DE102007037676A1

DE102007037676A1 - Differentialgetriebe für Fahrzeuge, insbesondere für Allradfahrzeuge

Info

Publication number: DE102007037676A1
Application number: DE102007037676A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Nehse
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2009-02-12
Also published as: US7857725B2; US20100075796A1; WO2009021587A3; CN101680519A; WO2009021587A2

Abstract

Differentialgetriebe mit - einem Antrieb, insbesondere einem Antriebskegelritzel, - einer linken Abtriebswelle und einer rechten Abtriebswelle, - einem drehbar gelagerten Korb, der von dem Antrieb angetrieben wird und der über ein linkes Überlagerungsgetriebe mit der linken Abtriebswelle und über ein rechtes Überlagerungsgetriebe mit der rechten Abtriebswelle gekoppelt ist, - einem Doppelplanetengetriebe, das . ein an dem Korb angeordnetes Hohlrad aufweist sowie . radial äußere Planetenräder, die mit dem Hohlrad kämmen, . radial innere Planetenräder, die mit den radial äußeren Planetenrädern und mit einem Zahnrad kämmen, das mit einer ersten der beiden Abtriebswellen verbunden ist, und . einen Planetenträger, auf dem die radial inneren und die radial äußeren Planetenräder gelagert sind. Der Planetenträger ist über eine Kupplung mit der zweiten der beiden Abtriebswellen koppelbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Differentialgetriebe für Fahrzeuge, insbesondere für Allradfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Allradfahrzeuge weisen ein Verteilergetriebe auf, welches vom Motor geliefertes Drehmoment auf die Vorderachse und die Hinterachse aufteilt. An jeder der beiden Achsen wird zusätzlich noch ein Achs- bzw. Differentialgetriebe benötigt, welches bei Kurvenfahrten einen Drehzahlausgleich zwischen kurveninneren und kurvenäußeren Rädern ermöglicht. An moderne Allradfahrzeuge wird vielfach die Anforderung gestellt, dass das Drehmoment vollständig variabel auf die Vorder- und Hinterachse aufteilbar ist. Während die Achsgetriebe herkömmlicher Fahrzeuge als „Drehmomentwaage" fungieren, d. h. stets dasselbe Drehmoment auf die beiden Abtriebswellen übertragen, wird insbesondere bei Allradfahrzeugen zunehmend eine individuelle, d. h. der jeweiligen Fahrsituation angepasste Drehmomentverteilung auf die beiden Räder einer Achse verlangt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Differentialgetriebe für Fahrzeuge zu schaffen,

