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Die Erfindung betrifft ein Sperrdifferenzialgetriebe gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Sperreinrichtung für ein Differenzialgetriebe gemäß Anspruch 12, und eine Verwendung einer Sperreinrichtung als Differenzialsperre gemäß Anspruch 15.
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Sperrdifferenzialgetriebe sind als solche bekannt. Sie dienen dazu, bei Kurvenfahrt eines Fahrzeugs verschiedene Drehzahlen für ein kurvenäußeres und ein kurveninneres Rad zu ermöglichen, wodurch eine erhöhte Kurvenstabilität erzielt und eine Verspannung des Antriebstrangs vermieden werden kann. Es ist eine Sperreinrichtung vorgesehen, durch welche es bei Bedarf möglich ist, die durch das Sperrdifferenzialgetriebe verbundenen Räder fest miteinander zu koppeln. In diesem gesperrten Zustand ist es möglich, auch dann Traktion auf die Fahrbahn aufzubringen, wenn eines der Räder keinen ausreichenden Reibkontakt oder gar keinen Kontakt mehr zur Fahrbahn hat. Ohne Differenzialsperre würde dieses Rad durchdrehen, wobei kein Drehmoment mehr in das andere Rad eingeleitet würde, welches noch einen ausreichenden Reibkontakt zur Fahrbahn hat.
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Es sind Sperrdifferenzialgetriebe mit Sperreinrichtungen bekannt, die manuell von einem Fahrer aktiviert und deaktiviert werden können. Die Sperreinrichtung kann beispielsweise im Gelände aktiviert werden, um stets eine ausreichende Traktion zu gewährleisten. Es besteht jedoch die Gefahr, dass der Fahrer vergisst, die Sperreinrichtung für eine normale Straßenfahrt zu deaktivieren, was erhebliche Nachteile für die Stabilität des Kraftfahrzeugs in der Kurve so wie erhebliche Belastungen für den Antriebsstrang und die Reifen zur Folge hat.
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Es sind auch Sperreinrichtungen für Differenzialgetriebe bekannt, die elektronisch angesteuert werden, wobei es keines Eingriffs des Fahrers bedarf. Solche Einrichtungen sind kompliziert und teuer.
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Schließlich ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 32 08 423 A1 eine Differenzialsperre bekannt, die eingerichtet ist zur Begrenzung eines Drehzahlverhältnisses zwischen einer ersten und einer zweiten Abtriebswelle, wobei die Sperreinrichtung eine Begrenzungswelle aufweist, die stets langsamer mit dem Differenzialgetriebe mitläuft, als es einer Drehzahl der Abtriebswellen bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs entspricht. Unterschreitet eines der angetriebenen Räder eine durch die Begrenzungswelle vorgegebene, untere Grenzdrehzahl, wird dieses Rad durch die Begrenzungswelle angetrieben, wobei eine Sperrwirkung des Differenzials eintritt. Nachteilig hierbei ist, dass das langsamer drehende oder sogar stillstehende Rad durch die Begrenzungswelle angetrieben wird, sodass das hier wirkende Drehmoment vollständig über die Begrenzungswelle in das anzutreibende Rad eingeleitet wird. Diese muss daher entsprechend stabil und massiv ausgelegt werden, was eine vergleichsweise hohe Masse und einen vergleichsweise großen Bauraum der Sperreinrichtung bedingt. Darüber hinaus zeigt sich, dass die in der
DE 32 08 423 A1 konkret vorgeschlagene Lösung eine Vielzahl verschiedener Wellen und Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist, wodurch sie sehr kompliziert, aufwändig und teuer ausgebildet ist. Da dieses System nur in einer Drehrichtung ohne Kupplung funktioniert, ist der Rückwärtsgang nach der Drehzahlbegrenzung vorgesehen, so dass ein Schalt- oder Automatikgetriebe eines mit der Differenzialsperre ausgerüsteten Fahrzeugs keinen Rückwärtsgang haben darf. Darüber hinaus ist es nicht möglich, bestehende Differenzialgetriebe mit dieser Sperreinrichtung nachzurüsten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Sperrdifferenzialgetriebe zu schaffen, welches die genannten Nachteile nicht aufweist. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sperreinrichtung für ein Differenzialgetriebe sowie eine Verwendung einer Sperreinrichtung anzugeben, welche ebenfalls die genannten Nachteile nicht aufweisen.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Sperrdifferenzialgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird. Dieses weist ein Antriebsrad auf, das ausgebildet ist zur drehmomentübertragenden Verbindung mit einer Abtriebswelle einer ein Antriebsmoment erzeugenden Antriebseinrichtung, um das Sperrdifferenzialgetriebe anzutreiben. Das Sperrdifferenzialgetriebe weist eine erste Abtriebswelle auf, die über eine Differenzialeinrichtung mit dem Antriebsrad verbunden ist. Es weist weiter eine zweite Abtriebswelle auf, die über die Differenzialeinrichtung mit dem Antriebsrad verbunden ist. Dabei ist die Differenzialeinrichtung in für sich genommen bekannter Weise ausgebildet zur Übertragung eines Drehmoments von dem Antriebsrad auf die Abtriebswellen. Weiter ist die Differenzialeinrichtung in für sich genommen bekannter Weise eingerichtet, um eine Relativdrehung zwischen der ersten Abtriebswelle und der zweiten Abtriebswelle zu ermöglichen. Auf diese Weise erlaubt die Differenzialeinrichtung verschiedene Drehzahlen der beiden Abtriebswellen beispielsweise dann, wenn ein das Sperrdifferenzialgetriebe aufweisendes Fahrzeug eine Kurve fährt, wobei ein mit der zweiten Abtriebswelle drehfest verbundenes Fahrzeugrad eine andere Drehzahl aufweist als ein mit der ersten Abtriebswelle drehfest verbundenes Fahrzeugrad, weil beispielsweise das kurvenäußere Fahrzeugrad schneller dreht als das kurveninnere. Das Sperrdifferenzialgetriebe weist weiterhin eine Sperreinrichtung auf, die eingerichtet ist zur Begrenzung eines Drehzahlverhältnisses zwischen der ersten und der zweiten Abtriebswelle. Dabei weist die Sperreinrichtung eine Kontrollwelle auf. Das Sperrdifferenzialgetriebe zeichnet sich dadurch aus, dass die Kontrollwelle über eine Drehmomentübertragungseinrichtung derart mit dem Antriebsrad antreibbar wirkverbunden ist, dass die Kontrollwelle von dem Antriebsrad mit einer Drehzahl antreibbar ist, die höher ist als die Drehzahl des Antriebsrads. Dabei ist die Kontrollwelle über eine erste Mitnahmeeinrichtung mit der ersten Abtriebswelle und über eine zweite Mitnahmeeinrichtung mit der zweiten Abtriebswelle verbindbar. Die erste und die zweite Mitnahmeeinrichtung sind ausgebildet zur Begrenzung einer Drehzahl der ihnen zugeordneten Abtriebswellen auf eine durch die Kontrollwelle vorgegebene Grenzdrehzahl, wenn eine der Abtriebswellen eine Drehzahl anstrebt, die größer ist als die Grenzdrehzahl.
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Konkret ist also die erste Mitnahmeeinrichtung ausgebildet zur Begrenzung einer Drehzahl der ersten Abtriebswelle auf die Grenzdrehzahl, wobei die zweite Mitnahmeeinrichtung ausgebildet ist zur Begrenzung einer Drehzahl der zweiten Abtriebswelle auf die Grenzdrehzahl. Die Grenzdrehzahl wird dabei zu jedem Zeitpunkt durch die Kontrollwelle bestimmt. Abhängig von den konkret realisierten Übersetzungsverhältnissen ist es möglich, dass die Grenzdrehzahl genau die Drehzahl der Kontrollwelle ist, oder von dieser um ein vorherbestimmtes Verhältnis abweicht. Jedenfalls zeigt sich aber, dass bei dem hier vorgeschlagenen Sperrdifferenzialgetriebe die Kontrollwelle mit einer höheren Drehzahl läuft als das Antriebsrad und als es der Drehzahl der Abtriebswellen bei Geradeauslauf des Kraftfahrzeugs entspricht. Kommt es zu einem Drehzahlverhältnis zwischen den Abtriebswellen, welches ein zulässiges Grenzverhältnis überschreitet, wird nicht – wie aus dem Stand der Technik bekannt – die langsamer drehende Abtriebswelle auf die Mindestdrehzahl einer Begrenzungswelle angetrieben, sondern es wird hier vielmehr die schneller drehende Abtriebswelle auf die durch die Kontrollwelle vorgegebene Grenzdrehzahl abgebremst, beziehungsweise die Drehzahl der schneller drehenden Abtriebswelle wird auf die Grenzdrehzahl begrenzt. Dies hat den Vorteil, dass ein aufgrund der Sperrwirkung in das langsamer drehende Fahrzeugrad eingeleitete Drehmoment nicht über die Kontrollwelle, sondern vielmehr über die Differenzialeinrichtung übertragen wird. Die Drehzahlbegrenzung der schneller drehenden Abtriebswelle erfordert demgegenüber kein großes Drehmoment, sodass die Kontrollwelle zu keinem Zeitpunkt des Betriebs des Sperrdifferenzialgetriebes Drehmomente übertragen muss, die in der Größenordnung der Antriebsmomente des Fahrzeugs liegen, sondern vielmehr nur deutlich kleinere Drehmomente. Daher kann die Kontrollwelle vergleichsweise leicht und klein ausgebildet werden. Insgesamt kann so die Sperreinrichtung und damit auch das gesamte Sperrdifferenzialgetriebe kleiner, leichter und insbesondere mit geringerem Bauraumbedarf ausgestaltet werden, als dies bekannt ist. Das Sperrdifferenzialgetriebe arbeitet vollmechanisch und automatisch ohne elektronische Komponenten, Steuer- oder Regeleingriffe. Es zeigt sich noch Folgendes: Da das schneller drehende Fahrzeugrad kein oder nur wenig Drehmoment auf die Fahrbahn bringt, wird der verbleibende Teil des Drehmoments über die Kontrollwelle wieder in das Antriebsrad geleitet, sodass kein Drehmomentverlust auftritt.
