DE102005049706A1

DE102005049706A1 - Getriebevorrichtung

Info

Publication number: DE102005049706A1
Application number: DE102005049706A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Rosemeier; Detlef Baasch; Ulrich Mair; Christoph Dr. Pelchen
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2007-04-26
Also published as: US7507178B2; US20070087889A1

Abstract

Es wird eine Getriebevorrichtung (7) mit einem Gehäuse (9), mit einer Getriebeeingangswelle (10) und drei Getriebeausgangswellen (11, 12, 13) mit wenigstens zwei Planetenradsätzen (14, 15) und mit einer zwischen zwei miteinander wirkverbundenen Wellen (14A, 15A) der Planetenradsätze (14, 15) angeordneten Einrichtung (16) zum variablen Verteilen des über die Getriebeeingangswelle (10) anstehenden Drehmomentes zwischen zwei der drei Getriebeausgangswellen (11, 12 und 13) beschrieben. Erfindungsgemäß ist ein Steg (14D) des ersten Planetenradsatzes (14) mit einem Differenzialkäfig (19A) eines Differenzials (19) ausgebildet, welches zur Verteilung des zwei der Getriebeausgangswellen (11, 12) zugeführten Teils des an der Getriebeeingangswelle (10) anstehenden Drehmomentes zwischen diesen beiden Getriebeausgangswellen (11, 12) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.

Aus der DE 103 48 960 A1 ist eine Getriebevorrichtung zum Verteilen eines Antriebsmomentes auf wenigstens zwei Abtriebswellen mit wenigstens zwei wenigstens dreiwelligen Planetensätzen bekannt. Jeweils eine Welle eines Planetensatzes ist mit einer Antriebswelle verbunden. Des Weiteren stellt jeweils eine Welle eines Planetensatzes eine der Abtriebswellen dar und jeweils wenigstens eine weitere Welle eines Planetensatzes ist mit einer Welle eines weiteren Planetensatzes wirkverbunden. Ein betriebszustandsabhängiges Drehmoment einer Welle ist in Abhängigkeit eines Betriebszustandes der jeweils anderen damit wirkverbundenen Welle über die Wirkverbindung derart abstützbar, dass bei Auftreten eines Drehzahlunterschiedes zwischen den Abtriebswellen über die Wirkverbindung ein den Drehzahlunterschied veränderndes Moment an den Planetensätzen anliegt.

Mit der bekannten Getriebevorrichtung besteht die Möglichkeit, ein Antriebsmoment einer Antriebsmaschine eines Antriebsstranges eines Fahrzeugs bedarfsgerecht und betriebszustandsbezogen in Fahrzeuglängsrichtung zwischen zwei Fahrzeugachsen mit einem variierbaren Verteilungsgrad zu verteilen oder in Fahrzeugquerrichtung zwischen den Rädern einer Fahrzeugachse eines Fahrzeuges mit variierbarem Verteilungsgrad zu verteilen.

Die Verwendung der Getriebevorrichtung in einem Allradfahrzeug zum variablen Verteilen eines Drehmomentes in Fahrzeuglängsrichtung zwischen zwei Fahrzeugachsen eines Fahrzeugs erfordert jeweils im Bereich der Fahrzeugachsen Einrichtungen, mittels welchen das jeweils einer Fahrzeugachse zugeführte Drehmoment in Fahrzeugquerrichtung zwischen den beiden Rädern einer Fahrzeugachse verteilbar ist.

Insbesondere beim Einsatz der Getriebevorrichtung in einem front-quer angetriebenen Allradfahrzeug, bei dem die Verteilung des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine zwischen der Fahrzeugvorderachse und der Fahrzeughinterachse frei einstellbar sein soll, liegt aufgrund der Anordnung der als Überlagerungsgetriebe ausgeführten Getriebevorrichtung und eines Achsdifferenzials zum Verteilen des der Fahrzeugvorderachse zugeführten Teils des Antriebsmomentes in Fahrzeugquerrichtung zwischen den Rädern der Fahrzeugquerachse ein großer Bauraumbedarf in einem Fahrzeugbereich vor, in welchem die Antriebsmaschine, ein Schaltgetriebe und die Fahrzeugvorderachse angeordnet sind.

