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Die
Erfindung betrifft ein Differentialgetriebe mit einem Getriebegehäuse, einem
im Getriebegehäuse
drehbar gelagerte Differentialkorb, der von einer Antriebswelle
drehend antreibbar ist, Seitenwellenrädern, die drehbar im Differentialkorb
gelagert sind, und Ausgleichsrädern,
die im Differentialkorb drehbar gelagert sind und mit diesem umlaufen
und die mit den Seitenwellenrädern
im Verzahnungseingriff sind. Solche Differentialgetriebe kommen
vorzugsweise in angetriebenen Achsen von Kraftfahrzeugen zur Anwendung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Differentialgetriebe bereitzustellen,
das in einer Basisversion als sperrbares Differentialgetriebe ausgeführt werden
kann und hiervon ausgehend durch Ergänzung um weitere Baugruppen
mit ergänzenden Funktionen
versehen werden kann.
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Insbesondere
soll nach einer weiterführenden
Aufgabe die Möglichkeit
der Erzeugung von Giermomenten bei Einsatz eines solchen Differentialgetriebes
in einer angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeuges bereitgestellt
werden, d.h. auf die Räder einer
Antriebsachse sollen bei Kurvenfahrt oder instabilen Fahrzuständen unterschiedliche
Antriebsmomente ausgeübt
werden können.
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Die
Lösung
hierfür
liegt in einem Differentialgetriebe mit einem Getriebegehäuse, einem
im Getriebegehäuse
drehbar gelagerte Differentialkorb, der von einer Antriebswelle
drehend antreibbar ist, Seitenwellenrädern, die drehbar im Differentialkorb
gelagert sind, Ausgleichsrädern,
die im Differentialkorb drehbar gelagert sind und mit diesem umlaufen
und die mit den Seitenwellenrädern
im Verzahnungseingriff sind, Lamellenkupplungen, die auf mit den
Seitenwellenrädern
verbundenen Seitenwellen angeordnet sind, deren Innenlamellen mit
jeweils einer Seitenwelle und deren Außenlamellen mit jeweils einem Kupplungskorb
drehfest verbunden sind, sowie zwei ständig im Eingriff befindlichen
Antriebsverbindungen zwischen jeweils einem Kupplungskorb und einer
parallel zu den Seitenwellen angeordneten Vorgelegewelle, sowie
Verstellmitteln für
die Lamellenkupplungen. Hiermit ist ein Sperrdifferential bereitgestellt,
dessen Differentialkorb in einer Weise ausgeführt werden kann, wie sie bei
offenen Differentialen üblich
ist, d.h. also, daß der
Differentialkorb äußerst kompakt
sein kann, ohne daß Einbauraum
für eine Sperranordnung
vorgesehen sein muß.
Die Sperranordnung in Form der zwei Antriebsverbindungen zwischen
den Seitenwellen und der Vorgelegewelle und der Lamellenkupplungen,
von denen zumindest eine als steuerbare oder regelbare Lamellenkupplung ausgeführt ist
und die in günstiger
Weise auf den Seitenwellen angeordnet sind, liegt hierbei vollständig außerhalb
des Differentialkorbes.
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In
einer ersten günstigen
Ausführung
ist vorgesehen, daß die
Antriebsverbindungen durch Stirnradpaarungen gebildet werden. In
einer alternativen günstigen
Ausführung
ist vorgesehen, daß die
Antriebsverbindungen durch Kettentriebe gebildet werden.
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Die
weiterführende
Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß eine
weitere dauernd in Eingriff befindliche Antriebsverbindung zwischen
der Antriebswelle und der Vorgelegewelle vorgesehen ist. Hierbei
wird insbesondere vorgeschlagen, daß die Antriebsverbindung zwischen
der Antriebswelle und der Vorgelegewelle mittelbar über ein
Ritzel, ein Tellerrad am Differentialkorb und den Differentialkorb
erfolgt, wobei die Vorgelegewelle vorzugsweise parallel zu den Seitenwellen
liegt.
