DE102019202600B4 - Axle differential with variable locking device - Google Patents
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Abstract
Antriebsanordnung für eine Fahrzeugachse (VA) eines Kraftfahrzeugs, bei der im Fahrbetrieb ein Antriebs-Achsmoment über ein Achsdifferenzial (5) auf Fahrzeugräder (6) übertragbar ist, wobei das Achsdifferenzial (5) einen antriebsseitigen Differenzialkorb (13) aufweist, an dem zumindest ein Ausgleichszahnrad (11) drehgelagert ist, sowie ein erstes Achszahnrad (7) und ein zweites Achszahnrad (7) aufweist, die rechtwinklig zum Ausgleichszahnrad (11) sowie koaxial mit Abstand zueinander angeordnet sind und jeweils drehfest auf einer zum Fahrzeugrad (6) führenden Achshalbwelle (9) angeordnet sind, wobei jedes der Achszahnräder (7) in Zahneingriff mit dem Ausgleichszahnrad (11) ist, wobei die Antriebsanordnung als Differenzialsperre eine Sperrkupplung (23) aufweist, mittels der das am Differenzialkorb (13) drehgelagerte Ausgleichszahnrad (11) drehfest am Differenzialkorb (13) ankoppelbar ist, und wobei die Kupplung (23) mit Bezug auf die Fahrzeugachse (VA) radial außenseitig am Differenzialkorb (13) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (23) ein an einer Umfangswand (21) des Differenzialkorbs (13) befestigtes Kupplungsgehäuse (25) aufweist, in das die Ausgleichswelle (17) einragt, und dass zwischen dem Kupplungsgehäuse (25) und der Ausgleichswelle (17) ein Kupplungspaket angeordnet ist, in dem Innenlamellen (27) und Außenlamellen (29) axial übereinander geschichtet sind, und dass die Innenlamellen (27) axial verschiebbar, jedoch in Umfangsrichtung drehfest, mit einer Innenverzahnung auf der Ausgleichswelle (17) angeordnet sind, und dass die Außenlamellen (29) axial verschiebbar, jedoch in Umfangsrichtung drehfest, mit einer Außenverzahnung am Kupplungsgehäuse (25) angeordnet sind.Drive arrangement for a vehicle axle (VA) of a motor vehicle, in which a drive axle torque can be transmitted to the vehicle wheels (6) via an axle differential (5) during driving operation, the axle differential (5) having a drive-side differential cage (13) on which at least one Balance gear (11) is rotatably mounted, and a first axle gear (7) and a second axle gear (7), which are arranged at right angles to the balance gear (11) and coaxially at a distance from one another and are each non-rotatably on an axle half shaft leading to the vehicle wheel (6). 9) are arranged, with each of the axle gears (7) meshing with the compensating gear (11), the drive arrangement having a locking clutch (23) as a differential lock, by means of which the compensating gear (11) rotatably mounted on the differential cage (13) is rotationally fixed on the differential cage (13) can be coupled, and wherein the clutch (23) with respect to the vehicle axis (VA) radially on the outside of the differential k orb (13), characterized in that the clutch (23) has a clutch housing (25) which is fastened to a peripheral wall (21) of the differential cage (13) and into which the balancer shaft (17) projects, and in that between the clutch housing ( 25) and the balancer shaft (17) there is a clutch pack in which the inner discs (27) and outer discs (29) are stacked axially one on top of the other, and that the inner discs (27) can be moved axially, but are non-rotatable in the circumferential direction, with internal teeth on the balancer shaft (17) are arranged, and that the outer disks (29) are axially displaceable, but non-rotatable in the circumferential direction, are arranged with external teeth on the clutch housing (25).
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für eine Fahrzeugachse nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a drive arrangement for a vehicle axle according to the preamble of claim 1.