Selbstverständlich stellt sich die gleiche Problematik auch bei einem Allradfahrzeug, bei welchem die Antriebsmaschine gemeinsam mit einem Schaltgetriebe in Fahrzeugquerrichtung im Bereich der Fahrzeughinterachse angeordnet ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Getriebevorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche durch einen im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Getriebevorrichtungen durch einen geringeren Bauraumbedarf gekennzeichnet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Getriebevorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung ist mit einem Gehäuse, mit einer Getriebeeingangswelle und drei Getriebeausgangswellen, mit zwei Planetenradsätzen und mit einer zwischen zwei miteinander wirkverbundenen Wellen der Planetenradsätze angeordneten Einrichtung zum variablen Verteilen des über die Getriebeeingangswelle anstehenden Drehmomentes zwischen zwei der Getriebeausgangswellen ausgeführt.

Erfindungsgemäß ist ein Steg des ersten Planetenradsatzes mit einem Differenzialkäfig eines Differenzials ausgebildet, welches zur Verteilung des zwei der Getriebeausgangswellen zugeführten Teils des an der Getriebeeingangswelle anstehenden Drehmomentes zwischen diesen beiden Getriebeausgangswellen vorgesehen ist.

Damit besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, ein im Bereich einer Fahrzeugachse eines Fahrzeuges vorgesehenes Achsdifferenzial zur Verteilung eines Drehmomentes in Fahrzeugquerrichtung zwischen zwei Rädern einer Fahrzeugachse bauraumgünstig mit der als Überlagerungsgetriebe ausgeführten erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung zu kombinieren und beispielsweise als Modul auszuführen, welches auf einfache Art und Weise während der Herstellung eines Kraftfahrzeuges in einem Montageprozess montierbar ist.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist das Differenzial bzw. das Achsdifferenzial zur Verteilung des einer Fahrzeugachse zugeführten Drehmomentes in Fahrzeugquerrichtung im Gehäuse der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung angeordnet, wodurch eine äußert kompakte Bauform und eine weitere Reduzierung des Bauraumbedarfes erreicht wird, da das Differenzial ohne eigenes Gehäuse ausgeführt werden kann.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei zur Verbesserung der Übersichtlichkeit in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispielen für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Es zeigt:
1 eine stark schematisierte Darstellung eines Antriebsstranges eines Allradfahrzeuges;
2 ein Räderschema einer als Überlagerungsgetriebe ausgeführten erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung, die mit einer als Elektromotor ausgeführten Einrichtung zum variablen Verteilen des über die Getriebeeingangswelle anstehenden Drehmomentes zwischen zwei der Getriebeausgangswellen ausgebildet ist; und
3 ein Räderschema eines zweiten Ausführungsbeispieles einer Getriebevorrichtung eines Allradfahrzeuges gemäß 1, wobei die Einrichtung zum variablen Verteilen des über die Getriebeeingangswelle anstehenden Drehmomentes zwischen zwei der Getriebeausgangswellen als stufenlose Getriebeeinrichtung ausgebildet ist.
1 zeigt ein stark schematisiertes Allradfahrzeug 1 mit zwei Fahrzeugachsen 2, 3, die Teil eines Antriebsstranges 4 des Allradfahrzeugs 1 sind. Der Antriebsstrang 4 umfasst des Weiteren eine Antriebsmaschine bzw. eine Brennkraftmaschine 5, deren nicht näher dargestellte Kurbelwelle in Fahrzeugquerrichtung verlaufend angeordnet ist. Zusätzlich ist der Antriebsstrang 4 mit einem Hauptgetriebe 6 ausgeführt, welches jedes an sich aus der Praxis bekannte Getriebe sein kann und zur Darstellung verschiedener gestuft und/oder stufenlos einstellbarer Übersetzungsstufen vorgesehen ist.
Zwischen dem Hauptgetriebe 6 und den Fahrzeugachsen 2, 3 des Allradfahrzeugs 1, die in bekannter Art und Weise auf jeder Fahrzeugseite mit wenigstens einem Antriebsrad 2A, 2B bzw. 3A, 3B verbunden sind, ist eine als Überlagerungsgetriebe ausgeführte Getriebevorrichtung 7 zum Verteilen des Antriebsmoments der Antriebsmaschine 5 bzw. eines Getriebeausgangsmoments des Hauptgetriebes 6 in Fahrzeuglängsrichtung zwischen den beiden Fahrzeugachsen 2 und 3 angeordnet.
