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Die Erfindung betrifft ein Differenzialgetriebe für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Verteilergetriebe werden in vielen verschiedenen Anwendungsbereichen genutzt, um das Antriebsmoment einer Antriebswelle, insbesondere einer von einem Elektromotor oder einem Verbrennungsmotor angetriebenen Antriebswelle, auf mehrere Abtriebswellen zu verteilen. Ein typisches Beispiel für ein Verteilergetriebe in einem Kraftfahrzeug ist ein Achsdifferenzial, welches eine Verteilung des Antriebsmoments der Antriebswelle auf die zwei Räder der Antriebsachse ermöglicht. Die Besonderheit eines Differenzialgetriebes besteht darin, dass das Antriebsmoment nicht starr und konstant auf die beiden Antriebsräder verteilt wird, sondern dass das Differenzialgetriebe einen Drehzahlunterschied zwischen den beiden Antriebsrädern, beispielsweise in einer Kurvenfahrt, bei der das äußere Antriebsrad einen größeren Kurvenradius als das innere Antriebsrad durchfährt, ausgleichen kann.
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Aus der
DE 10 2014 213 146 B4 ist ein Antriebsstrang mit einem Differenzial bekannt, wobei eine elektrische Maschine eine Antriebswelle antreibt. Dabei steht die Antriebswelle über ein Planetengetriebe mit einer ersten Abtriebswelle und einer zweiten Abtriebswelle in Wirkverbindung. Der Kraftfluss zwischen der Antriebswelle und der ersten Abtriebswelle erfolgt dabei über ein mit der Antriebswelle verbundenes Sonnenrad, ein Planetenrad, welches mit dem Sonnenrad und einem Hohlrad in Eingriff steht, sowie über einen Planetenradträger, welcher die erste Abtriebswelle ausbildet. Der Kraftfluss zwischen der Antriebswelle und der zweiten Abtriebswelle erfolgt über das Sonnenrad, das Planetenrad, sowie das Hohlrad, wobei das Hohlrad eine Außenverzahnung aufweist, welche mit einer Stirnverzahnung eines auf der zweiten Abtriebswelle angeordneten Stirnrades in Eingriff steht.
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Aus der
DE 10 2015 210 931 A1 ist ein Planetenradgetriebe bekannt, bei dem das Gehäuse des Planetenradgetriebes mit einem Flansch zumindest abschnittsweise einen Naben- oder Hohlwellenabschnitt des Sonnenrads koaxial umschließt und das Sonnenrad mit seinem Naben- oder Hohlwellenabschnitt über ein zweireihiges Schrägkugellager am Flansch gelagert ist, wobei das Schrägkugellager zur beidseitigen axialen Fixierung an unmittelbar mit dem Flansch und dem Naben- oder Hohlwellenabschnitt verbundenen Stützelementen abgestützt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Differenzialgetriebe bereitzustellen, welches dem Konstrukteur bezüglich des Bauraums oder des Übersetzungsverhältnisses zusätzliche Freiheitsgrade ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Differenzialgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebselement und zwei Abtriebselementen gelöst, wobei das Antriebselement über einen ersten Leistungszweig mit dem ersten Abtriebselement und über einen zweiten Leistungszweig mit dem zweiten Abtriebselement verbunden ist, und wobei ein Drehzahlunterschied zwischen den beiden Leistungszweigen ermöglicht ist. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Antrieb des ersten Abtriebelements über eine Verzahnung zweier Zahnräder erfolgt, und ein Antrieb des zweiten Abtriebselements über ein Zugmittel erfolgt, welches mit einer Verzahnung an dem zweiten Abtriebselement in Eingriff steht. Durch ein Zugmittel zum Antrieb des zweiten Abtriebselements erhält der Konstrukteur bei der Auslegung des zweiten Leistungszweiges einen zusätzlichen Freiheitsgrad. Dabei kann im Vergleich zu einer Zahnradpaarung Bauraum eingespart werden, da das zweite Abtriebselement nicht mit einem weiteren Zahnrad in Eingriff stehen muss. Ferner kann ein Antrieb des zweiten Abtriebselements über ein Zugmittel vorteilhaft sein, um Parallelitätsfehler oder Schiefstellungen zwischen dem Antriebselement und dem zweiten Abtriebselement auszugleichen. Ein weiterer Vorteil eines Zugmittels besteht darin, dass die Position des zweiten Abtriebselements entsprechend variiert werden kann, da ein Zugmittel durch entsprechende Umlenkungen eine Positionierung ermöglicht, welche durch eine Zahnradpaarung nicht möglich wäre.