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Die Erfindung betrifft eine Differenzialanordnung eines Kfz-Antriebsstrangs mit einem selbstsperrenden Mittendifferenzial, das einen mit einer Antriebswelle drehfest verbundenen und mehrere drehbare Ausgleichsräder tragenden Differenzialkorb und zwei jeweils mit einer Abtriebswelle drehfest verbundene und über die Ausgleichsräder miteinander gekoppelte Abtriebsräder umfasst, wobei die Antriebswelle und die beiden Abtriebswellen um eine gemeinsame geometrische Achse drehbar gelagert sind, und wobei die Antriebswelle oder die antriebsseitige Abtriebswelle als Hohlwelle ausgebildet ist und die andere der beiden Wellen koaxial innerhalb der Hohlwelle angeordnet ist.
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Ein Mittendifferenzial hat die Funktion, ein durch die Antriebswelle übertragenes Antriebsmoment auf zwei jeweils zu einem Achsdifferenzial einer angetriebenen Fahrzeugachse führende Abtriebswellen zu verteilen und dabei einen Drehzahlausgleich zwischen den beiden Abtriebswellen und somit zwischen den beiden Fahrzeugachsen zu ermöglichen. Das Differenzialgetriebe kann in verschiedenen Bauarten, beispielsweise als Kegelraddifferenzial, als Stirnraddifferenzial oder als Planetenraddifferenzial, ausgeführt sein und weist im Allgemeinen einen mehrere drehbare Ausgleichsräder tragenden Differenzialkorb und zwei jeweils mit einer Abtriebswelle drehfest verbundene und über die Ausgleichsräder miteinander gekoppelte Abtriebsräder auf, wobei die Ausgleichsräder sowohl als Übertragungselemente als auch als Ausgleichselemente wirksam sind. Bei einem Differenzialgetriebe mit stirnverzahnten Abtriebsrädern ist zur Ermöglichung der Ausgleichsfunktion eine paarweise Anordnung von jeweils zwei Ausgleichsrädern erforderlich, die mit jeweils einem der Abtriebsräder und miteinander in Verzahnungseingriff stehen.
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Abhängig von der Bauart und der geometrischen Ausgestaltung des Mittendifferenzials kann das Antriebsmoment symmetrisch, d.h. im Verhältnis 50 : 50, auf die beiden Abtriebsräder und somit auf die beiden angetriebenen Fahrzeugachsen oder, z.B. zur Anpassung an unterschiedliche Achslasten und/oder zur Erzielung eines bestimmten Fahrverhaltens, wie Übersteuern oder Untersteuern, asymmetrisch, z.B. in einem Verhältnis von 40 : 60, auf die beiden angetriebenen Fahrzeugachsen verteilt werden. Zur Vermeidung einer traktionsabhängigen Begrenzung des übertragbaren Drehmomentes und eines ungünstigen Fahrverhaltens aufgrund von Lastwechselreaktionen, die auf die Ausgleichsfunktion des Differenzialgetriebes bei Traktionsänderungen zurückzuführen sind, wird ein Mittendifferenzial häufig mit einer Sperrvorrichtung zur Hemmung des Drehzahlausgleichs zwischen den beiden Abtriebsrädern bzw. den beiden Abtriebswellen versehen. Um dabei einerseits eine vollständige Sperrung der Ausgleichsfunktion zu vermeiden und andererseits den Bau- und Steuerungsaufwand so gering wie möglich zu halten, wird hierzu bevorzugt eine selbsttätig wirksame Reibungsbremse als Differenzialsperre verwendet, die mindestens zwischen zwei Bauteilen des Differenzialgetriebes, z.B. zwischen dem Differenzialkorb und einem der Abtriebsräder, angeordnet ist. Durch die Hemmung der Relativdrehung der beiden Bauteile wird die Ausgleichsfunktion des Differenzialgetriebes reduziert und damit das übertragbare Drehmoment erhöht und das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs verbessert. Zur Erzielung einer kompakten Bauweise und eines niedrigen Schwerpunktes ist es zudem bekannt, die Antriebswelle oder die antriebsseitige Abtriebswelle als Hohlwelle auszubilden und die andere der beiden Wellen koaxial innerhalb der Hohlwelle anzuordnen.
