DE102018221514A1

DE102018221514A1 - Limited slip differential

Info

Publication number: DE102018221514A1
Application number: DE102018221514.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias WESA
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2020-06-18

Abstract

Sperrdifferential (1) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, umfassend ein Differentialgehäuse (4), wobei in das Differentialgehäuse (4) ein Eingangsdrehmoment eingebracht wird, ein Lamellenpaket (6) und ein Druckstück (8), wobei das Druckstück (8) bei einem Drehmomentunterschied zwischen einem ersten und einem zweiten Drehmomentausgang (10;12) mit einer axialen Kraft F1 beaufschlagt wird, wobei das Druckstück (8) mit einer zur axialen Kraft F1 entgegengesetzten axialen Kraft Fv beaufschlagt ist, wobei erst nach einem Überschreiten der Kraft Fv das Druckstück (8) mit einer resultierenden axialen Kraft Fr auf das Lamellenpaket (6) drückt.Locking differential (1) for a drive train of a motor vehicle, comprising a differential housing (4), an input torque being introduced into the differential housing (4), a disk set (6) and a pressure piece (8), the pressure piece (8) being at a torque difference An axial force F1 is applied between a first and a second torque output (10; 12), the thrust piece (8) being subjected to an axial force Fv opposite to the axial force F1, the thrust piece (only after the force Fv has been exceeded 8) with a resulting axial force Fr on the plate pack (6).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Sperrdifferential für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges. Differentiale oder auch Ausgleichgetriebe für Antriebsstränge eines Kraftfahrzeuges sind bekannt. Diese werden beispielsweise vorwiegend in sportlichen Fahrzeugen oder auch in geländegängigen Fahrzeugen in einer Antriebsachse verbaut, um auch das Antriebsrad mit einem Drehmoment zu beaufschlagen, das einen geringeren Schlupf hat, als das Antriebsrad mit höherem Schlupf. Diese Funktionsweise wirkt dem eigentlichen Prinzip des Differentials entgegen, kann jedoch bei sportlicher Fahrweise oder im Gelände Traktionsvorteile bringen.
Dabei sind Differenziale bekannt, die eine fest eingestellte Sperrwirkung aufweisen, also bei einem Drehmomentunterschied an den Antriebsrädern ein nahezu linear wirkendes Sperrmoment erzeugen. Des Weiteren sind auch Sperrdifferenziale bekannt, bei denen ein Sperrelement, meist ein Lamellenpaket vorgespannt ist. Hierdurch kann bewirkt werden, dass das Sperrmoment im Verhältnis zu dem Antriebsmoment schon bei Vorliegen eines relativ geringen Antriebsmomentes ein großes Sperrmoment erzeugt wird. Dies bedeutet, dass obwohl kein Antriebsmoment vorliegt, schon ein Sperrmoment sprich das Lamellenpaket schon vorgespannt ist also auch eine Sperrwirkung erzeugen kann. Diese Ausführungen von Sperrdifferenzialen haben jedoch den Nachteil, dass sobald ein Antriebsmoment vorhanden ist auch ein Sperrmoment erzeugt wird. Dabei kann es wünschenswert sein, dass obwohl ein Antriebsdrehmoment vorliegt noch kein Sperrmoment anliegen soll, also das Sperrdifferential wie ein bekanntes Differential ohne Sperreinrichtung arbeiten soll.The present invention relates to limited slip differential for a drive train of a motor vehicle. Differentials or differential gears for drive trains of a motor vehicle are known. These are installed, for example, predominantly in sporty vehicles or also in off-road vehicles in a drive axle in order to also apply a torque to the drive wheel which has less slip than the drive wheel with higher slip. This mode of operation counteracts the actual principle of the differential, but can bring traction benefits when driving in sport or off-road.
