DE102019203655A1

DE102019203655A1 - Stirnraddifferentialgetriebe für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102019203655A1
Application number: DE102019203655.4A
Authority: DE
Inventors: Mario Gudlin; Werner Herbert Brandwitte; Marcel Müller
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2020-09-24
Also published as: WO2020187868A1

Abstract

Es wird ein Stirnraddifferentialgetriebe mit einem Antriebsrad und mit zumindest zwei Abtriebswellen (2, 3) zum Antrieb eines Fahrzeuges vorgeschlagen, wobei das Antriebsrad als Planetenradträger (1) ausgeführt ist, an dem zumindest ein erster Planetenrädersatz (4) und ein zumindest zweiter Planetenrädersatz (5) gelagert sind, wobei der erste Planetenrädersatz (4) der ersten Abtriebswelle (2) und der zweite Planetenrädersatz (5) der zweiten Abtriebswelle (3) zugeordnet sind, wobei die erste Abtriebswelle (2) mit einem ersten Sonnenrad (6) und die zweite Abtriebswelle (3) mit einem zweiten Sonnenrad (7) drehfest verbunden sind, wobei ein erstes Planetenrad (8) des ersten Planetenrädersatzes (4) mit dem ersten Sonnenrad (6) und ein erstes Planetenrad (9) des zweiten Planetenrädersatzes (5) mit dem zweiten Sonnenrad (7) in Eingriff bringbar sind, wobei die Anordnungsposition der gemeinsamen Planetenradachse (10) des ersten Planetenrades (8) des ersten Planetenrädersatzes (4) und des ersten Planetenrades (9) des zweiten Planetenrädersatzes (5) derart veränderbar ist, dass der Planetenradträger (1) mit dem ersten Planetenrädersatz (4) und dem zweiten Planetenrädersatz (5) zum Reduzieren von Verlustleistungen von den Sonnenrädern (6, 7) der Abtriebswellen (2, 3) entkoppelbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stirnraddifferentialgetriebe mit einem Antriebsrad und mit zumindest zwei Abtriebswellen zum Antrieb eines Fahrzeuges.
Derartige Stirnraddifferentialgetriebe sind aus der Fahrzeugtechnik allgemein bekannt. Bei dem Stirnraddifferentialgetriebe wird ein Antrieb eines Fahrzeuges unter Ausgleich der unterschiedlichen Raddrehzahlen an den Abtriebswellen realisiert. Aufgrund der Vielzahl von erforderlichen Getriebebauteilen in dem Stirnraddifferentialgetriebe ergibt sich ein unerwünschtes Schleppmoment durch das Mitschleppen der Getriebebauteile und des Antriebes, wenn keine Antriebsleistung auf die Abtriebswellen übertragen werden soll.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Stirnraddifferentialgetriebe vorzuschlagen, welches eine Entkoppelung zwischen Antriebsrad und Abtriebswellen zum Reduzieren der Verlustleistung bzw. des Verlustmoments ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
Somit wird ein Stirnraddifferentialgetriebe mit einem Antriebsrad und mit zumindest zwei Abtriebswellen zum Antrieb eines Fahrzeuges vorgeschlagen. Das Antriebsrad ist als Planetenradträger ausgeführt, an dem zumindest ein erster Planetenrädersatz und zumindest ein zweiter Planetenrädersatz gelagert sind. Der erste Planetenrädersatz ist der ersten Abtriebswelle und der zweite Planetenrädersatz ist der zweiten Abtriebswelle zugeordnet, wobei die erste Abtriebswelle mit einem ersten Sonnenrad und die zweite Abtriebswelle mit einem zweiten Sonnenrad drehfest verbunden sind. Zur Drehmomentübertragung sind das erste Planetenrad des ersten Planetenrädersatzes mit dem ersten Sonnenrad und das erste Planetenrad des zweiten Planetenrädersatzes mit dem zweiten Sonnenrad in Eingriff bringbar. Zum Entkoppeln des Antriebsrades von den Abtriebswellen ist die Anordnungsposition der gemeinsamen Planetenradachse des ersten Planetenrades des ersten Planetenrädersatzes und des ersten Planetenrades des zweiten Planetenrädersatzes derart veränderbar, dass der Planetenradträger mit dem ersten Planetenrädersatz und dem zweiten Planetenrädersatz zum Reduzieren von Verlustleistungen bzw. zum Reduzieren eines Schleppmomentes von den Sonnenrädern der Abtriebswellen entkoppelbar ist.