• das eine beliebige Verteilung des eingeleiteten Drehmoments auf die beiden Abtriebsräder ermöglicht,
• das insbesondere für Allradfahrzeuge geeignet ist und eine beliebige Verteilung des vorhandenen Drehmoments auf die Vorder- und Hinterachse ermöglicht und
• das in einen „Overdrive-Modus" schaltbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Differentialgetriebe mit einem Antrieb, der z. B durch ein Antriebskegelritzel gebildet sein kann. Der Antrieb bildet den „Eingang" des Differentialgetriebes. Naturgemäß weist das Differentialgetriebe zwei Ausgänge auf, nämlich eine linke Abtriebswelle und eine rechte Abtriebswelle, sowie einen drehbar gelagerten „Korb", der von dem „Antrieb" angetrieben wird. Der Korb ist über ein linkes „Überlagerungsgetriebe" mit der linken Abtriebswelle und über ein rechtes Überlagerungsgetriebe mit der rechten Abtriebswelle gekoppelt. Im Unterschied zu herkömmlichen Differentialgetrieben weist das Differentialgetriebe ferner ein „Doppelplanetengetriebe" auf. Das Doppelplanetengetriebe wiederum weist ein an dem Korb angeordnetes Hohlrad auf, sowie radial äußere Planetenräder, die mit dem Hohlrad kämmen, radial innere Planetenräder, die mit den radial äußeren Planetenrädern und mit einem Zahnrad kämmen, das mit einer „ersten" der beiden Abtriebswellen verbunden ist und einen Planetenträger, auf dem die radial inneren und die radial äußeren Planetenräder gelagert sind. Der Planetenträger ist drehbar in Bezug auf eine durch die beiden Abtriebswellen gebildete Achse angeordnet.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Planetenträger über eine Kupplung mit der „zweiten" der beiden Abtriebswellen koppelbar ist.
Vorzugsweise ist jedem der beiden Überlagerungsgetriebe jeweils eine Überlagerungsgetriebekupplung zugeordnet, die jeweils dazu vorgesehen ist, den zugeordneten Drehmomentpfad zwischen dem Korb und der zugeordneten Abtriebswelle zu schließen bzw. zu öffnen.
Durch diese insgesamt drei in das Differentialgetriebe integrierten Kupplungen ergeben sich verschiedene Betriebszustände, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
1 ein Differentialgetriebe gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung;
2 ein Allradfahrzeug mit einem Hinterachsgetriebe gemäß 1;
3, 4 schematische Darstellung verschiedener Betriebszuständen des in 1 dargestellten Differentialgetriebes.
1 zeigt ein Differentialgetriebe 1, das in einem Gehäuse 2 untergebracht ist und das einen Getriebeeingang 3 mit einem Kegelritzel 4 sowie eine linke Abtriebswelle 5 und eine rechte Abtriebswelle 6 aufweist. Das Kegelritzel 4 kämmt mit einem Tellerrad 7, das an einem „Korb" 8 angeordnet ist. Der Korb 8 ist drehbar um eine Achse 9 im Gehäuse 2 angeordnet.
Der Korb 8 weist ein Hohlrad 10 auf, das Teil eines Doppelplanetengetriebes 11 ist. Außer dem Hohlrad 10 weist das Doppelplanetengetriebe 11 radial äußere Planetenräder 12 sowie radial innere Planetenräder 13 auf. Die radial äußeren Planetenräder 12 kämmen mit dem Hohlrad 10 und mit den radial inneren Planetenrädern 13. Die radial äußeren Planetenräder 12 und die radial inneren Planetenräder 13 sind drehbar auf einem gemeinsamen Steg bzw. Planetenträger 14 angeordnet. Der Planetenträger 14 wiederum ist drehbar in Bezug auf die Achse 9 im Gehäuse 2 angeordnet. Die radial inneren Planetenräder 13 stehen ferner in Eingriff mit einem Zahnrad 15, das drehfest mit der linken Abtriebswelle 5 verbunden ist.
Darüberhinaus weist das Differentialgetriebe 1 weist ein linkes Überlagerungsgetriebe 16 sowie ein rechtes Überlagerungsgetriebe 17 auf. Das linke Überlagerungsgetriebe 16 weist eine Planetenwelle 18 auf, die drehbar auf einem Steg 19 angeordnet ist, der wiederum drehbar in Bezug auf die Achse 9 im Getriebegehäuse 2 angeordnet ist und mittels einer ersten Kupplung K1 in Bezug auf das Gehäuse 2 festgestellt werden kann. Auf der Planetenwelle 18 sind zwei miteinander drehgekoppelte Zwischenräder 20, 21 drehbar angeordnet. Das Zwischenrad 20 kämmt mit einem Zahnrad 22, das mit dem Korb 8 verbunden ist bzw. das an dem Korb 8 angeordnet ist. Das Zwischenrad 21 kämmt mit einem drehfest mit der Abtriebswelle 5 verbundenen Zahnrad 23.
Das Überlagerungsgetriebe 17 ist „symmetrisch" aufgebaut und weist eine Planetenwelle 24 auf, die auf einem Steg 25 gelagert ist, welche wiederum mittels einer Kupplung K2 in Bezug auf das Gehäuse 2 feststellbar ist. Auf der Planetenwelle 24 sind zwei miteinander drehgekoppelte Zwischenräder 26, 27 angeordnet. Das Zwischenrad 27 kämmt mit einem Zahnrad 28, das mit dem Korb 8 verbunden ist bzw. das an dem Korb 8 angeordnet ist. Das Zwischenrad 26 hingegen kämmt mit einem Zahnrad 29 das drehfest mit der rechten Abtriebswelle 6 verbunden ist.
