DE102004053068A1

DE102004053068A1 - Differential mit Sperrvorrichtung

Info

Publication number: DE102004053068A1
Application number: DE200410053068
Authority: DE
Inventors: Norbert Feuchtner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-11-03
Filing date: 2004-11-03
Publication date: 2006-05-04

Abstract

Es wird ein Differential mit mechanischer 100% Sperrung und einer Sperrvorrichtung vorgeschlagen, wobei die Sperrvorrichtung im gesperrten Zustand eine drehfeste Verbindung eines der Achskegelräder (7) des Differentials mit dem Differentialkorb (6) herstellt, bei dem die Sperrvorrichtung einen Kolbenträger (1a) und einen hydraulisch betätigbaren Kolben (2) umfasst, die in ein Achsmittelteil (1) angeordnet sind, wobei eine mit dem Kolben (2) in Wirkverbindung stehende und gegen die Kraft einer Feder (4) axial in Richtung des Differentialkorbs (6) verschiebbar angeordnete Platte (3) vorgesehen ist, die Aufnahmen für zumindest einen in Richtung des Differentialkorbs (6) herausragenden Bolzen (5) aufweist, wobei im Differentialkorb (6) für jeden Bolzen (5) eine Axialbohrung (10) vorgesehen ist, durch die der Bolzen (5) aufgrund der Bewegung der Platte (3) gegen die Kraft der Feder (4) führbar ist, und wobei ein Achskegelrad (7) für jeden Bolzen (5) eine segmentartige Ausnehmung (13) aufweist, in die der Bolzen (5) zum Sperren des Differentials schiebbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Differential mit einer Sperrvorrichtung, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Üblicherweise weisen Achsen von Fahrzeugen ein Differential auf, um die Drehzahldifferenzen zwischen den beiden Rädern der Achse auszugleichen. Differentiale ermöglichen unterschiedliche Achs- und Raddrehzahlen bei Kurvenfahrt und gewährleisten eine gleichmäßige Verteilung der Antriebsmomente. Dadurch wird ein Radieren der Reifen, ein hoher Verschleiß sowie eine hohe Belastung des Antriebsstranges vermieden. Bei einem Differential wird üblicherweise über ein Kegelgetriebe der Differentialkorb angetrieben, welcher mit einem Tellerrad fest verbunden ist. Ferner sind vier auf einem Differentialstern drehbar gelagerte Ausgleichsräder vorgesehen, welche mit zwei Achskegelrädern kämmen, die mit den Antriebswellen fest verbunden sind. Bei manchen Anwendungen ist es vorgesehen, dass das Differential gesperrt werden kann. So kann bei sportlichen Autos z.B. die Fahrstabilität erhöht werden. Bei geländegängigen Fahrzeugen kann auf diese Weise die Traktion sichergestellt bzw. erhöht werden.

Aus dem Stand der Technik ist eine Sperrvorrichtung für ein Fahrzeugdifferential bekannt, bei der durch hydraulische Druckbeaufschlagung betätigbare Mittel zum Sperren des Differentials vorgesehen sind. Diese umfassen von einem Kolben und einem damit in Wirkverbindung stehenden Ring durch Radialbohrungen im Differentialkorb in segmentartigen Ausnehmungen am Achskegelrad bringbare und dort einrastbare Kugeln, wobei, wenn die Kugeln eingerastet sind, das Differential gesperrt ist.

Aus der DE 33 45 472 C2 ist eine manuell einschaltbare und automatisch ausschaltbare Sperrvorrichtung für ein Fahrzeugdifferential bekannt, bei der Mittel zur starren Verbindung eines Kegelrades des Differentials mit dem Differentialgehäuse vorgesehen sind. Diese Mittel umfassen eine Kupplungshülse, welche wenigstens einen Bolzen aufweist, welcher parallel zur Mittellinie einer Halbachse des Fahrzeugs verläuft und in entsprechende Löcher bzw. Bohrungen des Differentialgehäuses bzw. eines der Kegelräder gegen die Kraft einer Feder eingreifen können, um auf diese Weise eine drehfeste Verbindung eines der Kegelräder mit dem Differentialgehäuse herzustellen und somit das Differential zu sperren. Hierbei sind die Bolzen konzentrisch zu den Löchern bzw. Bohrungen angeordnet, was in nachteiliger Weise zu Problemen beim Einrasten der Bolzen führen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Differential mit mechanischer 100% Sperrung und einer Sperrvorrichtung anzugeben, wobei die Sperrvorrichtung einfach aufgebaut ist und ein sicheres Sperren des Differentials ermöglicht. Hierbei sollen die Achskegelräder eines über die Sperrvorrichtung sperrbaren Differentials auch bei nicht gesperrten Differentialen einsetzbar sein, so dass die Herstellungskosten gering gehalten werden können. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Sperrvorrichtung und das Differential derart zu gestalten, dass bei dem Differential Achskegelräder von Lamellen-Selbstsperrdifferentialen nach dem Stand der Technik verwendbar sind. Des weiteren soll der Differentialkorb für nicht gesperrte, selbstsperrende und mechanisch gesperrte Differentiale geeignet sein.