Durch die Veränderung der Anordnungsposition der zumindest einen gemeinsamen Planetenradachse der ersten Planetenräder der ersten und zweiten Planetenrädersätze wird der Zahneingriff zwischen den ersten Planetenrädern und den Sonnenrädern zum Entkoppeln und zum Reduzieren der Verlustleistung gelöst, sodass eine maximale Schleppmomentreduzierung an den Abtriebswellen realisiert wird. Auf diese Weise wird ein schaltbares erstes Planetenradsatzpaar der ersten und zweiten Planetenrädersätze bei dem vorgeschlagenen Stirnraddifferentialgetriebe zum Ein- bzw. Ausschalten bzw. Koppeln und Entkoppeln eines sich nicht in Betrieb befindlichen Teils des Antriebsstranges eines Fahrzeuges realisiert, um dadurch die Verlustleistung zu reduzieren.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung sieht eine konstruktiv besonders einfache Ausführung vor, dass die gemeinsame Planetenradachse der ersten Planetenräder der ersten und zweiten Planetenrädersätze über eine Verstelleinrichtung oder dergleichen derart verstellbar ist, dass der Zahneingriff zwischen den ersten Planetenrädern und den zugeordneten Sonnenrädern des vorgeschlagenen Stirnraddifferentialgetriebes gelöst werden. Die Verstelleinrichtung kann somit die gemeinsame Planetenradachse der ersten Planetenräder entsprechend verstellen. Es ist denkbar, dass je nach Anwendungsfall mehrere erste Planetenrädersätze und mehrere zweite Planetenrädersätze jeweils den Abtriebswellen zugeordnet sind. In diesem Fall ergeben sich auch mehrere gemeinsame Planetenradachsen für die jeweils ersten Planetenräder der ersten Planetenrädersätze und der zweiten Planetenrädersätze, die jedoch gemeinsam über die vorgesehene Verstelleinrichtung synchron verstellbar sind.
Die konkrete konstruktive Ausführung der Verstelleinrichtung ist auf verschiedene Arten möglich. Eine konstruktiv besonders einfache und kostengünstige Ausführung sieht vor, dass die Verstelleinrichtung eine mit einem Betätigungsabschnitt oder dergleichen verbundene Stellscheibe aufweist. Der Betätigungsabschnitt dient hierbei dazu die erforderliche Drehbewegung zum Verstellen der Stellscheibe zu realisieren, indem beispielsweise der Betätigungsabschnitt mit einer entsprechenden Aktuatorik gekoppelt ist. Die Stellscheibe dient dazu, eine entsprechende Kopplung mit dem Planetenradträger derart zu gewährleisten, dass eine Relativbewegung zwischen dem Planetenradträger und der Stellscheibe realisierbar ist, um die radiale Verstellung der zumindest einen gemeinsamen Planetenradachse der ersten Planetenräder der ersten und zweiten Planetenrädersätze zu gewährleisten. In jedem Fall sind die Stellscheibe und der Betätigungsabschnitt fest miteinander verbunden und beispielsweise drehbar auf den Abtriebswellen gelagert. Beispielsweise können die Stellscheibe und der Betätigungsabschnitt einteilig aber auch mehrteilig ausgeführt sein.
Um die Relativbewegung zwischen dem Planetenradträger und der Verstelleinrichtung zu gewährleisten, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Stellscheibe Führungsnuten oder dergleichen zum Realisieren von Bewegungsbahnen bzw. Kurvenbahnen mit einem ersten Endbereich als erste Verstellposition und mit einem zweiten Endbereich als zweite Verstellposition umfasst, in der die gemeinsame Planetenradachse der ersten Planetenräder der ersten und zweiten Planetenrädersätze geführt ist, sodass eine Relativbewegung zwischen dem Planetenradträger und der Verstelleinrichtung entlang der durch die Führungsnut gebildeten Kurvenbahn zwischen den Verstellpositionen zum radialen Verstellen der Anordnungsposition der gemeinsamen Planetenradachse der ersten Planetenräder der ersten und zweiten Planetenrädersätze realisiert wird.
Um eine ausreichende Führung und Lagerung der gemeinsamen Planetenradachse in dem Planetenradträger zu gewährleisten, kann im Rahmen einer konstruktiv besonders einfach gestalteten Ausführung vorgesehen sein, dass die gemeinsame Planetenradachse als Achswellenschlitten oder dergleichen ausgeführt ist. Der Achswellenschlitten kann an seinen Achsendabschnitten die ersten Planetenräder der der ersten und zweiten Planetenrädersätze zur drehbaren Lagerung aufnehmen, sodass diese jeweils unabhängig voneinander drehbar gelagert sind. Um bei der Verstellbewegung eine entsprechende radial geführte Verschiebung der gemeinsamen Planetenradachse bzw. des Achswellenschlittens zu gewährleisten, kann beispielsweise mittig an dem Achswellenschlitten ein Führungsabschnitt als Gleit- bzw. Nutstein oder dergleichen vorgesehen sein, der in einer zugeordneten radial an dem scheibenförmigen Planetenradträger verlaufenden Führungsausnehmung führbar ist, wobei der Führungsabschnitt mit einem Führungselement als Führungsnase oder dergleichen in der Führungsnut der Stellscheibe geführt ist.
Im Rahmen einer vereinfachten Ausführung ist es auch denkbar, dass das Führungselement des Achswellenschlittens bzw. der gemeinsamen Planetenradachse quasi ein Achsendabschnitt des Achswellenschlittens ist, der dann in der Führungsnut der Stellscheibe geführt ist. Hierdurch wird ein besonders konstruktiv einfach aufgebauter Achswellenschlitten ohne separates Führungselement ermöglicht.
