DE102022211409A1

DE102022211409A1 - Differentialsperre zum Sperren von Ausgleichsbewegungen bei einem Differentialgetriebe

Info

Publication number: DE102022211409A1
Application number: DE102022211409.4A
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: CN117948398A; US20240141973A1

Abstract

Es wird eine Differentialsperre zum Sperren von Ausgleichsbewegungen zwischen Abtriebswellen (4) bei einem Differentialgetriebe eines Fahrzeuges vorgeschlagen, wobei zumindest eine der Abtriebswellen (4) mit einem mit einem Antrieb verbundenen Differentialkorb (2) im gesperrten Zustand formschlüssig verbunden ist, wobei eine koaxial zur Abtriebswelle (4) angeordnete und drehfest mit der Abtriebswelle (4) verbundene Schiebemuffe (5) über ein Kolbenelement (6) axial derart bewegbar ist, dass eine radialseitige Außenverzahnung (7) der Schiebemuffe (5) mit einer radialseitigen Innenverzahnung (8) des Differentialkorbs (2) in Eingriff bringbar 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 WO 2010/005411 A1 ist eine Differentialsperre für ein Fahrzeugdifferential bekannt. Das Fahrzeugdifferential umfasst eine linke und rechte Achswelle, die sich durch das Differentialgehäuse erstrecken und um eine Drehachse drehbar sind. Innerhalb des Differentialgehäuses sind zwei Seitenräder angeordnet, wobei jedes Seitenrad mit einer der Achswellen drehfest verbunden ist, wobei die Seitenräder mit Differentialrädern in Eingriff stehen. Ein Verriegelungskragen ist mit einer der Achswellen drehfest verbunden und ist entlang der Achswelle zwischen einer entriegelten Position und einer verriegelten Position verschiebbar. In der verriegelten Position greift der Verbindungkragen mit axialseitig angeordneten Klauen in korrespondierende axialseitig angeordnete Klauen an dem Differentialgehäuse ein und fixiert dadurch das Differentialgehäuse zur Drehung mit dem Verriegelungskragen. Die einander zugewandten axialseitigen Klauen erfordern entsprechende Abmessungen, um ein gewünschtes Sperrmoment mit der Differentialsperre übertragen zu können. Demzufolge ergibt sich ein erheblicher axialer und radialer Bauraumbedarf bei der bekannten Differentialsperre.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Differenzialsperre und ein Differentialgetriebe vorzuschlagen, welche zum Übertragen eines gewünschten Sperrmoments möglichst konstruktiv einfach und bauraumgünstig ausgeführt sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 10 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 mit einem mit einem Antrieb verbundenen Differentialkorb im gesperrten Zustand der Differentialsperre formschlüssig verbunden ist. Um eine möglichst konstruktiv einfache und bauraumgünstige Übertragung eines gewünschten Sperrmoments über die Differentialsperre sicherzustellen, ist vorgesehen, dass eine koaxial zur Abtriebswelle angeordnete und drehfest mit der Abtriebswelle verbundene Schiebemuffe oder dergleichen über ein Kolbenelement oder dergleichen axial derart bewegbar ist, dass eine radialseitige Außenverzahnung der Schiebemuffe mit einer radialseitigen Innenverzahnung 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.
Wenn beispielsweise die Außenverzahnung an der Schiebemuffe und die Innenverzahnung an dem Differentialkorb eine als Passverzahnung ausgeführte formschlüssige Sperrverzahnung bildet, 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.