Die Funktion des Differentialgetriebes 1 wird im Zusammenhang mit den 3, 4 und noch näher erläutert.
2 zeigt ein Allradfahrzeug 30 mit Vorderrädern 31, 32 und Hinterrädern 33, 34. Das Allradfahrzeug 30 wird von einem Verbrennungsmotor 35 mit einem daran angeflanschten Getriebe 36 angetrieben, bei dem es sich bei spielsweise um ein Automatikgetriebe, ein Handschaltgetriebe, ein automatisiertes Handschaltgetriebe o. ä. handeln kann.
An das Getriebe 36 ist ein Verteilergetriebe 37 angeflanscht, das den Getriebeausgang des Getriebes 36 permanent mit einem Vorderachsdifferential 38 koppelt. „Permanent" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Verteilergetriebe 37, z. B. über einen Kettentrieb oder eine Zahnradstufe mit dem Vorderachsdifferential 38 gekoppelt ist und im Drehmomentpfad zwischen dem Verteilergetriebe 36 und den Vorderrädern 31, 32 keine schaltbare Kupplung vorgesehen ist.
Über eine Gelenkwelle 39 ist das Verteilergetriebe 37 mit dem in 1 gezeigten Getriebeeingang 3 des Differentialgetriebes 1 gekoppelt.
Anhand der Tabelle, die in den 3, 4 dargestellt ist, wird die Funktionsweise des in 1 gezeigten Differentialgetriebes 1 näher erläutert.
In einem ersten Betriebszustand sind die beiden Kupplungen K1 und K2 geöffnet und die Kupplung K3 geschlossen. Wie aus der ersten Tabellenzeile der 3 ersichtlich ist, wird ein über den Getriebeeingang 3 in das Differentialgetriebe 1 eingeleitetes Drehmoment gleichmäßig auf die beiden Abtriebswellen 5, 6 verteilt. Das Differentialgetriebe 1 fungiert in diesem Betriebszustand also als Drehmomentwaage, ähnlich wie ein herkömmliches Differentialgetriebe. Ausgehend von einem Zustand, in dem alle drei Kupplungen K1, K2, K3 geöffnet sind, kann bei einem Fahrzeug mit reinem Heckantrieb angefahren werden. Bei einem Fahrzeug mit Allradantrieb wird durch allmähliches Schließen der Kupplung K3 Drehmoment von der Vorderachse an die Hinterachse „abgezweigt".
In der zweiten Tabellenzeile der 3 ist ein Zustand dargestellt, in dem durch teilweises Schließen der Kupplung K1 eine „unsymmetrische" Drehmomentverteilung erreicht wird. In diesem Betriebszustand ist die Kupplung K1 teilweise geschlossen, die Kupplung K2 geöffnet und die Kupplung K3 geschlossen. Von einem über die Eingangswelle 3 eingeleiteten Drehmoment, das z. B. 1.000 Nm beträgt, wird ein Teilmoment von z. B. 200 Nm an das linke Überlagerungsgetriebe 16 abgezweigt. Das verbleibende Drehmoment in Höhe von 800 Nm wird zu gleichen Teilen durch das Doppelplanetengetriebe 11 auf die linke und rechte Abtriebswelle 5 bzw. 6 aufgeteilt. Das Abtriebsmoment der rechten Abtriebswelle 6 ist bei diesem Beispiel somit 400 Nm, wohingegen das Abtriebsmoment der linken Abtriebswelle 5 600 Nm beträgt, da die über das Überlagerungsgetriebe 16 abgezweigten 200 Nm ebenfalls der linken Abtriebswelle 5 zugeführt werden.
Somit kann durch teilweises Schließen der Kupplung K1 gezielt Drehmoment von der rechten Abtriebswelle auf die linke Abtriebswelle „verschoben" werden, was in kritischen Fahrzuständen zur Stabilisierung des Fahrzeugs führt bzw. bei Befahren einer Fahrbahn mit μ-Splitbedingungen die Traktion verbessert.
In der dritten Tabellenzeile der 3 ist die umgekehrte Situation dargestellt, in der die Kupplung K1 geöffnet, die Kupplung K2 teilweise geschlossen und die Kupplung K3 ebenfalls geschlossen ist. Durch teilweises Schließen der Kupplung K2 kann Drehmoment von der linken Abtriebswelle auf die rechte Abtriebswelle 6 „verschoben" werden. Das Funktionsprinzip ist dasselbe wie in der zweiten Tabellenzeile der 3.
Die erste Tabellenzeile der 4 beschreibt einen Zustand, in denen die drei Kupplungen K1, K2, K3 vollständig geöffnet sind. Dies führt dazu, dass über die Hinterräder 33, 34 kein Drehmoment übertragen werden kann. Bei einem Fahrzeug mit Frontantrieb bewirkt das Öffnen aller drei Kupplungen K1, K2, K3 somit, dass das gesamte vom Getriebe 36 gelieferte Drehmoment über das Vorderachsdifferential 38 an die beiden Vorderräder übertragen wird und die beiden Hinterräder 33, 34 „antriebslos" mitlaufen.
Ein Fahrzeug mit Heckantrieb steht in diesem Betriebszustand, d. h. es wird nicht angetrieben.
Die zweite Tabellenzeile der 4 zeigt einen so genannten „Overdrive" Zustand. Im Oberdrive-Zustand sind die beiden Kupplungen K1, K2 geschlossen und die Kupplung K3 geöffnet. Die beiden Überlagerungsgetriebe 16, 17 erzeugen somit eine zusätzliche „Overdrive"-Übersetzung, d. h. eine Übersetzung ins Schnelle.