Zum Realisieren der Verstellbewegung der Stellscheibe ist vorgesehen, dass der Betätigungsabschnitt mit der Stellscheibe relativ zum Planetenradträger drehbar gelagert ist. Die Verstellbewegung wird über den Betätigungsabschnitt realisiert, indem diesem zumindest eine Aktuatorik oder dergleichen zugeordnet bzw. mit dem Betätigungsabschnitt gekoppelt ist. Denkbar sind verschiedene Möglichkeiten zum Realisieren der Aktuatorik. Beispielsweise kann die Aktuatorik zumindest einen Verstellmotor umfassen, der direkt oder auch über ein Getriebe bzw. Getriebestufen oder dergleichen mit dem Betätigungsabschnitt gekoppelt ist. Der Verstellmotor kann die entsprechende Verdrehung der Verstellscheibe in ihre erste oder in ihre zweite Verstellpositionen realisieren. Eine Aktuatorik ohne Verstellmotor kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass zumindest ein Federelement oder dergleichen als Energiespeicher zum Vorspannen des Betätigungsabschnittes und eine Bremseinrichtung zum gehäuseseitigen Festsetzen des Betätigungsabschnittes vorgesehen ist. Auf diese Weise kann die Drehbewegung des Planetenradträgers ausgenutzt werden, um die erste Verstellposition einzunehmen. Zum Erreichen der zweiten Verstellposition kann beispielsweise die Drehbewegung des Planetenradträgers zum Vorspannen des Federelements genutzt werden, um dann bei Bedarf die zweite Verstellposition einzunehmen, wobei die Bremseinrichtung jeweils die Verstellpositionen hält bzw. das Aufbringen der Vorspannkraft ermöglicht.
Es ist auch denkbar, dass als Aktuatorik ein axialer Verstellmechanismus oder dergleichen an dem Betätigungsabschnitt vorgesehen ist, der in einer ersten Betätigungsposition den Betätigungsabschnitt mit einer der Abtriebswellen verbindet, um die Stellscheibe relativ zum Planetenradträger in ihre erste Verstellposition zu verdrehen, und in einer zweiten Betätigungsposition den Betätigungsabschnitt gehäusefest setzt, um die Stellscheibe relativ zum Planetenradträger in ihre zweite Verstellposition zu verdrehen. Dem Verstellmechanismus kann ein Linearmotor, ein Schneckengetriebe oder ein Hydraulikzylinder oder dergleichen zugeordnet sein, um die Betätigungsposition zu erreichen, wobei hierbei in vorteilhafter Weise nur ein geringer Stellweg von nur 0,5 mm oder dergleichen benötigt wird.
Bei dem vorgeschlagenen Stirnraddifferentialgetriebe sind verschiedene Anordnungspositionen der Stellscheibe denkbar. Beispielsweise kann die Stellscheibe bauraumsparend axial gesehen zwischen dem ersten Planetenrädersatz und dem zweiten Planetenrädersatz quasi radial innerhalb des etwa scheibenförmig ausgeführten Planetenradträgers angeordnet werden. Eine andere Ausführung kann vorsehen, dass die Stellscheibe axial gesehen vor dem ersten Planetenrädersatz und dem zweiten Planetenrädersatz angeordnet ist und somit neben bzw. außerhalb des Planetenradträgers platziert ist. Auf diese Weise ist die Stellscheibe seitlich neben dem Stirnraddifferentialgetriebe angeordnet, wodurch die Betätigung der Stellscheibe vereinfacht wird.
Der konstruktive Aufbau der an dem Planetenradträger gelagerten Planetenrädersätze ist auf verschiedene Arten realisierbar. Der Aufbau des ersten bzw. der ersten Planetenrädersätze und des zweiten bzw. der zweiten Planetenrädersätze ist aufgrund der Funktionsweise des Stirnraddifferentialgetriebes unterschiedlich. Jeder erste Planetenrädersatz weist ein erstes Planetenrad, ein Drehrichtungsumkehrplanetenrad und ein Durchtriebplanetenrad auf. Das erste Planetenrad ist quasi das mobile bzw. radial verstellbare Planetenrad, um den Eingriff mit dem Sonnenrad zu lösen. Das Drehrichtungsumkehrplanetenrad dient der Drehrichtungsumkehr, um die korrekte Drehrichtung an der zugeordneten Abtriebswelle zu realisieren. Das Durchtriebplanetenrad dient dazu das Drehmoment durch den Planetenradträger auf das korrespondierende Durchtriebplanetenrad der zweiten Planetenrädersätze durchzuleiten. Bei den ersten Planetenrädersätzen ist das erste Planetenrad über das Drehrichtungsumkehrplanetenrad mit dem Durchtriebplanetenrad gekoppelt, wobei das Durchtriebplanetenrad zur Synchronisierung der Drehbewegung der verschiedenen Planetenrädersätze mit einem Synchronrad in Eingriff steht. Als Synchronrad dient ein Hohlrad, welches drehbar innerhalb des Planetenradträgers gelagert ist. Der Aufbau der zweiten Planetenrädersätze sieht vor, dass das erste bzw. mobile Planetenrad jedes zweiten Planentenrädersatzes direkt mit dem Durchtriebplanetenrad gekoppelt bzw. in Eingriff steht.
