DE3837541C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Achsdifferentialgetriebe mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen.

Aus der JP-55-72 420 A1 ist ein Zwischenachs-Differential be­ kannt, das über eine Öldruckkupplung blockierbar ist. Wenn der Schlupf zwischen Vorder- und Hinterrädern eine vorbe­ stimmte Größe überschreitet, wird das Differential gesperrt. Der Aufbau dieses Differentials ist kompliziert.

Aus der JP-61-1 23 250 A1 ist ein Differential bekannt, das eine Getriebeschnecke mit Schneckenrad aufweist, welche eine Differentialfunktion bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs zuläßt. Fährt das Fahrzeug geradeaus, so wird das Differential durch die Selbsthemmung des Schneckengetriebes gesperrt. Bei Verwendung dieses Getriebes als Zwischenachs-Differential tritt eine relativ hohe Abnützung bzw. ein erhöhter Reibungs­ verlust auf. Der Aufbau des Getriebes ist zudem kompliziert und teuer.

Aus der DE 32 23 836 A1 ist ein Differentialgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit Wechselgetriebe bekannt, bei welchem ein Zwischenachsdifferentialgehäuse drehbar gelagert und mit einer Abtriebswelle des Wechselgetriebes verbunden. Ein Paar von Achsen ist in das Zwischenachsdifferentialgehäuse eingesetzt und dort drehbar gelagert. Im Zwischenachs­ differentialgehäuse ist ein Paar von Planetenträgern vorge­ sehen, die um die Achsen drehbar gelagert sind. Für die An­ triebsräder ist ein Differential vorgesehen. Im Zwischenachs­ differentialgehäuse sind Nebenhohlräder vorgesehen, von denen eines fest mit dem Zwischenachsdifferential verbunden ist. Ein Planetenträger steht mit dem Gehäuse des Achs­ differentials in Verbindung und weist Planetenräder auf, welche in Eingriff mit dem Hohlrad stehen, das mit dem Zwischenachsdifferentialgehäuse verbunden ist. Der Planeten­ träger, der nicht mit dem Differentialgehäuse verbunden ist, steht mit den anderen Antriebsrädern zur Übertragung von Antriebsleistung in Verbindung. Bei dieser Anordnung ist eine schaltbare Sperre für das Zwischenachsdifferential vorgesehen, welche das zweite Hohlrad entweder mit dem Zwischenachsdifferentialgehäuse oder aber mit dem dazu gehörigen Sonnenrad verbindet. Auch diese Anordnung ist relativ aufwendig.

Aus der DE-PS 8 50 696 ist ein Sperrdifferential bekannt, bei welchem ein Planetenradträger als zentrales Getriebe­ teil dient, auf welchem mehrstufige Planetenräder sitzen, die mit zwei, mit den Achsen verbundenen Hohlrädern und einem weiteren Antriebshohlrad kämmen. Eine derartige Anordnung ist jedoch nicht ohne weiteres als Zwischenachsdifferential ver­ wendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Achsdifferential­ getriebe für ein Kraftfahrzeug aufzuzeigen, welches ein Achs­ differential und ein Zwischenachsdifferential mit Sperrung aufweist und dabei einen kompakten, einfachen Aufbau hat.

Diese Aufgabe wird durch ein Achsdifferentialgetriebe nach Patentanspruch 1 gelöst. Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das Umlaufrädergetriebe gewährleistet zum einen eine Differen­ tialfunktion, zum anderen eine Art Differentialsperre, ohne daß ein Schneckengetriebe vorgesehen werden muß. Dadurch wird die Reibung im Getriebe insbesondere bei Kurvenfahrt ver­ ringert.

Da die Räder für das Zwischenachsgetriebe koaxial zueinander und zwischen dem Antriebsrad und dem Vorderachsdifferential angeordnet sind, sind der Gesamtaufbau und die Schmierung besonders einfach.

Da die Planetenträger, die als Abtriebselemente dienen, außenliegend angeordnet sind, lassen sie sich leicht in das Zwischenachsdifferential bzw. das Antriebszahnrad einbe­ ziehen.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Er­ findung anhand von Abbildungen näher beschrieben. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Getriebe­ plans einer Ausführungsform und

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dif­ ferentialgetriebes.

