DE10103789A1 - Drehmomentverteilungsvorrichtung - Google Patents
DrehmomentverteilungsvorrichtungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Differentialgetriebe, das einen in einem Getriebegehäuse drehend antreibbaren Differentialkorb umfaßt. Das Differentialgetriebe umfaßt ferner einen Differentialrädersatz, der im Diferentialkorb angeordnet und gelagert ist. Das Differentialgetriebe weist außerdem eine Drehmomentverteilungsvorrichtung nächst dem Differentialrädersatz auf. Die Drehmomentverteilungsvorrichtung verbindet eines der Seitenwellenräder mit einer der Seitenwellen. Die Drehmomentverteilungsvorrichtung ist so kunstruiert, daß sie das Drehmoment zwischen einer Vorderachse und einer Hinterachse eines Kraftfahrzeugs kontrolliert.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Differentialgetriebe für
Kraftfahrzeuge und insbesondere eine aktive Drehmomentübertra
gungsvorrichtung zur Verwendung in einem Fahrzeug.
- 1. Stand der Technik
Differentialgetriebe sind in der Fahrzeugindustrie sehr be
kannt. Das Differentialgetriebe wird in Verbindung mit dem
Wechselgetriebe und der Antriebs- oder Längswelle verwendet,
um die Fahrzeugräder mit unterschiedlichen Drehzahlen anzu
treiben, wenn das Fahrzeug eine Kurve befährt, um die Drehzahl
jeden Rades individuell auszugleichen und um beim Rutschen der
Räder, beim Befahren von Kurven oder bei anderen Straße-Rad-
Verhältnissen das richtige Drehmoment auf jedes Rad zu über
tragen.
In einer traditionellen Antriebsstranganordnung eines Kraft
fahrzeugs, bei der Drehmoment nach Bedarf verteilt wird, gibt
es eine primär angetriebene Vorder- bzw. Hinterachse und eine
sekundär angetriebene "mitlaufende" Achse, die über eine
Längs- oder Antriebswelle und eine Drehmomentübertragungs
kupplung mit der primär angetriebenen Achse verbunden ist. Die
Drehmomentübertragungskupplung befindet sich üblicherweise di
rekt vor der sekundär angetriebenen Achse. Im Achsdifferential
erfolgt die Teilung des Kraftflusses (oder Drehmoments) auf
die Achswellen der Achse. Die primär angetriebene Achse umfaßt
ebenfalls ein Differential, das die erforderliche Kraft auf
die Achswellen der Vorderachse und dann auf die Räder ver
teilt. Die Drehmomentaufteilung zwischen der Vorderachse und
der Hinterachse wird durch die Drehmomentübertragungskupplung
vervollständigt, die eine separate Baueinheit im Antriebs
strangsystem ist und Platz für ihr Gehäuse und andere dazuge
hörige Bauteile beansprucht. Eine moderne Fahrzeug-Drehmoment
übertragungskupplung nach dem Stand der Technik ist zwischen
der primär angetriebenen Achse und der sekundär angetriebenen
Achse des Fahrzeugs angeordnet und besteht im allgemeinen aus
einem Reibungskupplungspaket, das durch einen Kugelrampenme
chanismus beaufschlagt wird. Der Kugelrampenmechanismus wirkt
mit einem Stellmotor zusammen. Eine elektronische Steuerein
heit erfaßt Schlupf an den Rädern, überwacht die laufenden
Fahrzustände des Fahrzeugs und bestromt den Stellmotor, der
die Kupplung mittels des Kugelrampenmechanismus einrückt und
das Drehmoment auf die Räder nach Bedarf verteilt.
Ein aktives Drehmomentübertragungssystem bietet maximale Fle
xibilität bei der Drehmomentverteilung zwischen den Achsen ei
nes Allrad- oder Vierradantriebssystem für Fahrzeuge. Ein ähn
liches System kann bei der Drehmomentverteilung innerhalb ei
ner Achse von einer Fahrzeugseite zur anderen zwischen dem
linken Hinterrad und dem rechten Hinterrad verwendet werden.
Andere zur Zeit verwendete konventionelle Vorrichtungen zur
aktiven Drehmomentübertragung sind beispielsweise elektro
magnetisch ansprechende Steuerkupplungen, um den Kugelrampen
mechanismus anzutreiben. Dieser Mechanismus belastet die
Hauptkupplung über elektromagnetisch ansprechende Steuerkupp
lungen. Die meisten der Systeme verwenden zwar den gleichen
Kugelrampenmechanismus, jedoch verschiedene Betätigungsmecha
nismen, um den Kugelrampenmechanismus mit der Kupplungseinheit
in Eingriff zu bringen. Alle diese aktiven Drehmomentvertei
lungssysteme sind in einem separaten Gehäuse untergebracht und
üblicherweise in den meisten Fällen direkt vor dem Hinterachs
differential angeordnet.
Aus diesem Grund besteht in der Technik ein Bedarf an verein
fachenden Vorrichtungen, durch die eine Gewichtsreduzierung
erreicht und der erforderliche Raum für eine aktive Drehmo
mentverteilungsvorrichtung zur Verwendung in Fahrzeugen ver
ringert wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
verbesserte Drehmomentverteilungsvorrichtung bereitzustellen.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe umfaßt das Differentialge
triebe zur Verwendung in Fahrzeugen einen drehend antreibbaren
Differentialkorb, der in einem Achsgehäuse gelagert ist. Ein
Ausgleichsrädersatz ist im Differentialkorb angeordnet und ge
lagert. Eine Drehmomentverteilungsvorrichtung ist nächst dem
Ausgleichsrädersatz vorgesehen. Die Drehmomentverteilungsvor
richtung verbindet ein Seitenwellenrad mit einer Seitenwelle.