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Darüber hinaus bedarf die hier vorgeschlagene Lösung nur einer geringen Teilezahl und ist sehr einfach aufgebaut. Hierdurch ist sie in der Herstellung, in der Lagerhaltung und in der Wartung kostengünstig. Es bedarf im Übrigen zur Ausbildung des hier vorgeschlagenen Sperrdifferenzialgetriebes keinerlei Änderung an der Differenzialeinrichtung. Insbesondere müssen Grundbestandteile bestehender Differenziale nicht verändert werden, um die Sperreinrichtung verwenden zu können. Darüber hinaus zeigt sich noch, dass die Sperreinrichtung für sich genommen auf beliebige existierende Differenzialgetriebe nachgerüstet werden kann, um das hier vorgeschlagene Sperrdifferenzialgetriebe auszubilden.
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Ein weiterer Vorteil des Sperrdifferenzialgetriebes besteht darin, dass es für seine Funktion keinerlei elektronischer Regeleingriffe bedarf. Die Begrenzung der Drehzahl der schnelleren Abtriebswelle erfolgt rein mechanisch über die Kontrollwelle. Hierzu bedarf es auch keiner manuellen Aktivierung und/oder Deaktivierung der Sperreinrichtung durch den Fahrer. Vielmehr ist die Grenzdrehzahl bevorzugt so ausgelegt, dass eine normale Kurvenfahrt des Fahrzeugs mit kleinstmöglichem Kurvenradius jederzeit möglich ist, wobei die Sperrwirkung erst eintritt, wenn der Drehzahlunterschied der Abtriebswellen größer wird als der zu erwartende Drehzahlunterschied bei kleinstmöglichem, noch ohne Verlust der Haftreibung durchfahrbarem Kurvenradius. Somit ist zum einen zu jedem Zeitpunkt die Traktion auch bei schwierigen Fahrbahnverhältnissen gewährleistet, wobei zum anderen keine Gefahr für den Antriebsstrang oder die Bereifung bei normaler Straßenfahrt besteht. Insbesondere kann keine Beschädigung des Fahrzeugs durch einen Bedienungsfehler des Fahrers im Betrieb des Sperrdifferenzialgetriebes auftreten.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel des Sperrdifferenzialgetriebes bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass zumindest eine der Mitnahmeeinrichtungen ein Kontrollwellendrehkopplungsmittel und ein Abtriebswellendrehkopplungsmittel aufweist, wobei das Abtriebswellendrehkopplungsmittel mit dem Kontrollwellendrehkopplungsmittel in drehmomentübertragendem Eingriff ist. Auf diese Weise ist die der betrachteten Mitnahmeeinrichtung zugeordnete Abtriebswelle mit der Kontrollwelle über die beiden Drehkopplungsmittel, die miteinander in Eingriff sind, zur Begrenzung der Drehzahl der Abtriebswelle auf die durch die Kontrollwelle vorgegebene Grenzdrehzahl verbunden. Gemäß einer Ausgestaltung des Sperrdifferenzialgetriebes ist das Kontrollwellendrehkopplungsmittel über einen Kontrollwellen-Freilauf mit der Kontrollwelle verbunden. Vorzugsweise ist der Freilauf so eingerichtet, dass er sperrt, wenn das Kontrollwellendrehkopplungsmittel eine Drehzahl anstrebt, die größer ist als die Drehzahl der Kontrollwelle. Über die Verbindung des Abtriebswellendrehkopplungsmittels mit dem Kontrollwellendrehkopplungsmittel ist so letztlich die Drehzahl der Abtriebswelle auf die Grenzdrehzahl begrenzbar.
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Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass das Abtriebswellendrehkopplungsmittel über einen Abtriebswellen-Freilauf mit der der jeweiligen Mitnahmeeinrichtung zugeordneten Abtriebswelle verbunden ist. Dabei ist der Abtriebswellen-Freilauf vorzugsweise so ausgebildet, dass er sperrt, wenn die Abtriebswelle eine Drehzahl anstrebt, die größer ist, als die Drehzahl des Abtriebswellendrehkopplungsmittels, welches seinerseits mit dem Kontrollwellendrehkopplungsmittel verbunden ist. Auch auf diese Weise ist die Drehzahl der Abtriebswelle auf die durch die Kontrollwelle vorgegebene Grenzdrehzahl begrenzbar.
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Alternativ ist bei einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das Kontrollwellendrehkopplungsmittel über einen ersten Kontrollwellen-Freilauf und über einen zweiten Kontrollwellen-Freilauf mit der Kontrollwelle verbindbar ist, wobei das Abtriebswellendrehkopplungsmittel drehfest mit der zugeordneten Abtriebswelle verbunden ist. Auf diese Weise wird die bezüglich der auf die Abtriebswellen einerseits und die Kontrollwelle andererseits verteilten Freiläufe beschriebene Funktionalität vollständig durch auf der Kontrollwelle angeordnete Freiläufe bereitgestellt. Der erste Kontrollwellen-Freilauf und der zweite Kontrollwellen-Freilauf wirken dabei in verschiedene Drehrichtungen, wobei eine Kupplungseinrichtung vorgesehen ist, durch welche in einem ersten Schaltzustand der erste Kontrollwellen-Freilauf mit der Kontrollwelle verbindbar ist, wobei der zweite Kontrollwellen-Freilauf relativ zu der Kontrollwelle frei drehbar ist, wobei in einem zweiten Schaltzustand der Kupplungseinrichtung der zweite Kontrollwellen-Freilauf mit der Kontrollwelle verbindbar ist, wobei der erste Kontrollwellen-Freilauf relativ zu der Kontrollwelle frei drehbar ist. Bevorzugt weist die Kupplungseinrichtung jeweils den Kontrollwellen-Freiläufen zugeordnete Klauenkupplungen auf, die in geeigneter Weise schaltbar sind. Wie bereit angedeutet, wird bei diesem Ausführungsbeispiel die volle Funktionalität eines im Folgenden noch detaillierter beschriebenen Ausführungsbeispiels, bei welchem Freiläufe sowohl auf den Abtriebswellen als auch auf der Kontrollwelle vorgesehen sind, erzielt, indem ausschließlich auf der Kontrollwelle Freiläufe angeordnet werden. Hierdurch ist dieses Ausführungsbeispiel – trotz gleicher Funktionalität – einfacher aufgebaut und insgesamt kompakter. Bezüglich der Funktionalität wird auf die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele verwiesen, wobei hier gegebenenfalls noch zu treffende Modifikationen mit Blick auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel offensichtlich sind.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Kontrollwellendrehkopplungsmittel über einen schaltbaren Kontrollwellen-Freilauf mit der Kontrollwelle verbunden ist. Dieser ist dann bezüglich seiner Wirkrichtung umschaltbar, wodurch sich die gleiche Funktionalität erzielen lässt, wie mit den übrigen, hier in größerem Detail beschriebenen Ausführungsbeispielen. Anstelle von vier Freiläufen sind jedoch dann nur zwei umschaltbare Freiläufe nötig. Alternativ ist auch möglich, dass das Abtriebswellendrehkopplungsmittel über einen schaltbaren Freilauf mit der ihm zugeordneten Abtriebswelle verbunden ist. Jede der Mitnahmeeinrichtungen weist also bevorzugt genau einen und nur einen schaltbaren Freilauf auf, der entweder auf der Kontrollwelle oder auf der Abtriebswelle angeordnet ist.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass Freiläufe, insbesondere Kontrollwellen-Freiläufe, mit jeweils mindestens einem Wendegetriebe kombiniert werden, wodurch ebenfalls dieselbe Funktionalität bereitgestellt werden kann. Auch bei dieser Lösung können Freiläufe eingespart beziehungsweise durch die Wendegetriebe ersetzt werden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Sperrdifferenzialgetriebes ist vorgesehen, dass das Kontrollwellendrehkopplungsmittel über einen Kontrollwellen-Freilauf mit der Kontrollwelle verbunden ist, wobei zugleich das Abtriebswellendrehkopplungsmittel über einen Abtriebswellen-Freilauf mit der Abtriebswelle verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass die Drehzahlbegrenzung unabhängig von einer Drehrichtung der Abtriebswelle, insbesondere unabhängig von einer Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs wirksam ist. Bei dem Ausführungsbeispiel ist weiterhin vorgesehen, dass die wenigstens eine betrachtete Mitnahmeeinrichtung eine Kupplungseinrichtung aufweist, die eingerichtet ist zur drehfesten Verbindung des Abtriebswellendrehkopplungsmittel mit der der Mitnahmeeinrichtung zugeordneten Abtriebswelle in einem ersten Schaltzustand der Kupplungseinrichtung, wobei das Kontrollwellendrehkopplungsmittel in dem ersten Schaltzustand nur über den Kontrollwellen-Freilauf mit der Kontrollwelle verbunden ist. Zugleich ist die Kupplungseinrichtung ausgebildet zur drehfesten Verbindung des Kontrollwellendrehkopplungsmittels mit der Kontrollwelle in einem zweiten Schaltzustand, wobei das Abtriebswellendrehkopplungsmittel in dem zweiten Schaltzustand der Kupplungseinrichtung nur über den Abtriebswellen-Freilauf mit der Abtriebswelle verbunden ist. In dem ersten Schaltzustand ist demnach der Abtriebswellen-Freilauf funktionslos, weil das Abtriebswellendrehkopplungsmittel drehfest mit der Abtriebswelle verbunden ist. Zugleich arbeitet der Kontrollwellen-Freilauf und bewirkt die zuvor beschriebene Drehzahlbegrenzung. In dem zweiten Schaltzustand ist umgekehrt der Kontrollwellen-Freilauf funktionslos, weil das Kontrollwellendrehkopplungsmittel durch die Kupplungseinrichtung drehfest mit der Kontrollwelle verbunden ist. In diesem zweiten Schaltzustand arbeitet der Antriebswellen-Freilauf und bewirkt die zuvor beschriebene Drehzahlbegrenzung. Über das Schalten der Kupplungseinrichtung kann die Sperreinrichtung zwischen verschiedenen Drehrichtungen der Abtriebswelle, insbesondere zwischen einer Vorwärtsfahrt und einer Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs, umgeschaltet werden, wobei die Sperreinrichtung beispielsweise in dem ersten Schaltzustand bei Vorwärtsfahrt und in dem zweiten Schaltzustand bei Rückwärtsfahrt drehzahlbegrenzend wirkt.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Sperrdifferenzialgetriebes ist eine Schalteinrichtung vorgesehen, die eingerichtet ist zur Schaltung der Kupplungseinrichtung von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand und zurück. Dabei ist es möglich, dass es sich um eine manuelle Schalteinrichtung handelt, die unmittelbar von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs bedienbar ist. Diese Lösung bietet allerdings nur einen beschränkten Komfort, da der Kraftfahrer dann beispielweise neben dem Einlegen des Rückwärtsgangs beziehungsweise dem Zurückschalten aus dem Rückwärtsgang auch noch die Schalteinrichtung betätigen muss, wobei es zur Beschädigung des Antriebsstrangs führen könnte, wenn der Kraftfahrer vergisst, die Schalteinrichtung zu betätigen. Es wird ein Ausführungsbeispiel bevorzugt, bei welchem die Schalteinrichtung automatisiert betätigt wird, vorzugsweise über einen Servomotor. Dabei ist es möglich, dass die Schalteinrichtung beispielsweise mit einer Schaltvorrichtung zum Schalten des Rückwärtsgangs wirkverbunden ist, sodass sie stets automatisch dann geschaltet wird, wenn der Rückwärtsgang eingelegt oder ausgekoppelt wird. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Schalteinrichtung mit wenigstens einem Drehrichtungssensor wirkverbunden ist, mit dem feststellbar ist, in welche Richtung die Abtriebswelle dreht, insbesondere ob das Kraftfahrzeug vorwärts oder rückwärts fährt. Die Schalteinrichtung kann dann abhängig von dem Signal des Drehrichtungssensors automatisch geschaltet werden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Sperrdifferenzialgetriebes ist vorgesehen, dass die beiden Mitnameeinrichtungen für die beiden Abtriebswellen identisch ausgebildet sind. Alles was zuvor für wenigstens eine der beiden Mitnahmeeinrichtungen ausgeführt wurde, trifft in diesem Fall auf beide Mitnahmeeinrichtungen zu, wobei es aufgrund der identischen Ausbildung beider Mitnahmeeinrichtungen keiner expliziten Wiederholung bedarf. Das Sperrdifferenzialgetriebe ist vielmehr bezüglich seiner beiden Mitnahmeeinrichtungen bevorzugt identisch aufgebaut.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Sperrdifferenzialgetriebes bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass zumindest bei einer der Mitnahmeeinrichtungen das Kontrollwellendrehkopplungsmittel als Kontrollwellenzahnrad ausgebildet ist, dass mit dem als Abtriebswellenzahnrad ausgebildeten Abtriebswellendrehkopplungsmittel drehmomentübertragend verbunden ist. Vorzugsweise kämmen das Kontrollwellenzahnrad und das Abtriebswellenzahnrad unmittelbar miteinander. Besonders bevorzugt ist eine entsprechende Ausbildung des Kontrollwellendrehkopplungsmittels als Kontrollwellenzahnrad und des Abtriebswellendrehkopplungsmittels als Abtriebswellenzahnrad bei beiden Mitnahmeeinrichtungen des Sperrdifferenzialgetriebes vorgesehen.
