DE102008039928A1

DE102008039928A1 - Differentialgetriebeeinheit

Info

Publication number: DE102008039928A1
Application number: DE200810039928
Authority: DE
Inventors: Manfred Rahm
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2010-03-04

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Differentialgetriebeeinheit mit aktiver Steuerung einer Drehmomentverteilung insbesondere an einer Vorderachse eines Kraftfahrzeugs. Die Differentialgetriebeeinheit umfasst ein zu einer Drehbewegung antreibbares Eingangselement, ein mit dem Eingangselement gekoppeltes Differentialgetriebe, eine erste und eine zweite mit dem Differentialgetriebe gekoppelte Ausgangswelle, eine über das Differentialgetriebe mit der zweiten Ausgangswelle drehfest gekoppelte Hohlwelle und eine Drehmomentüberlagerungseinheit. Die Überlagerungseinheit ist zum einen mit dem Eingangselement und zum anderen mit der ersten Ausgangswelle und der Hohlwelle gekoppelt, um selektiv ein Drehmoment zwischen dem Eingangselement und der ersten und der zweiten Ausgangswelle zu übertragen, wobei die Überlagerungseinheit ein Übersetzungsgetriebe und eine erste und eine zweite Reibungskupplung aufweist. Die erste Reibungskupplung ist der ersten Ausgangswelle zugeordnet und die zweite Reibungskupplung ist der zweiten Ausgangswelle zugeordnet. Die Überlagerungseinheit ist lediglich auf einer Seite des Differentialgetriebes angeordnet und umgibt die erste Ausgangswelle. Die Rotationsachsen der Reibungskupplungen sind bezüglich der Rotationsachse der ersten Ausgangswelle versetzt angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Differentialgetriebeeinheit mit aktiver Steuerung einer Drehmomentverteilung.
Eine gewöhnliche Differentialgetriebeeinheit dient zum Ausgleich von Drehzahlunterschieden zwischen zwei Ausgangswellen, wobei die Verteilung der Drehmomente während des Betriebs nicht beeinflusst werden kann. Eine Differentialgetriebeeinheit mit aktiver Steuerung einer Drehmomentverteilung ermöglicht dahingegen eine gezielte Einflussnahme auf die Verteilung des Drehmoments, das beispielsweise an Räder eines Kraftfahrzeugs abgegeben wird (sog. Torque-Vectoring). Derartige Differentialgetriebeeinheiten können sowohl als Achsdifferential, d. h. zwischen den Rädern einer Achse, als auch als Zwischenachsdifferential, d. h. zwischen zwei angetriebenen Achsen, verwendet werden. In einer Anwendung als Achsdifferential kann beispielsweise in einer Kurve dem schneller rotierenden kurvenäußeren Rad des Kraftfahrzeugs ein zusätzliches Antriebsmoment zugeführt werden. Durch die aktive Steuerung der Drehmomentverteilung wird somit bewusst in die Fahrdynamik des Fahrzeugs eingegriffen und diese verbessert.
Um die bei Betrieb des Kraftfahrzeugs auftretenden Belastungen bewältigen zu können, weisen herkömmliche Differentialgetriebeeinheiten mit aktiver Steuerung einer Drehmomentverteilung relativ große Kupplungen oder Bremsen auf. Diese Bauteile beanspruchen erheblichen Bauraum, der gerade im Bereich der Ausgänge der Differentialgetriebeeinheit, d. h. bei einer Verwendung als Achsdifferential im Bereich der den Fahrzeugrädern zugeordneten Ausgangswellen, knapp bemessen ist. Insbesondere bei Anwendungen derartiger Differentialgetriebeeinheiten in Kraftfahrzeugen mit Frontmotor tritt diese Problematik im Bereich der Vorderachse auf, da in diesem Fall der Motor den zur Verfügung stehenden Bauraum weiter einschränkt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Differentialgetriebeeinheit zu schaffen, die eine zuverlässige aktive Steuerung einer Drehmomentverteilung ermöglicht und die gleichzeitig einfach aufgebaut und bauraumoptimiert ausgestaltet ist.
Die Aufgabe wird von einer Differentialgetriebeeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Differentialgetriebeeinheit mit aktiver Steuerung einer Drehmomentverteilung – insbesondere an einer Vorderachse eines Kraftfahrzeugs – umfasst ein zu einer Drehbewegung antreibbares Eingangselement, ein mit dem Eingangselement gekoppeltes Differentialgetriebe und eine erste und eine zweite mit dem Differentialgetriebe gekoppelte Ausgangswelle. Weiterhin umfasst die Differentialgetriebeeinheit eine über das Differentialgetriebe mit der zweiten Ausgangswelle drehfest gekoppelte Hohlwelle und eine Drehmoment-Überlagerungseinheit, die zum einen mit dem Eingangselement und zum anderen mit der ersten Ausgangswelle und der Hohlwelle gekoppelt ist, um selektiv ein Drehmoment zwischen dem Eingangselement und der ersten und der zweiten Ausgangswelle zu übertragen. Die Überlagerungseinheit weist ein Übersetzungsgetriebe und eine erste und eine zweite Reibungskupplung auf, wobei die erste Reibungskupplung der ersten Ausgangswelle zugeordnet ist und die zweite Reibungskupplung der zweiten Ausgangswelle zugeordnet ist. Die Überlagerungseinheit ist lediglich auf einer Seite des Differentialgetriebes angeordnet und umgibt die erste Ausgangswelle. Die Rotationsachsen der Reibungskupplungen sind bezüglich der Rotationsachse der ersten Ausgangswelle versetzt angeordnet.
