebsräder jeweils
mit einer Abtriebswelle eines Planetensatzes verbunden. Dies führt dazu,
daß einem
Durchdrehen eines Antriebsrades, welches mit einer Drehzahldifferenz
zwischen den beiden Abtriebswellen einhergeht, dahingehend entgegengetreten
wird, daß die
durchdrehende Abtriebswelle über
die Wirkverbindung zwischen den beiden miteinander wirkverbundenen
Wellen gebremst wird und das Antriebsmoment dem anderen Antriebsrad über die
zweite Abtriebswelle des Getriebes zumindest mit einem Teil des
Antriebsmomentes beaufschlagt wird, wodurch ein Anfahren des Fahrzeuges
vorteilhafterweise ermöglicht
wird.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Patentansprüchen
und den unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen
Ausführungsbeispielen,
bei welchen zu Verbesserung der Übersichtlichkeit
für bau-
und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet
werden.
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Es
zeigt:
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1 ein Grundschema des Getriebes
gemäß der Erfindung;
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2 ein Räderschema eines als Achsdifferential
mit Übersetzungserhöhung und
Kegelradinvertierung ausgeführten
Getriebes nach der Erfindung, welches einen Elektromotor als Momentenquelle
aufweist;
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3 ein Räderschema eines als Achsdifferential
mit Übersetzungserhöhung und
Kegelradinvertierung ausgeführten
Getriebes gemäß der Erfindung,
welches eine Bremse als Momentenquelle aufweist;
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4 ein Räderschema eines weiteren Ausführungsbeispieles
eines erfindungsgemäßen Getriebes,
welches mit einer Stirnradinvertierung ausgeführt ist;
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5 ein Räderschema eines als Allradverteilergetriebe
mit Übersetzungsverringerung
und Kegelradinvertierung ausgeführten
Getriebes gemäß der Erfindung;
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6 ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Getriebes,
welches als Allradverteilergetriebe mit Übersetzungsverringerung und
Kegelradinvertierung ausgeführt
ist und mit einem Elektromotor als Momentenquelle versehen ist;
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7 ein Allradverteilergetriebe
nach der Erfindung mit Übersetzungserhöhung und
Kegelradinvertierung, welches eine Bremse als Momentenquelle aufweist;
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8 das erfindungsgemäße Getriebe
gemäß 3, wobei die Momentenquelle
als Elektromotor aus geführt
ist, der achsparallel zu den Abtriebsachsen angeordnet ist;
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9 das Getriebe gemäß 8, wobei der Elektromotor
senkrecht zu den Abtriebsachsen angeordnet ist;
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10 ein Räderschema gemäß 8 und 9, wobei eine Verzahnung eines Elektromotores direkt
in eine Verzahnung eines Ausgleichskegelrades eingreift;
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11 ein Räderschema gemäß 4, wobei ein Elektromotor
achsparallel zu den Abtriebsachsen und direkt auf einer Vorgelegewelle
der Wirkverbindung angeordnet ist;
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12 ein Räderschema gemäß 11, wobei der Elektromotor
in Verlängerung
zu der Vorgelegewelle angeordnet ist;
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13 ein Räderschema gemäß 11 und 12, wobei eine Drehzahlinvertierung zwischen der
Vorgelegewelle und einer der miteinander wirkverbundenen Wellen
der Planetensätze über ein Stirnrad
und ein Hohlrad ausgeführt
ist;
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14 ein Räderschema gemäß 11 bis 13, wobei die Wirkverbindung zwischen
den beiden miteinander wirkverbundenen Wellen der Planetensätze über zwei
Elektromotoren ausgeführt
ist, die über
eine gemeinsame Steuereinrichtung angesteuert werden;
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15 eine Weiterbildung des
Getriebes gemäß 14, wobei zwischen den beiden
miteinander wirkverbundenen Wellen eine Kupplung vorgesehen ist;
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16 ein Räderschema gemäß 14, wobei die beiden Elektromotoren
koaxial zu den beiden über
die Elektomotoren wirkverbundenen Wellen angeordnet sind; und
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17 ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Getriebes gemäß der Erfindung,
wobei die beiden Planetensätze
einen Plusplanetensatz ausbilden.
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Bezug
nehmend auf 1 ist ein
Grundschema eines Getriebes 1 gezeigt, welches als Differentialgetriebe
zur Längsverteilung
eines Antriebsmomentes einer Antriebsmaschine oder zur Querverteilung
eines Antriebsmomentes einer Antriebsmaschine vorzugsweise in einem
Fahrzeug einsetzbar ist. Mit dem Getriebe 1 besteht auf
einfache Art und Weise die Möglichkeit,
das Antriebsmoment in Längsrichtung,
d. h. in Fahrtrichtung eines Fahrzeuges gesehen, auf zwei angetriebene
Achsen eines Fahrzeuges bedarfsgerecht zu verteilen. Darüber hinaus
kann über
das Getriebe 1 eine Querverteilung des Antriebsmomentes
auf die Antriebsräder
einer Antriebsfahrzeugachse eines Fahrzeuges erfolgen.