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Ein derartiges selbstsperrendes Mittendifferenzial ist beispielsweise aus der
DE 40 35 624 C2 bekannt. Das Differenzialgetriebe ist als ein so genanntes Torsen-A-Differenzial ausgebildet, dessen Abtriebsräder stirnverzahnt sind, und deren Ausgleichsräder paarweise tangential zu den Abtriebsrädern angeordnet sind und mit jeweils einem der Abtriebsräder und miteinander in Verzahnungseingriff stehen. Die Sperrwirkung dieses Mittendifferenzials wird über den Verzahnungswiderstand der Zahnräder und über jeweils axial seitliche, von den Zahnrädern durch die Axialkomponenten der Verzahnungskräfte belastbare Anlaufscheiben erzielt. Der Differenzialkorb ist zweiteilig ausgeführt und axial beidseitig jeweils über ein Wälzlager drehbar in einem Getriebegehäuse gelagert, wobei ein Wälzlager als Loslager und das andere Wälzlager als Festlager ausgebildet ist. Die Antriebswelle ist als Hohlwelle ausgebildet und einstückig mit dem antriebsseitigen Teil des Differenzialkorbs verbunden. Die antriebsseitige Abtriebswelle ist koaxial innerhalb der hohlen Antriebswelle angeordnet und in dieser über ein als Loslager ausgebildetes Wälzlager drehbar gelagert. Die andere, der Antriebswelle axial gegenüberliegende Abtriebswelle ist über ein als Festlager ausgebildetes Wälzlager in dem Getriebegehäuse drehbar gelagert.
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Ungünstig an diesem bekannten Mittendifferenzial ist die aufwendig herstellbare und verschleißanfällige Spiralverzahnung der Zahnräder sowie die schwierige Justierbarkeit der Sperrwirkung. Zwar wird durch die koaxiale Anordnung der Antriebswelle und der antriebsseitigen Abtriebswelle eine relativ kompakte Differenzialanordnung mit einem niedrigen Schwerpunkt erzielt. Aufgrund der Lageranordnung ist jedoch ein relativ stabiler und entsprechend großer und schwerer Außenkörper des Differenzialkorbs erforderlich, so dass die Differenzialanordnung einen ungünstig hohen Bauraum in Anspruch nimmt. Im Übrigen weist das bekannte Mittendifferenzial bauartbedingt eine symmetrische statische Verteilung des Antriebsmomentes auf, während für viele Anwendungen die Möglichkeit einer asymmetrischen Verteilung des Antriebsmomentes bevorzugt wird.
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Aus der
DE 103 53 415 A1 ist ein selbstsperrendes Kronenraddifferential bekannt. Dessen Antriebswelle trägt einen Zapfenstern mit radialen Zapfen, auf denen jeweils ein stirnverzahntes Ausgleichsrad gelagert ist. Die Ausgleichräder koppeln kronenverzahnte Abtriebsräder, von denen ein erstes drehfest auf einer mit der Antriebswelle um eine gemeinsame geometrische Achse drehbar gelagerte erste Abtriebsachse fixiert ist. Die erste Abtriebswelle durchsetzt ein Differenzialgehäuse auf der antriebsfernen, d.h. der dem Antriebswelleneingang gegenüberliegenden Seite des Gehäuses. Die zweite Abtriebswelle ist parallel zur Antriebswelle gelagert und steht mit dem zweiten Abtriebsrad über einen Kettentrieb in drehmomentübertragender Verbindung. Zur Erzielung der Selbstsperrwirkung ist das zweite Abtriebsrad drehfest mit einem Differenzialkorb verbunden, der sich axial über das erste Abtriebsrad hinaus erstreckt, gegen dessen Rückseite er sich über eine Lamellenbremse abstützt.
