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Die
Erfindung betrifft ein Differenzialgetriebe für ein Fahrzeug gemäß der im
Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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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 Differenzialgetriebe eingesetzt,
wobei Längsdifferenziale
in Fahrtrichtung gesehen zur Längsverteilung der
Antriebsleistung der Antriebsmaschine zwischen mehreren angetriebenen
Achsen eines Fahrzeuges eingesetzt werden. Sogenannte Querdifferenziale bzw.
Ausgleichsgetriebe werden in Bezug auf die Fahrtrichtung eines Fahrzeugs
zu einer Querverteilung der Antriebsleistung auf Antriebsräder einer Fahrzeugachse
verwendet.
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Die
in der Praxis herkömmlich
verwendeten Bauarten von Differenzialgetrieben sind unter anderem
sogenannte Kegelraddifferenziale, Stirnraddifferenziale in Planetenbauweise
oder auch Schneckenraddifferenziale. Insbesondere Stirnraddifferenziale werden
wegen der Möglichkeit
zur unsymmetrischen Momentenverteilung meist als Längsdifferenziale eingesetzt.
Kegelraddifferenziale stellen mittlerweile für den Querausgleich bei Fahrzeugen
einen Standard dar und Schne ckenraddifferenziale werden sowohl zur
Längsverteilung
als auch für
eine Querverteilung eingesetzt.
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Das
in der Antriebsmaschine erzeugte Antriebsmoment wird bei einem Kegelraddifferenzial
auf ein beispielsweise spiral- oder hypoidverzahntes Kegelrad in
das Kegelraddifferenzial eingeleitet und über einen Differenzialkäfig bzw.
Differenzialkorb auf Ausgleichskegelräder übertragen, die wie ein Waagebalken
wirken und immer ein Drehmomentengleichgewicht zwischen zwei Abtriebswellen
des Kegelraddifferenzials herstellen. Bei Geradeausfahrt eines mit
dem Kegelraddifferenzial ausgeführten
Fahrzeuges laufen der Differenzialkäfig, die Achskegelräder, die
verdrehfest mit den Achskegelrädern
verbundenen Achswellen sowie die Ausgleichskegelräder im Inneren
des Differenzialkäfigs
als Block um, wobei zwischen Differenzialbolzen und den darauf gelagerten
Ausgleichskegelrädern
sich keine Relativbewegung einstellt.
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Bei
einer Kurvenfahrt muss sich eine Achswelle bzw. eine mit dem auf
der Kurvenaußenseite befindlichen
Rad einer Fahrzeugachse verbundene erste Abtriebswelle des Kegelraddifferenzials
schneller drehen als die mit dem auf der Kurveninnenseite angeordneten
Rad verbundene zweite Achswelle bzw. zweite Abtriebswelle des Differenzials,
wobei die Achskegelräder
und die Ausgleichskegelräder
in an sich bekannter Art und Weise derart aufeinander abwälzen, dass
der Drehzahlausgleich zwischen den Rädern einer Fahrzeugachse stattfindet.
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Nachteilig
dabei ist jedoch, dass die aus der Praxis bekannten Differenzialgetriebe,
die üblicherweise
als Querverteilergetriebe zwischen der Antriebsmaschine und einem Rad
des Fahrzeuges angeordnet werden, derartige äußere Abmessungen aufweisen,
dass der in diesem Bereich eines Fahrzeugs zur Verfügung stehende
Bauraum bei Vorhandensein eines Lenkgetriebes für ein herkömmliches Differenzialgetriebe
nicht ausreichend ist. In einem solchen Fall ist es erforderlich,
das Differenzialgetriebe auf der dem Lenkgetriebe abgewandten Seite
der Antriebsmaschine anzuordnen, wobei ein Getriebeausgangsmoment
eines Hauptgetriebes von einem lenkgetriebeseitig der Antriebsmaschine
angeordneten Getriebeausgang des Hauptgetriebes mittels einer aufwändigen Drehmomentführung auf
die dem Lenkgetriebe abgewandte Seite der Antriebsmaschine zu einem
Tellerrad des Differenzialgetriebes geführt werden muss.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein derartiges
Differenzialgetriebe zur Verfügung
zu stellen, mit dem eine Krafteinleitung in das Differenzialgetriebe
auf derselben Seite einer Antriebsmaschine durchführbar ist,
auf der ein Getriebeausgang eines Hauptgetriebes sowie ein Lenkgetriebe
eines Antriebsstranges eines Fahrzeuges angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einem Differenzialgetriebe gemäß den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Differenzialgetriebe
für ein
Fahrzeug zum Verteilen eines über
eine Antriebswelle auf ein Tellerrad geleiteten Antriebsmoments
einer Antriebsmaschine auf zwei Abtriebswellen und zum Ausgleichen
einer Drehzahldifferenz zwischen den beiden Abtriebswellen besteht
auf einfache Art und Weise die Möglichkeit,
ein Getriebeausgangsmoment eines Hauptgetriebes selbst bei beeng ten
Bauraumverhältnissen
auf derselben Seite der Antriebsmaschine eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs
in das Differenzialgetriebe einzuleiten, auf der ein Getriebeausgang
des Hauptgetriebes angeordnet ist.