Die Drehmomentverteilungsvorrichtung ist so ausgelegt, daß sie
das Drehmoment zwischen einer Vorderachse und einer Hinterach
se des Kraftfahrzeugs kontrollieren kann.
Ein Aspekt der Lösung ist es, eine Drehmomentverteilungsvor
richtung vorzuschlagen, die ein Kupplungspaket umfaßt, das mit
Achsendrehzahl umläuft, wodurch Unwuchtprobleme innerhalb des
Achsgetriebes verringert werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, den für die Drehmo
mentkontrolle zwischen der Vorderachse und der Hinterachse er
forderlichen Einrückmechanismus innerhalb des bestehenden .
Achsgehäuses zu integrieren.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, die Sperr
funktionen eines Antriebsstrangsystems zwischen Vorderachse
und Hinterachse und zwischen den Fahrzeugrädern einer Achse in
einer einzigen Baueinheit zu kombinieren.
Ein Vorteil der Erfindung liegt in der Verringerung des Raum
bedarfs im Gelenkwellenbereich des Kraftfahrzeugs.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin,
daß ein Differential geschaffen wird, das nicht nur kein sepa
rates Ölgehäuse für ein Kupplungspaket benötigt, sondern auch
den Aufwand für die Lager und Dichtungen verringert oder auf
ein Minimum reduziert.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Verringerung
der Anzahl der Schnittstellen im Antriebsstrang, wodurch eben
falls das Gewicht und die Kosten der Antriebsstranganordnung
reduziert werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in einer neuen
und verbesserten Drehmomentverteilungsvorrichtung für Fahrzeu
ge.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Dreh
momentverteilungsvorrichtung ein Kupplungspaket umfaßt, das
mit Achsendrehzahl umläuft, wodurch Unwuchtprobleme innerhalb
des Achsgetriebes verringert werden.
Des weiteren ist es ein Vorteil der Erfindung, daß der Raumbe
darf im Gelenkwellenbereich des Antriebsstrangsystems verrin
gert wird.
Ferner ist bei der vorliegenden Erfindung die Unterbringung
des Kupplungspaketes innerhalb des Gehäuses des Differentials
von Vorteil, wodurch kein separates Ölgehäuse erforderlich ist
und der Bauaufwand für die Lager und Dichtungen verringert
wird, während gleichzeitig die Kühlung des Kupplungspaketes
verbessert wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der verringerten
Anzahl der Schnittstellen innerhalb des Antriebsstrangsystems
und dem reduzierten Gewicht und den eingesparten Kosten für
die Drehmomentverteilung im Antriebsstrangsystem.
Weiterhin ist bei der vorliegenden Erfindung von Vorteil, daß
der Einrückmechanismus für die Drehmomentverteilungs
vorrichtung im Achsgehäuse integriert ist.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der
Kombination der Mittel für die Sperrfunktionenkontrolle zwi
schen der Vorderachse und der Hinterachse und zwischen den Rä
dern einer Achse in einem einzigen System.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht somit aus
einem Differentialgetriebe, das folgendes umfaßt:
einen drehend antreibbaren Differentialkorb, der in einem Ge triebegehäuse gelagert ist,
zwei Seitenwellen mit zwei Seitenwellenrädern, die im Diffe rentialkorb gelagert sind,
einen Differentialrädersatz, der zwischen den beiden Seiten wellenrädern wirksam ist,
eine Brems- oder Kupplungsvorrichtung, die zwischen einem der Seitenwellenräder und der dieses tragenden Seitenwelle wirksam eingesetzt ist. Dieses Seitenwellenrad ist gegenüber seiner Seitenwelle drehbar gelagert und mit diesem kuppelbar. Hier durch können die Seitenwellen vom Antrieb des Differential korbs entkoppelt werden (abgekuppelt) bzw. kann ein wirksames Differential dargestellt werden (angekuppelt). Das Differenti algetriebe umfaßt bevorzugt eine Axialverstellvorrichtung zur axialen Beaufschlagung der Brems- oder Kupplungsvorrichtung, insbesondere in Form eines elektromotorisch antreibbaren Ku gelrampenmechanismus.
einen drehend antreibbaren Differentialkorb, der in einem Ge triebegehäuse gelagert ist,
zwei Seitenwellen mit zwei Seitenwellenrädern, die im Diffe rentialkorb gelagert sind,
einen Differentialrädersatz, der zwischen den beiden Seiten wellenrädern wirksam ist,
eine Brems- oder Kupplungsvorrichtung, die zwischen einem der Seitenwellenräder und der dieses tragenden Seitenwelle wirksam eingesetzt ist. Dieses Seitenwellenrad ist gegenüber seiner Seitenwelle drehbar gelagert und mit diesem kuppelbar. Hier durch können die Seitenwellen vom Antrieb des Differential korbs entkoppelt werden (abgekuppelt) bzw. kann ein wirksames Differential dargestellt werden (angekuppelt). Das Differenti algetriebe umfaßt bevorzugt eine Axialverstellvorrichtung zur axialen Beaufschlagung der Brems- oder Kupplungsvorrichtung, insbesondere in Form eines elektromotorisch antreibbaren Ku gelrampenmechanismus.