Bei einer solchen Antriebsanordnung wird im Fahrbetrieb von zum Beispiel einer Elektromaschine ein Antriebs-Achsmoment erzeugt, das über ein Achsdifferenzial auf die Fahrzeugräder eines zweispurigen Fahrzeugs übertragbar ist. Das Achsdifferenzial kann ein Kegelraddifferenzial mit einem antriebsseitigen Differenzialkorb sein, an dem zumindest ein Ausgleichskegelrad drehgelagert ist. Das Kegelraddifferenzial weist zudem ein erstes Achskegelrad und ein zweites Achskegelrad auf. Diese sind rechtwinklig zum Ausgleichskegelrad sowie koaxial mit Abstand zueinander angeordnet.In such a drive arrangement, a drive axle torque is generated during driving operation, for example by an electric machine, which can be transmitted to the vehicle wheels of a two-track vehicle via an axle differential. The axle differential can be a bevel gear differential with a drive-side differential cage on which at least one pinion gear is rotatably mounted. The bevel gear differential also has a first axle bevel gear and a second axle bevel gear. These are arranged at right angles to the pinion gear and coaxially at a distance from one another.
Die beiden Achskegelräder sind jeweils drehfest auf einer zum jeweiligen Fahrzeugrad führenden Achshalbwelle angeordnet. Jedes der Achskegelräder ist in Zahneingriff mit dem Ausgleichskegelrad.The two axle bevel gears are each arranged in a rotationally fixed manner on an axle half shaft leading to the respective vehicle wheel. Each of the side gears meshes with the pinion gear.
In einem mehrspurigen Fahrzeug wird ein solches Achsdifferenzial an der angetriebenen Fahrzeugachse verwendet, um eine Drehzahldifferenz zwischen den beiden Fahrzeugrädern, zum Beispiel bei einer Kurvenfahrt, zuzulassen. Eine weitere Eigenschaft eines einfachen Achsdifferenzials besteht darin, dass eine Momentenaufteilung zu beiden Abtriebsseiten erfolgt. Am Achsdifferenzial wird zu beiden Fahrzeugrädern hin das gleiche Moment übertragen. Dies ist nachteilig, sofern an beiden Fahrzeugrädern ein unterschiedliches Traktionsvermögen vorliegt, zum Beispiel bei einem einseitig rutschigen Untergrund oder bei Entlastung des kurveninneren Fahrzeugrads bei dynamischer Kurvenfahrt. In diesem Fall beschränkt das Fahrzeugrad mit dem geringeren Traktionsvermögen auch das Radmoment des anderen Fahrzeugrads, welches eigentlich mehr Moment übertragen könnte. Dieser Nachteil wird mittels einer Differenzialsperre ausgeräumt, bei der die Abtriebswellen des Differenzials mehr oder weniger stark mittels Reibkupplungen oder komplett mittels einer Formschlusskupplung an das Differenzialgehäuse koppelbar sind. Hierdurch wird ein zusätzliches Reib- oder Koppelmoment generiert, welches das Radmoment des Fahrzeugrads mit dem grö-ßeren Traktionsvermögen steigert. Das Achsmoment als Summe der beiden Radmomente steigt damit. Variable Sperrvorrichtungen werden im Allgemeinen umgesetzt, indem zwischen einer Abtriebswelle und dem Differenzialgehäuse eine Lamellenkupplung vorgesehen ist. Diese wird durch eine axiale Kupplungsbetätigung, das heißt mit einer variablen Axialkraft beaufschlagt, so dass sich gegebenenfalls ein variabler Sperrwert einstellen kann.In a multi-track vehicle, such an axle differential is used on the driven vehicle axle in order to allow a speed difference between the two vehicle wheels, for example when cornering. Another property of a simple axle differential is that torque is distributed to both output sides. At the axle differential, the same torque is transmitted to both vehicle wheels. This is disadvantageous if there is a different traction capacity on the two vehicle wheels, for example on a surface that is slippery on one side or when the vehicle wheel on the inside of the curve is relieved during dynamic cornering. In this case, the vehicle wheel with the lower traction capacity also limits the wheel torque of the other vehicle wheel, which actually could transmit more torque. This disadvantage is eliminated by means of a differential lock, in which the output shafts of the differential can be coupled to the differential housing to a greater or lesser extent by means of friction clutches or completely by means of a positive-locking clutch. This generates an additional friction or coupling torque, which increases the wheel torque of the vehicle wheel with the greater traction capacity. The axle torque as the sum of the two wheel torques thus increases. Variable locking devices are generally implemented by providing a multi-plate clutch between an output shaft and the differential case. This is acted upon by an axial clutch actuation, that is to say with a variable axial force, so that a variable blocking value can be set if necessary.