Um die Drehmomentübertragung zwischen den beiden Durchtriebplanetenrädern der ersten Planetenrädersätze und der zweiten Planetenrädersätze zu realisieren, ist vorgesehen, dass das Durchtriebplanetenrad der ersten Planetenrädersätze und das Durchtriebplanetenrad der zweiten Planetenrädersätze drehfest an einer gemeinsamen Durchtriebwelle oder dergleichen angeordnet sind, wobei die Durchtriebwelle drehbar in dem Planetenradträger gelagert ist. Auf diese Weise können die drehfest mit der Durchtriebwelle verbundenen Durchtriebplaneten synchron gedreht werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

1 eine dreidimensionale Ansicht einer ersten Seite eines erfindungsgemäßen Stirnradifferentialgetriebes mit axial zwischen den Planetenrädersätzen angeordneter Stellscheibe im gekoppelten Zustand;
1A eine Draufsicht auf die erste Seite des Stirnraddifferentialgetriebes gemäß 1;
2 eine dreidimensionale Ansicht einer zweiten Seite des Stirnraddifferentialgetriebes mit axial zwischen den Planetenrädersätzen angeordneter Stellscheibe im gekoppelten Zustand;
2A eine Draufsicht auf die zweite Seite des Stirnraddifferentialgetriebes gemäß 2;
2B eine weitere dreidimensionale Ansicht des erfindungsgemäßen Stirnraddifferentialgetriebes gemäß 2;
3 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie gemäß 1 des Stirnraddifferentialgetriebes mit einem axialen Verstellmechanismus als Aktuatorik;
4 eine dreidimensionale Ansicht der ersten Seite des Stirnraddifferentialgetriebes im entkoppelten Zustand;
5 eine dreidimensionale Ansicht der zweiten Seite des Stirnraddifferentialgetriebes im entkoppelten Zustand;
6 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie gemäß 4 des Stirnraddifferentialgetriebes mit einem axialen Verstellmechanismus als Aktuatorik;
7 eine dreidimensionale Ansicht der ersten Seite des Stirnraddifferentialgetriebes mit einer axial gesehen neben den Planetenrädersätzen angeordneten Stellscheibe im gekoppelten Zustand;
8 eine dreidimensionale Ansicht der zweiten Seite des Stirnraddifferentialgetriebes im gekoppelten Zustand;
9 eine dreidimensionale Ansicht der ersten Seite des Stirnradifferentialgetriebes im entkoppelten Zustand;
10 eine dreidimensionale Ansicht der zweiten Seite des Stirnradifferentialgetriebes im entkoppelten Zustand;
11 eine Schnittansicht des Stirnraddifferentialgetriebes mit seitlich angeordneter Stellscheibe und einer Aktuatorik mit einer gehäusefesten Bremse und einem Federelement;
12 eine Schnittansicht des Stirnraddifferentialgetriebes mit seitlich angeordneter Stellscheibe und einem Verstellmotor als Direktantrieb;
13 eine Schnittansicht des Stirnraddifferentialgetriebes mit seitlich angeordneter Stellscheibe und einem über ein Getriebe angebundenen Verstellmotor;
14 eine dreidimensionale Einzelteilansicht einer gemeinsamen Planetenradachse als Achswellenschlitten des erfindungsgemäßen Stirnraddifferentialgetriebes;
15 eine dreidimensionale Einzelteilansicht einer Durchtriebwelle des erfindungsgemäßen Stirnraddifferentialgetriebes;
16 eine dreidimensionale Einzelteilansicht einer Verstelleinrichtung des Stirnraddifferentialgetriebes; und
17 eine Draufsicht auf eine Stellscheibe der Verstelleinrichtung des Stirnraddifferentialgetriebes.

In den 1 bis 17 sind verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferentialgetriebes beispielhaft dargestellt. Unabhängig von den möglichen Ausführungen des Stirnraddifferentialgetriebes ist ein als Planetenradträger 1 ausgeführtes Antriebsrad und eine erste Abtriebswelle 2 sowie eine zweite Abtriebswelle 3 zum Antrieb eines Fahrzeuges vorgesehen. An dem Planetenradträger 1 ist eine Außenverzahnung 35 zum Antrieb vorgesehen.
Beispielhaft sind drei erste Planetenrädersätze 4 und drei zweite Planetenrädersätze 5 an den beiden Seiten des scheibenförmigen Planetenradträgers 1 gelagert, wobei die Planeten bzw. Räder der Planetenrädersätze 4, 5 als Stirnräder ausgeführt sind. Die ersten Planetenrädersätze 4 sind der ersten Abtriebswelle 2 und die zweiten Planetenrädersätze 5 sind der zweiten Abtriebswelle 3 zugeordnet. Die erste Abtriebswelle 2 ist mit einem ersten Sonnenrad 6 und die zweite Abtriebswelle 3 ist mit einem zweiten Sonnenrad 7 drehfest verbunden, wobei jeweils die ersten Planetenräder 8 der ersten Planetenrädersätze 4 mit dem ersten Sonnenrad 6 und jeweils die ersten Planetenräder 9 der zweiten Planetenrädersätze 5 mit dem zweiten Sonnenrad 7 in Eingriff bringbar sind.
