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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Achsdifferentialgetriebe für ein Kraftfahrzeug, mit einem Getriebegehäuse, einem Planetenträger der in dem Getriebegehäuse aufgenommen ist, einem ersten und einem zweiten Abtriebsrad das jeweils in dem Planetenträger aufgenommen ist, einer Planetenanordnung die ebenfalls in dem Planetenträger aufgenommen ist und die beiden Abtriebsräder gegensinnig drehbar koppelt, einem ersten Radwellenanschlusselement zur kinematischen Koppelung einer Radantriebswelle mit dem ersten Abtriebsrad, und einem zweiten Radwellenanschlusselement zur kinematischen Koppelung einer zweiten Radantriebswelle mit dem zweiten Abtriebsrad.
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Hintergrund der Erfindung
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Achsdifferentialgetriebe werden allgemein als Umlaufrädergetriebe ausgeführt und dienen der Verzweigung einer über einen Leistungseingang zugeführten Eingangsleistung auf zwei Radantriebswellen. Die beiden zu den Laufrädern führenden Radantriebswellen werden hierbei mit je gleich großem Drehmoment d.h. ausgeglichen angetrieben. Bei Geradeausfahrt drehen beide Radantriebswellen gleich schnell. Bei Kurvenfahrt unterscheiden sich die Drehzahlen der Radantriebswellen voneinander. Das Achsdifferentialgetriebe ermöglicht diese Drehzahldifferenz.
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Bei bestimmten Anwendungsfällen, insbesondere bei Allradfahrzeugen werden Differentialgetriebe eingesetzt, die dann, wenn kein Allradantrieb erforderlich ist eine schaltbare Unterbrechung des Antriebsstranges ermöglichen, um das Fahrzeug über lediglich eine Achse anzutreiben und hierdurch die Reibungsverluste des momentan nicht erforderlichen, ansonsten mitgeschleppten Antriebssystems zu reduzieren. Ein entsprechendes Differentialgetriebe ist beispielsweise aus
DE 10 2008 037 885 A1 bekannt.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Achsdifferentialgetriebe zu schaffen, das eine schaltbare Aufhebung bzw. Herbeiführung der Antriebsverbindung zwischen dem Leistungseingang und den beiden Leistungsausgängen ermöglicht und sich durch einen kostengünstig realisierbaren, robusten und zur etablierten Technik vorteilhaft kompatiblen Aufbau auszeichnet.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Achsdifferentialgetriebe, mit:
- – einem Getriebegehäuse,
- – einem Planetenträger der in dem Getriebegehäuse aufgenommen ist,
- – einem ersten und einem zweiten Abtriebsrad das jeweils in dem Planetenträger aufgenommen ist,
- – einer Planetenanordnung die ebenfalls in dem Planetenträger aufgenommen ist und die beiden Abtriebsräder gegensinnig drehbar koppelt,
- – einem ersten Radwellenanschlusselement zur Koppelung einer Radantriebswelle mit dem ersten Abtriebsrad, und
- – einem zweiten Radwellenanschlusselement zur Koppelung einer zweiten Radantriebswelle mit dem zweiten Abtriebsrad,
- – wobei sowohl das erste Radwellenanschlusselement, als auch das zweite Radwellenanschlusselement mit dem ersten bzw. zweiten Abtriebsrad selektiv schaltbar kinematisch koppelbar ist, und
- – das jeweilige Radwellenanschlusselement eine Aufnahmestruktur bildet in welche die zugeordnete Radantriebswelle lösbar einführbar ist.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Achsdifferential für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei welchem die Antriebsverbindung zwischen den Radantriebswellen und den diesen zugeordneten Abtriebsrädern im Differential selektiv vollständig aufgehoben werden kann, und die zum Abgriff der Antriebsleistung aus dem Differentialgetriebe vorgesehenen Radantriebswellen so bemessen sein können, dass sich diese axial bis in den Bereich der Abtriebszahnräder des Differentialgetriebes hinein erstrecken können. In angekoppeltem Zustand können zwischen den jeweiligen Radwellenanschlusselement und dem zugeordneten Abtriebszahnrad die entsprechenden Antriebsmomente in strukturmechanisch vorteilhafter Weise übertragen werden. Die zur Realisierung der Schaltfunktion vorgesehene Kupplungsmechanik kann im Außenbereich des jeweiligen Radwellenanschlusselementes angeordnet werden und ist über das Radwellenanschlusselement vom Fügebereich der Radantriebswelle abgeschottet.
