DE102019117494A1

DE102019117494A1 - Achsdifferentialgetriebe mit Allradabschaltung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019117494A1
Application number: DE102019117494.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Klein; Harald Martini
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2020-12-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Achsdifferenzialgetriebe mit Allradabschaltung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein drehbares Außengehäuse (2) zur Übertragung eines Antriebsmoments an eine Hauptkupplung (3) zur Allradabschaltung, über welche das Antriebsmoment auf eine Achsdifferenzial-Baugruppe (4) übertragbar ist, wobei die Hauptkupplung (3) mit in Axialrichtung hierauf einwirkenden Betätigungsmitteln aktivierbar ist, wobei die Betätigungsmittel der Hauptkupplung (3) eine Kipphebelanordnung (8) umfassen, deren Drehpunkt (9) ortsfest zum Außengehäuse (2) ausgebildet ist, um die von einem eingangsseitigen Hebelarmabschnitt (12) eingebrachte Betätigungskraft in die entgegengesetzte Wirkrichtung umzulenken, so dass diese über einen ausgangsseitigen Hebelarmabschnitt (13) auf die Hauptkupplung (3) einwirkt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Achsdifferentialgetriebe mit Allradabschaltung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein drehbares Außengehäuse zur Übertragung eines Antriebsmoments an eine Hauptkupplung zur Allradabschaltung, über welche das Antriebsmoment auf eine Achsdifferential-Baugruppe übertragbar ist, wobei die Hauptkupplung mit in Axialrichtung hierauf einwirkenden Betätigungsmitteln aktivierbar ist. Die Erfindung betrifft ferner auch ein Kraftfahrzeug, was mit einem solchen Achsdifferentialgetriebe ausgerüstet ist.
Das Achsdifferentialgetriebe der hier interessierenden Art ist vorzugsweise als Stirnraddifferential ausgebildet, das eine höhere Leistungsdichte als herkömmliche Kegelraddifferentiale aufweist. Dank der kompakten Bauweise lassen sich Zusatzfunktionen, wie beispielsweise eine Differentialsperre oder eine Allradabschaltung, in dem gegenüber einem Kegelraddifferential axial freiwerdenden Bauraum integrieren.
Die Allradabschaltung in einem Achsdifferentialgetriebe, insbesondere in einem Hinterachsdifferential, dient dazu, die Schleppmomente im Antriebsstrang durch eine Stilllegung der Kardanwelle zu reduzieren. Dazu ist es nicht ausreichend, lediglich den Leistungsfluss zur Kardanwelle im Verteilergetriebe zu unterbrechen. Vielmehr muss auch eine weitere Trennung zwischen dem Differential und den Rädern erfolgen, da anderenfalls der Antriebsstrang über die Hinterachse mitgeschleppt wird. Bei der Allradabschaltung der hier interessierenden Art erfolgt die Trennung zwischen dem Antriebsrad des Achsdifferentialgetriebes und der Achsdifferential-Baugruppe. Dazu wird gewöhnlich das bisher einteilige Differentialgehäuse in zwei koaxial zueinander angeordnete Gehäuse getrennt.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2008 037 885 A1 geht ein gattungsgemäßes Achsdifferentialgetriebe mit Allradabschaltung hervor. Die hierfür vorgesehene Kupplungsanordnung umfasst eine extern steuerbare Lamellenkupplung mit einem Kupplungseingangsteil, das um eine Drehachse über ein drehbares Außengehäuse antreibbar ist. Ein Kupplungsausgangsteil ist an einer Achsdifferential-Baugruppe angebracht. Die Achsdifferential-Baugruppe umfasst ein Differentialgetriebe mit einem Eingangselement und zwei je einem Rad der Achse zugeordnete Ausgangselemente, die mit dem besagten Eingangselement antriebsverbunden sind. Das Eingangselement der Achsdifferential-Baugruppe ist koaxial zum Kupplungsausgangsteil angeordnet.
Eine Betätigung der Lamellenkupplung erfolgt mit in Axialrichtung hierauf einwirkenden Betätigungsmitteln, welche hier als Axialverstelleinrichtung bezeichnet werden. Die Axialverstelleinrichtung schließt sich in Axialrichtung an die Lamellenkupplung an. Durch die Aneinanderreihung der Achsdifferential-Baugruppe, der Lamellenkupplung sowie der Axialverstelleinrichtung als dessen Betätigungsmittel entsteht ein recht lang bauendes Achsdifferentialgetriebe.
