DE102022211408A1

DE102022211408A1 - Differentialsperre zum Sperren von Ausgleichsbewegungen bei einem Differentialgetriebe

Info

Publication number: DE102022211408A1
Application number: DE102022211408.6A
Authority: DE
Inventors: Julian Lüftl
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-10-27
Filing date: 2022-10-27
Publication date: 2024-05-02
Also published as: CN117948397A; US20240141974A1

Abstract

Es wird eine Differentialsperre zum Sperren von Ausgleichsbewegungen zwischen Abtriebswellen (4) bei einem Differentialgetriebe eines Fahrzeuges vorgeschlagen, wobei zumindest eine der Abtriebswellen (4) mittels einer mit der Abtriebswelle (4) drehfest verbundenen und axial verschiebbaren Schiebemuffe (5) mit einem mit einem Antrieb verbundenen Differentialkorb (2) im gesperrten Zustand formschlüssig verbunden ist, wobei zum axialen Bewegen der gegen zumindest ein Federelement (7) vorgespannten Schiebemuffe (5) eine Druckbeaufschlagung (6) vorgesehen ist und wobei das Federelement (7) zumindest abschnittsweise radial innerhalb der Schiebemuffe (5) angeordnet ist. Ferner wird ein Differentialgetriebe mit der Differentialsperre vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Differentialsperre zum Sperren von Ausgleichsbewegungen zwischen Abtriebswellen bei einem Differentialgetriebe eines Fahrzeuges gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die Erfindung ein Differentialgetriebe mit einer Differentialsperre.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 27 21 701 A1 ist eine angetriebene Fahrzeugachse mit einer druckluftgesteuerten Differentialsperre bekannt. Die Fahrzeugachse umfasst ein als Planetengetriebe ausgeführtes Differential, wobei ein angetriebener Käfig das Differential umschließt und im gesperrten Zustand der Differentialsperre mit einer der aktuellen formschlüssig verwendbar ist. Die Differenzialsperre umfasst einen drehfest mit einer der Achswellen verbundenen Kolben, der durch Druckbeaufschlagung axial bewegbar ist, sodass ein Verzahnungsabschnitt des Kolbens mit einem Verzahnungsabschnitt des Käfigs in Eingriff bringbar ist. Der Kolben wird durch eine Schraubenfeder in dem nicht gesperrten Zustand der Differentialsperre gehalten. Die Schraubenfeder umgibt das Kolbenelement und ist einerseits an dem Kolben und andererseits an einem den Kolben umgebenden gehäuseseitigen Zylinder abgestützt, sodass die Schraubenfeder außerhalb des Differentials angeordnet. Hierdurch ergibt sich ein erheblicher axialer Bauraumbedarf für das Differential.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Differentialsperre und ein Differentialgetriebe vorzuschlagen, welche besonders bauraumgünstig ausgeführt sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 9 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Somit wird eine Differentialsperre zum Sperren von Ausgleichsbewegungen zwischen Abtriebswellen bei einem Differentialgetriebe eines Fahrzeuges vorgeschlagen, wobei zumindest eine der Abtriebswellen mittels einer mit der Abtriebswelle drehfest verbundenen und axial verschiebbaren Schiebemuffe mit einem mit einem Antrieb verbundenen Differentialkorb im gesperrten Zustand formschlüssig verbunden ist und wobei zum axialen Bewegen der gegen zumindest ein Federelement vorgespannten Schiebemuffe eine Druckbeaufschlagung z. B. mittels Druckluft oder dergleichen der Schiebemuffe vorgesehen ist. Um eine möglichst bauraumgünstige Anordnung zu realisieren, ist vorgesehen, dass das Federelement zumindest abschnittsweise radial innerhalb der Schiebemuffe angeordnet ist.
Auf diese Weise ist das Federelement, welches zum Beispiel als Schraubenfeder oder dergleichen ausgeführt sein kann, radial gesehen innerhalb der Schiebemuffe und damit innerhalb des Differentials bzw. der Differentialsperre angeordnet, wodurch eine radial verschachtelte Bauweise von Federelement und Schiebemuffe realisiert wird, welches eine besonders bauraumgünstige Anordnung ermöglicht, sodass die vorgeschlagene Differentialsperre, axial gesehen, deutlich kürzer ausgeführt ist, als die bekannte Differentialsperre.
