DE102021121204B3

DE102021121204B3 - Antriebsstrangvorrichtung mit einem Differentialgetriebe und drehmomentfühlender Differentialsperre

Info

Publication number: DE102021121204B3
Application number: DE102021121204.9A
Authority: DE
Inventors: Johann Averichev; Peter Welker
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-08-16
Filing date: 2021-08-16
Publication date: 2023-02-02
Anticipated expiration: 2041-08-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsstrangvorrichtung (10) für ein Fahrzeug, aufweisend ein Differentialgetriebe (14) mit einem ein Antriebsdrehmoment zur Fortbewegung des Fahrzeugs einleitenden Differentialantrieb (22), einem abtriebsseitigen ersten Differentialabtrieb 28), einem abtriebsseitigen zweiten Differentialabtrieb (30) und einer Differentialkupplung (78) mit einem wenigstens einen der Differentialabtriebe (28, 30) abhängig von einer Betätigungskraft mit einem Reibmoment beaufschlagenden Reibbereich (84) zur Bereitstellung einer Sperrwirkung des Differentialgetriebes (14), ein das Antriebsdrehmoment über eine Schrägverzahnung zu dem Differentialgetriebe (14) übertragendes Antriebsbauteil (12), wobei das Antriebsbauteil (12) über die Antriebsschrägverzahnung (46) abhängig von einem an dieser anliegenden Drehmoment eine Axialkraft über ein Lagerelement (76) als Betätigungskraft auf wenigstens einen der Differentialabtriebe (28, 30), der drehbar gegenüber dem Antriebsbauteil (12) und axial verschiebbar ist, zur Betätigung der Differentialkupplung (78) ausübt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsstrangvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
In DE 10 2014 203 522 A1 ist ein Stirnraddifferentialgetriebe beschrieben, mit einem Umlaufgehäuse, einem ersten als Stirnrad ausgeführten Sonnenrad, einem zweiten als Stirnrad ausgeführten Sonnenrad, einer mit dem Umlaufgehäuse umlaufenden Planetenanordnung zur Koppelung der beiden Sonnenräder derart, dass diese zueinander gegensinnig drehbar sind, einer Differentialkupplung, die ein der gegenseitigen Drehbewegung zwischen den Sonnenrädern entgegenwirkendes Reibmoment bewirkt und einer Betätigungsmechanik zur Betätigung der Kupplungseinrichtung. Die Betätigungsmechanik umfasst das erste Sonnenrad, das axial verschiebbar ist und eine Schrägverzahnung aufweist, die eine Axialkraft zur Betätigung der Differentialkupplung abhängig von dem Antriebsdrehmoment an dem ersten Sonnenrad bewirkt.
In DE 10 2017 124 716 A1 ist ein Stirnraddifferential beschrieben, mit einem Gehäuse, in dem ein erstes Sonnenrad und ein zweites Sonnenrad drehbar gelagert sind. Das erste Sonnenrad ist ausgelegt, um Drehmoment von einem ersten Planetensatz an eine erste Abtriebswelle zu übertragen. Das zweite Sonnenrad ist ausgelegt, um Drehmoment von einem zweiten Planetensatz an eine zweite Abtriebswelle zu übertragen. An dem ersten Sonnenrad ist ein erstes Sperrelement mit einem konischen Außenumfangsabschnitt angebracht. An dem zweiten Sonnenrad ist ein zweites Sperrelement mit einem konischen Innenumfangsabschnitt angebracht. Das erste Sperrelement ist als ein Reibkonus/Konusring und als von dem ersten Sonnenrad separates Bauteil ausgebildet, während das zweite Sperrelement integral mit dem zweiten Sonnenrad ausgebildet ist. Das erste Sperrelement zwischen den beiden Sonnenrädern ist in Axialrichtung vorgespannt angeordnet, wodurch das Verzahnungsspiel bei geringer Last verringert wird.
Als weiterer Stand der Technik wird auf die DE 197 32 614 A1 , die DE 35 35 339 A1 und die DE 38 05 284 A1 verwiesen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Antriebsstrangvorrichtung mit Differentialsperre zur Verfügung zu stellen, die eine angepasste Betätigung der Differentialkupplung in Abhängigkeit des anliegenden Drehmoments ermöglicht.
Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch eine Antriebsstrangvorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dadurch kann das die Sperrwirkung auslösende Reibmoment der Differentialkupplung abhängig von dem anliegenden Drehmoment aufgebracht werden. Eine aktive Betätigung der Differentialkupplung kann entfallen. Die Betätigung der Differentialkupplung kann kostengünstiger und bauraumsparender erfolgen. Die Sperrwirkung kann adaptiver eingestellt werden.
Wenn zwei Bauteile in Verzahnungseingriff stehen, dann ist damit gemeint, dass diese über eine Verzahnung zur Übertragung eines Drehmoments unmittelbar miteinander verbunden sind.
Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug sein. Das Antriebsmoment kann von einem Antriebselement, beispielsweise einem Elektromotor und/oder Verbrennungsmotor bereitgestellt werden. Die Antriebsstrangvorrichtung kann in einem Antriebsstrang des Fahrzeugs wirksam zwischen dem Antriebselement und einem Fahrzeugabtrieb, beispielsweise Fahrzeugrädern, angeordnet sein.