Mit anderen Worten sind die Ausgangswellen der Differentialgetriebeeinheit durch eine Aktuierung der ihnen jeweils zugeordneten Reibungskupplung mit einem Drehmoment beaufschlagbar, das von dem Eingangselement bereitgestellt wird. Das angeforderte Drehmoment wird durch die Überlagerungseinheit von der Eingangswelle auf die entsprechende Ausgangswelle übertragen, wobei die Überlagerungseinheit neben den Reibungskupplungen auch ein Übersetzungsgetriebe aufweist. Durch die Ausgestaltung des Übersetzungsgetriebes kann die Überlagerungscharakteristik der Überlagerungseinheit angepasst werden.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Differentialgetriebeeinheiten der eingangs genannten Art ist die Überlagerungseinheit lediglich auf einer Seite des Differentialgetriebes angeordnet. Aufgrund dieser speziellen räumlichen Anordnung wird das für die zweite Ausgangswelle bestimmte Überlagerungsdrehmoment über eine Hohlwelle von der Überlagerungseinheit auf die zweite Ausgangswelle übertragen. Zu diesem Zweck ist die Hohlwelle über das Differentialgetriebe mit der zweiten Ausgangswelle drehfest gekoppelt. Die vorstehend beschriebene räumliche Anordnung der Überlagerungseinheit relativ zu dem Differentialgetriebe ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Differentialgetriebeeinheit. Außerdem umgibt die Überlagerungseinheit die erste Ausgangswelle umfänglich, d. h. die erste Ausgangswelle erstreckt sich durch die Überlagerungseinheit hindurch, was zu einer weiteren Verringerung des benötigten Bauraums beiträgt. Ferner kann die Betätigung der beiden Reibungskupplungen hierdurch mittels einer einzigen gemeinsamen Aktuatorein heit erfolgen, da vorzugsweise stets nur jeweils eine der beiden Reibungskupplungen betätigt wird, nicht jedoch beide gleichzeitig.
Die Optimierung der Abmessungen und der Geometrie der Differentialgetriebeeinheit wird auch durch die versetzte Anordnung der Rotationsachsen der Reibungskupplungen bezüglich der Rotationsachse der ersten Ausgangswelle erreicht. Mit anderen Worten sind die Reibungskupplungen je nach Bedarf derart versetzt angeordnet, dass Bauraumbeschränkungen und speziellen Abmessungsvorgaben Rechnung getragen werden kann.
Die erfindungsgemäße Differentialgetriebeeinheit ist somit in zwei wesentliche Grundeinheiten – das Differentialgetriebe und die Überlagerungseinheit – aufgeteilt, wobei die Überlagerungseinheit eine einzige Baueinheit bildet und nicht etwa aus zwei räumlich getrennten Teilen besteht, die jeweils im Bereich der entsprechenden Ausgangswelle, d. h. beiderseits des Differentialgetriebes, angeordnet sind. Diese Eigenschaft in Kombination mit dem räumlichen Versatz der Reibungskupplungen ermöglicht eine flexible Anpassung der Geometrie der Differentialgetriebeeinheit an die jeweiligen Randbedingungen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Differentialgetriebeeinheit umgibt die Hohlwelle die erste Ausgangswelle koaxial, was zu einer besonders kompakten Bauweise der Differentialgetriebeeinheit führt.
Weiterhin kann das Differentialgetriebe ein Planetengetriebe sein, was die Bauweise der Differentialgetriebeeinheit vereinfacht. Bei dieser Ausfüh rungsform kann die Hohlwelle über einen Planetenträger des Planetengetriebes mit der zweiten Ausgangswelle gekoppelt sein.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Differentialgetriebeeinheit sieht ein Übersetzungsgetriebe vor, das wenigstens eine Hohlrad/Stirnradpaarung aufweist. Vorzugsweise sind jeder der beiden Ausgangswellen zwei Hohlrad-/Stirnradpaarungen zugeordnet, wobei eine Hohlrad-/Stirnradpaarung beiden Ausgangswellen gemeinsam zugeordnet sein kann, so dass in diesem Fall insgesamt drei Hohlrad-/Stirnradpaarungen vorgesehen sind. Bei dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Rotationsachse des jeweiligen Hohlrads oder die Rotationsachse des jeweiligen Stirnrads bezüglich der Rotationsachse der ersten Ausgangswelle versetzt angeordnet ist. Mit anderen Worten weisen in diesem Fall das Hohlrad und das Stirnrad der Hohlrad/Stirnradpaarung keine gemeinsame Rotationsachse auf. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Eingang und der Ausgang der Überlagerungseinheit koaxial zueinander – und somit koaxial zu der ersten Ausgangswelle – angeordnet sind, während die Rotationsachsen der Reibungskupplungen gleichwohl bezüglich der Rotationsachse der ersten Ausgangswelle versetzt angeordnet sein können.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Übersetzungsgetriebe eine eingangsseitige Hohlrad/Stirnradpaarung auf, die zum einen mit dem Eingangselement und zum anderen direkt oder indirekt mit den beiden Reibungskupplungen gekoppelt ist. Beispielsweise weist das Übersetzungsgetriebe zwischen dem Eingangselement und der eingangsseitigen Hohlrad/Stirnradpaarung einen Hohlwellenabschnitt auf, der die Hohlwelle und/oder die erste Ausgangswelle koaxial umgibt. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Differentialgetriebeeinheit.
