WO2015035995A1 - Mittendifferential für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2015035995A1
WO2015035995A1 PCT/DE2014/200469 DE2014200469W WO2015035995A1 WO 2015035995 A1 WO2015035995 A1 WO 2015035995A1 DE 2014200469 W DE2014200469 W DE 2014200469W WO 2015035995 A1 WO2015035995 A1 WO 2015035995A1
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WO
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power
center differential
stage
planetary
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PCT/DE2014/200469
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Inventor
Franz Kurth
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/34—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles
    • B60K17/344—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having a transfer gear
    • B60K17/346—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having a transfer gear the transfer gear being a differential gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H48/00—Differential gearings
    • F16H48/06—Differential gearings with gears having orbital motion
    • F16H48/10—Differential gearings with gears having orbital motion with orbital spur gears

Definitions

  • the invention is directed to a center differential provided for use in a motor vehicle which, as such, serves to branch the drive power supplied via a power input to a first and a second transmission output, wherein these transmission outputs are the axle differentials of two separate vehicle axles float.
  • a center differential is known.
  • This center differential comprises a planetary gear stage with a sun gear, a ring gear, a planet carrier, as well as planets which are mounted in the planet carrier and engage radially in the sun gear and the ring gear.
  • the drive power flowing in via the power input is first led to the planet carrier and then branched to the ring gear and the sun gear.
  • the drive of a vehicle rear axle is accomplished, on the sun gear is the power tap to the vehicle front axle.
  • the respective vehicle axle has its own axle differential, which branches the branched-off auxiliary power, which is branched via the center differential, to the respective wheel drive shafts.
  • a multi-disc clutch is provided via which the center differential is lockable in order to rigidly couple the drive train leading to the rear axle and the drive train leading to the front axle.
  • the invention has for its object to provide a center differential for a motor vehicle, which is characterized by a high mechanical efficiency and an advantageous mechanical performance.
  • a center differential for a motor vehicle with:
  • the planetary gear stage comprises a sun gear, a ring gear, a planet carrier and planet mounted thereon, which engage in the sun gear and the ring gear of this planetary gear stage,
  • the power input is coupled to the sun gear of the planetary gear stage
  • the first power output is coupled to the planetary carrier
  • the second power output is coupled to the ring gear via a reversing gear
  • the reversing gear has a central gear which is axially offset from the power branching planetary gear stage and arranged coaxially to the axis of rotation of the sun gear of the planetary gear stage.
  • the center differential is constructed such that the power input comprises a transmission input shaft, said transmission input shaft is passed coaxially through the central gear of the reversing gear.
  • a bearing arrangement designed as a roller bearing, in particular a needle bearing is preferably provided by which these two gear elements are supported radially relative to one another.
  • the reverse gear can be designed so that this includes a stationary in the gear housing rotatably mounted, radially offset to the axis of rotation of the sun gear arranged spur gear, in which case the central gear of the reverse gear is engaged with this spur gear and this drives by reversing the direction of rotation.
  • the reversing gear As an alternative to the aforementioned embodiment, it is also possible according to a particular aspect of the present invention to carry out the reversing gear as a planetary gear, in which case the central gear represents the sun gear of this planetary gear.
  • the reversing gear is thus ultimately arranged gleichachssig to the transmission axis defined by the sun gear of the branching stage.
  • This reversing gear can be designed so that it comprises a planet carrier, wherein this planet carrier is fixed in a stationary manner.
  • the reversing gear is further preferably designed such that this comprises a sun gear to the planetary gear stage serving the power branching coaxial ring gear.
  • the planetary stage serving the power split and the reversing gear with respect to their translation effect are coordinated such that the translation of the sun gear on the Plane- tenever of the power branching planetary stage corresponds to the translation of that sun gear to the output of the reversing gear.
  • the planet carrier of the branching transmission and the output of the reversing gear are switchably couplable.
  • the center gear so that the reversing gear has a planet carrier rotatably coupled to the ring gear of the branching gear, and that this planet carrier carries at least one set of double planets, these double planets are engaged with each other and thus rotatably coupled in opposite directions are, and wherein in each case one of these double planets engages in a ring gear of the reversing gear and the other in the central gear of the reversing gear.
  • this transmission structure it is possible to bring about a blocking effect by the central wheel being switchably couplable to the planetary carrier of the branching transmission.
  • Figure 1 is a schematic illustration to illustrate the structure of a erfindunlicen center differential for a motor vehicle according to a first embodiment of the invention in which the reversing gear includes a spur gear;
  • FIG. 2 shows a schematic illustration for illustrating the structure of a center differential according to the invention for a motor vehicle according to a second embodiment of the invention, in which the reversing gear comprises a planetary stage;
  • FIG. 3 shows a schematic view of a center differential with a basic structure corresponding to the second embodiment with an integrated blocking device for the positive coupling of the two transmission outputs;
  • Figure 4 is a schematic diagram illustrating the construction of a erfindunlinien center differential for a motor vehicle according to a fourth embodiment of the invention, in which the reversing gear includes a planet carrier with double planet and in which the central gear of the reversing gear is switchably coupled to the planet carrier of the branching transmission.
  • FIG. 1 shows an inventive center differential for a motor vehicle.
  • This center differential comprises a power input PI for effecting the introduction of the drive power P into the center differential and a first power output PO1 and a second power output PO2.