Das Differentialgetriebe kann ein Achsdifferential sein, um an zwei Fahrzeugrädern einer Fahrzeugachse eine Verteilung des Antriebsdrehmoments, insbesondere ein gleichverteiltes Antriebsdrehmoment, umzusetzen und eine unterschiedliche Drehgeschwindigkeit der Fahrzeugräder untereinander, beispielsweise bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs, zuzulassen.
Das Differentialgetriebe kann ein Zentraldifferential in einem allradgetriebenen Fahrzeug sein, um die Antriebsleistung auf zwei oder mehr angetriebene Fahrzeugachsen des Fahrzeugs zu verteilen.
Der erste und zweite Differentialabtrieb sind erfindungsgemäß axial nebeneinander und koaxial zueinander angeordnet sein. Der erste Differentialabtrieb kann mit einem ersten Fahrzeugrad und der zweite Differentialabtrieb mit einem zweiten Fahrzeugrad einer Fahrzeugachse des Fahrzeugs drehmomentübertragbar verbunden sein. Der erste Differentialabtrieb kann mit einer Vorderachse und der zweite Differentialabtrieb kann mit einer Hinterachse des Fahrzeugs drehmomentübertragbar verbunden sein.
Der erste Differentialabtrieb kann als erstes Differentialsonnenrad ausgeführt sein. Der zweite Differentialabtrieb kann als zweites Differentialsonnenrad ausgeführt sein.
Das Differentialgetriebe kann ein Stirnraddifferential sein. Der erste Differentialabtrieb kann mit einer ersten Gruppe von Ausgleichsrädern in Verzahnungseingriff stehen. Der zweite Differentialabtrieb kann mit einer zweiten Gruppe von Ausgleichsrädern in Verzahnungseingriff stehen. Ein Ausgleichsrad der ersten Gruppe kann jeweils mit einem Ausgleichsrad der zweiten Gruppe in Verzahnungseingriff stehen. Die Ausgleichsräder können drehbar an dem Differentialantrieb aufgenommen sein. Die Drehmomentübertragung zwischen dem Differentialantrieb und dem ersten und zweiten Differentialabtrieb kann über die Ausgleichsräder erfolgen. Die Ausgleichsräder können als Differentialplanetenrad bezeichnet werden.
Das Differentialgetriebe kann ein Kegelraddifferential sein. Der erste Differentialabtrieb und der zweite Differentialabtrieb können über wenigstens zwei Kegelräder mit dem Differentialantrieb in Verzahnungseingriff stehen. Die Kegelräder können drehbar und mitdrehend an dem Differentialantrieb aufgenommen sein. Die Drehmomentübertragung zwischen dem Differentialantrieb und dem ersten und zweiten Differentialabtrieb kann über die Kegelräder erfolgen.
Die über die Differentialkupplung abhängig von dem Reibmoment aufgebaute Sperrwirkung kann durch den Sperrwert beschrieben werden. Über die Sperrwirkung kann ein Drehmomentunterschied zwischen dem ersten und zweiten Differentialabtrieb verringert werden. Die Differentialkupplung kann wirksam zwischen dem ersten Differentialabtrieb und dem zweiten Differentialabtrieb oder wirksam zwischen dem ersten oder zweiten Differentialabtrieb und dem Differentialantrieb angeordnet sein.
Das Lagerelement kann ein Axiallager sein. Das Lagerelement kann ein Wälzlager sein. Das Antriebsbauteil kann über das Lagerelement radial und/oder axial gelagert sein.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das Lagerelement axial zwischen der Antriebsschrägverzahnung und der Differentialkupplung angeordnet ist. Das Lagerelement kann zumindest teilweise radial überlappend zu dem Reibbereich angeordnet sein. Das Lagerelement kann radial innerhalb von dem Reibbereich angeordnet sein.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn das Antriebsbauteil mit einer wirksam zwischen dem Antriebsbauteil und dem Differentialantrieb angeordneten Übertragungsvorrichtung über die Schrägverzahnung in Verzahnungseingriff steht. Die Übertragungsvorrichtung kann ein Planetengetriebe mit an einem Planetenradträger aufgenommenen Planetenrädern aufweisen. Das Lagerelement kann zumindest teilweise axial überlappend zu wenigstens einer Verzahnung der Planetenräder angeordnet sein. Die Übertragungsvorrichtung kann ein Drehmoment zwischen dem Differentialantrieb und dem Antriebsbauteil übertragen. Das Drehmoment kann ein Zugmoment, das von dem Antriebsbauteil an das Differentialgetriebe übertragbar ist oder ein Schubmoment, das von dem Differentialgetriebe an das Antriebsbauteil übertragbar ist, sein.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Planetenräder jeweils als Stufenplanet mit einer kleinen Planetenverzahnung und einer großen Planetenverzahnung ausgeführt sind und das Lagerelement zumindest teilweise axial überlappend zu der kleinen Planetenverzahnung des Stufenplaneten angeordnet ist. Dadurch kann der radial innerhalb von der kleinen Planetenverzahnung vorhandene Bauraum zur Anordnung des Lagerelements genutzt werden. Unter kleiner Planetenverzahnung wird die Verzahnung des Stufenplaneten mit einem kleineren Durchmesser als die, bevorzugt axial dazu beabstandete, große Verzahnung des Stufenplaneten mit einem größeren Durchmesser verstanden.