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch genannten Differenzialgetriebes möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Antriebselement mit einem Sonnenrad verbunden ist, wobei das Sonnenrad mit einem Planetenrad in Eingriff steht, welches mit dem zweiten Leistungszweig verbunden ist, und wobei das Planetenrad mit einem Hohlrad in Eingriff steht, welches mit dem ersten Leistungszweig verbunden ist. Der Antrieb des Sonnenrads ermöglicht auf einfache Art und Weise eine Drehzahlreduktion der Abtriebselemente gegenüber dem Antriebselement. Dies ist insbesondere bei Achsdifferenzialen eines Kraftfahrzeuges sinnvoll, da ein mit dem Antriebselement gekoppelter Antriebsmotor, insbesondere ein Verbrennungsmotor oder ein Elektromotor in der Regel eine deutlich höhere Drehzahl als die Raddrehzahl des Kraftfahrzeuges aufweisen. Auch wenn die Drehzahl des Antriebsmotors bereits durch ein Kraftfahrzeuggetriebe reduziert wird, so dreht eine mit dem Antriebselement verbundene Antriebswelle in der Regel immer noch deutlich schneller als die Raddrehzahl des Kraftfahrzeuges. Durch eine Aufteilung des Antriebsmoments über den Planetenträger des Planentenrades sowie das Hohlrad kann zudem auf einfache Art und Weise eine Leistungsverzweigung des Antriebsmoments auf die beiden Antriebszweige erfolgen.
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Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn ein Antriebsrad zum Antrieb des Zugmittels drehfest mit einem Planetenträger des Planetenrads verbunden ist. Um einen Antrieb des zweiten Abtriebselements ohne Zwischenschaltung weiterer Getriebeelemente zu realisieren, ist es vorteilhaft, wenn der Planetenträger über das Zugmittel mit dem zweiten Abtriebselement, insbesondere mit einem Abtriebszahnrad des zweiten Abtriebselements, verbunden ist. Dadurch können weitere Zwischenelemente und damit verbundene Wirkungsgradverluste vermieden werden.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das Antriebsrad zum Antrieb des Zugmittels eine Öffnung aufweist, durch welche das Antriebselement geführt ist. Durch eine Öffnung in dem Antriebsrad, welches mit dem Planetenträger in Wirkverbindung steht und vor diesem getragen wird, kann auf einfache Art und Weise eine Antriebswelle des Antriebselements in das Differenzialgetriebe geführt werden. Dadurch ist eine kompakte und bauraumoptimierte Ausführung des Differenzialgetriebes möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Hohlrad mit einem Antriebszahnrad des ersten Leistungszweiges in Eingriff steht. Dabei können das Antriebszahnrad und das Hohlrad auch als ein gemeinsames Bauteil ausgeführt werden. Dabei ist vorgesehen, dass das Hohlrad sowohl eine Innenverzahnung aufweist, welche mit dem Planetenrad kämmt und von diesem angetrieben wird, als auch eine Außenverzahnung, welche mit dem Abtriebszahnrad des ersten Abtriebselements in Eingriff steht. Dadurch ist eine kompakte Ausführung des ersten Leistungszweiges möglich.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das Antriebszahnrad über eine Stirnverzahnung mit dem ersten Abtriebszahnrad in Eingriff steht. Durch eine Stirnverzahnung können Querkräfte vermieden werden. Dies ist sinnvoll, da Querkräfte in dem zweiten Leistungszweig durch das Zugmittel nicht in gleichem Maße aufgenommen werden können und es ansonsten zu einer Verspannung der Getriebekomponenten kommt, welche zu einem erhöhten Verschleiß des Differenzialgetriebes führen kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Zugmittel eine Kette ist. Durch eine Kette können funktionssicher hohe Antriebsmomente übertragen werden, sodass die Übertragung des Antriebsmoments auf das zweite Abtriebselement funktionssicher und verschleißarm erfolgen kann. Zudem kann eine entsprechende Kette durch ein Schmiermittel des Differenzialgetriebes geschmiert werden, was die Reibung vermindert und die Dauerhaltbarkeit der Kette erhöht.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Zugmittel ein Zahnriemen ist. Ein Zahnriemen lässt sich einfach und kostengünstig herstellen, sodass das Differenzialgetriebe insgesamt kostengünstig ausgeführt werden kann. Es kann jedoch notwendig sein, eine zusätzliche Abdichtung vorzusehen, da ein Zahnriemen möglicherweise durch das Getriebeöl des Differenzialgetriebes einer zusätzlichen Alterung und Schwächung unterliegt.
