DE3837542C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Differentialgetriebe nach dem Ober­ begriff des Patentanspruches 1, das für Allrad-getriebene Fahrzeuge Verwendung finden kann.

Aus der JP-55-72 420 A1 ist ein Zwischenachs-Differential bekannt, das über eine Öldruckkupplung blockierbar ist. Wenn der Schlupf zwischen Vorder- und Hinterrädern eine vorbestimmte Größe überschreitet, wird das Differential gesperrt. Der Auf­ bau dieses Differentials ist kompliziert.

Aus der JP-61-1 23 250 A1 ist ein Differential bekannt, das eine Getriebeschnecke mit Schneckenrad aufweist, welche eine Diffe­ rentialfunktion 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 Abstützung bzw. ein erhöhter Reibungsverlust auf. Der Aufbau des Getriebes ist kompliziert und teuer.

Aus der DE 32 23 836 A1 ist ein Differentialgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit Wechselgetriebe bekannt, bei welchem ein Zwischenachs-Differentialgehäuse drehbar gelagert und mit einer Abtriebswelle des Wechselgetriebes verbunden ist. Ein Paar von Achsen ist in das Zwischenachs-Differentialgehäuse eingesetzt und drehbar gelagert. Im Zwischenachs-Differentialgehäuse ist ein Paar von Planetenträgern vorgesehen, die um die Achsen drehbar gelagert sind. Für die Antriebsräder ist ein Diffe­ rential vorgesehen. Im Zwischenachs-Differentialgehäuse sind Nebenhohlräder vorgesehen, von denen eines fest mit dem Zwischenachs-Differential verbunden ist. Ein Planetenträger steht mit dem Gehäuse des Achs-Diffentials in Verbindung und weist Planetenräder auf, welche in Eingriff mit dem Hohlrad stehen, das mit dem Zwischenachs-Differentialgehäuse verbunden ist. Der Planetenträger, der nicht mit dem Differentialgehäuse ver­ bunden ist, steht mit den anderen Antriebsrädern zur Übertragung von Antriebsleistung in Verbindung. Bei dieser Anordnung ist eine schaltbare Sperre für das Zwischenachs-Differential vorgesehen, welche das zweite Hohlrad entweder mit dem Zwischenachs-Differentialgehäuse oder aber mit dem dazugehörigen 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 Getriebeteil 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 Zwischenachs-Differential verwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Differentialge­ triebe für ein Kraftfahrzeug aufzuzeigen, welches ein Achs- Differential und ein Zwischenachs-Differential mit Sperrung aufweist und dabei einen kompakten, einfachen Aufbau hat.

Diese Aufgabe wird durch ein Differentialgetriebe nach Patent­ anspruch 1 gelöst.

Weitere Merkmale ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Getriebeplans einer erfindungsgemäßen Kraftüber­ tragungsanlage für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb, und

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes.

Aus Fig. 1 ist eine Kraftübertragungsanlage für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb ersichtlich, bei welchem das erfindungsgemäße Differentialgetriebe einge­ setzt ist. Seitlich im vorderen Abschnitt des Kraft­ fahrzeugs ist ein Motor 1 angeordnet. Zur Kraftüber­ tragungsanlage gehören eine Kupplung 2 in einem Kupp­ lungsgehäuse 6, ein Wechselgetriebeblock 3 und eine Übertragungsvorrichtung 5, die in einem Kupp­ lungsgehäuse 7 bzw. in einer Gehäuseerweiterung 8 untergebracht sind. Das Wechselgetriebe 3 besitzt eine Antriebswelle 10, eine zur Antriebswelle 10 parallele Antriebswelle 11, fünf Paar Wechselräder 12 bis 16, die jeweils dem ersten bis fünften (Schongang) entsprechen, sowie Synchronisiereinrichtungen 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 über ein (nicht abgebildetes) Zwischenzahnrad für den Rückwärtsgang angeordnet ist.

Auf der Antriebswelle 11 ist ein Antriebsrad 22 fest angeordnet, das in Eingriff mit einem Abtriebsrad 23 steht, das fester Bestandteil eines Zwischenachsdifferential­ gehäuses 30 eines Zwischenachsdifferentials 9 der Über­ tragungsvorrichtung 5 ist. Die Übertragungsvorrichtung 5 weist weiterhin ein Vorderachsdifferential 4 auf. Das Zwischen­ achsdifferential 9 besteht aus Planetenge­ trieben und ist zwischen dem Abtriebsrad 23 und einer Differentialvorrichtung 24 des Vorderachsdifferentials 4 angeordnet. Das Differential 4 ist mit den Antriebsachsen 25 und 25a so verbunden, das die Kraftübertragung auf die Vorderräder 26 gegeben ist.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß das Zwischenachsdiffe­ rentialgetriebe 9 im Differentialgehäuse 30 unterge­ bracht ist. Das Differentialgehäuse 30 umfaßt ein zylindrisches Teil 30a und ein konisches Teil 30b, das über Flansch mittels Schraubenbolzen 32 am zylindrischen Teil 30a befestigt ist. Das Abtriebsrad 23 ist mit Hilfe der Schraubenbolzen 31 ebenfalls am zylindrischen Teil 30a befestigt.