Zusätzlich wird neben der in Fahrzeuglängsrichtung vorgesehenen Verteilung des Getriebeausgangsmoments des Hauptgetriebes 6 im Bereich der Fahrzeugachse 2 der der Fahrzeugachse 2 zugeführte Teil des Getriebeausgangsmoments in Fahrzeugquerrichtung zwischen den beiden Rädern 2A und 2B der Fahrzeugachse 2 verteilt.
Im Gegensatz dazu wird der der Fahrzeugachse 3 zugeführte Anteil des Getriebeausgangsmoments des Hauptgetriebes 6 über eine im Bereich der Fahrzeugachse 3 vorgesehenen Einrichtung 8 zum Ausgleichen von Differenzdrehzahlen zwischen den Rädern 3A und 3B der Fahrzeugachse 3 verteilt. Die Einrichtung 8 ist vorliegend als Querverteilergetriebe bzw. Achsgetriebe ausgeführt, über welches das an der Fahrzeugachse 3 anliegende Antriebsmoment in Fahrzeugquerrichtung zwischen den beiden Rädern 3A und 3B grundsätzlich zu gleichen Teilen verteilt wird.
Dabei ist die Einrichtung 8 als ein an sich bekanntes Querverteilergetriebe bzw. Achsgetriebe ausgeführt, welches die Möglichkeit bietet, die Antriebsräder 3A und 3B der Fahrzeugachse 3 unabhängig voneinander entsprechend den verschiedenen Weglängen der linken bzw. rechten Fahrspur mit unterschiedlichen Drehzahlen anzutreiben, wodurch das Antriebsmoment symmetrisch und somit Giermomentenfrei zwischen den beiden Antriebsrädern der Fahrzeugachse 3 verteilbar ist.
2 zeigt ein Räderschema eines ersten Ausführungsbeispiels der in 1 lediglich schematisiert dargestellten Getriebevorrichtung 7 mit einem Gehäuse 9, mit einer Getriebeeingangswelle 10 und drei Getriebeausgangswellen 11, 12 und 13, mit zwei Planetenradsätzen 14 und 15 und mit einer zwischen zwei miteinander wirkverbundenen Wellen 14A und 15A der Planetenradsätze 14 und 15 angeordneten Einrichtung 16 zum variablen Verteilen des über die Getriebeeingangswelle 10 anstehenden Drehmomentes zwischen den Getriebeeingangswellen 11 und 12 und der Getriebeausgangswelle 13.
Dabei stehen die Getriebeausgangswellen 11 und 12 jeweils mit den Rädern 2A und 2B der vorliegend als Fahrzeugvorderachse ausgeführten Fahrzeugachse 2 in Wirkverbindung. Die dritte Getriebeausgangswelle 13 führt von der Getriebevorrichtung 7 zu der Einrichtung 8 der zweiten Fahrzeugachse 3, die vorliegend die Fahrzeughinterachse ist.
Die Einrichtung 16 zum variablen Verteilen des über die Getriebeeingangswelle 10 anstehenden Drehmomentes ist vorliegend als Elektromotor ausgeführt, der über seine Motorausgangswelle 17 mit einem Planetenrad 18B eines dritten Planetenradsatzes 18 verbunden ist. Der dritte Planetenradsatz 18 ist mit seinem Sonnenrad 18A mit dem Sonnenrad 14A des ersten Planetenradsatzes 14 und mit seinem Hohlrad 18C mit dem Sonnenrad 15A des zweiten Planetenradsatzes 15 fest verbunden. Ein weiteres Planetenrad 18B_1 oder mehrere Planetenräder des dritten Planetenradsatzes 18 ist drehbar am Gehäuse 9 der Getriebevorrichtung 7 gelagert.
Ein Steg 14D des ersten Planetenradsatzes ist mit einem Differenzialkäfig 19A eines Differenzials 19 ausgebildet, welches zur Verteilung des der Getriebeausgangswelle 11 und der Getriebeausgangswelle 12 zugeführten Teils des an der Getriebeeingangswelle 10 anstehenden Drehmomentes zu gleichen Teilen zwischen diesen beiden Getriebeausgangswellen 11 und 12 vorgesehen ist.
Das bedeutet, dass dem Differenzial 19 im Wesentlichen die gleiche Funktionalität wie der Einrichtung 8 zugrunde liegt und damit ebenfalls die Möglichkeit bietet, die Antriebsräder 2A und 2B der Fahrzeugachse 2 unabhängig voneinander entsprechend den verschiedenen Weglängen der linken bzw. rechten Fahrspur mit unterschiedlichen Drehzahlen anzutreiben, wodurch das Antriebsmoment symmetrisch und somit Giermomentenfrei zwischen den beiden Antriebsrädern 2A und 2B der Fahrzeugachse 2 verteilbar ist.
Ein Steg 15D des zweiten Planetenradsatzes 15 ist mit einem Kegelrad 20 ausgebildet, welches mit einem mit der dritten Getriebeausgangswelle 13 verbundenen weiteren Kegelrad 21 kämmt.
