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Gegenstand der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Getriebeanordnung zur gesteuerten
Verteilung eines Antriebsmomentes auf zwei Räder einer
ersten angetriebenen Achse, umfassend
- – ein
Differential mit einem von einem Antriebselement rotierend antreibbaren
Differentialkorb, und einem in dem Differentialkorb angeordneten Planetengetriebe,
dessen Hohlrad mit dem Differentialkorb umläuft und dessen
Sonnenrad und Planetenträger jeweils mit einer von zwei
einander axial benachbarten Ausgangswellen verbunden ist, wobei
der Differentialkorb einen zu einer der Ausgangswellen koaxialen
Verlängerungsbereich aufweist,
- – eine Hohlradübersetzungsstufe, umfassend
ein mit dem Verlängerungsbereich des Differentialkorbes
verbundenes Eingangsstirnrad, ein achsparallel exzentrisch versetztes
Hohlrad, das mit dem Eingangsstirnrad kämmt, und ein ebenfalls
mit dem Hohlrad kämmendes Ausgangsstirnrad,
- – eine steuerbare Querkupplungsanordnung, die über
die Hohlradübersetzungsstufe mit dem Verlängerungsbereich
des Differentialkorbes gekoppelt ist und mittels der ein mit dem
Ausgangsstirnrad gekoppeltes Eingangs-Reibelement selektiv mit zwei
Ausgangsreibelementen, die mit je einer der Ausgangswellen gekoppelt
sind, gesteuert kuppelbar ist.
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Stand der Technik
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Derartige
Getriebeanordnungen sind bekannt aus der
DE 10 2006 008 236 A1 .
Sie stellen eine besonders vorteilhafte Ausbildung eines aktiven Momentenverteilungsgetriebes
dar, die insbesondere zur Querverteilung des Antriebsmomentes auf
die beiden Seiten einer angetriebenen Achse einsetzbar ist.
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Die
eigentliche Verteilerwirkung erfolgt durch ein herkömmliches,
als Planetengetriebe ausgebildetes Differential, dessen mit dem
Differentialkorb verbundenes Hohlrad als Eingangselement und dessen Sonnenrad
bzw. dessen Planetenträger als Ausgangselemente dienen.
Die Ausgangselemente sind mit je einer Ausgangswelle verbunden,
die sich entlang der Rotationsachse des Differentialkorbes in einander
entgegengesetzte Richtungen erstrecken. Axial versetzt zu dem Differential
befindet sich eine als Kombination zweier Reibkupplungen ausgebildete
Querkupplungsanordnung. Ein Kupplungskorb, der zwei erste Sätze
von Kupplungslamellen trägt, rotiert gekoppelt mit dem
Differentialkorb. Zwei zweite Sätze von Reiblamellen, die
mit je einem der ersten Sätze von Reiblamellen Wechselwirken,
sind mit je einer der Ausgangswellen des Differentials gekoppelt,
insbesondere mit je einem von dessen Ausgangselementen verbunden.
Bei einer typischen Auslegung trägt die mit dem Sonnenrad
des Differentials verbundene Ausgangswelle einen der zweiten Sätze
von Reibelementen der Querkupplungsanordnung. Dieser Lamellensatz
ist somit unmittelbar mit einer Ausgangswelle des Differentials
gekoppelt. Koaxial zu dieser Ausgangswelle ist eine Hohlwelle angeordnet,
die mit dem Planetenträger des Differentials verbunden
ist. Diese Hohlwelle trägt ebenfalls einen der zweiten
Sätze von Reiblamellen der Querkupplungsanordnung. Diese
sind somit mittelbar mit der sich in die andere Richtung des Differentials
erstreckenden zweiten Ausgangswelle gekoppelt. Durch selektive,
gesteuerte Betätigung der Querkupplungsanordnung, was im
Ergebnis einer graduellen Kopplung zwischen dem Differentialkorb
und den Ausgangswellen des Differentials entspricht, lässt
sich das eingeleitete Moment gezielt auf die beiden Ausgangswellen
verteilen.
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Um
den durch die Querkupplungsanordnung erzeugten Reibungsverlust zu
kompensieren, ist zwischen dem Differential und der Querkupplungsanordnung
eine Übersetzungsstufe ins ”Schnelle” vorgesehen.
Diese ist als eine Hohlradübersetzungsstufe ausgebildet.
Eine mit dem Differentialkorb starr verbundene Welle, die hier als
Verlängerungsbereich des Differentialkorbes bezeichnet
wird und die koaxial zu der ersten Ausgangswelle angeordnet ist,
trägt ein Stirnrad als Eingangselement der Hohlradübersetzungsstufe.