Aus Fig. 1 ist eine Kraftübertragung für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb ersichtlich, bei welchem das erfindungsgemäße Achsdifferentialgetriebe einge­ setzt ist. Seitlich im vorderen Abschnitt des Kraft­ fahrzeugs ist ein Motor 1 angeordnet. Zur Kraftüber­ tragung gehören eine Kupplung 2 in einem Kupp­ lungsgehäuse 6, ein Wechselgetriebe 3 und eine Übertragungsvorrichtung 5, die beide in einem Gehäuse 7 und in einer Gehäuseerweiterung 8 un­ tergebracht sind. Das Wechselgetriebe 3 besitzt eine Antriebswelle 10, eine zur Antriebswelle 10 parallele Abtriebswelle 11, fünf Paar Wechselräder 12 bis 16, die jeweils dem ersten bis fünften (Schongang) entsprechen, sowie Synchronisiereinrich­ tungen 17 bis 19. Die Synchronisiereinrichtungen 17 bis 19 sind jeweils zwischen den Wechselrädern 12 und 13, 14 und 15 und neben dem Wechselrad 16 ange­ ordnet. Auf der Antriebswelle 10 ist ein Wechselrad 20 für den Rückwärtsgang angeordnet, das mit einem Getrieberad 21 in Eingriff steht, das auf einer Seite eines Zylindergehäuses der Synchronisiereinrichtung 17 sitzt, und zwar über ein (nicht abgebildetes) Zwischenzahnrad für den Rückwärtsgang.

Auf der Abtriebswelle 11 ist ein Abtriebsrad 22 fest angeordnet, das in Eingriff mit einem Antriebsrad 23 steht, das fester Bestandteil eines Achs-Differential­ gehäuses 27 einer Differentialvorrichtung der Über­ tragungsvorrichtung 5 ist. Die Übertragungsvorrich­ tung 5 weist ein Zwischenachsdifferential 9 und ein (Vorder-)Achsdifferential 4 auf. Das zentrale Zwischen­ achsdifferentialgetriebe 9 besteht aus Planetenge­ trieben und ist zwischen dem Antriebsrad 23 und einer Differentialvorrichtung 24 des Achsdifferentials 4 angeordnet. Das Differential 4 ist mit den Antriebsachsen 25 und 25a so verbunden, daß die Kraftübertragung auf die Vorderräder 26 gegeben ist.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß das Ge­ häuse 27 für das Differential 4 eine Nabe 28 aufweist, die drehbar um die Achse 25a angeordnet ist, sowie eine Nabe 28a, die drehbar um die Achse 25 gelagert ist. Die Naben 28 und 28a sind jeweils drehbar in einem Lager 30 gelagert, das in einem Lagergehäuse 29 untergebracht ist.

Das Zwischenachsdifferential 9 weist antriebs­ seitig ein rohrförmiges Element 35 auf, das drehbar auf der Nabe 28 angeordnet ist. An dem dem Differen­ tialgehäuse 27 zugewandten Ende des rohrförmigen Elements ist ein ringförmiger Vorsprung ausgebildet, auf welchem sich ein Zahnrad 38 mit Außenverzahnung befindet. Das Antriebsrad 23 ist auf den anderen Endabschnitt des rohrförmigen Elementes 35 aufgekeilt.

Auf dem rohrförmigen Element 35 ist nahe dem Zahn­ rad 38 ein zylindrisches Zentralrad 36 angeordnet, das ein Paar Zahnräder mit Außenverzahnung 36a und 36b aufweist. Nahe dem Zentral­ rad 36a ist auf das rohrförmige Element 35 ein Zahn­ rad mit Außenverzahnung 37 aufgekeilt. Das Zahn­ rad mit Außenverzahnung 37 weist eine andere An­ zahl Zähne als das Zahnrad 38 auf.

Ein Planetenträger 40 mit einem zylindrischen Abschnitt 40a ist drehbar auf dem rohrförmigen Element 35 zwi­ schen dem Antriebsgetrieberad 23 und dem außenver­ zahnten Zahnrad 37 angeordnet. Am Träger 40 und an einer Trägerscheibe 45a ist ein Doppelumlaufrad 39 drehbar auf einer Welle 41 angeordnet. Das Umlaufrad 39 weist ein äußeres Planetenrad 39a im Eingriff mit dem Zahnrad 37 und ein inneres Planetenrad 39a′ im Eingriff mit dem Zahnrad 36a des Zentralrads 36 auf. Die Planeten­ räder 39a und 39a′ unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Anzahl von Zähnen. Der Träger 40 trägt drei Umlaufräder 39, die über den Umfang in gleichen (Winkel-)Abständen angeordnet sind.

Als fester Bestandteil des Achsdifferentialgehäuses 27 trägt ein Planetenträger 43 Umlaufräder 42, die drehbar auf Wellen 44 gelagert sind, die am Differentialgehäuse 27 und an einer Träger­ scheibe 45 befestigt sind. Auch dieses Umlaufrad 42 weist Planetenräder 42b, 42b′ auf, die mit dem Zahn­ rad 38 bzw. dem Zahnrad 36b des Zentralrads 36 in Eingriff stehen. Auch die Planetenräder 42b, 42b′ haben eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen.