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Planetengetriebe ein mit den Planetenrädern unmittelbar in Verzahnungseingriff stehendes Sonnenrad aufweist, wobei das Antriebsbauteil mit dem Sonnenrad wenigstens drehfest verbunden ist. Das Antriebsbauteil kann mit dem Sonnenrad form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden sein. Das Antriebsbauteil kann mit dem Sonnenrad einteilig ausgeführt sein. Das Lagerelement kann axial beabstandet zu der Antriebsschrägverzahnung, insbesondere zu dem Verzahnungseingriff zwischen dem Sonnenrad und den Planetenrädern, angeordnet sein.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der die Differentialkupplung abhängig von der Betätigungskraft ein Reibmoment unmittelbar wirksam zwischen dem ersten Differentialabtrieb und dem zweiten Differentialabtrieb oder unmittelbar wirksam zwischen dem ersten oder zweiten Differentialabtrieb und dem Differentialantrieb ausübt. Dadurch kann die Sperrwirkung an die Fahrbedingungen mit dem Fahrzeug angepasst werden.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Differentialkupplung als Lamellenkupplung mit wenigstens einer dem Reibbereich zugeordneten Kupplungslamelle ausgeführt ist. Die Differentialkupplung kann als nass oder trocken laufende Lamellenkupplung ausgeführt sein. Wenigstens eine der Kupplungslamellen kann einen Reibbelag tragen. Die wenigstens eine Kupplungslamelle kann an einem Lamellenträger verzahnt aufgenommen sein. Der die Betätigungskraft auf die Differentialkupplung einleitende Differentialabtrieb kann mit dem Lamellenträger fest verbunden, bevorzugt einteilig ausgeführt, sein.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Differentialkupplung als erste Differentialkupplung ausgeführt ist und wenigstens eine weitere zweite Differentialkupplung mit einem wenigstens einen der Differentialabtriebe abhängig von einer Betätigungskraft mit einem Reibmoment belastenden Reibbereich angeordnet ist. Die zweite Differentialkupplung kann wirksam zwischen dem ersten Differentialabtrieb und dem zweiten Differentialabtrieb oder wirksam zwischen dem ersten oder zweiten Differentialabtrieb und dem Differentialantrieb angeordnet sein.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der ein die Differentialkupplung mit einer Federkraft zur Betätigung beaufschlagendes Federelement angeordnet ist. Die Differentialkupplung kann dadurch auch bei ausbleibendem Drehmoment an der Antriebsschrägverzahnung ein Reibmoment auf den Differentialabtrieb aufbauen. Das Federelement kann in Bezug auf eine Übertragung der Axialkraft zwischen dem Antriebsbauteil und der Differentialkupplung in Reihe wirksam angeordnet sein.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der ein Kraftüberbrückungselement angeordnet ist, das einen axialen Freiweg wirksam zwischen dem Antriebsbauteil und der Differentialkupplung in Bezug auf einen Übertragungsweg der Axialkraft umsetzt und das bei anliegender Axialkraft eine Betätigungskraft auf die Differentialkupplung überträgt, sobald der Freiweg aufgebraucht ist. Ist die Axialkraft kleiner als eine über das Kraftüberbrückungselement ausgleichbare Gegenkraft, dann kann die Differentialkupplung über die Axialkraft unbetätigt bleiben.
Das Kraftüberbrückungselement kann einen Betätigungsring aufweisen, der zur Umsetzung des Freiwegs axial beabstandet zu einem an der Kraftübertragung beteiligten Bauteile angeordnet ist. Das Kraftüberbrückungselement ist bevorzugt in Reihe wirksam in dem Kraftübertragungsweg der Axialkraft zur Betätigung der Differentialkupplung angeordnet.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:

1: Einen Querschnitt einer Antriebsstrangvorrichtung in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
2: Einen Querschnitt einer Antriebsstrangvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
3: Einen Querschnitt einer Antriebsstrangvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
4: Einen Querschnitt einer Antriebsstrangvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
5: Einen Querschnitt einer Antriebsstrangvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
6: Einen Querschnitt einer Antriebsstrangvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
7: Einen Ausschnitt eines Querschnitts einer Antriebsstrangvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
8: Einen Ausschnitt eines Querschnitts einer Antriebsstrangvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
9: Einen Ausschnitt eines Querschnitts einer Antriebsstrangvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.

1 zeigt einen Querschnitt einer Antriebsstrangvorrichtung in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebsstrangvorrichtung 10 ist in einem Fahrzeug angeordnet und umfasst ein Antriebsbauteil 12 und ein Differentialgetriebe 14. Das Antriebsbauteil 12 ist mit einer Antriebswelle 16 über eine Steckverzahnung 18 verbunden. Die Antriebswelle 16 ist mit einem ein Antriebsdrehmoment bereitstellenden Antriebselement, beispielsweise einem Elektromotor, verbunden. Das Antriebsdrehmoment ist über die Antriebswelle 16 und die Steckverzahnung 18 auf das Antriebsbauteil 12 übertragbar.