Dieses Stirnrad kämmt mit einem ersten axialen Bereich
eines achsparallel exzentrisch angeordneten Hohlrades größeren
Durchmessers. Benachbart zu dem ersten axialen Bereich weist das Hohlrad
einen zweiten axialen Bereich auf, der vorzugsweise einen anderen
Durchmesser und eine andere Zähnezahl als der erste axiale
Bereich aufweist. Mit diesem zweiten axialen Bereich kämmt
ein zweites Stirnrad, welches mit dem Kupplungskorb der Querkupplungsanordnung
verbunden ist. Es sind auch andere Ausgestaltungen der Hohlradübersetzungsstufe
bekannt, bei denen beispielsweise keine unterschiedlichen Durchmesser
der axialen Bereiche des Hohlrades vorgesehen sind.
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Nachteilig
bei der bekannten Getriebeanordnung ist die Beschränkung
ihres Einsatzes auf Fahrzeuge mit nur einer angetriebenen Achse.
Dies resultiert in der Praxis aus dem nicht unerheblichen Bauraum,
den die Anordnung benötigt und der folglich nicht mehr
für ein Verteilergetriebe eines Vierradfahrzeuges zur Verfügung
steht.
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Aufgabenstellung
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße
Getriebeanordnung derart weiterzubilden, dass sie bauraumoptimiert
zum Einsatz in Vierradfahrzeugen geeignet ist.
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Darlegung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von
Anspruch 1 dadurch gelöst, dass an dem Verlängerungsbereich
des Differentialkorbes ein mit diesem rotierendes Tellerrad angeordnet
ist, welches zusammen mit einem mit ihm kämmenden Ritzel
einen Winkeltrieb bildet, über den ein Moment zu einer
zweiten angetriebenen Achse übertragbar ist.
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In
der Praxis wird hierzu der Verlängerungsbereich des Differentialkorbes
axial geringfügig vergrößert, sodass
ein mit dem Differentialkorb umlaufendes und vorzugsweise zwischen
dem Differential und der Hohlradübersetzungsstufe angeordnetes Tellerrad
Platz findet. Dieses Tellerrad kämmt mit einem Ritzel,
welches bevorzugt eine Kardanwelle antreibt, die das Antriebsmoment
auf eine zweite angetriebene Achse überträgt.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Kardanwelle einen Differentialkorb
eines Querdifferentials der zweiten angetriebenen Achse antreibt.
Besonders bevorzugt kann die Verteilergetriebeanordnung der zweiten
angetriebenen Achse analog zu der oben geschilderten Verteilergetriebeanordnung
der ersten angetriebenen Achse ausgebildet sein.
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Man
beachte, dass die Begriffe ”Tellerrad” und ”Ritzel”,
wie sie hier im Zusammenhang mit dem Winkeltrieb verwendet werden,
weit zu verstehen sind. Besonders bevorzugt sind beide Einheiten
als Kegelräder ausgebildet. Alternativ ist auch eine Kronenrad/Stirnrad-Kombination
denkbar, wobei beide Elemente geometrisch austauschbar sind.
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Durch
die erfindungsgemäße Anordnung ist eine bauraumoptimierte
Kombination der bekannten Getriebeanordnung mit einem Vierradantrieb
eines Fahrzeugs möglich. Dabei ist es lediglich erforderlich,
den Verlängerungsbereich des Differentialkorbs geringfügig
axial zu strecken, um Platz für das erfindungsgemäße
Tellerrad zu schaffen.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, dass der Verlängerungsbereich des Differentialkorbes
modular aufgebaut ist, wobei der das Tellerrad tragende Bereich und
der das Eingangsstirnrad der Hohlradübersetzungsstufe tragende
Bereich als austauschbare Module ausgebildet sind. Hieraus ergibt
sich der Vorteil eines Baukastensystems in der Serienfertigung.
So können beispielsweise unter Beibehaltung aller wesentlichen
Komponenten Serienfahrzeugvarianten mit und ohne aktive Querverteilung
des Antriebsmomentes auf die erste angetriebene Achse sowie mit und
ohne Vierradantrieb realisiert werden, wobei lediglich einzelne
Module der Differentialkorbverlängerung ausgetauscht werden
müssen. Dies stellt einen erheblichen Kostenvorteil für
die Fertigung, dar.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ritzel
des Winkeltriebs mit einem Eingangselement einer benachbart angeordneten, steuerbaren
Längskupplung verbunden ist, deren Ausgangselement mit
einer mit der zweiten Achse gekoppelten Kardanwelle verbunden ist.