  • the center differential comprises a branching stage embodied as a planetary gear stage G1 for effecting the branching of the drive power P introduced via the power input PI to the two power outputs PO1, PO2, wherein the planetary gear stage G1 is a sun gear S1, a ring gear H1, a planet carrier C1, and also at this - Gerte planet P1 includes, which engage in the sun gear S1 and the ring gear H1 of this planetary gear G1.
  • the power input PI is coupled to the sun gear S1 of the planetary gear G1.
  • the first power output PO1 is coupled to the planet carrier C1
  • the second power output PO2 is coupled to the ring gear H1 via a reversing gear G2.
  • the reversing gear G2 has a central gear S2, which is axially offset from the main gear plane of the power branching planetary gear G2 and thereby arranged coaxially to the rotational axis X of the sun gear S1 of the planetary gear G1.
  • the power input PI comprises a transmission input shaft PI1 which is passed coaxially through the central gear S2 of the reversing gear G2 and rotatably coupled to the sun gear S1 of the planetary gear G1.
  • the central gear S2 of the reversing gear G2 drives a spur gear P2 arranged radially offset to the revolving axis X of the sun gear S1.
  • This spur gear P2 is rotatably coupled to an output shaft PO2.
  • the output shaft PO2 is mounted via a bearing means not shown here in the transmission housing, also not shown.
  • the central gear S2 of the reversing gear G2 and the ring gear H1 of the planetary gear are rotatably coupled together. These components may also be provided by an integral part, i. the central gear S2 and the ring gear H1 are provided by a one-piece structure.
  • the sun of the superposition gear is driven on the input side.
  • the power is split between the ring gear and the planet carrier, which rotate in opposite directions.
  • the reverse gear is formed by a simple spur gear, which also provides the required center distance for the Vorderachstriebwelle.
  • the state ratios of superposition gearing and reverse gear must not be matched, as well as a slightly uneven torque distribution between the front axle VA and rear axle HA regularly permissible, or even desired.
  • FIG. 2 shows a second variant of the center differential according to the invention.
  • This center differential also comprises a power input PI for effecting the introduction of the drive power P into the center differential as well as a first power output PO1 and a second power output PO2.
  • the center differential again comprises a branching stage embodied as a planetary gear stage G1 for effecting the branching of the drive power P introduced via the power input PI to the two power outputs PO1, PO2, wherein the planetary gear stage G1 is a sun gear S1, a ring gear H1, a planet carrier C1, and at this mounted planetary P1, which engage in the sun gear S1 and the ring gear H1 of this planetary gear stage G1.
  • the power input PI is coupled to the sun gear S1 of the planetary gear G1.
  • the first power output PO1 is coupled to the planet carrier C1
  • the second power output PO2 is coupled to the ring gear H1 via a reversing gear G2.
  • the reversing gear G2 has a central gear S2 which is axially offset from the main gear plane of the planetary gear stage G2 branching off the power and is arranged coaxially to the revolving axis X of the sun gear S1 of the planetary gear set G1.
  • the power input PI comprises a transmission input shaft PI1 which is passed coaxially through the central gear S2 of the reversing gear G2 and rotatably coupled to the sun gear S1 of the planetary gear G1.
  • the reversing gear G2 is designed as a planetary gear and the central gear S2 represents the sun gear of this planetary gear.
  • the reversing gear G2 comprises a planet carrier C2, wherein the the planet carrier C2 is stationary.
  • the reversing gear G2 further includes a hollow gear H2 coaxial with the planetary gear axis G1 of the power branching planetary gear G1.
  • the central gear S2 engages radially from the inside into the planet P2.
  • These planets P2 in turn engage radially from the inside into the second ring gear H2.
  • the sun gear S1 and the central gear S2 are formed such that they have identical tooth geometry in the radial section.
  • This concept makes it possible to realize the center differential with a high degree of common part.
  • spur gear G3 To the reversing gear G2 a spur gear G3 is coupled.
  • This spur G3 comprises an output gear S3 which is arranged coaxially to the central gear S2 of the reversing gear G2.
  • This output gear S3 is rotatably coupled to the ring gear H2 of the reversing gear G2 and surrounds the input shaft PI1.
  • the output gear S3 meshes with a driven gear P3. This is arranged offset radially to the transmission axis X and rotatably coupled to the output shaft PO2.
  • Figure 2 shows a comparison with the variant of Figure 1 slightly more complicated structure with superposition and reversing gear in the design as a planetary gear. Advantage of this arrangement is that when connecting the output shafts as shown in Figure 3, a blocking option results.
  • FIG. 3 shows a slightly modified variant of the center differential according to FIG.
  • the comments on Figure 2 apply insofar mutatis mutandis.
  • the power divider serving planetary stage G1 and the reversing gear G2 are coordinated with respect to their respective translation effect on each other such that the translation of the sun gear S1 to the planet carrier C1 of the power branching planetary stage G1 exactly the translation of that sun gear S1 to the output of the reversing gear G2, that corresponds to the ring gear H2.
  • the center differential is provided with a locking device LC, so that the planet carrier C1 of the branching gear G1 and the output of the reversing gear G2 are switchably coupled.
  • This blocking device LC can be designed so that it comprises a coupling sleeve via which a positive coupling of these two transmission sections and thus a forced synchronization can be achieved.
  • this locking device can be formed as frictionally coupling structure.
  • the operation of this locking device LC can be done by externally controllable switching elements, in particular shift finger or Positioniertriebe.
  • the locking device LC as frictionally coupling structure it is also possible to interpret the locking device so that it is effective from exceeding a constructive angular velocity difference between the gear sections to be coupled.