Im Differentialgehäuse 30 ist drehbar auf einer Innenwandung des Teils 30a ein zentrales Getriebehohl­ rad 33 drehbar angeordnet. Das zentrale Getriebehohlrad 33 weist ein Paar Hohlräder 33a und 33b auf, die sich jeweils durch die Anzahl ihrer Zähne voneinander unterscheiden. Neben dem Hohlrad 33a ist auf einer inneren Umfangsfläche des Abtriebrades 23 ein Hohl­ rad 34 als Nebenrad ausgebildet. Neben dem Hohlrad 33b ist zwischen dem zylindrischen Teil 30a und dem konischen Teil 30b ein Nebenhohlrad 35 angeordnet und mit Hilfe der Schraubenbolzen 32 befestigt. Das Nebenhohlrad 34 weist eine andere Anzahl Zähne als das Nebenhohlrad 35 auf.

Auf der Antriebsachse 25a ist drehbar eine Planetenträger­ nabe 42 angeordnet, die fester Bestandteil eines Differentialgehäuses 27 des Vorderdifferentials 4 ist, während auf der Antriebsachse 25 eine Nabe 27a des Differentialgehäuses 27 drehbar angeordnet ist. Das Differentialgehäuse 27 umschließt zwei Differential­ räder 28 und zwei mit diesen in Eingriff stehende Kegelnebenräder 29 auf, die innen jeweils auf den vorderen Antriebsradachsen 25 bzw. 25a verkeilt sind. Die Planetenträgernabe 42 und die Nabe 27a sind drehbar in Lagern 44, 44 in Lagerhäusen 43 gelagert. Das Ende des konischen Teils 30b ist über ein Radiallager 45 und ein Drucklager 46 auf der Nabe 27a gelagert.

Auf der Planetenträgernabe 42 ist über ein Nadellager 47 eine Planetenträgernabe 48 angeordnet, die sich unter Zwischenschaltung eines Radiallagers 50 und eines Druck­ lagers 51 in einem ringförmigen Vorsprung 23 befindet, der auf dem Abtriebsrad 23 ausgebildet ist. Die beiden Enden der Nabe 48 lagern in Drucklagern 49. Die Nabe 48 weist einen radial vor­ springenden Abschnitt auf, auf dessen Außenseiten ein Abtriebsrad 52 für den Hinterradantrieb ausgebildet ist. Mit einem Planetenträger 37 auf der Nabe 48 ist eine Achse 38 fest verbunden, während an einem Planetenträger 40, der fester Bestandteil der Planetenträgernabe 42 ist, eine Achse 41 befestigt ist. Auf der Achse 38 ist dabei ein Doppelplanetenrad 36 drehbar gelagert, dessen äußeres Planetenrad 36a mit dem Nebenrad 34 in Eingriff steht, während dessen inneres Planetenrad 36a′ mit dem Hohlrad 33a des zentralen Zahnrad 33 in Eingriff steht. Die Planetenräder 36a und 36a′ unterscheiden sich durch ihre Anzahl von Zähnen. Auf dem Planetenträger 37 befinden sich drei Planetenräder 36, die über den Umfang in gleichen Abständen auf dem Planetenträger 37 ange­ ordnet sind.

In gleicher Weise ist ein Doppelplanetenrad 39 drehbar auf der Achse 41 angeordnet. Das Planeten­ rad 39 weist Planetenräder 39b und 39b′ auf, die jeweils mit dem Nebenhohlrad 35 bzw. dem Hohlrad 33b des zentralen Zahnrades 33 in Eingriff stehen. Auch diese Planetenräder 39b und 39b′ unterscheiden sich durch die Anzahl ihrer Zähne.

Aus Fig. 1 wird deutlich, daß das Abtriebsrad 52 mit einem getriebenen Zahnrad 53 in Eingriff steht, das fest auf einer Hauptwelle 54 der Übertragungsvorrichtung 5 angeordnet ist. Die Hauptwelle 54 ist mit einer Hinterachsantriebswelle 57 verbunden, die über ein Paar Kegelräder 55, 56 senkrecht an die Hauptwelle 54 angeschlossen ist, so daß die Antriebskraft über eine Antriebswelle 58 auf die Hinterräder über­ tragbar ist.

