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Dokumentenidentifikation DE102006018661A1 25.10.2007
Titel Differenzialgetriebe für ein Kraftfahrzeug
Anmelder AUDI AG, 85057 Ingolstadt, DE
Erfinder Meixner, Christian, 85049 Ingolstadt, DE
DE-Anmeldedatum 21.04.2006
DE-Aktenzeichen 102006018661
Offenlegungstag 25.10.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.10.2007
IPC-Hauptklasse F16H 48/26(2006.01)A, F, I, 20060421, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16H 48/04(2006.01)A, L, I, 20060421, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Differenzialgetriebe für ein Kraftfahrzeug (5), das ein eingangsseitiges Antriebsmoment (Min) auf zwei Abtriebswellen (3, 4) aufteilt und dem zumindest eine Überlagerungsstufe (17) zugeordnet ist, mit der ein Drehmomentverhältnis zwischen den beiden Abtriebswellen (3, 4) festlegbar ist und die mit einem Bremsmomenterzeuger (33) verbunden ist, mit dem ein auf die Überlagerungsstufe (17) wirkendes Bremsmoment erzeugbar ist. Erfindungsgemäß ist der Bremsmomenterzeuger (33) eine Pumpe.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Differenzialgetriebe für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bekanntermaßen erlaubt ein Differenzialgetriebe für ein Kraftfahrzeug unterschiedliche Drehzahlen zwischen den Antriebsrädern eines Fahrzeugs, wie sie etwa bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs auftreten. Bei einer solchen Kurvenfahrt weist das kurveninnere Antriebsrad regelmäßig eine niedrigere Drehzahl auf als das kurvenäußere Antriebsrad des Fahrzeugs.

Um das Kurvenverhalten eines Fahrzeugs zu verbessern, ist aus der EP 0 844 416 A2 ein gattungsgemäßes Differenzialgetriebe mit einem Getriebegehäuse bekannt, das von einer Antriebswelle angetrieben ist und ein eingangsseitiges Antriebsmoment auf zwei Abtriebswellen aufteilt. Jedem der Abtriebswellen ist als Überlagerungsstufe jeweils ein Planetengetriebe zugeordnet, mit dem ein Drehmomentverhältnis zwischen den beiden Abtriebswellen festlegbar ist. Das Planetengetriebe weist ein mit dem Getriebegehäuse gekoppeltes, antriebsseitiges Sonnenrad und ein koaxial angeordnetes, mit zumindest einer der Abtriebswellen gekoppeltes abtriebsseitiges Sonnenrad auf. Die beiden Sonnenräder kämmen mit zumindest einem gemeinsamen Planetenrad, das von einem umlaufenden Planetenrad-Träger getragen ist. Der Planetenrad-Träger ist mit einer Lamellenkupplung gekoppelt, die über Hydraulikzylinder betätigbar ist. In Abhängigkeit von der auf die Lamellenkupplung ausgeübten Druckkraft wird ein auf den Planetenrad-Träger wirkendes Bremsmoment erzeugt. Auf diese Weise kann die Drehzahl des kurvenäußeren Antriebsrads gegenüber der Drehzahl des kurveninneren Antriebsrads erhöht werden.

Die oben genannte Lamellenkupplung des Differenzialgetriebes wird als nasslaufende Kupplung in einem Ölbad des Getriebes betrieben. Die Eigenschaften des Getriebeöls, insbesondere dessen Viskosität oder dessen Reibwert, ändern sich jedoch in Abhängigkeit von seiner Betriebsdauer, so dass sich auch die Bremseigenschaften der Lamellenkupplung zwangsläufig abhängig von den Eigenschaften des Getriebeöls im Laufe der Zeit ändern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Differenzialgetriebe für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei dem dauerhaft ein zuverlässiger Betrieb des Differenzialgetriebes gewährleistet ist.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 wird als ein Bremsmomenterzeuger für den umlaufenden Planetenrad-Träger keine Lamellenkupplung, sondern eine Pumpe verwendet. Das zum Antrieb der Pumpe erforderliche Pumpen-Antriebsmoment entspricht dabei dem auf die Überlagerungsstufe wirkenden Bremsmoment. Für einen einfachen Pumpenantrieb ist es bevorzugt, wenn die Pumpe direkt von der Überlagerungsstufe angetrieben ist.

Im Gegensatz zur oben erwähnten Lamellenkupplung wird mit der Pumpe ein nahezu verzögerungsfrei ansprechender Bremserzeuger ohne Lüftspiel bereitgestellt. Erfindungsgemäß wird das Bremsmoment nicht durch einen Reibkontakt zwischen den Lamellen der Lamellenkupplung erzeugt. Demzufolge hat ein sich durch Ölalterung und/oder Viskositätsänderung des Getriebeöls ändernder Reibwert keinen Einfluss auf die Bremskrafterzeugung.