Es ist demgegenüber die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Achsdifferentialgetriebe mit Allradabschaltung zu schaffen, welches sich durch eine zuverlässige Funktionsweise bei maximalem Kompaktbau auszeichnet.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Achsdifferentialgetriebe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Hinsichtlich eines das Achsdifferentialgetriebe umfassenden Kraftfahrzeugs wird auf Anspruch 10 verwiesen. Die verbleibenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Betätigungsmittel der Hauptkupplung zur Allradabschaltung eine Kipphebelanordnung umfassen, deren Drehpunkt ortsfest zum Außengehäuse ausgebildet ist, um die von einem eingangsseitigen Hebelarmabschnitt eingebrachte Betätigungskraft in eine entgegengesetzte Wirkrichtung umzulenken, so dass diese über einen ausgangsseitigen Hebelarmabschnitt der Kipphebelanordnung auf die Hauptkupplung einwirkt.
Mit anderen Worten werden also die Betätigungsmittel für die Hauptkupplung zur Allradabschaltung derart in das Achsdifferentialgetriebe integriert, dass die Betätigungskraft über eine Kipphebelanordnung weitergeleitet wird, was insbesondere in Axialrichtung eine kompakte Bauform ermöglicht. Im Gegensatz zum eingangs diskutierten Stand der Technik wirkt die Betätigungskraft für die Hauptkupplung also nicht in dieselbe Richtung wie die Anpresskraft der Hauptkupplung. Durch die erfindungsgemäße Umlenkung der Betätigungskraft über die Kipphebelanordnung lassen sich die einzelnen Bauteile besser ineinander verschachteln. Die Kipphebelanordnung besteht dabei aus mindestens einem, vorzugsweise mehreren, einzelnen Kipphebeln, die entlang des Umfangs gleichmäßig verteilt sind, um eine entsprechend gleichmäßige Betätigungskraft auf die ringförmige Kupplungsseite auszuüben.
Ein optimaler Kompaktbau kann dadurch erzielt werden, dass vorzugsweise der eingangsseitige Hebelabschnitt nach radial innen und der ausgangsseitige Hebelabschnitt nach radial außen gerichtet ist. Infolgedessen lässt sich die Hauptkupplung mit maximalem Durchmesser innerhalb des drehbaren Außengehäuses ausbilden und der Kupplungseingangsteil lässt sich direkt innenwandseitig des drehbaren Außengehäuses befestigen. Die Kupplungsbetätigung erfolgt jedoch von einer Stelle aus, die gegenüber der Hauptkupplung weiter nach radial innen verlegt ist und sich in Radialrichtung zwischen der aus der Achsdifferential-Baugruppe austretenden Radwelle und dem Kupplungsausgangsteil der Hauptkupplung befindet. Durch die Kipphebelanordnung können Betätigungselemente sogar in Axialrichtung gesehen in den Kupplungsringbereich hineinragen.
Gemäß einer die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, die beiden Hebelarmabschnitte der Kipphebelanordnung unterschiedlich lang auszubilden, um das Kraftübersetzungsverhältnis der Kipphebelanordnung an die erforderliche Betätigungskraft sowie den erforderlichen Betätigungsweg anzupassen. Hierdurch wirkt die Kipphebelanordnung nicht allein kraftrichtungsumlenkend, sondern bestimmt darüber hinaus auch das Übersetzungsverhältnis für die Betätigungskraft. Hierdurch kann eine optimale Abstimmung auf den für die Hauptkupplung erforderlichen Betätigungsweg einerseits und den von einem Aktuator zu erzeugenden axialen Betätigungsweg andererseits unter Berücksichtigung der erforderlichen Betätigungskraft sowie der aufzubringenden Aktuatorkraft durchgeführt werden.
Als Aktuator zur Erzeugung der axialen Betätigungskraft, welche auf die Kipphebelanordnung gegeben wird, eignet sich vorzugsweise eine Rampenkontureinheit, welche ein durch eine Drehbewegung erzeugtes Betätigungsmoment in eine axiale Betätigungskraft umwandelt. Als Rampenkontureinheit kommt vorzugsweise ein Rollenrampenaktuator zum Einsatz. Alternativ hierzu ist auch ein Kugelrampenaktuator oder dergleichen denkbar. Die Rampenkontureinheit im Bereich des distalen Endes des eingangsseitigen Hebelarmabschnitts der Kipphebelanordnung angeordnet. Eine an sich bekannte Rampenkontureinheit besteht im Wesentlichen aus einer Übertragungshülse, welche eine an einem ringscheibenförmigen Randabschnitt angebrachte Rampenkontur aufweist, die mindestens einen Wälzkörper, vorzugsweise eine Zylinderrolle, aufgrund der Drehbewegung der Übertragungshülse in Axialrichtung verschiebt. Die Rampenkontur kann auch an beiden axial an den Wälzkörper zur Anlage kommenden Bauteilen angeformt sein.