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Die
WO 2006/ 024 306 A1 offenbart ebenfalls ein Kronenrad-Differenzial, bei dem allerdings die beiden Abtriebswellen um eine gemeinsame geometrische Achse drehbar gelagert sind, wohingegen die Antriebswelle parallel dazu gelagert ist. Ihr Drehmoment wird über ein Tellerrad in einen Differenzialkorb eingeleitet. Der Differenzialkorb ist senkrecht zu seiner Drehachse von einem Bolzen durchsetzt, der zwei stirnverzahnte Ausgleichräder trägt, die kronenverzahnte Abtriebsräder koppelt. Jedes der Abtriebsräder ist drehfest mit einer Abtriebswellen verbunden. Zur Erzielung der Selbstsperrwirkung ist zwischen der Rückseite jedes der Abtriebsräder und dem Differentialkorb eine Lamellenbremse angeordnet.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Differenzialanordnung eines selbstsperrenden Mittendifferenzials der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die weniger Bauraum erfordert und kostengünstiger herstellbar ist. Des Weiteren ist eine exakter einstellbare Sperrwirkung des Mittendifferenzials sowie die Möglichkeit einer asymmetrischen Verteilung des Antriebsmomentes wünschenswert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Mittendifferenzial als ein Kronenraddifferenzial mit kronenverzahnten Abtriebsrädern und mehreren umfangsseitig verteilt angeordneten und jeweils um eine radiale geometrische Achse drehbar in dem Differenzialkorb gelagerten stirnverzahnten Ausgleichsrädern ausgebildet ist, dass zwischen mindestens einem der beiden Abtriebsräder und dem Differenzialkorb eine durch eine axial bewegliche Lagerung des betreffenden Abtriebsrades betätigbare Reibungsbremse angeordnet ist, und dass der Differenzialkorb indirekt über die Antriebswelle und die beiden Abtriebswellen drehbar in einem Getriebegehäuse gelagert ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Differenzialanordnung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 13.
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Durch die Ausbildung als Kronenraddifferenzial, das an sich aus der
EP 1 203 900 A2 bekannt ist, wird in Verbindung mit einer Reibungsbremse, die in ähnlicher Form für ein Kegelraddifferenzial aus der
DE 41 04 484 A1 bekannt ist, ein Mittendifferenzial geschaffen, das aufgrund eines geometrisch einfacheren Aufbaus gegenüber dem Mittendifferenzial nach der
DE 40 35 624 C2 deutlich kostengünstiger herstellbar ist und zudem auch eine asymmetrische Verteilung des Antriebsmomentes auf die beiden Abtriebswellen ermöglicht. Durch die indirekte Lagerung des Differenzialkorbs entsprechend einer in der
DE 40 13 201 A1 für ein als Stirnraddifferenzial ausgebildetes Mittendifferenzial beschriebenen Lageranordnung kann der Differenzialkorb durch den Wegfall axial beidseitiger Lagerschäfte deutlich kompakter ausgeführt werden und somit Bauraum und Gewicht eingespart werden.
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Zur indirekten Lagerung des Differenzialkorbs sind die beiden Abtriebswellen jeweils über mindestens ein Festlager drehbar in dem Getriebegehäuse gelagert, ist die antriebsseitige Abtriebswelle als Hohlwelle ausgebildet, und ist die Antriebswelle koaxial innerhalb der antriebsseitigen Abtriebswelle angeordnet und mindestens über ein differenzialseitiges Lager in dieser drehbar gelagert, axialfest mit dem Differenzialkorb verbunden, und über ein Pilotlager drehbar gegenüber der antriebsfernen Abtriebswelle gelagert. Der Differenzialkorb ist somit über die Lagerung der Antriebswelle in der antriebsseitigen Abtriebswelle und gegenüber der antriebsfernen Abtriebswelle und über die Lagerungen der beiden Abtriebswellen in dem Getriebegehäuse radial und axial gelagert, so dass axial beidseitige Lagerschäfte und ein entsprechend stabiler Außenkörper des Differenzialkorbs zur Übertragung von Lagerkräften überflüssig ist und somit Bauraum und Gewicht eingespart werden können.
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Die Reibungsbremse ist bevorzugt als eine Lamellenbremse mit einem mit dem zugeordneten Abtriebsrad verbundenen und Innenlamellen tragenden Innenlamellenträger und mit einem mit dem Differenzialkorb verbundenen und Außenlamellen tragenden Außenlamellenträger ausgebildet. Die Bauart der Lamellenbremse weist bei kompakten Abmessungen und kostengünstigen Bauteilen die Vorteile einer guten Dosierbarkeit des Bremsmomentes in Abhängigkeit einer axialen Anpresskraft und einer einfachen Justierbarkeit des Bremsmomentniveaus über die Auswahl entsprechender Lamellen auf.
