DE19524682C2 - Differentialgetriebe mit einem Gruppengetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Differentialgetriebe mit einem Gruppengetriebe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Differentialgetriebe mit Gruppengetriebe finden in Geländefahrzeugen Verwendung, um außer einer Straßen­ fahrt auch einer Fahrt in schwerstem Gelände gewachsen zu sein. Sie sind in allen denkbaren Antriebsdispositionen zu finden. In Fahrzeuglängsrichtung mit Achsentriebs­ wellen auf gleicher Höhe oder auf verschiedener Höhe, (offset) oder in Fahrzeugquerrichtung, wobei gegebenen­ falls eine weitere Welle als Hohlwelle auszubilden ist.

Aus der DE 35 25 707 A1 ist ein Differentialgetriebe mit einem Gruppengetriebe bekannt, in dessen Gehäuse eine Eingangswelle mittels eines einzigen Planetengetriebes eine erste Ausgangswelle und eine zu dieser koaxiale zweite Ausgangswelle antreibt. Das Planetengetriebe umfasst ein Hohlrad, das mit der Eingangswelle in An­ triebsverbindung steht, einen Planetenträger der mit der ersten Ausgangswelle antriebsverbunden ist und Paare von miteinander kämmenden ersten und zweiten Planetenrädern aufweist, und außerdem ein Sonnenrad, das wahlweise mit dem Planetenträger und der zweiten Ausgangswelle oder mit der zweiten Ausgangswelle kuppelbar ist. Die mit dem Son­ nenrad kämmenden Planetenräder sind von einem mit ihnen kämmenden und mit dem Gehäuse kuppelbaren Ringrad umgeben und schmaler als die mit dem Hohlrad kämmenden Planeten­ räder.

Aus der DE-OS 19 65 530 ist ein Differentialgetriebe bekannt, das zwei in Serie geschaltete voneinander getrennte Planetengetriebe umfasst, das erste als Gruppen­ getriebe, das zweite als Differential, weshalb für Grup­ penschaltung, Sperrung des Differentials und gegebenen­ falls auch Umschaltung auf Einachsantrieb getrennte Funktionseinheiten erforderlich sind. Daraus resultiert eine Vielzahl an Bauteilen, ein großer Raumbedarf, ein hohes Gewicht, hohe Kosten und eine nicht sinnfällige komplizierte Bedienung. Bei Planetengetrieben besteht noch die zusätzliche Schwierigkeit, die für eine gewünschte Spreizung von Straßen- und Geländegang und für die fahrzeugspezifisch optimale Drehmomentverteilung zwischen den Achsen erforderlichen Durchmesserverhältnis­ se zu realisieren.

Das trifft auch auf neuere bekannte Getriebe zu, etwa das Verteilergetriebe Typ 242 von NEW VENTURE GEAR INC (Pro­ spekt 2903M/NVG032C aus 1990), Getriebe gemäß DE-A 43 43 953; ebenfalls mit Abtriebswellen auf verschiedener Höhe, oder gemäß DE-A 39 42 069, mit darunterliegenden koaxia­ len Abtriebswellen, oder gar gemäß DE-C 31 16 242, in Queranordnung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit konstruktiv einfachen Mitteln ein zuverlässig wirkendes Differential­ getriebe mit Gruppengetriebe mit einem geringen Raum- und Gewichtsbedarf zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Differentialgetriebe mit Gruppengetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemä­ ßen Diffenentialgetriebes sind Gegenstand der Patent­ ansprüche 2 bis 5.

Die durch die Verwendung eines einzigen Planetengetriebes erreichte Vereinfachung und Einsparung liegt auf der Hand. Von den Paaren miteinander kämmender Planetenräder kämmt eines mit den Hohlrad und eines mit dem Sonnenrad. Die Durchmesser der Planetenräder können so in einem weiten Bereich variiert werden, ohne die von Hohlrad oder Sonnenrad variieren zu müssen. Es ist somit leicht, die für eine gewünschte Spreizung und fahrzeugspezifisch optimale Drehmomentverteilung erforderlichen Durchmesser­ verhältnisse zu wählen und verschiedenen Fahrzeugtypen nur durch Veränderung des Planetenträgers mit seinen Planetenrädern anzupassen. Durch das wahlweise Kuppeln des Sonnenrades mit dem Planetenträger und/oder der zwei­ ten Ausgangswelle wird in sinnfälliger Reihenfolge mit­ tels eines Schaltorganes der Übergang von Einachs- zu Zweiachsantrieb und in die Differentialsperre bewerkstel­ ligt, und durch Kuppeln des Ringrades mit dem Gehäuse dann der Übergang in die Geländeganggruppe.