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Dies
wird dadurch ermöglicht,
dass das Tellerrad des Differenzialgetriebes im Bereich zwischen der
Antriebsmaschine und einem Antriebsrad einer Fahrzeugachse und eine
Koppelstelle zwischen den Abtriebswellen des Differenzialgetriebes
im Bereich zwischen der Antriebsmaschine und dem anderen Antriebsrad
der Fahrzeugachse angeordnet ist und das Tellerrad und die Koppelstelle über eine
Welle miteinander verbunden sind.
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Dadurch
kann das Tellerrad, das in axialer Richtung schmal ausführbar ist
und daher in dieser Dimension nur wenig Bauraum beansprucht, beispielsweise
auf jener Seite der Antriebsmaschine von dem Gehäuse des Differenzials losgelöst angeordnet
werden, auf der sowohl der Getriebeaus- gang des Hauptgetriebes
als auch ein Lenkgetriebe angeordnet ist.
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Das
vom Getriebeausgang vorzugsweise über eine in Fahrzeuglängsrichtung
seitlich an der Antriebsmaschine entlang verlaufende Seitenwelle auf
das Tellerrad geführte
Getriebeausgangsmoment eines Hauptgetriebes wird über eine
zwischen dem Tellerrad und der Koppelstelle der Abtriebswellen angeordnete,
im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung und vorzugsweise im Bereich
einer ebenfalls in Fahrzeugquerrichtung zwischen der Koppelstelle
des Differenzials und dem auf der dem Differenzial abgewandten Seite
der Antriebsmaschine angeordneten Antriebsrad der Fahrzeugvorderachse
vorgesehene Abtriebswelle des Differenzials verlau fende Welle zur Koppelstelle
geführt,
wodurch im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Lösungen weniger
Bauraum im Bereich der Antriebsmaschine eines Fahrzeugs benötigt 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,
wobei zur Verbesserung der Übersichtlichkeit
in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele für bau- und
funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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Es
zeigt:
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1 eine
Vorderansicht einer Antriebsmaschine mit Komponenten einer Fahrzeugvorderachse,
bei der ein Antriebsmoment zwischen den beiden Fahrzeugseiten über ein
erfindungsgemäßes Differenzialgetriebe
verteilt wird;
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2 die
Darstellung gemäß 1,
wobei ein Achsversatz zwischen den Antriebsrädern und dem Differenzialgetriebe
jeweils über
eine Stirnradpaarung überbrückt ist;
und
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3 eine
stark schematisierte Schnittdarstellung eines erfindungsgemäß ausgeführten Differenzialgetriebes
in Alleindarstellung.
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In 1 sind
mehrere Komponenten einer Fahrzeugvorderachse 29 eines
Fahrzeugs zusammen mit einer Antriebsmaschine 1 in stark
schematisierter Darstellung gezeigt. Dabei wird ein Antriebsmoment
der Antriebsmaschine 1 zunächst einem nicht näher dargestellten
Hauptgetriebe, mittels dem mehrere Übersetzungen darstellbar sind
und jedes an sich aus der Praxis bekannte Getriebe sein kann, zugeführt und
einem vorliegend als Querverteilergetriebe ausgeführten Differenzialgetriebe 2 in
Form eines der in dem Hauptgetriebe eingestellten Übersetzung
entsprechend transformierten Getriebeausgangsmoment des Hauptgetriebes
zugeführt
und wird von dort auf die beiden Abtriebswellen 3, 4,
welche mit den Antriebsrädern 5, 6 der
Fahrzeugvorderachse 29 verbunden sind, weitergeleitet.