Vorzugsweise wird bei der vorgeschlagenen Differentialsperre die Schiebemuffe hülsenförmig ausgeführt, wobei die Schiebemuffe und das Federelement koaxial zur Abtriebswelle angeordnet sind. Dadurch, dass das Federelement, radial gesehen zwischen der Abtriebswelle und der Schiebemuffe angeordnet ist, wird die verschachtelte Bauweise weiter optimiert und zusätzlicher Bauraum eingespart.
Um das Federelement zumindest teilweise innerhalb des Differenzials bzw. der Differentialsperre konstruktiv einfach anordnen zu können, ist vorgesehen, dass ein Innendurchmesser des Differentialkorbs im Bereich einer gehäuseseitigen Lagerung größer als ein Außendurchmesser eines Achskegelrads und größer als ein Innendurchmesser der Schiebemuffe ist.
Dadurch, dass sich das Federelement bzw. die Druckfeder einerseits an einem mit der Abtriebswelle drehfest verbundenen Achskegelrad und andererseits beispielsweise an einer Innendurchmesserstufe der Schiebemuffe abstützt, lässt sich die Feder so auslegen, dass über die Federkraft eine Optimierung des Tragbildes bei der Sperrverzahnung erreicht wird. Ferner wird durch die Platzierung des Federelements zwischen dem Achskegelrad und der Schiebemuffe eine gewisse Vorspannkraft auf die Differentialräder bewirkt, welches eine Optimierung nicht nur des Tragbildes sondern auch der Akustik zur Folge hat.
Bei der vorgeschlagenen Differentialsperre kann die formschlüssige Verbindung bzw. die Sperrverzahnung zwischen dem Differentialkorb und der Schiebemuffe dadurch realisiert werden, dass die Schiebemuffe eine radialseitige Außenverzahnung oder dergleichen aufweist, die mit einer radialseitigen Innenverzahnung oder dergleichen des Differentialkorbs in Eingriff bringbar ist. Auf diese Weise wird aufgrund der radial ausgerichteten Sperrverzahnung an der Schiebemuffe und dem Differentialkorb eine hinsichtlich des erforderlichen Bauraums optimierte Differentialsperre realisiert. Aufgrund der koaxialen Anordnung zu der Abtriebswelle wird quasi eine verschachtelte Bauweise realisiert, die einerseits eine besonders bauraumgünstige und andererseits eine ausreichende Sperrmomentübertragung aufgrund der radial vorgesehenen Sperrverzahnung gewährleistet.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Außenverzahnung der Schiebemuffe und die Innenverzahnung des Differentialkorbs eine als Passverzahnung ausgeführte formschlüssige Sperrverzahnung bilden. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass diese sowohl flankentragend bzw. flankenzentriert oder auch durchmessertragend bzw. durchmesserzentriert ausgeführt sein kann. Demzufolge kann ein vorbestimmtes Spiel am Zahnkopf und/oder am Zahnfuß der Passverzahnung vorgesehen sein. Beispielsweise kann auch eine genormte Passverzahnung nach DIN 5480 verwendet werden, welches weitere Vorteile für die Fertigung mit sich bringt.
Eine andere alternative Ausführung der formschlüssigen Verbindung bzw. der Sperrverzahnung kann dadurch realisiert werden, dass die Schiebemuffe eine axialseitige Verzahnung aufweist, die mit einer korrespondierenden axialseitigen Verzahnung des Differentialkorbes in Eingriff bringbar ist. Bei dieser alternativen Ausführung der Sperrverzahnung wird radialer Bauraum eingespart.
Beispielsweise kann die axialseitige Verzahnung der Schiebemuffe und die axialseitige Verzahnung des Differentialkorbes eine als Stirnklauenverzahnung oder dergleichen ausgebildete Sperrverzahnung bilden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Differentialgetriebe mit zumindest einer vorbeschriebenen Differentialsperre gelöst. Hieraus ergeben sich die bereits beschriebenen und weitere Vorteile. Vorzugsweise wird als Differentialgetriebe ein Kegelraddifferentialgetriebe mit der Differentialsperre ausgerüstet.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische, geschnittene Teilansicht einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes mit einer erfindungsgemäßen Differentialsperre mit einer Passverzahnung als Sperrverzahnung im nicht gesperrten Zustand;
2 eine schematische, geschnittene Teilansicht der ersten Ausführungsvariante des Differentialgetriebes mit der Differentialsperre im gesperrten Zustand; und
3 eine schematische, geschnittene Teilansicht einer zweiten Ausführungsvariante des Differentialgetriebes mit der Differentialsperre mit einer Stirnklauenverzahnung als Sperrverzahnung im nicht gesperrten Zustand.