Am Außenumfang des zylindrischen Abschnitts 40a des Trägers 40 ist ein abtriebsseitiges Kegelrad 46 mittels Schraubenbolzen 50 befestigt.

Aus Fig. 1 wird ersichtlich, daß das abtriebsseitige Kegelrad 46 mit einem Kegelrad 47 in Eingriff steht, das fest auf einer Antriebswelle 48 für die Hinterräder angeordnet ist, so daß über eine Antriebswelle 49 die Antriebskraft auf die Hinterräder übertragbar ist.

Bei Betrieb des Differentialgetriebes gilt für den Aufbau des Getriebestranges des Zwischenachsdifferentialgetriebes 9 die nachstehend erläuterte Beziehung.

Bei einer Umdrehung der Planetenträger 40 und 43 lassen sich die Umlaufgeschwindigkeiten n_a und n_b der Zahnräder 36a und 36b des Zentralrads 36 wie folgt darstellen:

n_a = 1 - (S₁ · P′₁/C₁ · P₁)

n_b = 1 - (S₂ · P′₂/C₂ · P₂)

wobei S₁ der Anzahl der Zähne des Zahnrades 37 ent­ spricht, C₁ der Anzahl der Zähne des Zahnrades 36a, P₁ und P′₁ jeweils der Anzahl der Zähne der Planetenräder 39a und 39a′ des Umlaufrades 39 entsprechen, während S₂ für die Anzahl der Zähne des Zahnrades 38 steht, C₂ für die Anzahl der Zähne des Zahnrades 36b, und P₂ sowie P′₂ der An­ zahl der Zähne der Planetenräder 42b und 42b′ des Umlaufrades 42 entsprechen.

Wenn die Differenz aus den beiden Gleichungen Null wird, also die Geschwindigkeit n_a gleich der Geschwindigkeit n_b in gleicher Richtung ist, so wird die Differentialfunktion erreicht. In diesem Fall lassen sich bei Darstellung der Umlaufgeschwindigkeit der in umgekehrter Richtung umlaufenden Räder durch den negativen Betrag der beiden obigen Gleichungen folgendermaßen ausdrücken:

(-n_a) - (+n_b) = 0

(S₁ · P′₁/C₁ · P₁) + (S₂ · P′₂/C₂ · P₂) = 2

Somit wird die Anzahl der Zähne auf jedem Zahnrad so bestimmt, daß die Bedingungen der vorgenannten Gleichung erfüllt werden.

Die Funktionsweise des Differen­ tialgetriebes läßt sich nun folgendermaßen beschrei­ ben. Vom Motor 1 wird die Antriebskraft über die Kupplung 2 und die Antriebswelle 10 auf das Wechsel­ getriebe 3 und auf das Antriebsrad 23 übertragen. Die übertragene Kraft geht von dort zum rohrförmigen Element 35, so daß die Zahnräder 37 und 38 in Drehung versetzt werden, die ein Moment auf die Umlaufräder 39 und 42 ausüben.

Bei Geradeausfahrt wirkt auf jedes Umlaufrad 39 und 42 die Drehkraft des rohrförmigen Elements 35 über die Zahnräder 37 und 38 ein. Wegen der un­ terschiedlichen Übersetzungsverhältnisse müßten sich jedoch die beiden mit dem Zentralrad 36 in Eingriff stehenden Umlaufräder mit verschiedenen Umlaufgeschwindigkeiten drehen. Diese Dreh­ bewegung ist durch das Zentralrad 36 nicht möglich. Somit gilt für den Getriebestrang die Differential­ funktion nicht, so daß die Getrieberäder im Zusammen­ wirken mit dem rohrförmigen Element 35 und den Trägern 40 und 43 die Motorkraft über die Differen­ tialvorrichtung 24 und die Antriebsachsen 25 und 25a gleichmäßig auf die vorderen Antriebsräder 26 über­ tragen.

Gleichzeitig wird die Motorkraft auch über das Ab­ triebsrad 46, das Kegelrad 47 und die Wellen 48, 49 auf die (nicht abgebildeten) hinteren Antriebsräder übertragen.

Fährt das Fahrzeug dagegen eine Kurve, so drehen sich die Träger 40 und 43 des Zwischenachsdifferentials 9 gegensinnig (relativ zum Zentralrad 36) jeweils entsprechend der Diffe­ renz zwischen den Geschwindigkeiten der Vorderräder und der Hinterräder. Die Träger 40 und 43 versetzen die Umlaufräder 39 und 42 in Drehung, welche nun ihrerseits auf die Zahnrä­ der 36a und 36b des Zentralrads 36 entspre­ chend ihrem jeweiligen Übersetzungsverhältnis wirken. Auf diese Weise wird die Differenz in der Geschwindigkeit der Vorder- und der Hinterräder aufgefangen. Bei diesem Betriebszustand läuft der Träger 43 um und über­ trägt dabei die Kraft auf die Differentialvorrichtung 24, wo die Differenz in der Geschwindigkeit der inne­ ren und äußeren Antriebsräder aufgefangen wird.