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Das
Getriebe 1 ist mit zwei Planetensätzen 2, 3 ausgeführt, die
in Abhängigkeit
des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles als Minus-, Plus-, Kegelrad-
oder Stufenplanetensatz ausgebildet sein können. Jeweils eine Welle 4, 5 der
beiden Planetensätze 2, 3 ist
mit einer Antriebswelle 6 verbunden. Weitere Wellen 7 bzw. 8 der
Planetensätze
stellen jeweils eine Abtriebswelle des Getriebes 1 dar.
Eine dritte Welle 9 des Planetensatzes 2 und eine
dritte Welle 10 des Planetensatzes 3 sind über eine
Wirkverbindung 11 miteinander verbunden.
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Die
Wirkverbindung 11 ist derart ausgeführt, daß ein betriebszustandsabhängiges Drehmoment der
dritten Welle 9 des Planetensatzes 2 oder der dritten
Welle 10 des Planetensatzes 3 in Abhängigkeit
eines Betriebszustandes der dritten Welle 10 des Planetensatzes 3 oder
der dritten Welle 9 des Planetensatzes 2 derart
abstützbar
ist, daß bei
Auftreten eines Drehzahlunterschiedes zwischen den Abtriebswellen 6, 7 über die
Wirkverbindung 11 ein den Drehzahlunterschied reduzierendes
Drehmoment an den Planetensätzen 2 und 3 bzw.
den dritten Wellen 9 und 10 der Planetensätze 2 und 3 anliegt.
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Die
Wirkverbindung 11 kann dabei alternativ oder in Kombination
mit einer Drehzahlinvertierung zwischen den beiden miteinander wirkverbundenen Wellen 9 und 10 sowie
alternativ oder in Kombination mit einer Momentenquelle zur Erhöhung oder
Verkleinerung eines Momentes an wenigstens einer der beiden miteinander
wirkverbundenen Wellen 9 und 10 ausgeführt sein.
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2 zeigt ein Räderschema
eines ersten Ausführungsbeispiels
des in 1 dargestellten Grundschemas
des Getriebes 1 nach der Erfindung. Ein Antriebsmoment
der Antriebswelle 6 wird über ein erstes Kegelrad 12 auf
zwei miteinander verbundene Hohlräder 13, 14 der
beiden Planetensätze 2 und 3 geführt. Von
dort aus wird das Antriebsmoment der Antriebswelle 6 auf
mit den beiden Hohlrädern 13 und 14 in
Eingriff stehende Planetenräder 15 und 16 geführt, die
jeweils auf einem Steg 17 bzw. 18 drehbar gelagert
sind und die beiden Stege 17 und 18 aufgrund ihrer
Abrollbewegung in den Hohlrädern 13 und 14 antreiben.
Die beiden Stege 17 und 18 der Planetensätze 2 und 3 sind
wiederum mit den beiden Abtriebswellen 7 und 8 verbunden,
so daß das über das
erste Kegelrad 12, die beiden Hohlräder 13 und 14,
die Planetenräder 15 und 16 sowie
die Stege 17 und 18 geführte Antriebsmoment auf die
beiden Abtriebswellen 7 und 8 gelangt.
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Zusätzlich kämmen die
Planetenräder 15 und 16 jeweils
mit einem Sonnenrad 19 bzw. 20, welche jeweils
mit einer Stirnradverzahnung 21 bzw. 22 ausgeführt sind.
Die beiden Stirnradverzahnungen 21 und 22 der
Sonnenräder 19 und 20 kämmen mit zwei
Stirnrädern 24 und 25,
wobei das Stirnrad 24 drehfest mit einer Vorgelegewelle 23 verbunden
ist und das Stirnrad 25, welches mit der Stirnradverzahnung 22 des
Sonnenrades 20 des Planetensatzes 3 kämmt, über ein
Kegelraddifferential 26 mit der Vorgelegewelle 23 in
Verbindung steht.
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Das
bedeutet, daß die
in 1 dargestellte Wirkverbindung 11 in 2 mit den Stirnradstufen zwischen
den Sonnenrädern 19 und 20,
der Vorgelegewelle 22 sowie dem Kegelraddifferential 26 und
einer Einrichtung 28 zum Aufbringen eines Momentes auf
eine der miteinander wirkverbundenen Wellen 9, 10 ausgeführt ist.
Die Einrichtung bzw. die Momentenquelle 28 ist mit einem
Kegelrad 27 des Kegelraddifferentials 26 und vorliegend
als ein Elektromotor ausgeführt.
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Die
Ausgestaltung der Wirkverbindung 11 mit der Momentenquelle 28 bietet
die Möglichkeit,
betriebszustandsabhängig
und in Abhängigkeit
der Drehrichtung des Elektromotors ein Moment auf die miteinander
wirkverbundenen Sonnenräder 19 und 20 aufzubringen,
so daß beispielsweise
bei einer Drehzahldifferenz zwischen den beiden Abtriebswellen 7 und 8 eine
Ausgleichstätigkeit
des Getriebes 1 zwischen den beiden Abtriebswellen 7 und 8 reduziert
oder verstärkt
wird. D. h., daß über die
Momentenquelle 28 eine gezielte Momentenerhöhung bzw. Momentenverkleinerung
an den beiden miteinander wirkverbundenen Sonnenrädern bzw.