Eine weitere Reduzierung der Baugröße der erfindungsgemäßen Differentialgetriebeeinheit kann dadurch erzielt werden, dass bei einer Weiterbildung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform für beide Reibungskupplungen eine einzige gemeinsame eingangsseitige Hohlrad/Stirnradpaarung vorgesehen ist.
Das Übersetzungsgetriebe kann eine erste ausgangsseitige Hohlrad/Stirnradpaarung aufweisen, die zum einen mit der ersten Reibungskupplung und zum anderen mit der ersten Ausgangswelle gekoppelt ist. Diese Ausführungsform des Übersetzungsgetriebes weist eine zweite ausgangsseitige Hohlrad/Stirnradpaarung auf, die zum einen mit der zweiten Reibungskupplung und zum anderen mit der Hohlwelle gekoppelt ist, welche mit der zweiten Ausgangswelle drehfest gekoppelt ist. Mit anderen Worten ist den beiden Ausgangswellen jeweils eine eigene Hohlrad/Stirnradpaarung zugeordnet, die den ausgangsseitigen Teil des Übersetzungsgetriebes darstellt. Gemäß einer bauraumoptimierten Variante des Übersetzungsgetriebes ist das jeweilige Hohlrad der ersten ausgangsseitigen Hohlrad/Stirnradpaarung und der zweiten ausgangsseitigen Hohlrad/Stirnradpaarung bezüglich der Rotationsachse der ersten Ausgangswelle versetzt angeordnet.
Die Reibungskupplung kann ein erstes und ein zweites Kupplungsteil aufweisen, die in Reibschluss miteinander bringbar sind. Es erweist sich als besonders kostengünstig und effizient, wenn die ersten Kupplungsteile der beiden Reibungskupplungen drehfest miteinander gekoppelt sind.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Reibungskupplungen eine gemeinsame Rotationsachse aufweisen, d. h. dass sie koaxial angeordnet sind.
Zur Übertragung eines Drehmoments von dem Eingangselement auf das jeweilige erste Kupplungsteil kann ersteres mit einem Stirnrad drehfest verbunden sein, während das jeweilige erste Kupplungsteil mit einem Hohlrad drehfest verbunden ist. Das Stirnrad und das jeweilige Hohlrad kämmen miteinander. Alternativ kann das Eingangselement mit einem Hohlrad drehfest verbunden sein und das jeweilige erste Kupplungsteil mit einem Stirnrad drehfest verbunden sein, wobei das Hohlrad und das Stirnrad miteinander kämmen.
Bei beiden Alternativen kann vorgesehen sein, dass das jeweilige zweite Kupplungsteil mit einem jeweiligen Hohlrad drehfest verbunden ist und dass die erste Ausgangswelle und die Hohlwelle mit einem jeweiligen Stirnrad drehfest verbunden sind, wobei das jeweilige Hohlrad und das jeweilige Stirnrad miteinander kämmen. Mit anderen Worten wird bei dieser Ausführungsform in dem Übersetzungsgetriebe sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig eine Hohlrad/Stirnradpaarung verwendet, um ein Drehmoment von dem Eingangsteil auf das erste Kupplungsteil bzw. von dem zweiten Kupplungsteil auf die zweite Ausgangswelle und die Hohlwelle zu übertragen. Die selektive Ansteuerung der Kupplungen zur Beeinflussung des Grads der Kopplung zwischen dem jeweiligen ersten und dem jeweiligen zweiten Kupplungsteil ermöglicht ein zuverlässiges Torque-Vectoring. Die Übertragungscharakteristik der Überlagerungseinheit hängt dabei – neben dem Aktuierungszustand der Reibungskupplungen – insbesondere von der eingangsseitig verwendeten Paarungskonfiguration (Hohlrad/Stirnrad oder Stirnrad/Hohlrad) und von den Zähnezahlverhältnissen der verwendeten Hohlräder und Stirnräder ab.