Der Mitnehmer 40 läuft gegenüber dem Mitnehmer 43 zwar mit gleich hoher Geschwindigkeit, jedoch in ent­ gegengesetzter Richtung relativ zum Zentralrad 36 um, um die Motorkraft auf die hinteren Antriebsräder zu übertragen. Dementspre­ chend nimmt das Fahrzeug die Kurve in gleichmäßiger Fahrt, während die Zwischenachs-Differentialfunktion wirksam ist.

Rutscht dagegen eines der Vorderräder oder Hinterrä­ der auf einer glatten Straße, so sinkt die Belastung der Räder. Dementsprechend versucht eines der Umlaufräder 39 bzw. 42, das den jeweiligen Antriebsrädern zugeordnet ist, sich zu drehen. Da jedoch die Teilkreise der Pla­ netenräder etwas unterschiedlich sind, wird das von der geringen Differenz abhängige geringe Moment durch die Gleitrei­ bung auf der Welle der Planetenräder aufgefangen. Somit wird das Drehmoment an den Rädern, die gerade durchzudrehen beginnen, auf die anderen Räder über­ tragen, wodurch ein Durchdrehen aller Räder verhin­ dert wird.

Claims (4)

1. Achsdifferentialgetriebe für ein Kraftfahrzeug, das folgende Merkmale aufweist:
Ein Wechselgetriebe (3); ein Paar Achsen (25, 25a) zum Treiben von Antriebsrädern (26); ein Achs-Differential­ gehäuse (27), das um die Achsen (25, 25a) drehbar gelagert ist; ein rohrförmiges Element (35), das um eine der Achsen (25a) drehbar gelagert ist und mit einer Abtriebs­ welle (11) des Wechselgetriebes (3) antriebsmäßig (Zahnräder 22, 23) verbunden ist; ein Planetenträger (40), der um das rohrförmige Element (35) drehbar gelagert ist; ein Planetenträger (43), der ebenfalls um das rohrförmige Element (35) drehbar gelagert, aber mit dem Achsdifferen­ tialgehäuse (27) drehfest verbunden ist; eine zwischen die Achsen (25, 25a) geschaltete Differentialvorrich­ tung im Achsdifferentialgehäuse (27) zur Erzielung einer Antriebs-Differentialfunktion für die Antriebsräder (26); ein Paar Zahnräder (37, 38), die auf dem rohrförmigen Element (35) fest angeordnet sind; ein Zentralrad (36), das zwei fest miteinander verbundene Zahnräder (36a, 36b) umfaßt und um das rohrförmige Element (35) drehbar angeordnet ist; ein Paar Umlaufräder (39, 42), die je­ weils zwei miteinander verbundene Planetenräder (39a, 39a′ bzw. 42b, 42b′) mit voneinander abweichenden Teil­ kreis-Radien umfassen, wobei jeweils eines der beiden Planetenräder (39a, 42b) eines jeden Umlaufrades 39, 42) mit einem der auf dem rohrförmigen Element (35) befestig­ ten Zahnräder (37, 38) kämmt, während das jeweils andere Planetenrad (39a′, 42b′) eines jeden Umlaufrades (39, 42) mit einem der Zahnräder (36a, 36b) des Zentralrads (36); eine Antriebswelle (48) zum Antreiben anderer bzw. wei­ terer Antriebsräder, die antriebsmäßig (Zahnräder 46, 47) mit dem Planetenträger (40) verbunden ist, welcher nicht mit dem Achsdifferentialgehäuse (27) verbunden ist, wobei die Planetenträger (40, 43) mit den Umlaufrädern (39, 42) und den Zahnrädern (36, 38) ein Zwischenachsdifferential (9) bilden.

2. Achsdifferentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Zentralrad (36) ein Paar von Sonnenrädern (36a, 36b) aufweist.

3. Achsdifferentialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Element (35) drehfest mit einem Abtriebsrad (22) des Wechselgetriebes (3) verbunden ist.

4. Achsdifferentialgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß folgende Beziehung gilt: (S₁ · P′₁/C₁ · P₁) + (S₂ · P′₂/C₂ · P₂) = 2,wobei S₁ und S₂ die Zahnzahl der Zahnräder (37, 38), C₁ und C₂ die Zahnzahl der Zahnräder (36a, 36b) des Zentralrades (36), P₁, P′₁ die Zahnzahl der Planeten­ räder (39a, 39a′) und P₂, P′₂ die Zahnzahl der Planeten­ räder (42b, 42b′) darstellen.