In einer ersten Ausführung ist vorgesehen, daß sich das ge
nannte eine der Seitenwellenräder reibungsarm im Differential
korb axial abstützt. Hierdurch wird durch Schließen der Brems-
oder Kupplungsvorrichtung ein offenes Differential darge
stellt. In einer weitergeführten Ausführung umfaßt das Diffe
rentialgetriebe eine weitere Brems- oder Kupplungsvorrichtung,
die zwischen einem der Seitenwellenräder und dem Differential
korb wirksam eingesetzt ist. Hiermit kann eines der Seitenwel
lenräder gegenüber dem Differentialkorb abgebremst werden. Das
zunächst offene Differential (ungebremst) wird hiermit zum
Sperrdifferential (gebremst).
Das Differentialgetriebe umfaßt hierfür eine Axialverstellvor
richtung zur axialen Beaufschlagung der weiteren Brems- oder
Kupplungsvorrichtung, wobei insbesondere eine und dieselbe
Axialverstellvorrichtung auf beide Brems- oder Kupplungsvor
richtungen einwirkten kann.
In einer ersten Variante der zuvor genannten Ausführung ist
vorgesehen, daß beide Brems- oder Kupplungsvorrichtungen un
mittelbar mit dem gleichen Seitenwellenrad zusammenwirken, wo
bei die zwei Kupplungspakete auf axial entgegengesetzten Sei
ten des genannten Seitenwellenrades liegen können. Für eine
gemeinsame Betätigung mit einer Axialverstellvorrichtung ist
es hierbei günstig, wenn zumindest das genannte eine der Sei
tenwellenräder axial schwimmend angeordnet ist.
In einer zweiten Variante der genannten Ausführung kann vorge
sehen werden, daß die beiden Brems- oder Kupplungsvorrichtun
gen unmittelbar jeweils mit einem anderen der Seitenwellenrä
der zusammenwirken. Hierbei kann das Differentialgetriebe
weitgehend symmetrisch aufgebaut sein. Für eine gemeinsame Be
tätigung mit einer Axialverstellvorrichtung ist es bei dieser
Ausführung günstig, wenn beide Seitenwellenräder und die Aus
gleichsräder axial schwimmend angeordnet sind und die Seiten
wellenräder sich über ein Axiallager axial aneinander abstüt
zen.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Er
findung werden aus der folgenden Beschreibung und den anlie
genden Ansprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnun
gen deutlich.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Antriebssystems
gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungs
gemäßen Fahrzeugantriebsstrangs;
Fig. 3A zeigt einen (Lähgs-)Schnitt durch ein Differentialge
triebe gemäß der Erfindung;
Fig. 3B zeigt einen (Längs-)Schnitt durch ein Differentialge
triebe gemäß der Erfindung mit einem zweiten Kupp
lungspaket;
Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführung eines Differential
getriebes gemäß der Erfindung im Teilschnitt;
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt eines Differentials mit zwei
Ausgleichsrädern;
Fig. 6 zeigt einen Querschnitt eines Differentials in einer
alternativen Ausführung mit drei Ausgleichsrädern;
und
Fig. 7 zeigt eine Explosionsdarstellung des in der vorlie
genden Erfindung verwendeten Einrückmechanismus.
In den Zeichnungen ist eine erfindungsgemäße Drehmoment
verteilungsvorrichtung 10 dargestellt. Fig. 1 zeigt schema
tisch das Antriebssystem 12 eines Kraftfahrzeugs mit Allrad-
oder Vierradantrieb, welches ein Kraftfahrzeug mit primärem
Vorderradantrieb ist, wobei jedoch die vorliegende Erfindung
auch bei Kraftfahrzeugen mit primärem Hinterradantrieb verwen
det werden kann.
Das Kraftfahrzeug wird primär über eine Vorderachse 15 ange
trieben. Das Kraftfahrzeug ist ein Fahrzeug mit All- oder
Vierradantrieb und wird von der Kraft angetrieben, die vom Mo
tor 16 über ein Getriebe 18, welches entweder ein Automatik-
oder ein Schaltgetriebe sein kann, zum Verteilergetriebe 20
der Antriebsstranganordnung und schließlich weiter auf ein
Vorderachsdifferential 30 und bei Bedarf mittels einer Längs-
oder Antriebswelle 24 zu einem Hinterachsdifferential 22 über
tragen. Am Hinterachsdifferential 22 wird die Kraft auf eine
linke Hinterachswelle 26 und eine rechte Hinterachswelle 28
aufgeteilt, um die Kraft auf die Hinterräder zu verteilen. Das
Vorderachsdifferential 30 kontrolliert die Kraft und den
Schlupf bzw. das Durchdrehen der linken Vorderachswelle 32 und
der rechten Vorderachswelle 34. Bei einem Fahrzeug mit Allrad
antrieb wird die Kraft über ein Verteilergetriebe sowohl zum
Hinterachsdifferential 22 als auch zum Vorderachsdifferential
30 übertragen, wobei aber entweder die Vorderachse 15 oder die
Hinterachse 14 die primär angetriebene Achse ist und die ande
re Achse nur dann die meiste Kraft erhält, wenn dies erforder
lich ist. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit Allradantrieb, bei dem die
Drehmomentverteilungsvorrichtung 10 innerhalb des Hinterachs
differentials 22 vorgesehen ist und von dort aus das Drehmo
ment zwischen der Vorderachse und der Hinterachse des Fahr
zeugs verteilt wird.
Fig. 2 zeigt den Antriebsstrang 36 eines Kraftfahrzeugs mit
Allradantrieb. Der Antriebsstrang 36 umfaßt eine Vorderachse
15, die eine linke Vorderachswelle 32 und eine rechte Vorder
achswelle 34 aufweist. Die Längs- oder Antriebswelle 24 über
trägt Kraft vom Verteilergetriebe 20 zum Hinterachs
differential 22. Die Hinterachse 14 weist eine linke Hinter
achswelle 26 und eine rechte Hinterachswelle 28 auf, die sich
von dort zu den Fahrzeugrädern erstrecken. Das Hinterachsdif
ferential 22 umfaßt ein Differentialgehäuse 40, in dem ein
Differentialkorb 42 drehbar um eine Drehachse gelagert ist.