Insbesondere für eine Anwendung bei einem Kraftfahrzeug mit einer Frontmotor-Anordnung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Rotationsachsen der Reibungskupplungen relativ zu der Rotationsachse der ersten Ausgangswelle bezüglich der Fahrtrichtung des Fahrzeugs nach hinten versetzt sind. Dadurch ist zusätzlicher Bauraum in einem Bereich vor einer der Ausgangswellen verfügbar.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug mit einem Frontantrieb aufgrund einer Frontmotor-Anordnung und mit einer der Frontachse zugeordneten Differentialgetriebeeinheit gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, wobei die Rotationsachsen der Reibungskupplungen relativ zu der Rotationsachse der ersten Ausgangswelle bezüglich der Fahrtrichtung des Fahrzeugs nach hinten versetzt ist.
Bei einem solchen Kraftfahrzeug kann es vorgesehen sein, dass das Eingangselement der Differentialgetriebeeinheit durch ein Zahnrad einer Final-Drive-Getriebestufe des Schaltgetriebes des Fahrzeugs gebildet ist. Insbesondere bei einem Kraftfahrzeug, bei dem eine Verbrennungskraftmaschine in einer Frontmotor-Anordnung – insbesondere in einer Frontquer-Anordnung – vorgesehen ist, ist die vorstehend beschriebene Differentialgetriebeeinheit vorteilhaft und einfach einsetzbar, da durch den Versatz der Rotationsachsen der Reibungskupplungen nach hinten zusätzlicher Bauraum im beengten Bereich vor der Vorderachse des Fahrzeugs gewonnen wird, wo wesentliche Teile des Antriebs und der Kraftübertragung des Fahrzeugs räumlich konzentriert angeordnet sind.
Die Erfindung wird im Folgenden rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Differentialgetriebeeinheit,
2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Differentialgetriebeeinheit,
3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Differentialgetriebeeinheit,
4 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Differentialgetriebeeinheit,
5 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Differentialgetriebeeinheit.
1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Differentialgetriebeeinheit 10. Die Differentialgetriebeeinheit 10 umfasst ein Differentialgetriebe 12 und eine Überlagerungseinheit 14, die zusammen eine aktive Steuerung der Drehmomentverteilung auf einzelne Räder einer Achse eines Fahrzeugs ermöglichen. Mit anderen Worten kann durch die Differentialgetriebeeinheit 10 ein Drehmoment eines Motors (nicht gezeigt) gezielt auf eine rechte Ausgangswelle 16 und eine linke Ausgangswelle 16' verteilt werden, die mit den Rädern (nicht gezeigt) des Fahrzeugs in Verbindung stehen, um die Fahreigenschaften des Fahrzeugs aktiv beeinflussen zu können.
Das von dem Motor bereitgestellte Drehmoment wird auf ein Eingangselement 18 der Differentialgetriebeeinheit 12 übertragen. Das Eingangselement 18 ist drehfest mit einem Differentialkorb 20 verbunden. Der Differentialkorb 20 stellt das Hohlrad des als Planetengetriebe ausgebildeten Differentialgetriebes 12 dar. Das Eingangselement 18 ist bei der dargestellten Ausführungsform ein Stirnrad, das beispielsweise mit einer Final-Drive-Getriebestufe eines Schaltgetriebes (nicht gezeigt) des Fahr zeugs verbunden ist. Diese Konfiguration ist insbesondere bei einer Frontquer-Anordnung des Fahrzeugmotors von Vorteil. Grundsätzlich kann das Antriebsdrehmoment aber auch durch einen Tellerradtriebsatz – etwa bei einer orthogonalen Anordnung einer Antriebswelle und der Ausgangswellen 16, 16' – bereitgestellt werden.
Das Differentialgetriebe 12 umfasst weiterhin Planetenräder 22 und 22', sowie ein Sonnenrad 24. Das Sonnenrad 24 kämmt mit den Planetenrädern 22', welche mit den Planetenrädern 22' in Eingriff stehen, die wiederum mit dem Hohlrad 20 kämmen. Das Sonnenrad 24 ist drehfest mit der rechten Ausgangswelle 16 verbunden, während die linke Ausgangswelle 16' mit einem linken Planetenträger 26' drehfest verbunden ist. Der Planetenträger 26' lagert die linken Endabschnitte der Drehachsen der Planetenräder 22 und 22'. Die rechten Endabschnitte der Drehachsen der Planetenräder 22' und 22' sind in einem rechten Planetenträger 26 gelagert, der drehfest mit einer Hohlwelle 28 verbunden ist, wobei die Hohlwelle 28 die rechte Ausgangswelle 16 koaxial umgibt. Der linke Planetenträger 26' und der rechte Planententräger 26 sind über nicht gezeigte Verbindungsstege starr miteinander verbunden.
