DIFFERENTIALGETRIEBEEINHEIT FüR KRAFTFAHRZEUGE MIT AKTIVER STEUERUNG DER ANTRIEBSKRAFTVERTEILUNG

Die Erfindung betrifft eine Differentialgetriebeeinheit für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Gehäuse und darin einem Differentialgetriebe, einem überbeziehungsweise Untersetzungsgetriebe und zwei steuerbaren Reibungskupplungen, wobei das Differentialgetriebe aus einem angetriebenen Glied (bei- spielsweise einem Differentialkorb) und einem ersten und zweiten Abtriebs- glie4 beispielsweise den Achswellen, besteht, wobei das über- beziehungsweise Untersetzungsgetriebe nach Maßgabe des Einrückgrades der Reibungskupplungen ein zusätzliches Drehmoment auf das erste beziehungsweise zweite Abtriebsglied übertragt.

Derartige Einheiten erlauben die aktive Steuerung der Antriebskraftverteilung zwischen den beiden Abtriebsgliedern. Diese sind entweder mit einer ersten und zweiten angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeuges oder, vorzugsweise, mit den beiden Rädern einer Achse antriebsverbunden. Das über- bezie- hungsweise Untersetzungsgetriebe bewirkt eine übersetzung ins Schnelle oder ins Langsame, sodass über die gegensinnig steuerbaren Reibungskupplungen auf das jeweilige Abtriebsglied ein zusätzliches Antriebs- oder Bremsmoment ausgeübt werden kann, je nach Fahrsituation. In der Fachwelt wird das als „Torque Vectoring" bezeichnet.

Aus der US 5,370,588 ist eine Differentialgetriebeeinheit bekannt, bei der beiderseits je ein über- beziehungsweise Untersetzungsgetriebe in hohlradloser Bauweise mit Doppelplaneten ausgeführt, und jeweils mit einer Seite einer Kupplung drehfest verbunden ist. Bei dieser Bauart sind die Reibungskupp- lungen schwer zugänglich und deren Aktuatorik ist schwierig unterzubringen. Das über- beziehungsweise Untersetzungsgetriebe ist ein festachsiges Getriebe, dessen Ausgangs- und Eingangsglieder koaxial sind, es kann auch als Koaxialgetriebe bezeichnet werden.

Aus der US 4,973,296 ist eine gattungsgemäße Differentialgetriebeeinheit bekannt, bei der das über- beziehungsweise Untersetzungsgetriebe eine parallel- lachsige Zahnradstufe ist, deren zweite Achse nicht mit der Drehachse der Abtriebsglieder zusammenfällt. Diese Bauweise nimmt als Achsdifferential in Fahrzeuglängsrichtung viel Bauraum in Anspruch, nicht zuletzt, weil die über- beziehungsweise Untersetzung nahe 1:1 ist und beide Zahnräder daher ungefähr gleich groß sind.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Differentialgetriebeeinheit so weiterzubilden, dass sie bei geringstem Bauraum und Verschleiß sehr hohe Kräfte aufnehmen kann. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass das über- beziehungsweise Untersetzungsgetriebe ein mit dem angetriebenen Glied des Differentialgetriebes drehfest verbundenes erstes Glied und ein über je eine Reibungskupplung mit dem jeweiligen Abtriebsglied des Differentialgetriebes drehfest verbundenes zweites Glied aufweist, und dass ein drittes Glied des über- beziehungsweise Untersetzungsgetriebes als Zahnring ausgebildet ist,

der in exzentrischen Lagern geführt ist und der eine Aussenverzahnung und eine Innenverzahnung aufweist. Der Zahnring ist bezüglich der Achse der Abtriebsglieder im Gehäuse exzentrisch gelagert.

