DE102010032267B4

DE102010032267B4 - Locking differential for driving a motor vehicle

Info

Publication number: DE102010032267B4
Application number: DE201010032267
Authority: DE
Inventors: Peter Erbe
Original assignee: Rheinmetall MAN Military Vehicles GmbH
Current assignee: Rheinmetall MAN Military Vehicles GmbH
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2030-07-27
Also published as: DE102010032267A1

Abstract

Sperrdifferential zum Antrieb eines Paares fluchtender, axial voneinander beabstandeter Antriebswellen (2, 3) der Räder eines Kraftfahrzeuges mit einem um seine Längsachse drehbaren Differentialkorb (4), in dem die Enden (6, 7) der Antriebswellen (2, 3) drehbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Antriebswellen (2, 3) über einen eigenen hydrodynamischen Drehmomentwandler (11, 12) mit dem Differentialkorb (4) verbunden ist,Locking differential for driving a pair of aligned, axially spaced drive shafts (2, 3) of the wheels of a motor vehicle with a rotatable around its longitudinal axis differential carrier (4) in which the ends (6, 7) of the drive shafts (2, 3) are rotatably mounted , characterized in that each of the two drive shafts (2, 3) is connected to the differential carrier (4) via its own hydrodynamic torque converter (11, 12),

Description

Die Erfindung betrifft ein Sperrdifferential zum Antrieb eines Paares fluchtender, axial voneinander beabstandeter Antriebswellen der Räder eines Kraftfahrzeuges mit einem um seine Längsachse drehbaren Differentialkorb, in dem die Enden der Antriebswellen drehbar gelagert sind.The invention relates to a locking differential for driving a pair of aligned, axially spaced drive shafts of the wheels of a motor vehicle with a rotatable about its longitudinal axis differential carrier, in which the ends of the drive shafts are rotatably mounted.

Differentiale oder Ausgleichsgetriebe zum Verteilen eines Eingangsdrehmomentes auf zwei Abtriebswellen mit einer eingebauten Sperreinrichtung sind aus einer Vielzahl von Druckschriften, beispielsweise aus der DE 30 40 120 A1 , bekannt.Differential or differential gear for distributing an input torque to two output shafts with a built-in locking device are of a variety of documents, such as DE 30 40 120 A1 , known.

Der DE 26 09 377 A1 ist zudem ein selbstsperrendes verschleißloses Ausgleichgetriebe in einem Achsdifferential für Fahrzeuge entnehmbar. Die Sperrwirkung ist hierbei abhängig von der Drehzahldifferenz der Ausgleichsglieder bzw. dem Schlupf eines Rades und der Antriebsdrehzahl bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit. Das oder die hydrodynamischen Reibglieder sind zwischen einer Welle des Getriebes und den anderen Getriebegliedern angeordnet, wobei durch ein hydrodynamisches Reibglied oder -glieder an der 4. Welle ein Moment entsteht, wenn ein Drehzahlunterschied der 4. Welle mit ihren hydrodynamischen Reibgliedern gegenüber den angrenzenden Gliedern besteht.Of the DE 26 09 377 A1 In addition, a self-locking wear-free differential in an axle differential for vehicles can be removed. The blocking effect is dependent on the speed difference of the compensation elements or the slip of a wheel and the drive speed or vehicle speed. The one or more hydrodynamic friction members are disposed between a shaft of the transmission and the other transmission members, whereby a moment is created by a hydrodynamic friction member or members on the 4th shaft when there is a speed difference of the 4th shaft with its hydrodynamic friction members against the adjacent members ,

Die US 4,757,728 A betrifft ein Allrad-Sperrsystem im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem den direkten Durchtrieb vermittelnden Planetengetriebe und einer an dessen Planetenträger angreifenden Bremsvorrichtung.The US 4,757,728 A relates to an all-wheel-locking system in the drive train of a motor vehicle with a direct through drive mediating planetary gear and an attacking on the planet carrier braking device.