Wellen 19 und 20 der Planetensätze 2 und 3 durchführbar ist,
um beispielsweise einem Übersteuern
oder einem Untersteuern während
einer Kurvenfahrt durch Erhöhung der
Drehzahldifferenz zwischen den beiden Antriebsrädern einer Antriebsachse effektiv
und auf einfache Art und Weise entgegenzuwirken.
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Des
weiteren besteht die Möglichkeit,
eine Seitenwindempfindlichkeit eines Fahrzeuges durch ein gezieltes
Einstellen einer Differenzgeschwindigkeit zwischen den beiden Abtriebswellen
und somit zwischen zwei Antriebsrädern einer Antriebsachse zu
verbessern.
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Alternativ
hierzu kann die Momentenquelle 28 auch als eine hydraulische
Antriebsmaschine oder als eine andere geeignete Antriebsmaschine ausgeführt sein.
Darüber
hinaus besteht selbstverständlich
auch die Möglichkeit,
daß zwischen
der Momentenquelle 28 und dem Kegelrad 27 des
Kegeldifferentials 26 eine oder mehrere Übersetzungsstufen vorgesehen
sind, um die gezielte Momentenerhöhung bzw. Momentenreduzierung
bedarfsgerecht auf die Wirkverbindung 11 bzw. auf die beiden
miteinander wirkverbundenen Wellen der Planetensätze 2 und 3 aufbringen
zu können,
wobei die Steuerung der Momentenquelle unabhängig von der Ausführung mit zusätzlichen Übersetzungsstufen über eine
nicht näher
dargestellte Steuereinrichtung erfolgt, welche in eine Getriebesteuereinrichtung
des Getriebes 1 integriert ist oder als separates Steuergerät ausgeführt sein
kann. Die Übersetzungen
zwischen den einzelnen Stirnradpaarungen der Wirkverbindung 11 und den
beiden Sonnenrädern 19 und 20 sind
dabei jeweils gleich groß.
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In
unbestromtem Zustand des Elektromotors stellt der Elektromotor lediglich
eine zusätzliche
rotatorische Drehmasse dar, welche mit dem Kegelrad 27 des
Kegelraddifferentials 26 wirkverbunden ist und die eine
später
beschriebene Wirkung auf die miteinander wirkverbundenen Wellen
der Planetensätze
in gewissen Fahrsituationen ausübt.
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Wird
das in 2 dargestellte
Getriebe 1 als Achs-Differential
zur Verteilung des Antriebsmomentes auf zwei Antriebswellen einer
Fahrzeugantriebsachse eingesetzt, kann es bei ungünstigen
Fahrbahnverhältnissen
dazu führen,
daß ein
mit der Abtriebswelle 7 verbundenes Antriebsrad auf glattem Untergrund
durchdreht und ein mit der Abtriebswelle 8 verbundenes
Antriebsrad aufgrund einer guten Bodenhaftung nahezu still steht.
In diesem Betriebszustand des Getriebes 1 liegt eine hohe
Differenzdrehzahl zwischen den beiden Abtriebswellen 7 und 8 vor, die
dazu führt,
daß die
beiden Sonnenräder 19 und 20,
welche bei Drehzahlgleichheit der beiden Abtriebswellen 7 und 8 still
stehen, mit unterschiedlicher Drehrichtung umlaufen. Die rotatorischen
Massen der Wirkverbindung 11 und auch der als Elektromotor ausgebildeten
unbestromten Momentenquelle 28 wirken aufgrund ihrer Massenträgheit dieser
Drehzahldifferenz besonders zu Beginn des Durchdrehens des mit der
Abtriebswelle 7 verbundenen Antriebsrades derart entgegen,
daß ein
Teil des Antriebsmomentes der Antriebsachse 6 auf die Abtriebswelle 8 geführt und
ein Anfahren ermöglicht wird.
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Besteht
der Wunsch, die Ausgleichstätigkeit des
Getriebes 1 zwischen den beiden Abtriebswellen 7 und 8 aktiv
in Abhängigkeit
einer Fahrsituation gesteuert zu beeinflussen, ist die Ausgestaltung
der Wirkverbindung 11 zwischen den beiden miteinander wirkverbundenen
Sonnenrädern
bzw. Wellen 19 und 20 der Planetensätze 2 und 3 mit
der Momentenquelle 28 besonders geeignet, da über einen
Elektromotor einerseits treibend und andererseits bremsend Einfluß auf die
Differenzdrehzahl zwischen den beiden Abtriebswellen des Getriebe 1 genommen
werden kann.
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In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Räderschemas
des in 1 dargestellten Grundschemas
des Getriebes 1 nach der Erfindung gezeigt. Das in 3 dargestellte Räderschema
des Getriebes 1 stellt ein Achsdifferential mit einer Übersetzungserhöhung und
einer Kegelradinvertierung zwischen den beiden Sonnenrädern 19 und 20 der Planetensätze 2 und 3 dar,
wobei die Wirkverbindung 11 zwischen den beiden Sonnenrädern 19 und 20 über ein
Ausgleichskegelrad 29 und eine damit verbundene Momentenquelle 28 ausgeführt ist.