Eine solche Kupplungsbetätigung in Axialrichtung kann im Hinblick auf den verfügbaren Bauraum in der Fahrzeugachse problematisch sein. Zudem ist aufgrund der vergleichsweise hohen, auf die Achshalbwellen wirkenden Antriebsmomente eine entsprechend groß ausgelegte Kupplung erforderlich.Such a clutch actuation in the axial direction can be problematic with regard to the space available in the vehicle axle. In addition, due to the comparatively high drive torques acting on the half-axle shafts, a correspondingly large clutch is required.
Aus der
Die
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebsanordnung bereitzustellen, bei der im Vergleich zum Stand der Technik die Sperrkupplung bauraumgünstig sowie mit reduziertem Bauraumbedarf in der Fahrzeugachse angeordnet werden kann.The object of the invention is to provide a drive arrangement in which, in comparison to the prior art, the locking clutch can be arranged in the vehicle axle in a space-saving manner and with a reduced space requirement.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of claim 1. Preferred developments of the invention are disclosed in the dependent claims.
Gemäß dem Anspruch 1 weist die Antriebsanordnung als Differenzialsperre eine Kupplung auf, mittels der das am Differenzialkorb drehgelagerte Ausgleichszahnrad drehfest am Differenzialkorb ankoppelbar ist. Umgesetzt wird die Erfindung, indem das zumindest eine Ausgleichszahnrad im Achsdifferenzial im Durchmesser deutlich kleiner als die Achszahnräder ausgeführt ist, wobei die Sperrkupplung das Ausgleichszahnrad mehr oder minder mit dem Differenzialkorb bzw. dem Differenzialgehäuse koppelt. In dem das Ausgleichszahnrad im Vergleich zu den Achszahnrädern deutlich kleiner ausgeführt ist, muss an diesen im Sperrbetrieb auch nur ein kleineres Moment zum Differenzialkorb gekuppelt werden. Entsprechend kann die Sperrkupplung kleiner ausgeführt werden, wodurch der Bauraumbedarf der Kupplung reduziert ist. Das Ausgleichszahnrad kann mittels einer Reibkupplung oder einer Klauenkupplung mit dem Differenzialkorb koppelbar sein. Bevorzugt ist die Sperrkupplung mit Hilfe einer radialen Kupplungsbetätigung ansteuerbar. Diese kann über ein axial verschiebliches, keilförmiges Schaltelement umgesetzt werden.According to claim 1, the drive arrangement has a clutch as a differential lock, by means of which the compensating gear wheel, which is rotatably mounted on the differential carrier, can be coupled to the differential carrier in a rotationally fixed manner. The invention is implemented by the at least one compensating gear in the axle differential being designed to be significantly smaller in diameter than the axle gears, with the locking clutch coupling the compensating gear to a greater or lesser extent with the differential carrier or the differential housing. Since the differential gear is significantly smaller than the axle gears, only a smaller torque has to be coupled to the differential cage in locking mode. Accordingly, the locking clutch can be made smaller, which reduces the space required for the clutch. The differential gear can be coupled to the differential carrier by means of a friction clutch or a claw clutch. The locking clutch can preferably be controlled with the aid of a radial clutch actuation. This can be implemented via an axially displaceable, wedge-shaped switching element.
Nachfolgend sind weitere Erfindungsaspekte beschrieben: So kann zur Drehlagerung am Differenzialkorb das Ausgleichszahnrad drehfest auf einer Ausgleichswelle angeordnet sein. Die Ausgleichswelle kann, insbesondere unter Zwischenlage eines Drehlagers, durch eine Lageröffnung des Differenzialkorbs nach außen geführt sein.Further aspects of the invention are described below: For example, the differential gearwheel can be arranged on a differential shaft in a rotationally fixed manner for the purpose of pivoting on the differential cage. The balancer shaft can be guided to the outside through a bearing opening of the differential cage, in particular with the interposition of a rotary bearing.