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Zur Erzielung eines besonders kompakten und kostengünstig herstellbaren Aufbaus ist bevorzugt beidseitig zwischen beiden Abtriebsrädern und dem Differenzialkorb jeweils eine Lamellenbremse angeordnet, und sind die Außenlamellenträger der beiden Lamellenbremsen in einem gemeinsamen zylindrischen Trägerbauteil zusammengefasst, das an seinem Innenumfang mit einem Verzahnungsprofil zur Aufnahme der Außenlamellen versehen ist und mit dem Differenzialkorb zumindest formschlüssig drehfest verbunden ist. Bei einem auslegungsbedingt vorgegebenen Bremsmoment der Differenzialsperre können die beiden Lamellenbremsen im Vergleich zu einer einzigen Lamellenbremse kleiner ausgeführt werden, wobei durch die Verwendung eines gemeinsamen Blechumformteils als Lamellenträger zusätzlich Bauraum und Bauteilkosten eingespart werden. Da sich die über die Lamellenbremsen in das Trägerbauteil eingeleiteten Axialkräfte gegenseitig aufheben, muss das Trägerbauteil nur drehfest mit dem Differenzialkorb verbunden sein. Die axiale Zentrierung des Trägerbauteils stellt sich über die Vorspannung der Lamellenpakete selbsttätig ein.
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Demzufolge kann das Trägerbauteil auf einfache Weise über mehrere umfangsseitig verteilt angeordnete und als axial ausgerichtete Langlöcher ausgebildete Befestigungsbohrungen und darin eingreifende radial angeordnete Befestigungsbolzen begrenzt axial beweglich und drehfest auf dem Differenzialkorb befestigt sein.
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In einer ersten bevorzugten Ausführung des Trägerbauteils ist dieses als ein beidseitig axial außen offenes und jeweils mit einer inneren Ringnut versehenes Blechumformteil ausgebildet, bei dem zur axialen Abstützung und Vorspannung der zugeordneten Lamellen jeweils ein Sicherungsring in die Ringnut eingesetzt und bedarfsweise ein Einstellring zwischen dem Sicherungsring und der äußeren Lamelle angeordnet ist. Die Ausführung des Trägerbauteils als Blechumformteil ist besonders preisgünstig und platzssparend, erfordert jedoch Befestigungselemente zur Verbindung mit dem Differenzialkorb.
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In einer zweiten bevorzugten Ausführung des Trägerbauteils besteht dieses aus zwei mit einer teilweisen axial inneren Überlappung und einem axial äußeren Innenkranz versehenen Blechumformteilen, die nach der Montage auf dem Differenzialkorb axial vorgespannt im Bereich der Überlappung miteinander verschweißt sind.
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In einer alternativen Ausführung des Außenlamellenträgers, die sowohl bei einer einzigen, einseitig angeordneten Lamellenbremse als auch bei zwei beidseitig angeordneten Lamellenbremsen anwendbar ist, ist der Außenlamellenträger der Lamellenbremse als ein axial außen offenes und mit einer inneren Ringnut versehenes sowie umfangsseitig verteilt angeordnete Axialnuten oder Axialschlitzen zur Aufnahme der Außenlamellen aufweisendes zylindrisches Trägerbauteil ausgebildet. Vorzugsweise ist es einstückig an den Differenzialkorb angeformt ist. Zur axialen Abstützung und Vorspannung der Lamellen wird ein Sicherungsring in die Ringnut eingesetzt und bedarfsweise ein Einstellring zwischen dem Sicherungsring und der äußeren Lamelle angeordnet. Diese Ausführung des Außenlamellenträgers erfordert zwar mehr Bauraum, da die Wandstärke bei einem als Gussteil, Schmiedeteil, oder Sinterteil ausgeführten Differenzialkorb zwangsläufig größer als bei einem Blechumformteil ist. Jedoch werden bei dieser Ausführung die sonst erforderlichen Befestigungselemente eingespart.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Außenlamellenträger als ein offenes und beidseitig mit je einem Innengewinde versehenes sowie umfangsseitig verteilt angeordnete Axialnuten oder Axialschlitze zur Aufnahme der Außenlamellen aufweisendes zylindrisches Trägerbauteil ausgebildet, bei dem zur axialen Abstützung und Vorspannung der Lamellen ein Einstell-Gewindering in jedes Innengewinde einschraubbar ist. Durch einen solchen Einstell-Gewindering wird es möglich, die Lamellen weitgehend toleranzunabhängig und unsortiert einzubauen und die erforderliche Vorspannung durch geeignete Einstellung, d.h. insbesondere Einschraubtiefe des Gewinderings herzustellen. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass radial außerhalb jedes Gewinderings ein Sicherungs-Spannring auf dem Außenumfang des zylindrischen Trägerbauteils angebracht, insbesondere aufgeschrumpft oder aufgepresst ist. Das Trägerteil selbst kann mit dem Differenzialkorb einstückig oder über Befestigungselemente, insbesondere wie zuvor beschrieben, verbunden sein. Die Spannringe erfüllen dabei zwei spezielle Aufgaben. Zum einen wird die Festigkeit des Trägerbauteils erhöht, sodass das Bauteil selbst zur Erreichung der erforderlichen Gesamtfestigkeit weniger stark ausgebildet sein muss als ohne Spannringe. Hierdurch können Material, Gewicht und Bauraum eingespart werden. Zum zweiten dienen die Spannringe auch als Sicherung der Gewinderinge. Bei hinreichend hoch gewählter Spannkraft pressen die Spannringe das in das Trägerteil geschnittene Innengewinde in das Außengewinde des Gewinderings und realisieren so eine zuverlässige Losdrehsicherung.