Beim Betrieb des Differentialgetriebes gilt für den Aufbau des Getriebestrangs des zentralen Zwischenachsdifferentialgetriebes 9 die nachstehend erläuterte Beziehung. Wenn das Fahrzeug eine Kurve nimmt, drehen sich die vorderen und die hinteren Antriebsräder gegenüber dem Kurvenverlauf jeweils um den gleichen Relativ-Betrag um das Differential, allerdings jeweils in entgegengesetzter Richtung.

Bei einer Umdrehung der Planetenträger 37 und 40 lassen sich die Umdrehungszahlen n_a und n_b der Hohl­ räder 33a und 33b im Gehäuse 30 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 Hohlrades 34 ent­ spricht, C₁ der Anzahl der Zähne des Hohlrades 33a des zentralen Zahnrades 33, P₁ und P′₁ jeweils der Anzahl der Zähne der Planetenräder 36a und 36a′ des Planetenrades 36 entsprechen, während S₂ für die Anzahl der Zähne des Nebenhohlrades 35 steht, C₂ für die Anzahl der Zähne des Hohlrades 33b des zentralen Zahnrades 33, und P₂ sowie P′₂ der Anzahl der Zähne der Planetenräder 39b und 39b′ des Planetenrades 39 entsprechen.

Wenn somit die Differenz aus den beiden Gleichungen Null wird, weil die Umdrehungszahl bzw. Geschwindigkeit n_a gleich der Umdrehungs­ zahl bzw. Geschwindigkeit n_b in gleicher Richtung ist, so wird die Differentialfunktion erreicht. In diesem Fall lassen sich (bei Darstellung der Umlaufgeschwindigkeit der relativ in umgekehrter Richtung umlaufenden Räder durch den negativen Betrag) die 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 Getrieberad so bestimmt, daß die Bedingungen der vorgenannten Gleichung erfüllt werden.

Befindet sich andererseits das Fahrzeug in Geradeaus­ fahrt, so arbeitet der Getriebestrang in der Weise, daß die Drehbewegungen der Getrieberäder eingeschränkt werden.

Die Funktionsweise des Getriebes läßt sich nun folgendermaßen beschreiben. Vom Motor 1 wird die Antriebskraft über die Kupplung 2 und die Antriebswelle 10 auf das Wechsel­ getriebe 3 übertragen. Durch Einwirkung der Synchro­ nisiereinrichtungen 17, 18 und 19 wird die Motorkraft über das Wechselgetriebe 3 auf das Abtriebsrad 23 übertragen. Die übertragene Kraft geht von dort zum Differentialgehäuse 30, so daß die Nebenräder 34 und 35 in Drehung versetzt werden und dabei versucht wird, die Planetenräder 36 und 39 in Umlauf zu setzen.

Die Geradeausfahrt wirkt auf jedes Planetenrad 36 und 39 die Drehkraft des Zwischenachsdifferentialgehäuses 30 über die Nebenräder 34 und 35. Wegen der unterschied­ lichen Übersetzungsverhältnisse müßten sich jedoch die beiden mit dem zentralen Zahnrad 33 in Eingriff stehenden Planetenräder mit verschiedener Umlaufge­ schwindigkeit drehen. Dementsprechend ist eine Drehbewegung des zentralen Zahnrades 33 relativ zum Zischenachsdifferentialgehäuse 30 nicht möglich. Somit ist das Zwischenachsdifferential 9 gesperrt, so daß die Getrieberäder im Zusammenwirken mit dem Gehäuse 30, den Planetenträgern 37 und 40 die Motorkraft über das Achsdifferential 24 und die Antriebsachsen 25 und 25a gleichmäßig auf die vorderen Antriebsräder 26 übertragen.

Gleichzeitig wird die Motorkraft auch über das Abtriebsrad 52, die Getrieberäder 53, 55, 56 und die Wellen 54, 57, 58 auf die (nicht abgebildeten) hinteren Antriebsräder übertragen.

Fährt das Fahrzeug dagegen eine Kurve, so drehen sich die Planetenträger 37 und 40 des Zwischenachsdifferentials 9 unterschiedlich schnell, also gegensinnig relativ zum Gehäuse 30 jeweils entsprechend der Differenz zwischen der Geschwindigkeit der Vorderräder und der Geschwindigkeit der Hinterräder. Die Planetenträger 37 und 40 versetzen die Planetenräder 36 und 39 in Drehung, welche nun ihrerseits die Hohlräder 33a und 33b des zentralen Zahnrades 33 entsprechend ihrem jeweiligen Übersetzungsverhältnis mit gleicher Geschwindigkeit umlaufen lassen. Auf diese Weise wird die Differenz in der Geschwindigkeit der Vorder- und der Hinterräder aufgefangen. Bei diesem Betriebszu­ stand läuft der Planetenträger 40 relativ zum Gehäuse 30 um und überträgt dabei die Kraft auf das Achsdifferential 24, wo die Differenz in der Geschwindigkeit der inneren und äußeren Vorder-Antriebsräder aufgefangen wird.