Das Differentialgetriebe 14 ist hier als Stirnraddifferential 20 ausgeführt und umfasst einen Differentialantrieb 22, der als Differentialträger 24 ausgeführt ist und mehrere Ausgleichsräder 26 drehbar aufnimmt. Der Differentialantrieb 22 ist über die Ausgleichsräder 26 mit einem abtriebsseitigen ersten Differentialabtrieb 28 und einem abtriebsseitigen zweiten Differentialabtrieb 30 verbunden. Der erste Differentialabtrieb 28 ist als erstes Differentialsonnenrad 32 und der zweite Differentialabtrieb 30 ist als zweites Differentialsonnenrad 34 ausgeführt.
Dabei steht eine erste Gruppe 36 an Ausgleichsrädern 26 mit dem ersten Differentialabtrieb 28 und eine zweite Gruppe 38 an Ausgleichsrädern 26 mit dem zweiten Differentialabtrieb 30 in Verzahnungseingriff. Ein jeweiliges Ausgleichsrad 26 der ersten Gruppe 36 steht in Verzahnungseingriff mit einem jeweiligen Ausgleichsrad 26 der zweiten Gruppe 38. Der erste Differentialabtrieb 28 ist mit einer ersten Abtriebswelle 40 über einen Verzahnungseingriff 42 und der zweite Differentialabtrieb 30 ist mit einer zweiten Abtriebswelle über einen Verzahnungseingriff verbunden. Die erste Abtriebswelle 40 ist beispielsweise mit einem ersten Fahrzeugrad und die zweite Abtriebswelle mit einem zweiten Fahrzeugrad zur Fortbewegung des Fahrzeugs verbunden. Das Differentialgetriebe 14 ist damit als Achsdifferential ausgeführt.
Das Antriebsbauteil 12 steht mit einer wirksam zwischen dem Antriebselement und dem Differentialantrieb 22 angeordneten Übertragungsvorrichtung 44 über eine Antriebsschrägverzahnung 46 in Verzahnungseingriff. Die Übertragungsvorrichtung 44 weist ein Planetengetriebe 48 mit einem Sonnenrad 50 und an einem Planetenradträger 52 aufgenommene Planetenräder 54 auf. Die Planetenräder 54 sind jeweils als Stufenplanet 56 mit einer kleinen Planetenverzahnung 58 und einer großen Planetenverzahnung 60 ausgeführt. Die große Planetenverzahnung 60 steht in Verzahnungseingriff mit einem ersten Hohlrad 62 und die kleine Planetenverzahnung 58 steht in Verzahnungseingriff mit einem zweiten Hohlrad 64.
Das erste Hohlrad 62 ist über eine erste Getriebekupplung 66 und das zweite Hohlrad 64 ist über eine zweite Getriebekupplung 68 gegenüber einem das Planetengetriebe 48 und das Differentialgetriebe 14 aufnehmenden Getriebegehäuse 70 durch ein von einer Betätigungskraft abhängiges Reibmoment abstützbar. Hierfür weist die erste und zweite Getriebekupplung 66, 68 jeweils einen Reibbereich 72 mit mehreren Kupplungslamellen 74 auf, die abhängig von der Betätigungskraft miteinander reibschlüssig verbunden werden können.
Das Sonnenrad 50 ist einteilig mit dem Antriebsbauteil 12 ausgeführt. Hierfür ist an einem Aussenumfang des Antriebsbauteils 12 die Antriebsschrägverzahnung 46 ausgeführt, die unmittelbar in eine entsprechende Antriebsschrägverzahnung an der großen Planetenverzahnung 60 des Planetenrads 56 eingreift. Ein Lagerelement 76 ist wirksam zwischen dem Antriebsbauteil 12 und dem ersten Differentialabtrieb 28 angeordnet. Das Antriebsbauteil 12 ist über das Lagerelement 76 gegenüber dem Differentialträger 24 drehbar. Bei einem auf die Antriebsschrägverzahnung 46 einwirkendem Drehmoment zwischen dem Antriebsbauteil 12 und dem Planetenrad 54 entsteht eine Axialkraft, die über das Lagerelement 76 auf den ersten Differentialabtrieb 28 wirkt.
Eine Differentialkupplung 78 ist wirksam zwischen dem ersten und zweiten Differentialabtrieb 28, 30 angeordnet. Die Differentialkupplung 78 ist als Lamellenkupplung 80 ausgeführt, aufweisend mehrere Kupplungslamellen 82 die einen Reibbereich 84 der Differentialkupplung 78 bilden. Abhängig von einer Betätigungskraft auf den Reibbereich 84 wird zwischen dem ersten und zweiten Differentialabtrieb 28, 30 ein Reibmoment aufgebaut, wodurch der erste und zweite Differentialabtrieb 28, 30 reibschlüssig miteinander verbunden werden können und dabei eine Sperrwirkung des Differentialgetriebes 14 umsetzen.