In diesem Fall kann die Kupplung außenseitig an einer Umfangswand des Differenzialkorbs positioniert sein. Die Kupplung kann in einer nicht von der Erfindung umfassten Vergleichsform eine nur lastfrei schaltbare Klauenkupplung sein. Alternativ dazu kann die Kupplung auch als eine unter Last schaltbare Reibkupplung realisiert sein. Die Sperrkupplung ist durch ein Kupplungs-Steuergerät elektrisch ansteuerbar, und zwar zwischen einer Sperrstellung, bei der eine Ausgleichs-Drehbewegung des Ausgleichszahnrads gesperrt ist, und einer Freigabestellung, bei der die Ausgleichs-Drehbewegung des Ausgleichszahnrads ohne Kupplungs-Sperrwirkung ermöglicht ist. Insbesondere eine als Reibkupplung realisierte Sperrkupplung kann von einem Kupplungs-Steuergerät in einem Schlupfsteuerbereich angesteuert werden, um einen Kupplungsschlupf einzustellen. Auf diese Weise kann ein Sperrgrad bzw. die Sperrwirkung der Kupplung variiert werden. Erfindungsgemäß ist die Kupplung bauraumgünstig mit Bezug auf die Fahrzeugachse radial außenseitig am Differenzialkorb angeordnet, das heißt nicht mehr an einer mit Bezug auf die Fahrzeugachse axialen Stirnseite des Differenzialkorbes.In this case, the clutch can be positioned on the outside on a peripheral wall of the differential carrier. In a comparative form not covered by the invention, the clutch can be a dog clutch that can only be shifted in a load-free manner. As an alternative to this, the clutch can also be implemented as a friction clutch that can be shifted under load. The locking clutch can be controlled electrically by a clutch control unit between a locked position, in which a compensating rotary movement of the compensating gear is locked, and a release position, in which the compensating rotary movement of the compensating gear is enabled without a clutch locking effect. In particular, a locking clutch implemented as a friction clutch can be controlled by a clutch control unit in a slip control area in order to set clutch slip. In this way, a degree of locking or the locking effect of the clutch can be varied. According to the invention, the clutch is arranged radially on the outside of the differential cage in relation to the vehicle axis in a space-saving manner, ie no longer on an end face of the differential cage that is axial in relation to the vehicle axis.
Erfindungsgemäß weist die Sperrkupplung, insbesondere eine Lamellenkupplung, ein an einer Umfangswand des Differenzialkorbs befestigtes Kupplungsgehäuse auf, in das die Ausgleichswelle einragt. Zwischen dem Kupplungsgehäuse und der Ausgleichswelle ist ein Kupplungspaket angeordnet, in dem Innenlamellen und Außenlamellen axial übereinander geschichtet sind. Die Innenlamellen sind axial verschiebbar, jedoch in Umfangsrichtung drehfest, mit einer Innenverzahnung auf der Ausgleichswelle angeordnet. Analog dazu sind die Außenlamellen axial verschiebbar, jedoch in Umfangsrichtung drehfest, mit einer Außenverzahnung am Kupplungsgehäuse angeordnet. Das Kupplungspaket der Sperrkupplung kann über eine, in Radialrichtung erfolgende Kupplungsbetätigung mit steigender Anpresskraft bis hin zu einer vollständigen Sperrwirkung beaufschlagt werden, bei der die Innen- und Außenlamellen gegeneinander verspannt sind.According to the invention, the locking clutch, in particular a multi-plate clutch, has a clutch housing which is fastened to a peripheral wall of the differential carrier and into which the balancer shaft protrudes. A clutch pack is arranged between the clutch housing and the balancer shaft, in which the inner disks and outer disks are stacked axially one above the other. The inner disks can be moved axially, but are non-rotatable in the circumferential direction, and are arranged on the balancer shaft with internal teeth. Similarly, the outer disks are axially displaceable, but non-rotatable in the circumferential direction, and are arranged with external teeth on the clutch housing. The clutch pack of the locking clutch can be acted upon in a radial direction with increasing contact pressure up to a complete locking effect, in which the inner and outer disks are braced against each other.