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Das Achsdifferentialgetriebe kann weiterhin in vorteilhafter Weise so ausgebildet werden, dass das jeweilige Radwellenanschlusselement eine Aufnahmebohrung bildet in welche ein Endabschnitt der Radantriebswelle axial einschiebbar ist. Die Übertragung des Drehmomentes zwischen diesen beiden Komponenten erfolgt vorzugsweise indem im Innenbereich der jeweiligen Aufnahmebohrung des Radwellenanschlusselementes eine Innenprofilierung ausgebildet ist, die in eine seitens der Radantriebswelle ausgebildete Komplementärprofilierung eingreift.
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Das erfindungsgemäße Hinterachsdifferential kann so aufgebaut sein, dass das jeweilige Radwellenanschlusselement als Hohlwellenzapfen ausgebildet ist, der axial in einen Hohlwellenzapfen eintaucht, welcher drehfest mit dem zugeordneten Abtriebsrad gekoppelt, insbesondere integral mit diesem ausgebildet ist. Zwischen dem Radwellenanschlusselement und dem zugeordneten Antriebsrad ist dann vorzugsweise eine Lagereinrichtung angeordnet, zur leichtgängigen radialen und ggf. auch axialen Abstützung der beiden Komponenten gegeneinander.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Planetenträger in dem Getriebegehäuse über eine erste und eine zweite Planetenträgerlagereinrichtung drehbar gelagert. Die unter Einschluss des jeweiligen Kopplungsgliedes gebildete erste bzw. zweite Koppelmechanik ist auf einer dem Planetenträger abgewandten Seite der jeweiligen Planetenträgerlagereinrichtung angeordnet. Die erste und die zweite Koppelmechanik sind vorzugsweise jeweils in einer ersten bzw. zweiten Gehäusekammer aufgenommen, die durch Ansatz eines ersten bzw. zweiten Gehäuseschalenelements an das Getriebegehäuse gebildet ist.
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Die Koppelung des jeweilige Radwellenanschlusselement mit dem zugeordneten Abtriebszahnrad erfolgt vorzugsweise jeweils über ein formschlüssig koppelndes erstes bzw. zweites Kopplungsglied. Diesem Kopplungsglied ist in vorteilhafter Weise jeweils eine Synchronisationseinrichtung zugeordnet, die als solche vor Herbeiführung des formschlüssigen Koppelungszustands auf reibschlüssigem Wege eine entsprechende Angleichung der Drehzahlen der zu koppelnden Organe, sowie die Einnahme geeigneter Winkelrelativposition der beiden zu koppelnden Organe reibschlüssig erzwingt.
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Das jeweilige Kopplungsglied ist in vorteilhafter Weise als in Richtung der Umlaufachse des Planetenträgers axial verlagerbares, gleichachsig zu jener Umlaufachse angeordnetes Ringelement ausgebildet. Dieses Ringelement kann so ausgebildet sein, dass dieses eine Innenverzahnung aufweist, die der permanenten Drehmomenteneinleitung in jenes Ringelement dient und eine axiale Verlagerung dieses Ringelementes zulässt. Die mit der entsprechenden Gegengeometrie in Eingriff tretenden Koppelungsgeometrien des Ringelementes können als Axial- und/oder Radialprofilierung ausgeführt sein.
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Die zur Betätigung der beiden Ringelemente vorgesehene Betätigungsmechanik kann so gestaltet sein, dass durch diese beide Kopplungsglieder gleichzeitig axial verlagert werden. Vorzugsweise jedoch ist die Betätigungsmechanik so ausgebildet, dass dem jeweiligen Kopplungsglied jeweils ein eigenständiger Aktuator zugeordnet ist, zur Verlagerung des Kopplungsglieds zwischen einer Koppelungsstellung und einer Freilaufstellung. Der jeweilige Aktuator ist hierbei gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als elektromechanischer Stelltrieb ausgebildet. Dieser elektromechanische Stelltrieb ist dabei vorzugsweise so gestaltet, dass die erforderlichen Stellkräfte unter Einschluss einer Getriebemechanik, insbesondere eines hoch übersetzenden Zahnrädergetriebes, und/oder eines Gewinde- oder Spindeltriebs generiert werden. Die kinematische Koppelung der Kopplungsglieder mit dem jeweiligen zu deren Betätigung vorgesehenen Stelltrieb erfolgt vorzugsweise über eine Schaltfingeranordnung die gleitend in eine Umfangsnut des jeweiligen Kopplungsglieds eingreift. Vorzugsweise sind