Claims

Differentialgetriebe (1), mit – einem Antrieb (3), insbesondere einem Antriebskegelritzel (4), – einer linken Abtriebswelle (5) und einer rechten Abtriebswelle (6), – einem drehbar gelagerten Korb (8), der von dem Antrieb (3, 4) angetrieben wird, und der über ein linkes Überlagerungsgetriebe (16) mit der linken Abtriebswelle (5) und über ein rechtes Überlagerungsgetriebe (17) mit der rechten Abtriebswelle (6) gekoppelt ist, – einem Doppelplanetengetriebe (11), das – ein an dem Korb (8) angeordnetes Hohlrad (10) aufweist, sowie – radial äußere Planetenräder (12), die mit dem Hohlrad (8) kämmen, – radial innere Planetenräder (13), die mit den radial äußeren Planetenrädern (12) und mit einem Zahnrad (15) kämmen, das mit einer ersten der beiden Abtriebswellen (5) verbunden ist, und – einen Planetenträger (14), auf dem die radial inneren und die radial äußeren Planetenräder (12, 13) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (14) über eine Kupplung (K3) mit der zweiten der beiden Abtriebswellen (6, 7) koppelbar ist.
Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der beiden Überlagerungsgetriebe (16, 17) jeweils eine Überlagerungsgetriebekupplung (K1, K2) zugeordnet ist, die jeweils dazu vorgesehen ist, den zugeordneten Drehmomentpfad zwischen dem Korb (8) und der zugeordneten Abtriebswelle (5, 6) zu schließen bzw. freizugeben.
Differentialgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der beiden Überlagerungsgetriebe (16, 17) jeweils eine Zwischenwelle (18, 24) mit einem ersten und einem zweiten Zwischenrad (20, 21; 26, 27) aufweist, wobei – die beiden Zwischenräder (20, 21; 26, 27) miteinander drehgekoppelt und drehbar auf der Zwischenwelle (18, 24) angeordnet sind, – das eine Zwischenrad (20, 27) über eine Korbverzahnung (22, 28) mit dem Korb (8) drehgekoppelt ist, – das zweite Zwischenrad (21, 27) über eine Abtriebswellenverzahnung (23, 29) mit einer der beiden Abtriebswellen (5, 6) gekoppelt ist.
Differentialgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (18, 24) eines jeden der beiden Überlagerungsgetriebe (16, 17) jeweils drehbar auf einem Steg (19, 25) angeordnet ist, der wiederum drehbar um eine durch die beiden Abtriebswellen (5, 6) gebildete Achse (9) angeordnet ist, wobei durch Schließen der zugeordneten Überlagerungsgetriebekupplung (K1, K2) der zugeordnete Steg (19, 25) feststellbar ist.
Fahrzeug mit einem Achsgetriebe, das durch ein Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gebildet ist.