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Der Innenlamellenträger der Lamellenbremse wird zumeist, wie z.B. bei dem aus der
DE 41 04 484 A1 bekannten Differenzialgetriebe, einstückig an das zugeordnete Abtriebsrad angeformt sein. Zur Einsparung von Gewicht und Bauraum ist jedoch auch in diesem Fall eine Ausbildung des Innenlamellenträgers als ein zylindrisches Blechumformteil mit einem Verzahnungsprofil zur Aufnahme der Innenlamellen möglich, das mit dem zugeordneten Abtriebsrad zumindest drehfest verbunden ist, wobei die Verbindung zweckmäßig durch eine Verschweißung des Innenlamellenträgers mit dem zugeordneten Abtriebsrad gebildet wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die beispielhaft zur Erläuterung der Erfindung dienen.
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Hierzu zeigt:
- 1 Eine erfindungsgemäße Differenzialanordnung mit einem Mittendifferenzial in einem Längsmittelschnitt,
- 2 einen vergrößerten Ausschnitt von 1 mit dem Mittendifferenzial,
- 3a eine erste Ausführung des Mittendifferenzials in einer Perspektivansicht,
- 3b die erste Ausführung des Mittendifferenzials nach 3a in einem Längsmittelschnitt,
- 4a eine zweite Ausführung des Mittendifferenzials in einer Perspektivansicht,
- 4b die zweite Ausführung des Mittendifferenzials nach 4a in einem Längsmittelschnitt,
- 5 eine dritte Ausführung des Mittendifferenzials in einer Perspektivansicht,
- 6 eine vierte Ausführungsform des Mittendifferenzials in einer Perspektivansicht,
- 7 eine Detaildarstellung aus 6,
- 8 die vierte Ausführung des Mittendifferenzials nach 6 in einem Längsmittelschnitt und
- 9 eine Detaildarstellung aus 8.
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Eine in 1 und ausschnittsweise in 2 dargestellte Differenzialanordnung 1 eines mit permanentem Allradantrieb versehenen Kraftfahrzeugs umfasst ein selbstsperrendes Mittendifferenzial 2, eine Antriebswelle 3, und zwei Abtriebswellen 4, 5. Die Antriebswelle 3 und die beiden Abtriebswellen 4, 5 sind um eine gemeinsame geometrische Achse 6 drehbar gelagert, wobei die antriebsseitige Abtriebswelle 4 als Hohlwelle ausgebildet ist, und die Antriebswelle 3 koaxial innerhalb der Hohlwelle angeordnet ist. Das Mittendifferenzial 2 ist als ein Kronenraddifferenzial mit zwei kronenverzahnten Abtriebsrädern 9, 10 und mehreren umfangsseitig verteilt angeordneten und jeweils auf einem radial ausgerichteten Lagerbolzen 31 drehbar in einem Differenzialkorb 7 gelagerten stirnverzahnten Ausgleichsrädern 8 ausgebildet. Die beiden Abtriebsräder 9, 10 sind über einen Verzahnungseingriff mit den Ausgleichsrädern 8 mit dem Differenzialkorb 7 und miteinander antriebstechnisch gekoppelt. Der Differenzialkorb 7 ist über eine innere Steckverzahnung 11 drehfest mit der Antriebswelle 3 verbunden. Ebenso stehen die Abtriebsräder 9, 10 jeweils über eine innere Steckverzahnung 12, 13 drehfest mit jeweils einer der beiden Abtriebswellen 4, 5 in Verbindung. Ein über die Antriebswelle 3 in den Differenzialkorb 7 eingeleitetes Antriebsmoment wird somit über die Ausgleichsräder 8 auf die beiden Abtriebsräder 9, 10 und über diese auf die beiden Abtriebswellen 4, 5 verteilt. Zugleich wird durch die Ausgleichsräder 8 eine Relativdrehung der Abtriebsräder 9, 10 und somit ein Drehzahlausgleich zwischen den beiden Abtriebsrädern 9, 10 und den beiden Abtriebswellen 4, 5 ermöglicht.