  • the maximum locking torque can also be limited, so that when a maximum coupling torque is exceeded, a slip occurs, possibly even in the engaged state, within the blocking device.
  • FIG. 4 shows a fourth variant of a center differential gearbox according to the invention for a motor vehicle.
  • This center differential in turn comprises a power input PI for effecting the introduction of the drive power P into the center differential as well as a first power output PO1 and a second power output PO2.
  • the center differential comprises a branching stage embodied as a planetary gear stage G1 for effecting the branching of the drive power P introduced via the power input PI to the two power outputs PO1, PO2, wherein the planetary gear stage G1 is a sun gear S1, a ring gear H1, a planetary carrier C1 and also mounted thereon Planet P1 includes, which engage in the sun gear S1 and the ring gear H1 of this planetary gear stage G1.
  • the power input PI is coupled to the sun gear S1 of the planetary gear G1.
  • the first power output PO1 is coupled to the planet carrier C1
  • the second power output PO2 is coupled to the ring gear H1 via a reversing gear G2.
  • the reversing gear G2 has a central gear S2, which is axially offset from the main gear plane of the power branching planetary gear G2 and thereby arranged coaxially to the rotational axis X of the sun gear S1 of the planetary gear G1.
  • the power input PI comprises a transmission input shaft PI1 which is passed coaxially through the central gear S2 of the reversing gear G2 and rotatably coupled to the sun gear S1 of the planetary gear G1.
  • the reversing gear G2 has a planet carrier C2, which is non-rotatably coupled to the ring gear H1 of the branching gear G1.
  • This planetary carrier C2 carries at least one set of double planets P2i, P2a, these double planets P2i, P2a engaging with each other and being rotatably coupled in opposite directions.
  • one of these double planets Pi a engages in a ring gear H2 of the reversing gear and the other double planet P2i engages radially in the central gear S2 of the reversing gear G2.
  • the central gear S2 switchable with the planet carrier C1 via a locking device LC coupled.
  • a locking device LC coupled.
  • the statements on the variant according to FIG. 3 apply mutatis mutandis.
  • the central gear S2 is formed here in one piece with the output gear S3.
  • the output pinion engages as in the embodiments of Figures 2 and 3 in the Abretesstirnrad P3 which is rotatably coupled to the output shaft PO2.
  • the center differential gear according to the invention is constructed so that the rotational axis of the input shaft PI1 and the output shaft PO1 with each other aligned and also on the transmission axis, ie the axis of rotation of the sun gear S1 of the branching gear G1 lie.
  • the axis of rotation XPO2 of the output shaft PO2 is parallel to the transmission axis X and offset radially to this.
  • the transmission concept according to the invention is suitable both for drive concepts in which the transmission axis X is aligned in the longitudinal direction of a corresponding vehicle, as well as for installation situations in which the transmission axis X is aligned transversely or otherwise employed to the vehicle longitudinal direction.
  • the invention relates to a differential in the design as mutually coupled, rolling planetary gear (so-called. Rolling differential) for use as a center differential.
  • the unit represents a combination of differential and gear stage.
  • the differential may preferably be used in the range of the conventional center differential in vehicles with longitudinally installed engine, if a high gear ratio is required.
  • FIG. 4 shows a variant in which the reversing gear is designed as a planetary stage with planets meshing with one another.
  • the sun gear which can be used at the same time as input gear for the spur gear.
  • a blockage by coupling the sun gear and the planet carrier of the overlay stage is possible.
  • the differential according to the invention is particularly suitable for use in motor vehicles with four-wheel drive or for vehicles with electric axle drives.
  • the center differential according to the invention itself offers in addition to the distribution of torques or for speed compensation a significant translation effect to increase the output torque.
  • the differential gear according to the invention is particularly suitable for drives of vehicles with high overall ratio, eg for off-road Vehicles, construction vehicles, tractors, heavy vehicles and rail vehicles, etc ..