Sicherungsmittel vorgesehen die dazu führen, dass eine für das jeweilige Kopplungsglied eingestellte Schaltposition ohne weitere Betätigungskräfte in dem Stelltrieb erhalten bleibt. Diese Sicherungsmittel können insbesondere durch federelastisch vorgespannte, mitlaufende Haltenocken oder anderweitige, vorzugsweise mitlaufende Rastmittel oder Schnappmechaniken realisiert sein. Die Veränderung der zunächst eingestellten Schaltposition wird erreicht, indem die Haltekraft dieser Sicherungsmittel überwunden und das Kopplungsglied dann in die gewünschte neue Schaltstellung verfahren wird in welcher es vorzugsweise wieder hinreichend sicher gehalten wird. Die Schnapp- oder Haltemechanik kann auch im Bereich des Positioniertriebes realisiert sein, so dass ein eingestellter Schaltzustand nur durch aktive Ansteuerung des Positioniertriebes verändert wird.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine Axialschnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Achsdifferentialgetriebes bei welchem ein erstes und ein zweites Radwellenanschlusselement vorgesehen ist, das jeweils über ein erstes bzw. zweites Kopplungsglied formschlüssig mit dem zugeordneten Abtriebsrad des axial besonders kurz bauend ausgeführten Stirnraddifferentiales koppelbar ist.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1 veranschaulicht in Form eines Axialschnitts den Aufbau eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes. Dieses Differentialgetriebe umfasst ein Getriebegehäuse G, einen Planetenträger P der in dem Getriebegehäuse G aufgenommen ist, ein erstes und ein zweites Abtriebsrad W1, W2 das jeweils in dem Planetenträger P aufgenommen ist, sowie eine Planetenanordnung PA die ebenfalls in dem Planetenträger P aufgenommen ist und die beiden Abtriebsräder W1, W2 gegensinnig drehbar koppelt.
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Das erfindungsgemäße Achsdifferential umfasst weiterhin ein erstes Radwellenanschlusselement W1C zur Koppelung einer hier nicht weiter dargestellten Radantriebswelle mit dem ersten Abtriebsrad W1, sowie ein zweites Radwellenanschlusselement W2C zur Koppelung einer zweiten Radantriebswelle mit dem zweiten Abtriebsrad W2. Sowohl das erste Radwellenanschlusselement W1C, als auch das zweite Radwellenanschlusselement W2C ist jeweils über ein formschlüssig koppelndes erstes bzw. zweites Kopplungsglied C1, C2 schaltbar mit dem ersten bzw. zweiten Abtriebsrad W1C, W2C koppelbar. Das jeweilige Radwellenanschlusselement W1C, W2C bildet eine Aufnahmestruktur in welche die zugeordnete Radantriebswelle lösbar einführbar ist.
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Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel bildet das jeweilige Radwellenanschlusselement eine Aufnahmebohrung W1B, W2B in welche jeweils ein Endabschnitt der Radantriebswelle axial einschiebbar ist. Im Innenbereich der jeweiligen Aufnahmebohrung W1B, W2B des Radwellenanschlusselementes W1C, W2C ist eine Innenprofilierung Z1, Z2 ausgebildet die in eine seitens der Radantriebswelle ausgebildete Komplementärprofilierung eingreift. Das jeweilige Radwellenanschlusselement W1C, W2C ist als Hohlwellenzapfen ausgebildet, der drehbar axial in einen Hohlwellenzapfen W1Z, W2Z eintaucht, welcher drehfest mit dem zugeordneten Abtriebsrad W1, W2 gekoppelt ist. Zwischen dem Radwellenanschlusselement W1C, W2C und dem zugeordneten Antriebsrad W1, W2 ist eine Lagereinrichtung L1a, L1b, L2a, L2b angeordnet, zur radialen Abstützung der beiden Komponenten W1, W1C; W2, W2C gegeneinander. Die axial innenliegenden Lagereinrichtungen L1a, L2a sind hierbei als ausschließlich radial tragende Loslager, insbesondere Nadellager ausgeführt, die axial außen liegenden Lagereinrichtungen L2a, L2b fungieren als Festlager und sind hier als Rillenkugellager ausgeführt.
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Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist dem jeweiligen Kopplungsglied C1, C2 eine Synchronisationseinrichtung S1, S2 zugeordnet. Das jeweilige Kopplungsglied C1, C2 ist als in Richtung der Umlaufachse X des Planetenträgers P axial verlagerbares, gleichachsig zu jener Umlaufachse X angeordnetes Ringelement ausgebildet.