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Bei der vorliegend angenommenen Frontanordnung der aus einem Antriebsmotor und einem Fahrgetriebe bestehenden Antriebseinheit sind das in 1 und 2 links abgebildete antriebsseitige Abtriebsrad 9 und die zugeordnete Abtriebswelle 4 dem Antrieb der Vorderachse und das in 1 und 2 rechts abgebildete antriebsferne Abtriebsrad 10 und die zugeordnete Abtriebswelle 5 dem Antrieb der Hinterachse zugeordnet. Somit wird durch das Mittendifferenzial 2 die Verteilung eines Antriebsmomentes auf die Vorderachse und die Hinterachse sowie ein Drehzahlausgleich zwischen den beiden Fahrzeugachsen sichergestellt. Durch unterschiedlich große mittlere Wälzkreisradien der jeweiligen Kronenverzahnung der beiden Abtriebsräder 9, 10 ist eine asymmetrische Verteilung des Antriebsmomentes auf die beiden Fahrzeugachsen möglich. Vorliegend ist der mittlere Wälzkreisradius des antriebsseitigen Abtriebsrades 9 kleiner als der mittlere Wälzkreisradius des antriebsfernen Abtriebsrades 10, so dass der zur Hinterachse geleitete Drehmomentanteil größer ist als der zur Vorderachse geleitete Drehmomentanteil.
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Zur Begrenzung der Ausgleichsfunktion ist beidseitig zwischen jedem der beiden Abtriebsräder 9, 10 und dem Differenzialkorb 7 jeweils eine als Lamellenbremse 16 ausgebildete Reibungsbremse 14, 15 angeordnet. Die Lamellenbremsen 16 umfassen jeweils axial wechselweise angeordnete Innen- und Außenlamellen 17, 18, die jeweils drehfest und axial verschiebbar in einem Innenlamellenträger 19 bzw. einem Außenlamellenträger 20 geführt sind. Die Innenlamellenträger 19 sind vorliegend jeweils als ein mit einem Verzahnungsprofil versehenes und axial außen mit dem zugeordneten Abtriebsrad 9, 10 verschweißtes Blechformteil ausgebildet. Die Außenlamellenträger 20 der beiden Lamellenbremsen 16 sind zumindest drehfest mit dem Differenzialkorb 7verbunden. Durch eine axial bewegliche Verbindung der Abtriebsräder 9, 10 über die entsprechend ausgebildeten Steckverzahnungen 12, 13 mit den Abtriebswellen 4, 5 werden die Lamellenbremsen 16 selbsttätig durch die Axialkomponenten der zwischen den Ausgleichsrädern 8 und den Abtriebsrädern 9, 10 wirksamen Verzahnungskräfte über die Abtriebsräder 9, 10 betätigt, d.h. proportional dem momentan übertragenen Antriebsmoment geschlossen.