Der Differentialkorb 42 ist vom Verteilergetriebe des Fahr
zeugs über ein Antriebsritzel 44 antreibbar. Die Drehmoment
verteilungsvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung ist in
nerhalb des Differentialkorbs 42 vorgesehen und wird aktiv zur
Drehmomentverteilung zwischen der Vorderachse 15 und der Hin
terachse 14 benutzt. Die Verwendung der Drehmomentverteilungs
vorrichtung 10 innerhalb des Differentialgetriebes 22 in Ver
bindung mit einem Differentialkorb 42 verringert das Fahrzeug
gewicht und die Fahrzeugkosten, indem die Notwendigkeit ent
fällt, eine drehmomentübertragende Kupplung vorzusehen, die
normalerweise unmittelbar vor dem Hinterachsdifferentialge
triebe 22 angeordnet ist. Der Einbau der Drehmomentvertei
lungsvorrichtung 10 innerhalb des Differentialgetriebes 22 re
duziert den Platzbedarf am Untergestell des Fahrzeugs, wodurch
mehr Raum für Auspuffund Benzintank zur Verfügung steht.
Die Fig. 3A und 3B zeigen einen Längsschnitt des Differen
tialgetriebes 22, welches ein Differentialgehäuse 40 umfaßt,
in dem der Differentialkorb 42 drehbar um eine Drehachse gela
gert ist. Innerhalb des Differentialkorbs 42 ist ein Differen
tialrädersatz 48 drehbar angeordnet und gelagert. In der be
vorzugten Ausführung ist der Differentialrädersatz 48 ein
standardmäßiger Kegelrad- oder Planetenradsatz. Dieser Diffe
rentialrädersatz 48 umfaßt im allgemeinen zwei Ausgleichske
gelräder 50, 52, die drehbar auf einem Lagerbolzen 54 angeord
net sind, dessen Achse eine Drehachse für die zwei Ausgleichs
kegelräder 50, 52 bildet. Die Drehachse der Ausgleichskegelrä
der 50, 52 kreuzt die Drehachse der Seitenwellenräder 56, 58
innerhalb des Differentialkorbs 42. Der Differentialkorb 42
enthält zwei Seitenwellenräder 56, 58, die so um eine Drehach
se angeordnet sind, daß sie gegenüber dem Differentialkorb 42
drehbar sind. Die Seitenwellen 126, 128 sind drehbar in Boh
rungen 60 des Differentialkorbs 42 aufgenommen. Die Seitenwel
lenräder 56, 58 werden an den Zwischenflächen des Differenti
alkorbs 42 durch dazwischenliegende Abstützscheiben 62 abge
stützt. Die Drehachse der Seitenwellenräder 56, 58 und die
Drehachse der Ausgleichsräder 50, 52 kreuzen sich im rechten
Winkel. Die Längs- oder Antriebswelle ist mit dem Differenti
alkorb 42 über ein Antriebstellerrad 44 in Eingriff.
Die Drehmomentverteilungsvorrichtung ist innerhalb des Diffe
rentialkorbs 42 vorgesehen und wirkt mit dem Differentialrä
dersatz 48 zusammen. Die Drehmomentverteilungsvorrichtung ver
bindet ein Seitenwellenrad 58 mit seiner Seitenwelle 128. Die
Drehmomentverteilungsvorrichtung umfaßt ein Kupplungspaket 64,
das in der bevorzugten Ausführung ein Reibungskupplungspaket
ist. Das Reibungskupplungspaket 64 umfaßt ein Ringgehäuse 66
und eine Innennabe 68, denen die Reiblamellen 70 abwechselnd
befestigt sind, so daß sie einander überlappen. Ein Druckring
76 wirkt mit einem Ende des Reibungskupplungspaketes zusammen
und sorgt für das Einrücken der Kupplung, um das Drehmoment
zwischen dem einen Seitenwellenrad 58 und der Seitenwelle 128
zu kontrollieren. Der Druckring 76 wird durch eine Kombination
aus Stift 74 und Feder 72 aktiviert, die wiederum durch einen
Einrückmechanismus 78 gemäß Fig. 7 gesteuert werden.
Der Einrückmechanismus 78 besteht aus einem Kugelrampen
mechanismus, der mit einem Stellmotor 80 zusammenwirkt. Wie in
Fig. 7 zu sehen ist, umfaßt der Stellmotor 80 ein Unterset
zungsgetriebe 84, das Kräfte an einen Stellring 82 überträgt.
Der Stellring 82 umfaßt eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung
verlaufenden Rillen 86. Benachbart zu dem Stellring 82 ist ein
Druckring 88 mit darin angeordneten Rillen, die Aufspreizku
geln 90 enthalten, so daß jeweils eine Aufspreizkugel 90 in
jeder in Umfangsrichtung verlaufenden Rille 86 angeordnet ist.
Ein Druckaufnahmering 92 wirkt auf der dem Stellring 82 gege
nüberliegenden Seite mit dem Druckring 88 zusammen. Ein Druck
ring 94 stellt eine Verbindung zu den Reiblamellen 96 des Auf
spreizmechanismus 78 her. Eine elektronische Steuereinheit 98
ist sowohl mit einem Stellmotor 80 als auch mit den Fahrzeug
rädern verbunden. Die elektronische Steuereinheit 98 überwacht
die auftretenden Fahrzustände und erfaßt jeglichen Schlupf
oder andere Fahrzustände und bestromt den Stellmotor 80 auf
der Basis der an den Rädern erfaßten Schlupfzustände. Das Auf
spreizen des Aufspreizmechanismus führt zum Eingriff von Stift
74 und Feder 72, die auf den Druckring 76 drücken und das
Kupplungspaket 64 einrücken, das mit dem Seitenwellenrad 58
und der Seitenwelle 128 des Fahrzeugs verbunden ist.