Das an der Getriebeeingangswelle 10 anstehende Getriebeausgangsmoment des Hauptgetriebes 6 wird über eine Stimradverzahnung 22 auf ein gemeinsames Hohlrad 23 des ersten Planetenradsatzes 14 und des zweiten Planetenradsatzes 15 geführt. Von dort aus wird das Getriebeausgangsmoment des Hauptgetriebes 6 auf mit dem Hohlrad 23 in Eingriff stehende Planetenräder 14B und 15B geführt, die jeweils auf dem Steg 14D und 15D der Planetenradsätze 14 und 15 drehbar gelagert sind und die beiden Stege 14D und 15D aufgrund ihrer Rollbewegung im Hohlrad 23 antreiben.
Die beiden Stege 14D und 15D der Planetenradsätze 14 und 15 sind wiederum mit den Getriebeausgangswellen 11, 12 bzw. 13 verbunden, so dass das über die Stirnradverzahnung 22, das Hohlrad 23, die Planetenräder 14B und 15B sowie die Stege 14D und 15D geführte Getriebeausgangsmoment des Hauptgetriebes 6 auf die Getriebeausgangswellen 11 bis 13 mit über den Elektromotor 16 eingestellten Verteilungsgraden gelangt.
In unbestromtem Zustand des Elektromotors 16 wird das über die Getriebeeingangswelle 10 eingeleitete Getriebeausgangsmoment des Hauptgetriebes 6 in Abhängigkeit einer Grundverteilung der Getriebevorrichtung 7 zwischen der dritten Getriebeausgangswelle 13 und den beiden Getriebeausgangswellen 11 und 12 verteilt, wobei der Grundverteilungsgrad durch das Verhältnis der Zähneanzahl des Hohlrades 18C zu der Zähneanzahl des Sonnenrades 18A des dritten Planetenradsatzes 18 bestimmt wird. Dieser Grundverteilungsgrad wird in Abhängigkeit von dem elektromotorseitig aufgebrachten Drehmoment mit einem Faktor eines Verhältnisses aus der Zähnezahl des Hohlrades 23 des ersten Planetenradsatzes 14 bzw. des zweiten Planetenradsatzes 15 zu der Zähnezahl der Sonnenräder 14A und 15A der beiden Planetenradsätze 14 und 15 multipliziert und in Richtung eines oberen oder eines unteren Grenzwertes des Verteilungsgrades verschoben.
Die Kombination des Steges 14D des ersten Planetenradsatzes 14 mit dem Differenzialkäfig 19A des Differenzials 19 stellt eine sehr bauraumgünstige konstruktive Lösung der Getriebevorrichtung 7 dar, da das im Wesentlichen ein herkömmliches Achsdifferenzial darstellende Differenzial 19 auf einfache Art und Weise in das Gehäuse 9 der Getriebevorrichtung 7 integrierbar ist und ohne eigenes Gehäuse ausgeführt werden kann. Zusätzlich ist die in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Getriebeausgangswelle 12 auf einfache Art und Weise zentral durch die vorliegend als Hohlwellen ausgeführten Sonnenräder 14A, 15A und 18A der drei Planetenradsätze 14, 15 und 18 führbar, was bei herkömmlichen front-quer bzw. heck-quer angetriebenen Allradfahrzeugen nicht möglich ist, da die üblicherweise getrennte Baugruppen darstellenden Achsgetriebe und Überlagerungsgetriebe während der Montage nicht in der dafür erforderlichen Art und Weise oder nur mit kostenintensiven Maßnahmen zueinander positionierbar sind.
3 zeigt ein Räderschema eines zweiten Ausführungsbeispieles der Getriebevorrichtung 7, welches sich von dem in 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen im Bereich der Einrichtung 16 zum variablen Verteilen des über die Getriebeeingangswelle 10 anstehenden Drehmomentes zwischen der dritten Getriebeausgangswelle 13 und den beiden Getriebeausgangswellen 11 und 12 unterscheidet, da die Einrichtung 16 bei dem in 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Getriebevorrichtung 7 als stufenlose Getriebeeinrichtung ausgebildet ist und die Getriebevorrichtung ohne den dritten Planetenradsatz 18 ausgeführt ist.
Die stufenlose Getriebeeinrichtung ist vorliegend als ein Zugmittelgetriebe, wie beispielsweise ein Umschlingungs-CVT (Continuously Variable Transmission) ausgeführt. Selbstverständlich kann es auch vorgesehen sein, dass die stufenlose Getriebeeinrichtung als ein Kugelvariator, als ein Beiervariator oder dergleichen ausgeführt ist.
Die Integration der stufenlosen Getriebeeinrichtung zwischen die beiden Sonnenräder 14A und 15A der ersten beiden Planetenradsätze bietet die Möglichkeit, einen Verteilungsgrad des Getriebeausgangsmomentes des Hauptgetriebes 6 zwischen der dritten Getriebeausgangswelle 13 und den beiden Getriebeausgangswellen 11 und 12 der Getriebevorrichtung 7 durch eine entsprechende Verstellung der Übersetzung der Getriebeeinrichtung 16 zwischen einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert ausgehend von dem Grundverteilungsgrad der Getriebevorrichtung 7 zu variieren.