Differentials are known which have a fixed locking effect, that is to say generate a locking torque which acts almost linearly in the event of a torque difference on the drive wheels. Locking differentials are also known, in which a locking element, usually a disk set, is preloaded. This can have the effect that the locking torque in relation to the drive torque is generated even when a relatively low drive torque is present. This means that although there is no drive torque, a locking torque, i.e. the disk pack is already pre-tensioned, can also produce a locking effect. However, these designs of locking differentials have the disadvantage that as soon as a drive torque is present, a locking torque is also generated. It may be desirable that, even though there is a drive torque, there should not yet be a locking torque, that is to say the locking differential should operate like a known differential without a locking device.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Sperrdifferenzial für ein Fahrzeug bereitzustellen, wobei das Sperrdifferenzial bei geringen Antriebsdrehmomenten offen sein soll und bei einem weiteren Anstieg des Drehmoments das Differenzial stetig ohne Drehmomentsprung ein steigendes Sperrmoment bereitstellen soll.It is therefore an object of the present invention to provide a limited slip differential for a vehicle, the limited slip differential should be open at low drive torques and the differential should provide an increasing blocking torque with a further increase in torque without torque jump.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Sperrdifferenzial für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, umfassend ein Differenzialgehäuse, wobei in das Differenzialgehäuse ein Eingangsdrehmoment eingebracht wird, sowie ein Lamellenpaket und ein Druckstück, wobei das Druckstück bei einem Drehmomentunterschied zwischen einem ersten und einem zweiten Drehmomentausgang mit einer axialen Kraft F1 beaufschlagt wird, wobei das Druckstück mit einer zur axialen Kraft F1 entgegengesetzten axialen Kraft Fv beaufschlagt ist, wobei erst nach einem Überschreiten der Kraft Fv das Druckstück mit einer resultierenden axialen Kraft Fr auf das Lamellenpaket drückt. Dabei ist hierzu erwähnen, dass das Differenzialgehäuse mit dem Drehmomenteingang beaufschlagt wird, sowie der erste und der zweite Drehmomentausgang, die bekanntermaßen durch die beiden Antriebsräder gebildet bzw. mit diesen verbunden werden, mit einem Ausgangsdrehmoment beaufschlagt werden. Dabei ist im Stand der Technik bekannt, dass ein Differenzial das Drehmoment auf die oder auf das Antriebsrad leitet, das den geringsten Wiederstand aufweist, wobei das Antriebsrad mit dem höheren Widerstand ein geringeres Drehmoment zur Verfügung gestellt bekommt. Ein Sperrdifferenzial hat hingegen das Prinzip, dass ein bestimmter Drehmomentanteil auch auf das Antriebsrad geleitet wird, das ein geringers Schlupfniveau, also ein höheres Gripniveau aufweist, als das Antriebsrad, das ein höheres Schlupfniveau, also ein niedrigeres Gripniveau aufweist. Hierdurch wird bewirkt, dass das Antriebsrad das ein höheres Gripniveau aufweist als das andere, auch Antriebsdrehmoment überträgt. Dies ist besonders bei sportlichen Fahrzeugen bzw. bei Fahrzeugen die auch im Gelände bewegt werden vorteilhaft.According to the invention, the object is achieved by a limited slip differential for a drive train of a motor vehicle, comprising a differential housing, an input torque being introduced into the differential housing, and a disk set and a pressure piece, the pressure piece having an axial difference in the event of a torque difference between a first and a second torque output force F1 is applied, wherein the pressure piece with an axial force F1 opposite axial force Fv is acted upon, only after the force has been exceeded Fv the thrust piece with a resulting axial force Fr presses on the plate pack. It should be mentioned here that the differential housing is acted upon by the torque input, and the first and second torque outputs, which are known to be formed or connected to the two drive wheels, are acted upon by an output torque. It is known in the prior art that a differential directs the torque to or onto the drive wheel that has the least resistance, the drive wheel with the higher resistance being provided with a lower torque. A limited slip differential, on the other hand, has the principle that a certain proportion of torque is also directed to the drive wheel, which has a lower slip level, i.e. a higher grip level, than the drive wheel, which has a higher slip level, i.e. a lower grip level. This has the effect that the drive wheel, which has a higher grip level than the other, also transmits drive torque. This is particularly advantageous for sporty vehicles or vehicles that are also moved off-road.