Der erste Differentialabtrieb 28 ist axial verschiebbar aufgenommen und eine über die Antriebsschrägverzahnung 46 des Antriebsbauteils 12 aufgebaute Axialkraft wird über das Lagerelement 76 auf den ersten Differentialabtrieb 28 geleitet und damit die Differentialkupplung 78 abhängig von der Betätigungskraft betätigt. Dabei wird die Differentialkupplung 78 bei anliegender Betätigungskraft geschlossen und das zwischen dem ersten und zweiten Differentialabtrieb 28, 30 aufgebaute Reibmoment hängt von der Betätigungskraft ab. Je größer das an dem Antriebsbauteil 12 anliegende Drehmoment ist, umso größer ist die Axialkraft und damit die Betätigungskraft und dadurch das Reibmoment und die Sperrwirkung.
Das Lagerelement 76 ist axial überlappend zu der kleinen Planetenverzahnung 58 des Stufenplaneten 56 angeordnet und axial zwischen der Antriebsschrägverzahnung 46 und der Differentialkupplung 78 aufgenommen.
2 zeigt einen Querschnitt einer Antriebsstrangvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebsstrangvorrichtung 10 umfasst ein als Stirnraddifferential 20 ausgeführtes und 2-Wege-Sperrdifferential wirkendes Differentialgetriebe 14 mit einer ersten Differentialkupplung 78.1, die wirksam zwischen dem ersten Differentialabtrieb 28 und dem Differentialträger 24 angeordnet ist, einer zweiten Differentialkupplung 78.2, die wirksam zwischen dem ersten und zweiten Differentialabtrieb 28, 30 angeordnet ist und einer dritten Differentialkupplung 78.3, die wirksam zwischen dem zweiten Differentialabtrieb 30 und dem Differentialträger 24 angeordnet ist.
Das 2-Wege-Sperrdifferential ist drehmomentfühlend wirksam und ermöglicht über die jeweiligen Differentialkupplungen 78.1, 78.2, 78.3 eine Sperrwirkung im Zugbetrieb und im Schubbetrieb des Fahrzeugs. Insbesondere bei einem Frontantrieb mit dem an der Fahrzeugachse angeordneten Sperrdifferential ist diese Funktion wirkungsvoll.
Der erste und zweite Differentialabtrieb 28, 30 ist jeweils axial verschiebbar und eine von dem Antriebsbauteil 12 in eine erste Axialrichtung 88 wirkende Axialkraft durch ein zwischen dem Antriebsbauteil 12 und der hier ausgeblendeten Übertragungsvorrichtung anliegendes Drehmoment als Zugmoment an der Antriebsschrägverzahnung 46 wird über das Lagerelement 76 als Betätigungskraft auf die zweite Differentialkupplung 78.2 übertragen und betätigt die zweite Differentialkupplung 78.2 abhängig von der Betätigungskraft. Die Betätigungskraft betätigt neben der zweiten Differentialkupplung 78.2 auch die dritte Differentialkupplung 78.3 über den zweiten Differentialabtrieb 30.
Bei einem an der Antriebsschrägverzahnung 46 anliegenden Schubmoment bewirkt das Antriebsbauteil 12 eine Axialkraft in eine der ersten Axialrichtung 88 entgegengesetzte zweite Axialrichtung 90. Die Axialkraft ist über das Lagerelement 76 als Betätigungskraft auf die erste Differentialkupplung 78.1 wirksam, die abhängig von der Betätigungskraft betätigt wird und ein Reibmoment zwischen dem Differentialträger 24 und dem ersten Differentialabtrieb 28 aufbaut.
Abhängig von der Anzahl und Anordnung der Differentialkupplungen 78.1, 78.2, 78.3 und weiterhin abhängig von dem Wirkdurchmesser des jeweiligen Reibbereichs 72 der Differentialkupplungen 78.1, 78.2, 78.3 und auch abhängig von der Anzahl der Kupplungslamellen 74 der als Lamellenkupplungen 80 ausgeführten Differentialkupplungen 78.1, 78.2, 78.3 kann die Wirkung der Sperrfunktion des Differentialgetriebes 14 beeinflusst werden. Beispielsweise kann abhängig von diesen Parametern ein Vollsperrdifferential, ein 1-Wege-Sperrdifferential, ein 1,5-Wege-Sperrdifferential, ein 1 ,x-Wege-Sperrdifferential oder ein 2-Wege-Sperrdifferential, wie in dem vorliegenden Beispiel, umgesetzt werden.
3 zeigt einen Querschnitt einer Antriebsstrangvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebsstrangvorrichtung 10 umfasst ein als Stirnraddifferential 20 ausgeführtes und als 1-Wege-Sperrdifferential drehmomentfühlend wirksames Differentialgetriebe 14. Das Antriebsbauteil 12 bewirkt durch die Antriebsschrägverzahnung 46 bei anliegendem Drehmoment eine Axialkraft, die über das Lagerelement 76 als Betätigungskraft auf den ersten Differentialabtrieb 28 wirkt, der axial verschiebbar ist und die Betätigungskraft auf die Differentialkupplung 78 weiterleitet, die abhängig von der Betätigungskraft ein Reibmoment zwischen dem ersten und zweiten Differentialabtrieb 28, 30 aufbaut.