Die im Stand der Technik in das Differenzialgetriebe integrierten Lamellenkupplungen laufen regelmäßig in einem weniger zähflüssigen ATF-Ölbad, während die sonstigen Getriebeteile mit hochzähflüssigem Hypoidöl versorgt werden. Das ATF-Ölbad ist durch eine aufwendige Ölraumtrennung vom Hypoidöl getrennt. Erfindungsgemäß kann auf das ATF-Ölbad der Lamellenkupplungen verzichtet werden. Die Ölraumtrennung kann daher entfallen.

Vorteilhaft kann die Pumpe in einem geschlossenen Hydraulik-Schaltkreis arbeiten. Über den Hydraulik-Schaltkreis können zusätzlich Getriebekomponenten aktiv geschmiert werden, etwa die z. B. als Planetengetriebe gebildete Überlagerungsstufe. Für den Fall, dass der Hydraulik-Schaltkreis getriebeölunabhängig betrieben wird, können unterschiedliche Öl-Arten für den Hydraulik-Schaltkreis und für die Getriebeteile verwendet werden. D. h., dass für den Hydraulik-Schaltkreis ein gering viskoses ATF-Öl einsetzbar ist, mit dem der Hydraulik-Schaltkreis einfacher regelbar ist. Für die Getriebeteile kann dagegen das hochviskose Hypoidöl eingesetzt werden.

Für einen Antrieb der Pumpe kann die Überlagerungsstufe mit einer Taumelscheibe antriebsgekoppelt sein, die koaxial zur Überlagerungsstufe angeordnet sein kann. Mittels der Taumelscheibe kann in einfacher Weise eine Hubbewegung in Axialrichtung erzeugt und auf die Pumpe übertragen werden. Erfindungsgemäß kann daher die Bremskraft dadurch erzeugt werden, dass ein Öl-volumen von der Pumpe gefördert wird, und/oder dass die Pumpe einen Öl-druck erhöht, während bei der Lamellenkupplung zur Bremskrafterzeugung eine Reibungskraft zwischen den Lamellen der Kupplung erzeugt wird.

Um Bauraum einzusparen, kann hier der Einsatz einer Ringkolbenpumpe von Vorteil sein, deren Ringkolben bauraumgünstig zumindest teilweise Getriebeteile axial begrenzen können. Bei der Ringkolbenpumpe sind die in zumindest einem Ringzylinder verschiebbar angeordneten Ringkolben über Rollenlager reibungsarm mit der Taumelscheibe in Abrollkontakt sind. Jede dieser Rollen übernimmt die Funktion eines Stößels für den sich im Ringzylinder bewegenden Ringkolben. Der Ringkolben kann dabei zusammen mit seiner Rolle mittels einer Feder gegen die Taumelscheibe gedrückt sein. Dadurch ist ein zuverlässiger Abroll-Kontakt zwischen der Taumelscheibe und der Rolle gewährleistet.

In einer Ausführungsform kann auf der Druckseite der Pumpe eine Drossel oder ein Druckregelventil angeordnet sein, durch das die Pumpe Hydrauliköl fördern kann. In Abhängigkeit von dem Drosseldurchmesser des Ventils bzw. der Drossel ergibt sich somit ein von der Pumpe zu überwindender Strömungswiderstand. Zur Überwindung des so eingestellten Strömungswiderstands ist wiederum ein bestimmtes Pumpen-Antriebsmoment erforderlich, mit dem gleichzeitig die zugeordnete Überlagerungsstufe gebremst werden kann. Vorteilhaft kann das Druckregelventil bzw. die Drossel in Abhängigkeit von Raddrehzahlen, einem Lenkwinkel, einer Gierrate, einer Quer-/Längsbeschleunigung oder einer Motorlast eingestellt werden.

Erfindungsgemäß wird das Hydraulik-Öl durch die Pumpe druckbeaufschlagt, wodurch sich das Öl erwärmt. Der Wärmeeintrag erfolgt somit direkt in das Öl, wodurch eine effektivere Kühlung des Differenzialgetriebes ermöglicht ist. Dadurch wird das Differenzialgetriebe insgesamt leistungsfähiger. Im Unterschied dazu werden bei der Lamellenkupplung zunächst die Lamellen reibungsbedingt erwärmt, und darauffolgend das Öl von den Lamellen erwärmt.