Die Längskupplung ist vorzugsweise als Haldex-Kupplung
ausgebildet. Typischerweise sind Vierradfahrzeuge zur gesteuerten
Verteilung des Antriebsmomentes zwischen den angetriebenen Achsen
mit einer Längskupplung, beispielsweise einer Haldex-Kupplung ausgestattet.
Diese befindet sich überlicherweise in unmittelbarer Nähe
des Differentials der zweiten angetriebenen Achse, d. h. im Ausgangsbereich
der Kardanwelle. Dort sind auch ein eigenes Steuergerät sowie
eine eigene Hydraulikanordnung zur Betätigung der Längskupplung
vorgesehen. Die genannte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung
sieht nun eine Verlagerung der Längskupplung in die unmittelbare
Nähe des Winkeltriebs, d. h. in den Eingangsbereich der
Kardanwelle vor. Dies hat den Vorteil, dass für die Steuerung
der Querkupplungsanordnung und der Längskupplung ein gemeinsames
Steuergerät und/oder für die Betätigung
der Längskupplung und der Querkupplungsanordnung eine gemeinsame
Hydraulikanordnung verwendet werden können. Dies führt
zu deutlichen Kosten-, wie auch Bauraum- und Gewichtsvorteilen.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen
Beschreibung sowie den Zeichnungen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Getriebeanordnung.
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2 eine
schematische Darstellung einer Weiterbildung einer erfindungsgemäßen
Getriebeanordnung.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Getriebeanordnung 10. Die Anordnung umfasst drei aus dem
Stand der Technik bekannte Funktionselemente, nämlich ein Differential 12,
eine Hohlradübersetzungsstufe 14 und eine Querkupplungsanordnung 16.
Das Differential 12 umfasst einen Differentialkorb 18,
der über eine Außenverzahnung 20 von
einem nicht dargestellten Antriebselement rotierend antreibbar ist.
Der Differentialkorb 18 weist eine Innenverzahnung 22 auf,
die als Hohlrad eines Planetengetriebes wirkt. Das Planetengetriebe
umfasst weiter einen Planetenträger 24, der miteinander
verzahnte Doppelritzel 26 trägt. Jedes Doppelritzelpaar 26 kämmt
einerseits mit dem Hohlrad 22 und andererseits mit dem
Sonnenrad 28 des Planetengetriebes. Dabei kann eine beliebige Übersetzung
realisiert werden. Selbstverständlich ist es auch möglich,
anstelle der Doppelritzel 26 Einzelritzel zu verwenden,
sofern die erforderliche Übersetzung dargestellt und die
resultierende Richtungsumkehr anderweitig kompensiert werden kann.
Das Sonnenrad 28 ist mit einer ersten Ausgangswelle 30 des
Differentials 12 verbunden. Der Planetenträger 24 ist
mit einer zweiten Ausgangswelle 32 des Differentials 12 verbunden.
Auf diese Weise kann eine passive Momentenverteilung des über
die Eingangsverzahnung 20 eingeleiteten Momentes auf die
beiden Ausgangswellen 30 und 32 erreicht werden.
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Um
eine aktive Steuerung der Momentenverteilung zu erreichen, ist die
Querkupplungsanordnung 16 vorgesehen. Diese umfasst einen
mit dem Differentialkorb 18 gekoppelten Kupplungskorb 34, der
zwei Sätze von Außenlamellen 36a, 36b trägt. Der
erste Satz von Außenlamellen 36a wechselwirkt mit
Innenlamellen 38a, die mit der Ausgangswelle 30 des
Differentials 12 verbunden sind. Der zweite Satz von Außenlamellen 36b wechselwirkt
mit Innenlamellen 38b, die von einer Hohlwelle 40 getragen sind,
welche koaxial zu der Ausgangswelle 30 des Differentials 12 liegt
und mit dem Planetenträger 24 des Differentials 12 verbunden
ist. Somit besteht eine Verbindung der Innenlamellen 38b mit
der Ausgangswelle 32. Durch selektive Steuerung der Querkupplungsanordnung 16 können
somit die Ausgangswellen 30, 32 des Differentials 12 selektiv
und graduell mit dem Differentialkorb 18 gekoppelt werden.
Dies führt zu einer aktiven Steuerbarkeit der Momentenverteilung
im Differential 12.
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Um
den Reibungsverlust in der Querkupplungsanordnung 16 zu
kompensieren ist der Differentialkorb 12 nicht direkt mit
der Querkupplungsanordnung 16 verbunden. Vielmehr ist eine
koaxial zu den Wellen 30 und 40 angeordnete Differentialkorbverlängerung 42 vorgesehen,
welche an ihrem differential fernen Ende ein Stirnrad 44 aufweist,
das als Eingangselement der Hohlradübersetzungsstufe 14 dient.