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Es zeigt sich, dass die Grenzdrehzahl insbesondere zum einen durch das Übersetzungsverhältnis der Drehmomentübertragungseinrichtung und zum anderen durch das Übersetzungsverhältnis der Mitnahmeeinrichtungen, also insbesondere durch das Durchmesserverhältnis der Kontrollwellenzahnräder zu den Abtriebswellenzahnrädern bestimmt wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass insoweit in den Mitnahmeeinrichtungen gerade das umgekehrte Übersetzungsverhältnis verwirklicht wird wie in der Drehmomentübertragungseinrichtung. Beispielsweise verhält sich also der Durchmesser des Kontrollwellenzahnrads zu dem Durchmesser des Abtriebswellenzahnrads gerade so, wie sich der Durchmesser des Antriebsradsdrehmomentübertragungszahnrads zu dem Durchmesser des Kontrollwellendrehmomentsübertragungszahnrads verhält. Dies ist vorteilhaft, weil gleiche Zahnräder für die Drehmomentübertragungseinrichtung einerseits und für die Mitnahmeeinrichtungen andererseits verwendet werden können, was Vorteile in der Fertigung und auch logistische Vorteile mit sich bringt. Dabei wird – wegen der Übersetzung der Drehzahl des Antriebsrads auf die Kontrollwelle ins schnelle – das kleinere Zahnrad jeweils in der Drehmomentübertragungseinrichtung auf der Kontrollwelle und in den Mitnahmeeinrichtungen auf den Abtriebswellen montiert, während das größere Zahnrad in der Drehmomentübertagungseinrichtung drehfest mit dem Antriebsrad verbunden und in den Mitnahmeeinrichtungen auf der Kontrollwelle montiert wird. Es sind demnach Gleichteile für die Drehmomentübertragungseinrichtung und die Mitnahmeeinrichtungen verwendbar. Zugleich wird auf diese Weise ein gleicher Achsabstand zwischen der Kontrollwelle und den Abtriebswellen sowie zwischen der Kontrollwelle und der Drehachse des Antriebsrads verwirklichbar. Dies ist ganz besonders dann der Fall, wenn Zahnräder mit gleichen Moduln für die Drehmomentübertragungseinrichtung einerseits und für die Mitnahmeeinrichtungen andererseits verwendet werden.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Sperrdifferenzialgetriebes bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Kupplungseinrichtung ein Abtriebswellenkupplungsmittel und ein Kontrollwellenkupplungsmittel aufweist, wobei in dem ersten Schaltzustand das Abtriebswellenkupplungsmittel geschlossen und das Kontrollwellenkupplungsmittel geöffnet ist, wobei in dem zweiten Schaltzustand das Abtriebswellenkupplungsmittel geöffnet und das Kontrollwellenkupplungsmittel geschlossen ist. Durch das Abtriebswellenkupplungsmittel wird in dem ersten Schaltzustand das Abtriebswellendrehkopplungsmittel drehfest mit der Abtriebswelle verbunden, wobei der Kontrollwellen-Freilauf wirksam ist, weil das Kontrollwellenkupplungsmittel geöffnet ist. In dem zweiten Schaltzustand wird umgekehrt das Kontrollwellendrehkopplungsmittel drehfest mit der Kontrollwelle verbunden, während der Abtriebswellen-Freilauf wirksam ist, weil das Abtriebswellenkupplungsmittel geöffnet ist. Zumindest eines der Kontrollwellenkupplungsmittel und der Abtriebswellenkupplungsmittel ist bevorzugt als Klauenkupplung ausgebildet. Besonders bevorzugt sind sowohl das Kontrollwellenkupplungsmittel als auch das Abtriebswellenkupplungsmittel als Klauenkupplung ausgebildet. Wiederum sind bevorzugt die Kupplungseinrichtungen beider Mitnahmeeinrichtungen identisch ausgebildet. Klauenkupplungen sind als solche bekannt, sodass auf deren Funktionsweise hier nicht näher eingegangen wird. Alternativ ist es auch möglich, dass zumindest eines der Kontrollwellenkupplungsmittel und der Abtriebswellenkupplungsmittel als Zahnkupplung ausgebildet ist.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Sperrdifferenzialgetriebes bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung ein erstes, auf der Kontrollwelle angeordnetes Kontrollwellendrehmomentübertragungsmittel aufweist, das mit einem zweiten, drehfest mit dem Antriebsrad verbundenen Antriebsraddrehmomentübertragungsmittel drehmomentübertragend verbunden ist. Dabei ist es möglich, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung als Kettentrieb, als Riementrieb, als Reibradtrieb, mit elektromagnetischen Kupplungsmitteln, oder in anderer geeigneter Weise ausgestaltet ist. Bevorzugt wird aber insbesondere ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Kontrollwellendrehmomentübertragungsmittel und das Antriebsraddrehmomentübertragungsmittel als Zahnräder, also als Kontrollwellendrehmomentübertragungszahnrad beziehungsweise als Antriebsraddrehmomentübertragungszahnrad, ausgebildet sind, wobei die beiden Zahnräder drehmomentübertragend miteinander verbunden sind. Besonders bevorzugt kämmen sie unmittelbar miteinander. Bevorzugt ist das Antriebsraddrehmomentübertragungszahnrad drehfest mit dem Antriebsrad des Sperrdifferenzialgetriebes verbunden und weist insoweit stets dieselbe Drehzahl wie dieses auf. Das Kontrollwellendrehmomentübertragungszahnrad ist vorzugsweise drehfest oder aber gekoppelt über die Drehmomentbegrenzungs- oder Drehmomentdämpfungseinrichtung mit der Kontrollwelle verbunden. Dabei gibt ein Durchmesserverhältnis zwischen dem Antriebsraddrehmomentübertagungszahnrad und dem Kontrollwellendrehmomentübertragungszahnrad ein Übersetzungsverhältnis für die Drehzahl der Kontrollwelle relativ zu der Drehzahl des Antriebsrads vor.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Sperrdifferenzialgetriebes ist vorgesehen, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung eine Drehmomentdämpfungseinrichtung oder eine Drehmomentbegrenzungseinrichtung aufweist, die eingerichtet ist zur Dämpfung oder Begrenzung eines in die Kontrollwelle eingeleiteten Drehmoments. Auf diese Weise wird das zum Antrieb der Kontrollwelle in diese eingeleitete Drehmoment gedämpft oder unter einen Grenzwert begrenzt, sodass eventuell auftretende Drehmomentspitzen nicht in die Kotrollwelle eingeleitet werden. Diese wird dadurch entlastet und geschont, wodurch sie kleiner und leichter ausgelegt werden kann, als wenn sie auch Drehmomentspitzen ungedämpft oder unbegrenzt zerstörungsfrei abfangen müsste. Die Drehmomentbegrenzungseinrichtung oder Drehmomentdämpfungseinrichtung kann beispielsweise als Kugelkupplung oder als torsionsgedämpfte Kupplungsscheibe ausgebildet sein. Dabei ist sie bevorzugt so ausgebildet, dass Drehmomente unterhalb eines vorgegebenen, oberen Grenzwerts ungemindert in die Kontrollwelle einleitbar sind, während den oberen Grenzwert übersteigende Drehmomentspitzen durch die Drehmomentbegrenzungs- oder -dämpfungseinrichtung begrenzt beziehungsweise gedämpft werden.