In den 1 bis 3 sind eine erste und eine zweite Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes beispielsweise als Kegelraddifferentialgetriebe mit einer erfindungsgemäßen Differentialsperre eines Fahrzeuges im nicht gesperrten Zustand und im gesperrten Zustand beispielhaft dargestellt.
Das Kegelraddifferentialgetriebe ist mit der Differentialsperre in einem Gehäuse 1 angeordnet. Das Kegelraddifferentialgetriebe umfasst einen angetriebenen Differentialkorb 2, der über Differentialräder 14 und Achskegelräder 3 zugeordnete Abtriebswellen 4 antreibt.
Im gesperrten Zustand der Differentialsperre wird zumindest eine der Abtriebswellen 4 mit dem Differentialkorb 2 formschlüssig verbunden, sodass keine Ausgleichsbewegung zwischen den Abtriebswellen 4 vorgesehen ist.
Als Differentialsperre ist bei dem Kegelraddifferentialgetriebe eine formschlüssige Kupplung mit einem ersten Kupplungspartner und einem zweiten Kupplungspartner vorgesehen. Der erste Kupplungspartner ist an einer der Abtriebswellen 4 an einer Schiebmuffe 5 und der zweite Kupplungspartner ist an dem Differentialkorb 2 vorgesehen. Somit verfügt das Kegelraddifferentialgetriebe über eine integrierte Differentialsperre. Die Differentialsperre ist koaxial zu einer Drehachse der Abtriebswellen 4 angeordnet.
Bei der vorgeschlagenen Differentialsperre ist unabhängig von den Ausführungsvarianten vorgesehen, dass die mit der Abtriebswelle 4 beispielsweise über eine Passverzahnung drehfest verbundene und axial verschiebbare Schiebemuffe 5 über eine Druckbeaufschlagung 6 axial bewegbar ist, wobei die Axialbewegung der Schiebemuffe 5 gegen eine Kraft zumindest eines Federelements 7 wirkt, sodass die Schiebemuffe 5 vorgespannt ist. Um eine möglichst bauraumgünstige Anordnung zu schaffen, ist vorgesehen, dass das Federelement 7 zumindest abschnittsweise radial innerhalb der Schiebemuffe 5 angeordnet ist.
Die Druckbeaufschlagung 6 erfolgt über einen Druckraum, der beidseitig über Dichtelemente 12 abgedichtet wird, die zwischen dem Gehäuse 1 und der Schiebemuffe 5 angeordnet sind. Die mittels zum Beispiel Druckluft erzeugte Schaltkraft ist höher als die Federkraft, die von dem Federelement 7 aufgebracht wird. Sobald die Druckbeaufschlagung 6 beendet wird, sorgt das Federelement 7 dafür, dass die Schiebemuffe 5 wieder von dem Differentialkorb 2 axial wegbewegt wird und die Differentialsperre ausgeschaltet wird. Die Schiebemuffe 5 ist vorzugsweise über eine Gleitlagerstelle 13 gehäuseseitig gelagert.
Die Schiebemuffe 5 ist etwa hülsenförmig oder ringzylinderförmig ausgeführt und dient quasi sowohl als Kupplungspartner zum Herstellen der formschlüssigen Verbindung als auch als mit druckbeauflagtes Betätigungselement, um die Axialbewegung der Schiebemuffe zu bewirken, sodass die Differentialsperre von ihrem nicht gesperrten Zustand in ihren gesperrten Zustand und umgekehrt geschaltet werden kann.
Die Schiebemuffe 5 und das Federelement 7 sind koaxial zu der Abtriebswelle 4 angeordnet. Ferner ist ein Innendurchmesser des Differentialkorbs 2 im Bereich einer gehäuseseitigen Lagerung 15 größer als ein Außendurchmesser 16 des mit der Abtriebswelle 4 drehfest verbundenen Achskegelrads 3. Ferner ist der Innendurchmesser des Differentialkorbs 2 im Bereich der gehäuseseitigen Lagerung 15 auch größer als ein Innendurchmesser der Schiebemuffe 5 zum Aufnehmen des Federelements 7. Das Federelement 7 stützt sich einerseits an dem mit der Abtriebswelle 4 drehfest verbundenen Achskegelrad 3 und andererseits an einer Innendurchmesserstufe 17 der Schiebemuffe 5 ab.
In den 1 und 2 ist eine erste Ausführungsvariante der Differentialsperre dargestellt, bei der die Schiebemuffe 5 eine radialseitige Außenverzahnung 8 aufweist, die mit einer radialseitigen Innenverzahnung 9 des Differentialkorbs 2 in Eingriff bringbar ist. Die Außenverzahnung 8 der Schiebemuffe 4 und die Innenverzahnung 9 des Differentialkorbs 2 bilden eine als Passverzahnung ausgeführte formschlüssige Sperrverzahnung.
In 1 ist der nicht gesperrten Zustand der Differentialsperre gezeigt, bei der die Außenverzahnung 8 der Schiebemuffe 5 nicht in Eingriff mit der Innenverzahnung 9 des Differentialkorbs 2 steht.
In 2 ist dagegen der gesperrten Zustand der Differentialsperre sein, bei der die Außenverzahnung 8 der Schiebemuffe 5 mit der Innenverzahnung 9 des Differentialkorbs 2 in Eingriff steht.
In 3 ist eine zweite Ausführungsvariante der Differentialsperre dargestellt, bei der die Schiebemuffe 5 eine axialseitige Verzahnung 10 aufweist, die mit einer korrespondierenden axialseitigen Verzahnung 11 des Differentialkorbes 2 in Eingriff bringbar ist. Die axialseitige Verzahnung 10 der Schiebemuffe 5 und die axialseitige Verzahnung 11 des Differentialkorbes 2 bilden eine als Stirnklauenverzahnung ausgebildete Sperrverzahnung. Figur drei zeigt den nicht gesperrten Zustand der Differentialsperre, in dem die axialseitige Verzahnung 10 der Schiebemuffe 5 und die axialseitige Verzahnung 11 des Differentialkorbs 2 nicht in Eingriff stehen.
Bezugszeichen