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Die
Momentenquelle 28 ist vorliegend als Bremse bzw. als Lamellenbremse
ausgeführt
und kann bei vorteilhaften Weiterbildungen des Getriebes 1 auch
eine Konusbremse, Klauenbremse, Bandbremse oder dergleichen sein. Über die
Bremse wird in gleicher Art und Weise die bei aus der Praxis bekannten
Achsdifferentialen vorgesehene Sperrwirkung, die zur Behinderung
einer Ausgleichstätigkeit von
Achsdifferentialen vorgesehen ist, stufenlos eingestellt.
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Die
Ausgestaltung der Momentenquelle 28 als Bremse, welche
sich in geschlossenem Zustand oder während eines Schlupfbetriebes
in einem Gehäuse 30 des
Getriebes 1 abstützt,
bietet zusätzlich die
Möglichkeit, über die
vorliegend durch das Ausgleichskegelrad 29 ausgeführte Einrichtung
zur Drehzahlinvertierung zwischen den beiden miteinander wirkverbundenen
Wellen bzw. Sonnenrädern 19 und 20 durch
die Planetensätze 2, 3 eine
zusätzliche Übersetzung
ins "Langsame" bzw. ins "Schnelle" zwischen der Antriebswelle 6 und
der Abtriebswelle 7 bzw. der Abtriebswelle 8 vorzusehen.
Dadurch kann die konstruktive Gestaltung eines Kegelrades, wie es beispielsweise
für Standard-,
Front-, Längs-
oder einen Heck-Längs-Antrieb
verwendet wird, oder einer Stirnradübersetzung, welche beispielsweise
bei einem Front-Quer-Antrieb eingesetzt wird, wirkungsgradoptimiert
sowie mit einem verringerten Bauraumbedarf erfolgen.
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Zusätzlich ist
von Vorteil, daß die
Momentenquelle sowohl in der Ausführung als Antriebsmaschine
als auch in der Ausführung
als Bremse gehäusefest
in dem Getriebe 1 angeordnet ist und somit konstruktiv
einfacher ausgeführt
werden kann. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß die Abstützung der Momentenquelle
im Getriebe 1 ohne zusätzliche
konstruktive Maßnahmen,
die eine Drehübertragung
von Kraft, Druck oder Strom erfordern, durchführbar ist.
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Bezug
nehmend auf 4 ist ein
Räderschema
eines weiteren Ausführungsbeispieles
des Getriebes 1 nach der Erfindung dargestellt, welches als
ein Achsdifferential mit einer Übersetzungserhöhung und
einer Stirnradinvertierung als Einrichtung zur Drehzahlinvertierung
zwischen den beiden miteinander wirkverbundenen Wellen bzw. Sonnenrädern 19, 20 der
Planetensätze 2 und 3 ausgeführt ist. Die
Wirkverbindung 11 ist vorliegend mit einer als Elektromotor
ausgeführten
Momentenquelle 28 ausgeführt, die in der Verlängerung
einer zweiten Vorgelegewelle 31 mit dieser drehfest verbunden
ist.
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Die
Wirkverbindung 11 ist vorliegend mit der Vorgelegewelle 23,
dem damit drehfest verbundenen Stirnrad 24 und einem weiteren
ebenfalls drehfest mit der Vorgelegewelle 23 verbundenen
Stirnrad 32 ausgeführt,
wobei letztgenanntes Stirnrad 32 mit einem Stirnrad 33 der
zweiten Vorgelegewelle 31 kämmt. Die zweite Vorgelegewelle 31 weist
ein weiteres Stirnrad 34 auf, das in die Stirnradverzahnung 22 des Sonnenrades 20 des
zweiten Planetensatzes 3 eingreift, womit die Wirkverbindung 11 zwischen
dem Sonnenrad 19 des Planetensatzes 2 und dem
Sonnenrad 20 des Planetensatzes 3 hergestellt
ist.
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Die
als Elektromotor ausgeführte
Momentenquelle 28 wirkt wie bei dem Ausführungsbeispiel
des Getriebes 1 in Abhängigkeit
der Drehrichtung über die
zweite Vorgelegewelle 31 motorisch oder generatorisch über die
Wirkverbindung auf die beiden Sonnenräder 19 und 20 ein.
Im motorischen Betrieb der Momentenquelle 28 wird eine
Vergrößerung der
Differenzdrehzahl zwischen den beiden Sonnenrädern 19 und 20 des
Getriebes 1 erreicht, wohingegen im generatorischen Betriebsbereich
die Momentenquelle 28 bremsend wirkt und eine Differenzdrehzahl
zwischen den beiden Abtriebswellen 7 und 8 reduziert wird.
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Wird
der Elektromotors motorisch betrieben, ist eine Differenzdrehzahl
zwischen den beiden Abtriebswellen 7 und 8 gegenüber einer
aufgrund der unterschiedlichen Kurvenradien am kurveninneren Antriebsrad
und am kurvenäußeren Antriebsrad
auftretenden Differenzdrehzahl gezielt dahingehend vergrößerbar,
daß das
Fahrzeug eine stärkere
Neigung zur Kurvenfahrt aufweist, wodurch ein erheblich besseres
Fahrverhalten des Fahrzeuges erreicht wird.
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In 5 ist ein Räderschema
des Getriebes 1 nach der Erfindung gezeigt, welches als
ein Allradverteilergetriebe mit Übersetzungsverringerung
und Kegelradinvertierung zwischen den beiden miteinander wirkverbundenen
Wellen der Planetensätze 2 und 3 ausgeführt ist.