Jeweils gemeinsame Planetenradachsen 10 der ersten Planetenräder 8 der ersten Planetenrädersätze 4 und der ersten Planetenräder 9 der zweiten Planetenrädersätze 5 sind bezüglich ihrer Anordnungsposition derart veränderbar, dass der Planetenradträger 1 mit den ersten Planetenrädersätzen 4 und den zweiten Planetenrädersätzen 5 zum Reduzieren von Verlustleistungen von den Sonnenrädern 6, 7 der Abtriebswellen 2, 3 entkoppelbar ist. Zum Verstellen der gemeinsamen Planetenradachsen 10 der ersten Planetenräder 8 der ersten Planetenrädersätze 4 und der ersten Planetenräder 9 der zweiten Planetenrädersätze 5 ist eine Verstelleinrichtung vorgesehen, sodass der Zahneingriff zwischen den ersten Planetenrädern 8 der ersten Planetenrädersätze 4 und den ersten Planetenrädern 9 der zweiten Planetenrädersätze 5 und den zugeordneten Sonnenrädern 6, 7 lösbar ist. Die Verstelleinrichtung umfasst ein mit einem Betätigungsabschnitt 11 verbundene Stellscheibe 12.
In den 1 bis 6 ist eine mögliche Ausführungsvariante des Stirnraddifferentialgetriebes dargestellt, bei der die Stellscheibe 12 radial in dem Planetenradträger 1 und axial gesehen zwischen den ersten Planetenrädersätzen 4 und den zweiten Planetenrädersätzen 5 angeordnet ist.
In den 7 bis 13 ist eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Stirnraddifferentialgetriebes dargestellt, bei der die Stellscheibe 12 beispielhaft seitlich, also axial gesehen neben dem Planetenradträger 1 und den ersten und zweiten Planetenrädersätzen 4, 5 angeordnet ist.
In 1 ist eine dreidimensionale Seitenansicht des Stirnraddifferentialgetriebes dargestellt, aus der die drei ersten Planetenrädersätze 4 ersichtlich sind, die an der ersten Seite des Planetenradträgers 1 angeordnet bzw. gelagert sind, während 1A eine Draufsicht auf die erste Seite des Planetenradträgers 1 mit lediglich einem dargestellten ersten Planetenrädersatz 4 zeigt.
Aus diesen Ansichten wird deutlich, dass das mit der ersten Abtriebswelle 1 drehfest verbundene erste Sonnenrad 6 mit jeweils den ersten Planetenrädern 8 der ersten Planetenrädersätze 4 in Eingriff steht. Die ersten Planetenräder 8 der ersten Planetenrädersätze 4 stehen zudem jeweils mit einem Drehrichtungsumkehrplanetenrad 13 in Eingriff, welches jeweils mit einem Durchtriebplanetenrad 14 der ersten Planetenrädersätze 4 in Eingriff steht. Jedes Durchtriebplanetenrad 14 steht wiederum mit einem Hohlrad 15 als Synchronrad zum Synchronisieren der ersten und zweiten Planetenradsätze 4, 5 in Eingriff.
In den 2, 2A, 2B ist die zweite Seite des scheibenförmigen Planetenradträgers 1 des Stirnraddifferentialgetriebes anhand von dreidimensionalen Ansichten und einer Draufsicht dargestellt. In diesen Ansichten sind die drei zweiten Planetenrädersätze 5 dargestellt, wobei in 2A lediglich ein zweiter Planetenrädersatz 5 beispielhaft gezeigt ist. Wie aus den Figuren zu erkennen ist, stehen die ersten Planetenräder 9 der zweiten Planetenrädersätze 5 mit dem zweiten Sonnenrad 7 in Eingriff, welches drehfest mit der zweiten Abtriebswelle 3 verbunden ist. Die ersten Planetenräder 9 der zweiten Planetenrädersätze 5 stehen mit einem Durchtriebplanetenrad 16 der zweiten Planetenrädersätze 5 in Eingriff.
Die Durchtriebplanetenräder 14 der ersten Planetenrädersätze 4 und die Durchtriebplanetenräder 16 der zweiten Planetenrädersätze 5 sind jeweils drehfest an einer zugeordneten gemeinsamen Durchtriebwelle 17 angeordnet, wobei die Durchtriebwellen 17 jeweils drehbar in dem Planetenradträger 1 gelagert sind. Zur drehfesten Lagerung der Durchtriebplanetenräder 14 der ersten Planetenrädersätze 4 und der Durchtriebplanetenräder 16 der zweiten Planetenrädersätze 5 sind jeweils Vierkantendabschnitte 18, 19 an den Durchtriebwellen 17 angeordnet. Die Vierkantendabschnitte 18, 19 sind durch einen Lagerabschnitt 20 zur drehbaren Lagerung der Durchtriebwellen 17 in dem Planetenradträger 1 voneinander getrennt. Eine beispielhafte Einzelteilansicht einer Durchtriebwelle 17 ist in 15 dargestellt.
Die Verstellbarkeit bzw. die Veränderung der Anordnungsposition der gemeinsamen Planetenradachsen 10 der ersten Planetenräder 8 der ersten Planetenrädersätze 4 und der ersten Planetenräder 9 der zweiten Planetenrädersätze 5 wird, wie bereits beschrieben, durch die Verstelleinrichtung mit der mit dem Betätigungsabschnitt 11 verbundenen Stellscheibe 12 realisiert.