Von Vorteil ist es, wenn die Pumpe im Leerlauf betreibbar ist, so dass kein oder nur ein minimales Bremsmoment erzeugt wird. Hierzu kann auf der Saugseite der Pumpe ein Schaltventil im Hydraulik-Schaltkreis angeordnet sein. Mittels des Schaltventils kann etwa ein Luft-Ansaugkanal oder ein Öl-Ansaugkanal mit der Pumpen-Saugseite verbunden werden. Somit kann die Pumpe im Leerlaufbetrieb lediglich Ölnebel bzw. Luft fördern, wodurch nahezu verlustfrei kein Bremsmoment für den Planetenrad-Träger erzeugt wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Pumpe eine Abschaltfunktion aufweist, bei der – sofern aktiviert – die Pumpe stillgesetzt ist. Die Abschaltfunktion der Pumpe kann etwa bei sehr hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten aktiviert werden, um einem Verschleiß der Pumpe entgegenzuwirken. Zur Ausgestaltung der Abschaltfunktion kann das Schaltventil in einer Schaltstellung den Ansaugkanal der Pumpe vollständig sperren. In diesem Fall stellt sich in dem vom Ringkolben der Pumpe begrenzten Druckraum ein Unterdruck ein. Dieser bewirkt, dass der Ringkolben zum Druckausgleich entgegen der Druckfederkraft in seinem eingefahrenen Endzustand verbleibt. Durch die Sperrstellung des Schaltventils kann somit die Pumpe deaktiviert werden, so dass kein Bremsmoment erzeugt wird.

Aus Platzgründen kann es von Vorteil sein, wenn die Pumpe in der Axialrichtung zwischen der Überlagerungsstufe, etwa ein Planetengetriebe, und dem Antriebsgehäuse des Differenzialgetriebes angeordnet ist. Alternativ kann die Pumpe auch auf der von dem Antriebsgehäuse abgewandten Seite des Planetengetriebes angeordnet sein, wodurch eine weniger kompakte, jedoch einfachere Bauweise ermöglicht ist.

Als Alternative oder zusätzlich zu der oben genannten Kombination aus der Pumpe mit dem Druckregelventil kann die Pumpe eine Verstellpumpe sein, bei der das Verdrängervolumen in Abhängigkeit von einem Steuersignal einer Steuereinrichtung zwischen einer Maximalförderstellung und einer Nullförderstellung verstellbar ist. Eine solche Nullförderstellung mit einem geringen Bremsmoment bzw. ohne Bremsmoment ist insbesondere bei einer hohen Geschwindigkeit erforderlich.

Bauraumbedingt kann es erforderlich sein, dass die Pumpe über ein Vorgelege angetrieben ist. Alternativ zu der oben erwähnten Ringkolbenpumpe können auch in Kombination mit einem solchen Vorgelege eine Stirnradpumpe oder eine Axialkolbenpumpe oder sonstige Verdrängerpumpen eingesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Differenzialgetriebe kann als ein Zwischenachsgetriebe zur Verteilung des Antriebsdrehmoment zwischen einem Vorderachsdifferenzial und einem Hinterachsdifferenzial eingesetzt sein, um etwa eine asymmetrische Momenten-Längsverteilung zwischen dem Vorderachs- und dem Hinterachsdifferenzial zu erreichen. In diesem Fall ist es ausreichend, wenn lediglich einer der beiden Abtriebswellen des Differenzialgetriebes ein Überlagerungsgetriebe zugeordnet ist. Für eine größtmögliche Flexibilität bei der Einstellung der Momentenverteilung kann jedoch auch jeder Abtriebswelle jeweils ein Überlagerungsgetriebe zugeordnet sein.

Alternativ kann das Differenzialgetriebe als ein Vorderachs- und/oder Hinterachsdifferenzial eingesetzt werden, bei dem jede der beiden Abtriebswellen des Differenzialgetriebes mit einem Überlagerungsgetriebe versehen sind, um bedarfsweise bei einer Kurvenfahrt die Drehzahl der zum linken oder rechten Antriebsrad führenden Antriebswelle einzustellen.

Das erfindungsgemäße Differenzialgetriebe kann in einem allradgetriebenen Fahrzeug sowohl bei einer frontbetonten, heckbetonten als auch neutralen Grundverteilung als ein Zwischenachsdifferenzialgetriebe eingesetzt werden. Bei aktiviertem Überlagerungsgetriebe bzw. aktivierter Überlagerungsstufe kann dabei die Momentenverteilung – ausgehend von der bereitgestellten Grundverteilung – zum Vorderachsdifferenzial oder zum Hinterachsdifferenzial verlagert werden.

Fertigungstechnisch vorteilhaft ist es, wenn bei einem Planetengetriebe als Überlagerungsstufe das antriebsseitige und das abtriebsseitige Sonnenrad zumindest mit einem gemeinsamen Planetenrad kämmen. Ein solches gemeinsames Planetenrad kann eine durchgehende Verzahnung aufweisen, in die die Sonnenräder ggf. mit unterschiedlichen Zahnzahlen eingreifen.

Nachfolgend sind fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.