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Das
Differenzialgetriebe 2 kann sowohl als Querdifferenzial
zum Verteilen des dem Differenzial 2 zugeführten Drehmomentes
in Fahrzeugquerrichtung zwischen zwei Antriebsrädern einer antreibbaren Fahrzeugachse
als auch als Längsdifferenzial zum
Verteilen eines Antriebsmomentes einer Antriebsmaschine in Fahrzeuglängsrichtung
zwischen zwei antreibbaren Fahrzeugachsen eingesetzt werden. Dabei
kann das Differenzialgetriebe beispielsweise als ein Kegel-, Stirn-
oder Kronenraddifferenzial ausgebildet sein.
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Die
Einleitung des Getriebeausgangsmoments des Hauptgetriebes in das
Differenzialgetriebe 2 erfolgt über ein mit einem Tellerrad 7 des
Differenzialgetriebes 2 kämmendes Kegelrad 30,
das mit einer nicht näher
dargestellten Seitenwelle mit dem Getriebeausgang des Hauptgetriebes
verbunden ist. Das Tellerrad 7 ist vorliegend zwischen
der Antriebsmaschine 1 und dem Antriebsrad 6 angeordnet,
während
ein in 3 näher
dargestellter Differenzialkorb 9 sowie eine Koppelstelle 10 zwischen
den beiden Abtriebswellen 3 und 4 zwischen der
Antriebsmaschine 1 und dem Antriebsrad 5 der Fahrzeugvorderachse 1 angeordnet
ist. Um das Getriebeausgangsmoment vom Tellerrad 7 auf
die beiden Abtriebswel len 3 und 4 führen zu
können,
ist das Tellerrad 7 über eine
Hohlwelle 8 in der in 3 beispielhaft
dargestellten Art und Weise mit einem Differenzialkorb 9 des
Differenzialgetriebes 2, der die Koppelstelle 10 zwischen
den beiden Abtriebswellen 3 und 4 des Differenzialgetriebes 2 umgibt,
verbunden.
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Die
Abtriebswelle 4 verläuft
vorliegend ausgehend von der Koppelstelle 10 durch die
Hohlwelle 8 in Richtung des Antriebsrades 6, während die
Abtriebswelle 3 ausgehend von der Koppelstelle 10 direkt
zu dem zu dem Differenzialgetriebe 2 benachbart angeordneten
Antriebsrad 5 führt.
Die beiden Abtriebswellen 3, 4 sind vorliegend
als Gelenkwellen ausgeführt,
um die im Betrieb des Fahrzeugs variierenden Niveaulagen der Antriebsräder 5 und 6 ausgleichen
zu können.
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Die
Abtriebswelle 4 setzt sich vorliegend aus einer durch die
Hohlwelle 8 verlaufende Querwelle 4A und der damit
verbundenen Gelenkwelle 4B zusammen, wobei in Abhängigkeit
des jeweils vorliegenden Anwendungsfalls die Hohlwelle 8 und
die Querwelle 4A in der in 1 dargestellten
Weise direkt durch das Gehäuse
der Antriebsmaschine 1, d. h. vorzugsweise durch die Ölwanne der
Antriebsmaschine, oder in Vorwärtsfahrtrichtung
gesehen vor der Antriebsmaschine 1 oder alternativ dazu
unterhalb der Antriebsmaschine 1 in Richtung des Antriebsrades 6,
welches auf der anderen Seite der Antriebsmaschine 1 als
die Koppelstelle 10 angeordnet ist, geführt werden können.
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Damit
besteht vorteilhafterweise die Möglichkeit,
die Drehmomentübertragung
vom Getriebeausgang des Hauptgetriebes, der auf der Seite der Antriebsmaschine 1 angeordnet ist,
auf der auch ein in 1 nicht näher dargestelltes Lenkgetriebe
eines Fahrzeuges vorgesehen ist, auf platzsparende Art und Weise
durchzuführen,
da lediglich das in axialer Richtung der Fahrzeugvorderachse 29 wenig
Bauraum beanspruchende Tellerrad 7 auf dieser Seite des
Fahrzeuges bzw. der Antriebsmaschine 1 positioniert ist
und das Getriebeausgangsmoment des Hauptgetriebes vom Tellerrad 7 über die
Hohlwelle 8 in Richtung der Koppelstelle 10 des
Differenzialgetriebes 2 ohne wesentlich größeren Bauraumbedarf und
auf konstruktiv einfache Art und Weise weitergeleitet wird.