Das Kupplungspaket der Kupplung kann über ein Anpresselement mit der Anpresskraft beaufschlagt werden. Das Anpresselement (Druckstück) kann bevorzugt mit Bezug auf die Fahrzeugachse in Radialrichtung über einen radialen Stellweg zwischen der radial äußeren Freigabestellung und der radial inneren Sperrstellung verstellt werden. Das Anpresselement kann mittels eines Schaltelementes zwischen der Freigabestellung und der Sperrstellung verstellt werden. Zusätzlich kann die radiale Kupplungsbetätigung ein mit Bezug auf die Fahrzeugachse über einen axialen Stellweg zwischen der Freigabestellung und der Sperrstellung verstellbares Schaltelement aufweisen. Das axial verstellbare Schaltelement kann mit einer Schaltkulisse ausgebildet sein, die mit einer korrespondierenden Gegenkontur des radial verstellbaren Anpresselementes zusammenwirkt.The clutch pack of the clutch can be subjected to the contact pressure via a contact pressure element. The pressing element (pressure piece) can preferably be adjusted with respect to the vehicle axis in the radial direction over a radial adjustment path between the radially outer release position and the radially inner locking position. The pressing element can be adjusted between the release position and the locked position by means of a switching element. In addition, the radial clutch actuation can have a switching element that can be adjusted with respect to the vehicle axis over an axial adjustment path between the release position and the locked position. The axially adjustable shifting element can be designed with a shifting gate which interacts with a corresponding counter-contour of the radially adjustable pressing element.
Bevorzugt kann die Schaltkulisse des Schaltelementes in Gleitkontakt mit der Gegenkontur des kupplungsseitigen Anpresselementes sein. In diesem Fall kann die Schaltelement-Schaltkulisse einen Rampenabschnitt aufweisen, der mit Bezug auf die Fahrzeugachse keilförmig in Richtung auf einen radial inneren Sperrabschnitt der Schaltkulisse zuläuft. Für eine Kupplungsschlupf-Steuerung kann die Schaltkulisse im Bereich des Rampenabschnittes gegen das kupplungsseitige Anpresselement drücken. Demgegenüber drückt der Schaltkulissen-Sperrabschnitt gegen das kupplungsseitige Anpresselement, sofern eine vollständige Sperrwirkung erzeugt werden soll.The shift gate of the shift element can preferably be in sliding contact with the counter-contour of the clutch-side pressure element. In this case, the shifting element shifting gate can have a ramp section which, with respect to the vehicle axis, runs in a wedge shape in the direction of a radially inner blocking section of the shifting gate. For clutch slip control, the shift gate can press against the pressure element on the clutch side in the area of the ramp section. In contrast, the shift gate blocking section presses against the clutch-side pressure element if a complete blocking effect is to be generated.
Im Hinblick auf eine mechanisch einfache Betätigung kann das Schaltelement eine Schiebemuffe aufweisen, die über eine Innenverzahnung axial verstellbar auf einem Schaltkörper angeordnet ist. Der Schaltkörper ist bevorzugt drehfest am Differenzialkorb angeordnet. In diesem Fall kann die Schiebemuffe mittels eines, vom Kupplungs-Steuergerät ansteuerbaren Aktors, insbesondere einer Schaltgabel, axial verstellbar sein.With regard to mechanically simple actuation, the switching element can have a sliding sleeve which is arranged on a switching body so that it can be adjusted axially via internal teeth. The switching body is preferably arranged in a rotationally fixed manner on the differential cage. In this case, the sliding sleeve can be axially adjustable by means of an actuator that can be controlled by the clutch control device, in particular a shift fork.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying figures.