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Dem jeweiligen Kopplungsglied C1, C2 ist jeweils ein eigenständiger Aktuator O1, O2 zugeordnet, zur axialen Verlagerung des Kopplungsglieds C1, C2 zwischen einer Koppelungsstellung und einer (hier dargestellten) Freilaufstellung. Der jeweilige Aktuator O1, O2 ist als elektromechanischer Stelltrieb ausgebildet und umfasst einen Elektromotor OM1, OM2 welcher über ein nicht weiter dargestelltes Zwischengetriebe eine Stellspindel OS1, OS2 antreibt. Auf der jeweiligen Stellspindel sitzt OS1, OS2 sitzt eine Stellmutter OM1, OM2. Die jeweilige Stellmutter OM1, OM2 trägt einen Schaltfinger OF1, OF2. Der jeweilige Schaltfinger OF1, OF2 greift in eine Umfangsnut CG1, CG2 des Kopplungsglieds C1, C2 ein. Durch entsprechende Ansteuerung der separaten Elektromotoren OM1, OM2 wird die Stellspindel OS1, OS2 in Rotation versetzt und die Stellmutter ON1, ON2 nebst dem darauf sitzenden Schaltfinger OF1, OF2 axial verlagert. Der in die Umfangsnut CG1, CG2 eingreifende Schaltfinger OF1, OF2 verlagert hierbei das zugeordnete Kopplungsglied C1, C2.
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Der Planetenträger P ist in dem Getriebegehäuse G über eine erste und eine zweite Planetenträgerlagereinrichtung PL1, PL2 drehbar gelagert. Die unter Einschluss des jeweiligen Kopplungsgliedes C1, C2 gebildete erste bzw. zweite Koppelmechanik M1, N2 ist auf einer dem Planetenträger P abgewandten Seite der jeweiligen Planetenträgerlagereinrichtung PL1, PL2 angeordnet. Die erste und die zweite Koppelmechanik M1, N2 ist jeweils in einer Gehäusekammer GM1, GM2 aufgenommen die durch Ansatz eines ersten bzw. zweiten Gehäuseschalenelements GE1, GE2 an das Getriebegehäuse G gebildet ist. Das Getriebegehäuse G ist zweiteilig ausgebildet und setzt sich aus einer ersten Gehäusehälfte G1 und einer zweiten Gehäusehälfte G2 zusammen.
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Das Differentialgetriebe ist als Stirnraddifferential ausgebildet. Die Planeten der Planetenanordnung PA koppeln die beiden Abtriebsräder W1, W2 derart, dass diese gegensinnig drehbar sind. Der Planetenträger P setzt sich aus zwei Tellerelemente PE1, PE2 zusammen und trägt zudem ein Tellerrad W3. Über das Tellerrad W3 wird der Planetenträger P angetrieben. Das Differentialgetriebe hat einen besonderen inneren Aufbau und zeichnet sich durch eine geringe axiale Baulänge aus. Das in dieser Darstellung linke Abtriebsrad W1 hat einen Fußkreisdurchmesser der größer ist als der Kopfkreisdurchmesser des zweiten Abtriebsrades W2. Die Zähnezahlen sind jedoch identisch. In das erste Abtriebsrad W1 greift ein Umlaufplanet P1 ein, dessen Axiallänge so bemessen ist, dass sich dieser auch über den Verzahnungsbereich des zweiten Abtriebsrades W2 erstreckt, ohne jedoch in dieses Zahnrad W2 einzugreifen. In den Umlaufplaneten P1 greift dann ein hier nicht erkennbarer zweiter Umlaufplanet P2 ein welcher auch mit dem zweiten Abtriebsrad W2 in Eingriff steht. Die Axiallänge dieses zweiten Umlaufplaneten P2 ist so bemessen, dass sich dieser nur über den Bereich der Außenverzahnung des zweiten Abtriebsrades W2 erstreckt, also nicht in das erste Abtriebsrad W1 eingreift. Beide Umlaufplaneten P1, P2 sind auf Lagerbolzen B in dem Planetenträger P drehbar gelagert.
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Die Abtriebsräder W1, W2 treiben die mit diesen integral ausgebildeten Hohlwellenzapfen W1Z, W2Z. Auf dem jeweiligen Hohlwellenzapfen W1Z, W2Z sitzt drehfest ein Mitnehmerrad W1W, W2W. An dem Mitnehmerrad W1W, W2W ist eine Axialverzahnung ausgebildet in welcher das zugeordnete Kopplungsglied C1, C2 axial verlagerbar, drehfest geführt ist. Auf dem jeweiligen Hohlwellenzapfen W1Z, W2Z sitzt im Bereich seines dem Planetenträger P abgewandten Endes jeweils ein Lager L1b, L2b. Dieses Lager L1b, L2b trägt über die hier gezeigte Ringglockenstruktur W1K, W2K das zugeordnete, partiell axial in den Hohlwellenzapfen W1Z, W2Z eingefügte Radwellenanschlusselement W1C, W2C. Auf der jeweiligen Hohlwellenstruktur W1K, W2K ist eine Axialverzahnung ausgebildet auf welcher drehfest ein Mitnehmerrad W1R, W2R sitzt. Auf dieses Mitnehmerrad W1R, W2R ist das zugeordnete Kopplungsglied C1, C2 vollsynchronisiert aufschiebbar. Die Synchronisation erfolgt reibschlüssig unter Wirkung der jeweiligen Synchronisationsmechanik S1, S2.