Dabei ist die Sperrwirkung ausschließlich bei einem Zugmoment an dem Antriebsbauteil 12 wirksam. Dabei wirkt die Axialkraft in die erste Axialrichtung 88. Bei einem Schubmoment an dem Antriebsbauteil 12 ist das Antriebsbauteil 12 von dem ersten Differentialabtrieb 28 kraftwirksam entkoppelt. Das Lagerelement 76 ist radial zwischen dem Antriebsbauteil 12 und dem Differentialträger 24 angeordnet.
4 zeigt einen Querschnitt einer Antriebsstrangvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebsstrangvorrichtung 10 umfasst ein als Stirnraddifferential 20 ausgeführtes und als 2-Wege-Sperrdifferential drehmomentfühlend wirkendes Differentialgetriebe 14. Das Antriebsbauteil 12 bewirkt durch die Antriebsschrägverzahnung 46 bei anliegendem Zugmoment eine Axialkraft, die über das Lagerelement 76 als Betätigungskraft auf den axial verschiebbaren ersten Differentialabtrieb 28 und darüber als Betätigungskraft auf die erste Differentialkupplung 78.1 wirkt, die wirksam zwischen dem ersten und zweiten Differentialabtrieb 28, 30 angeordnet ist. Bei einem Schubmoment an dem Antriebselement bewirkt die Antriebsschrägverzahnung 46 eine Axialkraft, die über das Lagerelement 76 als Betätigungskraft auf den ersten Differentialabtrieb 28 und darüber als Betätigungskraft auf die zweite Differentialkupplung 78.2, die wirksam zwischen dem ersten Differentialabtrieb 28 und dem Differentialträger 24 angeordnet ist, wirkt.
5 zeigt einen Querschnitt einer Antriebsstrangvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebsstrangvorrichtung 10 umfasst ein als Stirnraddifferential 20 ausgeführtes und als 2-Wege-Sperrdifferential drehmomentfühlend wirkendes Differentialgetriebe 14. Das Antriebsbauteil 12 bewirkt durch die Antriebsschrägverzahnung 46 bei anliegendem Zugmoment eine Axialkraft, die über das Lagerelement 76 als Betätigungskraft auf den axial verschiebbaren ersten und zweiten Differentialabtrieb 28, 30 und darüber als Betätigungskraft auf die erste Differentialkupplung 78.1 wirkt, die wirksam zwischen dem zweiten Differentialabtrieb 30 und dem Differentialträger 24 angeordnet ist. Bei einem Schubmoment an dem Antriebselement bewirkt die Antriebsschrägverzahnung 46 eine Axialkraft, die über das Lagerelement 76 als Betätigungskraft auf den ersten Differentialabtrieb 28 und darüber als Betätigungskraft auf die zweite Differentialkupplung 78.2, die wirksam zwischen dem ersten Differentialabtrieb 28 und dem Differentialträger 24 angeordnet ist, wirkt.
6 zeigt einen Querschnitt einer Antriebsstrangvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebsstrangvorrichtung 10 umfasst ein als Kegelraddifferential 91 ausgeführtes und als 1-Wege-Sperrdifferential drehmomentfühlend wirkendes Differentialgetriebe 14. Das Antriebsbauteil 12 bewirkt durch die Antriebsschrägverzahnung 46 bei anliegendem Zugmoment eine Axialkraft, die über das Lagerelement 76 als Betätigungskraft auf den axial verschiebbaren ersten Differentialabtrieb 28 und darüber als Betätigungskraft auf die Differentialkupplung 78 wirkt, die wirksam zwischen dem ersten Differentialabtrieb 28 und dem Differentialträger 24 angeordnet ist.
Das Antriebsbauteil 12 steht mit einer wirksam zwischen dem Antriebselement und dem Differentialträger 24 als Differentialantrieb 22 angeordneten Übertragungsvorrichtung 44 über die Antriebsschrägverzahnung 46 in Verzahnungseingriff. Die Übertragungsvorrichtung 44 weist das Planetengetriebe 48 mit dem Sonnenrad 50 und an dem Planetenradträger 52 aufgenommene Planetenräder 54 auf. Die Planetenräder 54 sind jeweils als Stufenplanet 56 mit einer kleinen Planetenverzahnung 58 und einer großen Planetenverzahnung 60 ausgeführt.
Das Lagerelement 76 ist axial überlappend zu der kleinen Planetenverzahnung 58 des Stufenplaneten 56 angeordnet und axial zwischen der Antriebsschrägverzahnung 46 und der Differentialkupplung 78 aufgenommen.
7 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts einer Antriebsstrangvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebsstrangvorrichtung 10 umfasst das Antriebsbauteil 12, das bei anliegendem Drehmoment eine Axialkraft über das Lagerelement 76 als Betätigungskraft auf den ersten Differentialabtrieb 28 bewirkt, der dadurch die Differentialkupplung 78 betätigt und dabei ein Reibmoment zwischen dem ersten und zweiten Differentialabtrieb 28, 30 als Sperrwirkung des Differentialgetriebes 14 aufbaut.