Die Wirkverbindung 11 zwischen den beiden miteinander wirkverbundenen
Wellen bzw. Sonnenrädern 19 und 20 der
Planetensätze 2 und 3 ist
mit einer als Bremse ausgebildeten Momentenquelle 28 versehen,
welche mit dem Kegelrad 27 des Kegelraddifferentials 26 drehfest
verbunden ist und gehäuseseitig
abgestützt
ist.
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Die
Abtriebswellen 7 und 8 sind vorliegend mit den
Hohlrädern 13 und 14 der
Planetensätze 2 und 3 verbunden,
und das Antriebsmoment der Antriebswelle 6 wird über die
miteinander verbundenen Stege 17 und 18 in die
Planetensätze 2 und 3 eingeleitet.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform
eines als Allradverteilergetriebe mit Übersetzungsverringerung und
Kegelradinvertierung ausgeführten Getriebes 1 gemäß der Erfindung,
bei dem die beiden Hohlräder 13 und 14 der
beiden Planetensätze 2 und 3 die
beiden über
die Wirkverbindung 11 miteinander wirkverbundenen Wellen 9 und 10 der
Planetensätze 2 und 3 darstellen.
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Zwischen
den beiden Hohlrädern 13 und 14 ist
das Ausgleichskegelrad 29 als Einrichtung zur Drehzahlinvertierung
vorgesehen, welches mit der als Elektromotor ausgeführten Momentenquelle 28 verbunden
ist.
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Bei
dem in 7 dargestellten
Räderschema
des Getriebes 1 erfolgt die Einleitung des Antriebsmomentes
ausgehend von der Antriebswelle 6 auf die miteinander verbundenen
Sonnenräder 19 und 20 der
beiden Planetenradsätze 2 und 3.
Die Abtriebswellen 7 und 8 des Getriebes 1 sind
mit den Stegen 17 und 18 der beiden Planetensätze 2 und 3 verbunden.
Zwischen den beiden Hohlrädern 13 und 14 bzw.
zwischen den beiden miteinander wirkverbundenen Wellen 9 und 10 der
beiden Planetensätze 2 und 3 ist
wiederum das Ausgleichskegelrad 29 als Einrichtung zur
Drehzahlinvertierung vorgesehen, wobei das Ausgleichskegelrad 29 der
Wirkverbindung 11 mit einer gehäuseseitig abstützbaren
Bremse als Momentenquelle 28 ausgeführt ist.
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In 8 bis 10 ist jeweils ein Räderschema gemäß 3 dargestellt, wobei die
als Elektromotor ausgeführte
Momentenquelle 28 jeweils in verschiedenen Anordnungen
in Bezug auf die Abtriebsachsen 7 und 8 positioniert
ist.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
des Getriebes 1 gemäß 8 ist die Momentenquelle
bzw. der Elektromotor 28 achsparallel zu den Abtriebswellen 7 und 8 angeordnet,
und eine Antriebswelle 34 des Elektromotors ist mit einer
Kronenverzahnung 35 bzw. einem Kegelrad ausgeführt, welches
mit einer damit korrespondierenden Kronverzahnung 36 des Ausgleichskegelrades 29 kämmt. Des
weiteren stellt das Aus gleichskegelrad 29 die Einrichtung
zur Drehzahlinvertierung zwischen den beiden miteinander über die
Wirkverbindung 11 miteinander wirkverbundenen Wellen bzw.
Sonnenrädern 19 und 20 der
beiden Planetensätze 2 und 3 dar.
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Die
Anordnung des Elektromotors 28 gemäß 8 bietet im Vergleich zu dessen Anordnung
gemäß 3 die Möglichkeit, die äußeren Abmessungen
des Getriebes 1 dahingehend zu gestalten, daß das Getriebe 1 gemäß 8 breiter und mit einer
geringeren Länge
als das Getriebe 1 gemäß 3 ausgeführt ist. Zusätzlich bietet
die Verbindung des Elektromotors mit dem Ausgleichskegelrad 29 über die Kronenverzahnung 35 der
Antriebswelle des Elektromotors 28 und der Kronenverzahnung 36 des
Ausgleichskegelrades 29 die Möglichkeit, zwischen dem Elektromotor 28 und
den beiden miteinander wirkverbundenen Wellen 9 und 10 eine Übersetzung
vorzusehen, welche bei entsprechender Auslegung die erforderliche
Antriebsleistung des Elektromotors 28 reduziert. Selbstverständlich besteht
diese Möglichkeit ebenfalls
bei der Ausführungsform
des Getriebes 1 gemäß 3, wobei eine entsprechende Übersetzung
bedarfsweise in das schematisch dargestellte Gehäuse des Elektromotors 28 integriert
werden kann.
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Bezug
nehmend auf 9 ist der
Elektromotor 28 senkrecht zu den Abtriebswellen 7 und 8 angeordnet
und greift über
eine Kegelverzahnung 37 direkt an dem Ausgleichskegelrad 29 an.
Diese Anordnung führt
wiederum zu einer Verkleinerung des Durchmessers des Ausgleichskegelrades 29 im
Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel
gemäß 8, bei dem die Kronenverzahnung 36 eine
Vergrößerung des
Durchmessers des Ausgleichskegelrades 29 bewirkt. Im Vergleich
zu 3 weist das Getriebe
bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 9 eine geringere Länge auf
und ist im Vergleich zu der Ausführung
gemäß 8 schlanker ausgeführt.