Es zeigen:

1 in einem Blockschaltbild das Differenzialgetriebe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

2 das Differenzialgetriebe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;

3 in einer vergrößerten Teilansicht ein Differenzialgetriebe gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;

4 in einer vergrößerten Teilansicht ein Differenzialgetriebe gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel;

5 ein Differenzialgetriebe als Zwischenachsdifferenzial gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel; und

6 ein Blockschaltbild des fünften Ausführungsbeispiels.

In dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der 1 ist ein Hinterachsdifferenzialgetriebe 1 eines Kraftfahrzeugs gezeigt, das mit den beiden Abtriebswellen 3 und 4 in Getriebeverbindung steht, die die entsprechenden Fahrzeug-Hinterräder antreiben. Das Differenzialgetriebe 1 weist ein angetriebenes Ausgleichsgehäuse 5 auf, dessen eine Seite mit einem Tellerrad 7 versehen ist, das zusammen mit einem Antriebsritzel 9 eines Antriebsstrangs 11 einen Kegeltrieb bildet. Der Antriebsstrang 11 kann mit einem nicht dargestellten Allradgetriebe oder einem Getriebe für Heckantrieb verbunden sein und dient zur Übertragung eines Antriebsmoments Min auf das Hinterachsdifferenzialgetriebe 1. In dem angetriebenen Ausgleichsgehäuse 5 ist gemäß der 1 ein Kegelrad 13 an einem Mitnehmerbolzen des Ausgleichsgehäuses 5 drehbar gelagert und mit zwei gegenüberliegenden Achskegelrädern 15 verzahnt, die jeweils drehfest auf den Abtriebswellen 3 und 4 sitzen. Die Achskegelräder 15 drehen zusammen mit den Abtriebswellen 3, 4 um eine Querachse.

Alternativ ist das in der 1 gezeigte Differenzialgetriebe 1 auch als ein Zwischenachsdifferenzial einsetzbar, dessen Abtriebswellen 3, 4 zu einem Vorderachs- und Hinterachsdifferenzial eines Kraftfahrzeugs mit Allradgetriebe führen.

Das Differenzialgetriebe 1 weist an seinen beiden Querseiten jeweils ein Planetengetriebe 17 auf, das als ein Überlagerungsgetriebe zur Festlegung eines Drehmomentverhältnisses zwischen den beiden Abtriebswellen 3, 4 dient. Die beiden Planetengetriebe 17 sind symmetrisch zueinander angeordnet. Jedes der Planetengetriebe 17 besteht aus einem eingangsseitigen Sonnenrad 19, das über eine Lagerhülse 21 mit dem Ausgleichsgehäuse 5 drehfest verbunden ist. Innerhalb der jeweiligen Lagerhülse 21 erstreckt sich koaxial die Antriebswelle 3 oder 4, auf der jeweils ein ausgangsseitiges Sonnenrad 23 des Planetengetriebes 17 drehfest sitzt, das in Querrichtung benachbart zum eingangsseitigen Sonnenrad 19 ist. Das eingangsseitige Sonnenrad 19 ist über zwei Planetenräder 25 und 27 in einer Getriebeverbindung. Die Planetenräder 25 und 27 sind über einen gemeinsamen Planetenrad-Träger 29 zueinander drehfest in Verbindung und kämmen jeweils mit dem eingangsseitigen Sonnenrad 19 und dem ausgangsseitigen Sonnenrad 23. Der Planetenrad-Träger 29 ist frei drehbar um die jeweilige Antriebswelle 3 und 4 angeordnet.

Wie aus der 1 hervorgeht, ist der Planetenrad-Träger 29 über einen Antriebssteg 31 in Verbindung mit einer Hydraulikpumpe 33. Die Hydraulikpumpe 33 ist zusammen mit einem Druckregelventil 35 und einem Öl-Sumpf 37 in einem getriebeölunabhängigen geschlossenen Hydraulik-Schaltkreis 39 angeordnet. Dabei ist das Druckregelventil 35 an der Druckseite der Pumpe 33 vorgesehen, so dass die Pumpe 33 im Betrieb das Hydrauliköl durch einen Drosselquerschnitt des Druckregelventils 35 fördert. Der Drosselquerschnitt des Druckregelventils 35 ist in Abhängigkeit eines Steuersignals einer nicht dargestellten Steuereinrichtung veränderbar, um einen Strömungswiderstand des Druckregelventils 35 einzustellen.