Ein Federelement 92 ist wirksam zwischen dem Lagerelement 76 und dem ersten Differentialabtrieb 28 angeordnet. Das Federelement 92 ist als Tellerfeder ausgeführt und zwischen einer Lageraußenschale 94 des als Wälzlager ausgeführten Lagerelements 76 und einem Abstützring 96, der stirnseitig an dem ersten Differentialabtrieb 28 angeordnet ist und an dem das Federelement 92 anliegt, angeordnet. Das Federelement 92 ist in Bezug auf die Übertragung der Axialkraft zwischen dem Lagerelement 76 und dem ersten Differentialabtrieb 28 in Reihe wirksam angeordnet. Das Federelement 92 stellt eine Vorspannkraft zwischen dem Lagerelement 76 und dem ersten Differentialabtrieb 28 bereit, durch die die Differentialkupplung 78 betätigt ist und dabei ein Mindestreibmoment zwischen dem ersten und zweiten Differentialabtrieb 28, 30 aufbaut.
Eine Sperrwirkung mit einem von dem Mindestreibmoment abhängigen Grundsperrwert ist auch ohne ein an dem Antriebsbauteil 12 anliegenden Drehmoment gegebenen. Das ist besonders bei Situationen vorteilhaft, bei denen das Fahrzeug beim Anfahren eine unzureichende Traktion der dem Differentialgetriebe 14 zugeordneten Fahrzeugräder aufweist. Insbesondere bei Fahrzeugen mit einer großen Masse ist ein Anfahren auch bei glatter Fahrbahn besser umsetzbar.
8 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts einer Antriebsstrangvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebsstrangvorrichtung 10 umfasst die Differentialkupplung 78, die über ein wirksam zwischen einer Kupplungslamelle 74 und dem ersten Differentialabtrieb 28 angeordnetes Federelement 92 vorgespannt betätigt ist und dabei ein Mindestreibmoment zwischen dem ersten und zweiten Differentialabtrieb 28, 30 aufbaut. Das Federelement 92 ist beispielsweise als Tellerfeder ausgeführt.
9 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts einer Antriebsstrangvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Der Aufbau der Antriebsstrangvorrichtung 10 gleicht dem aus 7, mit den nachfolgenden Unterschieden. Das Lagerelement 76 ist mit einem Kraftüberbrückungselement 98 verbunden, das wirksam zwischen dem Lagerelement 76 und dem ersten Differentialabtrieb 28 angeordnet ist. Das Kraftüberbrückungselement 98 weist einen Betätigungsring 100 auf, der über ein Federelement 102 an einem Sicherungsring 104 abgestützt ist. Der Betätigungsring 100 ist bei ausbleibender Axialkraft an dem Antriebsbauteil 12 axial beabstandet zu dem ersten Differentialabtrieb 28 angeordnet.
Das Kraftüberbrückungselement 98 bewirkt eine Kraftübertragung der Axialkraft zwischen dem Lagerelement 76 und dem ersten Differentialabtrieb 28, sobald ein durch den axialen Abstand zwischen dem Betätigungsring 100 und dem ersten Differentialabtrieb 28 gebildeter Freiweg 106 aufgebraucht ist. Bei anfänglicher kleiner Axialkraft wird der Betätigungsring 100 entgegen der Federkraft des Federelements 92 in Richtung zu dem ersten Differentialabtrieb 28 bewegt, bis dieser bei zunehmender Axialkraft an dem ersten Differentialabtrieb 28 anliegt und damit die Axialkraft als Betätigungskraft auf den ersten Differentialabtrieb 28 überträgt.
Dadurch kann ein Drehmomentschwellwert für das drehmomentabhängige Reibmoment der Differentialkupplung 78 umgesetzt werden. Erst wenn das an dem Antriebsbauteil 12 anliegende Drehmoment den Drehmomentschwellwert überschreitet, wird das Reibmoment an der Differentialkupplung 78 aufgebaut. Bei kleinerem Drehmoment als der Drehmomentschwellwert an dem Antriebsbauteil 12 ist die Sperrwirkung des Differentialgetriebes 14 ausgeschaltet und bei einem den Drehmomentschwellwert überschreitenden Drehmoment, beispielsweise bei größeren Belastungen, insbesondere einem Sportmodus des Fahrzeugs, wird die Sperrwirkung über das Kraftüberbrückungselement 98 eingeschaltet.