Die Überlagerungseinheit 14 dient dazu, ein Drehmoment selektiv auf die Ausgangswellen 16, 16' zu übertragen. Sie steht über einen die Hohlwelle 28 und die Ausgangswelle 16 koaxial umgebenden Hohlwellenabschnitt 30 mit dem Eingangselement 18 in Verbindung. Mit anderen Worten kann über den Hohlwellenabschnitt 30, der drehfest mit dem Eingangselement 18 und dem Differentialkorb 20 verbunden ist, ein Drehmoment des Eingangselements 18 abgegriffen werden und selektiv auf die Ausgangswellen 16, 16' übertragen werden. Die selektive Übertragung wird durch zwei Reibungskupplungen 32, 32' gesteuert, die bedarfsabhängig aktuierbar sind. D. h. durch die Steuerung der Reibungskupplungen 32, 32' kann ein von dem Eingangselement 18 bereitgestelltes Drehmoment über den Hohlwellenabschnitt 30 gesteuert auf die Ausgangswellen 16, 16' übertragen werden. Die Kopplung der Reibungskupplungen 32, 32' mit dem Hohlwellenabschnitt 30 einerseits und den Ausgangswellen 16, 16' andererseits erfolgt durch ein zweistufig ausgeführtes Übersetzungsgetriebe, so dass durch Betätigung einer der Reibungskupplungen 32, 32' die Drehzahl der Ausgangswelle 16 oder 16' relativ zu der Drehzahl des Eingangselements 18 beschleunigt oder verlangsamt werden kann.
Eine erste Übersetzungsstufe 34 ist zwischen dem Eingangselement 18 und einem beiden Reibungskupplungen 32, 32' gemeinsamen Kupplungskorb 36 angeordnet und umfasst ein eingangselementseitiges Hohlrad 38 und ein kupplungskorbseitiges Stirnrad 40.
Die Reibungskupplungen 32, 32' sind in der dargestellten Ausführungsform herkömmliche Lamellenkupplungen, d. h. die Reibungskupplungen 32, 32' weisen Innen- und Außenlamellen auf, die in Reibschluss miteinander bringbar sind. Der Kupplungskorb 36 trägt die jeweiligen Außenlamellen der Reibungskupplungen 32, 32'. Die jeweiligen Innenlamellen der Reibungskupplungen 32, 32' sind mit Kupplungsnaben 42 bzw. 42' drehfest, jedoch axial verschiebbar verbunden. Um das über die erste Übersetzungsstufe 34, den Kupplungskorb 36 und die Kupplungslamellen auf die Kupplungsnaben 42, 42' übertragene Drehmoment auf die Ausgangswellen 16, 16' übertragen zu können, sind zweite Übersetzungsstufen 44, 44' vorgesehen, die den Kupplungsnaben 42 bzw. 42' zugeordnet sind. Die zweiten Übersetzungsstufen 44, 44' umfassen jeweils ein Nabenhohlrad 46 bzw. 46', das mit der jeweiligen Kupplungsnabe 42 bzw. 42' drehfest verbunden ist. Eine Rotation der Nabenhohlräder 46, 46' wird auf Achsstirnräder 48, 48' übertragen, die mit der Ausgangswelle 16 bzw. der Hohlwelle 28 drehfest verbunden sind. Durch eine Aktuierung der Reibungskupp lungen 32, 32' wird somit der jeweils gewählte Drehmomentübertragungspfad geschlossen.
Die Aktuierung der Reibungskupplungen 32, 32' erfolgt durch einen Kupplungsaktuator 50, der eine alternative Betätigung der Reibungskupplung 32, 32' ermöglicht. Der dem Kupplungsaktuator 50 zugeordnete Doppelpfeil in 1 zeigt an, dass der Kupplungsaktuator 50 entweder nach rechts oder nach links bewegt werden kann, um so die Reibungskupplung 32 bzw. 32' zu betätigen. Die Ansteuerung des Aktuators 50 kann beispielsweise hydraulisch oder elektrisch erfolgen.
Bei Betätigung der Reibungskupplung 32 wird eine Rotation des Kupplungskorbes 36 über die zweite Übersetzungsstufe 44 auf die Ausgangswelle 16 übertragen. Im gegenteiligen Fall, d. h. bei Aktuierung der Reibungskupplung 32', wird ein Drehmoment des Kupplungskorbs 36 über die zweite Übersetzungsstufe 44' auf die Hohlwelle 28 übertragen, die über die Planetenträger 26, 26' mit der Ausgangswelle 16' drehfest verbunden ist. Hierbei wird das Drehmoment über die Planetenträger 26, 26' durch das Differentialgetriebe 12 hindurch übertragen. Diese Bauweise ermöglicht es, dass die herkömmlicherweise verwendeten Überlagerungseinheiten beiderseits des Differentialgetriebes durch ein einziges kompaktes Modul ersetzt werden können.
Bei Bedarf und bei geeigneter Ausgestaltung der Aktuatorik können auch beide Reibungskupplungen 32, 32' (siehe die in 3 bis 5 dargestellten Ausführungsformen) gleichzeitig und unabhängig voneinander betätigt werden.