Dabei kann es weiter vorteilhaft sein, dass ein Energiespeicher die axiale Kraft Fv erzeugt. Dabei kann der Energiespeicher sich einerseits gegen das Differenzialgehäuse und andererseits gegen das Druckstück abstützen. Dabei wird der Energiespeicher hier vorteilhaft durch eine Tellerfeder gebildet. Diese Konstruktionsweise bewirkt, dass erst nachdem die Vorspannkraft Fv durch die entgegengesetzt wirkende axiale Kraft F1 überwunden wird, erst dann das Druckstück auf das Lamellenpaket eine axiale Kraft Fr ausübt und damit das Lamellenpaket mit seiner Sperrwirkung beginnt. Dabei ist anzumerken, dass die Kraft Fr die Differenz aus der axialen Kraft F1 abzüglich der entgegengesetzt wirkenden Vorspannkraft Fv ist. Dabei ist zu erwähnen, dass diese Ausführungsform im Gegensatz zum bereits erwähnten Stand der Technik die Vorspannung nicht auf das Lamellenpaket wirkt, sondern die Vorspannung Fv das Lamellenpaket geöffnet hält, so dass bei Vorliegen eines anfänglichen geringen Antriebsmoments kein Sperrmoment bewirkt wird. Dadurch wirkt das beschriebene Sperrdifferential bei geringen Antriebsmomenten als ein Differential ohne Sperreinrichtung.It can also be advantageous for an energy store to have the axial force Fv generated. The energy store can be supported on the one hand against the differential housing and on the other hand against the pressure piece. Here, the energy storage is advantageously formed by a plate spring. This design causes only after the preload Fv due to the opposing axial force F1 is overcome, only then the thrust piece on the plate pack an axial force Fr exercises and thus the disk pack begins with its locking effect. It should be noted that the force Fr the difference from the axial force F1 minus the counteracting preload Fv is. It should be mentioned that this embodiment, in contrast to the already mentioned prior art, does not affect the preload on the disk pack, but rather the preload Fv keeps the disk pack open so that there is no locking torque when an initial low drive torque is present. As a result, the limited slip differential described acts as a differential without a locking device at low drive torques.

Dabei ist weiter zu erwähnen, dass der Energiespeicher, sprich die Tellerfeder nicht zwingend gegen den Differenzialkorb sich abstützen muss. Es kann natürlich auch ein anderen Bauteil verwendet werden gegen das sich die Tellerfeder abstützt. Dieses Bauteil muss jedoch bezüglich der Abstützung unabhängig vom Lamellenpaket sein.It should also be mentioned that the energy store, i.e. the plate spring, does not necessarily have to be supported against the differential cage. Another component can of course also be used against which the plate spring is supported. However, this component must be independent of the plate pack in terms of support.

Weiter kann es vorteilhaft sein, dass zumindest ein Element des Lamellenpaketes drehfest mit einem von dem Antriebsausgang verbunden ist wobei ein anderes Element des Lamellenpaketes drehfest mit dem Differenzialkorb verbunden ist. Wie schon erwähnt bildet dabei der Differenzialkorb den Drehmomenteingangsbereich der vornehmlich durch eine Kegelrad-Tellerrad Anordnung gebildet wird und vorteilhaft von einem Antriebsaggregat beispielsweise einen Verbrennungsmotor angetrieben wird. Natürlich kann das Antriebsdrehmoment auch von einem Elektromotor oder einem Hybridantrieb gebildet werden. Um die eigentliche Sperrwirkung zu erzeugen ist, wie aus dem Stand der Technik bekannt, ein Drehmomentunterschied zwischen dem einen und dem anderen Antriebsausgang notwendig. Dabei ist bekannt, dass der Antriebsausgang durch die Antriebsräder gebildet wird.Furthermore, it can be advantageous for at least one element of the disk set to be connected in a rotationally fixed manner to one of the drive output, with another element of the disk set being connected in a rotationally fixed manner to the differential cage. How the differential cage already forms the torque input region which is primarily formed by a bevel gear ring gear arrangement and is advantageously driven by a drive unit, for example an internal combustion engine. Of course, the drive torque can also be generated by an electric motor or a hybrid drive. As is known from the prior art, a torque difference between one and the other drive output is necessary in order to produce the actual locking effect. It is known that the drive output is formed by the drive wheels.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben. Dabei zeigen