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Abstract

Die Erfindung richtet sich auf ein Mittendifferential für ein Kraftfahrzeug, mit einem Leistungseingang zur Bewerkstelligung der Einleitung der Antriebsleistung in das Mittendifferential, einem ersten Leistungsausgang, einem zweiten Leistungsausgang, und einer als Planetengetriebestufe ausgeführten Verzweigungsstufe zur Bewerkstelligung der Verzweigung der über den Leistungseingang eingeleiteten Antriebsleistung auf die beiden Leistungsausgänge, wobei die Planetengetriebestufe ein Sonnenrad, ein Hohlrad, einen Planetenträger sowie an diesem gelagerte Planeten umfasst, die in das Sonnenrad und das Hohlrad eingreifen dieser Planetengetriebestufe eingreifen, der Leistungseingang mit dem Sonnenrad der Planetengetriebestufe gekoppelt ist, der erste Leistungsausgang mit dem Planetenträger gekoppelt ist, der zweite Leistungsausgang mit dem Hohlrad über ein Wendegetriebe gekoppelt ist, und das Wendegetriebe ein Zentralrad aufweist, das axial zu der die Leistung verzweigenden Planetengetriebestufe versetzt und zur Umlaufachse des Sonnenrades der Planetengetriebestufe gleichachsig angeordnet ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Mittendifferential für ein Kraftfahrzeug Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung richtet sich auf ein für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorge- sehenes Mittendifferential das als solches dazu dient, die über einen Leistungseingang zugeführte Antriebsleistung auf einen ersten und auf einen zweiten Getriebeausgang zu verzweigen, wobei diese Getriebeausgänge die Achs- differentiale von zwei separaten Fahrzeugachsen treiben. Aus US 4,860,612 A ist ein Mittendifferential bekannt. Dieses Mittendifferential umfasst eine Planetengetriebestufe mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad, einem Planetenträger, sowie Planeten die in dem Planetenträger gelagert sind und radial in das Sonnenrad sowie das Hohlrad eingreifen. Bei dieser Planetengetriebestufe wird die über den Leistungseingang zufliesende Antriebsleis- tung zunächst auf den Planetenträger geführt und dann auf das Hohlrad und das Sonnenrad verzweigt. Über das Hohlrad wird der Antrieb einer Fahrzeughinterachse bewerkstelligt, über das Sonnenrad erfolgt der Leistungsabgriff zur Fahrzeugvorderachse. Die jeweilige Fahrzeugachse verfügt wiederum über ein eigenes Achsdifferential das die über das Mittendifferential verzweigte Ant- riebsleistung auf die jeweiligen Radantriebswellen verzweigt. Im Bereich der Planetengetriebestufe des Mittendifferentiales ist eine Lamellenkupplung vorgesehen über welche das Mittendifferential in sich sperrbar ist um den zur Hinterachse führenden Antriebsstrang und den zur Vorderachse führenden Antriebsstrang starr zu koppeln. Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mittendifferential für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, das sich durch einen hohen mechanischen Wirkungs- grad und ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Mittendifferential für ein Kraftfahrzeug, mit:
- einem Leistungseingang zur Bewerkstelligung der Einleitung der Antriebsleistung in das Mittendifferential,
- einem ersten Leistungsausgang,
- einem zweiten Leistungsausgang,
- einer als Planetengetriebestufe ausgeführten Verzweigungsstufe zur Bewerkstelligung der Verzweigung der über den Leistungseingang eingeleiteten Antriebsleistung auf die beiden Leistungsausgänge, wobei
- die Planetengetriebestufe ein Sonnenrad, ein Hohlrad, einen Planetenträger sowie an diesem gelagerte Planeten umfasst, die in das Sonnen- rad und das Hohlrad eingreifen dieser Planetengetriebestufe eingreifen,
- der Leistungseingang mit dem Sonnenrad der Planetengetriebestufe gekoppelt ist,
- der erste Leistungsausgang mit dem Planetenträger gekoppelt ist,
- der zweite Leistungsausgang mit dem Hohlrad über ein Wendegetriebe gekoppelt ist, und
- das Wendegetriebe ein Zentralrad aufweist, das axial zu der die Leistung verzweigenden Planetengetriebestufe versetzt und zur Umlaufachse des Sonnenrades der Planetengetriebestufe gleichachsig angeordnet ist.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein in seinem Aufbau kompaktes Mittendifferential zu schaffen, bei welchem die Leistungsverzweigung auf die angeschlossenen Fahrzeugachsen bei einem hohen Systemwirkungsgrad in Verbindung mit einer gegenüber bekannten Bauformen deutlich höheren System Übersetzung realisiert werden kann.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Mittendifferential derart aufgebaut, dass der Leistungseingang eine Getriebeeingangswelle umfasst, wobei diese Getriebeeingangswelle koaxial durch das Zentralrad des Wendegetriebes hindurchgeführt ist. Zwischen der Getriebeeingangswelle und diesem Zentralzahnrad ist vorzugsweise eine als Wälzlager, insbesondere Nadellager ausgeführte Lageranordnung vorgesehen durch wel- che diese beiden Getriebeglieder gegeneinander radial gestützt werden.
Das Wendegetriebe kann so ausgeführt sein dass dieses ein im Getriebegehäuse stationär drehbar gelagertes, zur Umlaufachse des Sonnenrades radial versetzt angeordnetes Stirnrad umfasst, wobei dann das Zentralrad des Wen- degetriebes mit diesem Stirnrad in Eingriff steht und dieses unter Umkehrung des Drehsinns treibt.
Alternativ zu der vorgenannten Ausführungsform ist es gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung auch möglich, das Wendegetriebe als Planetengetriebe auszuführen, wobei dann das Zentralrad das Sonnenrad dieses Planetengetriebes darstellt. Das Wendegetriebe ist damit letztlich gleich- achsig zu der durch das Sonnenrad der Verzweigungsstufe definierten Getriebeachse angeordnet. Dieses Wendegetriebe kann dan so ausgebildet sein, dass dieses einen Planetenträger umfasst, wobei diese Planetenträger statio- när festgelegt ist.
Das Wendegetriebe ist weiterhin vorzugsweise derart ausgebildet, dass dieses ein zur Sonnenradachse der der Leistungsverzweigung dienenden Planetenstufe koaxiales Hohlrad umfasst.
Weiterhin sind vorzugsweise die der Leistungsverzweigung dienende Planetenstufe und das Wendegetriebe hinsichtlich ihrer Übersetzungswirkung derart aufeinander abgestimmt, dass die Übersetzung vom Sonnenrad auf den Plane- tenträger der der Leistungsverzweigung dienenden Planetenstufe der Übersetzung von jenem Sonnenrad auf den Ausgang des Wendegetriebes entspricht. Hierdurch wird erreicht, dass die Ausgangsdrehzahl am Wendegetriebe und die Ausgangsdrehzahl des Planetenträgers des Verzweigungsgetriebes einan- der entsprechen und diese beiden Systembereiche miteinander drehfest koppelbar sind um erforderlichenfalls die Ausgleichswirkung des Mittendifferentials auszuschalten und das Differential damit zu sperren, d.h. dessen Ausgänge starr zu synchronisieren. Hierzu sind vorzugsweise der Planetenträger des Verzweigungsgetriebes und der Ausgang des Wendegetriebes schaltbar kop- pelbar.