Nachfolgend wird der Betriebszustand des Differenzialgetriebes 1 mit den zugeordneten Planetengetrieben 17 beschrieben, bei dem die nicht dargestellte Steuereinrichtung aufgrund eines erfassten Lenkwinkels, erfasster Drehzahlen und/oder einer erfassten Motorlast den Drosselquerschnitt des Druckregelventils 35 auf einen maximalen Wert einstellt. Dadurch ist das zum Antrieb der Pumpe 33 benötigte Antriebsmoment auf einen Minimalwert oder auf Null reduziert. Somit wird nur ein minimales oder kein Bremsmoment auf den Planetenrad-Träger 29 ausgeübt. D. h., dass die Planetenräder 25 und 27 als Losräder nahezu frei auf den Sonnenrädern 19 und 23 abwälzen können. Das Hinterachsdifferenzialgetriebe 1 gestattet somit, dass sich das Drehzahlverhältnis der von den Antriebswellen 3, 4 angetriebenen Hinterrädern frei einstellt, ohne dass ein festes Drehzahlverhältnis vorgegeben ist.

Im Gegensatz zu dem obigen Betriebszustand kann die nicht dargestellte Steuereinrichtung bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs in Fahrtrichtung nach rechts einen Lenkungswinkel nach rechts erfassen und ein entsprechendes Steuersignal an das in der 1 gezeigte linke Druckregelventil 35 weiterleiten. Auf das Steuersignal der Steuereinrichtung hin wird der Drosseldurchmesser des linken Druckregelventils 35 reduziert, so dass die linke Hydraulikpumpe 33 gegen einen vergrößerten Strömungswiderstand arbeiten muss.

Das erforderliche Antriebsmoment der linken Hydraulikpumpe 33 wird demzufolge erhöht, so dass auch ein erhöhtes Bremsmoment auf den umlaufenden linken Planetenrad-Träger 29 einwirkt. Auf diese Weise wird der in der 1 linke Planetenrad-Träger 29 gebremst und bei einem weiter erhöhten Strömungswiderstand des linken Druckregelventils 35 vollständig gesperrt.

Bei einem derart gebremsten bzw. gesperrten Planetenrad-Träger 29 ist das Drehmomentverhältnis zwischen den Abtriebswellen 3 und 4 nicht mehr frei variierbar, sondern aufgrund der Durchmesserverhältnisse in den Planetengetrieben 17 und der Höhe des Bremsmoments fest vorgegeben. Vorliegend kann dieses Drehmomentverhältnis derart festgelegt sein, dass bei der Kurvenfahrt nach rechts die Drehzahl der linken Abtriebswelle 4 gegenüber der Drehzahl der rechten Abtriebswelle 3 erhöht ist, wodurch das Kurvenverhalten des Fahrzeugs verbessert ist. Analog wird bei einer Kurvenfahrt nach links das in der 1 gezeigte rechte Druckregelventil 35 von der Steuereinrichtung angesteuert und der rechte Planetenrad-Träger 29 gebremst.

Das in der 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ist mit Ausnahme des Pumpentyps identisch mit dem Blockschaltbild der 1. Im Unterschied zur 1 ist der Planetenrad-Träger 29 nicht direkt über den Antriebssteg 31, sondern über eine Taumelscheibe 41 mit der Hydraulikpumpe 33 gekoppelt. Die Hydraulikpumpe 33 ist gemäß der 2 eine Ringkolbenpumpe mit mindestens einem ringförmig um die Querachse erstreckten Ringzylinder 43, in dem jeweils ein Ringkolben 45 verschiebbar geführt ist. Jeder Kolben 45 begrenzt mit einer geschlossenen Stirnseite des Ringzylinders 43 einen Druckraum 46, der über eine Saugleitung 47 mit dem Öl-Sumpf 37 und über eine Druckleitung 49 mit dem Druckregelventil 35 in Verbindung ist. In den Saug- und Druckleitungen 47, 49 sind jeweils Rückschlagventile 51 geschaltet, die lediglich in einer Richtung eine Ölförderung zulassen.

Auf seiner dem Druckraum 46 abgewandten Seite weist jeder Kolben 45 ein Rollenlager 53 auf, dessen Rolle 53 in einem reibungsarmen Abrollkontakt mit einer Taumelscheiben-Stirnseite ist.

Wie aus der 2 hervorgeht, ist in dem Druckraum 46 der jeweiligen Zylinder 43 eine Druckfeder 55 angeordnet, die den jeweiligen Kolben 45 zusammen mit seiner Rolle 53 gegen die Taumelscheiben-Stirnseite drückt. Dadurch ist ein zuverlässiger Abroll-Kontakt zwischen der jeweiligen Rolle 53 und der Taumelscheibe 41 gewährleistet.

Die Taumelscheiben-Stirnseite ist in den Figuren aus Übersichtlichkeitsgründen mit einer planen Oberfläche dargestellt. Anstelle dessen kann die Taumelscheiben-Stirnseite ein Nockenprofil aufweisen, so dass die Rollen 53 der Ringkolben 45 über eine Berg- und Talbahn der Taumelscheibe 41 laufen. So kann z. B. bei drei Wellennocken der Taumelscheiben-Stirnseite jeder Ringkolben 45 drei Arbeitshübe pro Taumelscheiben-Umdrehung ausführen.