Da die mit dem Sonnenrad kämmenden Planetenräder breiter als die mit dem Hohlrad kämmenden ausgeführt sind und im Gehäuse der feststehende Zahnring angeordnet ist, kann das Ringrad durch Verschieben in axialer Richtung über den Zahnring mit dem Gehäuse verbunden werden, wenn in die Geländegruppe geschaltet werden soll. Hierdurch wird ein geringer Raum- und Gewichtsbedarf ereicht.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist am Planetentrõger ein innenverzahnter Kragen, am Sonnenrad ein außenverzahnter Kragen und an der zweiten Ausgangswelle eine Keilverzahnung ausgebildet, wobei zwischen beiden Krägen eine innen- und außenverzahnte erste Schalthülse in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist. Die Kragen verbessern die Lagerung von Sonnenrad und Plane­ tenträger durch Vergrößerung das Lagerabstandes, die Schalthülse ist ein selbstzentrierendes, relativ ein­ faches Bauteil mit sehr geringem Raumbedarf.

In einer bevorzugten Ausführungsform als längsliegendes Verteilergetriebe mit Ausgangswellen in verschiedener Höhe (Offset-Anordnung) treibt die Eingangswelle das Hohlrad direkt an. Die erste Ausgangswelle ist mit einer ersten Achsantriebswelle gekuppelt und die zweite Aus­ gangselle ist als die erste Ausgangswelle umgebende Hohlwelle ausgebildet, von der aus eine zu den Ausgangs­ wellen nicht koaxiale zweite Achsantriebswelle angetrie­ ben ist.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform als längsliegendes Verteilergetriebe mit Ausgangswellen in gleicher Höhe wird das Hohlrad an seinem äußeren Umfang von einer zum Hohlrad nicht koaxialen Eingangswelle aus angetrieben und die erste und die zweite Ausgangswelle sind in entgegengesetzten Richtungen aus dem Gehäuse herausgeführt.

Hier tritt noch der zusätzliche Vorteil auf, dass im Geländegang das Drehmoment erst nach der Übertragung von der Eingangswelle auf das Hohlrad erhöht wird, was deren Dimensionierung zugute kommt.

Dies gilt besonders dann, wenn die Eingangselle das Hohlrad über ein Zugmittelgetriebe antreibt. Insgesamt werden so stark reduzierte Einbaumaße des ganzen Verteil­ ergetriebes erreicht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen be­ schrieben und erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 Ein Schema des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 das Getriebe der Fig. 1 im Vertikalschnitt,

Fig. 3 ein Schema einer zweiten Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Getriebes,

Fig. 4 die fünf verschiedenen Schaltstellungen des Getriebes gemäß Fig. 1.

In den Fig. 1 und 2 ist die vordere und hintere Gehäusehälfte des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes mit 1, 2 bezeichnet. Das Getriebe ist Teil eines in Fahrzeuglängsrichtung angeordne­ ten Antriebsstranges. Von einem nicht dargestellten Motor mit Schaltgetriebe aus wird die Eingangswelle 3 angetrieben, die mittels Wälzlagern 5 im Gehäuse gelagert ist und ein Eingangs­ zahnrad 4 trägt, von dem aus beispielsweise über eine Zahnkette 6 oder ein ähnliches Antriebsorgan (es könnte auch eine direkte Zahnradtransmission sein) ein Hohlrad 7 angetrieben wird, das mittels Lagern 8 im Gehäuse gelagert ist. In vielen Fällen wird der Durchmesser des Hohlrades 7 größer als der des Eingangs­ zahnrades 4 sein, sodaß sich eine Untersetzung ergibt. Dadurch steigt die Belastung dieser Primärtransmission im Geländegang nicht an.