Es ist auch möglich, das Mittengetriebe so zu gestalten, dass das Wendegetriebe einen Planetenträger aufweist der drehfest mit dem Hohlrad des Verzweigungsgetriebes gekoppelt ist, und dass dieser Planetenträger wenigstens einen Satz von Doppelplaneten trägt, wobei diese Doppelplaneten miteinander in Eingriff stehen und damit gegensinnig drehbar gekoppelt sind, und wobei jeweils einer dieser Doppelplaneten in ein Hohlrad des Wendegetriebes und der andere in das Zentralrad des Wendegetriebes eingreift. Bei diesem Getriebeaufbau wird es möglich eine Sperrwirkung herbeizuführen indem das Zent- ralrad schaltbar mit dem Planetenträger des Verzweigungsgetriebes koppelbar ist.
Kurzbeschreibung der Figuren Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
Figur 1 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungemäßen Mittendifferentials für ein Kraftfahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung bei welcher das Wendegetriebe eine Stirnradstufe umfasst; Figur 2 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungemäßen Mittendifferentials für ein Kraftfahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung bei welcher das Wendegetriebe eine Planeten- stufe umfasst;
Figur 3 eine Schemadarstellung eines Mittendifferentials mit einem der zweiten Ausführungsform entsprechenden Grundaufbau mit einer integrierten Sperreinrichtung zur Zwangs- koppelung der beiden Getriebeausgänge;
Figur 4 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungemäßen Mittendifferentials für ein Kraftfahrzeug gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das Wendegetriebe einen Planetenträger mit Doppelplaneten umfasst und bei welchem das Zentralrad des Wendegetriebes schaltbar mit dem Planetenträger des Verzweigungsgetriebes koppelbar ist.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
Die Darstellung nach Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Mittendifferential für ein Kraftfahrzeug. Dieses Mittendifferential umfasst einen Leistungseingang PI zur Bewerkstelligung der Einleitung der Antriebsleistung P in das Mittendifferential sowie einen ersten Leistungsausgang PO1 und einen zweiten Leistungsausgang PO2.
Weiterhin umfasst das Mittendifferential eine als Planetengetriebestufe G1 ausgeführte Verzweigungsstufe zur Bewerkstelligung der Verzweigung der über den Leistungseingang PI eingeleiteten Antriebsleistung P auf die beiden Leistungsausgänge PO1 , PO2, wobei die Planetengetriebestufe G1 ein Sonnenrad S1 , ein Hohlrad H1 , einen Planetenträger C1 , sowie an diesem gela- gerte Planeten P1 umfasst, die in das Sonnenrad S1 und das Hohlrad H1 dieser Planetengetriebestufe G1 eingreifen.
Bei diesem Mittendifferential ist der Leistungseingang PI mit dem Sonnenrad S1 der Planetengetriebestufe G1 gekoppelt. Zudem ist der erste Leistungsausgang PO1 mit dem Planetenträger C1 gekoppelt und der zweite Leistungsausgang PO2 ist mit dem Hohlrad H1 über ein Wendegetriebe G2 gekoppelt. Das Wendegetriebe G2 weist ein Zentralrad S2 auf, das axial zur Hauptverzahnungsebene der die Leistung verzweigenden Planetengetriebestufe G2 versetzt und dabei zur Umlaufachse X des Sonnenrades S1 der Planetengetriebestufe G1 gleichachsig angeordnet ist. Der Leistungseingang PI umfasst eine Getriebeeingangswelle PI1 die koaxial durch das Zentralrad S2 des Wendegetriebes G2 hindurchgeführt und mit dem Sonnenrad S1 der Planetenstufe G1 drehfest gekoppelt ist.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel treibt dass das Zentralrad S2 des Wendegetriebes G2 ein zur Umlaufachse X des Sonnenrades S1 radial versetzt angeordnetes Stirnrad P2. Dieses Stirnrad P2 ist mit einer Ausgangswelle PO2 drehfest gekoppelt. Die Ausgangswelle PO2 ist über eine hier nicht weiter dargestellte Lagereinrichtung in dem ebenfalls nicht dargestellten Getriebegehäuse gelagert.
Das Zentralrad S2 des Wendegetriebes G2 und das Hohlrad H1 der Planetenstufe sind drehfest miteinander gekoppelt. Diese Bauteile können auch durch ein Integralteil bereitgestellt werden, d.h. das Zentralrad S2 und das Hohlrad H1 werden durch eine einstückige Struktur bereitgestellt.
Bei der in Figur 1 dargestellten ersten Variante des erfindungsgemäßen wälzenden Differentiales wird eingangsseitig die Sonne des Überlagerungsgetrie- bes angetrieben. Die Leistung wird auf das Hohlrad und den Planetenträger aufgeteilt, welche sich gegensinnig drehen. Das Wendegetriebe wird durch eine einfache Stirnradstufe gebildet, welche zugleich den benötigten Achsabstand für die Vorderachstriebwelle bereitstellt. Im Gegensatz zu Querdifferen- tialen müssen die Standübersetzungen von Überlagerungsgetriebe und Wendegetriebe nicht aufeinander abgestimmt sein, da auch eine leicht ungleiche Drehmomentaufteilung zwischen der Vorderachse VA und Hinterachse HA regelmäßig zulässig, bzw. sogar gewünscht ist.