Gemäß der 2 ist jeder der Planetenrad-Träger 29 über den Antriebssteg 31 mit der Taumelscheibe 41 drehfest verbunden. Im Fahrzeugbetrieb drehen daher der Planetenrad-Träger 29 und die zugeordnete Taumelscheibe 41 bei gleicher Drehzahl. Durch die Taumelbewegung der Taumelscheibe 41 gestattet die Taumelscheibe 41 eine entsprechende Hubbewegung der federvorgespannten Kolben 45. So wird bei einem Saughub Hydrauliköl über die Saugleitungen 47 in die Druckräume 46 der jeweiligen Zylinder 43 gefördert. Bei einem entgegengesetzten Arbeitshub wird das im Druckraum 46 befindliche Hydrauliköl über die Druckleitung 49 zum Druckregelventil 35 gefördert.

Wie bereits anhand der 1 erläutert worden ist, ergibt sich das Antriebsmoment der Ringkolbenpumpe 33 aus dem im Druckregelventil 35 eingestellten Strömungsquerschnitt. So ist bei einem geringen Strömungsquerschnitt das Antriebsmoment und daher auch das auf den Planetenrad-Träger 29 wirkende Bremsmoment erhöht und umgekehrt bei einem vergrößerten Strömungsquerschnitt des Druckregelventils 35 entsprechend reduziert.

In dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß der 3 ist den beiden Ringzylindern 43 der Ringkolbenpumpe 33 ein gemeinsames Schaltventil 57 zugeordnet, das in der zum Öl-Vorratsbehälter 37 führenden Saugleitung 47 angeordnet ist und in der 3 ein 3/2-Wegeventil ist. Das Schaltventil 57 verbindet in der gezeigten Stellung die Ringzylinder 43 über die Luft-Leitung 56 mit der Umgebung. In diesem Fall fördert die Ringkolbenpumpe 33 nicht Hydrauliköl, sondern Ölnebel bzw. Luft durch das Druckregelventil 35. Somit läuft die Ringkolbenpumpe 33 im Leerlaufbetrieb, für den nahezu kein Antriebsdrehmoment erforderlich ist. Aufgrund des permanenten Abroll-Kontakts mit der Taumelscheiben-Stirnseite laufen die Rollen 53 der Ringkolben 45 im Leerlaufbetrieb ständig mit.

In der zweiten Schaltstellung des Schaltventils 57 sind die Saugleitungen 47 der Zylinder 43 in Verbindung mit dem Öl-Sumpf 37, so dass eine Ölförderung durch das Druckregelventil 35 erfolgen kann.

Das vierte Ausführungsbeispiel gemäß der 4 ist mit Ausnahme der Ausgestaltung des Schaltventils 57 baugleich mit dem dritten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu der 3 ist gemäß der 4 das Schaltventil 57 als ein 2/2-Wegeventil gestaltet, bei dem in der gezeigten Schaltstellung die Saugleitung 47 zu den Zylindern 43 der Ringkolbenpumpe 33 gesperrt sind. Diese Schaltstellung kommt insbesondere bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten in Betracht.

Nach einem erfolgten Arbeitshub der Kolben 45 in den Zylindern 43, bei dem das Öl durch die Druckleitungen 49 zum Druckregelventil 35 gefördert ist, wird gemäß der in der 4 gezeigten Schaltstellung des Ventils 57 im anschließenden Saughub kein neues Hydrauliköl in den Druckraum 46 gespeist. Dadurch entsteht im Druckraum 46 ein Unterdruck, der die Kolben 45 entgegen der Druckfederkraft in ihrer Endlage hält. Auf diese Weise werden die Rollen 53 von der Taumelscheiben-Stirnseite entkoppelt, so dass die Rollen 53 im Unterschied zur 3 nicht mehr auf der Taumelscheibe 41 abrollen.

Mit der in der 4 gezeigten Schaltstellung des Schaltventils 57 weist die Pumpe 33 eine Abschaltfunktion auf. D. h., dass bei dieser Schaltstellung die Pumpe 33 vollständig stillgesetzt werden kann. Die Abschaltfunktion ist insbesondere bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten einsetzbar, um einen Verschleiß der Pumpe 33 aufgrund zu hoher Drehzahlen der auf der Taumelscheiben-Stirnseite abrollenden Rollen 53 zu vermeiden.

In der zweiten Schaltstellung verbindet das Schaltventil 57 die Saugleitung 47 mit dem Öl-Sumpf 37, so dass der Unterdruck in den Druckräumen 46 der Ringzylinder 43 durch eine entsprechende Einspeisung von Hydrauliköl in die Druckräume 46 gelöst wird.

