Differenzialgetriebe mit regelbarer Sperre

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Differenzialgetriebe mit regelbarer Sperre. Dabei ist das Differenzialgetriebe in eine aus einem ersten Achsteil und einem zweiten Achsteil bestehende Antriebsachse eingebaut. Mit dem ersten Achsteil oder dem zweiten Achsteil wirkt eine Sperrenkupplung zusammen.

Hintergrund der Erfindung

Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2005 007 650 A1 offenbart ein Differenzialgetriebe eines Fahrzeugs. Das Differenzialgetriebe wird dazu verwendet, um ein Antriebsmoment in Fahrzeugquerrichtung zwischen zwei Rädern einer antreibenden Fahrzeugquerachse zu verteilen. Das Antriebsmoment einer Getriebeeingangswelle wird mit einem vordefinierten Verteilungsgrad zwischen zwei jeweils mit der Getriebeeingangswelle wirkverbundenen Getriebeausgangswellen verteilt. Die Getriebeausgangswellen stehen jeweils mit einem der Räder einer Fahrzeugquerachse in Wirkverbindung. Die Getriebeausgangswel- len sind über eine Getriebeeinrichtung miteinander verbunden. Des Weiteren ist die Getriebeeinrichtung derart mit einer ein Drehmoment erzeugenden Antriebswelle verbunden, dass der vordefinierte Verteilungsgrad in Abhängigkeit des Drehmoments der Antriebswelle veränderbar ist.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2004 002 195 A1 offenbart ein Verteilergetriebe mit einer Antriebsmaschine, die mit einer Antriebswelle und zwei Abtriebswellen versehen ist. Zwischen der Antriebswelle und einer der Abtriebswellen ist jeweils ein Schaltelement mit stufenlos variierbarer Übertra- gungsfähigkeit angeordnet. Ein Verteilungsgrad des Antriebsmoments der An- triebsmaschine ist zwischen den beiden Abtriebswellen in Abhängigkeit der jeweils Steuer- und regelbaren Übertragungsfähigkeiten der Schaltelemente einstellbar. Bei dem Kraftschluss zwischen der Antriebswelle und der beiden Abtriebswellen ist derart wenigstens ein Verteilerradsatz mit definierter Übersetzung angeordnet. Das Antriebsmoment ist bei Wirkung des ersten Schaltelements mit einer Übertragungsfähigkeit, bei der über das erste Schaltelement im Wesentlichen kein Drehmoment geführt ist, und im synchronen Zustand des zweiten Schaltelements mit einem mit der Übersetzung des Verteilerradsatzes korrespondierenden Grundverteilungsgrad zwischen den beiden Abtriebswellen verteilbar.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2004 002 187 A1 offenbart ein Getriebe zum Verteilen eines Antriebsmoments auf wenigstens zwei Abtriebswellen mit mindestens zwei wenigstens dreiwelligen Differenzialen. Zwischen einer dritten Welle des zweiten Differenzials und der zweiten Welle des ersten Diffe- renzials sowie zwischen der zweiten Welle und der dritten Welle des zweiten Differenzials ist jeweils ein reibschlüssiges Schaltelement angeordnet, dessen Übertragungsfähigkeit jeweils über eine Aktuatorik einstellbar ist. Das An- triebsmoment ist zwischen den beiden Abtriebswellen in Abhängigkeit der eingestellten Übertragungsfähigkeiten der Kupplung verteilbar. Dazu sind die Übertragungsfähigkeiten der beiden Schaltelemente zwischen einem unteren Grenzwert, bei dem im Wesentlichen kein Drehmoment um die Schaltelemente übertragen wird, und einem oberen Grenzwert, der einem synchronen Zustand der Schaltelemente entspricht und bei dem ein an einem Schaltelement anliegendes Drehmoment vollständig wenigstens annähernd verlustfrei übertragen wird, variierbar.

Diese Sperrdifferenziale werden z. B. im Porsche Cayenne, VW Tuareg oder Ferrari F 430 eingesetzt. Die Sperrdifferenziale finden im PKW oder LKW v. a. zur Erhöhung der Traktion Anwendung. Sowohl im Off-Road-Bereich wie auch auf der Straße dienen Sperren in Differenzialen dazu, den eigentlichen Drehzahlausgleich zwischen den Rädern zu behindern und das übertragbare Dreh- moment einer Achse auszuschöpfen. Geregelte Sperren, die in den meisten Ausführungen als Kupplungen ausgebildet sind, weisen in häufigen konventionellen Differenzialen übersetzungsbedingt meist eine nur geringe Sperrwirkung auf. Umgekehrt müssen verhältnismäßig große Kupplungspakete verwendet werden, um die gewünschte Sperrwirkung erzeugen zu können.

Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist es, ein Differenzialgetriebe zu schaffen, welches eine einfache Konstruktion aufweist und dabei trotzdem eine hohe Verstärkungswirkung der regelbaren Kupplung bzgl. der Sperrwirkung besitzt. Hinzu kommt, dass das Differenzialgetriebe gemäß der Erfindung eine kompakte Bauweise aufweisen soll.

Aufgrund der Erfindung ergibt sich aus der Kombination von Kupplungen mit neuartigen Differenzialen, ggf. auch über weitere Planetengetriebe, die Mög- lichkeit der Erzeugung von Sperrwerten mit kleinen Drehmomenten an der Kupplung. Dies wird v. a. dadurch erreicht, dass man eine geeignete Kopplung der Wellen des Differenzials über diese Kupplung herstellt. Ebenso ist es erfindungsgemäß bedingt, dass man bei dem Aufbau der neuartigen Differenzialgetriebe möglichst wenige Teile verwendet. Insbesondere wird ein Augenmerk darauf gelegt, möglichst wenige Sonderbauteile, wie z. B. Planetenträger, zu verwenden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Differenzialgetriebe aus einer Differenzialeinheit und der Sperrenkupplung aufgebaut ist. In einer ersten Ausführungsform besteht die Differenzialeinheit aus einem Stirnraddifferenzial, das einen Planetenträger mit Doppelplanetenpaar umfasst. Die Differenzialeinheit ist um eine Überlagerungseinheit ergänzt.

Die Planetenlagerung der Überlagerungsstufe ist rotativ fest im Gehäuse ver- ankert. Ebenso ist es möglich, dass die Überlagerungseinheit mit einem Planeten eines der Planetenpaare verbunden ist., bzw. der Planet der Überlagerungsstufe einteilig mit dem Ausgleichsrad des Differenzials verbunden ist. Die Sperrenkupplung wirkt auf die Überlagerungseinheit. Die Differenzialein- heit besitzt eine erste Sonne und eine zweite Sonne. Die erste Sonne ist dabei mit dem ersten Achsteil und die zweite Sonne mit dem zweiten Achsteil verbunden.

Die erste Sonne des Stirnraddifferenzials ist mit dem ersten Achsteil verbunden. Ein Hohlrad der Überlagerungseinheit ist ebenfalls mit dem ersten Achsteil verbunden. Eine zweite Sonne ist mit dem zweiten Achsteil verbunden.

Durch diese erfindungsgemäße Kombination eines Stirnraddifferenzials mit einem Überlagerungsgetriebe und einer Sperrenkupplung erreicht man ein erhöhtes Sperrmoment an den Rädern, die auf den jeweiligen Achsen sitzen. In einer ersten Ausführungsform wird die Kombination mit einem weiteren Planetengetriebe eingesetzt. Das Planetengetriebe besitzt jedoch einen gemeinsa- men Planetenträger mit dem Differenzial. In der anderen Ausführungsform wählt man die Stufung eines Differenzialsplaneten und ein weiteres Sonnenrad. Der Verstärkungsgrad der Kupplung bzgl. der Sperrwirkung beträgt bei diesen Konzepten ungefähr das Dreifache. Dies bedeutet, dass man mit 100 Nm an der Kupplung etwa mit 300 Nm ein Sperrmoment an den Rädern erzeu- gen kann.

In einer weiteren Ausführungsform ist eine Differenzialeinheit als ein Stirnrad- differenzial ausgebildet, bei dem eine erste Sonne mit der ersten Achse verbunden ist. Die Differenzialeinheit umfasst einen bestimmten Planeten, der zum einen mit einem Hohlrad und zum anderen mit einer weiteren Sonne kämmt.

Die Sperrenkupplung ist bei dieser Ausführungsform zwischen der weiteren Sonne und dem Hohlrad eingefügt. Der Antrieb erfolgt bei dieser Ausführungs- form über den Planetenträger. Der Abtrieb erfolgt über das Hohlrad und eine Sonne. Das Differenzialgethebe enthält ferner, wie bereits oben erwähnt, einen gestuften Planeten, mit dessen großem Rad eine weitere Sonne kämmt. Zwischen dieser Sonne und der Hohlradwelle ist die Sperrenkupplung eingefügt. Mit dieser Anordnung lässt sich ebenso ein Verstärkungsgrad von ca. 3 bis 4 erzielen.

In einer weiteren Ausführungsform besteht das Differenzialgetriebe aus einem ersten Planetengetriebe und einem zweiten Planetengetriebe. Das erste Planetengetriebe umfasst eine erste Sonne, einen ersten Planeten und ein erstes Hohlrad. Das zweite Planetengetriebe umfasst eine zweite Sonne, einen zweiten Planeten und ein zweites Hohlrad.