Ein Planetenträger 10 ist ebenfalls mittels Lagern 11 im Ge­ häuse geführt. Er besteht hier aus einer hinteren Glocke 12 und aus einer vorderen Platte 13, von der ein innen verzahnter Kragen 14 absteht. Er kann auch einteilig ausgeführt sein. Zwi­ schen hinterer Glocke 12 und vorderer Platte 13 sind erste Planetenachsen 15 und in Umfangsrichtung versetzt zweite Plane­ tenachsen 17 angebracht. Auf ersterer sind erste Planetenräder 16 drehbar gelagert, sie kämmen mit dem Hohlrad 7; auf zweite­ rer zweite Planetenräder 18, die in Achsrichtung breiter als die ersten Planetenräder sind und einerseits mit den ersten Planetenrädern 16 und andererseits mit einem Sonnenrad 20 käm­ men. Dieses Sonnenrad 20 setzt sich auf einer Seite in einem außen verzahnten Kragen 21 fort, dessen Außenverzahnung in achsialer Richtung relativ schmal ist.

Zwischen dem innenverzahnten Kragen 14 des Planetenträgers 10 und dem außen verzahnten Kragen 21 ist eine achsial verschieb­ bare Schalthülse 22 mit entsprechender Außen- und Innenverzah­ nung verschiebbar angeordnet. Sie ragt aus dem innen verzahnten Kragen 14 hervor und bildet dort einen ersten Schaltring 23 mit einer Nut für eine erste Schaltgabel 24. In Fig. 2 ist die an­ dere Extremstellung strichliert eingezeichnet und mit 23' be­ zeichnet. Sie wird von einer ersten Schaltgabel 24 in verschie­ dene Stellungen geschoben wie weiter unten erläutert. Im ersten Schaltring 23 ist noch eine weitere Innenverzahnung 25 vorgese­ hen, die mit einer außen verzahnten Hülse 26 kuppelbar ist. An­ stelle der Innenverzahnung 25 kann auch eine Synchronisierung vorgesehen sein, um während der Fahrt problemlos von Zweiradan­ trieb auf Vierradantrieb umschalten zu können. Diese Hülse 26 ist auf eine zweite Ausgangswelle 27 aufgepreßt oder eine auf der Ausgangswelle 27 selbst hergestellte Außenverzahnung sein. Auf dieser zweiten Ausgangswelle 27 ist das Sonnenrad 20 dreh­ bar gelagert. Sie selbst ist mittels eines Lagers 28 im Gehäuse und mittels eines Nadellagers 29 in einer ersten Ausgangswelle 30 gelagert, die mit der hinteren Glocke 12 drehfest verbunden ist. An beiden Ausgangswellen 27, 30 sind noch Teile von Kardan­ gelenken angedeutet, an die die nicht mehr dargestellten Kar­ danwellen zur Vorderachse und Hinterachse angeschlossen sind.

Die hintere Glocke 12 des Planetenträgers 10 weist Durchbrüche auf, durch die der Teil der zweiten Planetenräder zugänglich ist, der nicht vom Hohlrad 7 umgeben ist. In diesem Teil greift ein innenverzahntes Ringrad 31 ein, das alle zweiten Planeten­ räder 18 umfaßt. Es setzt sich in einem zweiten Schaltring 32 fort, in dem eine zweite Schaltgabel 33 eingreift. Damit ist das Ringrad 31 in achsialer Richtung verschiebbar, bis es in einen mit dem Gehäuse 2 drehfest verbundenen feststehenden Zahnring 34 eingreift. Die beiden Schaltgabeln 24, 33 sind um angedeutete Achsen schwenkbar und können so von außen betätigt werden.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes, das sich von der ersten Ausführungsform allgemein dadurch unterscheidet, daß es koaxial mit der Eingangswelle 3 angeordnet ist und somit auch die erste Ausgangswelle 30 zur Hinterachse auf der selben Höhe angeordnet ist. Dazu ist das Hohlrad 7 über eine Flanschplatte 40 mit der Eingangswelle 3 verbunden und der außen verzahnte Kragen 21', die Schalthülse 22' und die Hülse mit Außenverzahnung 26', sind hinter dem Pla­ netengetriebe angeordnet. Die zweite Ausgangswelle 41 ist dann eine Hohlwelle, die ein Primärzahnrad 42 aufweist, das über eine Zahnkette oder durch direkten Eingriff ein Sekundärzahnrad 43 antreibt, das mit einer Sekundärabtriebswelle 44 zur Vorder­ achse drehfest verbunden ist.