Besonders vorteilhaft ist bei der vorgeschlagenen Differentialsperre, dass sich trotz der bauraumgünstigen Ausführung durch die Wahl der axialen Länge der Sperrverzahnung bzw. durch die Wahl der axialen Überdeckung der Sperrverzahnung an den beiden formschlüssigen Kupplungspartnern, nämlich der Schiebemuffe und dem Differentialkorb, ein gewünschtes zu übertragenes Sperrmoment bei der Differentialsperre einstellen bzw. auslegen lässt.
Dadurch, dass die Schiebemuffe und das Kolbenelement jeweils hülsenförmig, ringzylinderförmig oder dergleichen ausgeführt sind und radial verschachtelt zwischen der Abtriebswelle und einem die Abtriebswelle aufnehmenden Gehäuse angeordnet sind, wird eine, axial gesehen, besonders klein bauende Differentialsperre geschaffen.
Um eine möglichst einfache Betätigung zur axialen Bewegung der Schiebemuffe entlang der Abtriebswelle zum Erreichen des gesperrten Zustandes der Differentialsperre zu realisieren, ist vorgesehen, dass die zumindest abschnittsweise radial innerhalb des Kolbenelements angeordnete Schiebemuffe über ein Lagerelement oder dergleichen an dem gehäusefesten Kolbenelement gelagert ist. Auf diese Weise kann die axiale Bewegung des Kolbenelements auf die sich drehende Schiebemuffe auf einfache Weise übertragen werden.
Eine besonders konstruktiv einfache Ausführung kann vorsehen, dass das Lagerelement einerseits an einer Innendurchmesserstufe des Kolbenelements und andererseits an einer Außendurchmesserstufe der Schiebemuffe zum axialen und radialen Abstützen angeordnet ist.
Zum Erzeugen der Axialbewegung der Schiebemuffe kann vorzugsweise bei der vorgeschlagenen Differentialsperre eine Druckbeaufschlagung des Kolbenelements zum Beispiel pneumatisch oder hydraulisch vorgesehen sein, wobei die axiale Bewegung durch die Druckbeaufschlagung über das Lagerelement auf die Schiebemuffe übertragen wird.
Um eine Vorspannung der Schiebemuffe zu realisieren, kann im Rahmen einer nächsten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Schiebemuffe über ein Federelement oder dergleichen gegen das Kolbenelement vorgespannt ist, wobei das Federelement koaxial zur Abtriebswelle und zumindest abschnittsweise radial innerhalb der Schiebemuffe angeordnet ist. Als Federelement kann eine Schraubenfeder oder dergleichen zum Beispiel in Form einer Druckfeder eingesetzt werden. Somit ergibt sich nicht nur eine besonders bauraumsparende Ausführung bei der vorgeschlagenen Differentialsperre, sondern es wird auch eine gewisse Vorspannkraft auf die Differentialräder bzw. Achskegelräder bewirkt, welches sich vorteilhaft auf die Akustik und das Tragbild der Verzahnungen auswirkt.
Dadurch, dass sich das Federelement bzw. die Druckfeder einerseits an einem mit der Abtriebswelle drehfest verbundenen Achskegelrad und andererseits an der Schiebemuffe abstützt, lässt sich die Feder so auslegen, dass über die Federkraft eine Optimierung des Tragbildes bei der Sperrverzahnung erreicht wird.
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 eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes mit einer erfindungsgemäßen Differentialsperre im nicht gesperrten Zustand; und
2 eine schematische, geschnittene Teilansicht des Differentialgetriebes mit der Differentialsperre im gesperrten Zustand.