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Der
Teil des Differenzialgetriebes 2, in welchem die Koppelstelle 10 zwischen
den beiden Abtriebswellen 3 und 4 angeordnet ist,
und das Tellerrad 7 sind vorliegend jeweils an der Antriebsmaschine 1 befestigt
bzw. drehbar gelagert, wobei das Tellerrad 7 und die damit
verbundene Hohlwelle 8 alternativ dazu auch an dem Lenkgetriebe
des Fahrzeugs gelagert sein können,
wobei das Lenkgetriebe dann auch an der Antriebsmaschine befestigt
ist.
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2 zeigt
prinzipiell die in 1 dargestellte Fahrzeugvorderachse 29 und
die Antriebsmaschine 1, wobei ein zwischen den Antriebsrädern 5 und 6 und
dem Differenzialgetriebe 2 vorliegender Achsversatz jeweils über eine
Zahnradpaarung 11 bzw. 12 ausgeglichen wird. Die
Zahnradpaarung 12 ist zwischen dem Tellerrad 7 und
dem Antriebsrad 6 und die Zahnradpaarung 11 ist
im Bereich zwischen dem Differenzialgetriebe 2 und dem
Antriebsrad 5 ausgeführt.
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3 zeigt
eine mögliche
Ausgestaltung des in 2 lediglich stark schematisiert
dargestellten Differenzialgetriebes 2 mit einem Achsversatzausgleich,
bei dem die Hohl welle 8 im Bereich der Koppelstelle 10 mit
dem Differenzialkorb 9 verschraubt ist und die Zahnradpaarung 11 aus
einer Stirnradverzahnung 13, die an einem Achskegelrad 14 ausgeführt ist
und einem Zahnrad bzw. Stirnrad 15, welches mit der Stirnradverzahnung 13 kämmt, ausgebildet
ist.
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Mit
der in 2 und 3 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführung eines
Differenzialgetriebes mit der Möglichkeit
eines Achsversatzausgleichs kann ein Schwerpunkt eines Fahrzeuges
auf einem möglichst
niedrigen Niveau gehalten werden, da die Antriebsmaschine aufgrund
der in Bezug auf die Antriebsräder 5 und 6 vertikal
versetzt angeordnete Abtriebswelle 4 im Vergleich zu aus
der Praxis bekannten Lösungen
auf ein niedriges Niveau absenkbar ist.
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Bei
einer tieferen Anordnung der Antriebsmaschine 1 im Fahrzeug
können
die beiden Antriebsräder 5, 6 der
Fahrzeugvorderachse 29, wenn die Antriebsmaschine 1 in
herkömmlicher
Art und Weise in Fahrtrichtung vor der Fahrgastzelle des Fahrzeuges angeordnet
ist, nicht mehr direkt und geradlinig miteinander verbunden werden,
ohne dabei die Antriebsmaschine zu durchqueren. Durch den mit dem erfindungsgemäßen Differenzialgetriebe 2 durchführbaren
Achsversatzausgleich besteht die Möglichkeit, die beiden Antriebsräder 5 und 6 einer
im Bereich der Antriebsmaschine 1 ausgebildeten Fahrzeugachse ohne
Durchquerung des Gehäuses
der Antriebsmaschine bauraumoptimiert an den Antriebsstrang des Fahrzeugs
anzubinden.
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Zusätzlich zu
der Stirnradverzahnung 13 sind das Achskegelrad 14 sowie
ein weiteres Achskegelrad 16 jeweils mit einer Kegelradverzahnung 17 ausgebildet,
mit denen die bei den Achskegelräder
in Kegelradverzahnungen 19, 20 zweier Ausgleichsräder 21, 22 eingreifen.