1 ein erfindungsgemäßes Sperrdifferenzial im Querschnitt.
2 einen Ausschnitt aus 1
3 eine Sperrmomentkennlinie eines erfindungsgemäßen Sperrdifferentials

The invention is described below with reference to figures. Show

1 a locking differential according to the invention in cross section.
2nd a cutout 1
3rd a locking torque characteristic of a locking differential according to the invention

Die 1 zeigt mit der 2 ein erfindungsgemäßes Sperrdifferential 1. Dabei ist der Aufbau wie folgt. Radial außen befindet sich ein Differentialgehäuse 4, das hier zweiteilig 4a, 4b ausgeführt ist. Dieses Differentialgehäuse 4 wird bei einem sogenannten Zugbetrieb mit einem Antriebsdrehmoment, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine oder einem Elektromotor oder einem Hybridantrieb mit einem Drehmoment um die Drehachse B angetrieben. Radial innen befindet sich eine um eine Drehachse A drehbare Welle 7, wobei die Welle 7 drehfest mit einem Differentialkäfig 14 ausgeführt ist. Dabei ist der Differenzialkäfig 14 geteilt ausgeführt. Dies bedeutet, dass der Differenzialkäfig 14 im Bereich der Welle 7 geteilt ist. Hieraus ergibt sich eine Differenzialkäfighälfte 14a und eine Differenzialkäfighälfte 14b. Dabei ist die Welle 7 in einer Ausnehmung 20, die sich an den Differentialkäfighälften 14a und 14b befindet drehbar aufgenommen. Die Ausnehmung 20 ist dabei hier beispielswiese konisch ausgeführt. Diese Ausführung wird auch als Rampe 21 bezeichnet, wodurch durch einen Rampenwinkel der Rampe 21 das Sperrmoment unter anderem eingestellt werden kann. Hier in der 1 ist der Differenzialkäfig bzw. sind die Hälften 14a und 14b des Differenzialkäfigs 14 als Druckstücke 8 ausgeführt. Weiter ist zu erkennen, dass das Druckstück 8 durch einen Energiespeicher 2, genauer durch zwei axial gestaffelt angeordnete Energiespeicher 2, hier in Form von Tellerfedern ausgeführt, mit einer axialen Vorspannkraft Fv beaufschlagt wird. Dabei stützt sich der Energiespeicher 2 einerseits gegen das Druckstück 8 ab und andererseits gegen das Differentialgehäuse 4. Weiter ist noch gut zu erkennen, dass in axialer Staffelung zu dem Druckstück 8 ein Lamellenpaket 6 zwischen Druckstück und dem Differentialgehäuse 4 angeordnet ist. Die Vorspannkraft Fv des Energiespeichers 2 wirkt dabei von dem Lamellenpaket 6 weg. Weiter ist noch zu erwähnen, dass das Lamellenpaket 6 hier weiter durch zwei Zwischenscheiben 11 und zwei Mitnehmerscheiben 9 gebildet wird. Dabei sind die Zwischenscheiben 11 verdrehfest mit dem Differentialgehäuse 4 verbunden, wobei die Mitnehmerscheiben 9 verdrehfest mit dem Antriebszahnrad 18 verbunden sind. Liegt nun zwischen dem einen Antriebsausgang 10 und dem anderen Antriebsausgang 12 ein Drehmomentunterschied vor, so werden in bekannter Weise die Differenzialkäfighälften 14a, 14b in axialer Richtung auseinandergedrückt. Dies erfolgt mit einer axialen Kraft F1. Da hier die Differentialkäfighälften 14a und 14b auch gleich die Druckstücke 8 bilden, üben die Druckstücke 8 eine axiale Kraft F1 gegen die Vorspannkraft FV der Energiespeicher 2. Erst wenn das Kräftegleichgewicht zwischen Fv und F1 durch F1 überwunden ist, bewegt sich das, bzw. die Druckstücke 8 in Richtung der Lamellenpakete 6. Durch die resultierende Kraft Fr, die sich aus der Differenz von der axialen Kraft F1 abzüglich der Vorspannkraft Fv der Energiespeicher 2 ergibt, werden die Lamellenpakete 6 mit einer Kraft Fr beaufschlagt. Hierdurch wird bewirkt, dass bei einem Drehmomentunterschied zwischen dem einen Antriebsausgang 10 und dem anderen Antriebsausgang 12 das Lamellenpaket eine Sperrwirkung bewirkt. Hierdurch gelangt ein gewisser Drehmomentanteil auch an den Antriebsausgang 10, 12, an den durch das Differential sonst kein Drehmoment geleitet würde. Durch diese Vorspannkraft Fv auf das Druckstück 8 