Die DE 33 34 684 A1 publiziert ihrerseits ein hydrostatisches Sperrdifferential, dessen Sperrwirkung durch hydrostatische Koppelung der Ausgangswellen erreicht wird, die stark progressiv von der Differenzdrehzahl der Ausgangswelle abhängt oder gesteuert oder geregelt werden kann. Dafür weist das Ausgleichsgetriebe ein eng um die Kegelräder und Ausgleichsräder herumgezogenes Ausgleichsgehäuse auf und ist mit entsprechenden Zu- und Abflusskanälen versehen, wodurch eine in der Funktion mit Zahnradpumpen identische Einheit gebildet wird.The DE 33 34 684 A1 in turn publishes a hydrostatic locking differential whose blocking effect is achieved by hydrostatic coupling of the output shafts, which depends strongly on the differential speed of the output shaft or can be controlled or regulated. For this, the differential gear has a tightly around the bevel gears and differential gears pulled around the differential housing and is provided with corresponding inflow and outflow channels, whereby an identical in function with gear pumps unit is formed.

Bei diesen bekannten, häufig als Kegelraddifferentialen ausgebildeten Differentialen handelt es sich üblicherweise um Planetenradgetriebe, bei denen ein Differentialkorb (oder Ausgleichskorb) von der Kardanwelle eines entsprechenden Fahrzeuges angetrieben wird. Die in dem Differentialkorb als Kegelräder ausgebildeten Planetenräder (Ausgleichszahnräder) sind so gelagert, dass sie sich frei um ihre eigene Achse drehen können, aber die Drehbewegung des Differentialkorbs mitmachen müssen. Dabei nehmen sie ebenfalls als Kegelräder ausgebildete Seitenräder mit, die mit den Antriebswellen der Räder des Fahrzeuges verbunden sind.These known, often designed as bevel gear differentials are usually planetary gear in which a differential carrier (or balance basket) is driven by the propeller shaft of a corresponding vehicle. The formed in the differential carrier as bevel gears planet gears (differential gears) are mounted so that they can rotate freely about their own axis, but must join the rotation of the differential carrier. They also take with them trained as bevel gears side wheels, which are connected to the drive shafts of the wheels of the vehicle.

Da es bei offenen Differentialen zu Problemen kommen kann, wenn eines der beiden, mit den Antriebswellen verbundenen Rädern des Fahrzeuges eine schlechte Bodenhaftung aufweist (etwa weil es sich auf einer glatten Unterlage aus Eis, Schnee oder nassem Laub befindet) und dann auf das andere Rad auch bei guter Bodenhaftung keine Leistung mehr übertragen wird, sind mechanische Sperreinrichtungen zur Deaktivierung des entsprechenden Differentials vorgesehen. Diese Sperreinrichtungen können beispielsweise aus einer Schaltmuffe bestehen, die bei Betätigung den mit einer Nutenverzahnung versehene Differentialkorb mit einer der Antriebswellen drehfest verbindet. Es können aber auch Selbstsperrdifferentiale (beispielsweise Lamellenselbstsperrdifferentiale) verwendet werden, bei denen die Ausgleichwirkung gesperrt wird, wenn zwischen den Antriebsrädern ein vorgegebener Drehzahlunterschied besteht.Since there may be problems with open differentials when one of the two wheels connected to the drive shafts of the vehicle has a poor traction (for example, because it is on a smooth surface of ice, snow or wet leaves) and then on the other wheel no power is transmitted even with good traction, mechanical locking devices for deactivating the corresponding differential are provided. These locking devices may, for example, consist of a sliding sleeve which, when actuated, rotatably connects the differential cage, which is provided with a grooved toothing, to one of the drive shafts. But it can also self-locking differentials (for example, Lamellenselfbstsperrdifferentiale) are used, in which the balancing effect is locked when there is a predetermined speed difference between the drive wheels.