Der Planetenträger 37 läuft gegenüber dem Planetenträger 40 zwar mit gleicher Geschwindigkeit, jedoch in ent­ gegengesetzter Richtung relativ zum Gehäuse 30 um, um die Motorkraft auf die hinteren Antriebsräder zu übertragen. Dementsprechend nimmt das Fahrzeug die Kurve in gleichmäßiger Fahrt, während die Zwischenachs-Differentialfunktion wirksam ist.

Rutscht dagegen eines der Vorderräder oder Hinterräder auf glatter Straße, so sinkt die Belastung des Rades. Dementsprechend versucht eines der Planetenräder 36 bzw. 39, das dem jeweiligen Rad zugeordnet ist, sich schneller zu drehen. Da jedoch die Teilkreise der Planetenräder etwas unterschiedlich sind, können die Planetenräder 36, 39 nicht unabhängig voneinander drehen. Somit wird das Drehmoment auf die anderen Räder über­ tragen, wodurch ein Durchdrehen verhindert wird.

Somit umfaßt das Getriebe ein Planetengetriebe mit Differentialfunktion und mit Sperrung der Differentialfunktion. Auf diese Weise wird der Aufbau vereinfacht, ohne daß eine gesonderte Differentialsperrvorrichtung vorgesehen ist. Da hier kein Schneckengetriebe eingesetzt wird, ver­ ringert sich die Reibung im Getriebe bei Kurven­ fahrt.

Da die Getrieberäder für das Zwischenachsdifferentialge­ triebe koaxial zueinander und zwischen dem Abtriebs­ rad und dem Vorderachsdifferential angeordnet sind, vereinfacht sich der Gesamtaufbau, während Getriebeschmieröl in ausreichender Menge zuge­ führt werden kann.

Claims (3)

1. Differentialgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit Wechsel­ getriebe, umfassend:
ein Zwischenachs-Differentialgehäuse (30), das drehbar gelagert und mit einer Antriebswelle (11) des Wechsel­ getriebes (3) antriebsmäßig verbunden ist:
ein Paar Antriebsachsen (25, 25a), die in das Zwischenachs- Differentialgehäuse (30) eingesetzt und dort drehbar gelagert sind;
ein Paar Planetenradträger (37, 40) im Zwischenachs-Diffe­ rentialgehäuse (30), die drehbar um eine Achse (25a) gelagert sind;
ein Achs-Differentialgehäuse (24) für das rechte und linke Antriebsrad (26), das mit einem der Planetenträger (40) drehfest verbunden und zwischen den Achsen (25, 25a) vor­ gesehen ist;
ein Paar Nebenhohlräder (34, 35), die fest mit dem Zwischen­ achs-Differentialgehäuse (30) verbunden und in diesem ange­ ordnet sind;
ein zentrales Zahnrad (33) mit zwei Innenverzahnungen zur Bildung von zwei Hohlrädern (33a, 33b), das zwischen den Nebenhohlrädern (34, 35) drehbar gelagert ist;
ein Paar Planetendoppelräder (36, 39) das jeweils ein Paar von Planetenrädern (36a, 36b′; 39b, 39b′) mit voneinander verschiedenen Teilkreisradien aufweist und in dem einer (40) der Planetenträger drehbar gelagert ist, wobei eines der Planetenräder (36a; 39b) eines jeden Doppelplanetenrades (36, 39) in Eingriff mit einem der Nebenhohlräder (34, 35) steht, während das jeweils andere Planetenrad (36a′, 39b′) mit einem der zwei Hohlräder (33a, 33b) des zentralen Zahn­ rads (33) in Eingriff steht, und wobei der andere Planeten­ träger (37), der nicht mit dem Achs-Differentialgehäuse verbunden ist, zur Übertragung eines Antriebsmomentes antriebsmäßig (52-58) mit den anderen Antriebsrädern verbunden ist.

2. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenachs-Differentialgehäuse (30) fest mit einem Antriebsrad (23) des Wechselgetriebeblocks (3) ver­ bunden ist.

3. Differentialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Anzahl S₁, S₂ der Zähne der Nebenhohlräder (34, 35),
die Anzahl C₁, C₂ der Zähne der Hohlräder (33a, 33b),
die Anzahl P₁, P′₁ der Zähne der Planetenräder (36a, 36a′)
und
die Anzahl P₂, P′₂ der Zähne der Planetenräder (39b, 39b′)
folgende Beziehung gilt:(S₁_*P′₁/C₁_*P₁)+(S₂_*P′₂/C₂_*P₂)=2.