Wie in Fig. 3A dargestellt ist, gleicht der Differentialrä
dersatz 48 gleichzeitig den Drehzahlunterschied zwischen der
vorderen Antriebsachse und der hinteren Antriebsachse und zwi
schen dem rechten Fahrzeugrad und dem linken Fahrzeugrad einer
sekundär angetriebenen Achse, insbesondere der Hinterachse
aus. Dieser Ausgleich erfolgt während das Kupplungspaket 64
mit der gleichen Drehzahl umläuft wie die Achse und für die
Drehmomentübertragung auf die eine Seitenwelle 128 und dann
auf das damit verbundene Fahrzeugrad sorgt. Das Seitenwellen
rad 58 der Seitenwelle 128 kann sich z. B. über eine Gleit
scheibe 102 am Differentialkorb 42 abstützen. Das zweite Sei
tenwellenrad 56 und die damit verbundene Seitenwelle 126 und
das andere Fahrzeugrad werden dann mit etwa dem gleichen
Drehmoment über das Differential angetrieben. Aus diesem Grund
wirkt das Differential als offenes Differential zwischen der
linken und der rechten Achswelle der Achse, wodurch die Fahr
zeugräder frei gegeneinander drehen können. Fig. 3A zeigt den
Einrückmechanismus, der in dieser bevorzugten Ausführung ein
Kugelrampenmechanismus ist, der am Differentialkorb 42 ange
bracht ist und deshalb keine zusätzliche Belastung für die La
ger 100 des Differentialkorbes verursacht. Die Drehmomentver
teilungsvorrichtung, wie sie oben beschrieben ist, kontrol
liert den Schlupf zwischen der Vorder- und der Hinterachse des
Kraftfahrzeugs, indem sie eine der Seitenwellen 128 der sekun
där angetriebenen Achse kontrolliert. Dadurch entfällt die
Notwendigkeit, eine separate drehmomentübertragende Kupplung
vorzusehen, die im allgemeinen direkt auf der Längswelle übli
cherweise vor dem Hinterachsdifferential angeordnet ist.
Wie in Fig. 3B dargestellt ist, sei auch darauf hingewiesen,
daß innerhalb des Differentialkorbs 42 ein zweites Kupplungs
paket 202 angeordnet ist, das zwischen dem Seitenwellenrad 58
und dem Differentialgehäuse 42 wirkt, wodurch eine zusätzliche
kontrollierte Sperrfunktion zwischen den Seitenwellen, d. h.
zwischen dem rechten Fahrzeugrad und dem linken Fahrzeugrad,
ermöglicht wird. Hiermit wird das Differentialgetriebe zu ei
nem sperrenden oder teilsperrenden Differential. Dies ermög
licht der Drehmomentverteilungsvorrichtung, wie sie zuvor mit
dem zweiten Kupplungspaket 202 bzw. Reiblamellenpaket be
schrieben wurde, sowohl eine Kombination als auch eine Kon
trolle der Sperrfunktionen zwischen Vorderachse und Hinterach
se sowie zwischen den Fahrzeugrädern einer Achse. Die von der
Drehmomentverteilungsvorrichtung kontrollierten Sperrwirkungen
zwischen Vorderachse und Hinterachse und zwischen den Fahr
zeugrädern können in einem Verhältnis eingestellt werden, wo
bei die Vorrichtung durch Anpassen der für die jeweilige Funk
tion verwendeten Anzahl der Reiblamellen abgestimmt wird, d. h.
Drehmomentkontrolle zwischen Vorderachse und Hinterachse und
Drehmoment- oder Sperrwirkungskontrolle zwischen den
Fahrzeugrädern.
Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführung der vorliegenden Er
findung, bei der der Einrückmechanismus 278 im Differentialge
häuse angeordnet ist, wodurch das nicht dargestellte rechte
der Kegelrollenlager 200 mit der Eingriffskraft von Elektromo
tor und Kugelrampenmechanismus 278 belastet wird. Der Kugel
rampenmechanismus 278 arbeitet in der gleichen Weise wie zuvor
beschrieben. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist der Differential
rädersatz 248 drehbar innerhalb des Differentialkorbes 242
montiert. Die Ausgleichskegelräder 250 sind auf kleineren La
gerbolzen 254 montiert und befinden sich in Kontakt mit den
Seitenwellenrädern 256, 258. Zwischen den Seitenwellenrädern
256, 258 ist ein Drucklager 263 vorgesehen, um zu verhindern,
daß die Seitenwellenräder 256, 258 aneinanderreiben und uner
wünschte Geräusche verursachen. Der Differentialrädersatz 248
mit kleineren Bolzen 254 weist zumindest zwei Ausgleichskegel
räder 250 auf, kann jedoch je nach Konstruktion des Differen
tialkorbs 242 auch mehr als zwei umfassen. Die Ausgleichskegel
räder 250 können mit den Bolzen 254 kleine Bewegungen ausfüh
ren, um sich der Wechselwirkung zwischen den Seitenwellenrä
dern 256, 258 und den Ausgleichskegelrädern 250 anzupassen. Das
Kupplungspaket 264 ist in der gleichen Weise angeordnet wie in
der oben beschriebenen Ausführung. Ein zweites Kupplungspaket
302, das zur Kontrolle des Durchdrehens der beiden Räder einer
Achse und des auf diese übertragenen Drehmoments verwendet
wird, wirkt zwischen dem Seitenwellenrad 256 und dem Differen
tialkorb 242.