In den 1 und 2 ist eine mögliche 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 13 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 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.
Die Differentialsperre umfasst quasi als ersten Kupplungspartner eine koaxial zur Abtriebswelle 4 angeordnete und drehfest mit der Abtriebswelle 4 verbundene Schiebemuffe 5, die über ein Kolbenelement 6 axial derart bewegbar ist, dass eine radialseitige Außenverzahnung 7 der Schiebemuffe 5 mit einer radialseitigen Innenverzahnung 8 des Differentialkorbes 2 quasi als zweiter Kupplungspartner in Eingriff bringbar ist. Somit verfügt das Kegelraddifferentialgetriebe über eine integrierte Differentialsperre, welche koaxial angeordnet ist. Aufgrund der verschachtelten Bauweise ist die Differentialsperre sowohl radial als auch axial bauraumoptimiert.
Die Außenverzahnung 7 der Schiebemuffe 5 und die Innenverzahnung 8 des Differentialkorbes 2 bildet eine als Passverzahnung ausgeführte formschlüssige Sperrverzahnung. In Abhängigkeit einer gewählten Überdeckung der Außenverzahnung 7 der Schiebemuffe 5 und der Innenverzahnung 8 des Differentialkorbes 2 wird ein vorbestimmtes Sperrmoment eingestellt, welches über die Differentialsperre übertragbar ist.
Wie sich aus den 1 und 2 ergibt, sind sowohl die Schiebemuffe 5 als auch das die Schiebemuffe 5 betätigende Kolbenelement 6 jeweils hülsenförmig oder ringzylinderförmig ausgeführt und radial verschachtelt zwischen der Abtriebswelle 4 und dem die Abtriebswelle 4 aufnehmenden Gehäuse 1 angeordnet. Dadurch kann die Differentialsperre radial möglich klein bauen und zwischen der als Steckwelle ausgeführten Abtriebswelle 4 und dem Achsrohr-Gehäuse 1 platziert werden.
Bei der Differentialsperre ist vorgesehen, dass die zumindest abschnittsweise radial innerhalb des Kolbenelements 6 angeordnete Schiebemuffe 5 über ein Lagerelement 9 an dem gehäusefesten Kolbenelement 6 gelagert ist. Das Lagerelement 9, welches zum Beispiel als axiales und radiales Wälzlager oder dergleichen ausgeführt sein kann, ist einerseits an einer Innendurchmesserstufe 10 des Kolbenelements 6 und andererseits an einer Außendurchmesserstufe 11 der Schiebemuffe 5 zum axialen und radialen Abstützen angeordnet. Die Axialbewegung der Schiebemuffe 5 wird durch Druckbeaufschlagung 14 des Kolbenelements 6 über das Lagerelement 9 realisiert. Die Druckbeaufschlagung 14 erfolgt über einen Druckraum, indem die durch zum Beispiel mittels Druckluft oder dergleichen erzeugte Schaltkraft auf das Kolbenelement 6 wirkt.
Um die Schiebemuffe 5 in einem nicht gesperrten Zustand der Differentialsperre zu halten, wird die Schiebemuffe 5 über ein Federelement 12 gegen das Kolbenelement 6 vorgespannt, wobei das Federelement 12 koaxial zur Abtriebswelle 4 und zumindest abschnittsweise radial innerhalb der Schiebemuffe 5 angeordnet. Das Federelement 12 stützt sich einerseits an dem mit der Abtriebswelle 4 drehfest verbundenen Achskegelrad 3 und andererseits an der Schiebemuffe 5 ab. Die Schaltkraft durch die Druckbeaufschlagung 14 ist höher als die Federkraft, die von dem Federelement 12 aufgebracht wird. Sobald die Druckbeaufschlagung 14 beendet wird, sorgt das Federelement 12 dafür, dass die Schiebemuffe 5 wieder von dem Differentialkorb 2 axial wegbewegt wird und die Differentialsperre ausgeschaltet wird.
Somit ist die Differentialsperre auch axial hinsichtlich des benötigten Bauraumes optimiert, da das für die Vorspannung notwendige Federelement 12 zwischen dem Achskegelrad 3 und der Schiebemuffe 5 platziert ist. Die Platzierung des Federelements 12 zwischen dem Achskegelrad 3 und der Schiebemuffe 5 sorgt zusätzlich dafür, dass eine gewisse Vorspannkraft auf die Differentialräder 13 bewirkt wird. Dies hat eine Optimierung hinsichtlich Akustik und Tragbild zur Konsequenz.
Bei der vorgeschlagenen Differentialsperre ist der Differentialkorb 2, das Achskegelrad 3, die Schiebemuffe 5 und die Abtriebswelle 4 koaxial auf einer gemeinsamen Drehachse angeordnet, wobei die Abtriebswelle 4 drehfest mit dem Achskegelrad 3 und der Schiebemuffe 5 verbunden ist.
2 zeigt den gesperrten Zustand, bei dem die Axialbewegung der Schiebemuffe 5 in Richtung Differentialkorb 2 zum Ineinandergreifen der radialen Sperrverzahnung durch Druckbeaufschlagung 14 des koaxial zur Schiebemuffe 5 angeordneten Kolbenelements 6 umgesetzt wird, wobei das Kolbenelement 6 die Verschiebekraft über das Lagerelement 9 auf die Schiebemuffe 5 überträgt.
Nach Entfall der Druckbeaufschlagung 14 auf das Kolbenelement 6 wird durch die wirkende Druckfederkraft des Federelement 12 die Schiebemuffe 5 von dem Differentialkorb 2 axial wegbewegt, welches in 1 dargestellt ist, welches dem nicht gesperrten Zustand der Differentialsperre entspricht.
Bezugszeichen