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In
der hiermit angegebenen Bauweise wird der Aufbau von Giermomenten,
d.h. die ungleiche Drehmomentverteilung von der Längsantriebswelle auf
die beiden Seitenwellen durch gesteuert gegensinniges Öffnen und
Schließen
der beiden Lamellenkupplungen möglich.
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Eine
Differentialanordnung ähnlicher
Art ist aus der
US 4 973 296 bekannt.
Hierbei sind jedoch die Lamellenkupplungen in baulich ungünstiger
Weise auf der Vorgelegewelle angeordnet.
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Die
weiterführende
Aufgabe wird alternativ dadurch gelöst, daß eine weitere trennbare Antriebsverbindung
zwischen der Eingangswelle und der Vorgelegewelle vorgesehen ist.
Diese trennbare Antriebsverbindung kann eine auf der Vorgelegewelle angeordnete
weitere Lamellenkupplung umfassen. Auch hierbei ist eine Drehmomentübertragung
von der Antriebswelle auf die Vorgelegewelle in der obengenannten
Art über
den Differentialkorb bei paralleler Anordnung von Vorgelegewelle
und Seitenwellen bevorzugt.
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Ist
die weitere Lamellenkupplung geöffnet, d.h.
sind Antriebswelle und Vorgelegewelle entkoppelt, so stellt sich
eine der ersten Lösung
entsprechende Konfiguration eines Differentialgetriebes mit Sperrwirkung
dar; ist die weitere Lamellenkupplung geschlossen, d.h. sind Antriebswelle
und Vorgelegewelle miteinander gekoppelt, entspricht die Wirkungsweise
der zuvor genannten Lösung
mit dauernd in Eingriff befindlicher weiterer Antriebsverbindung
zur Darstellung von Giermomenten.
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Nach
einer abgewandelten Ausführung
ist vorgesehen, daß zumindest
eine Antriebsverbindung zur Vorgelegewelle durch Antriebsmittel
mit variabler Übersetzung,
z.B. ein CVT-Getriebe, gebildet werden. Die Verteilung unterschiedlicher
Antriebsmomente auf die Seitenwellen läßt sich hiermit in weiterem
Ausmaß variieren.
Weiterhin wird vorgeschlagen, daß zumindest zwei der Antriebsverbindungen zur
Vorgelegewelle durch Stirnradpaarungen gebildet werden. Alternativ
hierzu ist möglich,
daß zumindest
zwei der Antriebsverbindungen zur Vorgelegewelle durch Kettentriebe
gebildet werden.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend
beschrieben.
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1 zeigt eine Fahrzeugachse
mit einem erfindungsgemäßen Differentialgetriebe
mit einer zwischen den Seitenwellen wirksamen Sperrvorrichtung;
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2 zeigt eine Fahrzeugachse
mit einem erfindungsgemäßen Differentialgetriebe
aufbauend auf dem Getriebe nach 1 mit
einer erfindungsgemäßen Einrichtung
zur Steuerung des Giermomentes in einer ersten Ausführung;
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3 zeigt eine Fahrzeugachse
mit einem erfindungsgemäßen Differentialgetriebe
aufbauend auf dem Getriebe nach 1 mit
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Beeinflussung des Giermomentes in einer zweiten Ausführung;
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4 zeigt ein Differentialgetriebe
entsprechend dem Prinzip nach 2 in
einer ersten Ausführung;
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5 zeigt ein Differentialgetriebe
entsprechend dem Prinzip nach 2 in
einer zweiten Ausführung;
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6 zeigt ein Differentialgetriebe
entsprechend dem Prinzip nach 2 in
einer dritten Ausführung.
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1 zeigt eine Fahrzeugantriebsachse
als Prinzipbild mit zwei Antriebsrädern 11, 12,
zwei Gelenkwellen 13, 14 und einem erfindungsgemäßen Differentialgetriebe 15.