Die Fig. 5 und 6 sind Querschnitte des Differentialräder
satzes, wie er in der in Fig. 4 dargestellten Ausführung be
schrieben wurde. Fig. 5 zeigt einen Differentialrädersatz 348
mit zwei Rädern. Der Differentialrädersatz 348 umfaßt zwei
Ausgleichskegelräder 350, 352, die mit je einem kürzeren Lager
bolzen 354 verbunden sind. Ein Seitenwellenrad 358 ist in
drehbarem Eingriff mit den Ausgleichskegelrädern 350, 352. Die
Lagerbolzen 354 sind jeweils in einer Längsnut 361 des Diffe
rentialkorbes 342 geführt. Fig. 6 offenbart einen Differenti
alrädersatz 448 mit drei Rädern. Der Differentialrädersatz 448
umfaßt drei Ausgleichskegelräder 450, 451, 452. Die Lagerbolzen
454 sind jeweils in einer Längsnut 461 einer Wand des Diffe
rentialkorbes 442 geführt.
Die Drehmomentverteilungsvorrichtung, wie sie zuvor beschrie
ben wurde, bietet mehrere Vorteile gegenüber dem Stand der
Technik, z. B. daß das Kupplungspaket überhaupt und mit Achsen
drehzahl umläuft, wodurch Ungleichgewichte innerhalb des An
triebsstranges verringert werden. Der auf ein Minimum redu
zierte Platzbedarf im Längs- oder Antriebswellenbereich ver
größert außerdem den verfügbaren Raum, der für Auspuffund
Benzintank benötigt wird. Für das Kupplungspaket ist kein se
parates ölgefülltes Gehäuse erforderlich, da es im Differenti
alkorb integriert ist und das im Differentialkorb enthaltene
Schmiermittel auch für das Kupplungspaket verwendet wird. Die
Vorrichtung reduziert den Aufwand für Lager und Dichtungen,
indem sie im Differentialgetriebegehäuse integriert ist. Dies
verbessert ebenfalls die Kühlung der Drehmomentverteilungsvor
richtung, indem das gleiche Schmiermittel bzw. Öl verwendet
wird wie in Differentialgetrieben. Die Kombination und Inte
gration der Drehmomentverteilungsvorrichtung innerhalb des
Differentialgetriebes verringert auch die Anzahl der erforder
lichen Schnittstellen zwischen dem Differentialgetriebe und
dem Kraftverteilungsgetriebe der Antriebsstranganordnung. Es
kommt zu einer Gewichtsreduzierung, da eine Drehmomentübertra
gungskupplung mit Gehäuse nicht mehr erforderlich ist, wodurch
auch Kosten eingespart werden, da weniger Teile zu montieren
sind. Ferner kann der Einrückmechanismus, ob er nun als Kugel
rampenmechanismus oder als sonstiger Mechanismus, z. B. als
elektromagnetisch betätigte Stellkupplung oder dergleichen,
ausgeführt ist, direkt im Differentialgetriebe integriert wer
den. Außerdem vereinfacht die Kombination der Regelung zwi
schen Vorderachse und Hinterachse und der Schlupfregelung zwi
schen rechtem Rad und linkem Rad in einer Baueinheit die Bau
weise des Antriebsstrangsystems sehr.
Das Differentialgetriebe kann so ausgelegt werden, daß zu
nächst das Kupplungspaket zwischen einem Seitenwellenrad und
seiner Seitenwelle geschlossen wird, wodurch aus einer entkop
pelten drehmomentfreien Anordnung ein offenes Differentialge
triebe wird, und daß danach ein zweites Kupplungspaket zwi
schen einem der Seitenräder und dem Differentialkorb geschlos
sen wird, wodurch aus dem offenen Differentialgetriebe ein
teilsperrendes oder sperrendes Differentialgetriebe wird. Bei
de Vorgänge können durch ein und dieselbe Axialbetätigungsvor
richtung bewirkt werden, wobei durch Vorspannfedern unter
schiedlicher Kennung das gestaffelte Einrücken der Kupplungs
pakete erreicht werden kann.