In Figur 2 ist eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Mittendifferentiales dargestellt. Auch dieses Mittendifferential umfasst einen Leistungseingang PI zur Bewerkstelligung der Einleitung der Antriebsleistung P in das Mittendifferential sowie einen ersten Leistungsausgang PO1 und einen zweiten Leis- tungsausgang PO2.
Weiterhin umfasst das Mittendifferential wiederum eine als Planetengetriebestufe G1 ausgeführte Verzweigungsstufe zur Bewerkstelligung der Verzweigung der über den Leistungseingang PI eingeleiteten Antriebsleistung P auf die beiden Leistungsausgänge PO1 , PO2, wobei die Planetengetriebestufe G1 ein Sonnenrad S1 , ein Hohlrad H1 , einen Planetenträger C1 , sowie an diesem gelagerte Planeten P1 umfasst, die in das Sonnenrad S1 und das Hohlrad H1 dieser Planetengetriebestufe G1 eingreifen. Der Leistungseingang PI ist mit dem Sonnenrad S1 der Planetengetriebestufe G1 gekoppelt. Zudem ist der erste Leistungsausgang PO1 mit dem Planetenträger C1 gekoppelt und der zweite Leistungsausgang PO2 ist mit dem Hohlrad H1 über ein Wendegetriebe G2 gekoppelt. Das Wendegetriebe G2 weist ein Zentralrad S2 auf, das axial zur Hauptverzahnungsebene der die Leistung ver- zweigenden Planetengetriebestufe G2 versetzt und dabei zur Umlaufachse X des Sonnenrades S1 der Planetengetriebestufe G1 gleichachsig angeordnet ist. Der Leistungseingang PI umfasst eine Getriebeeingangswelle PI1 die koaxial durch das Zentralrad S2 des Wendegetriebes G2 hindurchgeführt und mit dem Sonnenrad S1 der Planetenstufe G1 drehfest gekoppelt ist.
Bei dieser Ausführungsform ist das Wendegetriebe G2 als Planetengetriebe ausgeführt und das Zentralrad S2 stellt das Sonnenrad dieses Planetengetriebes dar. Das Wendegetriebe G2 umfasst einen Planetenträger C2, wobei die- ser Planetenträger C2 stationär festgelegt ist. Das Wendegetriebe G2 umfasst ferner ein zur Sonnenradachse X der der Leistungsverzweigung dienenden Planetenstufe G1 koaxiales Hohlrad H2. Das Zentralrad S2 greift radial von innen her in die Planeten P2 ein. Diese Planeten P2 greifen wiederum radial von innen her in das zweite Hohlrad H2 ein.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind das Sonnenrad S1 und das Zentralrad S2 derart ausgebildet, dass diese im Radialschnitt identische Verzahnungsgeometrien aufweisen. Gleiches gilt entsprechend für die Planetent- räder P1 und P2, sowie wiederum entsprechend für die beiden Hohlräder H1 und H2. Dieses Konzept ermöglicht es, das Mittendifferential mit einem hohen Gleichteilegrad zu realisieren.
An das Wendegetriebe G2 ist eine Stirnradstufe G3 angekoppelt. Diese Stirn- radstufe G3 umfasst ein Abtriebsritzel S3 das gleichachsig zum Zentralrad S2 des Wendegetriebes G2 angeordnet ist. Dieses Abtriebsritzel S3 ist drehfest mit dem Hohlrad H2 des Wendegetriebes G2 gekoppelt und umgreift die Eingangswelle PI1 . Das Abtriebsritzel S3 greift in ein Abtriebszahnrad P3 ein. Dieses ist radial zu Getriebeachse X versetzt angeordnet und drehfest mit der Ausgangswelle PO2 gekoppelt.
Figur 2 zeigt letztlich einen gegenüber der Variante nach Figur 1 etwas komplizierteren Aufbau mit Überlagerungs- und Wendegetriebe in der Ausführung als Planetengetriebe. Vorteil dieser Anordnung ist, dass sich bei Verbindung der Abtriebswellen wie in Figur 3 dargestellt, eine Sperrmöglichkeit ergibt.
In Figur 3 ist eine leicht modifizierte Variante des Mittendifferentiales nach Figur 2 dargestellt. Die Ausführungen zu Figur 2 gelten insoweit sinngemäß. Bei dieser Variante sind die der Leistungsverzweigung dienende Planetenstufe G1 und das Wendegetriebe G2 hinsichtlich ihrer jeweiligen Übersetzungswirkung derart aufeinander abgestimmt, dass die Übersetzung vom Sonnenrad S1 auf den Planetenträger C1 der der Leistungsverzweigung dienenden Planetenstufe G1 exakt der Übersetzung von jenem Sonnenrad S1 auf den Ausgang des Wendegetriebes G2, d.h. auf dessen Hohlrad H2 entspricht.