Im folgenden wird die Arbeitsweise anhand der verschiedenen Schaltstellungen erläutert, wobei diese für beide Ausführungs­ formen gleich ist:
Fig. 4a: Schaltstellung 2WD/HIGH, Antrieb einer Achse im Stra­ ßengang. Über die Schaltmuffe 22 wird über den Kragen 21 das Sonnenrad 20 drehfest mit dem Planetenträger 10 verbunden, der Abtrieb 26 der zweiten Ausgangswelle 27 ist nicht mit der Schalthülse 22 gekuppelt, daher nicht zugeschaltet. Das über das Hohlrad 7 eingeleitete Drehmoment wird direkt auf den Planetenträger 10 und somit an die erste Ausgangswelle 30 übertragen, da das au den Planetenrädern 16 und 18, dem Son­ nenrad 20 und dem Planetenträger 10 bestehende Planetengetriebe ja in sich blockiert ist und somit keine Abwälzbewegung zuläßt, sodaß das Getriebe in dieser Stellung, dem Straßengang, ganz leise läuft. Die Schaltmuffe 31, die mit den Planetenrädern 18 in Eingriff steht, läuft ebenfalls ohne Abwälzbewegung mit um.
Fig. 4b: 4WD/HIGH/LOCK, Vierradantrieb im Straßengang bei ge­ sperrtem Zentraldifferential. In der nächsten Schaltstellung der Schalthülse 22 greift diese nun auch in den Abtrieb 26 ein und verbindet diesen drehfest mit dem Planetenträger 10 und dem Sonnenrad 20. Der Drehmomentenfluß ist derselbe wie in der Stellung der Fig. 4a, jedoch werden nun sowohl die erste Aus­ gangswelle 30 als auch die zweite Ausgangswelle 41 (bzw 27 in Fig. 1) angetrieben.
Fig. 4c: 4WD/HIGH/CD, Vierradantrieb im Straßengang mit unge­ sperrtem Zentraldifferential. Wird die Schalthülse 22 in die nächste darauffolgende Stellung gebracht, wird der Planetenträ­ ger 10 freigegeben, Sonnenrad 20 und Abtrieb 26 bleiben jedoch durch die Schalthülse 22 drehfest miteinander verbunden. Das Planetengetriebe ist nun nicht mehr blockiert, es arbeitet als konventionelles Differentialgetriebe, wobei durch geeignete Auslegung der Zähnezahlen unterschiedliche Drehmomentverteilun­ gen in einem weiten Bereich, der auch hälftige Drehmomentver­ teilung enthält, hergestellt werden können. Der Planetenträger 10 treibt die erste Ausgangswelle 30, das Sonnenrad 20, den Ab­ trieb 26 zur zweiten Ausgangswelle 41 (bzw 27 in Fig. 1). Das Ringrad 31 kann bei einer Drehzahldifferenz zwischen den beiden Abtrieben ungehindert abwälzen und frei drehen.
Fig. 4d: NEUTRAL, Leerlauf. In der darauf folgenden Stellung der Schalthülse 22 wird der Abtrieb 26 wieder mit dem Planetenträ­ ger 10 verbunden, das Sonnenrad 20 jedoch freigegeben. Bei treibendem Hohlrad 7 wird nun zwar das Planetengetriebe in Be­ wegung versetzt, da aber am Sonnenrad 20 kein Stützmoment mehr anliegt, wälzt sich das Planetengetriebe in sich ab, ohne die Abtriebe 30, 26 in Bewegung zu setzen.
Fig. 4e: 4WD/LOW/LOCK, Vierradantrieb im Geländegang mit ge­ sperrtem Zentraldifferential. Um in diese Betriebsart zu gelan­ gen, wird die Schalthülse 22 nicht mehr verschoben, sie ver­ bleibt in der Neutralstellung. Stattdessen wird das Ringrad 31 nach rechts geschoben, bis es über den feststehenden Zahnring 34 drehfest mit dem Gehäuse verbunden, also festgehalten ist. Das Hohlrad 7 treibt nun über die ersten Planetenräder 16 die Planetenräder 18, welche sich im feststehenden Ringrad 31 ab­ wälzen und dadurch den Planetenträger 10 und damit die Abtriebe 30 und 26 in Bewegung setzen. Das Sonnenrad 20 kann sich dabei frei drehen. Diese Anordnung gestattet es, die für geländegän­ gige Fahrzeuge geforderten Untersetzungen im Bereich von i = 2 zu erreichen.