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Die als Hohlwelle ausgebildete antriebsseitige Abtriebswelle 4 ist über eine angestellte Lagerung 21 aus zwei axial beidseitig eines Abtriebsritzels 22 angeordneten Kegelrollenlagern 23 axialfest drehbar in einem Getriebegehäuse 24 gelagert. Die antriebsferne Abtriebswelle 5 ist über ein beispielsweise als Rillenkugellager ausführbares Festlager 25 ebenfalls in dem Getriebegehäuse 24 axialfest drehbar gelagert. Der Differenzialkorb 7 ist über die Steckverzahnung auch axialfest mit der Antriebswelle 3 verbunden und durch eine Sicherungsscheibe 26 gesichert. Die Antriebswelle 3 ist in einem nicht abgebildeten Gehäuse des Fahrgetriebes axialfest und über zwei als Zylinderrollenlager ausgebildete Wälzlager 27 in der antriebsseitigen Abtriebswelle 4 und über ein ebenfalls als Zylinderrollenlager ausgebildetes Pilotlager 28 gegenüber der antriebsfernen Abtriebswelle 5 radial gelagert. Somit ist der Differenzialkorb 7 über die Lagerungen der Antriebswelle 3 und der beiden Abtriebswellen 4, 5 indirekt in dem stabil in dem Getriebegehäuse 24 gelagert, so dass auf eine unmittelbare Lagerung des Differenzialkorbs 7 in dem Getriebegehäuse 24 verzichtet werden kann. Dies führt bei dem Mittendifferenzial 2 und der gesamten Differenzialanordnung 1 zu einer deutlichen Bauraum- und Gewichtseinsparung.
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In den 3a, 3b; 4a, 4b; 5 sind nun unterschiedliche Ausführungen des Mittendifferenzials 2 wiedergegeben, die sich im Wesentlichen in der Ausbildung der Außenlamellenträger 20 und deren Verbindung mit dem Differenzialkorb 7 unterscheiden.
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In den ersten beiden Ausführungen nach den 3a, 3b bzw. 4a, 4b sind die Außenlamellenträger 20 der beiden Lamellenbremsen 16 jeweils in einem gemeinsamen zylindrischen Trägerbauteil 29 zusammengefasst, das an seinem Innenumfang mit einem Verzahnungsprofil zur Aufnahme der Außenlamellen 18 versehen ist und über mehrere umfangsseitig verteilt angeordnete Befestigungsbohrungen 30 und darin eingreifende radial angeordnete Befestigungsbolzen 31 drehfest auf dem Differenzialkorb 7 befestigt ist. In der ersten Ausführung nach den 3a, 3b sind die Befestigungsbohrungen 30 als Rundlöcher und in der zweiten Ausführung nach den 4a, 4b als axial ausgerichtete Langlöcher ausgebildet. In der zweiten Ausführung stellt sich die axiale Position des Trägerbauteils 29 durch die axial beidseitige Anordnung der Lamellen 17, 18 selbsttätig ein, wobei sich in beiden Lamellenbremsen 16 eine identische axiale Vorspannung ergibt. Vorliegend sind die Befestigungsbolzen 31 zur Befestigung des Trägerbauteils 29 auf dem Differenzialkorb 7 identisch mit den Lagerbolzen 31 zur drehbaren Lagerung der Ausgleichsräder 8 in dem Differenzialkorb 7.
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In der ersten Ausführung nach den 3a, 3b ist das Trägerbauteil 29 als beidseitig axial außen offenes und jeweils mit einer inneren Ringnut 32 versehenes Blechumformteil ausgebildet, bei dem zur axialen Abstützung und Vorspannung der zugeordneten Lamellen 17, 18 jeweils ein Sicherungsring 33 in die Ringnut 32 eingesetzt und bedarfsweise zur Einstellung einer bestimmten Vorspannung der Lamellen 17, 18 ein Einstellring zwischen dem Sicherungsring 33 und der äußeren Lamelle 18 angeordnet ist.
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In der zweiten Ausführung nach den 4a, 4b besteht das Trägerbauteil 29 aus zwei mit einer teilweisen axial inneren Überlappung 34 und einem axial äußeren Innenkranz 35 versehenen Blechumformteilen, die nach der Montage auf dem Differenzialkorb 7 axial vorgespannt im Bereich der Überlappung 34 miteinander verschweißt sind.
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In einer dritten Ausführung nach der 5 sind die Außenlamellenträger 20 der beiden Lamellenbremsen 16 jeweils als ein axial außen offenes und mit einer inneren Ringnut 32 versehenes sowie umfangsseitig verteilt angeordnete Axialnuten oder Axialschlitze 36 zur Aufnahme der Außenlamellen 18 aufweisendes zylindrisches Trägerbauteil 37 ausgebildet, die einstückig an den Differenzialkorb 7 angeformt sind, und bei denen zur axialen Abstützung und Vorspannung der Lamellen 17, 18 jeweils ein Sicherungsring 33 in die Ringnuten 32 eingesetzt und bedarfsweise zur Einstellung einer bestimmten Vorspannung der Lamellen 17, 18 ein Einstellring zwischen mindestens einem der Sicherungsringe 33 und der benachbarten äußeren Lamelle 18 angeordnet ist.