In dem fünften Ausführungsbeispiel der 5 ist das erfindungsgemäße Differenzialgetriebe ein Zwischenachsdifferenzialgetriebe für eine asymmetrische oder eine neutrale Grundverteilung des Antriebsmoments zwischen den vorderen und hinteren Antriebsrädern eines Fahrzeugs mit einem Allradantrieb. Das Differenzialgetriebe 1 ist über den Antriebsstrang 11 mit einem nicht gezeigten Geschwindigkeitswechselgetriebe eines Antriebsaggregats des Fahrzeugs in Getriebeverbindung. Es teilt dabei ein Antriebsdrehmoment Min auf die zum Vorderachsdifferenzial führende Abtriebswelle 3 und die zum Hinterachsdifferenzial führende Abtriebswelle 4 auf.

Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist gemäß der 5 dem Differenzialgetriebe 1 lediglich ein Planetengetriebe 17 zugeordnet. Dabei ist der Planetenrad-Träger 29 über den Antriebssteg 31 mit der Hydraulikpumpe 33 in Wirkverbindung, wie es auch in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen dargestellt ist.

In der 6 ist anhand eines detaillierteren Blockschaltbildes das Differenzialgetriebe 1 mit dem Überlagerungsgetriebe 17 dargestellt. Hier ist das Differenzialgetriebe 1 als ein Planetengetriebe für eine heckbetonte Grundverteilung realisiert. Dabei sind zwei Anschlussteile des Planetengetriebes 17 mit zwei Anschlussteilen des Differenzialgetriebes 1 verbunden und ein Anschlussteil des Planetengetriebes 17, z. B. gemäß der 6 der Planetenrad-Träger 29, über den Antriebssteg 31 mit der Hydraulik-Pumpe 33 in Wirkverbindung. Der Antriebsstrang 11 ist drehfest mit dem Getriebeeingangsteil 62 in Verbindung, das als ein Planetenrad-Träger 59 ausgeführt ist. Der Planetenrad-Träger 59 trägt mindestens ein Planetenrad 61, das mit einem abtriebsseitigen Sonnenrad 63 kämmt, das drehfest auf der zu einem nicht gezeigten Vorderachsdifferenzial führenden hohlen Abtriebswelle 3 sitzt. Zusätzlich kämmt jedes Planetenrad 61 mit einem Hohlrad 69. Das Hohlrad 69 umläuft das Planetenrad 61 und ist drehfest mit der zu einem nicht gezeigten Hinterachsdifferenzial führenden Abtriebswelle 4 verbunden.

Gemäß der 5 und 6 ist zwischen dem Hydraulik-Schaltkreis 39 und dem Zwischenachsdifferenzialgetriebe 1 das Planetengetriebe 17 als Überlagerungsstufe angeordnet. Dieses weist das eingangsseitige Sonnenrad 19 auf, das drehfest mit dem Getriebeeingangsteil 62 gekoppelt ist. Das eingangsseitige Sonnenrad 19 ist über die Planetenräder 25, 27 mit dem ausgangsseitigen Sonnenrad 23 in Getriebeverbindung, das auf der Abtriebshohlwelle 3 sitzt. Dabei ist der Planetenrad-Träger 29 der Planetenräder 25, 27 über den Antriebssteg 31 in Antriebsverbindung mit der Hydraulikpumpe 33, die das Hydrauliköl vom Öl-Sumpf 37 zum Druckregelventil 35 fördert. In Abhängigkeit von dem in dem Druckregelventil 35 eingestellten Strömungsdurchmesser lässt sich somit ein auf den Planetenrad-Träger 29 wirkendes Bremsmoment erzeugen, wodurch sich ein vorgegebenes Drehmomentverhältnis zwischen der zu dem Vorderachsdifferenzial führenden Abtriebswelle 3 und der zu dem Hinterachsdifferenzial führenden Abtriebswelle 4 einstellt.