10
Drehmomentverteilungsvorrichtung
12
Antriebssystem
14
Hinterachse
15
Vorderachse
16
Motor
18
Getriebe
20
Verteilergetriebe
22
Hinterachsdifferential
24
Längswelle
26
Hinterachswelle links
28
Hinterachswelle rechts
30
Vorderachsdifferential
32
Vorderachswelle links
34
Vorderachswelle rechts
36
Antriebsstrang
40
Differentialgehäuse
42
,
242
,
342
,
442
Differentialkorb
44
Antriebstellerrad
48
,
248
,
348
,
448
Differentialrädersatz
50
,
250
,
350
,
450
Ausgleichskegelrad
52
,
252
,
352
,
452
Ausgleichskegelrad
54
,
254
,
354
,
454
Lagerbolzen
56
,
256
Seitenwellenrad
58
,
258
,
358
,
458
Seitenwellenrad
60
Bohrung
62
Abstützscheibe
64
,
264
erstes Kupplungspaket
66
Ringgehäuse
68
Innennabe
70
Reiblamellen
72
Feder
74
Stift
76
Druckring
78
,
278
Einrück-/Kugelrampenmechanismus
80
Stellmotor
82
Stellring
84
Untersetzungsgetriebe
86
Rille
88
Druckring
90
Kugel
92
Druckaufnahmelaufring
94
Druckring
96
Reiblamellen
98
elektronische Steuereinheit
100
,
200
Lager
102
Gleitscheibe
126
,
128
Seitenwelle
202
,
302
zweites Kupplungspaket
263
Drucklager
361
,
461
Längsnut
451
Ausgleichskegelrad
Claims (30)
1. Differentialgetriebe zur Verwendung in einem Fahrzeug, wo
bei das genannte Getriebe folgendes umfaßt:
- - einen drehend antreibbaren Differentialkorb (42, 242, 342, 442), der in einem Getriebegehäuse (40) gelagert ist,
- - zwei Seitenwellen (126, 128), die im Differentialkorb (42, 242, 342, 442) gelagert sind,
- - einen Differentialrädersatz (48, 248, 348, 448), der in dem genannten Differentialkorb (42, 242, 342, 442) angeordnet und gelagert ist, sowie
- - eine Drehmomentverteilungsvorrichtung (10) nächst dem genannten Differentialrädersatz (48, 248, 348, 448), wobei die genannte Drehmomentverteilungsvorrichtung (10) ein Seitenwellenrad (58, 258, 358, 458) mit ei ner der Seitenwellen (128) verbindet» und wobei die Drehmomentverteilungsvorrichtung (10) so angeordnet ist, daß sie das Drehmoment zwischen der Vorderachse (15) und der Hinterachse (14) des Fahrzeugs kontrol liert.
2. Differentialgetriebe nach Anspruch 1,
wobei der genannte Differentialrädersatz (48, 248, 348,
448) zwei Seitenwellenräder (56, 256; 58, 258, 358, 458)
umfaßt, die in dem genannten Differentialkorb (42, 242,
342, 442) angeordnet und gelagert sind.
3. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 und 2,
wobei der genannte Differentialrädersatz (48, 248, 348,
448) weiter zumindest zwei Ausgleichszahnräder (50, 52)
umfaßt, die mit den genannten Seitenwellenrädern (56, 256;
58, 258, 358, 458) kämmen und drehbar im genannten Diffe
rentialkorb (42, 242, 342, 442) gelagert sind.
4. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei der genannte Differentialrädersatz (48, 248, 348,
448) einen Drehzahlunterschied zwischen der Vorderachse
(15) und der Hinterachse (15) des Fahrzeugs und zwischen
einem linken Rad und einem rechten Rad der genannten Hin
terachse (15) zu einem bestimmten Zeitpunkt ermöglicht.
5. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei die genannte Drehmomentverteilungsvorrichtung (10)
ein Kupplungspaket (64, 264) umfaßt, wobei das genannte
Kupplungspaket (64, 264) mit der Achsendrehzahl umläuft
und die Übertragung eines Drehmoments zu einer ersten Sei
tenwelle (128) bewirkt.
6. Differentialgetriebe nach Anspruch 5,
wobei ein zweites Seitenwellenrad (56, 256) mit dem ge
nannten gleichen Drehmoment über den genannten Differenti
alrädersatz (48, 248) angetrieben wird.
7. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei zumindest ein Ausgleichsrad zwischen dem genannten
ersten Seitenwellenrad (58, 258, 358, 458) und dem genann
ten zweiten Seitenwellenrad (56, 256) betrieben wird, wo -
bei das genannte Ausgleichsrad es ermöglicht, daß die
Fahrzeugräder sich frei gegeneinander drehen.
8. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 5 und 6,
das ferner ein zweites Kupplungspaket (202, 302) umfaßt,
das mit dem genannten zweiten Seitenwellenrad (56, 256,
356) und dem genannten Differentialkorb (42, 242, 342) zu
sammenwirkt.
9. Differentialgetriebe nach Anspruch 8,
wobei das genannte zweite Kupplungspaket (202, 302) eine
Sperrfunktion zwischen den Rädern einer Achse ausüben
kann.
10. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
wobei die Drehmomentverteilungsvorrichtung (10) ein Kupp
lungspaket (64), einen Stift (74) zum Zusammenwirken mit
dem genannten Kupplungspaket (64), einen Kugelrampen
mechanismus (78), der den genannten Stift (74) gegenüber
dem Kupplungspaket (64) in Eingriff bringt, sowie einen
Stellmotor (80) umfaßt, der mit dem Kugelrampenmechanismus
(78) zusammenwirkt.
11. Differentialgetriebe nach Anspruch 10,
wobei der genannte Kugelrampenmechanismus (78) im genann
ten Getriebegehäuse (40) integriert ist.
12. Differentialgetriebe nach Anspruch 10,
wobei der genannte Kugelrampenmechanismus (78) am genann
ten Differentialkorb (42) befestigt ist, ohne dessen Lager
(100) zusätzlich zu belasten.
13. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
das ferner Reiblamellen umfaßt, die nächst dem genannten
ersten Seitenwellenrad (58) und dem genannten Differenti
alkorb (42) vorgesehen sind, um eine Sperrwirkung zwischen
den Rädern einer Achse zu erzeugen.
14. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
das ferner Reiblamellen umfaßt, die nächst einem zweiten
Seitenwellenrad (256) und dem genannten Differentialkorb
(242) vorgesehen sind, um eine Sperrwirkung zwischen den
Rädern einer Achse zu erzeugen.
15. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 13 oder 14,
wobei die Anzahl der Reiblamellen dazu verwendet wird, das
Sperrverhältnis zwischen der genannten Vorderachse (15)
und der genannten Hinterachse (14) und zwischen den Sei
tenwellen einer Achse zu bestimmen.
16. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
wobei die genannte Drehmomentverteilungsvorrichtung (10)
Sperrfunktionen hinsichtlich der Vorderachse (15) und der
Hinterachse (14) sowie zwischen den Rädern einer Achse
kombiniert.
17. Drehmomentverteilungsvorrichtung (10) zur Verwendung im
Antriebsstrang eines Fahrzeugs (12) mit Motor (16), Ge
triebe (18), einem Vorderachsdifferential (30) und einem
Hinterachsdifferential (22), einer Längswelle (24), je
weils einer rechten Achswelle (28, 34) und einer linken
Achswelle (26, 32), die sich vom Vorderachsdifferential
(30) bzw. Hinterachsdifferential (22) erstrecken:
- - wobei die genannte Drehmomentverteilungsvorrichtung (10) mit dem Ausgleichsrädersatz (48) innerhalb des genannten Hinterachsdifferentialkorbs (42) zusammen wirkt,
- - wobei die genannte Drehmomentverteilungsvorrichtung (10) ein Kupplungspaket (64) umfaßt, das mit einem der Seitenwellenräder (58) und einer Seitenwelle (128) zusammenwirkt,
- - wobei das genannte Kupplungspaket (64) mit Achsen drehzahl umläuft und eine Drehmomentübertragung zwi schen dem genannten Vorderachsdifferential (30) und dem genannten Hinterachsdifferential (22) ermöglicht.
18. Drehmomentverteilungsvorrichtung (10) nach Anspruch 17,
die ferner ein zweites Kupplungspaket (102) umfaßt, das
sich in Kontakt mit einem Seitenwellenrad und dem genann
ten Hinterachsdifferentialkorb (42) befindet, wobei das
genannte zweite Kupplungspaket (102) eine Sperrfunktion
zwischen der linken Seitenwelle (26) und der rechten Sei
tenwelle (28) des Hinterachsdifferentials (22) ausüben
kann.
19. Drehmomentverteilungsvorrichtung nach Anspruch 17,
die Sperrfunktionen in Bezug auf die Vorderachse und die
Hinterachse als auch auf die linke Seitenwelle und die
rechte Seitenwelle in einer einzigen Baueinheit kombi
niert.
20. Verfahren zur Kontrolle der Drehmomentübertragung zwischen
einer Vorderachse (15) und einer Hinterachse (14) eines
Fahrzeugs (12), wobei dieses Verfahren die folgenden
Schritte umfaßt:
- - Einbau einer Drehmomentverteilungsvorrichtung (10) nächst einem Differentialrädersatz (48, 248, 348, 448) in einem Differentialkorb (42, 242, 342, 442),
- - Verbinden eines Seitenwellenrades (58, 258, 358, 458) mit einer Seitenwelle (128) mittels einer Kupplungs anordnung (64), sowie
- - Kontrollieren der Drehmomentübertragung zwischen der Vorderachse (30) und der Hinterachse (22) durch das genannte Seitenwellenrad (58, 258, 358, 458).
21. Differentialgetriebe, das folgendes umfaßt:
einen drehend antreibbaren Differentialkorb, der in einem Getriebegehäuse gelagert ist,
zwei Seitenwellen mit zwei Seitenwellenrädern, die im Dif ferentialkorb gelagert sind,
einen Differentialrädersatz, der zwischen den beiden Sei tenwellenrädern wirksam ist,
eine Brems- oder Kupplungsvorrichtung, die zwischen einem der Seitenwellenräder und der dieses tragenden Seitenwelle wirksam eingesetzt ist.
einen drehend antreibbaren Differentialkorb, der in einem Getriebegehäuse gelagert ist,
zwei Seitenwellen mit zwei Seitenwellenrädern, die im Dif ferentialkorb gelagert sind,
einen Differentialrädersatz, der zwischen den beiden Sei tenwellenrädern wirksam ist,
eine Brems- oder Kupplungsvorrichtung, die zwischen einem der Seitenwellenräder und der dieses tragenden Seitenwelle wirksam eingesetzt ist.
22. Differentialgetriebe nach Anspruch 21,
weiterhin gekennzeichnet durch eine Axialverstellvorrich
tung zur axialen Beaufschlagung der Brems- oder Kupplungs
vorrichtung.
23. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 21 oder 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich das genannte eine der Seitenwellenräder reibungs
arm im Differentialkorb axial abstützt.
24. Differentialgetriebe nach Anspruch 21,
gekennzeichnet durch eine weitere Brems- oder Kupplungs
vorrichtung, die zwischen einem der Seitenwellenräder und
dem Differentialkorb wirksam eingesetzt ist.
25. Differentialgetriebe nach Anspruch 24,
weiterhin gekennzeichnet durch eine Axialverstellvorrich
tung zur axialen Beaufschlagung der weiteren Brems- oder
Kupplungsvorrichtung.
26. Differentialgetriebe nach den Ansprüchen 24 und 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Axialverstellvorrichtung auf beide Brems- oder
Kupplungsvorrichtungen einwirkt.
27. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 24 bis 26,
dadurch gekennzeichnet,
daß beide Brems- oder Kupplungsvorrichtungen unmittelbar
mit dem gleichen Seitenwellenrad zusammenwirken.
28. Differentialgetriebe nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest das eine der Seitenwellenräder axial schwim
mend angeordnet ist.
29. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 24 bis 26,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Brems- oder Kupplungsvorrichtungen jeweils
unmittelbar mit einem anderen der Seitenwellenräder zusam
menwirken.
30. Differentialgetriebe nach Anspruch 29,
dadurch gekennzeichnet,
daß beide Seitenwellenräder und die Ausgleichsräder axial
schwimmend angeordnet sind und die Seitenwellenräder sich
über ein Axiallager axial aneinander abstützen.
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