Die Sperrenkupplung ist mit dem ersten Hohlrad verbunden, wobei die Sperrenkupplung auf eine zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse angeordnete Zwischenachse wirkt. Die erste Sonne und die zweite Sonne sind auf der Zwischenachse angebracht.

Bei dieser Ausführungsform werden, wie bereits oben erwähnt, zwei Planetengetriebe der Bauart Sonne - Planet - Hohlrad derart miteinander gekoppelt, dass sich die gewünschte Differenzialfunktionalität ergibt. Keines der beiden Getriebe weist für sich die benötigte Übersetzung für ein Differenzial auf. Dies wird erst durch den geeigneten Zusammenschluss mehrerer Wellen erreicht. Wie bereits oben erwähnt, werden die bei dieser Ausführungsform verwendeten beiden Sonnen an der Zwischenwelle angeschlossen. Diese Zwischenwelle dient als „Momentenwaage" zwischen den beiden Teilgetrieben. Wird diese über eine regelbare Kupplung mit dem Hohlrad verbunden, kann eine große Verstärkungswirkung erzielt werden. Diese Verstärkungswirkung beträgt hier ca. das Siebenfache, d. h. mit 100 Nm an der Kupplung werden 700 Nm als Sperrmoment bewirkt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Differenzialgetriebe aus einem ersten Planetengetriebe und einem zweiten Planetengetriebe aufgebaut, wobei das erste Planetengetriebe eine erste Sonne und einen ersten Planeten umfasst. Das zweite Planetengetriebe umfasst eine zweite Sonne und einen zweiten Planeten. Die erste Sonne ist mit der ersten Achse und die zweite Sonne mit der zweiten Achse verbunden. Der erste Planet des ersten Planetengetriebes kämmt mit dem zweiten Planeten des zweiten Planetengetriebes. Es ist ein Steg vorgesehen, der dem ersten Planetengetriebe und dem zweiten Planetengetriebe gemein ist. Dieser Steg ist nach außen hin nicht angeschlossen. Der Steg ist mit der Sperrenkupplung verbunden, die auf der zweiten Achse sitzt.

Auch bei dieser Ausführungsform werden, wie bei der vorausgehenden Ausführungsform, zwei Planetengetriebe miteinander kombiniert. Der Antrieb erfolgt über ein Hohlrad und der Abtrieb auf die Räder wird durch zwei Sonnenräder bewerkstelligt. Ein Steg ist beiden Getrieben gemeinsam und nach außen hin nicht angeschlossen. Wird der Steg über die Sperrenkupplung mit einer der Sonnen verbunden, kann in etwa ein Verstärkungsgrad um den Faktor 3 erreicht werden.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des

Differenzialgethebes, bei der eine Überlagerungseinheit mit einem Bolzen eines der Planetenpaare kämmt.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungs- form des Differenzialgetriebes, bei der die Überlagerungseinheit mit einem Planeten eines der Planetenpaare verbunden ist. Figur 3 zeigt eine weitere schematische Ausführungsform eines Differenzialgetriebes, bei der die Differenzialeinheit ein Stirnrad ist und wobei eine Sonne mit einer der Achsen verbunden ist. Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Differenzialgetriebes, welches aus einem ersten Planetengetriebe und einem zweiten Planetengetriebe aufgebaut ist.

Figur 5 zeigt zusätzlich eine Ausführungsform des Differenzialgetriebes, das ebenfalls aus einem ersten Planetengetriebe und einem zwei- ten Planetengetriebe aufgebaut ist, wobei beiden Getrieben ein

Steg gemeinsam ist. Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber in den einzelnen Figuren nur Bezugszeichen dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen ledig- lieh Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgestaltet sein kann. Sie stellen keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Differenzialgetriebes 1 mit regelbarer Sperre. Das Differenzialgetriebe ist in eine aus einem ersten Achs- teil 21 und einem zweiten Achsteil 22 bestehende Antriebsachse 20 eingebaut. Das Differenzialgetriebe 1 besteht aus einer Differenzialeinheit 3, die als ausgebildet ist. Die Differenzialeinheit 3 ist ferner mit einer Überlagerungseinheit 17 verbunden. Die Differenzialeinheit 3 besitzt eine erste Sonne 31 , die mit der ersten Achse 21 verbunden ist. Ferner besitzt die Differenzialeinheit 3 eine zweite Sonne 32, die mit dem zweiten Achsteil 22 der Achse 20 verbunden ist. Über einen Antrieb 24 wird die Drehbewegung einer Antriebsmaschine (nicht dargestellt) auf den Planetenträger 12 übertragen. Der Planetenträger 12 um- fasst ein Doppelplanetenpaar 14, das in geeigneter Weise mit der ersten Sonne 31 bzw. zweiten Sonne 32 zusammenwirkt. In der in Fig.1 dargestellten Ausführungsform sind die Wellen 16 und 26 des Doppelplanetenpaares 14 der Differenzialeinheit 3 drehfest mit dem Planetenträger 12 verbunden. Zwischen den Ausgleichs- bzw. Planetenrädern des Stirnraddifferenzial 15 und den Planeten der Überlagerungseinheit 17 besteht keine Verbindung. Die Überlagerungseinheit 17 umfasst ein Hohlrad 18, das ebenfalls mit dem ersten Achsteil 21 verbunden ist. Das Hohlrad 18 wirkt mit der Sperrenkupplung 10 zusammen.