Ausgangselement der Hohlradübersetzungsstufe 14 ist
ein weiteres Stirnrad 46, das mit dem Kupplungskorb 34 der
Querkupplungsanordnung 16 verbunden ist. Gekoppelt sind
die beiden Stirnräder 44 und 46 mittels
eines achsparallel exzentrisch versetzten Hohlrades 48,
welches bei der dargestellten Ausführungsform zwei axiale
Bereiche unterschiedlichen Durchmessers und unterschiedlicher Zähnezahl
aufweist. Auf diese Weise wird eine Übersetzung zum ”Schnellen” hin
realisiert.
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Weiter
weist die Differentialkorbverlängerung 42 ein
Tellerrad 50 auf, das bei der dargestellten Ausführungsform
als Kegelrad großen Durchmessers ausgebildet ist, welches
mit dem Differentialkorb 18 bzw. der Differentialkorbverlängerung 42 mitrotiert. Das
Tellerrad 50 bildet das Eingangselement eines Winkeltriebes,
der weiter ein bei der gezeigten Ausführungsform ebenfalls
als Kegelrad ausgebildetes Ritzel 52 aufweist. Das Ritzel 52 ist
mit einer Kardanwelle 54 verbunden, die das in sie eingeleitete
Moment in nicht näher dargestellter Weise auf eine zweite
angetriebene Achse des Fahrzeugs überträgt.
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2 zeigt
eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung. In Ergänzung
der in 1 dargestellten Ausführungsform weist
diese Weiterbildung der Erfindung eine Haldex-Kupplung 56 auf, über
die die Kardanwelle 54 mittelbar mit dem Ritzel 52 gekoppelt ist. Über
diese Längskupplung 54 kann eine gesteuerte Momentenverteilung
zwischen den angetriebenen Achsen des Fahrzeugs erfolgen.
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Besonders
vorteilhaft ist ein modularer Aufbau der Differentialkorbverlängerung 42.
So kann die Verlängerung 42 aus mehreren Austauschbaren
Modulen bestehen, wobei beispielsweise das Tellerrad 50 und
das Eingangsstirnrad 44 der Hohlradübersetzungsstufe
auf koppelbaren, unterschiedlichen Modulen angeordnet sein können,
die durch Alternativmodule ohne das jeweilige Zahnradelement ersetzt werden
können. Auf diese Weise lassen sich bei der Serienfertigung
bei im Übrigen im Wesentlichen gleichem Aufbau der Getriebeanordnung
leicht modellabhängige Varianten schaffen. Der aufwendigste
Fall wäre dabei die in 2 dargestellte
Variante mit aktiver Quer- und Längsverteilung des Antriebsmomentes
bei Zweiachsantrieb. Die einfachste Variante wäre die passive
Momentenverteilung beim Einachsantrieb. Dazwischen sind Varianten
mit aktiver Momentenverteilung bei Einachsantrieb, passiver Momentenverteilung
bei Zweiachsantrieb und teils passiver, teils aktiver Momentenverteilung
bei Zweiachsantrieb möglich.
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Natürlich
stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den
Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist ein breites Spektrum
von Variationsmöglichkeiten anhand gegeben.
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Insbesondere
sind die Dimensionierungen, die Wahl der Übersetzungsverhältnisse,
die spezielle Art der Ansteuerung sowie die konkrete Art und Weise
der Kupplungsbetätigungen vom Fachmann auf den jeweiligen
Einzelfall abzustimmen.
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- 10
- Getriebeanordnung
- 12
- Differential
- 14
- Hohlradübersetzungsstufe
- 16
- Querkupplungsanordnung
- 18
- Differentialkorb
- 20
- Außenverzahnung
- 22
- Hohlrad
- 24
- Planetenträger
- 26
- Planetenräder
- 28
- Sonnenrad
- 30
- erste
Ausgangswelle von 12
- 32
- zweite
Ausgangswelle von 12
- 34
- Kupplungskorb
- 36a,
b
- erste
Lamellensätze von 16
- 38a,
b
- zweite
Lamellensätze von 16
- 40
- Hohlwelle
- 42
- Differentialkorbverlängerung
- 44
- Eingangsstirnrad
von 14
- 46
- Ausgangsstirnrad
von 14
- 48
- Hohlrad
von 14
- 50
- Tellerrad
- 52
- Ritzel
- 54
- Kardanwelle
- 56
- Längskupplung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006008236
A1 [0002]