Es ist zu beachten, dass die einzelnen Komponenten der Übersetzungsstufen 34, 44, 44' nicht alle koaxial angeordnet sind, d. h. eine gemeinsame Rotationsachse aufweisen. Das Stirnrad 40, die Reibungskupplungen 32, 32' und die Nabenhohlräder 46, 46' weisen eine gegenüber den Ausgangswellen 16, 16' und dem Eingangselement 18 sowie den diesem zugeordneten Hohlwellenabschnitt 30 und dem Hohlrad 38 parallel versetzte Rotationsachse 52 auf. Diese desaxierte Anordnung ermöglicht einen bauraumoptimierten Versatz von Teilen der Überlagerungseinheit 14 relativ zu dem Differentialgetriebe 12. Insbesondere bei einer Frontquer-Anordnung des Fahrzeugmotors, der über einen Final-Drive mit dem Eingangselement 18 in Verbindung steht, ist dieser Versatz von Vorteil, da dadurch wertvoller Bauraum im Bereich der Frontachse – gebildet durch die Ausgangswellen 16, 16' – gewonnen wird. Selbstverständlich kann in diesem Fall der Kupplungsaktuator 50 in einer anderen Position als der gezeigten angeordnet sein.
Die Verwendung eines Planetengetriebes als Differentialgetriebe 12 ermöglicht zudem ein Zusammenfassen der der rechten bzw. der linken Ausgangswelle 16 bzw. 16' zugeordneten Torque-Vectoring-Elemente zu einer einzigen Überlagerungseinheit 14, die lediglich auf einer Seite des Differentialgetriebes 12 angeordnet ist.
Ein weiterer Vorteil des Versatzes ergibt sich daraus, dass nicht auf spezielle Reibungskupplungen 32, 32' zurückgegriffen werden muss, die kleine Abmessungen in radialer Richtung – d. h. in einer Richtung senkrecht zu der Ausgangswelle 16 – aufweisen, um die Bauraumspezifikationen in einem Bereich vor der Ausgangswelle 16 zu erfüllen. Zum einen ist dies kostengünstiger, da Standardbauteile verwendet werden können. Zum anderen müssen bei derartigen Kupplungen mehr Lamellen verwendet werden als bei herkömmlichen Kupplungen, um eine vergleichbare Momentenkapazität bereitstellen zu können. Eine größere Anzahl von Lamel len bedeutet wiederum, dass die Stelldynamik solcher Kupplungen gemeinhin schlechter ist als bei herkömmlichen Kupplungen.
Die Ausführungsform gemäß 1 zeichnet sich dadurch aus, dass bei allen drei Übersetzungsstufen 34, 44, 44' eine Übersetzung ins Schnelle erfolgt.
Die in 2 dargestellte Ausführungsform der Differentialgetriebeeinheit 10 entspricht im Wesentlichen der anhand von 1 beschriebenen Ausführungsform. Allerdings ist die erste Übersetzungsstufe 34 anders aufgebaut. Im Gegensatz zu der Ausführungsform von 1 ist der eingangselementseitige Teil der ersten Übersetzungsstufe 34 ein Stirnrad 40', welches mit einem kupplungskorbseitigen Hohlrad 38' kämmt. Mit anderen Worten ist bei dieser Stirnrad/Hohlradpaarung die Zuordnung des Stirnrads 40' und des Hohlrads 38' vertauscht, wodurch sich eine andere Übersetzungscharakteristik ergibt als bei der ersten Übersetzungsstufe 34 der Ausführungsform von 1. Bei dieser Übersetzungsstufe 34 erfolgt also eine Übersetzung ins Langsame. Die Übersetzungsstufen 44, 44' sorgen jedoch auch bei dieser Ausführungsform für eine Übersetzung ins Schnelle. Alle weiteren Komponenten sind im Wesentlichen identisch.
Die Ausführungsform der Differentialgetriebeeinheit 10 von 3 weist im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Differentialgetriebeeinheit 10 von 2 auf, d. h. die erste Übersetzungsstufe 34 – ein eingangselementseitiges Stirnrad 40' und ein kupplungskorbseitigen Hohlrad 38' – liefert eine Übersetzung ins Langsame, während die beiden zweiten Übersetzungsstufen 44, 44' eine Drehung der jeweiligen Kupplungsnabe 42 bzw. 42' ins Schnelle übersetzen.
Im Gegensatz zu der alternativen Aktuierung der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen ist bei der Ausführungsform von 3 mittels eines Kupplungsaktuators 50' eine getrennte Aktuierung der beiden Reibungskupplungen 32, 32' möglich. Dies erweitert die Flexibilität der aktiven Steuerung der Drehmomentverteilung. Beispielsweise kann bei der Betätigung beider Reibungskupplungen 32, 32' eine so genannte ”Hillhold”-Funktion realisiert werden, durch die ein Wegrollen des Fahrzeugs an einer Steigung ohne Betätigung der Fahrzeugbremsen verhindert werden kann. Zu beachten ist, dass die Aktuierung bei dieser Ausführungsform des Kupplungsaktuators 50' von einer Seite aus erfolgt.