Das Mittendifferential ist mit einer Sperreinrichtung LC versehen, so dass der Planetenträger C1 des Verzweigungsgetriebes G1 und der Ausgang des Wendegetriebes G2 schaltbar koppelbar sind. Diese Sperreinrichtung LC kann so ausgebildet sein, dass diese eine Koppelungsmuffe umfasst über welche eine Formschlüssige Koppelung dieser beiden Getriebeabschnitte und damit eine Zwangssynchronisierung erreichbar ist. Alternativ hierzu ist es auch möglich, diese Sperreinrichtung als reibschlüssig koppelnde Struktur auszubilden. Die Betätigung dieser Sperreinrichtung LC kann durch extern ansteuerbare Schaltglieder, insbesondere Schaltfinger oder Positioniertriebe erfolgen. Insbesondere bei der Ausgestaltung der Sperreinrichtung LC als reibschlüssig koppelnde Struktur ist es auch möglich, die Sperreinrichtung so auszulegen dass diese ab Überschreitung einer konstruktiv festgelegten Winkelgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den zu koppelnden Getriebeabschnitten wirksam wird. Das maximale Sperrmoment kann auch begrenzt werden, so dass bei Überschreiten eines maximalen Koppelungsmomentes selbst in eingerücktem Zustand ggf. innerhalb der Sperreinrichtung ein Schlupf eintritt.
In Figur 4 ist eine vierte Variante eines erfindungsgemäßen Mittendifferentialgetriebes für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Dieses Mittendifferential wiederum umfasst einen Leistungseingang PI zur Bewerkstelligung der Einleitung der Antriebsleistung P in das Mittendifferential sowie einen ersten Leistungsaus- gang PO1 und einen zweiten Leistungsausgang PO2.
Weiterhin umfasst das Mittendifferential eine als Planetengetriebestufe G1 ausgeführte Verzweigungsstufe zur Bewerkstelligung der Verzweigung der über den Leistungseingang PI eingeleiteten Antriebsleistung P auf die beiden Leistungsausgänge PO1 , PO2, wobei die Planetengetriebestufe G1 ein Sonnenrad S1 , ein Hohlrad H1 , einen Planetenträger C1 , sowie an diesem gelagerte Planeten P1 umfasst, die in das Sonnenrad S1 und das Hohlrad H1 dieser Planetengetriebestufe G1 eingreifen. Bei diesem Mittendifferential ist der Leistungseingang PI mit dem Sonnenrad S1 der Planetengetriebestufe G1 gekoppelt. Zudem ist der erste Leistungsausgang PO1 mit dem Planetenträger C1 gekoppelt und der zweite Leistungs- ausgang PO2 ist mit dem Hohlrad H1 über ein Wendegetriebe G2 gekoppelt. Das Wendegetriebe G2 weist ein Zentralrad S2 auf, das axial zur Hauptverzahnungsebene der die Leistung verzweigenden Planetengetriebestufe G2 versetzt und dabei zur Umlaufachse X des Sonnenrades S1 der Planetengetriebestufe G1 gleichachsig angeordnet ist. Der Leistungseingang PI umfasst eine Getriebeeingangswelle PI1 die koaxial durch das Zentralrad S2 des Wendegetriebes G2 hindurchgeführt und mit dem Sonnenrad S1 der Planetenstufe G1 drehfest gekoppelt ist.
Bei der hier gezeigten, vierten Variante weist das Wendegetriebe G2 einen Planetenträger C2 auf, der drehfest mit dem Hohlrad H1 des Verzweigungsgetriebes G1 gekoppelt ist. Dieser Planetenträger C2 trägt wenigstens einen Satz von Doppelplaneten P2i,P2a, wobei diese Doppelplaneten P2i, P2a miteinander in Eingriff stehen und damit gegensinnig drehbar gekoppelt sind. Jeweils einer dieser Doppelplaneten Pi a greift in ein Hohlrad H2 des Wendegetriebes und der andere Doppelplanet P2i greift radial in das Zentralrad S2 des Wendegetriebes G2 ein.
Weiterhin ist bei dieser Ausführungsform das Zentralrad S2 schaltbar mit dem Planetenträger C1 über eine Sperreinrichtung LC koppelbar. Für diese Sperr- einrichtung LC gelten die Ausführungen zur Variante nach Figur 3 sinngemäß.
Das Zentralrad S2 ist hier einstückig mit dem Abtriebsritzel S3 ausgebildet. Das Abtriebsritzel greift wie bei den Ausführungsformen nach den Figuren 2 und 3 in das Abtriebsstirnrad P3 ein welches drehfest mit der Abtriebswelle PO2 gekoppelt ist.
Das erfindungsgemäße Mittendifferentialgetriebe ist so aufgebaut, das die Rotationsachse der Eingangswelle PI1 und der Abtriebswelle PO1 miteinander fluchten und zudem auf der Getriebeachse, d.h. der Umlaufachse des Sonnenrades S1 des Verzweigungsgetriebes G1 liegen. Die Rotationsachse XPO2 der Abtriebswelle PO2 verläuft parallel zur Getriebeachse X und zu dieser radial versetzt.
Das erfindungsgemäße Getriebekonzept eignet sich sowohl für Antriebskonzepte bei welchen die Getriebeachse X in Längsrichtung eines entsprechenden Fahrzeuges ausgerichtet ist, als auch für Einbausituationen bei welchen die Getriebeachse X quer oder anderweitig angestellt zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet ist.
Die Erfindung betrifft ein Differential in der Bauform als miteinander gekoppelte, wälzende Planetengetriebe (sog. wälzendes Differential) für den Einsatz als Mittendifferential. Die Einheit stellt eine Kombination aus Differential und Über- setzungsstufe dar. Das Differential kann bevorzugt im Bereich des konventionellen Mittendifferentials bei Fahrzeugen mit längs eingebauter Antriebsmaschine verwendet werden, wenn eine hohe Übersetzung gefordert ist.