Bei Verwendung bekannter Selbstsperrdifferentiale in militärischen Fahrzeugen, welche sich im Gelände bewegen müssen, ist unter anderem nachteilig, dass sie nicht zwischen einer Kurvenfahrt des Fahrzeuges auf einer trockenen (beispielsweise asphaltierten) Straße (Drehzahldifferenz der Räder gewünscht) und einer Fahrt im Gelände mit durchdrehenden Rädern (Drehzahldifferenz der Räder unerwünscht) unterscheiden können. Ist die Sperrwirkung der Sperreinrichtung des Sperrdifferentials zu hoch, so können die Sperreinrichtungen bei einer Kurvenfahrt auf trockener Straße die Reifen und Antriebswellen des entsprechenden Fahrzeuges beschädigen. Dieses gilt insbesondere bei Allradfahrzeugen mit langem Radstand, da die Drehzahldifferenzen zwischen dem kurveninneren Hinterrad und dem kurvenäußeren Vorderrad sehr groß sind. Ist hingegen die Sperrwirkung der Sperreinrichtung des Sperrdifferentials zu gering, wird ein Teil der Motorleistung im durchdrehenden Rad des Fahrzeuges verbraucht.When using known self-locking differentials in military vehicles that have to move in the field, is disadvantageous, among other things, that they do not between a cornering of the vehicle on a dry (for example paved) road (speed difference of the wheels desired) and a ride in the field with spinning wheels (Speed difference of the wheels undesirable) can differ. If the blocking effect of the locking device of the locking differential is too high, the locking devices can damage the tires and drive shafts of the corresponding vehicle when cornering on a dry road. This is especially true in four-wheel drive vehicles with a long wheelbase, since the speed differences between the inside rear wheel and the outside front wheel are very large. However, if the blocking effect of the locking device of the locking differential is too low, a part of the engine power is consumed in the spinning wheel of the vehicle.

Als nachteilig hat sich bei bekannten Sperrdifferentialen außerdem erwiesen, dass die Sperreinrichtungen die Regelung bei einer Bremsung mittels eines Antiblockiersystems (ABS) behindern, da nicht jedes Rad separat gebremst werden kann, sondern immer mit dem anderen Rad verbunden ist. Außerdem besteht die Gefahr, dass im Falle einer ABS-Regelung durch die Sperreinrichtungen die Referenzgeschwindigkeit des Fahrzeuges nicht richtig bestimmt wird und so bei einem Allrad-Fahrzeug trotz ABS die Räder blockieren können.A disadvantage has also proved in known locking differentials that the locking devices hinder the control during braking by means of an anti-lock braking system (ABS), since not every wheel can be braked separately, but is always connected to the other wheel. In addition, there is a risk that in the case of ABS control by the locking devices, the reference speed of the vehicle is not properly determined and can block the wheels so in a four-wheel drive vehicle despite ABS.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sperrdifferential für Kraftfahrzeuge anzugeben, bei dem einerseits die bei Kurvenfahrten sich ergebenden Drehzahldifferenzen der Räder ausgeglichen werden und andererseits die Antriebswelle des Rades mit der größten Bodenhaftung das höchste Antriebsmoment erhält. Außerdem sollen die beiden Antriebswellen derart voneinander entkoppelbar sein, dass bei Kraftfahrzeugen mit ABS-Bremsung diese fehlerfrei funktionieren.The invention has for its object to provide a limited slip differential for motor vehicles, in which compensated on the one hand when cornering resulting speed differences of the wheels On the other hand, the drive shaft of the wheel with the greatest traction receives the highest drive torque. In addition, the two drive shafts should be decoupled from each other so that in motor vehicles with ABS braking these work properly.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst.This object is achieved by the features of the claim.