4 veranschaulicht wieder eine Ausführungsform der Differentialgetriebeeinheit 10, bei der – wie bei der in 1 gezeigten Ausführungsform – sowohl die erste Übersetzungsstufe 34, als auch die zweiten Übersetzungsstufen 44, 44' Übersetzungen ins Schnelle bewirken. D. h. die erste Übersetzungsstufe 34 umfasst ein eingangselementseitiges Hohlrad 38 und ein kupplungskorbseitiges Stirnrad 40. Wie auch bei allen anderen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Differentialgetriebeeinheit 10 weisen die beiden zweiten Übersetzungsstufen 44, 44' dasselbe Übersetzungsverhältnis auf. Die Aktuierung der Reibungskupplungen 32, 32' erfolgt durch jeweils einen Kupplungsaktuator 50'' von rechts bzw. links. Auch in diesem Fall ist somit eine unabhängige Aktuierung der Reibungskupplungen 32, 32' möglich.
Eine besonders kompakte Bauform der Differentialgetriebeeinheit 10 ist in 5 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist die erste Übersetzungsstufe 34 in das Differentialgetriebe 12 integriert, so dass der Hohlwellenabschnitt 30 entfällt. Das Eingangselement 18 ist als ringförmiges Element ausgebildet, das drehfest mit dem Differentialkorb 20 in Verbindung steht, wobei die Stirnradverzahnung des Eingangselements 18 das An triebsmoment des Motors empfängt und dieses über eine Hohlradverzahnung 38'' an ein Stirnrad 40'' überträgt, das drehfest mit dem Kupplungskorb 36 verbunden ist. Die Aktuierung der Reibungskupplungen 32, 32' erfolgt auf die in 4 dargestellte Weise.
Allen gezeigten Ausführungsformen ist gemeinsam, dass die Komponenten der Überlagerungseinheit 14 – abgesehen von dem eingangseitigen Hohlrad 38, 38'' oder dem eingangseitigen Stirnrad 40' der ersten Getriebestufe 34 und den ausgangsseitigen Achsstirnrädern 48, 48' der zweiten Getriebestufen 44, 44' – parallel versetzt zu der Rotationsachse der Ausgangswellen 16, 16' angeordnet ist. Diese versetzte Anordnung ermöglicht die Verwendung herkömmlicher Kupplungen großen Druchmessers auch bei asymmetrisch eingeschränkten Platzverhältnissen, was einerseits eine verbesserte und vereinfachte Aktuatorik ermöglicht und andererseits auch Kostenvorteile mit sich bringt. Durch eine Anpassung der Übersetzungsstufen 34, 44, 44' und die Wahl der Konfiguration der ersten Übersetzungsstufe 34 (Stirnrad/Hohlrad- oder Hohlrad/Stirnradpaarung) ist eine flexible Anpassung der Differentialgetriebeeinheit 10 an das jeweils vorliegende Anforderungsprofil möglich. Insbesondre ist es bei jeder der gezeigten Ausführungsformen durch entsprechende Wahl der Zähnezahlverhältnisse möglich, für die Übersetzungsstufen 34 und 44 und für die Übersetzungsstufen 34 und 44' ein jeweiliges Gesamtübersetzungsverhältnis von beispielsweise i = 1,10 oder i = 1,15 einzustellen (Gesamtübersetzung ins Schnelle).

10: Differentialgetriebeeinheit
12: Differentialgetriebe
14: Überlagerungseinheit
16, 16': Ausgangswelle
18: Eingangselement
20: Differentialkorb
22, 22': Planetenräder
24: Sonnenrad
26, 26': Planetenträger
28: Hohlwelle
30: Hohlwellenabschnitt
32, 32': Reibungskupplung
34: erste Übersetzungsstufe
36: Kupplungskorb
38, 38', 38'': Hohlrad
40, 40': Stirnrad
42, 42': Kupplungsnabe
44, 44': zweite Übersetzungsstufe
46, 46': Nabenhohlrad
48, 48': Achsstirnrad
50, 50', 50'': Kupplungsaktuator
52: Rotationsachse

Claims

Differentialgetriebeeinheit mit aktiver Steuerung einer Drehmomentverteilung insbesondere an einer Vorderachse eines Kraftfahrzeugs, die ein zu einer Drehbewegung antreibbares Eingangselement (18), ein mit dem Eingangselement (18) gekoppeltes Differentialgetriebe (12), eine erste und eine zweite mit dem Differentialgetriebe (12) gekoppelte Ausgangswelle (16, 16'), eine über das Differentialgetriebe (12) mit der zweiten Ausgangswelle (16') drehfest gekoppelte Hohlwelle (28) und eine Drehmoment-Überlagerungseinheit (14) umfasst, die zum einen mit dem Eingangselement (18) und zum anderen mit der ersten Ausgangswelle (16) und der Hohlwelle (28) gekoppelt ist, um selektiv ein Drehmoment zwischen dem Eingangselement (18) und der ersten und der zweiten Ausgangswelle (16, 16') zu übertragen, wobei die Überlagerungseinheit (14) ein Übersetzungsgetriebe (34, 44, 44') und eine erste und eine zweite Reibungskupplung (32, 32') aufweist, wobei die erste Reibungskupplung (32') der ersten Ausgangswelle (16) zugeordnet ist und die zweite Reibungskupplung (32') der zweiten Ausgangswelle (16') zugeordnet ist, wobei die Überlagerungseinheit (14) lediglich auf einer Seite des Differentialgetriebes (12) angeordnet ist und die erste Ausgangswelle (16) umgibt, und wobei die Rotationsachsen (52) der Reibungskupplungen (32, 32') bezüglich der Rotationsachse der ersten Ausgangswelle (16) versetzt angeordnet sind.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (28) die erste Ausgangswelle (16) koaxial umgibt.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dass das Differentialgetriebe (12) ein Planetengetriebe ist.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (28) über einen Planetenträger (26, 26') des Planetengetriebes mit der zweiten Ausgangswelle (16) gekoppelt ist.