1: Gehäuse
2: Differentialkorb
3: Achskegelrad
4: Antriebswelle
5: Schiebemuffe
6: Druckbeaufschlagung bzw. Druckraum
7: Federelement
8: radialseitige Außenverzahnung der Schiebemuffe
9: radialseitige Innenverzahnung des Differentialkorbs
10: axialseitige Verzahnung der Schiebemuffe
11: axialseitige Verzahnung des Differentialkorbs
12: Dichtelement
13: Gleitlagerstelle
14: Differentialrad
15: gehäuseseitige Lagerung des Differentailkorbes
16: Außendurchmesser des Achskegelrads
17: Innendurchmesserstufe der Schiebemuffe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2721701 A1 [0002]

Claims

Differentialsperre zum Sperren von Ausgleichsbewegungen zwischen Abtriebswellen (4) bei einem Differentialgetriebe eines Fahrzeuges, wobei zumindest eine der Abtriebswellen (4) mittels einer mit der Abtriebswelle (4) drehfest verbundenen und axial verschiebbaren Schiebemuffe (5) mit einem mit einem Antrieb verbundenen Differentialkorb (2) im gesperrten Zustand formschlüssig verbunden ist und wobei zum axialen Bewegen der gegen zumindest ein Federelement (7) vorgespannten Schiebemuffe (5) eine Druckbeaufschlagung (6) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (7) zumindest abschnittsweise radial innerhalb der Schiebemuffe (5) angeordnet ist.
Differenzialsperre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (5) hülsenförmig ausgeführt ist, wobei die Schiebemuffe (5) und das Federelement (7) koaxial zur Abtriebswelle (4) angeordnet sind.
Differentialsperre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendurchmesser des Differentialkorbs (2) im Bereich einer gehäuseseitigen Lagerung (15) größer als ein Außendurchmesser (16) eines Achskegelrads (3) und größer als ein Innendurchmesser der Schiebemuffe (5) ist.
Differentialsperre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Federelement (7) einerseits an einem mit der Abtriebswelle (4) drehfest verbundenen Achskegelrad (3) und andererseits an einer Innendurchmesserstufe (17) der Schiebemuffe (5) abstützt.
Differentialsperre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (5) eine radialseitige Außenverzahnung (8) aufweist, die mit einer radialseitigen Innenverzahnung (9) des Differentialkorbs (2) in Eingriff bringbar ist.
Differentialsperre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (8) der Schiebemuffe (5) und die Innenverzahnung (9) des Differentialkorbs (2) eine als Passverzahnung ausgeführte formschlüssige Sperrverzahnung bilden.
Differentialsperre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (5) eine axialseitige Verzahnung (10) aufweist, die mit einer korrespondierenden axialseitigen Verzahnung (11) des Differentialkorbes (2) in Eingriff bringbar ist.
Differentialsperre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die axialseitige Verzahnung (10) der Schiebemuffe (5) und die axialseitige Verzahnung (11) des Differentialkorbes (2) eine als Stirnklauenverzahnung ausgebildete Sperrverzahnung bilden.
Differentialgetriebe mit einer Differentialsperre nach einem der vorangehenden Ansprüche.