Die Erfindung beruht im Wesentlichen auf dem Gedanken, dass der beispielsweise über eine Zahnradübersetzung von der Kardanwelle des entsprechenden Fahrzeuges angetriebene Differentialkorb nicht über Zahnräder auf die beiden Antriebswellen wirkt, sondern über hydrodynamische Drehmomentwandler (Trilok-Wandler). Dabei ist jede der beiden Antriebswellen über einen eigenen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit dem Differentialkorb verbunden. Der/die Drehmomentwandler bestehen zumindest aus jeweils einem Pumpenrad, einem Turbinenrad und einem Leitrad, wobei das jeweilige Pumpenrad mit dem Differentialkorb und das jeweilige Turbinenrad mit der entsprechenden Antriebswelle drehfest verbunden sind. Das Leitrad ist hingegen mit dem Gehäuse der Achse verbunden.The invention is essentially based on the idea that the differential carrier, for example, driven by a gear ratio of the propshaft of the corresponding vehicle does not act on the two drive shafts via gears, but via hydrodynamic torque converter (Trilok converter). Each of the two drive shafts is connected via its own hydrodynamic torque converter with the differential carrier. The torque converter (s) consist of at least one impeller, one turbine wheel and one stator, wherein the respective impeller is rotatably connected to the differential carrier and the respective turbine wheel with the corresponding drive shaft. The stator is, however, connected to the housing of the axle.

Da der jeweilige hydrodynamische Drehmomentwandler mit Schlupf arbeitet, lässt er Drehzahldifferenzen zwischen dem Differentialkorb und den Antriebswellen zu. Die Drehmomentwandler können somit bei Kurvenfahrt unterschiedliche Radgeschwindigkeiten ausgleichen. Außerdem ist bei Fahrten im unwegsamen Gelände das Antriebsmoment an jedem Rad des Fahrzeuges erhöht, wobei das Rad mit der größten Bodenhaftung (und somit dem höchsten Reibwert) auch das größere Antriebsmoment erhält.Since the respective hydrodynamic torque converter operates with slip, it allows for speed differences between the differential carrier and the drive shafts. The torque converter can thus compensate for cornering different wheel speeds. In addition, the drive torque is increased at each wheel of the vehicle when driving in rough terrain, with the wheel with the greatest traction (and thus the highest coefficient of friction) also receives the larger drive torque.

Wenn das Kraftfahrzeug mittels einer zentralen Feststellbremse abgestellt wird, können die Drehmomentwandler der beiden Antriebswellen überbrückt werden, sodass eine 100%ige Sperrwirkung erzielt wird. Das Fahrzeug kann in diesem Fall auch dann nicht wegrollen, wenn die Bodenhaftung eines der beiden Räder wesentlich vermindert ist, weil es etwa auf Glatteis steht.When the motor vehicle is parked by means of a central parking brake, the torque converter of the two drive shafts can be bridged, so that a 100% barrier effect is achieved. The vehicle can not roll away in this case, even if the traction of one of the two wheels is significantly reduced because it is about on black ice.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigt:Further details and advantages of the invention will become apparent from the following explained embodiment. It shows:

1 schematisch ein erfindungsgemäßes Sperrdifferential, 1 schematically an inventive locking differential,

2 das erfindungsgemäße Sperrdifferential mit Freilaufschaltung für eine Rückfahrt. 2 the locking differential according to the invention with freewheeling circuit for a return journey.