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Alternativ ist es bei einem Ausführungsbeispiel des Sperrdifferenzialgetriebes möglich, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung starr mit der Kontrollwelle gekoppelt ist, sodass Drehmomente unbegrenzt und ungedämpft in die Kontrollwelle eingeleitet werden. Diese muss in diesem Fall jedenfalls so massiv ausgebildet werden, dass im normalen Fahrbetrieb auftretende Drehmomentspitzen zerstörungsfrei von der Kontrollwelle aufnehmbar sind.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Sperrdifferenzialgetriebes bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung und die Mitnahmeeinrichtungen so ausgebildet sind, dass ein Verhältnis der Drehzahl der Kontrollwelle reduziert um die Drehzahl des Antriebsrads zu der Drehzahl des Antriebsrades dem halben Verhältnis der Drehzahl der schnelleren Abtriebswelle reduziert um die Drehzahl der langsameren Abtriebswelle zu der Drehzahl der langsameren Abtriebswelle beim Durchfahren einer Kurve entspricht, deren Durchmesser gleich dem Wendekreis eines mit dem Sperrdifferenzialgetriebe ausgerüsteten Fahrzeugs ist. Dies bedeutet mathematisch ausgedrückt Folgendes: Wird die Drehzahl der Kontrollwelle mit x‘ bezeichnet und die Drehzahl des Antriebsrades mit x, und wird außerdem die Drehzahl der schnelleren Abtriebswelle mit y‘ bezeichnet und die Drehzahl der langsameren Abtriebswelle mit y, so ist der Wert des Ausdrucks (x‘-x)/x gerade halb so groß wie der Wert des Ausdrucks (y‘-y)/y.
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Auf diese Weise ist gewährleistet, dass stets – unabhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs – die engste Kurve mit ungesperrtem Differenzial durchfahren werden kann, wobei die Sperrwirkung der Sperreinrichtung eintritt, wenn die Abtriebswellen eine Drehzahldifferenz anstreben, die größer ist als die maximale Drehzahldifferenz beim Durchfahren der engsten Kurve bei der momentan gefahrenen Geschwindigkeit. Zugleich sind – wie oben beschrieben – Gleichteile einerseits in der Drehmomentübertragungseinrichtung und andererseits in den Mitnahmeeinrichtungen verwendbar.
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Die konkreten Drehzahl- beziehungsweise Übersetzungsverhältnisse sind bevorzugt auf den jeweiligen Fahrzeugtyp geeignet abgestimmt, insbesondere abhängig von einer Spurbreite und einem Wendekreis des Fahrzeugs.
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Alternativ ist auch ein Ausführungsbeispiel des Sperrdifferenzialgetriebes möglich, bei dem die Mitnahmeeinrichtungen so ausgebildet sind, dass in diesen ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 verwirklicht wird. Dies ist allerdings nicht mit Modul-Zahnrädern, gleichwohl aber mit Sonderzahnrädern umsetzbar. In diesem Fall entspricht die Grenzdrehzahl stets der Drehzahl der Kontrollwelle, sodass die schneller drehende Abtriebswelle stets auf die Drehzahl der Kontrollwelle begrenzt wird. Zugleich wird über die Sperrwirkung des Differenzials die Drehzahl der langsamer laufenden Abtriebswelle nach unten begrenzt, nämlich gerade auf die Drehzahl des Antriebsrads reduziert um die Drehzahldifferenz zwischen der Kontrollwelle und dem Antriebsrad. Somit ist die Drehzahldifferenz zwischen der schnelleren Abtriebswelle und der langsameren Abtriebswelle dann gerade gleich der doppelten Differenz zwischen der Drehzahl des Antriebsrads und der Drehzahl der Kontrollwelle.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Sperrdifferenzialgetriebes bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Differenzialeinrichtung ausgebildet ist als Kegelraddifferenzial. Bei einem solchen Differenzialgetriebe ist typischerweise das Antriebsrad drehfest mit einer Differenzialglocke oder einem Gehäuse der Differenzialeinrichtung verbunden. In diesem Fall ist vorzugsweise auch das Antriebsraddrehmomentübertragungsmittel, insbesondere das Antriebsraddrehmomentübertragungszahnrad, drehfest mit der Differenzialglocke oder dem Gehäuse der Differenzialeinrichtung verbunden, wodurch es zugleich drehfest mit dem Antriebsrad gekoppelt ist.
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Alternativ wird bevorzugt, dass die Differenzialeinrichtung als Stirnrad- oder Leichtbaudifferenzial ausgebildet ist. Weiter alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Differenzialeinrichtung als Differenzial mit Planetengetriebe ausgebildet ist. Weiter alternativ ist es möglich, dass die Differenzialeinrichtung als Tellerradtriebling ausgebildet ist. Die Sperreinrichtung ist dabei in all diesen Fällen unabhängig von der konkreten Ausbildung der Differenzialeinrichtung anwendbar.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Sperrdifferenzialgetriebes bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass dieses ausgebildet ist als Vorderachsdifferenzial, als Hinterachsdifferenzial oder als Mittelachsdifferenzial, Verteilerdifferenzial, oder Zwischengetriebe-Differenzial. Die Sperreinrichtung ist bei jedem Differenzialgetriebe einsetzbar, unabhängig davon, ob es sich hierbei um das Vorderachsdifferenzial eines Fahrzeugs mit Front- oder Allradantrieb, das Hinterachsdifferenzial eines Fahrzeugs mit Front- oder Allradantrieb, oder um das Mittelachsdifferenzial, Verteilerdifferenzial oder Zwischengetriebe-Differenzial eines Fahrzeugs mit Allradantrieb handelt, wobei in den letzten Fällen das Mittelachsdifferenzial, das Verteilerdifferenzial oder das Zwischengetriebe-Differenzial ausgebildet sind zur Aufteilung eines Drehmoments auf die Frontachse einerseits und die Hinterachse andererseits. Auch hier ist die Sperreinrichtung ohne weiteres anwendbar, um eine entsprechende Drehzahldifferenzbegrenzung in einfacher Weise, bauraumsparend und ohne elektronische Einrichtungen zu ermöglichen.
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Bevorzugt wird noch ein Ausführungsbeispiel des Sperrdifferenzialgetriebes, das sich dadurch auszeichnet, dass die Differenzialeinrichtung und die Sperreinrichtung gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet sind. Dabei ist es insbesondere möglich, dass die Kontrollwelle gemeinsam mit den beiden Abtriebswellen in dem gleichen Gehäuse gelagert ist. Hierdurch kann eine sehr kompakte Ausgestaltung des gesamten Sperrdifferenzialgetriebes gewährleistet werden. Das Sperrdifferenzialgetriebe kann zur Schmierung und/oder Kühlung vollständig in Öl laufen. Alternativ ist es möglich, dass die Sperreinrichtung in einem separaten Gehäuse angeordnet und insbesondere an das Gehäuse der Differenzialeinrichtung angeflanscht beziehungsweise an diesem montiert ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein bestehendes Differenzialgetriebe mit der erfindungsgemäßen Sperreinrichtung nachgerüstet ist.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Sperreinrichtung für ein Differenzialgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 12 geschaffen wird. Die Sperreinrichtung weist eine Kontrollwelle mit einer Drehmomentübertragungseinrichtung auf, wobei diese ein mit der Kontrollwelle verbundenes Kontrollwellendrehmomentübertragungsmittel und ein Antriebsraddrehmomentübertragungsmittel aufweist, wobei das Antriebsraddrehmomentübertragungsmittel eingerichtet ist zur drehfesten Verbindung mit einem Antriebsrad eines Differenzialgetriebes. Dabei sind das Kontrollwellendrehmomentübertragungsmittel und das Antriebsraddrehmomentübertragungsmittel eingerichtet, um miteinander drehmomentübertragend zusammenzuwirken. Die Sperreinrichtung weist weiterhin eine erste und eine zweite Mitnahmeeinrichtung auf, wobei wenigstens eine der Mitnahmeeinrichtungen ein mit der Kontrollwelle verbundenes Kontrollwellendrehkopplungsmittel sowie ein Abtriebswellendrehkopplungsmittel aufweist, wobei das Abtriebswellendrehkopplungsmittel eingerichtet ist zur Verbindung mit einer Abtriebswelle eines Differenzialgetriebes, wobei das Kontrollwellendrehkopplungsmittel und das Abtriebswellendrehkopplungsmittel eingerichtet sind, um miteinander drehmomentübertragend zusammenzuwirken. Das Kontrollwellendrehmomentübertragungsmittel und das Antriebsraddrehmomentübertragungsmittel sind so ausgebildet, dass die Kontrollwelle eine höhere Drehzahl aufweist als das Antriebsraddrehmomentübertragungsmittel, wenn die Kontrollwelle durch das Antriebsraddrehmomentübertragungsmittel angetrieben wird. In Zusammenhang mit der Sperreinrichtung verwirklichen sich dieselben Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Sperrdifferenzialgetriebe erläutert wurden. Insbesondere wird durch die Ausgestaltung der Sperreinrichtung das schneller drehende Abtriebswellendrehkopplungsmittel und damit ein schneller drehendes Fahrzeugrad zwangsweise an die Drehzahl der Kontrollwelle angepasst, wenn die Sperreinrichtung wirksam wird.
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Insbesondere zeigt sich, dass durch die höhere Drehzahl der Kontrollwelle im Vergleich zu dem Antriebsraddrehmomentübertragungsmittel – bei Verwendung der Sperreinrichtung als Differenzialsperre eines Sperrdifferenzialgetriebes – eine schneller drehende Abtriebswelle bezüglich ihrer Drehzahl auf eine durch die Kontrollwelle vorgegebene Grenzdrehzahl begrenzt wird, wobei ein Traktionsmoment über das Differenzialgetriebe in die langsamer drehende Abtriebswelle eingeleitet wird, sodass die Kontrollwelle zu keinem Zeitpunkt das volle Antriebsmoment des Fahrzeugantriebs übertragen muss. Sie kann daher vergleichsweise klein und leicht ausgebildet sein. Darüber hinaus ist die Sperreinrichtung einfach und aus wenigen Elementen aufgebaut und daher leicht bei einem bestehenden Differenzialgetriebe nachrüstbar.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Sperreinrichtung ist vorgesehen, dass das Kontrollwellendrehmomentübertragungsmittel drehfest oder alternativ über eine Drehmomentbegrenzungs- oder eine Drehmomentdämpfungseinrichtung mit der Kontrollwelle verbunden ist.