1: Gehäuse
2: Differentialkorb
3: Achskegelrad
4: Abtriebswelle
5: Schiebemuffe
6: Kolbenelement
7: Außenverzahnung der Schiebemuffe
8: Innenverzahnung des Differentialkorbes
9: Lagerelement
10: Innendurchmesserstufe des Kolbenelements
11: Außendurchmesserstufe der Schiebemuffe
12: Federelement
13: Differentialrad
14: Druckbeaufschlagung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/005411 A1 [0002]

Claims

Differentialsperre zum Sperren von Ausgleichsbewegungen zwischen Abtriebswellen (4) bei einem Differentialgetriebe eines Fahrzeuges, wobei zumindest eine der Abtriebswellen (4) mit einem mit einem Antrieb verbundenen Differentialkorb (2) im gesperrten Zustand formschlüssig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine koaxial zur Abtriebswelle (4) angeordnete und drehfest mit der Abtriebswelle (4) verbundene Schiebemuffe (5) über ein Kolbenelement (6) axial derart bewegbar ist, dass eine radialseitige Außenverzahnung (7) der Schiebemuffe (5) mit einer radialseitigen Innenverzahnung (8) des Differentialkorbs (2) in Eingriff bringbar ist.
Differentialsperre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (7) der Schiebemuffe (5) und die Innenverzahnung (8) des Differentialkorbs (2) eine als Passverzahnung ausgeführte formschlüssige Sperrverzahnung bilden.
Differentialsperre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit einer gewählten Überdeckung der Außenverzahnung (7) der Schiebemuffe (5) und der Innenverzahnung (8) des Differentialkorbs (2) ein vorbestimmtes Sperrmoment einstellbar ist.
Differentialsperre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (5) und das Kolbenelement (6) jeweils hülsenförmig ausgeführt sind und radial verschachtelt zwischen der Abtriebswelle (4) und einem die Abtriebswelle (4) aufnehmenden Gehäuse (1) angeordnet sind.
Differentialsperre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest abschnittsweise radial innerhalb des Kolbenelements (6) angeordnete Schiebemuffe (5) über ein Lagerelement (9) an dem gehäusefesten Kolbenelement (6) gelagert ist.
Differentialsperre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (9) einerseits an einer Innendurchmesserstufe (10) des Kolbenelements (6) und andererseits an einer Außendurchmesserstufe (11) der Schiebemuffe (5) zum axialen und radialen Abstützen angeordnet ist.
Differentialsperre nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialbewegung der Schiebemuffe (5) durch Druckbeaufschlagung (14) des Kolbenelements (6) über das Lagerelement (9) vorgesehen ist.
Differentialsperre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (5) über ein Federelement (12) gegen das Kolbenelement (6) vorgespannt ist, wobei das Federelement (12) koaxial zur Abtriebswelle (4) und zumindest abschnittsweise radial innerhalb der Schiebemuffe (5) angeordnet ist.
Differentialsperre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Federelement (12) einerseits an einem mit der Abtriebswelle (4) drehfest verbundenen Achskegelrad (3) und andererseits an der Schiebemuffe (5) abstützt.
Differentialgetriebe mit einer Differentialsperre nach einem der vorangehenden Ansprüche.