In der 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Sperrdifferential dargestellt, welches mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist. Das Sperrdifferential 1 dient zum Antrieb eines Paares fluchtender, axial voneinander beabstandeter Antriebswellen 2, 3 der Räder eines Kraftfahrzeuges (nicht weiter dargestellt). Es umfasst hierzu einen um eine Längsachse drehbaren Differentialkorb 4, der über eine Stirnradverzahnung 5 von einem mit der Kardanwelle des entsprechenden Fahrzeuges verbundenen Zahnrades (nicht dargestellt) antreibbar ist. Die Enden 6, 7 der beiden Antriebswellen 2, 3 befinden sich innerhalb des Differentialkorbes 4 und sind in diesem drehbar gelagert. Dabei weisen die Längsachse des Differentialkorbes 4 und die Drehachsen der Antriebswellen 2, 3 die gleiche Lage 13 auf.In the 1 is schematically illustrated an inventive locking differential, which is denoted by the reference numeral 1 is provided. The locking differential 1 serves to drive a pair of aligned, axially spaced drive shafts 2 . 3 the wheels of a motor vehicle (not shown). It includes a rotatable about a longitudinal axis differential cage 4 that has a spur gear toothing 5 from a connected to the propshaft of the corresponding vehicle gear (not shown) is drivable. The ends 6 . 7 the two drive shafts 2 . 3 are inside the differential cage 4 and are rotatably mounted in this. In this case, the longitudinal axis of the differential cage 4 and the axes of rotation of the drive shafts 2 . 3 the same situation 13 on.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die beiden Antriebswellen 2, 3 nicht – wie bei bekannten Sperrdifferentialen üblich – über Zahnräder mit dem Differentialkorb 4 drehbar verbunden sind, sondern jeweils über einen ein Pumpenrad 8, ein Turbinenrad 9 und ein Leitrad 10 umfassenden, hydrodynamischen Drehmomentwandler (Trilok-Wandler) 11 und 12. Dabei ist das jeweilige Pumpenrad 8 mit dem Differentialkorb 4 und das dem Pumpenrad 8 zugeordnete Turbinenrad 9 mit der entsprechenden Antriebswelle 2, 3 drehfest verbunden. Das zwischen Pumpenrad 8 und Turbinenrad 9 angeordnete Leitrad 10 befindet sich mit dem Freilauf 14, 15 auf einer am Achsgehäuse fixierten Hohlwelle 16, 17.According to the invention, it is now provided that the two drive shafts 2 . 3 not - as usual with known locking differentials - on gears with the differential carrier 4 are rotatably connected, but in each case via a pump 8th , a turbine wheel 9 and a stator 10 comprehensive, hydrodynamic torque converter (Trilok converter) 11 and 12 , In this case, the respective impeller 8th with the differential carrier 4 and that the impeller 8th associated turbine wheel 9 with the corresponding drive shaft 2 . 3 rotatably connected. The between impeller 8th and turbine wheel 9 arranged stator 10 is located with the freewheel 14 . 15 on a hollow shaft fixed to the axle housing 16 . 17 ,

Eine Drehung der Kardanwelle des entsprechenden Fahrzeuges bewirkt daher eine Drehung des Differentialkorbes 4 und damit auch eine Drehung der Pumpenräder 8 der Drehmomentwandler 11 und 12. Dadurch wird Öl (oder eine andere hydraulische Flüssigkeit) von den Schaufeln der Pumpenräder 8 erfasst und beschleunigt. Das Öl strömt dann von den Pumpenrädern 8 zu den diesen zugeordneten Turbinenrädern 9, gibt seine Energie an diese ab und wird dabei umgelenkt. Die Turbinenräder 9 beginnen sich zu drehen. Die aus den Turbinenrädern 9 austretenden Ölströme treffen auf die Schaufeln der Leiträder 10 und versuchen, diese entgegen der Drehrichtung der Pumpenräder 8 und Turbinenräder 9 zu drehen. Diese Drehrichtungen sind aber vom Freilauf 14, 15 blockiert, da dieser auf der Hohlwelle 16, 17 fixiert ist.A rotation of the propeller shaft of the corresponding vehicle therefore causes a rotation of the differential cage 4 and thus also a rotation of the pump wheels 8th the torque converter 11 and 12 , This will cause oil (or other hydraulic fluid) from the impeller blades 8th recorded and accelerated. The oil then flows from the pump wheels 8th to the associated turbine wheels 9 , gives its energy to these and is thereby redirected. The turbine wheels 9 start to turn. The from the turbine wheels 9 Escaping oil flows hit the vanes of the stator 10 and try this against the direction of rotation of the impellers 8th and turbine wheels 9 to turn. These directions of rotation are from the freewheel 14 . 15 blocked, as this on the hollow shaft 16 . 17 is fixed.

Das Öl stützt sich an den um etwa 90° gekrümmten Schaufeln der Leiträder 10 ab und bewirkt dabei einen starken Rückstau, der an den Schaufeln der Turbinenräder 9 eine Vergrößerung der Drehkraft zur Folge hat. Durch die Erhöhung der Drehkraft ist das Drehmoment an den Antriebswellen 2, 3 der Räder größer als das in die Drehmomentwandler 11, 12 eingeleitete Drehmoment des Differentialkorbes 4. Die Leiträder 10 leiten den jeweiligen Ölstrom in einem günstigen Winkel auf die Schaufeln der Pumpenräder 8, sodass der jeweilige Ölkreislauf geschlossen ist.The oil is supported by the vanes of the idlers, which are curved by about 90 ° 10 and thereby causes a strong backwater, on the blades of the turbine wheels 9 an increase in the torque has the consequence. By increasing the torque, the torque is on the drive shafts 2 . 3 the wheels larger than that in the torque converter 11 . 12 introduced torque of the differential cage 4 , The guide wheels 10 conduct the respective oil flow at a favorable angle to the blades of the pump wheels 8th so that the respective oil circuit is closed.

Für eine Rückwärtsfahrt sollten zwei weitere Freiläufe 18, 19 eingebunden werden (2). In Fahrtrichtung haben beide keine Sperrwirkung. Bei der Rückwärtsfahrt – gerade – sperren beide, in – Kurve – sperrt das Kurveninnere bzw. wenn dieses durchdreht, sperren beide.For a reverse drive should have two more freewheels 18 . 19 be integrated ( 2 ). In the direction of travel both have no barrier effect. When reversing - straight - lock both, in - curve - locks the inside of the curve or when this is spinning, lock both.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann beispielsweise eine Überbrückung des jeweiligen Drehmomentwandlers vorgesehen sein, ähnlich wie dieses bei PKW-Automatikgetrieben der Fall ist.Of course, the invention is not limited to the embodiment described above. Thus, for example, a bridging of the respective torque converter can be provided, similar to the case with automatic passenger car transmissions.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Sperrdifferentiallimited slip differential
2, 32, 3: Antriebswellendrive shafts
44: Differentialkorbdifferential carrier
55: Stirnradverzahnungspur
6, 76, 7: Endenend up
88th: Pumpenradimpeller
99: Turbinenradturbine
1010: Leitradstator
11, 1211, 12: Drehmomentwandlertorque converter
1313: Lage (Achse)Position (axis)
14, 1514, 15: Freilauffreewheel
16, 1716, 17: Hohlwellehollow shaft
18, 1918, 19: Freilauffreewheel

Claims

Locking differential for driving a pair of aligned, axially spaced drive shafts ( 2 . 3 ) of the wheels of a motor vehicle with a about its longitudinal axis rotatable differential carrier ( 4 ), in which the ends ( 6 . 7 ) of the drive shafts ( 2 . 3 ) are rotatably mounted, characterized in that each of the two drive shafts ( 2 . 3 ) via its own hydrodynamic torque converter ( 11 . 12 ) with the differential carrier ( 4 ) connected is,

Locking differential according to claim 1, characterized in that the torque converter ( 11 . 12 ) an impeller ( 8th ), a turbine wheel ( 9 ) and a stator ( 10 ).

Locking differential according to claim 2, characterized in that the pump wheels ( 8th ) with the differential carrier ( 4 ) and the pump wheels ( 8th ) associated turbine wheels ( 9 ) with the drive shafts ( 2 . 3 ) are rotatably connected and that the guide wheels ( 10 ) are fixed to the axle housing.

Locking differential according to claim 2 or 3, characterized in that between the impeller ( 8th ) and turbine wheel ( 9 ) arranged stator ( 10 ) with the freewheel ( 14 . 15 ) on a hollow shaft fixed to the axle housing ( 16 . 17 ) is located.

Locking differential according to one of claims 1 to 4, characterized in that the differential carrier ( 4 ) via a spur gear toothing ( 5 ) is functionally connected to a gear connected to the propeller shaft.

Locking differential according to claim 5, characterized in that between the spur gear toothing ( 5 ) and the drive shafts ( 2 . 3 ) two freewheels ( 18 . 19 ) are involved, which produce in the direction of travel - forward - no blocking effect.