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Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die beiden Mitnahmeeinrichtungen der Sperreinrichtung identisch ausgebildet sind, sodass die zuvor für wenigstens eine Mitnahmeeinrichtung dargestellten Merkmale bei beiden Mitnahmeeinrichtungen verwirklicht sind.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Sperreinrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Kontrollwellendrehkopplungsmittel über einen Kontrollwellen-Freilauf mit der Kontrollwelle verbunden ist, wobei das Abtriebswellendrehkopplungsmittel mit einem Abtriebswellen-Freilauf drehfest verbunden ist, wobei der Abtriebswellen-Freilauf eingerichtet ist zur Anordnung auf einer Abtriebswelle eines Differenzialgetriebes. Bevorzugt sind beide Kontrollwellendrehkopplungsmittel und Abtriebswellendrehkopplungsmittel beider Mitnahmeeinrichtungen entsprechend ausgebildet. Dabei ist der Kontrollwellen-Freilauf vorzugsweise so ausgebildet, dass er überrollt wird, solange die Kontrollwelle eine höhere Drehzahl aufweist als das Kontrollwellendrehkopplungsmittel, wobei er sperrt, wenn das Kontrollwellendrehkopplungsmittel eine Drehzahl anstrebt, die höher ist als die Drehzahl der Kontrollwelle. Der Abtriebswellen-Freilauf ist vorzugsweise so eingerichtet, dass er überrollt wird, solange die Abtriebswelle eine niedrigere Drehzahl aufweist als das Abtriebswellendrehkopplungsmittel, wobei er sperrt, sobald die Abtriebswelle eine Drehzahl anstrebt, die größer ist als die Drehzahl des Abtriebswellendrehkopplungsmittels. Durch diese Ausbildung der Freiläufe kann gewährleistet werden, dass die Drehzahl der Abtriebswelle stets auf die durch die Kontrollwelle vorgegebene Grenzdrehzahl begrenzt bleibt, diese also nicht überschreiten kann.
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Alternativ wird ein Ausführungsbeispiel der Sperreinrichtung bevorzugt, bei welchem das wenigstens eine Kontrollwellendrehkopplungsmittel über einen ersten Kontrollwellen-Freilauf und über einen zweiten Kontrollwellen-Freilauf mit der Kontrollwelle verbindbar ist, wobei das wenigstens eine Abtriebswellendrehkopplungsmittel drehfest mit einer Abtriebswelle eines Differenzialgetriebes verbindbar ist. Die beiden Kontrollwellen-Freiläufe unterscheiden sich bezüglich ihrer Wirkrichtung. Bevorzugt ist eine Kupplungseinrichtung vorgesehen, durch welche in einem ersten Schaltzustand der erste Kontrollwellen-Freilauf mit der Kontrollwelle koppelbar ist, während der zweite Kontrollwellen-Freilauf relativ zu der Kontrollwelle frei drehbar ist, wobei in einem zweiten Schaltzustand der Kupplungseinrichtung der zweite Kontrollwellen-Freilauf mit der Kontrollwelle verbinbar ist, während der erste Kontrollwellen-Freilauf relativ zu der Kontrollwelle frei drehbar ist. Auf diese Weise wird die gleiche Funktionalität wie mit dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel erzielt, wobei jedoch alle Freiläufe auf der Kontrollwelle angeordnet sind. Insbesondere von einer Fahrtrichtung eines Kraftfahrzeugs abhängig wird die Kupplungseinrichtung in den ersten oder den zweiten Schaltzustand geschaltet, um den in der passenden Wirkrichtung wirkenden Freilauf mit der Kontrollwelle zu verbinden. Das Kontrollwellendrehkopplungsmittel ist dann über diesen für die Fahrtrichtung passenden Freilauf mit der Kontrollwelle verbunden, während die Verbindung über den in der anderen Wirkrichtung wirkenden Freilauf durch die Kupplungseinrichtung gelöst ist.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Sperreinrichtung bevorzugt, das sich durch eine Kupplungseinrichtung auszeichnet, die für wenigstens eine Mitnahmeeinrichtung – vorzugsweise für beide Mitnahmeeinrichtungen – folgende Elemente aufweist: Ein Kontrollwellenkupplungsmittel, das auf der Kontrollwelle angeordnet und eingerichtet ist zur Freigabe einer Kopplung des Kontrollwellendrehkopplungsmittels mit der Kontrollwelle in einem ersten Schaltzustand, und zur drehfesten Kopplung des Kontrollwellendrehkopplungsmittels mit der Kontrollwelle in einem zweiten Schaltzustand der Kupplungseinrichtung; außerdem ein Abtriebswellenkupplungsmittel, das eingerichtet ist zur Anordnung auf einer Abtriebswelle eines Differenzialgetriebes und eingerichtet zur drehfesten Kopplung des Abtriebswellendrehkopplungsmittels mit der Abtriebswelle in dem ersten Schaltzustand der Kupplungseinrichtung, sowie zur Freigabe der Kopplung des Abtriebswellendrehkopplungsmittels mit der Abtriebswelle in dem zweiten Schaltzustand der Kupplungseinrichtung. Bevorzugt ist wenigstens eines der Kupplungsmittel als Klauenkupplung ausgebildet. Vorzugsweise sind sowohl das Kontrollwellenkupplungsmittel als auch das Abtriebswellenkupplungsmittel als Klauenkupplung ausgebildet.
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Bevorzugt weist die Sperreinrichtung eine Schalteinrichtung auf, die eingerichtet ist zur Schaltung der Kupplungseinrichtung von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand und zurück. Bevorzugt ist die Schalteinrichtung eingerichtet, um mit einer Umschalteinrichtung eines Fahrzeugs oder mit einem von dem Fahrzeug umfassten Drehrichtungssensor so wirkverbunden zu werden, dass die Schalteinrichtung abhängig von einer Drehrichtung der Abtriebswellen, insbesondere abhängig von Vorwärtsfahrt oder einer Rückwärtsfahrt, bevorzugt abhängig von dem Einlegen eines Rückwärtsgangs, geschaltet werden kann.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Sperreinrichtung ist/sind das Antriebsraddrehmomentübertragungsmittel, das Kontrollwellendrehmomentübertragungsmittel, das Kontrollwellendrehkopplungsmittel, und/oder das Abtriebswellendrehkopplungsmittel als Zahnrad ausgebildet. Vorzugsweise sind alle diese Elemente als Zahnräder ausgebildet.
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Es zeigt sich, dass das Sperrdifferenzialgetriebe und die Sperreinrichtung ohne jeglichen Steuereingriff einer Elektronik ansprechen, wenn ein mit einer Abtriebswelle verbundenes Fahrzeugrad durchdreht, wobei sich das Differenzialgetriebe frei fahren lässt und bevorzugt erst bei einem Durchdrehen eines Rades um einen Winkel von circa 70° anspricht. Dabei spricht die Sperreinrichtung in ungefähr 14 ms an, wobei gemäß dem Stand der Technik vorgesehene Sperreinrichtungen erst nach ungefäht 80 ms ansprechen. Neben ihrem einfachen Aufbau weist also die hier vorgeschlagene Sperreinrichtung zusätzlich eine sehr kurze Ansprechzeit auf, was aus Sicherheitsgründen vorteilhaft ist.
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Das Sperrdifferenzialgetriebe und/oder die Sperreinrichtung weist/weisen bevorzugt einen Sensor auf, der die Sperrwirkung der Sperreinrichtung sensiert, wobei besonders bevorzugt eine Einrichtung mit dem Sensor wirkverbunden ist, welche dem Fahrer des Fahrzeugs signalisiert, dass das Differenzialgetriebe gesperrt ist. Insbesondere ist vorzugsweise eine Leuchte vorgesehen, die aufleuchtet, wenn die Sperreinrichtung aktiv wird und das Differenzialgetriebe gesperrt ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass dem Fahrer akustisch die Sperre des Differenzialgetriebes signalisiert wird. Auf diese Weise wird der Fahrer bevorzugt optisch und/oder akustisch darüber informiert, wenn die Sperreinrichtung wirksam wird. Die Leuchte oder die akustische Warnung wird vorzugsweise wieder deaktiviert, wenn die Sperreinrichtung das Differenzialgetriebe freigibt.
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Die Beschreibung der Sperreinrichtung einerseits und des Sperrdifferenzialgetriebes andererseits sind bevorzugt insoweit komplementär zu verstehen, als Merkmale der Sperreinrichtung, die in Zusammenhang mit dem Sperrdifferenzialgetriebe erläutert wurden, auch bevorzugt Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Sperreinrichtung sind. Umgekehrt sind Merkmale des Sperrdifferenzialgetriebes, die in Zusammenhang mit der Sperreinrichtung erläutert wurden, bevorzugt auch Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Sperrdifferenzialgetriebes.
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Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Verwendung einer Sperreinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele als Differenzialsperre gemäß Anspruch 15 vorgeschlagen wird. Dementsprechend wird die Sperreinrichtung vorzugsweise als Differenzialsperre an einem Kegelraddifferenzial, einem Stirnrad- oder Leichtbaudifferenzial, einem Differenzial mit Planetengetriebe oder einem Tellerradtriebling verwendet. Alternativ oder zusätzlich wird die Sperreinrichtung vorzugsweise als Differenzialsperre an einem Differenzialgetriebe verwendet, dass ausgebildet ist als Vorderachsdifferenzial, als Hinterachsdifferenzial, als Mittelachsdifferenzial, als Verteilerdifferenzial, oder als Zwischengetriebe-Differenzial.