Es zeigen:
-
1 in grob schematischer Darstellung eine Antriebsanordnung für eine Fahrzeugachse eines Kraftfahrzeugs; -
2 ein Achsdifferenzial mit integrierter Differenzialsperre, die sich in einer Freigabestellung befindet; und -
3 eine Ansicht entsprechend der2 , in der sich die Differenzialsperre in ihrer Sperrstellung befindet.
-
1 in a roughly schematic representation of a drive arrangement for a vehicle axle of a motor vehicle; -
2 an axle differential with integrated differential lock, which is in a release position; and -
3 a view according to the2 , in which the differential lock is in its locked position.
In der
Wie aus den Figuren hervorgeht, ist die Differenzialsperre als eine Sperrkupplung 23 realisiert, mittels der das am Differenzialkorb 13 drehgelagerte Ausgleichskegelrad 11 drehfest am Differenzialkorb 13 ankoppelbar ist. Die Sperrkupplung 23 ist als eine unter Last schaltbare Lamellenkupplung realisiert, dessen Kupplungsgehäuse 25 radial außen an der Umfangswand 21 des Differenzialkorbs 13 befestigt ist. In das Kupplungsgehäuse 25 ragt die Ausgleichswelle 17 des Ausgleichskegelrads 11 ein. Zwischen der Ausgleichswelle 17 und dem Kupplungsgehäuse 25 ist ein Kupplungspaket geschaltet, das aus axial übereinander geschichteten Innenlamellen 27 und Außenlamellen 29 aufgebaut ist. Die Innenlamellen 27 sind axial verschiebbar, jedoch in Umfangsrichtung drehfest mit einer Innenverzahnung auf der Ausgleichswelle 17 angeordnet. Analog dazu sind die Außenlamellen 29 axial verschiebbar, jedoch in Umfangsrichtung drehfest, mit einer Außenverzahnung am Innenumfang des Kupplungsgehäuses 25 angeordnet. Das Kupplungspaket kann in der
In den
Im Hinblick auf eine bauteiltechnisch einfache Aktuatorik kann das Schaltelement eine Schiebemuffe 41 aufweisen, die über eine Innenverzahnung axial verstellbar auf einem Schaltkörper 43 angeordnet ist. Der Schaltkörper 43 ist wiederum drehfest am Differenzialkorb 13 angeformt. Die Schiebemuffe 41 des axial verstellbaren Schaltelementes 33 ist mittels eines Aktors, zum Beispiel einer Schaltgabel 45, mit Bezug auf den Differenzialkorb 13 axial verstellbar.With regard to an actuator system that is simple in terms of components, the switching element can have a sliding
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Vorgelegetransmission
- 33
- Außenverzahnungexternal teeth
- 55
- Achsdifferenzialaxle differential
- 77
- Achskegelräderside gears
- 99
- Achshalbwellenaxle half shafts
- 1111
- Ausgleichskegelräderpinions
- 1313
- Differenzialkorbdifferential cage
- 1515
- axiale Stirnwandaxial end wall
- 1717
- Ausgleichswellebalance shaft
- 1919
- Lageröffnungwarehouse opening
- 2121
- Umfangswandperimeter wall
- 2323
- Sperrkupplunglocking clutch
- 2525
- Kupplungsgehäuseclutch housing
- 2727
- Innenlamelleninner slats
- 2929
- Außenlamellenouter slats
- 3131
- radial verstellbares Anpresselementradially adjustable pressure element
- 3333
- axial verstellbares Schaltelementaxially adjustable switching element
- 3737
- Rampenramps
- 3939
- Sperrabschnittlockdown section
- 4141
- Schiebemuffesliding sleeve
- 4343
- Schaltkörperswitch body
- 4545
- Aktoractuator
- EMEM
- Elektromaschineelectric machine
- VAv.a
- Fahrzeugachsevehicle axle
- rright
- radialer Stellwegradial travel
- aa
- axialer Stellwegaxial travel
- Ff
- Anpresskraftpressing force
- SS
- Sperrstellunglocked position
- FRFR
- Freigabestellungrelease position
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