Diese Aufgabe wird für durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den entsprechenden Unteransprüchen hervor.

Demnach wird für ein Differential mit mechanischer 100% Sperrung eine Sperrvorrichtung vorgeschlagen, umfassend einen in einem Achsmittelteil angeordneten Kolbenträger mit einem hydraulisch betätigbaren Kolben, welcher mit einer Platte in Wirkverbindung steht, die zumindest einen in Richtung auf den Differentialkorb herausragenden Bolzen aufweist, wobei im Differentialkorb Axialbohrungen vorgesehen sind, durch die der Bolzen aufgrund der Bewegung der Platte gegen die Kraft einer Feder in Richtung des Differentialkorbs führbar und in eine am Achskegelrad vorgesehene segmentartige Ausnehmung schiebbar ist, so dass eine starre Verbindung zwischen den Achskegelrädern und dem Differentialkorb herstellbar ist. Bei Wegnahme des Betätigungsdrucks am Kolben schiebt die Feder die Platte derart, dass die Bolzen aus den Ausnehmungen des Achskegelrades entfernt werden.

Gemäß der Erfindung können bei dem beschriebenen Differential Achskegelräder eines Lamellen-Selbstsperrdifferentials verwendet werden, die eine Außenverzahnung zur Aufnahme der geschichteten Lamellenpakete aufweisen. Dies kann durch Montage eines Segmentringes um die Außenverzahnung der Achskegelräder erfolgen, so dass diese zur Verwendung beim oben beschriebenen Differential mit mechanischer 100% Sperrung oder bei einem nicht gesperrten Differential geeignet sind.

Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird neben einer effektiven Sperrung der Differentiale die Teilevielfalt erheblich reduziert.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es stellen dar:
1 eine schematische Schnittansicht eines Teils eines Differentials mit mechanischer 100% Sperrung mit einer Sperrvorrichtung gemäß der Erfindung und
2 eine schematische Schnittansicht eines Teils eines Lamellen-Selbstsperrdifferentials, dessen Achskegelräder sowie dessen Differentialkorb bei dem Differential aus 1 verwendbar sind.
Gemäß 1 umfasst die Sperrvorrichtung einen Kolbenträger 1a und einen hydraulisch betätigbaren Kolben 2, die in ein Achsmittelteil 1 angeordnet sind. Des weiteren ist eine mit dem Kolben 2 in Wirkverbindung stehende Platte 3 vorgesehen, die gegen die Kraft einer Feder 4 in Richtung des Differentialkorbs 6 axial verschiebbar angeordnet ist. Die Platte 3 umfasst Aufnahmen für zumindest einen in Richtung des Differentialkorbs 6 herausragenden Bolzen 5. Im Differentialkorb 6 ist ferner für jeden Bolzen eine Axialbohrung 10 vorgesehen, durch die der Bolzen 5 aufgrund der Bewegung der Platte 3 gegen die Kraft der Feder 4 führbar ist. Erfindungsgemäß weist das Achskegelrad 7 für jeden Bolzen 5 eine segmentartige Ausnehmung 13 auf, in die der Bolzen 5 schiebbar ist.
Die Funktionsweise der Sperrvorrichtung ist folgende: Der Kolben 2 schiebt durch hydraulische Druckbeaufschlagung die Platte 3 gegen die Feder 4 in Richtung des Differentialkorbs 6 (in 1 nach links). Dabei wird der zumindest eine Bolzen 5 durch die Axialbohrung im Differentialkorb 6 in die segmentartigen Ausnehmungen 13 am Achskegelrad 7 geschoben, wodurch eine starre Verbindung zwischen dem Achskegelrad 7 und dem Differentialkorb 6 hergestellt wird, so dass das Differential 100% gesperrt ist.
Bei Wegnahme des Betätigungsdrucks am Kolben 2 schiebt die Feder 4 die Platte 3 in die dem Differential abgewandte Richtung (d.h. in 1 nach rechts), wodurch der Bolzen 5 aus der Ausnehmung 13 des Achskegelrades 7 entfernt wird. Gemäß der Erfindung kann die Entsperrung des Differentials manuell oder automatisiert erfolgen.
Dadurch, dass die segmentartigen Ausnehmungen 13 in radialer Richtung größer dimensioniert sind als die Bolzen 5, ist ein einfaches und sicheres Einrasten der Bolzen 5 beim Sperren des Differentials gewährleistet.
Hierbei kann die Betätigungseinheit, umfassend den Kolbenträger 1a und den Kolben 2, in vorteilhafter Weise in jedes beliebige Achsmittelteil eingesetzt werden, so dass keine Sonderteile erforderlich sind. Des weiteren ist der mit der gezeigten Sperrvorrichtung zusammenwirkende Differenzialkorb auch für nicht gesperrte bzw. selbstsperrende Differentiale geeignet.
In 2 ist ein Lamellen-Selbstsperrdifferential nach dem Stand der Technik dargestellt. Das Achskegelrad 9 weist eine Außenverzahnung zur Aufnahme der geschichteten Lamellenpakete 8 auf. Durch die Anordnung der Axialbohrungen 10 entstehen an der Innenkontur des Differentialkorbs halbkreisförmige Taschen 11, in die die Mitnehmer der Außenlamellen (Schnitt X-X) der Lamellenpakete 8 eingelegt werden. Die Selbstsperrfunktion beruht auf der Axialbelastung der Lamellenpakete 8 mit den Verzahnungsspreizkräften aus den Achskegelrädern 7, welche eine Drehmomentübertragung zum Differentialkorb 6 bewirken.
Durch einen Vergleich der 1 und 2 ist ersichtlich, dass beim in 1 gezeigten Differential der Differentialkorb des Lamellen-Selbstsperrdifferentials, das in 2 gezeigt ist, verwendet werden kann. Des weiteren kann beim Differential aus 1 das Achskegelrad B1 des Lamellen-Selbstsperrdifferentials aus 2 verwendet werden, wobei dies durch Montage eines Segmentringes 12 erfolgt. Dadurch ergibt sich ein im linken Teil der 1 gezeigtes Achskegelrad B2, was die Funktionalität des Achskegelrades A aufweist, das im rechten Teil der 1 gezeigt wird.
Folglich wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Sperrvorrichtung in Verbindung mit einem Differential mit mechanischer 100% Sperrung die Bauteilevielfalt erheblich reduziert, was in einer signifikanten Reduzierung der Herstellungskosten resultiert.
Selbstverständlich fällt auch jede konstruktive Ausbildung, insbesondere jede räumliche Anordnung der Bauteile an sich sowie zueinander und soweit technisch sinnvoll, unter den Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche, ohne die Funktion des Differentials, wie sie in den Ansprüchen angegeben ist, zu beeinflussen, auch wenn diese Ausbildungen nicht explizit in den Figuren oder in der Beschreibung dargestellt sind.