So ist beiderseits ein klein bauendes einfaches Koaxialgetriebe als über- be- ziehungs weise Untersetzungsgetriebe in unmittelbarer Nähe der Kupplung vorgesehen, was insgesamt günstige Kraftverläufe ergibt und Bauraum erspart. Der Zahnring umgibt das Sonnenrad exzentrisch, in der Art eines ölför- derringes bei einem Gleitlager historischer Bauart, wobei er diese Wirkung auch tatsächlich ausüben kann. Diese besondere Getriebeform ist zwar an sich

I bekannt, siehe etwa die Patente US 1,619,127 oder US 773,227, nicht aber in Verbindung mit Reibungskupplungen zur Steuerung der Drehmomentverteilung und mit der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabenstellung.

Diese Getriebeform erlaubt es, die für diesen Zweck günstigen übersetzungen auf sehr kleinem Raum zu verwirklichen, aus geometrischen Gründen und weil Innenverzahnungen sehr hohe überdeckungsgrade haben (es sind viele Zähne gleichzeitig im Eingriff, auf die sich die zu übertragenden Kräfte verteilen). Der hohe überdeckungsgrad erlaubt auch eine besonders schmale und damit raumsparende Ausführung der verzahnten Glieder. Die möglichen übersetzungen erlauben eine optimale Auslegung der Reibungskupplung für die entsprechenden Drehzahldifferenzen, was zu deren Schonung beitragt und im Verband mit guter Schmierung/Kühlung diese für dauernden Schlupfbetrieb besonders geeignet macht.

Das über- beziehungsweise Untersetzungsgetriebe ist ein Koaxialgetriebe, dessen erstes Glied entweder ein mit der Aussenverzahnung des dritten Gliedes kämmendes Hohlrad (Anspruch 2) oder ein mit der Innenverzahnung des dritten Gliedes kämmendes Sonnenrad (Anspruch 3) ist. In beiden Fällen sind

hohe überdeckungsgrade des Zahneingriffes und über- beziehungsweise Untersetzungsverhältnisse nahe 1 : 1 gut erzielbar.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der die Aussenlamellen tragende Primärteil der Reibungskupplungen mit dem zweiten Glied des über- bezie- hungsweise Untersetzungsgetriebes und der die Innenlamellen tragende Sekundärteil mit dem jeweiligen Abtriebsglied antriebsverbunden (Anspruch 4). Dabei kann das zweite Glied das Sonennrad oder auch das Hohlrad sein.

Wenn die ganze Differentialgetriebeeinheit in Querrichtung unsymmetrisch sein kann oder muss, kann weitere Raumökonomie erzielt werden, wenn beide Reibungskupplungen auf derselben Seite des Differentialgetriebes angeordnet sind (Anspruch 4), vorzugsweise sind dann deren Primärteile baulich zu einer Glocke vereint (Anspruch 5).

In Weiterbildung der Erfindung ist auf der dem über- beziehungsweise Untersetzungsgetriebe abgewandten Seite des Differentialgetriebes eine Kupplung zur wahlweisen Verbindung eines Abtriebsgliedes des Differentialgetriebes mit dessen angetriebenem Glied angeordnet (Anspruch 6). So kann eine Differentialsperre geschaffen werden, die vorzugsweise auch eine steuerbare Rei- bungskupplung ist (Anspruch 7) .

Für allradgetriebene Kraftfahrzeuge, in dessen Antriebsstrang das Antriebsmoment für eine zweite angetriebene Achse vom Achsdifferential der ersten angetriebenen Achse abgezweigt ist, ist das angetriebene Glied des Achsdiffe- rentials mit einem Abtriebsrad für eine weitere angetriebene Achse antriebsverbunden (Anspruch 8). Bei der besagten Disposition des Antriebsstranges ist es von besonderem Vorteil, das Abtriebsrad zwischen dem Differential und dem über- beziehungsweise Untersetzungsgetriebe anzuordnen. So kommt die

zur zweiten angetriebenen Achse führende Gelenkwelle ungefähr in der

Längsmitte des Kraftfahrzeuges zu liegen.

In Verfeinerung dieser Weiterbildung kann auch das der zweiten angetriebenen Achse zugeteilte Moment mittels einer weiteren (dritten) Reibungskupp- lung gesteuert sein (Anspruch 9). Vorzugsweise ist dann eine Kupplungshälfte der weiteren Kupplung mit dem ersten Glied des über- beziehungsweise Untersetzungsgetriebes baulich vereint (Anspruch 10).

Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Differentialgetriebeeinheit anhand von schematischen Abbildungen diverser Ausfuhrungsformen beschrieben und erläutert. Es stellen dar:

- Fig. 1 : Eine erste Ausfuhrungsform,

- Fig. 2: eine zweite Ausfuhrungsform, - Fig. 3: eine dritte Ausfuhrungsform,

- Fig. 4: eine vierte Ausführungsform.

In Fig. 1 ist das Gehäuse nur angedeutet und mit 1 bezeichnet. Es enthält ein Differentialgetriebe 2, ein über- beziehungsweise Untersetzungsgetriebe 3 und zwei steuerbare Reibungskupplungen 4, 5. Das von einer nicht dargestellten Motor- Getriebeeinheit bereitgestellte Antriebsmoment wird einem Differentialkorb 8, dem angetriebenen Glied des Differentialgetriebes 2, über einen Triebling 9 und ein Tellerrad 10 zugeführt. Bei Queranordnung des Motorgetriebeblockes tritt anstelle des Tellerrades 10 ein Stirnzahnrad. Das Differenti- algetriebe verteilt die Antriebskraft auf zwei koaxiale Abtriebsglieder 11, 12, die mittels Flanschen 11', 12' mit entweder zu den Achsen eines Kraftfahrzeuges führenden Gelenkwellen, oder zu den Rädern einer Achse führenden Achswellen (allesamt nicht dargestellt) verbunden sind.

Das Differentialgetriebe 2 kann im Rahmen der Erfindung von beliebiger Bauart sein, also sowohl ein Kegelraddifferential als auch ein Planetendifferential. Ist es von letzterem Typ, besteht es aus einem mit dem Differentialkorb 8 fest verbundenen Hohlrad 15, einem mit dem zweiten Abtriebsglied 12 drehfest verbundenen Sonnenrad 16 und einem mit den ersten Abtriebsglied 11 drehfest verbundenen Planetenträger, der mit Planetenrädern 18 versehen ist. Um eine symmetrische Momentenverteilung zu erreichen, sind die Planetenräder in bekannter Weise so angeordnet, dass sie paarweise miteinander und je eines mit dem Hohlrad 15 und eines mit dem Sonnenrad 16 kämmen.

Das über- beziehungsweise Untersetzungsgetriebe 3 ist ein Koaxialgetriebe, insbesondere ein Planetengetriebe besonderer Bauart. Es besteht aus einem Hohlrad 20 (in Fig. 1 erstes Glied), einem Sonnenrad 21 (in Fig 1 zweites Glied) und einem Zahnring 22 (in Fig. 1 und 2 drittes Glied). Der Zahnring 22 ist in gehäusefesten bezüglich der Abtriebsglieder 11,12 exzentrischen Lagern 23 geführt und ist ein das Sonnenrad 21 umgebender Ring mit einer Außenverzahnung 24 und einer Innenverzahnung 25. Die Aussenverzahnung 24 kämmt mit dem Hohlrad 20, die Innenverzahnung 25 mit dem Sonnenrad 21. Das Hohlrad 20 ist mit dem Differentialkorb 8 drehfest verbunden und das Sonnenrad 21 mit den Reibungskupplungen 4, 5. Es ist bemerkenswert, dass nur ein über- beziehungsweise Untersetzungsgetriebe 3 vorhanden ist.