Vorzugsweise ist zur Erzeugung des Betätigungsmoments für die Hauptkupplung eine schaltbare Magnetkupplung vorgesehen, welche eingangsseitig mit dem drehbaren Außengehäuse und ausgangsseitig mit der Rampenkontureinheit in Wirkverbindung steht. Diese Magnetkupplung lässt sich über einen Elektromagneten wahlweise öffnen oder schließen und überträgt im geschlossenen Zustand die Drehbewegung des Außengehäuses auf die Rampenkontureinheit, welche über die erfindungsgemäße Kipphebelanordnung die Hauptkupplung zur Allradabschaltung schließt.
Zur Bildung der konstruktiven Schnittstelle zwischen Rampenkontureinheit und Kipphebelanordnung wird vorgeschlagen, dass hierfür ein relativ zur Rampenkontureinheit abtriebsseitig angeordneter Übertragungsring als axiale Verschiebeeinheit zum Einsatz kommt, welcher die axiale Betätigungskraft auf die Kipphebelanordnung überträgt. Der Übertragungsring sollte hierfür axial verschiebbar an einem Randbereich einer Abstützplatte geführt sein, welche im Sinne einer Funktionsintegration gleichzeitig auch den Drehpunkt für die Kipphebelanordnung ausbildet. Diese Abstützplatte weist insoweit eine Ringform auf, die zwei in Axialrichtung hiervon sich erstreckende Anformungen aufweist, von denen die eine Anformung am distalen Ende den Drehpunkt bildet und die andere, radial innere axial gerichtete Anformung die Führung für den vorstehend erwähnten Übertragungsring ausbildet.
Detailbeschreibung der Zeichnung
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die Figur zeigt einen schematischen Teillängsschnitt durch ein Achsdifferentialgetriebe mit Allradabschaltung über eine erfindungsgemäße Kipphebelanordnung zur Betätigungskraftübertragung.
Gemäß Figur weist das Achsdifferentialgetriebe ein eingangsseitiges Antriebsrad 1 auf, über welches das Antriebsmoment des - hier nicht weiter dargestellten - Kraftfahrzeuges auf ein drehbares Außengehäuse 2 des Achsdifferentialgetriebes übertragen wird. Das drehbare Außengehäuse 2 überträgt das Antriebsmoment an eine Hauptkupplung 3 weiter, welche im geschlossenen Zustand das Antriebsmoment auf eine nachgeschaltete Achsdifferential-Baugruppe 4 überträgt.
Die nach Art eines Stirnraddifferentials ausgebildete Achsdifferential-Baugruppe 4 besteht im Wesentlichen aus mehreren Eingangselementen 5 (exemplarisch), die mit zwei, je einer Achse 6a und 6b zugeordneten Ausgangselementen 7a bzw. 7b in an sich bekannter Weise zusammenwirkt.
Zur Betätigung der Hauptkupplung 3 dient eine Kipphebelanordnung 8, deren Drehpunkt 9 an einer Abstützplatte 10 ausgebildet ist, welche ortsfest über ein Gehäuseteil 11 am Außengehäuse 2 befestigt ist. Durch die Kipphebelanordnung 8 wird die über einen eingangsseitigen Hebelarmabschnitt 12 eingebrachte Betätigungskraft in die entgegengesetzte Wirkrichtung umgelenkt, hier in Richtung des Lamellenpakets der Hauptkupplung 3, so dass diese über den ausgangsseitigen Hebelarmabschnitt 12 auf die Hauptkupplung 3 eine Schließkraft aufbringt.
Der sich an der Kipphebelanordnung 8 nach radial innen erstreckende eingangsseitige Hebelarmabschnitt 12 ist über eine Rampenkontureinheit 14 in von der Hauptkupplung 3 weg gerichteten Axialrichtung zur Kupplungsbetätigung kraftbeaufschlagt. Hierzu wandelt die Rampenkontureinheit 14 ein Betätigungsmoment für die Hauptkupplung 3, welches dieser über einen Übertragungsring 15 zugeführt wird, in die axiale Betätigungskraft um.
Zur Ausführung dieser Funktionsweise weist die Rampenkontureinheit 14 mindestens eine Zylinderrolle 16 auf, welche sich bei antriebsseitiger Drehbewegung der Übertragungshülse 15 in Axialrichtung zum eingangsseitigen Hebelarmabschnitt 12 hin verschiebt.