in Richtung von dem Lamellenpaket 6 weg, kann bewirkt werden, dass sich erst ein Sperrmoment im Sperrdifferenzial 1 einstellt, wenn ein Grenzdrehmomentunterschied zwischen dem einen und dem anderen Antriebsausgang 10, 12 überschritten wird. Dabei ist zu erwähnen, dass diese Sperrwirkung sowohl im Zug- also auch im Schubbetrieb wirkt.The 1 shows with the 2nd a limited slip differential according to the invention 1 . The structure is as follows. A differential housing is located radially on the outside 4th , this is in two parts 4a , 4b is executed. This differential case 4th is in a so-called train operation with a drive torque, for example an internal combustion engine or an electric motor or a hybrid drive with a torque about the axis of rotation B driven. Radially inside there is one around an axis of rotation A rotatable shaft 7 , the wave 7 non-rotatable with a differential cage 14 is executed. Here is the differential cage 14 split. This means that the differential cage 14 in the area of the wave 7 is divided. This results in a differential cage half 14a and a differential cage half 14b . Here is the wave 7 in a recess 20th , located on the differential cage halves 14a and 14b is rotatably accommodated. The recess 20th is conical here, for example. This version is also called a ramp 21st referred to, by a ramp angle of the ramp 21st the locking torque can be set, among other things. Here in the 1 is the differential cage or are the halves 14a and 14b of the differential cage 14 as thrust pieces 8th executed. It can also be seen that the pressure piece 8th through an energy storage 2nd , more precisely through two axially staggered energy stores 2nd , here in the form of disc springs, with an axial preload Fv is applied. The energy storage is supported 2nd on the one hand against the pressure piece 8th from and on the other hand against the differential case 4th . Furthermore, it can still be clearly seen that in axial staggering to the pressure piece 8th a plate pack 6 between the pressure piece and the differential housing 4th is arranged. The preload Fv of the energy storage 2nd acts from the plate pack 6 path. It should also be mentioned that the plate pack 6 here further through two washers 11 and two drive plates 9 is formed. Here are the washers 11 torsion-proof with the differential housing 4th connected, the drive plates 9 non-rotatable with the drive gear 18th are connected. Is now between the one drive output 10th and the other drive output 12 a torque difference, the differential cage halves are known 14a , 14b pushed apart in the axial direction. This is done with an axial force F1 . Because here the differential cage halves 14a and 14b also the pressure pieces 8th form, practice the pressure pieces 8th an axial force F1 against the preload FV the energy storage 2nd . Only when the balance of forces between Fv and F1 by F1 is overcome, it moves, or the pressure pieces 8th in the direction of the plate packs 6 . By the resulting force Fr resulting from the difference of the axial force F1 minus the preload Fv the energy storage 2nd results in the plate packs 6 with a force Fr acted upon. This causes a torque difference between the one drive output 10th and the other drive output 12 the disk pack has a locking effect. As a result, a certain amount of torque also reaches the drive output 10th , 12 , to which no torque would otherwise be directed through the differential. Through this preload Fv on the pressure piece 8th towards the plate pack 6 away, it can be caused that there is only a locking torque in the locking differential 1 sets when there is a limit torque difference between one and the other drive output 10th , 12 is exceeded. It should be mentioned that this locking effect works both in pulling and pushing operations.