Bezugszeichenliste

10: Antriebsstrangvorrichtung
12: Antriebsbauteil
14: Differentialgetriebe
16: Antriebswelle
18: Steckverzahnung
20: Stirnraddifferential
22: Differentialantrieb
24: Differentialträger
26: Ausgleichsrad
28: erster Differentialabtrieb
30: zweiter Differentialabtrieb
32: erstes Differentialsonnenrad
34: zweites Differentialsonnenrad
36: erste Gruppe
38: zweite Gruppe
40: erste Abtriebswelle
42: Verzahnungseingriff
44: Übertragungsvorrichtung
46: Antriebsschrägverzahnung
48: Planetengetriebe
50: Sonnenrad
52: Planetenradträger
54: Planetenrad
56: Stufenplanet
58: kleine Planetenverzahnung
60: große Planetenverzahnung
62: erstes Hohlrad
64: zweites Hohlrad
66: erste Getriebekupplung
68: zweite Getriebekupplung
70: Getriebegehäuse
72: Reibbereich
74: Kupplungslamelle
76: Lagerelement
78: Differentialkupplung
78.1: erste Differentialkupplung
78.2: zweite Differentialkupplung
78.3: dritte Differentialkupplung
80: Lamellenkupplung
82: Kupplungslamelle
84: Reibbereich
88: erste Axialrichtung
90: zweite Axialrichtung
91: Kegelraddifferential
92: Federelement
94: Lageraußenschale
96: Abstützring
98: Kraftüberbrückungselement
100: Betätigungsring
102: Federelement
104: Sicherungsring
106: Freiweg

Claims

Antriebsstrangvorrichtung (10) für ein Fahrzeug, aufweisend ein Differentialgetriebe (14) mit einem ein Antriebsdrehmoment zur Fortbewegung des Fahrzeugs einleitenden Differentialantrieb (22), einem abtriebsseitigen ersten Differentialabtrieb 28), einem abtriebsseitigen zweiten Differentialabtrieb (30) und einer Differentialkupplung (78) mit einem wenigstens einen der Differentialabtriebe (28, 30) abhängig von einer Betätigungskraft mit einem Reibmoment beaufschlagenden Reibbereich (84) zur Bereitstellung einer Sperrwirkung des Differentialgetriebes (14), ein das Antriebsdrehmoment über eine Schrägverzahnung (46) zu dem Differentialgetriebe (14) übertragendes Antriebsbauteil (12), wobei das Antriebsbauteil (12) über die Antriebsschrägverzahnung (46) abhängig von einem an dieser anliegenden Drehmoment eine Axialkraft über ein Lagerelement (76) als Betätigungskraft auf wenigstens einen der Differentialabtriebe (28, 30), der drehbar gegenüber dem Antriebsbauteil (12) und axial verschiebbar ist, zur Betätigung der Differentialkupplung (78) ausübt, wobei das Lagerelement (76) axial zwischen der Antriebsschrägverzahnung (46) und der Differentialkupplung (78) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsbauteil (12) mit einer wirksam zwischen dem Antriebsbauteil (12) und dem Differentialantrieb (22) angeordneten Übertragungsvorrichtung (44) über die Schrägverzahnung (46) in Verzahnungseingriff (42) steht, wobei die Übertragungsvorrichtung (44) ein Planetengetriebe (48) mit an einem Planetenradträger (52) aufgenommenen Planetenrädern (54) aufweist, wobei das Lagerelement (76) zumindest teilweise axial überlappend zu wenigstens einer Verzahnung der Planetenräder (54) angeordnet ist.
Antriebsstrangvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder (54) jeweils als Stufenplanet (56) mit einer kleinen Planetenverzahnung (58) und einer großen Planetenverzahnung (60) ausgeführt sind und das Lagerelement (76) zumindest teilweise axial überlappend zu der kleinen Planetenverzahnung (58) des Stufenplaneten (56) angeordnet ist.
Antriebsstrangvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (48) ein mit den Planetenrädern (54) unmittelbar in Verzahnungseingriff (42) stehendes Sonnenrad (50) aufweist, wobei das Antriebsbauteil (12) mit dem Sonnenrad (50) wenigstens drehfest verbunden ist.
Antriebsstrangvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differentialkupplung (78) abhängig von der Betätigungskraft ein Reibmoment unmittelbar wirksam zwischen dem ersten Differentialabtrieb (28) und dem zweiten Differentialabtrieb (30) oder unmittelbar wirksam zwischen dem ersten oder zweiten Differentialabtrieb (28, 30) und dem Differentialantrieb (22) ausübt.
Antriebsstrangvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differentialkupplung (78) als Lamellenkupplung (80) mit wenigstens einer dem Reibbereich (84) zugeordneten Kupplungslamelle (82) ausgeführt ist.
Antriebsstrangvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differentialkupplung (78) als erste Differentialkupplung (78.1) ausgeführt ist und wenigstens eine weitere zweite Differentialkupplung (78.2) mit einem wenigstens einen der Differentialabtriebe (28, 30) abhängig von einer Betätigungskraft mit einem Reibmoment belastenden Reibbereich (84) angeordnet ist.
Antriebsstrangvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Differentialkupplung (78) mit einer Federkraft zur Betätigung beaufschlagendes Federelement (92) angeordnet ist.
Antriebsstrangvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kraftüberbrückungselement (98) angeordnet ist, das einen axialen Freiweg (106) wirksam zwischen dem Antriebsbauteil (12) und der Differentialkupplung (78) in Bezug auf einen Übertragungsweg der Axialkraft umsetzt und das bei anliegender Axialkraft eine Betätigungskraft auf die Differentialkupplung (78) überträgt, sobald der Freiweg (104) aufgebraucht ist.