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Die an die jeweilige Getriebegehäusehälfte G1, G2 angesetzten Gehäuseschalenelemente GE1, GE2 bilden eine zur Getriebeachse X gleichachsige Durchgangsbohrung in welcher ein Dichtring DR1, DR2 sitzt. Dieser Dichtring DR1, DR2 dichtet einen Laufspalt zwischen der Durchgangsbohrung und der Außenumfangsfläche des Radanschlusswellenelements W1C, W2C ab. Die dem Planetenträger P abgewandte Stirnseite des jeweiligen Radwellenanschlusselements W1C, W2C schließt bündig mit der Außenseite des Gehäuseschalenelements GE1, GE2 ab.
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Das Radwellenanschlusselement W1C, W2C ist als Hohlwellenzapfen ausgebildet. In diesem Hohlwellenzapfen ist eine Innenverzahnung Z1, Z2 ausgebildet in welche ein komplementär verzahnter Endabschnitt einer Radantriebswelle drehfest einsteckbar ist.
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Die beiden Radwellenanschlusselemente und die zugeordneten Schaltorgane zur selektiven formschlüssigen An- oder Abkoppelung an die Abtriebsräder W1, W2 können zumindest weitgehend baugleich ausgeführt sein. Insgesamt kann das erfindungsgemäße Achsdifferentialgetriebe so ausgeführt sein, dass die beiden Gehäuseschalenelemente GE1, GE2 und die in den darin gebildeten Kammern GM1, GM2 beherbergten und einander entsprechenden Komponenten baugleich ausgeführt sind.
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Das erfindungsgemäße Achsdifferentialgetriebe kann so ausgeführt werden, dass dieses bezüglicher der Radanschlusswellen die gleichen Anschlussbedingungen bietet wie beispielsweise eine Vorgänger- oder Standardvariante eines Achsdifferentiales das keine selektiv veranlassbare Auftrennung der Antriebsverbindung zwischen den Radantriebswellen und den Abtriebsrädern des Differentiales gestattet. Das erfindungsgemäße Achsdifferential kann dann als Upgrade-Variante ausgelegt werden welche alternativ zu einer grade-Variante ausgelegt werden welche alternativ zu einer Standardvariante verbaut werden kann.
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Der Planetenträger P ist über die im Getriebegehäuse G sitzenden Lagereinrichtungen PL1, PL2 präzise gelagert, so dass optimale Eingriffsverhältnisse zwischen dem Antriebsrad W3 und einem hier nicht weiter erkennbaren Antriebsritzel zuverlässig eingehalten werden können. Die jeweils koaxial in die Abtriebsräder W1, W2 eingesteckten Radwellenanschlusselemente W1C, W2C sind in den Abtriebsrädern W1, W2, bzw. den hiermit integralen Hohlwellenzapfen W1Z, W2Z und darin über die Lager L1a, L2a leichtgängig und präzise zentriert, unwuchtsfrei gelagert.
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Bei dem hier beschriebenen Achsdifferentialgetriebe ist der sich zwischen dem jeweiligen Abtriebszahnrad des Kerngetriebes und dem zugeordneten Fahrzeugrad verlaufenden Radantriebsstrang derart mehrteilig ausgebildet, der erste Teilabschnitt desselben durch das Sonnenrad und einen hohlen Schaft am Sonnenrad entsteht. Der zweite Teil ist eine Hohlwelle, die bis unter das Sonnenrad in den Schaft gesteckt und relativ zu diesem drehbar bzw. drehstarr mit dem Schaft über eine Kupplung verbunden sein ist. In der Hohlwelle steckt die eigentliche Abtriebswelle, die Fügestrukturen zur Herbeiführung einer drehfeste Verbindung zwischen der Abtriebswelle und der Hohlwelle erstrecken sich vorzugsweise im Axialniveau der Sonnenräder des Kerngetriebes.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008037885 A1 [0003]