Anspruch[de]
Differenzialgetriebe für ein Kraftfahrzeug (5), das ein eingangsseitiges Antriebsmoment (Min) auf zwei Abtriebswellen (3, 4) aufteilt und dem zumindest eine Überlagerungsstufe (17) zugeordnet ist, mit der ein Drehmomentverhältnis zwischen den beiden Abtriebswellen (3, 4) festlegbar ist und die mit einem Bremsmomenterzeuger (33) verbunden ist, mit dem ein auf die Überlagerungsstufe (17) wirkendes Bremsmoment erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsmomenterzeuger (33) eine Pumpe ist. Differenzialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (33) zur Erzeugung des Bremsmoments von der Überlagerungsstufe (17) angetrieben ist. Differenzialgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (33) in einem geschlossenen und/oder getriebeölunabhängigen Hydraulik-Schaltkreis (39) arbeitet. Differenzialgetriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (33) zur Erzeugung des auf die Überlagerungsstufe (17) wirkenden Bremsmoments ein Hydraulik-Ölvolumen verdrängt und/oder einen Hydraulik-Öldruck erhöht. Differenzialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (33) eine Ringkolbenpumpe ist, deren Kolben (45) von der Überlagerungsstufe (17) angetrieben sind. Differenzialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb der Pumpe (33) die Überlagerungsstufe (17) mit einer Taumelscheibe (41) gekoppelt ist, die eine Hubbewegung auf die Pumpe (33) überträgt. Differenzialgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (45) Rollen (53) aufweisen, die auf einer Taumelscheiben-Stirnseite abrollen. Differenzialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (33) auf ihrer Druckseite gegen ein Druckregelventil (35) oder eine Drossel arbeitet. Differenzialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpe (33) auf ihrer Saugseite ein Schaltventil (57) zugeordnet ist, das der Pumpe (33) in Abhängigkeit von dem Fahrzeugbetrieb verschiedene Ansaugkanäle zuschaltet. Differenzialgetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (57) der Pumpe (33) wahlweise einen Luft-Ansaugkanal oder einen Öl-Ansaugkanal zuschaltet, sodass die Pumpe (33) wahlweise Luft oder Öl fördert. Differenzialgetriebe nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (57) in einer Schaltstellung den Ansaugkanal (47) der Pumpe (33) sperrt. Differenzialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (33) in der Axialrichtung zwischen der Überlagerungsstufe (17) und dem Differenzialgetriebe (1) angeordnet ist. Differenzialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (33) in der Axialrichtung auf der vom Differenzialgetriebe (1) abgewandten Seite der Überlagerungsstufe (17) angeordnet ist. Differenzialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (33) mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, die in Abhängigkeit von Raddrehzahlen, einem Lenkwinkel einer Gierrate, einer Quer-/Längsbeschleunigung oder einer Motorlast das erforderliche Antriebsmoment der Pumpe einstellt. Differenzialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Kraftfahrzeug mit Allradantrieb das Differenzialgetriebe (1) ein Zwischenachsgetriebe zur Verteilung des Antriebsdrehmoments (Min) zwischen einem Vorderachsdifferenzialgetriebe und einem Hinterachsdifferenzialgetriebe ist. Differenzialgetriebe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Grundmomentenverteilung des Kraftfahrzeugs mit Allradantrieb frontbetont, heckbetont oder neutral ist. Differenzialgetriebe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei aktivierter Überlagerungsstufe (17) die Momentenverteilung zu einem Vorderachsdifferenzialgetriebe oder zu einem Hinterachsdifferenzialgetriebe verlagerbar ist. Differenzialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzialgetriebe (1) ein Vorderachs- und/oder ein Hinterachsdifferenzialgetriebe ist. Differenzialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Aktivierung der als Bremsmomenterzeuger wirkenden Pumpe (33) eine Antriebsmomentenverteilung gegenüber der Grundverteilung des Antriebsmoments (Min) auf die beiden Abtriebswellen (3, 4) geändert ist. Differenzialgetriebe nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs die Pumpe (33) ein auf die Überlagerungsstufe (17) wirkendes Bremsmoment erzeugt, so dass die Drehzahl eines kurvenäußeren Abtriebsrads größer ist als die Drehzahl eines kurveninneren Abtriebsrads. Differenzialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (33) eine Verstellpumpe ist, die zwischen einer Nullförderstellung und einer Maximalförderstellung mit einem variierbaren Verdrängervolumen fördert. Differenzialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (33) über ein Vorgelege mit der Überlagerungsstufe (17) in Verbindung ist. Differenzialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Abtriebswellen (3, 4) jeweils eine Überlagerungsstufe (17) mit jeweils einer Pumpe (33) zugeordnet ist. Differenzialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungsstufe (17) ein Getriebe, insbesondere ein Planetengetriebe ist. Differenzialgetriebe nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (17) ein antriebsseitiges Sonnenrad (19) und ein abtriebsseitiges Sonnenrad (23) aufweist, die mit zumindest einem gemeinsamen Planetenrad (25, 27) kämmen, das von einem umlaufenden Planetenrad-Träger (29) getragen ist. Differenzialgetriebe nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenrad (25, 27) eine durchgehende Verzahnung aufweist, mit der beide Sonnenräder (19, 23) kämmen. Differenzialgetriebe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden, mit dem gemeinsamen Planetenrad (25, 27) kämmenden Sonnenräder (19, 23) unterschiedliche Zahnzahlen aufweisen. Differenzialgetriebe nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenrad-Träger (29) des Planetengetriebes (17) mit der Pumpe (33) gekoppelt ist.






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