1: Achsmittelteil
1a: Kolbenträger
2: Kolben
3: Platte
4: Feder
5: Bolzen
6: Differentialkorb
7: Achskegelrad
8: Lamellenpaket
9: Achskegelrad
10: Axialbohrung
11: halbkreisförmige Tasche
12: Segmentring
13: Ausnehmung

Claims

Differential mit mechanischer 100% Sperrung und einer Sperrvorrichtung, wobei die Sperrvorrichtung im gesperrten Zustand eine drehfeste Verbindung eines der Achskegelräder des Differentials mit dem Differentialkorb herstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrvorrichtung einen Kolbenträger (1a) und einen hydraulisch betätigbaren Kolben (2) umfasst, die in ein Achsmittelteil (1) angeordnet sind, wobei eine mit dem Kolben (2) in Wirkverbindung stehende und gegen die Kraft einer Feder (4) axial in Richtung des Differentialkorbs (6) verschiebbar angeordnete Platte (3) vorgesehen ist, die Aufnahmen für zumindest einen in Richtung des Differentialkorbs (6) herausragenden Bolzen (5) aufweist, wobei im Differentialkorb (6) für jeden Bolzen (5) eine Axialbohrung (10) vorgesehen ist, durch die der Bolzen (5) aufgrund der Bewegung der Platte (3) gegen die Kraft der Feder (4) führbar ist, und wobei ein Achskegelrad (7) für jeden Bolzen (5) eine segmentartige Ausnehmung (13) aufweist, in die der Bolzen (5) zum Sperren des Differentials schiebbar ist.
Differential mit mechanischer 100% Sperrung und einer Sperrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die segmentartigen Ausnehmungen (13) in radialer Richtung größer dimensioniert sind als die Bolzen (5), so dass ein einfaches und sicheres Einrasten der Bolzen (5) beim Sperren des Differentials gewährleistet ist.
Differential mit mechanischer 100% Sperrung und einer Sperrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Differentialkorb (6) für nicht gesperrte und selbstsperrende Differentiale geeignet ist.
Differential mit mechanischer 100% Sperrung und einer Sperrvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Achskegelrad (7) für nicht gesperrte Differentiale geeignet ist.
Differential mit mechanischer 100% Sperrung und einer Sperrvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Achskegelrad (9) durch Montieren eines Segmentringes (12) um die Außenverzahnung zur Aufnahme der geschichteten Lamellenpakete (8) eines Lamellen-Selbstsperrdifferentials ergibt.