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In all diesen Fällen verwirklichen sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Sperrdifferenzialgetriebe beziehungsweise mit der Sperreinrichtung erläutert wurden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Sperrdifferenzialgetriebes mit einem Ausführungsbeispiel einer Sperreinrichtung;
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2 eine schematische Darstellung der Funktionsweise des Sperrdifferenzialgetriebes beziehungsweise der Sperreinrichtung gemäß 1 bei Vorwärtsfahrt;
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3 eine der Darstellung gemäß 2 entsprechende, schematische Darstellung der Funktionsweise des Sperrdifferenzialgetriebes beziehungsweise der Sperreinrichtung gemäß 1 bei Rückwärtsfahrt, und
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4 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Sperrdifferenzialgetriebes mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der Sperreinrichtung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Sperrdifferenzialgetriebes 1 mit einer Sperreinrichtung 3. Das Sperrdifferenzialgetriebe weist ein Antriebsrad 5 auf, das hier als Kronenrad ausgebildet ist und mit einer Abtriebswelle 7 einer ein Antriebsmoment erzeugenden Antriebseinrichtung, beispielsweise einer Brennkraftmaschine, einem Elektromotor oder einem hybridisierten Antrieb, eines Kraftfahrzeugs in drehmomentübertragender Verbindung steht. Hierzu weist die Abtriebswelle 7 ein Kegelrad 9 auf, welches mit dem Antriebsrad 5 kämmt.
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Das Sperrdifferenzialgetriebe 1 weist außerdem eine Differenzialeinrichtung 11 auf, die hier in an sich bekannter Weise als Kegelraddifferenzial ausgebildet ist. Dabei ist das Antriebsrad 5 drehfest auf einer Differenzialglocke 13 des Kegelraddifferenzials befestigt.
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Das Sperrdifferenzialgetriebe 1 ist hier als Achsdifferenzial einer Antriebsachse ausgebildet und weist eine erste – hier in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs gesehen rechte – Abtriebswelle 15 sowie eine zweite – hier in Fahrtrichtung gesehen linke – Abtriebswelle 17 auf, wobei die Abtriebswellen 15, 17 über die Differenzialeinrichtung 11 mit dem Antriebsrad 5 verbunden sind. Dabei ist die Differenzialeinrichtung 11 in an sich bekannter Weise ausgebildet zur Übertagung eines Drehmoments von dem Antriebsrad 5 auf die Abtriebswellen 15, 17. Außerdem ist die Differenzialeinrichtung 11 – ebenfalls in an sich bekannter Weise – eingerichtet, um eine Relativdrehung zwischen der ersten Abtriebswelle 15 und der zweiten Abtriebswelle 17, insbesondere bei Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs, zu ermöglichen.
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Die Sperreinrichtung 3 ist eingerichtet zur Begrenzung einer Drehzahldifferenz beziehungsweise eines Drehzahlverhältnisses zwischen der ersten Abtriebswelle 15 und der zweiten Abtriebswelle 17. Hierzu weist sie eine Kontrollwelle 19 auf, die über eine Drehmomentübertragungseinrichtung 21 derart mit dem Antriebsrad 5 wirkverbunden ist, dass die Kontrollwelle 19 von dem Antriebsrad 5 mit einer Drehzahl angetrieben wird, die um ein von der Drehmomentübertragungseinrichtung 21 vorgegebenes Übersetzungsverhältnis höher ist als die Drehzahl des Antriebsrads 5.
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Hier weist die Drehmomentübertragungseinrichtung 21 ein erstes, als Kontrollwellendrehmomentübertragungszahnrad ausgebildetes, auf der Kontrollwelle 19 angeordnetes Kontrollwellendrehmomentübertragungsmittel 23 auf, wobei ein als Antriebsraddrehmomentübertragungszahnrad ausgebildetes Antriebsraddrehmomentübertragungsmittel 25 drehfest mit dem Antriebsrad 5 verbunden ist. Dabei ist das Antriebsraddrehmomentübertragungsmittel 25 hier drehfest auf der Differenzialglocke 13 montiert. Die beiden als Zahnräder ausgebildeten Drehmomentübertragungsmittel 23, 25 kämmen unmittelbar miteinander, wobei ihr Durchmesserverhältnis zugleich das Übersetzungsverhältnis der Drehmomentübertragungseinrichtung 21 festlegt. Dabei ist der Durchmesser des Kontrollwellendrehmomentübertragungsmittels 23 kleiner als der Durchmesser des Antriebsraddrehmomentübertragungsmittels 25, sodass eine Übersetzung ins Schnelle verwirklicht wird, mithin die Kontrollwelle 19 schneller, also mit höherer Drehzahl, dreht als das Antriebsrad 5.
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Die Drehmomentübertragungseinrichtung 21 weist hier eine Drehmomentbegrenzungseinrichtung 27 auf, über welche das Kontrollwellendrehmomentübertragungsmittel 23 mit der Kontrollwelle 19 wirkverbunden ist. Dabei ist die Drehmomentbegrenzungseinrichtung 27 eingerichtet zur Begrenzung oder Dämpfung eines über das Kontrollwellendrehmomentübertragungsmittel 23 in die Kontrollwelle 19 eingeleiteten Drehmoments. Hierdurch wird insbesondere eine Einleitung von Drehmomentspitzen im Betrieb des Sperrdifferenzialgetriebes 1 in die Kontrollwelle 19 vermieden, wodurch diese kleiner und leichter bauen kann.
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Die Kontrollwelle 19 ist über eine erste Mitnahmeeinrichtung 29 mit der ersten Abtriebswelle 15 und über eine zweite Mitnahmeeinrichtung 31 mit der zweiten Abtriebswelle 17 wirkverbunden. Dabei sind die erste und die zweite Mitnahmeeinrichtung 29, 31 ausgebildet zur Begrenzung einer Drehzahl der ihnen jeweils zugeordneten Abtriebswellen 15, 17 auf eine Grenzdrehzahl, die durch die Kontrollwelle 19 vorgegeben ist, wenn eine der Abtriebswellen 15, 17 eine Drehzahl anstrebt, die größer ist als die vorgegebene Grenzdrehzahl.
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Die Mitnahmeeinrichtungen 29, 31 sind bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel identisch ausgebildet, sodass im Folgenden nur die erste Mitnahmeeinrichtung 29 näher erläutert wird. Alles was zu dieser ausgeführt wird, gilt entsprechend auch für die zweite Mitnahmeeinrichtung 31, wobei entsprechende Elemente der zweiten Mitnahmeeinrichtung 31 zur Verdeutlichung mit strichlierten Bezugszeichen bezeichnet sind.
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Die erste Mitnahmeeinrichtung 29 weist ein Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33 auf. Sie weist weiterhin ein Abtriebswellendrehkopplungsmittel 35 auf, das mit dem Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33 in drehmomentübertragendem Eingriff ist. Dabei sind hier sowohl das Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33 als auch das Abtriebswellendrehkopplungsmittel 35 als unmittelbar miteinander kämmende Zahnräder ausgebildet. Bei dem hier konkret dargestellten Ausführungsbeispiel wird im Bereich der Mitnahmeeinrichtungen 29, 31 ein Übersetzungsverhältnis verwirklicht, welches gerade dem Kehrwert des Übersetzungsverhältnisses der Drehmomentübertragungseinrichtung 21 entspricht. Hierdurch ist es möglich, für die verschiedenen Zahnräder Gleichteile zu verwenden. Insbesondere werden bevorzugt gleiche Zahnräder mit kleinerem Durchmesser für das Kontrollwellendrehmomentübertragungsmittel 23 sowie für die Abtriebswellendrehkopplungsmittel 35, 35‘ verwendet, wobei weiterhin gleiche Zahnräder mit größerem Durchmesser für das Antriebsraddrehmomentübertragungsmittel 25 und die Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33, 33‘ verwendet werden. Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel ist daher in Hinblick auf den hiermit verbundenen logistischen Aufwand und den Herstellungsaufwand sehr günstig konzipiert, weil für die Drehmomentübertragungseinrichtung 21 und die Mitnahmeeinrichtungen 29, 31 Gleichteile verwendbar sind. Die konkreten Übersetzungsverhältnisse werden dabei bevorzugt auf jeden Fahrzeugtyp in geeigneter Weise angepasst.
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Alternativ ist auch ein Ausführungsbeispiel möglich, bei dem in den Mitnahmeeinrichtungen 29, 31 ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 mittels Sonderzahnrädern verwirklicht wird. Bevorzugt werden dabei für die Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33, 33‘ und die Abtriebswellendrehkopplungsmittel 35, 35‘ gleich große, unmittelbar miteinander kämmende Zahnräder verwendet. Insofern können in diesem Fall keine Gleichteile bei der Drehmomentübertragungseinrichtung 21 eingesetzt werden, weil hier weiterhin eine Übersetzung ins Schnelle verwirklicht wird. Es ist aber zumindest möglich, für die beiden Mitnahmeeinrichtungen 29, 31 identische Zahnräder einzusetzen.
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Das Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33, 33‘ ist über einen Kontrollwellen-Freilauf 37, 37‘ mit der Kontrollwelle 19 verbunden. Der Kontrollwellen-Freilauf 37, 37‘ ist so ausgebildet, dass er überrollt wird, wenn das Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33, 33‘ eine geringere Drehzahl aufweist als die Kontrollwelle 19 – insbesondere bei Vorwärtsfahrt des mit dem Sperrdifferenzialgetriebes 1 ausgestatteten Kraftfahrzeugs. Der Kontrollwellen-Freilauf 37, 37‘ ist weiterhin so ausgebildet, dass er sperrt, wenn – wiederum insbesondere bei Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs – das Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33, 33‘ eine höhere Drehzahl anstrebt als die Kontrollwelle 19. Somit wird die Drehzahl des Kontrollwellendrehkopplungsmittels 33, 33‘ auf die Drehzahl der Kontrollwelle 19 begrenzt.
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Das Abtriebswellendrehkopplungsmittel 35, 35‘ ist über einen Abtriebswellen-Freilauf 39, 39‘ mit der Abtriebswelle 15, 17 verbunden.
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Der Abtriebswellen-Freilauf 39, 39‘ ist so ausgebildet, dass er überrollt wird, wenn die Abtriebswelle 15, 17 – insbesondere bei Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs – eine kleinere Drehzahl aufweist als das Abtriebswellendrehkopplungsmittel 35, 35‘. Der Abtriebswellen-Freilauf 39, 39‘ sperrt, wenn die Abtriebswelle 15, 17 eine Drehzahl anstrebt, die größer ist, als die Drehzahl des Abtriebswellendrehkopplungsmittel 35, 35‘. Entsprechend wird die Drehzahl der Abtriebswelle 15, 17 auf die Drehzahl des Abtriebswellendrehkopplungsmittel 35, 35‘ – insbesondere bei Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs – begrenzt.
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Es ist außerdem eine Kupplungseinrichtung 41, 41‘ vorgesehen, die einen in 1 dargestellten ersten Schaltzustand sowie einen in 1 nicht dargestellten zweiten Schaltzustand aufweist, wobei die Kupplungseinrichtung in ihrem ersten Schaltzustand das Abtriebswellendrehkopplungsmittel 35, 35‘ drehfest mit der Abtriebswelle 15, 17 verbindet. Insoweit ist dann der Abtriebswellen-Freilauf 39, 39‘ ohne Funktion. Zugleich gibt die Kupplungseinrichtung 41 in dem ersten Schaltzustand eine Verbindung des Kontrollwellendrehkopplungsmittels 33, 33‘ mit der Kontrollwelle 19 frei, sodass in dem zweiten Schaltzustand der Zustand des Kontrollwellen-Freilaufs 37, 37‘ dafür maßgeblich ist, ob das Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33, 33‘ drehfest mit der Kontrollwelle 19 verbunden oder vielmehr relativ zu dieser drehbar ist.
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In dem zweiten Schaltzustand der Kupplungseinrichtung 41 ist umgekehrt das Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33, 33‘ drehfest mit der Kontrollwelle 19 verbunden, wobei die Verbindung zwischen dem Abtriebswellendrehkopplungsmittel 35, 35‘ und der Abtriebswelle 15, 17 freigegeben ist, sodass hier nun insoweit der Zustand des Abtriebswellen-Freilaufs 39, 39‘ maßgeblich dafür ist, ob das Abtriebswellendrehkopplungsmittel 35, 35‘ drehfest mit der Abtriebswelle 15, 17 verbunden oder relativ zu dieser drehbar ist. Insoweit ist also in dem zweiten Schaltzustand der Kontrollwellen-Freilauf 37, 37‘ funktionslos, während der Abtriebswellen-Freilauf 39, 39‘ arbeitet.
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Zur Verwirklichung der beiden Schaltzustände weist die Kupplungseinrichtung 41, 41‘ ein hier als Klauenkupplung ausgebildetes Abtriebswellenkupplungsmittel 43, 43‘ auf, welches in dem ersten Schaltzustand geschlossen und in dem zweiten Schaltzustand geöffnet ist, wobei die Kupplungseinrichtung 41, 41‘ weiterhin ein hier als Klauenkupplung ausgebildetes Kontrollwellenkupplungsmittel 45, 45‘ aufweist, welches in dem ersten Schaltzustand geöffnet und in dem zweiten Schaltzustand geschlossen ist.
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Die Kupplungseinrichtung 41 ist bevorzugt mit einer in 1 nicht dargestellten Schalteinrichtung wirkverbunden, durch welche die Kupplungseinrichtung 41 – vorzugsweise abhängig von dem Schaltzustand eines Rückwärtsgangs des Kraftfahrzeugs – von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand schaltbar ist. Dabei ist die Kupplungseinrichtung 41 insbesondere in dem ersten Schaltzustand angeordnet, wenn das Kraftfahrzeug vorwärts fährt, wobei sie in dem zweiten Schaltzustand angeordnet ist, wenn das Kraftfahrzeug rückwärts fährt.
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Die Funktionsweise des Sperrdifferenzialgetriebes 1 und der Sperreinrichtung 3 wird im Folgenden anhand der schematischen Darstellung von 2 für eine durch einen Pfeil P angedeutete Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs näher erläutert, wobei die Fahrtrichtung in 2 vorwärts ist. Entsprechend ist die Kupplungseinrichtung 41, 41‘ in dem ersten Schaltzustand angeordnet, und die Abtriebswellenkupplungsmittel 43, 43‘ sind geschlossen, während die Kontrollwellenkupplungsmittel 45, 45‘ geöffnet sind.
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Durch Pfeile P‘ sind die Umdrehungsrichtungen der verschiedenen Elemente dargestellt. Es zeigt sich nun Folgendes:
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Das Antriebsraddrehmomentübertagungsmittel 25 dreht sich mit der Drehzahl des Antriebsrades 5 und treibt das Kontrollwellendrehmomentübertagungsmittel 23 und damit zugleich die Kontrollwelle 19 hier mit einer Übersetzung ins Schnelle an, sodass die Kontrollwelle 19 schneller dreht als das Antriebsrad 5.
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Bei Geraderausfahrt des Kraftfahrzeugs drehen die Abtriebswellen 15, 17 mit der Drehzahl des Antriebsrades 5. Da die Abtriebswellenkupplungsmittel 43, 43‘ geschlossen sind, sind die Abtriebswellendrehkopplungsmittel 35, 35‘ drehfest mit den Abtriebswellen 15, 17 verbunden, sodass sie jeweils mit der Drehzahl der ihnen zugeordneten Abtriebswelle 15, 17 und damit bei Geraderausfahrt mit der Drehzahl des Antriebsrads 5 drehen. Dabei treiben die Abtriebswellendrehkopplungsmittel 35, 35‘ die Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33, 33‘ an, und zwar bevorzugt mit dem umgekehrten Übersetzungsverhältnis zu dem der Drehmomentübertragungseinrichtung 21, wodurch die Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33, 33‘ um einen entsprechenden Faktor langsamer drehen als die Abtriebswellendrehkopplungsmittel 35, 35‘. Die Kontrollwelle 19 dreht sich mit gleichem Drehsinn wie die Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33, 33‘, jedoch schneller als diese, sodass die in 2 nur schematisch angedeuteten Kontrollwellen-Freiläufe 37, 37‘ bei Geraderausfahrt des Kraftfahrzeugs überrollt werden.
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Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33, 33‘ und die Abtriebswellendrehkopplungsmittel 35, 35‘ jeweils so zusammenwirken, dass hier ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 verwirklicht wird. Auch in diesem Fall sind die Kontrollwellen-Freiläufe 37, 37‘ bei Geraderausfahrt frei, es ändert sich lediglich die durch die Kontrollwelle 19 vorgegebene Grenzdrehzahl für die Abtriebswellen 15, 17, bei welcher die Kontrollwellen-Freiläufe 37, 37‘ sperren.
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Fährt das Kraftfahrzeug in eine Kurve, weichen die Drehzahlen der Abtriebswellen 15, 17 voneinander ab. Dabei dreht die eine der Abtriebswellen 15, 17 schneller, wobei die andere langsamer dreht. Im Bereich der schneller drehenden Abtriebswelle 15, 17 wird auch das Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33, 33‘ beschleunigt gedreht, wobei jedoch die Drehzahl der Kontrollwelle 19 über die Übersetzung in der Drehmomentübertragungseinrichtung 21 so abgestimmt ist, dass auch die engste mögliche Kurve, die dem Wendekreis des Fahrzeugs entspricht, durchfahren werden kann, ohne dass einer der Kontrollwellen-Freiläufe 37, 37‘ sperrt.
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Gerät dagegen eines der Räder des Fahrzeugs in einen verringerten Reibkontakt mit der Fahrbahn oder verliert sogar den Kontakt mit der Fahrbahn ganz, sodass das Rad durchrutscht, wird es beschleunigt. Im Folgenden wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit angenommen, dass hier das rechte, mit der Abtriebswelle 15 verbundene Rad beschleunigt. Dabei steigt die Drehzahl der Abtriebswelle 15 und zugleich auch des Abtriebswellendrehkopplungsmittels 35. Dieses treibt auch das Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33 zu beschleunigter Umdrehung an, solange bis die Drehzahl des Kontrollwellendrehkopplungsmittels 33 einen höheren Wert anstrebt, als ihn die Drehzahl der Kontrollwelle 19 aufweist. In diesem Fall sperrt der Freilauf 37 und begrenzt somit die Drehzahl des Kontrollwellendrehkopplungsmittels 33 auf die Drehzahl der Kontrollwelle 19. Entsprechend wird die Drehzahl des Abtriebswellendrehkopplungsmittels 35 und damit zugleich der Abtriebswelle 15 auf eine Grenzdrehzahl begrenzt, die hier außer durch die Drehzahl der Kontrollwelle 19 noch bestimmt ist durch das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Abtriebswellendrehkopplungsmittel 35 und dem Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33. Ist das Übersetzungsverhältnis gerade 1:1, wird auch die Drehzahl der Abtriebswelle 15 auf die Drehzahl der Kontrollwelle 19 begrenzt. Ist dagegen das Übersetzungsverhältnis um einen Faktor größer als 1, liegt die Grenzdrehzahl für die Abtriebswelle 15 gerade um diesen Faktor über der Drehzahl der Kontrollwelle 19. Der Faktor wird bevorzugt für jeden Fahrzeugtyp geeignet gewählt.
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Durch diese Drehzahlbegrenzung wird die Differenzialeinrichtung 11 gesperrt, und die Drehzahl der langsamer laufenden Abtriebswelle 17 wird entsprechend nach unten begrenzt, sodass diese nicht weiter abnimmt. Das aufgrund der Sperrwirkung an dem mit der Abtriebswelle 17 verbundenen Rad wirkenden Traktionsmoment wird über die Differenzialeinrichtung 11 und die zweite Abtriebswelle 17 auf das Rad übertragen. Da also das schneller laufende Rad durch die Kontrollwelle 19 bezüglich seiner maximalen Drehzahl begrenzt wird, wird ein geringeres Drehmoment über die Kontrollwelle 19 übertragen, sodass diese vergleichsweise leicht ausgebildet sein kann.
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Es ist offensichtlich, dass sich gerade die umgekehrten Verhältnisse ergeben, wenn anstelle des mit der ersten Abtriebswelle 15 verbundenen Rades das mit der zweiten Abtriebswelle 17 verbundene Rad durchdreht. Ebenfalls ist offensichtlich, dass bei dem langsamer laufenden Rad beziehungsweise der langsamer laufenden Abtriebswelle – in dem gewählten Beispiel also der Abtriebswelle 17 – keine Sperrwirkung des Kontrollwellen-Freilaufs 37‘ ergibt, weil hier die Umdrehungszahl des Kontrollwellendrehkopplungsmittels 33‘ stets kleiner bleibt als die Drehzahl der Kontrollwelle 19.
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Greift das durchdrehende Rad wieder, wird es durch den Fahrbahnkontakt abgebremst, wodurch der Kontrollwellen-Freilauf 37 wieder überrollt wird und die Sperrwirkung der Sperreinrichtung 3 ganz automatisch aufgehoben wird.
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Damit zeigt sich, dass diese automatisch ohne Eingriff des Fahrers ober einer Regelungselektronik bedarfsgerecht eine Differenzialsperre bewirkt und auch wieder freigibt. Dabei ist zugleich stets gewährleistet, dass auch der engst mögliche Kurvenradius durchfahren werden kann, ohne dass die Differenzialsperre aktiv wird.
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3 zeigt schließlich noch eine schematische Darstellung der Funktionsweise des Sperrdifferenzialgetriebe 1 und der Sperreinrichtung 3 bei Rückwärtsfahrt, was hier ebenfalls durch einen Pfeil P angedeutet ist. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Bei Rückwärtsfahrt ist die Schalteinrichtung 41 in ihrem zweiten Schaltzustand angeordnet, wobei die Abtriebswellenkupplungsmittel 43, 43‘ geöffnet sind, während die Kontrollwellenkupplungsmittel 45, 45‘ geschlossen sind. Die Drehrichtungen der einzelnen Elemente sind hier wiederum durch Pfeile P‘ angegeben.
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Im Unterschied zu dem in 2 dargestellten Zustand sind nun in 3 die Kontrollwellen-Freiläufe 37, 37‘ ohne Funktion, da die Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33, 33‘ über die Kontrollwellenkupplungsmittel 45, 45‘ drehfest mit der Kontrollwelle 19 verbunden sind. Diese treiben hier die Abtriebswellendrehkopplungsmittel 35, 35‘ entsprechend dem gewählten Übersetzungsverhältnis an. Da die Abtriebswellenkupplungsmittel 43, 43‘ geöffnet sind, ist bei überrollenden Abtriebswellen-Freiläufen 39, 39‘ eine Relativdrehung zwischen den Abtriebswellendrehkopplungsmitteln 35, 35‘ und den ihnen zugeordneten Abtriebswellen 15, 17 möglich.
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Bei geradeaus gerichteter Rückwärtsfahrt und auch in der engst möglichen Kurve drehen die Abtriebswellen 15, 17 stets langsamer beziehungsweise höchstens so schnell wie die durch die Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33, 33’ angetriebenen Abtriebswellendrehkopplungsmittel 35, 35‘. Dreht dagegen eines der mit den Abtriebswellen verbundenen Räder, hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit rein beispielhaft das mit der ersten Abtriebswelle 15 gekoppelte Rad, durch, strebt die Abtriebswelle 15 eine Drehzahl an, die größer ist als die Drehzahl des Abtriebswellendrehkopplungsmittels 35. In diesem Fall sperrt der Freilauf, sodass die Drehzahl der Abtriebswelle 15 auf die Drehzahl des Abtriebswellendrehkopplungsmittels 35 begrenzt bleibt.
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Auf diese Weise ergibt sich die gleiche Wirkung, die bereits in Zusammenhang mit 2 für die Vorwärtsfahrt beschrieben wurde. Die schneller drehende Abtriebswelle 15, 17 ist bezüglich ihrer maximal möglichen Drehzahl begrenzt, wodurch zugleich über die Sperrwirkung der Differenzialeinrichtung 11 dann auch die Drehzahl der langsamer drehenden Abtriebswelle 15, 17 bezüglich ihrer Drehzahl nach unten begrenzt ist. Genau wie bereits in Zusammenhang mit der Vorwärtsfahrt beschrieben wird auch bei der Rückwärtsfahrt die Differenzialsperre sofort wieder frei, sobald das durchdrehende Rad ausreichend Reibkontakt zur Fahrbahn hat und dadurch gebremst wird.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Sperrdifferenzialgetriebes 1 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der Sperreinrichtung 3. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Abtriebswellendrehkopplungsmittel 35, 35‘ jeweils drehfest mit den ihnen zugeordneten Abtriebswellen 15, 17 verbunden. Insoweit sind hier keine Abtriebswellen-Freiläufe vorgesehen. Die Funktionalität, die in Zusammenhang mit den Abtriebswellen-Freiläufen 39, 39‘ des ersten Ausführungsbeispiels erläutert wurde, ist hier vollständig auf die Kontrollwelle 19 verlagert. Dies wird auch hier wiederum anhand der ersten Mitnahmeeinrichtung 29 erläutert, wobei die zweite Mitnahmeeinrichtung 31 identisch – wie mit gestrichenen Bezugszeichen angedeutet – ausgebildet ist.
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Insofern zeigt sich, dass das Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33 über einen ersten Kontrollwellen-Freilauf 37 und über einen zweiten Kontrollwellen-Freilauf 38 mit der Kontrollwelle 19 verbindbar ist. Dabei weisen die beiden Kontrollwellen-Freiläufe 37, 38 entgegengesetzte Wirkrichtungen auf, sperren also bei entgegengesetzten Relativdrehungen des Kontrollwellendrehkopplungsmittels 33 relativ zu mit der Kontrollwelle 19 verbindbaren Teilen der Kontrollwellen-Freiläufe 37, 38. Mittels der Kupplungseinrichtung 41 sind hier die Kontrollwellen-Freiläufe 37, 38 alternierend mit der Kontrollwelle 19 verbindbar.
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In 4 ist ein erster Schaltzustand der Kupplungseinrichtung 41 dargestellt, bei dem die ersten Kontrollwellen-Freiläufe 37, 37‘ mit der Kontrollwelle 19 verbunden sind. Im Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist hier nun aber nicht das Kontrollwellendrehkopplungsmittel 33, 33‘ drehfest mit der Kontrollwelle 19 gekoppelt, sondern die ersten Kontrollwellen-Freiläufe 37, 37‘ sind derart mit der Kontrollwelle 19 verbunden, dass sie wirksam sind. Zugleich sind die zweiten Kontrollwellen-Freiläufe 38, 38‘ nicht mit der Kontrollwelle 19 verbunden, sodass sie relativ zu dieser frei drehbar und somit nicht wirksam sind. Auf diese Weise ergibt sich beispielsweise die in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel zuvor erläuterte Funktionalität der Sperreinrichtung 3 bei Vorwärtsfahrt eines Kraftfahrzeugs.
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Um die andere Drehrichtung, beispielsweise also die Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs, mit der entsprechenden Funktionalität der Sperreinrichtung 3 bedienen zu können, ist vorgesehen, dass mittels der Kupplungseinrichtung 41 in einem zweiten Schaltzustand die zweiten Kontrollwellen-Freiläufe 38, 38‘ mit der Kontrollwelle 19 verbunden und damit wirksam geschaltet werden können, während in dem zweiten Schaltzustand zugleich die ersten Kontrollwellen-Freiläufe 37, 37‘ relativ zu der Kontrollwelle 19 frei drehbar und somit unwirksam sind. Aufgrund der gegenläufigen Sperrrichtungen der ersten Kontrollwellen-Freiläufe 37, 37‘ einerseits und der zweiten Kontrollwellen-Freiläufe 38, 38‘ andererseits wird dann die entsprechende, gewünschte Umkehr der Funktionalität in Hinblick auf die Drehrichtung beziehungsweise Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bewirkt.
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Im Übrigen entspricht die Funktionsweise dieses zweiten Ausführungsbeispiels der Funktionsweise des ersten Ausführungsbeispiels.
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Vorteilhaft ist jedoch, dass keine Freiläufe auf den Abtriebswellen 15, 17 angeordnet sein müssen, wodurch die volle Funktionalität der Sperreinrichtung 3 auf der Kontrollwelle 19 aufgebaut werden kann. Hierdurch ist eine besonders kompakte Bauform möglich, und es bedarf nur minimaler Änderungen im Bereich der Abtriebswellen 15, 17 durch Anordnen der Abtriebswellendrehkopplungsmittel 35, 35‘ auf diesen. Im Wartungsfall muss bei dem zweiten Ausführungsbeispiel lediglich die Kontrollwelle 19 als Ganzes entnommen werden, wodurch eine sehr einfache Zugänglichkeit, Wartung und Austauschbarkeit möglich sind.
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Die Kupplungseinrichtung 41 weist vorzugsweise jeweils ein den ersten Kontrollwellen-Freilauf 37, 37‘ zugeordnetes Kupplungsmittel 47, 47‘ auf, welches hier als Klauenkupplung ausgebildet ist. Sie weist außerdem bevorzugt ein jeweils den zweiten Kontrollwellen-Freiläufen 38, 38‘ zugeordnetes Kupplungsmittel 48, 48‘ auf, welches ebenfalls bevorzugt als Klauenkupplung ausgebildet ist. Ein Umschalten der Kupplungseinrichtung 41 von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand kann hier in einfacher Weise durch Betätigen einer Schiebestange 51 bewirkt werden.
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Bevorzugt ist eine nicht dargestellte Schalteinrichtung vorgesehen, die eingerichtet ist zur Schaltung der Kupplungseinrichtung 41 von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand und zurück. Die Schalteinrichtung ist vorzugsweise unmittelbar von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs bedienbar oder bevorzugt automatisiert betätigbar, vorzugsweise über einen Servomotor. Dabei ist es möglich, dass die Schalteinrichtung mit einer Schaltvorrichtung zum Schalten eines Rückwärtsgangs des Kraftfahrzeugs wirkverbunden ist, sodass sie stets automatisch dann geschaltet wird, wenn der Rückwärtsgang eingelegt oder ausgekoppelt wird. Es ist allerdings auch möglich, dass die Schalteinrichtung mit wenigstens einem Drehrichtungssensor wirkverbunden ist, mit dem feststellbar ist, in welche Richtung die Abtriebswelle dreht, insbesondere ob das Kraftfahrzeug vorwärts oder rückwärts fährt. Die Schalteinrichtung kann dann abhängig von dem Signal des Drehrichtungssensors automatisch geschaltet werden.
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Insgesamt zeigt sich, dass das Sperrdifferenzialgetriebe 1 und die Sperreinrichtung 3 eine konstruktiv einfache, bauraumsparende und zugleich leichte Differenzialsperre bereitstellen, deren Sperrwirkung unabhängig von dem Eingriff eines Fahrers und auch unabhängig von einem elektronischen Regeleingriff stets bedarfsgerecht wirksam wird, wobei sie auch bedarfsgerecht automatisch wieder frei wird. Dabei ist die konstruktiv einfach aufgebaute Sperreinrichtung ohne weiteren Änderungsbedarf bei vorhandenen Differenzialeinrichtungen verwendbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3208423 A1 [0005, 0005]