Auf die beschriebene Weise lassen sich in sinnvoller Aufeinan­ derfolge die verschiedenen Antriebsarten wählen, wobei es ein besonderer Vorteil ist, daß bei keinem der Schaltvorgänge beide Schaltorgane 22,31 gleichzeitig bewegt werden müssen, was die Betätigung und die Bedienung der Schaltung fühlbar erleichtert.

Claims (5)

1. Differentialgetriebe mit einem Gruppengetriebe, das ein Gehäuse (1, 2) umfasst, in dem eine Eingangswelle (3) mittels eines einzigen Planetengetriebes eine erste Ausgangswelle(30) und eine zu dieser koaxiale zweite Ausgangswelle (27; 41) antreibt, wobei das Planetengetriebe ein Hohlrad (7), das mit der Ein­ gangswelle (3) in Antriebsverbindung steht, einen Planetenträger (10), der mit der ersten Ausgangswelle (30) antriebsverbunden ist, und Paare von miteinander kämmenden ersten und zweiten Planetenrädern (16, 18) aufweist, und ein Sonnenrad (20) umfasst, das wahl­ weise mit dem Planetenträger (10) und/oder der zwei­ ten Ausgangswelle (27; 41) kuppelbar ist, wobei die ersten Planetenräder (16) mit dem Hohlrad (7) kämmen und die zweiten Planetenräder (18) mit dem Sonnenrad (20) kämmen und von einem mit ihnen kämmenden und mit dem Gehäuse (1, 2) kuppelbaren Ringrad (31) umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Son­ nenrad (20) kämmenden zweiten Planetenräder (18) breiter als die mit dem Hohlrad (7) kämmenden ersten Planetenräder ausgeführt sind, das Ringrad (31) in axialer Richtung verschiebbar und mit einem im Gehäuse (1, 2) angeordneten festen Zahnring (34) kuppelbar ist.

2. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass am Planetenträger(10) ein innenver­ zahnter Kragen (14), am Sonnenrad (20) ein außenver­ zahnter Kragen (21; 21') und an der zweiten Ausgangswelle (27; 41) eine Keilverzahnng (26; 26) ausgebildet ist, wobei zwischen beiden Krägen (14, 21; 14, 21') eine innen- und außenverzahnte erste Schalthülse (22; 22') in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist.

3. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Eingangswelle (3) das Hohlrad (7) direkt antreibt, die erste Ausgangswelle (30) mit einer ersten Achsantriebswelle (45) gekuppelt ist und die zweite Ausgangswelle (41) als die erste Ausgangs­ welle (30) umgebende Hohlwelle ausgebildet ist, von der aus eine zu den Ausgangswellen (30, 41) nicht koaxiale zweite Achsantriebswelle (44) angetrieben ist.

4. Differentialgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (7) an seinem äuße­ ren Umfang von einer zum Hohlrad (7) nicht koaxialen Eingangswelle (3) aus angetrieben ist und die erste (27) und die zweite (30) Ausgangswelle in entgegen­ gesetzten Richtungen aus dem Gehäuse (1, 2) herausge­ führt sind.

5. Differentialgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Eingangswelle (3) das Hohlrad (7) über ein Zugmittelgetriebe (6) antreibt.