Die 3 zeigt eine Kennlinie eines erfindungsgemäßen Sperrdifferentials. Dabei sind weiter. Dabei zeigt die Kennlinie 1 eine Sperrkennlinie mit fester Sperrwirkung. Die Kennlinie 2 zeigt eine Sperrkennlinie mit einer Vorspannung einer Sperreinheit, beispielsweise Lamellenpaket. Die Kennlinie 3 zeigt eine Sperrkennlinie eines erfindungsgemäßen Sperrdifferentials. Hierbei ist gut zu erkennen, dass erst ab einem gewissen Antriebsdrehmoment eine Sperrwirkung einsetzt.The 3rd shows a characteristic curve of a limited slip differential according to the invention. Here are further. The characteristic shows 1 a blocking characteristic with a fixed blocking effect. The characteristic 2nd shows a locking characteristic with a bias of a locking unit, for example plate pack. The characteristic 3rd shows a locking characteristic of a locking differential according to the invention. It can be clearly seen here that a blocking effect only occurs from a certain drive torque.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11: SperrdifferentialLimited slip differential
22nd: EnergiespeicherEnergy storage
44th: DifferentialgehäuseDifferential housing
4a4a: Hälfte DifferentialgehäuseHalf differential case
4b4b: Hälfte DifferentialgehäuseHalf differential case
66: LamellenpaketSlat package
77: Wellewave
88th: DruckstückPressure piece
99: MitnehmerscheibeDrive plate
1010th: AntriebsausgangDrive output
1111: ZwischenscheibeWasher
1212: AntriebsausgangDrive output
1414: DifferentialkäfigDifferential cage
14a14a: DifferentialkäfighälfteDifferential cage half
14b14b: DifferentialkäfighälfteDifferential cage half
1616: AusgleichsradDifferential wheel
1818th: AntriebszahnradDrive gear
2020th: AusnehmungRecess
2121st: Ramperamp
F1F1: axiale Kraftaxial force
FvFv: VorspannkraftPreload
FrFr: resultierende Axialkraftresulting axial force

Claims

Locking differential (1) for a drive train of a motor vehicle, comprising a differential housing (4), an input torque being introduced into the differential housing (4), a disk set (6) and a pressure piece (8), the pressure piece (8) being at a torque difference between a first and a second torque output (10; 12) is subjected to an axial force F1, characterized in that the pressure piece (8) is subjected to an axial force Fv opposite to the axial force F1, whereby only after the force Fv presses the pressure piece (8) with a resulting axial force Fr onto the plate pack (6).

Locking differential (1) for a drive train of a motor vehicle Claim 1 , characterized in that an energy store (2) generates the axial force Fv.

Locking differential (1) for a drive train of a motor vehicle Claim 2 , characterized in that the energy store (2) is supported on the one hand against the differential housing (4) and on the other hand against the pressure piece (8).

Locking differential (1) for a drive train of a motor vehicle Claim 2 or 3rd , characterized in that the energy store (2) is a plate spring or a set of axially staggered plate springs.

Locking differential (1) for a drive train of a motor vehicle according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that at least one element (9) of the disk set (6) is non-rotatably connected to one of the drive output (10; 12), another element (11) of the disk pack being non-rotatably connected to the differential housing (4).