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10 stellt in Bezug auf 8 und 9 eine weitere alternative Ausgestaltung
eines erfindungsgemäßen Getriebes 1 dar,
wobei die als Elektromotor ausgeführte Momentenquelle 28 senkrecht zu
den Abtriebswellen 7 und 8 angeordnet ist und über ein
Kegelrad bzw. die Kronenverzahnung 35 direkt in die Verzahnung
des Ausgleichskegelrades 29 eingreift, welches gleichzeitig
mit den beiden Sonnenrädern 19 und 20 der
Planetensätze 2 und 3 kämmt.
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Die
Ausführungsform
des Getriebes 1 gemäß 10 ist im Vergleich zu der
Ausführung
gemäß 9 durch eine geringere Länge gekennzeichnet
und weist im Vergleich zu der Ausführungsform gemäß 8 eine geringere Breite
auf, wodurch insgesamt der Bauraumbedarf des Getriebes reduziert ist.
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Alternativ
hierzu kann der Elektromotor bzw. die Momentenquelle selbstverständlich auch
in einem beliebigen anderen Winkel zu den beiden Abtriebsachsen 7 und 8 angeordnet
sein, und die Verzahnung zwischen dem Elektromotor und dem Ausgleichskegelrad
kann beispielsweise auch über
eine Schneckenverzahnung gebildet sein.
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In 11 bis 16 sind mehrere Räderschemata eines Getriebes
nach der Erfindung dargestellt, welche im wesentlichen auf dem in 4 dargestellten Räderschema
basieren und vorteilhafte Weiterbildungen darstellen. In der nachfolgenden Beschreibung
dieser Ausgestaltungen wird lediglich auf die Unterschiede zu der
Ausführung
des Getriebes 1 gemäß 4 hingewiesen.
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Bei
dem in 11 dargestellten
Räderschema
des Getriebes 1 ist die Momentenquelle 28 als Elektromotor
ausgeführt,
welcher direkt auf der Vorgelegewelle 23 zwischen den beiden
Stirnrädern 24 und 32 angeordnet
ist. Zwischen dem Stirnrad 32 und dem Sonnenrad 20 des
Planetensatzes 3 ist ein Zwischenstirnrad 38 zur
Drehzahlinvertierung vorgesehen. Eine gestrichelt dargestellte Linie
zwischen dem Zwischenstirnrad 38 und der Stirnradverzahnung 22 dient
lediglich zur Verdeutlichung, daß das Zwischenrad 38 direkt
mit der Stirnradverzahnung 22 des Sonnenrades 20 kämmt. Der
in der Zeichenebene dargestellte Abstand zwischen dem Zwischenrad 38 und der
Stirnradverzahnung 22 ergibt sich daraus, daß das Zwischenrad
zur besseren Darstellbarkeit in die Zeichenebene gekippt ist.
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Die
Anordnung des Elektromotors zwischen den Stirnrädern 24 und 32 direkt
auf der Vorgelegewelle 23 führt auf einfache Art und Weise
zu einer einfachen Integration des Elektromotors in das Gehäuse des
Getriebes 1 und im Vergleich zu Ausgestaltungen des Getriebes 1,
bei dem der Elektromotor außerhalb
des Gehäuses
angeordnet ist, zu einer Verringerung der äußeren Abmessungen des Getriebes
im montierten Zustand, wodurch wiederum eine Reduzierung des Bauraumbedarfes
des Getriebes erreicht wird.
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Ist
die Momentenquelle bzw. der Elektromotor 28 aufgrund seiner
erforderlichen Antriebsleistung und der daraus resultierenden äußeren Abmessungen
nicht in der in 11 dargestellten
Art und Weise direkt auf der Vorgelegewelle 23 positionierbar,
besteht die Möglichkeit,
den Elektromotor 28 in der in 12 dargestellten Art über eine Verlängerung
an die Vorgelegewelle 23 zu koppeln.
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13 stellt eine weitere alternative
Ausgestaltung der Einrichtung zur Drehzahlinvertierung der Wirkverbindung
11 im Vergleich zu dem Getriebe 1 gemäß 11 dar. Dabei kämmt das Stirnrad 32 zur Drehzahlinvertierung
mit einem mit dem Sonnenrad 20 verbundenen Hohlrad 40,
und der Elektromotor ist wiederum direkt auf der Vorgelegewelle 32 zwischen den
Stirnrädern 24 und 32 angeordnet.
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Bei
dem Getriebe 1 gemäß 14 ist die Wirkverbindung 11 zwischen
den beiden miteinander wirkverbundenen Wellen 9 und 10 bzw.
den beiden Sonnenrädern 19 und 20 der
Planetensätze 2 und 3 im
Vergleich zu den in 1 bis 13 gezeigten Ausführungsbeispielen
des Getriebes 1 nicht über eine
oder mehrere Zahnradpaarungen ausgeführt. Die Wirkverbindung 11 ist
durch zwei den miteinander wirkverbundenen Wellen 9 und 10,
d. h. vorliegend den Sonnenrädern 19 bzw. 20,
zugeordnete separate Momentenquellen 28A bzw. 28B ausgeführt, welche über eine
elektrische Steuereinrichtung 41 steuer- und regelungstechnisch
miteinander verbunden sind.