1: Allradfahrzeug
2: Fahrzeugachse
3: Fahrzeugachse
4: Antriebsstrang
5: Antriebsmaschine, Brennkraftmaschine
6: Hauptgetriebe
7: Getriebevorrichtung
8: Einrichtung
9: Gehäuse der Getriebevorrichtung
10: Getriebeeingangswelle
11: erste Getriebeausgangswelle
12: zweite Getriebeausgangswelle
13: dritte Getriebeausgangswelle
14: erster Planetenradsatz
14A: Sonnenrad
14B: Planetenrad
14D: Steg
15: zweiter Planetenradsatz
15A: Sonnenrad
15B: Planetenrad
15D: Steg
16: Einrichtung
17: Motorausgangswelle
18: dritter Planetenradsatz
18A: Sonnenrad
18B: Planetenrad
18C: Hohlrad
19: Differenzial
19A: Differenzialkäfig
20: Kegelrad
21: weiteres Kegelrad
22: Stirnradverzahnung
23: Hohlrad

Claims

Getriebevorrichtung (7) mit einem Gehäuse (9), mit einer Getriebeeingangswelle (10) und drei Getriebeausgangswellen (11, 12, 13), mit wenigstens zwei Planetenradsätzen (14, 15) und mit einer zwischen zwei miteinander wirkverbundenen Wellen (14A, 15A) der Planetenradsätze (14, 15) angeordneten Einrichtung (16) zum variablen Verteilen des über die Getriebeeingangswelle (10) anstehenden Drehmomentes zwischen zwei der Getriebeausgangswellen (11, 12 und 13), dadurch gekennzeichnet, dass ein Steg (14D) des ersten Planetenradsatzes (14) mit einem Differenzialkäfig (19A) eines Differenzials (19) ausgebildet ist, welches zur Verteilung des zwei der Getriebeausgangswellen (11, 12) zugeführten Teils des an der Getriebeeingangswelle (10) anstehenden Drehmomentes zwischen diesen beiden Getriebeausgangswellen (11 und 12) vorgesehenen ist.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzial (19) im Gehäuse (9) angeordnet ist.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steg (15D) des zweiten Planetenradsatzes (15) mit einem Kegelrad (20) ausgebildet ist, welches mit einem weiteren mit der dritten Getriebeausgangswelle (13) verbundenen Kegelrad (21) kämmt.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (16) zum variablen Verteilen des an der Getriebeeingangswelle (10) anliegenden Drehmomentes zwischen den Getriebeausgangswellen (11, 12 und 13) zwischen Sonnenrädern (14A, 15A) der Planetenradsätzen (14, 15) angeordnet ist.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (16) als Elektromotor ausgebildet ist und der Verteilungsgrad des Drehmomentes in Abhängigkeit eines von dem Elektromotor (16) abgegebenen Drehmoment variierbar ist.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (16) als stufenlose Getriebeeinrichtung ausgebildet ist und der Verteilungsgrad des Drehmomentes in Abhängigkeit einer Übersetzung der stufenlosen Getriebeeinrichtung (16) variierbar ist.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradsätze (14, 15) mit der gleichen Übersetzung ausgeführt sind.
Verwendung der Getriebevorrichtung (7) gemäß einer der vorstehenden Ansprüche in einem Antriebsstrang (4) eines Allradfahrzeuges (1) mit einer in Fahrzeugquerrichtung angeordneten Antriebsmaschine (5).