Differentialgetriebeeinheit nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe (34, 44, 44') wenigstens eine Hohlrad/Stirnradpaarung aufweist.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (52) des Hohlrads oder die Rotationsachse des Stirnrads bezüglich der Rotationsachse der ersten Ausgangswelle (16) versetzt angeordnet ist.
Differentialgetriebeeinheit nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe (34, 44, 44') eine eingangsseitige Hohlrad/Stirnradpaarung (38, 40 bzw. 38', 40' bzw. 38'', 40'') aufweist, die zum einen mit dem Eingangselement (18) und zum anderen di rekt oder indirekt mit den beiden Reibungskupplungen (32, 32') gekoppelt ist.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe (34, 44, 44') zwischen dem Eingangselement (18) und der eingangsseitigen Hohlrad/Stirnradpaarung (38, 40 bzw. 38', 40' bzw. 38'', 40'') einen Hohlwellenabschnitt (30) aufweist, der die Hohlwelle (28) und/oder die erste Ausgangswelle (16) koaxial umgibt.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass für beide Reibungskupplungen (32, 32') eine einzige gemeinsame eingangsseitige Hohlrad/Stirnradpaarung (38, 40 bzw. 38', 40' bzw. 38'', 40'') vorgesehen ist.
Differentialgetriebeeinheit nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe (34, 44, 44') eine erste ausgangsseitige Hohlrad/Stirnradpaarung (46, 48) aufweist, die zum einen mit der ersten Reibungskupplung (32) und zum anderen mit der ersten Ausgangswelle (16) gekoppelt ist, und dass das Übersetzungsgetriebe (34, 44, 44') eine zweite ausgangsseitige Hohlrad/Stirnradpaarung (46', 48') aufweist, die zum einen mit der zweiten Reibungskupplung (32') und zum anderen mit der Hohlwelle (28) gekoppelt ist.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Hohlrad (46, 46') der ersten ausgangsseitigen Hohlrad/Stirnradpaarung (46, 48) und der zweiten ausgangsseitigen Hohlrad/Stirnradpaarung (46', 48') bezüglich der Rotationsachse der ersten Ausgangswelle (16) versetzt angeordnet ist.
Differentialgetriebeeinheit nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungskupplungen (32, 32') eine gemeinsame Rotationsachse (52) aufweisen.
Differentialgetriebeeinheit nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Reibungskupplung (32, 32') ein erstes Kupplungsteil (36) und ein zweites Kupplungsteil (42, 42') aufweist, die in Reibschluss miteinander bringbar sind.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kupplungsteile (36) der beiden Reibungskupplungen (32, 32') drehfest miteinander gekoppelt sind.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangselement (18) mit einem Stirnrad (40) drehfest verbunden ist und das jeweilige erste Kupplungsteil (36) mit einem Hohlrad (38') drehfest verbunden ist, wobei das Stirnrad (40') und das Hohlrad (38') miteinander kämmen.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangselement (18) mit einem Hohlrad (38) drehfest verbunden ist und das jeweilige erste Kupplungsteil (36) mit einem Stirnrad (40) drehfest verbunden ist, wobei das Hohlrad (38) und das Stirnrad (40) miteinander kämmen.
Differentialgetriebeeinheit nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige zweite Kupplungsteil (42, 42') mit einem jeweiligen Hohlrad (46, 46') drehfest verbunden ist und dass die erste Ausgangswelle (16) und die Hohlwelle (28) mit einem jeweiligen Stirnrad (48, 48') drehfest verbunden sind, wobei das jeweilige Hohlrad (46, 46') und das jeweilige Stirnrad (48, 48') miteinander kämmen.
Kraftfahrzeug mit einer Frontmotor-Anordnung und mit einer der Vorderachse zugeordneten Differentialgetriebeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachsen (52) der Reibungskupplungen (32, 32') relativ zu der Rotationsachse der ersten Ausgangswelle (16) bezüglich der Fahrtrichtung des Fahrzeugs nach hinten versetzt sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangselement (18) der Differentialgetriebeeinheit durch ein Zahnrad einer Final-Drive-Getriebestufe eines Schaltgetriebes des Fahrzeugs gebildet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug eine Verbrennungskraftmaschine in einer Frontquer-Anordnung aufweist.