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Die 6 bis 9 zeigen eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Differenzials. Bei dieser Ausführungsform ist das zylindrische Trägerelement 20, das auch als Außenlamellenträger 37 dient, einstückig mit dem Differenzialkorb 7 verbunden. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden bei der Beschreibung der 6 bis 9 im Wesentlichen nur die entscheidenden Unterschiede zu der Ausführungsform von 5 erläutert. Die axial äußeren Innenflächen des Trommelmantels des zylindrischen Trägerteils 20 sind mit einem Innengewinde versehen. In dieses Innengewinde ist ein Einstell-Gewindering 38 einschraubbar. Durch Variation der Einschraubtiefe des Gewinderings 38 kann die Vorspannung des Lamellenpaketes 18 eingestellt werden. Auch das Zahnspiel der Achswellen-Kronenräder ist auf diese Weise exakt einstellbar. Vorteilhafterweise haben das Innengewinde und der Einstell-Gewindering 38 ein Gewindeprofil mit einem sehr geringen Flankenwinkel. Zum Beispiel ist ein Trapezgewinde oder ein Sägengewinde vorteilhaft. Auf diese Weise werden die durch den Gewindeflankenwinkel induzierten Radialkräfte, die aus den axialen Abtrennkräften der Achswellenräder resultieren, auf einem beherrschbaren Niveau gehalten. Dies ist insofern wesentlich, als die auftretenden Radiallasten mit den Zentrifugalkräften, die aus der Gehäusedrehung entstehen, in die gleich Richtung wirken und bei hohen Drehzahlen festigkeitskritische Größen annehmen können. Um dem entgegen zu wirken, ist bei der in 6 bis 9 gezeigten Ausführungsform ein zusätzlicher Spannring 39 vorgesehen, der in axialer Überlappung mit dem Einstell-Gewindering 38 auf der Außenfläche des zylindrischen Trägerbauteils 20 aufgebracht ist. Er wird vorzugsweise aufgeschrumpft oder aufgepresst, wobei eine eigene Ausnehmung oder Nut vorgesehen sein kann. Alternativ zu einem Spannring 39 kann auch ein Kreiskeilring eingesetzt werden. Bei hinreichend großer Spannkraft des Spannrings und geeigneter axialer Überlappung von Spannring 39 und Gewindering 38 werden die Gewindegänge des Innengewindes im Trägerbauteil 20 in die Gewindegänge des Außengewindes des Einstell-Gewinderings 38 gepresst, sodass eine zuverlässige Losdrehsicherung realisiert wird. Die Spannringe 39 erfüllen somit eine doppelte Funktion.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Differenzialanordnung
- 2
- Mittendifferenzial
- 3
- Antriebswelle
- 4
- (antriebsseitige) Abtriebswelle
- 5
- (antriebsferne) Abtriebswelle
- 6
- geometrische Achse
- 7
- Differenzialkorb
- 8
- Ausgleichsrad
- 9
- (antriebsseitiges) Abtriebsrad
- 10
- (antriebsfernes) Abtriebsrad
- 11
- Steckverzahnung
- 12
- Steckverzahnung
- 13
- Steckverzahnung
- 14
- Reibungsbremse
- 15
- Reibungsbremse
- 16
- Lamellenbremse
- 17
- Innenlamelle
- 18
- Außenlamelle
- 19
- Innenlamellenträger
- 20
- Außenlamellenträger
- 21
- angestellte Lagerung
- 22
- Kegelrollenlager
- 23
- Abtriebsritzel
- 24
- Getriebegehäuse
- 25
- Festlager
- 26
- Sicherungsscheibe
- 27
- Wälzlager
- 28
- Pilotlager
- 29
- Trägerbauteil
- 30
- Befestigungsbohrung
- 31
- Lagerbolzen, Befestigungsbolzen
- 32
- Ringnut
- 33
- Sicherungsring
- 34
- Überlappung
- 35
- Innenkranz
- 36
- Axialschlitz
- 37
- Trägerbauteil
- 38
- Einstell-Gewindering
- 39
- Spannring