Das derart über die Übertragungshülse 15 an die Rampenkontureinheit 14 übertragene Betätigungsmoment wird von einer über einen Elektromagneten 17 schaltbaren Magnetkupplung 18 erzeugt. Die Magnetkupplung 18 ist mit einem Kupplungseingangsteil über das Gehäuseteil 11 am drehbaren Außengehäuse 2 befestigt, wohingegen das Kupplungsausgangsteil an der Übertragungshülse 15 angebracht ist. Wie bereits erwähnt, gelangt dieses Betätigungsmoment nach Umwandlung in eine axial gerichtete Betätigungskraft mittels Rampenkonturelement 14 an die Kipphebelanordnung 8. Hierfür weist die Rampenkontureinheit 14 einen abtriebsseitig hieran angeordneten Übertragungsring 17 mit Axiallagermitteln auf, welcher in Axialrichtung verschiebbar an einem innenradialen Randbereich der Abstützplatte 10 angeordnet ist.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, dass die an der Kipphebelanordnung 8 angreifende Kupplungsbetätigungskraft auf andere Weise als durch eine Rampenkontureinheit 14 in Umwandlung eines Betätigungsmoments erzeugt wird, beispielsweise direkt elektromagnetisch oder hydraulisch.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsrad
2: Außengehäuse
3: Hauptkupplung
4: Achsdifferential-Baugruppe
5: Eingangselement
6: Achse
7: Ausgangselement
8: Kipphebelanordnung
9: Drehpunkt
10: Abstützplatte
11: Gehäuseteil
12: eingangsseitiger Hebelarmabschnitt
13: ausgangsseitiger Hebelarmabschnitt
14: Rampenkontureinheit
15: Übertragungshülse
16: Zylinderrolle
17: Elektromagnet
18: Magnetkupplung
19: Übertragungsring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008037885 A1 [0004]

Claims

Achsdifferenzialgetriebe mit Allradabschaltung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein drehbares Außengehäuse (2) zur Übertragung eines Antriebsmoments an eine Hauptkupplung (3) zur Allradabschaltung, über welche das Antriebsmoment auf eine Achsdifferenzial-Baugruppe (4) übertragbar ist, wobei die Hauptkupplung (3) mit in Axialrichtung hierauf einwirkenden Betätigungsmitteln aktivierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel der Hauptkupplung (3) eine Kipphebelanordnung (8) umfassen, deren Drehpunkt (9) ortsfest zum Außengehäuse (2) ausgebildet ist, um die von einem eingangsseitigen Hebelarmabschnitt (12) eingebrachte Betätigungskraft in die entgegengesetzte Wirkrichtung umzulenken, so dass diese über einen ausgangsseitigen Hebelarmabschnitt (13) auf die Hauptkupplung (3) einwirkt.
Achsdifferenzialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eingangsseitige Hebelarmabschnitt (12) nach radialinnen und der ausgangsseitige Hebelarmabschnitt (13) nach radialaußen gerichtet ist.
Achsdifferenzialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hebelarmabschnitte (12, 13) unterschiedlich lang ausgebildet sind, um das Kraftübersetzungsverhältnis der Kipphebelanordnung (8) an die erforderliche Betätigungskraft sowie den erforderlichen Betätigungsweg anzupassen.
Achsdifferenzialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abstützplatte (10) zur Bildung des Drehpunkts (9) für die Kipphebelanordnung (8) am Außengehäuse (2) nach radialinnen verlaufend befestigt ist.
Achsdifferenzialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rampenkontureinheit (14) zur Umwandlung eines Betätigungsmoments für die Hauptkupplung (3) in eine axiale Betätigungskraft vorgesehen ist, die auf das distale Ende des eingangsseitigen Hebelarmabschnitts (12) der Kipphebelanordnung (8) einwirkt.
Achsdifferenzialgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine schaltbare Magnetkupplung (18) zur Erzeugung eines Betätigungsmoments für die Hauptkupplung (3) eingangsseitig mit dem drehbaren Außengehäuse (2) und ausgangsseitig mit der Rampenkontureinheit (14) verbunden ist.
Achsdifferenzialgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenkontureinheit (14) mindestens einen Wälzkörper, vorzugsweise eine Zylinderrolle (16), umfasst, welcher sich bei antriebsseitiger Drehbewegung einer zwischen der Magnetkupplung (18) und der Rampenkontureinheit (14) verlaufenden Übertragungshülse (15) in Axialrichtung zum eingangsseitigen Hebelarmabschnitt (12) hin verschiebt.
Achsdifferenzialgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenkontureinheit (14) einen abtriebsseitigen Übertragungsring (17) zur axialen Betätigungskraftüberragung auf der Kipphebelanordnung (8) aufweist, wobei der Übertragungsring (19) axial verschiebbar an einem Randbereich der Abstützplatte (10) geführt ist.
Achsdifferenzialgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsdifferenzial-Baugruppe (4) mindestens ein Eingangselement (5) und zwei je einer Achse (6a, 6b) zugeordnete und mit dem Eingangselement (5) antriebsverbundene Ausgangselemente (7a, 7b) umfasst.
Kraftfahrzeug, umfassend mindestens ein Achsdifferenzialgetriebe mit Allradabschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche.