DE10303984A1

DE10303984A1 - Achsgetriebe mit einer Differentialsperre

Info

Publication number: DE10303984A1
Application number: DE2003103984
Authority: DE
Inventors: Nestor Dipl.-Ing. Corominas; Wolfgang Dipl.-Ing. Dorner
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-02-01
Filing date: 2003-02-01
Publication date: 2004-09-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine formschlüssige Differentialsperre, die bei Nutzfahrzeugen Anwendung findet. Um ein solches Nutzfahrzeug ABS/ESP-fähig zu machen, wird die Differentialsperre mit einer leicht ausrückbaren Schaltverzahnung versehen. Um dennoch ein unbeabsichtigtes Öffnen der Differentialsperre unter Last zu verhindern, ist eine Verriegelung mit einem Stellgestänge vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Achsgetriebe mit einer Differentialsperre gemäß Patentanspruch 1.
Aus der DE 36 08 118 A1 ist bereits ein Hinterachsgetriebe mit einer reibschlüssigen Differentialsperre bekannt. Um diese Differentialsperre mit Hilfe eines relativ schwachen, kleinbauenden Elektromagneten einrücken und halten zu können, wirkt das Kraftverstärkungselement und mehrere das Druckstück bildende Kipphebel in Art eines Kniehebels zusammen.
Aus der DE 40 06 446 A1 ist bereits eine Klauenkupplung mit zwei Kupplungshälften bekannt. Bei dieser Klauenkupplung wird in einer Alternative als Einrichtung zum Zusammenhalten der Kupplungshälften in der Schließstellung ein Kniehebel bzw. ein Übertotpunktmechanismus angeregt, zu dessen Ausgestaltung nichts offenbart ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Achsgetriebe mit einer Differentialsperre zu schaffen, welches wahlweise bei Nutzfahrzeugen mit Fahrdynamikregelung und bei solchen ohne Fahrdynamikregelungen eingebaut werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
Das Achsgetriebe gemäß Patentanspruch 1 weist eine formschlüssige Differentialsperre auf. Mittels einer solchen formschlüssigen Differentialsperre lassen sich beispielsweise im Gegensatz zu Lamellenkupplungen auf kleinem Bauraum sehr hohe Drehmomente übertragen bzw. abstützen. Somit kann die Erfindung bei Nutzfahrzeugen, insbesondere bei

– schweren Nutzfahrzeugen bzw.
– schwer beladbaren Nutzfahrzeugen und
– geländegängigen Spezialfahrzeugen, wie beispielsweise Räumfahrzeugen, Betonmischfahrzeugen, Baustellenfahrzeugen oder Baumaschinen wie beispielsweise Baggern, Raupen etc.

Anwendung finden. Ebenso kann die Erfindung bei Transportern Anwendung finden. Das Achsgetriebe ist einer angetriebenen Achse zugehörig. Je nach Konfiguration des Antriebsstranges kann es sich bei dem Achsgetriebe um ein Vorderachsgetriebe, ein Hinterachsgetriebe oder auch um das Achsgetriebe einer sogenannten Durchtriebsachse handeln. Solche Durchtriebsachsen finden insbesondere bei drei- und mehrachsigen Fahrzeugen, wie beispielsweise Baustellenfahrzeugen Anwendung. Das erfindungsgemäße Achsgetriebe kann auch bei einem Längsausgleich bzw. einem Verteilergetriebe eines Allradantriebsstranges Anwendung finden.
Die formschlüssige Differentialsperre weist im Verhältnis zu reibschlüssigen Kupplungen in vorteilhafter Weise eine hohe Lebensdauer auf, da der Verschleiß gering ist und somit über die Lebensdauer das Einrückverhalten konstant bleibt. Eine solche hohe Lebensdauer ist insbesondere bei Nutzfahrzeugen von Vorteil, da die Wartungsintervalle somit lang gehalten werden können.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines positiven Flankenwinkels für die Verzahnungspaarung. Dieser positive Flankenwinkel erlaubt es im Gegensatz zu hinterschnittenen Zahnflanken, die Differentialsperre bzw. die drehfeste Verbindung zwischen dem Ausgleichsgehäuse und der einen Achswelle auch dann zu lösen, wenn diese drehfeste Verbindung verspannt ist. Eine solche Verspannung entsteht, wenn an den beiden Antriebswellen unterschiedlich Kräfte – insbesondere Drehmomente – angreifen. Dieser Fall tritt insbesondere dann auf, wenn sich das Fahrzeug im Gelände oder in einer Kurve befindet. Aber auch Bodenwellen auf einer asphaltierten Fahrbahn, unterschiedliche Fahrbahnreibwerte, teilweise verschneit bzw. vereiste Fahrbahnen im Winter etc. können zu einer Verspannung der eingerückten Differentialsperre führen.
In besonders vorteilhafter Weise kann der Flankenwinkel a der Stirnverzahnung im nicht selbsthemmenden Bereich ausgeführt sein. Dieser nicht-selbsthemmende Flankenwinkel a ergibt sich für den Fall einer geölten Stahl/Stahl-Paarung der Oberflächen mit einem Reibwert von μ_s/s=0,1 aus dem Zusammenhang α_s/s=arctanμ≅5,7°, so dass ein Flankenwinkel α_s/s>=5,6° sicherstellt, dass die Differentialsperre sich nicht unlösbar verspannen kann. Für den Fall einer geölten Stahl/Grauguß-Paarung ergibt sich bei einem Reibwert von μ_S/G=0,15 aus dem Zusammenhang α_S/G=arctanμ≅8,5°, so dass ein Flankenwinkel α_S/G>=8,4° sicherstellt, dass die Differentialsperre sich nicht unlösbar verspannen kann. Je größer α gewählt wird, desto stärker sind die Kräfte, die bestrebt sind, die Differentialsperre beim Überfahren einer Bodenwelle, oder bei Fahrten in der Kurve zu öffnen.
Die Differentialsperre kann in besonders vorteilhafter Weise dann geöffnet werden, wenn der Reibwert μ_Str, welcher sich zwischen der Fahrbahn und den Rädern ergibt, einen Wert von μ_Str=0,85 unterschreitet.
Bei Ausführung eines Flankenwinkels α>5,7°, d.h. einer nicht selbsthemmenden Stirn-Verzahnungspaarung, und Verwendung eines Stellgestänges, welches nicht selbsttätig verriegelt, kann in besonders vorteilhafter Weise das Stellglied derart ausgelegt sein, dass es eine ständige Haltekraft aufbringt, die die Differentialsperre sicher in der eingerückten Stellung hält.
In besonders vorteilhafter Weise kann ein Fahrdynamiksystem, welches selbsttätig die Bremsen der Fahrzeugräder einzeln oder paarweise parallel/diagonal ansteuern kann, eingreifen, nachdem es ein Signal zum Lösen der Differentialsperre gegeben halt. Dabei ist mittels des erfindungsgemäßen positiven Flankenwinkels und der hohen Kräfte an einer Muffe der Differentialsperre das Lösen selbst bei verspannten Achswellen sichergestellt. Ein mögliches Fahrdynamiksystem ist beispielsweise das elektronische Stabilitätssystem ESP, welches ein sensiertes Giermoment des Kraftfahrzeuges auswertet, Fahrzeugräder selektiv einzeln abbremst und somit ein Ausbrechen des Fahrzeuges in Kurven verhindert. Ein weiteres mögliches Fahrdynamiksystem ist beispielsweise ein Antiblockiersystem ABS, welches das Blockieren der Räder beim Bremsen verhindert, indem die Bremskraft auf die Fahrzeugräder nur solange übertragen wird, wie die Räder auf dem Untergrund abrollen.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von mehreren schematischen und einem detaillierten Ausführungsbeispiel in der Zeichnung erläutert.
Dabei zeigen:
1 in einer schematischen Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines Hinterachsgetriebes mit einer Differentialsperre, wobei diese ausgerückt ist,
2 in einer schematischen Darstellung das Hinterachsgetriebe aus 1, wobei die Differentialsperre eingerückt ist,
3 in einer schematischen Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel eines Hinterachsgetriebes mit einer Differentialsperre, wobei diese ausgerückt ist,
4 in einer schematischen Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel eines Hinterachsgetriebes mit einer Differentialsperre, wobei diese ausgerückt ist,
5 in einer schematischen Darstellung ein viertes Ausführungsbeispiel eines Hinterachsgetriebes mit einer Differentialsperre, wobei diese ausgerückt ist,
6 in einer schematischen Darstellung ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Hinterachsgetriebes mit einer Differentialsperre, wobei diese ausgerückt ist,
7 in einer schematischen Darstellung ein sechstes Ausführungsbeispiel eines Hinterachsgetriebes mit einer Differentialsperre, wobei diese ausgerückt ist,
8 in einer detaillierten Darstellung einen Ausschnitt des Hinterachsgetriebes aus 2, welcher im Bereich eines Ausgleichsgetriebes liegt,
9 in einer detaillierten Darstellung einen Ausschnitt des Hinterachsgetriebes aus 2 bzw. 8, welcher im Bereich eines Stellgliedes und eines Stellgestänges liegt,
10 in einer detaillierten Darstellung den Ausschnitt gemäß 9, wobei jedoch die Differentialsperre ausgerückt ist,
11 in einem Diagramm welches die Kraft an der Muffe gemäß 8 bis 10 über verschiedenen Winkeln δ des Stellgestänges darstellt,
12 skizzenhaft eine Achsbrücke einer Starrachse, welche ein Blechgehäuse umfasst, das ein Hinterachsgetriebe mit einer Differentialsperre aufnimmt und
13 skizzenhaft eine Achsbrücke einer Starrachse, in welcher ein Hinterachsgetriebe mit einer Differentialsperre aufgenommen ist.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines Hinterachsgetriebes mit einer Differentialsperre 1, wobei diese ausgerückt ist.
Innerhalb eines Hinterachsgetriebegehäuses 3 des Hinterachsgetriebes ist ein Ausgleichsgetriebe 2 mit einem Ausgleichsgetriebegehäuse 4 angeordnet, welches drehbar um eine Rotationsachse ist, die koaxial zu zwei Achswellen 14-1 und 14-2 einer Fahrzeughinterachse liegt. Das Ausgleichsgetriebegehäuse 4 weist ein Tellerrad 6 auf, welches ebenfalls koaxial zur Rotationsachse liegt und dessen Verzahnung in eine Verzahnung eines Kegelritzels 18 einer Ritzelwelle eingreift. Diese Ritzelwelle wird von einer nicht näher dargestellten Ausgangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes angetrieben.
Senkrecht zur Rotationsachse liegt ein Differentialbolzen 8, welcher bewegungsfest im Ausgleichsgetriebegehäuse 4 aufgenommen ist. Um diesen Differentialbolzen 8, welcher alternativ auch als Differentialkreuz ausgestaltet sein kann, sind zwei Ausgleichskegelräder 10-1 und 10-2 bzgl. der Rotationsachse diametral zueinander angeordnet und kämmen mit zwei Achswellenrädern 12-1 und 12-2, welche bzgl. einer Bolzenlängsachse des Differentialbolzens 8 diametral zueinander angeordnet sind. Jedes der beiden Achswellenräder 12-1 und 12-2 ist drehfest mit einer der beiden Achswellen 14-1 und 14-2 verbunden. Die Differentialsperre 1 liegt in Fahrtrichtung im Bereich der rechten Achswelle 14-2, bzw. in der Zeichnungsebene „links". Im folgenden wird mit den Bezeichnungen „links" und „rechts" auf die Zeichnungsebene Bezug genommen.
Die Differentialsperre 1 umfasst eine oberflächengehärtete Stirn-Verzahnung 24, welche links an der Außenseite des Ausgleichsgetriebegehäuses 4 in dieses eingearbeitet ist. Koaxial zu dieser Stirn-Verzahnung 24 und axial benachbart ist eine Muffe 34 angeordnet, welche eine korrespondierende Stirn-Verzahnung 26 aufweist. Die Stirn-Verzahnungspaarung 24/26 weist einen in 9 ersichtlichen positiven Flankenwinkel α auf. Die Muffe 34 ist axialverschieblich aber drehfest zur Achswelle 14-2 angeordnet. Somit ist es möglich durch eine Axialverschiebung der Muffe 34 über die Stirn-Verzahnungspaarung 24/26 eine drehfeste Verbindung zwischen dem Ausgleichsgetriebegehäuse 4 und der Achswelle 14-2 herzustellen. Diese in 2 dargestellte drehfeste Verbindung führt dazu, dass die Achswelle 14-2 bezüglich der Rotationsachse gegenüber den Ausgleichsrädern 10-1 und 10-2 drehfest ist, so dass auch die beiden Achswellen 14-1 und 14-2 gegeneinander drehfest sind und somit die Differentialsperre 1 eingerückt ist.
Die Muffe 34 weist eine Umfangsnut 99 auf, in welche ein geschlitzter Ring 98 eingreift, der über ein rechtes Gelenk 97 mit einem Stellgestänge 96 verbunden ist. Das Stellgestänge 96 umfasst einen ersten Arm 94 und einen mit diesem gelenkig verbundenen zweiten Arm 95. Dazu ist näherungsweise mittig zwischen den beiden Armen 94, 95 ein Gelenk 93 angeordnet. Im Bereich dieses mittigen Gelenkes 93 ist mittels eines Stellgliedes 92 eine Einrückkraft einleitbar. Der erste Arm 94 ist an dessen vom mittigen Gelenk 93 entfernten Ende über ein weiteres Gelenk 91 am Hinterachsgetriebegehäuse 3 abstützbar.
Das Stellglied 92 ist eine einfach wirkende Zylinder-Kolben einheit, deren Kolben 90 senkrecht zur Rotationsachse verschieblich ist. Das Stellglied 92 wird hydraulisch betätigt, kann in alternativen Ausgestaltungen aber auch pneumatisch oder elektrisch betätigt werden. Der Kolben 90 ist in üblicher Weise mit einer Kolbenstange 89 verbunden. Bei der in 1 dargestellten ausgerückten Differentialsperre 1 weisen die beiden Arme 94 und 95 auf der dem Stellglied 92 zugewandten Seite einen übertrieben dargestellten Winkel γ_Aus größer 180° auf, wobei das mittige Gelenk 93 den Scheitelpunkt des Winkels γ_Aus bildet . Da dieser Winkel γ_Aus sich mit zunehmendem Ausrücken des Kolbens 90 bzw. der Kolbenstange 89 verkleinert, wird die Muffe 34 axial in die auf das Ausgleichsgetriebegehäuses 4 weisende Richtung verschoben und die Differentialsperre 1 somit eingerückt. Den maximalen Einrückweg hat die Stirn-Verzahnung 26 der Muffe 34 bei einem nicht dargestellten Winkel γ_gestreckt von 180° zurückgelegt. 2 zeigt die eingerückte Differentialsperre 1 bei maximal ausgerücktem Kolben 90. In diesem Fall unterschreitet der Winkel γ_Ein die 180° um 3,5° und das mittige Gelenk 93 schlägt an einem Ansatz 86 des Hinterachsgetriebegehäuses 3 an.
Wenn nun beispielsweise infolge der Fahrt durch eine enge Kurve bei eingerückter Differentialsperre 1 von der Stirn-Verzahnungspaarung 24/26 Axialkräfte in die Muffe bzw. in das Stellgestänge 96 eingeleitet werden, so erfolgt eine Abstützung

– einer relativ hohen Kraftkomponente als Auflagerreaktion im linken Gelenk 91 und
– einer relativ geringen Kraftkomponente über das mittige Gelenk 93 am Ansatz 86.

1 in Verbindung mit 2 ist entnehmbar, dass beim Ausrücken des Kolbens 90 eine Schraubendruckfeder 88 gestaucht wird, welche in einer einer Druckkammer 87 des Kolbens 90 gegenüberliegenden zweiten Kammer angeordnet ist. Diese Schraubendruckfeder 88 stützt sich einerseits am Hinterachsgetriebegehäuses 3 und andererseits an dem Kolben 90 ab, so dass diese Schraubendruckfeder 88 das Stellglied 92 bei druckentlasteter Druckkammer 87 in den eingerückten Zustand überführt, so dass auch sichergestellt ist, dass die Differentialsperre 1 bei Ausfall der Druckversorgung des Stellgliedes 92 ausgerückt ist.
3 zeigt in einer schematischen Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel eines Hinterachsgetriebes mit einer Differentialsperre, wobei diese ausgerückt ist.
Bauteile, welche identisch dem ersten Ausführungsbeispiel ausgestaltet sind, tragen die selben Bezugsziffern.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist anstelle des mittigen Gelenkes eine Gelenkstange 85 mit zwei Gelenken vorgesehen. Diese Gelenkstange 85 ist an deren beiden Enden über jeweils ein Gelenk gelenkig mit den beiden Armen 94, 95 verbunden. Dadurch kann sich die Kolbenstange 89 an der Gelenkstange 85 abstützen, so dass die Stellkräfte beim ein- und Ausrücken der Differentialsperre nicht unmittelbar in ein Gelenk eingeleitet werden.
Einen Ansatz zur Abstützung von Axialkräften aus der Stirn-Verzahnungspaarung 24/26 weist dieses Ausführungsbeispiel nicht auf. Diese Axialkräfte können entweder im Stellglied 92 selbst abgestützt werden oder es kann ein Flankenwinkel a von nahezu 5,6° an der Stirn-Verzahnungspaarung 24/26 vorgesehen sein, der sicherstellt, dass bei einer Stahl/Stahl-Oberflächenpaarung infolge der von Umfangsspannungen an der Stirn-Verzahnungspaarung 24/26 keine Axialkräfte auftreten.
4 zeigt in einer schematischen Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel eines Hinterachsgetriebes mit einer Differentialsperre, wobei diese ausgerückt ist.
Bauteile, welche identisch dem ersten Ausführungsbeispiel ausgestaltet sind, tragen die selben Bezugsziffern.
Anstelle der Kolben-Zylinder-Einheit ist als Stellglied ein Elektromagnet 84 vorgesehen, welcher bewegungsfest mit dem Hinterachsgetriebegehäuse 3 verbunden ist. Ferner stützt sich der Elektromagnet 84 über eine Schraubendruckfeder 188 elastisch an dem mittigen Gelenk 193 ab, welches als Anker ausgeführt ist.
Wird nun eine Spannung an den Elektromagneten 84 angelegt, so zieht dieser den Anker bzw. das mittige Gelenk 193 an und das Stellgestänge 96 streckt sich, so dass die Differentialsperre 1 eingelegt wird. Liegt hingegen bei Eingang eines ABS- oder ESP-Signales keine Spannung an oder fällt die Spannungsversorgung infolge eines Defektes aus, so wird der Anker bzw. das mittige Gelenk von der Feldkraft des Elektromagneten freigegeben und die Differentialsperre rückt wieder aus.
5 zeigt in einer schematischen Darstellung ein viertes Ausführungsbeispiel eines Hinterachsgetriebes mit einer Differentialsperre, wobei diese ausgerückt ist.
Bauteile, welche identisch dem ersten Ausführungsbeispiel ausgestaltet sind, tragen die selben Bezugsziffern.
Wesentlicher Unterschied zum ersten und zum zweiten Ausführungsbeispiel ist, dass die Schraubendruckfeder, welche die Differentialsperre ausrückt, sobald das Stellglied nicht mit hydraulischem Druck beaufschlagt ist, sich nicht an der Kolben-Zylinder-Einheit direkt, sondern an dem Stellgestänge abstützt.
6 zeigt in einer schematischen Darstellung ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Hinterachsgetriebes mit einer Differentialsperre, wobei diese ausgerückt ist.
Bauteile, welche identisch dem ersten Ausführungsbeispiel ausgestaltet sind, tragen die selben Bezugsziffern.
Wesentlicher Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist der, dass das als Anker ausgeführte mittige Gelenk zwischen zwei Elektromagneten angeordnet ist. Somit findet der eine Elektromagnet für das Einrücken und der an anderer Elektromagnet für das Ausrücken der Differentialsperre Anwendung.
7 zeigt in einer schematischen Darstellung ein sechstes Ausführungsbeispiel eines Hinterachsgetriebes mit einer Differentialsperre, wobei diese ausgerückt. ist.
Bauteile, welche identisch dem ersten Ausführungsbeispiel ausgestaltet sind, tragen die selben Bezugsziffern.
Als Stellglied ist ein Elektromotor 80 vorgesehen, welcher auf dessen Antriebswelle ein Zahnrad 79 aufweist, dass in eine Verzahnung einer Zahnnstange 78 eingreift. Diese Zahnstange 78 ist an deren von der Differentialsperre abgewandtem Ende über eine Zugfeder 77 elastisch am Hinterachsgetriebegehäuse 3 befestigt. Damit ist das elektrisch betätigbare Stellglied nicht-selbsthemmend, so dass die Differentialsperre selbsttätig ausrückt, sobald keine Spannung am Elektromotor 80 anliegt.
8 zeigt in einer detaillierten Darstellung einen Ausschnitt eines Hinterachsgetriebes ähnlich dem gemäß 2, wobei der Ausschnitt im Bereich des Ausgleichsgetriebes liegt.
Dabei ist gegenüber der schematischen Zeichnung gemäß 2 zusätzlich ersichtlich dass das Ausgeleichsgetriebegehäuse 4 mittels einer angestellten Kegelrollenlagerung in X-Anordnung im Hinterachsgetriebegehäuse 3 gelagert ist. Zur Herstellung der Anstellung bzw. Lagervorspannung ist ein Außengewindering vorgesehen, welcher in ein Innengewinde des Hinterachsgetriebegehäuses 3 eingreift.
Die Muffe 34 weist eine axiale Innenverzahnung auf, die in eine axiale Außenverzahnung der Achswelle 14-2 eingreift, so dass die drehfeste und axialverschiebliche Verbindung zwischen der Muffe 34 und der Achswelle 14-2 von dieser Keilwellenverzahnungspaarung 33 gebildet wird. Der zweite Arm 95, welcher die Verbindung zwischen dem am Ring 98 angeordnetem Gelenk 97 und. dem mittig im Stellgestänge 96 angeordneten Gelenk 93 herstellt, ist ein gebogenes Blechteil, welches in 9 näher dargestellt ist.
9 zeigt in einer detaillierten Darstellung einen Ausschnitt des Hinterachsgetriebes gemäß 8, welcher jedoch im Bereich des Stellgliedes 92 und des Stellgestänges 96 liegt.
Das Stellglied 92 weist ein Gehäuse auf, welches die Reaktionskräfte beim Einrücken der Differentialsperre aufnimmt. Diese Reaktionskräfte werden nach dem Hebelgesetz dadurch gering gehalten, dass der Kolben des Stellgliedes 92 relativ große Stellwege zurücklegt.
Das Gehäuse des Stellgliedes 92 ist mittels eines Flansches 76 mit den Achswellenrohren 75 verschraubt, wobei Schrauben parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens ausgerichtet sind, so dass die Schrauben nur mit Zugkräften belastet werden.
Der Arm 95 ist als gebogenes und im wesentlichen U-förmigen Blechteil ausgeführt. Die in der Zeichnung nicht ersichtliche Kolbenstange des Kolbens ist an dem Bogen des U-förmigen Blechteils abgestützt. Vom diesem Bogen sind zwei Träger 74 des U-förmigen Blechteils um 90° abgewinkelt, von denen in der Zeichnung nur der eine ersichtlich ist. Diese beiden Träger 74 sind spiegelsymmetrisch zueinander ausgestaltet. Jeder der beiden Träger 74 ist über einen Lagerzapfen 73, welcher an dem dem Bogen gegenüberliegenden Ende angeordnet ist, gelenkig an dem geschlitzten Ring 98 abgestützt. Damit bilden die Lagerzapfen 73 das linke Gelenk 91. Die beiden Lagerzapfen 73 sind bezüglich der Rotationsachse diametral zueinander angeordnet, so dass die Kraft, welche an den beiden Lagerzapfen angreift, ohne Kippmoment in die Muffe 34 eingeleitet wird.
In die beiden Träger 74 ist an deren anderem Ende, d.h. nahe der 90°-Abwinkelung vom Bogen, jeweils ein weiterer Lagerzapfen 72 eingepresst. Eine Schwenkachse 71 dieser beiden Lagerzapfen 72 ist parallel versetzt zu einer Schwenkachse 70 der beiden Lagerzapfen 73 angeordnet. Die beiden Lagerzapfen 72 lagern zwei sich von den ersten Trägern 74 fort erstreckende weitere Träger 69, welche gemeinsam den ersten Arm 94 bilden. An deren beiden Enden weisen die Träger 69 Öffnungen auf, durch welche Lagerzapfen 68 gesteckt sind, die bewegungsfest mit dem Achswellenrohr 75 verpresst und ebenfalls parallel zu den Lagerzapfen 72, 73 angeordnet sind. Ein zum Stellglied 92 geöffneter Winkel γ_Ein zwischen den beiden Lagerzapfen 68, 73 mit dem mittigen Lagerzapfen 72 als Scheitelpunkt beträgt im eingerückten Zustand der Differentialsperre γ_Ein=176,5° Ein zur Rotationsachse geöffneter Winkel β_Ein zwischen den beiden Lagerzapfen 68, 73 mit dem mittigen Lagerzapfen 72 als Scheitelpunkt beträgt im eingerückten Zustand der Differentialsperre β_Ein=183,5°. Somit ist das Stellgestänge 96 bei eingerückter Differentialsperre etwas über die gestreckte Lage der beiden Arme 94, 95 hinaus überdrückt. Demzufolge beschreibt die Muffe 34 bzw. die Stirn-Verzahnung 26 beim Einrücken der Differentialsperre eine Einrückbewegung und nach erreichen des ausgestreckten Maximalwegs des Stellgestänges 96 wieder eine leichte Ausrückbewegung der Differentialsperre.
Durch die beschriebene Formgebung der beiden Arme 74, 69 überschreiten diese nur geringfügig den radialen Bauraum de Muffe 34, so dass auch das Achswellenrohr 75 einen geringen Durchmesser aufweist.
10 zeigt in einer detaillierten Darstellung den Ausschnitt gemäß 9, wobei jedoch die Differentialsperre ausgerückt ist.
Dabei ist ein Druckraum des Stellgliedes entlastet und die in 1 bzw. 2 schematisch dargestellte Schraubendruckfeder hat den Kolben zurück in die eingerückte Stellung des Stellgliedes 92 verschoben.
In dieser ausgerückten Stellung der Differentialsperre hat sich der Winkel γ_Ein auf den Wert γ_Aus=195° vergrößert, wohingegen sich der Winkel β_Ein auf den Wert β_Aus=165° verringert hat. Ein Winkel δ, welcher zwischen dem zweiten Arm 96 und einer Geraden zwischen den beiden Lagermittelpunkten der Lagerzapfen 68 und 73 liegt, beeinflußt maßgeblich die Kraft, die in die Muffe 34 eingeleitet wird.
11 zeigt dabei in einem Diagramm welches die Kraft an der Muffe 34 gemäß 8 bis 10 über die verschiedenen Winkel δ des Stellgestänges 96 darstellt.
Aus dem Diagramm geht hervor, dass die in Newton angegebene Kraft an der Muffe 34 theoretisch gegen Unendlich ansteigt, je näher sich die beiden Arme 94, 95 der ausgestreckten Lage, d.h. dem Winkel δ=0° nähern. Beispielhaft sind im Diagramm vier Kurven dargestellt, welche vier verschiedene Kräfte an dem Stellglied 92 darstellen. Je höher die Kraft am Stellglied 92, desto höher ist dabei die Kraft an der Muffe 34.
12 zeigt skizzenhaft eine Achsbrücke einer Starrachse, welches in einem Blechgehäuse ein Hinterachsgetriebe mit einer Differentialsperre aufnehmen kann. Dieses Blechgehäuse umfasst zwei Halbschalen 200, 201, die miteinander verschweißt sind, wobei eine Öffnung 202 verbleibt, in die ein nicht näher dargestelltes Gußgehäuseteil des Hinterachsgetriebegehäuses abgedichtet eingesetzt ist. In diesem Gußgehäuseteil. werden die hohen Kräfte der Kegelritzel-Tellerrad-Verzahnung des Hinterachsgetriebes abgestützt.
Die beiden Halbschalen 200, 201 weisen diametral zueinander angeordnete Ansätze 203, 204 auf, welche funktional die Achswellenrohre bilden. Der eine Ansatz 204 ist oben mit einem Ausschnitt versehen, durch welchen das senkrecht zur Rotationsachse der Achswellen und des Differentialgehäuses angeordnete Stellglied 205 für die Differentialsperre greift.
Solche Starrachsen mit Blechgehäuse können insbesondere bei schweren Nutzfahrzeugen Anwendung finden.
13 zeigt skizzenhaft eine Achsbrücke einer Starrachse welche bei mittelschweren Nutzfahrzeugen, d.h. solchen bis. 6,4 Tonnen Gewicht Anwendung finden kann. In dieser Achsbrücke ist ein Hinterachsgetriebe mit einer Differentialsperre aufgenommen. Die Achsbrücke umfasst eine zentrales Hinterachsgetriebegehäuse 303 aus Grauguß. Dieses Hinterachsgetriebegehäuse weist zwei diametral zueinander angeordnete Ansätze 304, 305 auf, in welche mit Achswellenrohren 306, 307 aus dickwandigem Blech gesteckt und mittels einer Verschweißung axial gesichert sind. Die Achswellenrohre stützen sowohl die Fahrzeugfederung als auch die Fahrzeugdämpfung ab. Ferner ist in die Achswellenrohre eine Öffnung eingebracht, durch welche das Stellglied 308 für die Differentialsperre ragt.
Statt der gezeigten Stirn-Verzahnungspaarung, welche von der Muffenverzahnung und der Ausgleichsgehäuseverzahnung gebildet wird, kann auch eine Kronenradverzahnungspaarung Anwendung finden. Ferner kann jede weitere Stirn-Verzahnungspaarung Anwendung finden, die mit einem positiven Flankenwinkel ausführbar ist. Firmenspezifische Bezeichnungen solcher Stirn-Verzahnungspaarungen lauten: Hirth-Verzahnung, Gleason-Verzahnung (TM) oder Cyclopaloid-Verzahnung.
Die Schraubendruckfeder, welche eine Rückstellkraft am Stellglied anlegt, kann an den verschiedensten Bauteilen der Differentialsperre angreifen. So kann die Rückstellkraft

– am Stellglied,
– am Stellgestänge bzw. dessen Armen oder
– an der Muffe selbst angreifen.

Um das Ein-/Ausrückverhalten der Differentialsperre zu beeinflussen, können nicht-lineare Federkennlinien, wie beispielsweise degressive oder progressive Federkennlinien vorgesehen sein. Insbesondere können auch Tellerfedern vorgesehen sein. Beispielsweise kann damit bei Verwendung eines elektromotorischen Stellgliedes der Anlaufstrom verringert werden.
Anstelle der einfach wirkenden Kolben-Zylinder-Einheit kann auch eine doppelt wirkende Kolben-Zylinder-Einheit verwendet werden, die beispielsweise hydraulisch oder pneumatische bedient werden kann.
Anstelle der Anwendung der Differentialsperre bei einem Hinterachsgetriebe kann die dargestellte Differentialsperre auch bei einem Vorderachsgetriebe oder einer Durchtriebsachse integriert sein. Durchtriebsachsen finden insbesondere bei drei- und mehrachsigen Fahrzeugen, wie beispielsweise Baustellenfahrzeugen Anwendung. Ebenso kann die erläuterte Differentialsperre Anwendung bei einem Längsdifferential eines Allradantriebes finden.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.

Claims

Achsgetriebe mit einer Differentialsperre (1), mittels welcher ein Ausgleichsgetriebegehäuse (4) formschlüssig drehfest mit einer Achswelle (14-2) von zweien koppelbar ist, wobei die Differentialsperre (1) ein Stellglied (92) und ein Stellgestänge (96) umfasst, welches einen ersten Arm (94) und einen mit diesem gelenkig verbundenen zweiten Arm (95) aufweist und wobei im Bereich dieser gelenkigen Verbindung (Gelenk 93) eine Einrückkraft des Stellgliedes (92) einleitbar ist, welche über den ersten Arm (94) zumindest mittelbar am Achsgetriebegehäuse (3) abstützbar und über den zweiten Arm (95) zumindest mittelbar an einer Muffe (34) abstützbar ist, welche drehfest und axialverschieblich gegenüber der Achswelle (14-2) ist und gemeinsam mit dem Ausgleichsgetriebegehäuse (4) eine Stirn-Verzahnungspaarung (22/24) mit einem positivem Flankenwinkel (α) aufweist.
Achsgetriebe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Arme (94, 95) des Stellgestänges (92) bei eingerückter Differentialsperre (1) über die gestreckte Lage hinaus durchgedrückt sind.
Achsgetriebe nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei eingerückter Differentialsperre die beiden in eine Ebene projizierten Arme (94, 95) einerseits einen Winkel β_Ein zwischen 180° und 176,3° und andererseits einen Winkel γ_Ein zwischen 180° und 183,7° einschließen, wobei der Scheitelpunkt dieser beiden Winkel β_Ein, γ_Ein von der gelenkigen Verbindung (mittiges Gelenk 72) gebildet wird und wobei der Winkel γ_Ein in die Richtung geöffnet ist, welche der Kraftrichtung des Stellgliedes beim Ausrücken der Differentialsperre entgegengerichtet ist.
Achsgetriebe nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Flankenwinkel (α) zumindest 5,6° beträgt, wobei die Stirn-Verzahnungspaarung (22/24) eine Stahl/Stahl-Paarung ist.
Achsgetriebe nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Flankenwinkel (α) zumindest 8,4° beträgt, wobei die Stirn-Verzahnungspaarung (22/24) eine Stahl/Grauguß-Paarung ist.
Achsgetriebe nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine permanente Rückstellkraft am Stellglied (92) angreift, welche der Einrückkraft entgegengerichtet ist.
Achsgetriebe nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die permanente Rückstellkraft von einer Druckfeder erzeugt wird.
Achsgetriebe nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied abhängig von einem Signal eines Fahrdynamiksystem (ABS/ESP) ausrückbar ist.