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Die
Axialkräfte,
die im Betrieb des Differenzialgetriebes 2 von der Zahnradpaarung
zwischen den Achskegelrädern 14, 16 und
den Ausgleichsrädern 21, 22 auf
die Achskegelräder 14 und 16 wirken,
werden im Gegensatz zu aus der Praxis bekannten Kegelraddifferenzialen
nicht am Differenzialkorb 9 abgestützt, sondern in einen für die beiden
Achskegelräder 14 und 16 eine
gemeinsame Achse darstellenden Bolzen 23 eingeleitet. Auf
dem Bolzen 23 wälzen sich
die beiden Achskegelräder 14 und 16 ab,
wobei die beiden Achskegelräder über die
beiden scheibenartig ausgeführten
Axialabstützungen 24, 25,
die mit dem Bolzen 23 verschraubt sind, in axialer Richtung des
Bolzens 23 gehalten sind.
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Die
Einleitung des Antriebsmoments der Antriebsmaschine bzw. des Getriebeausgangsmoments des
Hauptgetriebes in das Differenzialgetriebe 2 erfolgt vorliegend über die
Hohlwelle 8 in den Differenzialkorb 9, von wo
aus sich das Drehmoment über Ausgleichsbolzen 26, 27 auf
die Ausgleichsräder 21 und 22 verteilt. Über den
ringförmig
ausgeführten
Differenzialkorb 9 werden die auf die Ausgleichsräder 21 und 22 wirkenden
Spreizkräfte,
die aus der Verzahnung mit den Achskegelrädern 14 und 16 resultieren,
abgestützt.
Des Weiteren werden die Verzahnungskräfte, welche am Tellerrad 7 wirken
und über die
Hohlwelle 8 in den Differenzialkorb 9 eingeleitet werden, über die
Ausgleichsbolzen 25 und 26 in den Bolzen 23 eingeleitet,
wobei die Ausgleichsbolzen 26 und 27 als Lagerung
für die
Ausgleichsräder 21 und 22 dienen.
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Der
Bolzen 23 ist vorliegend in einem hülsenförmig ausgeführten Bauteil 28 angeordnet,
auf dem sowohl die Achskegelräder 14 und 16 sowie
die Ausgleichsräder 21 und 22 gelagert
sind und in das die Ausgleichsbolzen 25, 26, welche
sowohl den Differenzialkorb 9 als auch die Ausgleichsräder 21 und 22 durchgreifen,
mit ihrem dem Differenzialkorb 9 abgewandten Ende derart
eingreifen, dass die Verzahnungskräfte des Tellerrades 7 über die
Ausgleichsbolzen 25, 26 über die spezielle kreuzförmige Ausgestaltung
des hülsenförmigen Bauteils 28 in
den Bolzen 23 eingeleitet werden.
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Die
Bauteile des Differenzialgetriebes 2 sind in einem nicht
näher dargestellten
Gehäuse
des Differenzialgetriebes 2 gelagert. Die Lagerung kann
im Bereich der Achskegelräder 14 und 16 bzw.
an nicht näher
dargestellten Verlängerungen
der Axialabstützungen 24 und 25 vorgesehen
sein. Alternativ hierzu kann die Lagerung im Gehäuse des Differenzialgetriebes
auch über
den Differenzialkorb erfolgen.
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- 1
- Antriebsmaschine
- 2
- Differenzialgetriebe
- 3
- Abtriebswelle
- 4
- Abtriebswelle
- 4A
- Querwelle
- 4B
- Gelenkwelle
- 5
- Antriebsrad
- 6
- Antriebsrad
- 7
- Tellerrad
- 8
- Hohlwelle
- 9
- Differenzialkorb
- 10
- Koppelstelle
- 11
- Zahnradpaarung
- 12
- Zahnradpaarung
- 13
- Stirnradverzahnung
- 14
- Achskegelrad
- 15
- Zahnrad
- 16
- Achskegelrad
- 17
- Kegelradverzahnung
- 18
- Kegelradverzahnung
- 19
- Kegelradverzahnung
- 20
- Kegelradverzahnung
- 21
- Ausgleichsrad
- 22
- Ausgleichsrad
- 23
- Bolzen
- 24
- Axialabstützung
- 25
- Axialabstützung
- 26
- Ausgleichsbolzen
- 27
- Ausgleichsbolzen
- 28
- hülsenförmiges Bauteil
- 29
- Fahrzeugvorderachse
- 30
- Kegelrad