Eine Einzelteilansicht der Verstelleinrichtung ist in 16 gezeigt, wobei in 17 eine Einzelteilansicht der Stellscheibe 12 dargestellt ist. Unabhängig davon, wo die Stellscheibe 12 in dem Stirnraddifferentialgetriebe angeordnet ist, umfasst diese zumindest eine Führungsnut 21 mit einem ersten Endbereich als erste Verstellposition und einem zweiten Endbereich als zweite Verstellposition. Da das Stirnraddifferentialgetriebe in den Figuren beispielhaft mit jeweils drei ersten und zweiten Planetenrädersätzen 4, 5 ausgeführt ist, sind in der Stellscheibe 12 drei Führungsnuten 21 vorgesehen, in denen jeweils eine gemeinsame Planetenradachse 10 als Achswellenschlitten mit den ersten Planetenrädern 8 der ersten Planetenrädersätze 4 und den ersten Planetenrädern 9 der zweiten Planetenrädersätze 5 geführt ist. Die gemeinsame Planetenradachse 10 als Achsschlitten ist als Einzelteilansicht beispielhaft in 14 dargestellt.
Der Achswellenschlitten 10 umfasst an seinen Achsendabschnitten 22, 23 einerseits die ersten Planetenräder 8 der ersten Planetenrädersätze 4 und andererseits die ersten Planetenräder 9 der zweiten Planetenrädersätze 5, sodass die ersten Planetenräder 8, 9 drehbar auf den zugeordneten Achsabschnitten 22, 23 gelagert sind. Die Planetenradachse bzw. der Achswellenschlitten 10 weist mittig einen Führungsabschnitt 24 in der Art eines Nutsteins oder dergleichen auf, der in einer zugeordneten radial an dem scheibenförmigen Planetenradträger 1 verlaufenden Führungsausnehmung 25 führbar ist. Auf diese Weise ist der Führungsabschnitt je nach Relativbewegung zwischen Stellscheibe 12 und Planetenradträger 1 radial geführt. An jeder Planetenradachse bzw. an jedem Achswellenschlitten 10 ist bei den gezeigten Ausführungsvarianten der Führungsabschnitt 24 mit einem Führungselement 26 quasi als Führungsnase oder dergleichen in der zugeordneten Führungsnut 21 der Stellscheibe 12 geführt, sodass die Verstellbewegung auf die gemeinsame Planetenradachse 10 übertragen wird, sodass die ersten Planetenräder 8, 9 der ersten und zweiten Planetenrädersätze 4, 5 radial verstellbar ist, wodurch die ersten Planetenräder 8, 9 aus dem jeweiligen Zahneingriff der zugeordneten Sonnenräder 6, 7 gebracht werden, um das Stirnraddifferentialgetriebe zu entkoppeln und dadurch die Verlustleistung zu reduzieren.
Der gekoppelte Zustand der ersten Planetenräder 8, 9 der ersten und zweiten Planetenrädersätze 4, 5 ist beispielhaft in den 1 bis 3 gezeigt, wobei in 3 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie gemäß 1 gezeigt ist.
Der entkoppelte Zustand der ersten Planetenräder 8, 9 der ersten und zweiten Planetenrädersätze 4, 5 ist beispielhaft in den 4 bis 6 gezeigt, wobei 6 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie gemäß 4 zeigt.
In den 7 und 8 ist wiederum der gekoppelte Zustand der ersten Planetenräder 8, 9 der ersten und zweiten Planetenrädersätze 4, 5 gezeigt, wobei bei diesen Darstellungen die Stellscheibe in der Seitenansicht sichtbar ist, da sich diese außerhalb des Planetenradträgers 1 axial gesehen vor den Planetenrädersätzen 4, 5 befindet. Demzufolge ist auch das Führungselement 26 der gemeinsamen Planetenradachse bzw. des gemeinsamen Achsschlittens 10 jeweils in den zugeordneten Führungsnuten 21 der Stellscheibe 12 sichtbar. Das jeweilige Führungselement 26 befindet sich an einem ersten Endbereich der jeweiligen Führungsnut 21, der dem gekoppelten Zustand entspricht.
In den 9 und 10 sind entsprechend der entkoppelte Zustand der ersten Planetenräder 8, 9 der ersten und zweiten Planetenrädersätze 4, 5 gezeigt, wobei aus den Darstellungen gemäß 10 ersichtlich ist, dass sich nun das Führungselement 26 des Achswellenschlittens 10 bzw. der gemeinsamen Planetenradachse am zweiten Endbereich jeder Führungsnut 21 der Stellscheibe 12 befindet. Diese Position entspricht dem entkoppelten Zustand des Stirnraddifferentialgetriebes.
In den 11 bis 13 sind verschiedene Aktuierung der Verstelleinrichtung dargestellt, wobei lediglich beispielhaft diese verschiedenen Aktuierungsmöglichkeiten bei der Ausführung des Stirnraddifferentialgetriebes gezeigt sind, bei der die Stellscheibe 12 außerhalb des Planetenradträgers 1, also axial vor dem Planetenradträger 1 angeordnet ist. Diese Aktuierungsmöglichkeiten sind jedoch ebenso bei der anderen Ausführung einsetzbar, bei der die Stellscheibe 12 quasi radial innerhalb des Planetenradträgers 1, also axial zwischen den ersten und den zweiten Planetenrädersätzen 4, 5 angeordnet ist.
Unabhängig von der jeweiligen Aktuierung des Stirnradifferentialgetriebes ist der Betätigungsabschnitt 11 drehbar auf der z. B. zweiten Abtriebswelle 3 gelagert und über Verbindungselemente 27 mit der Stellscheibe 12 fest verbunden.