Figur 2 zeigt eine im Vergleich zu Figur 1 eine etwas abgeänderte Ausführungsform des Differenzialgetriebes 1. Hier ist die Überlagerungseinheit 17 etwas anders ausgestaltet. Auch hier wirkt die Sperrenkupplung 10 auf die Überlagerungseinheit 17. Die Überlagerungseinheit 17 besitzt eine Sonne 71 , die mit einem Zahnrad 72 kämmt, welches mit einem Planeten eines der Planetenpaare 14 fest verbunden ist. Auch hier ist die erste Sonne 31 mit dem ersten Achsteil 21 und die zweite Sonne 32 mit dem zweiten Achsteil 22 verbunden. In den in Figur 1 und Figur 2 beschriebenen Ausführungsformen ist es möglich, den dreifachen Verstärkungsgrad der Kupplung bzgl. der Sperrwirkung zu erreichen.

Figur 3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Differenzialgetriebes 1. Über einen Antrieb 24 wird das Stirnraddifferenzial 15 angetrieben. Eine erste Sonne 31 ist mit dem ersten Achsteil 21 verbunden. Mit dem zweiten Achsteil 22 ist ein Hohlrad 18 verbunden. Das Hohlrad 18 kämmt über einen gestuften Plane- ten 19 mit einer weiteren Sonne 32 und der ersten Sonne 31. Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform ist die Sperrenkupplung 10 zwischen dem Hohlrad 18 und der weiteren Sonne 32 vorgesehen.

Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines möglichen Aufbaus eines Differenzialgetriebes 1. In der hier dargestellten Ausführungsform besteht das Differenzialgetriebe 1 aus einem ersten Planetengetriebe 41 und einem zweiten Planetengetriebe 42. Das erste Planetengetriebe 41 besitzt eine erste Sonne 31 , die auf einer Zwischenachse 25 sitzt. Ferner besitzt das erste Planetengetriebe 41 einen ersten Planeten 43. Das zweite Planetengetriebe 42 umfasst eine zweite Sonne 32, die ebenfalls auf der Zwischenachse 25 sitzt. Zusätzlich zur zweiten Sonne 32 ist im zweiten Planetengetriebe 42 auch ein zweiter Planet 44 vorgesehen. Über ein Hohlrad 46 wird die Drehbewegung des Antriebs 24 in das zweite Planetengetriebe 42 geleitet. Die Sperrenkupplung 10 ist mit dem ersten Hohlrad 45 des ersten Planetengetriebes 41 verbunden. Die Sper- renkupplung wirkt auf die zwischen dem ersten Achsteil 21 und dem zweiten Achsteil 22 vorgesehene Zwischenachse 25.

Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Differenzialgetriebes 1. Das Differenzialgetriebe 1 besteht aus einem ersten Planetengetriebe 41 und einem zweiten Planetengetriebe 42. Das erste Planetengetriebe 41 besteht aus einer ersten Sonne 31 und einem ersten Planeten 43. Ebenso besteht das zweite Planetengetriebe 42 aus einer zweiten Sonne 32 und einem zweiten Planeten 44. Die erste Sonne 31 ist mit dem ersten Achsteil 21 verbunden. Ebenso ist die zweite Sonne 32 mit dem zweiten Achsteil 22 verbunden. Ferner sitzt auf dem zweiten Achsteil 22 die Sperrenkupplung 10. Das erste Planetengetriebe 41 und das zweite Planetengetriebe 42 sind dabei derart angeordnet, dass der erste Planet 43 des ersten Planetengetriebes 41 mit dem zweiten Planet 44 des zweiten Planetengetriebes 42 kämmt. Ein Steg 46 ist dem ersten Planetengetriebe 41 und dem zweiten Planetengetriebe 42 gemein. Somit ist das erste Planetengetriebe 41 und das zweite Planetengetriebe 42 nach außen hin durch den Steg 46 abgeschlossen. Der Steg 46 ist ebenfalls mit der Sperrenkupplung 10 verbunden, die, wie bereits erwähnt, auf dem zweiten Achsteil 22 angebracht ist.