Die steuerbaren Reibungskupplungen 4, 5 schließen an der dem Differentialgetriebe 2 abgewandten Seite des über- beziehungsweise Untersetzungsge- triebes 3 an. Beide Reibungskupplungen 4, 5 haben einen gemeinsamen Primärteil 26, er bildet eine Glocke und ist in Fig. 1 mit dem Sonnenrad 21 drehfest verbunden. Von den beiden Sekundärteilen 27, 28, den getrennten Sekundärteilen der beiden Reibungskupplungen 4, 5, ist der erste über den Planeten-

träger 17 des Differentialgetriebes 2 hindurch mit dessen erstem Abtriebsglied

11 antriebsverbunden. Der Sekundärteil 28 der zweiten Kupplung 5 ist direkt mit dem zweiten Abtriebsglied 12 des Differentialgetriebes 2 verbunden; direkt, weil das zweite Abtriebsglied auf derselben Seite wie die Reibungskupplungen 4,5 ist. Für die beiden Reibungskupplungen 4, 5 sind getrennte Aktua- toren 30, 31 vorgesehen. Sie erlauben eine voneinander unabhängige, auch gegensinnige, Ansteuerung der beiden Reibungskupplungen 4, 5.

Auf der anderen Seite des Differentialgetriebes 2 ist eine dritte Reibungskupplung 35 als steuerbare Differentialsperre vorgesehen. Sie besteht aus einem mit dem ersten Abtriebsglied 11 drehfest verbundenen Außenteil 36 und einem mit dem Differentialkorb 8 drehfest verbundenen Innenteil 37. Zur Ansteuerung ist ein Aktuator 38 vorgesehen.

Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. 1 nur dadurch, dass das über- beziehungs- weise Untersetzungsgetriebe 3 anders eingebunden ist. Hier ist das mit dem Differentialkorb 8 verbundene erste Glied das Sonnenrad 121 und das mit dem gemeinsamen Primärteil 26 der Kupplungen 4, 5 drehfest verbundene Sekundärteil das Hohlrad 120. Alles andere ist gleich, weshalb die übrigen Teile auch die Bezugszeichen der Fig. 1 tragen.

In Fig. 3 ist zur Ausführungsform der Fig. 1 ein Abtrieb für eine nicht dargestellte weitere angetriebene Achse hinzugefügt. Als Verbindung zwischen dem Differentialkorb 8 und dem Hohlrad 20 ist eine Hohlwelle 130 eingefugt, auf der ein Abtriebsrad 131 sitzt, welches hier über einen Winkeltrieb 132 An- triebskraft für die weitere Achse abgibt. Dank der Hohlwelle 130 ist das Abtriebsrad 131 zwischen dem Differentialgetriebe 2 und dem über- beziehungsweise Untersetzungsgetriebe 3 angeordnet.

In Fig. 4 ist zur Ausführungsform der Fig. 3 noch eine weitere Reibungskupplung 140 eingefügt. Sie hat den Zweck, auch das der weiteren angetriebenen Achse zufuhrbare Drehmoment zu verstellen. Dazu ist die Hohlwelle 30 vom Differentialkorb 8 bis zum Kupplungsaußenteil 141 geführt, welcher mit dem Hohlrad 20 des über- beziehungsweise Untersetzungsgetriebes 3 fest verbun- den oder wie hier einstückig ist. Der Innenteil 142 der Kupplung 140 ist über eine die Hohlwelle 130 umgebende Hohlwelle 143 mit dem Abtriebsrad 131 verbunden. Der Aktuator für diese weitere Reibungskupplung 140 ist mit 144 bezeichnet.

Bezüglich der konstruktiven Gestaltung der einzelnen Komponenten der beschriebenen Ausführungsformen (insbesondere des Zahnringes 22) wird auf die etwas frühere österreichische Gebrauchsmusteranmeldung Nr. GM 112/2005 bezug genommen.

Die übersetzung des über- beziehungsweise Untersetzungsgetriebes und deren Auslegung kann in einem weiten Bereich den in Frage kommenden fahrdynamischen Anforderungen eines Kraftfahrzeuges angepasst werden. Eine übersetzung bzw Untersetzung der dazu erforderlichen Größenordnung ist dank dessen besonderer Gestaltung bei optimaler Auslegung der Verzahnung bei minimalem Raumbedarf konstruktiv möglich geworden. Am Rande ist zu vermerken, dass die erfmdungsgemäße Differentialgetriebeeinheit auch ohne Antrieb durch entsprechende Ansteuerung der Reibungskupplungen Drehmomente zwischen den beiden Achswellen übertragen kann.