Figur 4 zeigt insoweit eine Variante bei welcher das Wendegetriebe als Plane- tenstufe mit miteinander kämmenden Planeten ausgeführt ist. Als Abtrieb zur Vorderachse VA dient das Sonnenrad, welches zugleich als Eingangsrad für die Stirnradstufe genutzt werden kann. Weiterhin ist eine Sperrung durch Kopplung des Sonnenrads und des Planetenträgers der Überlagerungsstufe möglich.
Das erfindungsgemäße Differential eignet sich insbesondere für den Einsatz bei Kraftfahrzeugen mit Allradantrieb oder auch für Fahrzeuge mit elektrischen Achsantrieben. Das erfindungsgemäße Mittendifferential selbst bietet neben der Verteilung der Drehmomente bzw. zum Drehzahlausgleich eine signifikante Übersetzungswirkung zur Erhöhung des Ausgangsdrehmomentes.
Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe eignet sich insbesondere für Antriebe von Fahrzeugen mit hoher Gesamtübersetzung, z.B. für geländegängige Fahrzeuge, Baustellenfahrzeuge, Traktoren, Schwerlast- und Schienenfahrzeuge, etc..

Claims

Patentansprüche
1 . Mittendifferential, mit:
- einem Leistungseingang (PI) zur Bewerkstelligung der Einleitung der Antriebsleistung (P) in das Mittendifferential,
- einem ersten Leistungsausgang (PO1 ),
- einem zweiten Leistungsausgang (PO2), und
- einer als Planetengetriebestufe ausgeführten Verzweigungsstufe (G1 ) zur Bewerkstelligung der Verzweigung der über den Leistungseingang (PI) eingeleiteten Antriebsleistung (P) auf die beiden Leistungsausgänge
(PO1 , PO2), wobei
- die Planetengetriebestufe (G1 ) ein Sonnenrad (S1 ), ein Hohlrad (H1 ), einen Planetenträger (C1 ) sowie von diesem getragene Planeten (P1 ) umfasst, die in das Sonnenrad (S1 ) und das Hohlrad (H1 ) eingreifen dieser Planetengetriebestufe (G1 ) eingreifen,
- der Leistungseingang (PI) mit dem Sonnenrad (S1 ) der Planetengetriebestufe (G1 ) gekoppelt ist,
- der erste Leistungsausgang (PO1 ) mit dem Planetenträger (C1 ) gekoppelt ist,
- der zweite Leistungsausgang (PO2) mit dem Hohlrad (H1 ) über ein Wendegetriebe (G2) gekoppelt ist, und
- das Wendegetriebe (G2) ein Zentralrad (S2) aufweist, das axial zu der die Leistung verzweigenden Planetengetriebestufe (G1 ) versetzt und zur Umlaufachse (X) des Sonnenrades (S1 ) der Planetengetriebestufe (G1 ) gleichachsig angeordnet ist.
2. Mittendifferential nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungseingang (PI) eine Getriebeeingangswelle (PI1 ) umfasst und dass diese Getriebeeingangswelle (PI1 ) koaxial durch das Zentralrad (S2) des Wende- getriebes (G2) hindurchgeführt ist.
3. Mittendifferential nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralrad (S2) des Wendegetriebes (G2) ein zur Umlaufachse (X) des Sonnenrades (S1 ) radial versetzt angeordnetes Stirnrad (P2) treibt.
4. Mittendifferential nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wendegetriebe (G2) als Planetengetriebe ausgeführt ist, und dass das Zentralrad (S2) das Sonnenrad dieses Planetengetriebes darstellt.
5. Mittendifferential nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wendegetriebe (G2) einen Planetenträger (C2) umfasst und dass dieser Planetenträger (C2) stationär festgelegt ist.
6. Mittendifferential nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wendegetriebe (G2) ein zur Sonnenradachse (X) der der Leistungsver- zweigung dienenden Planetenstufe (G1 ) koaxiales Hohlrad (H2) umfasst.
7. Mittendifferential nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die der Leistungsverzweigung dienende Planetenstufe (G1 ) und das Wendegetriebe (G2) hinsichtlich ihrer Übersetzungswirkung derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Übersetzung vom Sonnenrad (S1 ) auf den Planetenträger (C1 ) der der Leistungsverzweigung dienenden Planetenstufe (G1 ) der Übersetzung von jenem Sonnenrad (S1 ) auf den Ausgang des Wendegetriebes (G2) entspricht.
8. Mittendifferential nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (C1 ) des Verzweigungsgetriebes und der Ausgang des Wendegetriebes (G2) schaltbar koppelbar sind.
9. Mittendifferential nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wendegetriebe (G2) einen Planetenträger (C2) aufweist der drehfest mit dem Hohlrad (H1 ) des Verzweigungsgetriebes (G1 ) gekoppelt ist, und dass dieser Planetenträger (C2) wenigstens einen Satz von Doppelplaneten (P2i, P2a) trägt, wobei diese Doppelplaneten (P2i, P2a) mi- teinander in Eingriff stehen und damit gegensinnig drehbar gekoppelt sind, und wobei jeweils einer dieser Doppelplaneten (P2a) in ein Hohlrad (H2) des Wendegetriebes und der andere Doppelplanet (P2i) in das Zentralrad (S2) des Wendegetriebes (G2) eingreift.
10. Mittendifferential nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralrad (S2) schaltbar mit dem Planetenträger (C1 ) des Verzweigungsgetriebes (G1 ) koppelbar ist.
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