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Das
bedeutet, daß die
Wirkverbindung 11 zwischen den beiden miteinander wirkverbundenen Wellen 9 und 10 als
elektrische Verbindung ausgebildet ist, die über eine entsprechende Steuerung und/oder
Regelung der beiden Momentenquellen 28A und 28B,
welche vorliegend als Elektromotor ausgeführt sind, derart mit einem
Moment beaufschlagbar sind, daß das
Getriebe 1 gemäß 14 in der selben vorbeschriebenen
Art und Weise wie die Ausführungen
des Getriebes 1 gemäß 1 bis 13 betrieben werden kann. Die Einrichtung
zur Drehzahlinvertierung zwischen den beiden miteinander wirkverbundenen
Wellen 9 und 10 der Planeten- sätze 2 und 3 ist
vorliegend über
eine entsprechende Ansteuerung der beiden Momentenquellen 28A und 28B realisiert.
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Damit
die Wirkverbindung zwischen den beiden miteinander wirkverbundenen
Wellen der Planetensätze 2 und 3 auch
bei einem Entfall eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeuges
zur Verfügung steht,
ist es bei der in 15 dargestellten
Ausführungsform
des Getriebes 1 vorgesehen, zwischen den beiden miteinander
wirkverbundenen Wellen 9 und 10 die Vorgelegewelle 23 mit
den Stirnrädern 24 und 32 sowie
dem Zwischenstirnrad 38 vorzusehen. Die Vorgelegewelle 23 ist
jedoch zweiteilig ausgeführt
und an ihrer Trennstelle mit einer Kupplung 42 ausgebildet,
die in unbestromtem Zustand geschlossen ist und die beiden Teile
der Vorgelegewelle 23 fest miteinander verbindet. In diesem
Betriebszustand der Kupplung 42 stellt das Getriebe 1 gemäß 15 ein offenes Differentialgetriebe
dar, welches aufgrund der Massenträgheiten der Bauteile der Wirkverbindung 11 eine
gewisse Dämpfung
einer Ausgleichsbetätigung
des Getriebes 1 bei Differenzdrehzahlen zwischen den Abtriebswellen 7 und 8 aufweist.
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Eine
weitere prinzipielle Anordnung der beiden Momentenquellen 28A und 28B ist
in 16 gezeigt, bei der
die als Elektromotoren ausgeführten Momentenquellen
koaxial um die Sonnenräder 19 und 20,
welche die miteinander wirkverbundenen Wellen 9 und 10 der
Planetensätze 2 und 3 darstellen,
angeordnet sind.
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Bezug
nehmend auf 17 ist ein
weiteres Ausführungsbeispiel
des Getriebes 1 nach der Erfindung dargestellt, bei dem
die beiden Planetensätze 2 und 3 zu
einem sogenannten Plusplanetensatz kombiniert sind. Die beiden Planetensätze 2 und 3 weisen jeweils
einen Doppelplanetensatz mit einem inneren Planetenrad 15A bzw. 16A und
einem äußeren Planetenrad 15B bzw. 16B auf.
Dabei kämmt
das innere Planetenrad 15A bzw. 16A eines jeden
Doppelplanetensatzes gleichzeitig mit dem Sonnenrad 19 bzw. 20 und
dem äußeren Planetenrad 15B bzw. 16B.
Die äußeren Planetenräder 15B bzw. 16B kämmen jeweils
mit den inneren Planetenrädern 15A bzw. 16A sowie
dem Hohlrad 13 bzw. 14.
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Das
Antriebsmoment der Antriebswelle 6 wird über das
erste Kegelrad 12 auf die miteinander verbundenen Stege 17 und 18 der
Planetensätze 2 und 3 geführt und über die
inneren Planetenräder 15A, 16A und
die äußeren Planetenräder 15B und 16B auf
die beiden Hohlräder 13 und 14 geführt. Die Hohlräder 13 und 14 sind
jeweils mit den Abtriebswellen 7 und 8 verbunden,
welche jeweils wiederum mit einem Antriebsrad einer Fahrzeugantriebsachse verbunden
sind.
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Die
beiden Sonnenräder 19 und 20 stellen vorliegend
die miteinander wirkverbundenen Wellen 9 und 10 der
Planetensätze 2 und 3 dar,
wobei die Wirkverbindung 11 zwischen den beiden Sonnenrädern 19 und 20 über die
Vorgelegewelle 23 und eine Stirnradinvertierung zwischen
der Vorgelegewelle 23 und dem Sonnenrad 20 ausgeführt ist.
Die Momentenquelle 28 greift an einer Verlängerung
der Vorgelegewelle 23 außerhalb der beiden Stirnräder 24 und 32 an
der Vorgelegewelle 23 an.
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Abweichend
von den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des Getriebes nach
der Erfindung kann es selbstverständlich auch vorgesehen sein,
daß die
Wirkverbindung zwischen den beiden miteinander wirkverbundenen Wellen
der Planetensätze
mit wenigstens einer Bremse und zusätzlich einer Antriebsmaschine,
wie beispielsweise einem Elektromotor oder einem Hydraulikmotor,
ausgeführt
ist, um eine Drehzahldifferenz zwischen den beiden Abtriebswellen
des Getriebes bzw. der Planetensätze
aktiv beeinflussen zu können.