Ein Achsgehäuse,
das die Teile dieses Differentialgetriebes 15 aufnimmt,
ist aus Gründen
der Vereinfachung nicht dargestellt. Das Getriebe umfaßt einen
Differentialkorb 16, an dem ein Tellerrad 17 befestigt
ist. Der Differentialkorb 16 wird von einer Längswelle 18 über ein
Ritzel 19 und das Tellerrad 17 drehend angetrieben.
Im Differentialkorb 16 sind zwei Seitenwellenräder 21, 22 drehbar gelagert,
die mit zwei Seitenwellen 23, 24 fest verbunden
sind. An die Seitenwellen 23, 24 schließen sich
die Gelenkwellen 13, 14 an. Im Differentialkorb 16 sind
weiterhin Ausgleichsräder 25, 26 drehbar
gelagert, die mit den Seitenrädern 21, 22 im
Verzahnungseingriff sind und mit dem Differentialkorb umlaufen.
Die Seitenwellenräder 21, 22 und
Ausgleichsräder 25, 26 sind
als Kegel- bzw. Tellerräder
ausgeführt.
Auf den Seitenwellen 23, 24 sind Lamellenkupplungen 27, 28 angeordnet,
deren Innenlamellen 29, 30 mit den Seitenwellen
drehfest verbunden sind und deren Außenlamellen 31, 32 in
einem gegenüber den
Seitenwellen drehbaren Kupplungskorb 33, 34 gehalten
sind. Mittel zur Betätigung
der Lamellenkupplungen 27, 28, die die Innenlamellen
und Außenlamellen
steuerbar axial belasten und entlasten können, sind nicht dargestellt.
Mit dem Kupplungskorb ist jeweils ein Stirnrad 35, 36 drehfest
verbunden, das mit jeweils einem weiteren Stirnrad 37, 38 kämmt, wobei
die Stirnräder 37, 38 auf
einer Vorgelegewelle 39 fest angeordnet sind, die parallel
zu den Seitenwellen 23, 24 liegt.
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Wenn
die beiden Lamellenkupplungen 27 und 28 offen
sind, d.h. die jeweiligen Kupplungskörbe 33, 34 von
den Seitenwellen 23, 24 entkoppelt, wirkt das
dargestellte Differential als offenes Differential, bei dem Momentengleichgewicht
an den Seitenwellen 23, 24 vorherrscht. Werden
die Lamellenkupplungen 27, 28 geschlossen, wobei
bevorzugt eine der Lamellenkupplungen vollständig geschlossen wird und die
zweite der Lamellenkupplungen variabel mit steuerbaren Verstellmitteln
geschlossen wird, so wird eine Sperrwirkung zwischen den Seitenwellen
aufgebaut und das erfindungsgemäße Differential
wirkt als Sperrdifferential im üblichen
Sinne, bei welchem Drehmoment von einer der Seitenwellen auf die
andere Seitenwelle übertragbar
ist. Die außerhalb
des Differentialkorbes 16 angeordnete Vorgelegewelle 39 und
die Verwendung von zwei Lamellenkupplungen 27, 28 stellt
einen erhöhten
Bauaufwand gegenüber Differentialgetrieben
dar, in denen nur eine Lamellenkupplung innerhalb des Differentialkorbes,
beispielsweise zwischen einer Seitenwelle und dem Differentialkorb,
wirksam ist. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion ist jedoch
die Möglichkeit
gegeben, das Differentialgetriebe modular um weitere Funktionseinheiten
zu ergänzen.
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In 2 ist eine erfindungsgemäße Fahrzeugantriebsachse
mit den vorstehend angesprochenen Ergänzungen in einer ersten Ausführung dargestellt.
Der Grundaufbau der Fahrzeugantriebsachse und des Differentialgetriebes
entspricht der in 1 gezeigten.
Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern belegt. In
Ergänzung
dazu ist am Differentialkorb 16 außen ein Stirnrad 40 angeordnet, das
mit einem weiteren Stirnrad 41 im Verzahnungseingriff ist,
das fest auf der Vorgelegewelle 39 sitzt. Die Übersetzungsverhältnisse
zwischen den Stirnrädern 40, 41 und
den Stirnrädern 36, 37 bzw. 36, 38 sind
so gewählt,
daß die
Kupplungskörbe 33, 34 üblicherweise
schneller laufen als die Seitenwellen 23, 24.
Wird bei einem Differentialgetriebe der hier gezeigten Art eine
der Lamellenkupplungen 27, 28 geschlossen, hat
dies zur Folge, daß das
von der Längswelle 18 in
den Differentialkorb 16 eingeleitete Drehmoment zum Teil über den
Differentialrädersatz auf
die zwei Seitenwellen 23, 24 gleichmäßig verteilt wird,
zum anderen Teil Drehmoment über
die entsprechende geschlossene Lamellenkupplung zusätzlich auf
die entsprechende Seitenwelle übertragen
wird, d.h. aufaddiert wird. An der Seitenwelle, deren Lamellenkupplung
geschlossen ist, liegt damit ein höheres Drehmoment an als an
der Seitenwelle, deren Lamellenkupplung offen ist.
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Das
höhere
Drehmoment wird bei Kurvenfahrt durch Schließen der entsprechenden Lamellenkupplung
vorzugsweise auf das schneller laufende kurvenäußere Antriebsrad übertragen.
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Wird
bei einer vollständig
geschlossenen Lamellenkupplung zusätzlich die zweite Lamellenkupplung
zunehmend geschlossen, so tritt eine Sperrwirkung zwischen den Seitenwellen
ein, indem Drehmoment von der Seitenwelle, an der höheres Drehmoment
anliegt, auf die Seitenwelle, an der niedrigeres Drehmoment anliegt, übertragen
wird. Aufgrund der zuvor genannten Drehzahlungleichheit zwischen
Seitenwellen und Kupplungskörben
wird hierbei jedoch Schlupf an beiden Lamellenkupplungen auftreten müssen.
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Letzteres
gilt selbst dann, wenn beide Räder 11, 12 mit
gleicher Drehzahl laufen. Die dabei entstehenden Schlupfzustände an den
Lamellenkupplungen können
als Anfahrhilfe am Berg bzw. als Bergabfahrtshilfe eingesetzt werden.
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In 3 ist eine weitere erfindungsgemäße Differentialanordnung
in einer Fahrzeugantriebsachse gezeigt, die wiederum von der Grundkonstruktion nach 1 ausgeht. Gleiche Einzelheiten
sind insoweit mit gleichen Bezugsziffern wie in 1 belegt. Auch hier ist ein Stirnrad 40 auf
dem Differentialkorb 16 befestigt, das mit einem Stirnrad 42 im
Verzahnungseingriff ist, das eine weitere Lamellenkupplung 43 antreibt.
Hierbei sitzen Innenlamellen 44 der Lamellenkupplung 43 auf
der Vorgelegewelle 39, während Außenlamellen 45 mit
einem Kupplungskorb 46 verbunden sind, an dem das Stirnrad 42 fest
angeordnet ist. Betätigungsmittel
für die
Lamellenkupplung 43 sind zur Vereinfachung hier nicht im
einzelnen dargestellt.
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Bei
geöffneter
Lamellenkupplung 43 ist die Vorgelegewelle 39 vom
Differentialkorb 16 entkoppelt, so daß funktionell ein Differentialgetriebe
in Form eines Sperrdifferentials nach 1 entsteht. Es
ergeben sich hieraus die gleichen Funktionsweisen wie unter 1 beschrieben.
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Wenn
die Lamellenkupplung 43 geschlossen wird, ist die Vorgelegewelle 39 an
den Differentialkorb 16 fest angekoppelt, so daß sich funktionell
die gleiche Anordnung wie in 2 ergibt.
Hieraus ergeben sich die gleichen Funktionen wie sie dort beschrieben
sind.