In 11 wird die Verstellbewegung der Stellscheibe 12 relativ zum Planetenradträger 1 durch zumindest ein Federelement 28 und eine Bremseinrichtung 29 realisiert. Das Federelement 28 ist einerseits an der Stellscheibe 12 und andererseits an dem Planetenradträger 1 befestigt, sodass bei einer Relativdrehung eine Vorspannkraft aufgebracht wird. Die Bremseinrichtung 29 ist gehäuseseitig vorgesehen und kann den Betätigungsabschnitt 11 und damit auch die Stellscheibe 12 festsetzen. Auf diese Weise können die beiden Verstellpositionen der Stellscheibe 12 erreicht werden.
In 12 ist als Aktuatorik des Stirnraddifferentialgetriebes ein Verstellmotor 30 vorgesehen, der dem Betätigungsabschnitt 11 der Verstelleinrichtung zugeordnet ist. Auf diese Weise kann die Stellscheibe 12 in ihre beiden Verstellpositionen mit Hilfe des Verstellmotors 30 gebracht werden.
13 zeigt eine weitere Aktuatorik an dem Stirnraddifferentialgetriebe, bei der der Verstellmotor 30 über eine Getriebestufe 31 mit dem Betätigungsabschnitt 11 gekoppelt ist, sodass die Stellscheibe 12 in ihre Verstellposition bringbar ist.
Schließlich zeigen 3 und 6 eine weitere Aktuierungsmöglichkeit beispielhaft anhand der anderen Ausführung des Stirnraddifferentialgetriebes, bei der die Stellscheibe 12 radial innerhalb des Planetenradträgers 1 angeordnet ist. Jedoch kann diese weitere Aktuierungsmöglichkeit ohne Weiteres auch bei der Ausführung des Stirnraddifferentialgetriebes eingesetzt werden, bei der die Stellscheibe 12 außerhalb des Planetenradträgers 1 angeordnet ist, da die Aktuierung lediglich mit dem außerhalb liegenden Betätigungsabschnitt 11 der Verstelleinrichtung gekoppelt ist. Die Aktuierung umfasst eine erste abtriebswellenseitige Bremse 32, die den Betätigungsabschnitt 11 drehfest mit z. B. der zweiten Abtriebswelle 3 verbinden kann, und eine zweite gehäuseseitige Bremse 33, die den Betätigungsabschnitt 11 gehäusefest setzen kann. Eine Aktuatorik z. B. als Linearmotor, Schneckengetriebe, Hydraulikzylinder oder dergleichen betätigt einen axialen Verstellmechanismus 34 in der Weise, dass der Betätigungsabschnitt 11 durch die Drehung der zweiten Abtriebswelle 3 bei geschlossener ersten Bremse 32 verdreht wird oder bei geschlossener zweiten Bremse 33 gehäusefest gesetzt wird. Auf diese Weise können mit Hilfe des Verstellmechanismus ebenfalls beide Verstellpositionen der Stellscheibe 12 erreicht werden.
Bezugszeichenliste

1: Planetenradträger
2: erste Abtriebswelle
3: zweite Abtriebswelle
4: erster Planetenrädersatz
5: zweiter Planetenrädersatz
6: erstes Sonnenrad
7: zweites Sonnenrad
8: erstes Planetenrad des ersten Planetenrädersatzes
9: erstes Planetenrad des zweiten Planetenrädersatzes
10: Planetenradachse bzw. Achswellenschlitten
11: Betätigungsabschnitt
12: Stellscheibe
13: Drehrichtungsumkehrplanetenrad
14: Durchtriebplanetenrad des ersten Planetenrädersatzes
15: Hohlrad
16: Durchtriebplanetenrad des zweiten Planetenrädersatzes
17: Durchtriebwelle
18: Vierkantendabschnitt
19: Vierkantendabschnitt
20: Lagerabschnitt
21: Führungsnut
22: Achsendabschnitt
23: Achsendabschnitt
24: Führungsabschnitt
25: Führungsausnehmung
26: Führungselement
27: Verbindungselement
28: Federelement
29: Bremseinrichtung
30: Verstellmotor
31: Getriebestufe
32: erste Bremse
33: zweite Bremse
34: Verstellmechanismus
35: Außenverzahnung

Claims

Stirnraddifferentialgetriebe mit einem Antriebsrad und mit zumindest zwei Abtriebswellen (2, 3) zum Antrieb eines Fahrzeuges, wobei das Antriebsrad als Planetenradträger (1) ausgeführt ist, an dem zumindest ein erster Planetenrädersatz (4) und ein zumindest zweiter Planetenrädersatz (5) gelagert sind, wobei der erste Planetenrädersatz (4) der ersten Abtriebswelle (2) und der zweite Planetenrädersatz (5) der zweiten Abtriebswelle (3) zugeordnet sind, wobei die erste Abtriebswelle (2) mit einem ersten Sonnenrad (6) und die zweite Abtriebswelle (3) mit einem zweiten Sonnenrad (7) drehfest verbunden sind, wobei ein erstes Planetenrad (8) des ersten Planetenrädersatzes (4) mit dem ersten Sonnenrad (6) und ein erstes Planetenrad (9) des zweiten Planetenrädersatzes (5) mit dem zweiten Sonnenrad (7) in Eingriff bringbar sind, wobei die Anordnungsposition der gemeinsamen Planetenradachse (10) des ersten Planetenrades (8) des ersten Planetenrädersatzes (4) und des ersten Planetenrades (9) des zweiten Planetenrädersatzes (5) derart veränderbar ist, dass der Planetenradträger (1) mit dem ersten Planetenrädersatz (4) und dem zweiten Planetenrädersatz (5) zum Reduzieren von Verlustleistungen von den Sonnenrädern (6, 7) der Abtriebswellen (2, 3) entkoppelbar ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Planetenradachse (10) der ersten Planetenräder (8, 9) der ersten und zweiten Planetenrädersätze (4, 5) über eine Verstelleinrichtung derart verstellbar ist, dass der Zahneingriff jeweils zwischen den ersten Planetenrädern (8, 9) der ersten und zweiten Planetenrädersätze (4, 5) und den zugeordneten Sonnenrädern (6, 7) der Abtriebswellen (2, 3) lösbar ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung eine mit einem Betätigungsabschnitt (11) verbundene Stellscheibe (12) aufweist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellscheibe (12) zumindest eine Führungsnut (21) mit einem ersten Endbereich als erste Verstellposition und einem zweiten Endbereich als zweite Verstellposition umfasst, in der die gemeinsame Planetenradachse (10) der ersten Planetenräder (8, 9) der ersten und zweiten Planetenrädersätze (4, 5) geführt ist, sodass durch eine Relativbewegung zwischen dem Planetenradträger (1) und der Verstelleinrichtung entlang der Führungsnut (21) zwischen den Verstellpositionen eine radiale Verstellung der Anordnungsposition der gemeinsamen Planetenradachse (10) der ersten Planetenrädern (8, 9) der ersten und zweiten Planetenrädersätze (4, 5) realisierbar ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Planetenradachse (10) der ersten Planetenräder (8, 9) der ersten und zweiten Planetenrädersätze (4, 5) als Achswellenschlitten ausgeführt ist, an dessen Achsendabschnitten (22, 23) die ersten Planetenräder (8, 9) der ersten und zweiten Planetenrädersätze (4, 5) jeweils drehbar gelagert sind, wobei der Achswellenschlitten (10) mittig einen Führungsabschnitt (24) aufweist, der in einer zugeordneten radial an dem scheibenförmigen Planetenradträger (1) verlaufenden Führungsausnehmung (25) führbar ist, wobei der Führungsabschnitt (24) mit dem Führungselement (26) in der Führungsnut (21) der Stellscheibe (12) geführt ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsabschnitt (11) mit der Stellscheibe (12) relativ zum Planetenradträger (1) drehbar gelagert ist, wobei der Betätigungsabschnitt (11) mit zumindest einer Aktuatorik zum Ausführen der Verstellbewegung der Stellscheibe (12) gekoppelt ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Aktuatorik zumindest ein Verstellmotor (30) direkt oder über ein Getriebestufe (31) mit dem Betätigungsabschnitt (11) gekoppelt ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Aktuatorik zumindest ein Federelement (28) zum Vorspannen des Betätigungsabschnittes (11) und eine Bremseinrichtung (29) zum gehäuseseitigen Festsetzen des Betätigungsabschnittes (11) vorgesehen sind.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Aktuatorik ein betätigbarer axialer Verstellmechanismus (34) mit einer ersten abtriebswellenseitigen Bremse (32) und mit einer zweiten gehäuseseitigen Bremse (33) vorgesehen ist, um die Stellscheibe (12) relativ zum Planetenradträger (1) in ihre zweite Verstellposition zu verdrehen.
Stirnraddifferentialgetriebe nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellscheibe (12) radial innerhalb des Planetenradträgers (1) axial zwischen dem zumindest ersten Planetenrädersatz (4) und dem zumindest zweiten Planetenrädersatz (5) angeordnet ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellscheibe (12) axial neben dem Planetenradträger (1) angeordnet ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Planetenrad (8) jedes ersten Planetenrädersatzes (4) mit einem Drehrichtungsumkehrplanetenrad (13) in Eingriff steht, welches mit einem Durchtriebplanetenrad (14) des ersten Planetenrädersatzes (4) in Eingriff steht, wobei das Durchtriebplanetenrad (14) des ersten Planetenrädersatzes (4) mit einem Synchronrad in Eingriff steht.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Synchronrad als Hohlrad (15) ausgeführt ist und drehbar innerhalb des Planetenradträgers (1) gelagert ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Planetenrad (9) jedes zweiten Planetenrädersatzes (5) mit einem Durchtriebplanetenrad (16) des zweiten Planetenrädersatzes (5) in Eingriff steht.
Stirnraddifferentialgetriebe nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchtriebplanetenrad (14) des ersten Planetenrädersatzes (4) und das Durchtriebplanetenrad (16) des zweiten Planetenrädersatzes (5) drehfest an einer gemeinsamen Durchtriebwelle (17) angeordnet sind, wobei die Durchtriebwelle (17) drehbar in dem Planetenradträger (1) gelagert ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei erste Planetenrädersätze (4) der ersten Abtriebswelle (2) zugeordnet sind und dass drei zweite Planetenrädersätze (5) der zweiten Abtriebswelle (3) zugeordnet sind.