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Zusätzlich kann
es bei einer Weiterbildung des Getriebes gemäß der Erfindung vorgesehen sein,
daß die
Wirkverbindung mit einer drehbaren Masse bzw. einem drehbaren Bauteil
verbunden ist, welches alternativ zu dem Elektromotor oder der Bremse
oder auch in Kombination zu dem Elektromotor und/oder der Bremse
vorgesehen ist. Dieses drehbare Bauteil bzw. diese drehbare Masse
der Wirkverbindung führt
aufgrund seiner Massenträgheit
dazu, daß bei
plötzlichen
Drehzahländerungen der
beiden Abtriebswellen der Planetensätze auftretende Differenzdrehzahlen
zwischen den beiden Abtriebswellen der Planetensätze gedämpft bzw. minimiert werden.
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Dies
stellt ein sogenanntes beschleunigungsfühlendes System dar, dessen
Einsatz eine Bestimmung von Differenzgeschwindigkeiten, wie es beispielsweise
bei Visko-Kupplungen oder Sperrdifferentialen der Fall ist, oder
ein Ermitteln von Differenzmomenten, wie beispielsweise bei sogenannten Torsen-Differentialen,
erübrigt.
Bei dem vorliegenden System werden in Abhängigkeit von Differenzbeschleunigungen
zwischen den beiden Abtriebswellen der Planetensätze automatisch systemabhängige Steuermomente
generiert, welche über
die Wirkverbindung auf die beiden miteinander wirkverbundenen Wellen
der Planetensätze
aufgebracht werden.
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Um
die drehbare Masse bzw. die Masse des drehbaren Bauteiles der Wirkverbindung
minimieren zu können,
ist es bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Getriebes nach Erfindung
vorgesehen, daß die
drehbare Masse bzw. das drehbare Bauteil über eine Übersetzung ins „Schnelle" an die Wirkverbindung
gekoppelt ist, da sich die Massenträgheit des drehbaren Bauteils
bzw. der drehbaren Masse im Quadrat erhöht und somit die gleiche Wirkung
wie mit einer größeren Masse
erzielt wird.
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Vorliegend
sind unter dem Begriff drehbare Masse der Wirkverbindung vorzugsweise
auch sämtliche
Massen der Bauteile der Wirkverbindung, d. h. beispielsweise der
Vorgelegewellen oder der Ausgleichskegelräder, der Stirnradverzahnungen
der Wirkverbindung, sowie die Massen der Momentenquelle, wie beispielsweise
eines Elektromotores, einer Bremse oder dergleichen, zu verstehen.
Zusätzlich
kann die Masse der Wirkverbindung auch, wie vorbeschrieben, als
ein zusätzliches,
an die beiden miteinander wirkverbundenen Wellen der Planetensätze gekoppeltes
Bauteil realisiert sein.
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- 1
- Getriebe
- 2
- Planetensatz
- 3
- Planetensatz
- 4
- erste
Welle des Planetensatzes 2
- 5
- erste
Welle des Planetensatzes 3
- 6
- Antriebswelle
- 7
- Abtriebswelle,
zweite Welle des Planetensatzes 2
- 8
- Abtriebswelle,
zweite Welle des Planetensatzes 3
- 9
- dritte
Welle des Planetensatzes 2
- 10
- dritte
Welle des Planetensatzes 3
- 11
- Wirkverbindung
- 12
- erstes
Kegelrad
- 13
- Hohlrad
des Planetensatzes 2
- 14
- Hohlrad
des Planetensatzes 3
- 15
- Planetenrad
des Planetensatzes 2
- 15A,
16A
- inneres
Planetenrad
- 15B,
16B
- äußeres Planetenrad
- 16
- Planetenrad
des Planetensatzes 3
- 17
- Steg
des Planetensatzes 2
- 18
- Steg
des Planetensatzes 3
- 19
- Sonnenrad
des Planetensatzes 2
- 20
- Sonnenrad
des Planetensatzes 3
- 21
- Stirnradverzahnung
des Planetensatzes 2
- 22
- Stirnradverzahnung
des Planetensatzes 3
- 23
- Vorgelegewelle
- 24
- Stirnrad
der Vorgelegewelle 23
- 25
- Stirnrad
der Vorgelegewelle 23
- 26
- Kegelraddifferential
- 27
- Kegelrad
des Kegelraddifferentials 26
- 28
- Momentenquelle
- 28A,
28B
- Momentenquelle
- 29
- Ausgleichskegelrad
- 30
- Gehäuse
- 31
- zweite
Vorgelegewelle
- 32
- Stirnrad
der Vorgelegewelle 23
- 33
- Stirnrad
der zweiten Vorgelegewelle 31
- 34
- Stirnrad
der zweiten Vorgelegewelle 31
- 35
- Kronenverzahnung
der Momentenquelle
- 36
- Kronenverzahnung
des Ausgleichskegelrades
- 37
- Kegelverzahnung
- 38
- Zwischenstirnrad
- 40
- Hohlrad
des Sonnenrades des Planetensatzes 3
- 41
- elektrische
Steuereinrichtung
- 42
- Kupplung