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Für eine Vielzahl von Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, wenn das erste Abtriebselement und das zweite Abtriebselement jeweils ein Abtriebszahnrad und eine Abtriebswelle aufweisen, wobei die erste Abtriebswelle und die zweite Abtriebswelle koaxial fluchtend zueinander angeordnet sind. Dadurch können für die beiden Abtriebselemente eine Vielzahl von Gleichteilen verwendet werden, wodurch die Produktionskosten sinken und die Gefahr von Montagefehlern und eine Verwechselung von Bauteilen eliminiert werden. Zudem kann auf zusätzliche Gelenkwellen zur Kompensation eines Achsversatzes verzichtet werden.
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Erfindungsgemäß wird die Verwendung eines erfindungsgemäßen Differenzialgetriebes als Achsdifferenzial einer angetriebenen Achse, insbesondere einer angetriebenen Hinterachse, eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen. Die Verwendung des vorgeschlagenen Differenzialgetriebes bei einer angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeuges ist besonders vorteilhaft, um das Drehmoment des Antriebsmoments auf die angetriebenen Räder der Antriebsachse zu verteilen. Dabei ist die Verwendung an einer Hinterachse besonders vorteilhaft, da hier nicht noch zusätzliche Lenkeinflüsse kompensiert werden müssen. Durch die vorgeschlagene Aufteilung des Kraftflusses über die zwei Leistungszweige weist das Differenzialgetriebe eine Sperrwirkung auf, wodurch ein Antriebsmoment des Antriebselements stets auf beide Abtriebselemente übertragen wird, jedoch die Aufteilung des Antriebsmoments variieren kann. Somit kann die Traktion eines Kraftfahrzeugs verbessert werden, wenn beispielsweise eines der Antriebsräder auf einem sehr glatten und das andere Antriebsrad auf einem vergleichsweise griffigen Untergrund steht.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnung erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei in den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Differenzialgetriebes für ein Kraftfahrzeug.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Differenzialgetriebe 1 in einer schematischen Darstellung gezeigt. Das Differenzialgetriebe weist ein Antriebselement 2 auf, dessen Antriebsmoment über einen ersten Leistungszweig 5 auf ein erstes Abtriebselement 3 und über einen zweiten Leistungszweig 6 auf ein zweites Abtriebselement 4 verteilt wird. Dazu umfasst das Antriebselement 2 eine Antriebswelle 17, welche an einem nicht dargestellten Ende mit einem Antriebsmotor, insbesondere mit einem Elektromotor oder einem Verbrennungsmotor bzw. einem mit einem Antriebsmotor verbundenen Getriebe in Wirkverbindung steht. Die Antriebswelle 17 trägt an ihrem anderen Ende ein Sonnenrad 7, welches auch einteilig mit der Antriebswelle 17, insbesondere als Verzahnung an dem Ende der Antriebswelle 17 ausgebildet sein kann.
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Das Sonnenrad 7 steht in Eingriff mit einem Planetenrad 8, welches durch das Sonnenrad 7 angetrieben wird. Das Planetenrad 8 steht ferner in Eingriff mit einem Hohlrad 9, welches in Wirkverbindung mit einem Antriebszahnrad 10 des ersten Leistungszweiges 5 steht. Dazu kann an dem Hohlrad ein Absatz vorgesehen sein, welcher eine Außenverzahnung aufweist, sodass das Hohlrad 9 und das Antriebszahnrad 10 einteilig ausgebildet sind. Dabei steht eine Innenverzahnung des Hohlrads 9 mit dem Planetenrad 8 in Eingriff, während die Außenverzahnung des Hohlrades 9 mit einem ersten Abtriebszahnrad 12 des ersten Abtriebselements 3 in Eingriff steht. Das erste Abtriebselement 3 umfasst eine Abtriebswelle 18, insbesondere eine Welle zum Antrieb eines Kraftfahrzeugrads, welches das erste Abtriebszahnrad 12 trägt.
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Das Planetenrad 8 wird von einem Planetenradträger 16 getragen, auf welchem das Planetenrad 8 drehbar gelagert ist. Der Planetenradträger 16 ist drehfest mit einem Antriebsrad 11 des zweiten Leistungszweiges 6 verbunden ist. Dabei können der Planetenradträger 16 und das Antriebsrad 11 auch einteilig ausgeführt sein. Das Antriebsrad 11 weist eine Außenverzahnung auf, an welche ein Zugmittel 20, insbesondere eine Kette 14 oder ein Zahnriemen 15, aufgenommen ist. Das Zugmittel 20 verbindet das Antriebsrad 11 mit einem zweiten Abtriebszahnrad 13 des zweiten Abtriebselements 4. Dazu ist an dem zweiten Abtriebszahnrad 13 eine Verzahnung 21 ausgebildet, welche das Zugmittel 20 ebenfalls aufnimmt und somit eine formschlüssige Momentenübertragung von dem Antriebsrad 11 auf das zweite Abtriebsrad 13 ermöglicht. Das zweite Abtriebselement 4 umfasst eine zweite Abtriebswelle 19, welche drehfest mit dem zweiten Abtriebszahnrad 19 verbunden ist und das zweite Abtriebszahnrad trägt. Zusätzlich können an dem zweiten Leistungszweig 4 noch Spannelemente, insbesondere verstellbare Umlenkrollen, für das Zugmittel 20 vorgesehen sein, um das Zugmittel 20 entsprechend zu spannen.
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An dem Antriebsrad 11 ist eine zentrische Öffnung ausgebildet, durch welche die Antriebswelle 17 des Antriebselements 2 geführt ist. Dadurch lässt sich eine kompakte Bauweise des vorgeschlagenen Differenzialgetriebes 1 erreichen.
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Das Hohlrad 9 ist drehbar in einem nicht dargestellten Gehäuse des Differenzialgetriebes 1 gelagert. Durch die Drehung des Planetenrads 8 wird somit sowohl der Planetenträger 16 als auch das Hohlrad 9 in Rotation versetzt, sodass auf einfache Art und Weise eine Leistungsverzweigung möglich ist. Dabei ist das Differenzialgetriebe 1 so ausgelegt, dass bei gleichen Widerständen an den Abtriebswellen 18, 19 eine gleichmäßige Aufteilung des Antriebsmoments von 50:50 auf die beiden Abtriebswellen 18, 19 erfolgt. Durch die dargestellten Verdrehbarkeiten von Planetenrad, Planetenträger und Hohlrad kann bei unterschiedlichen Widerständen eine unterschiedliche Verteilung des Antriebsmoments erfolgen, sodass das Differenzialgetriebe 1 seine Differenzialfunktion erfüllen kann.
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Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass durch ein erfindungsgemäßes Differenzialgetriebe dem Konstrukteur bezüglich des Bauraums oder des Übersetzungsverhältnisses zusätzliche Freiheitsgrade ermöglicht werden und somit eine Anordnung insbesondere bei beengten Bauraumverhältnissen erleichtert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Differenzialgetriebe
- 2
- Antriebselement
- 3
- erstes Abtriebselement
- 4
- zweites Abtriebselement
- 5
- erster Leistungszweig
- 6
- zweiter Leistungszweig
- 7
- Sonnenrad
- 8
- Planetenrad
- 9
- Hohlrad
- 10
- Antriebszahnrad
- 11
- Antriebsrad
- 12
- erstes Abtriebszahnrad
- 13
- zweites Abtriebszahnrad
- 14
- Kette
- 15
- Zahnriemen
- 16
- Planetenträger
- 17
- Antriebswelle
- 18
- erste Abtriebswelle
- 19
- zweite Abtriebswelle
- 20
- Zugmittel
- 21
- Verzahnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014213146 B4 [0003]
- DE 102015210931 A1 [0004]