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In 4 sind gleiche Einzelheiten
wie in 2 mit gleichen
Bezugsziffern belegt. In dieser Darstellung ist ein mehrteiliges
Achsgehäuse 51 gezeigt,
das die zuvor benannten Teile des Differentialgetriebe aufnimmt.
Im einzelnen ist die Längswelle 18 mit
dem Ritzel 19 erkennbar, das mit dem Tellerrad 17 des
Differentialkorbs 16 im Eingriff ist. Im Differentialkorb 16 sind
die Seitenwellenräder 21, 22 angeordnet,
die mit den Ausgleichsrädern 25, 26 kämmen. Die
Ausgleichsräder
sind auf einem Zapfen 20 im Differentialkorb drehbar gelagert.
In die Seitenwellenräder 21, 22 sind
die Seitenwellen 23, 24 eingesteckt, die in Flanschen 53, 54 enden,
an die die Gelenkwellen anschließbar sind. Auf den Differentialkorb 16 ist
das Stirnrad 40 aufgesetzt, das mit dem Stirnrad 41 auf
der Vorgelegewelle 39 kämmt.
Weiter sind auf der Vorgelegewelle Stirnräder 37, 38 aufgeschoben,
die mit Stirnrädern 35, 36 kämmen, die
jeweils einstückig
mit den Kupplungskörben 33, 34 zweier
Lamellenkupplungen 27, 28 ausgeführt sind. Die
Innen- und Außenlamellen
sind hierbei nicht im einzelnen dargestellt. Der Differentialkorb 16 ist
in Kegelrollenlagern 55, 56 im Achsgehäuse 51 gelagert,
die Vorgelegewelle 39 in Kugellagern 57, 58. Die
Seitenwellen 23, 24 stützen sich in Nadellagern 59, 60 im
Achsgehäuse 51 und
in Nadellagern 61, 62 im Differentialkorb 16 ab.
Auf den Seitenwellen 23, 24 sind die Kupplungskörbe 33, 34 der
genannten Lamellenkupplungen mittels Nadellagern 63, 64 gelagert.
Die Lamellenkupplungen sind mittels zweier Kugelrampenverstellanordnungen 67, 68 steuerbar zu
betätigen,
die jeweils eine im Achsgehäuse 51 fest abgestützte Scheibe 69, 70 und
eine drehend antreibbare Scheibe 71, 72 umfassen,
die jeweils über ein
Ritzel 73, 74 antreibbar sind. In den Scheiben sind
zumindest drei Paare von Kugelrillen ausgebildet mit über dem
Umfang in entgegengesetzter Richtung veränderlicher Tiefe, zwischen
denen sich Kugeln 75, 76 abstandsgleich gehalten
sind. Bei einer Verdrehung der Scheiben 71 oder 72 verschieben sich
diese gleichzeitig axial und wirken über Nadellager 77, 78 und
Druckplatten 79, 80 auf die Lamellenpakete der
Lamellenkupplungen 27, 28 ein. Die Kupplungskäfige 33, 34 stützen sich
hierbei ihrerseits über
Nadellager 81, 82 am Differentialkorb 16 ab.
Die Seitenwellen 23, 24 sind über hier nur allgemein bezeichnete
Dichtungsanordnungen 83, 84 gegenüber dem
Achsgehäuse 51 abgedichtet.
Die Funktion des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes
wurde im Zusammenhang mit 2 bereits
beschrieben.
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In 5 ist ein Differentialgetriebe
gezeigt, das in weiten Teilen mit dem in 4 gezeigten übereinstimmt. Entsprechende
Teile sind mit gleichen Bezugsziffern belegt. Anstelle der Kugelrampenverstellanordnungen
(67, 68) sind hier jedoch Hydraulikzylinderverstelleinheiten 87, 88 eingesetzt,
die jeweils einen zylindrischen Ringraum 89, 90,
einen darin axial verschiebbaren Ringkolben 91, 92 sowie
einen Druckmittelanschluß 93, 94 umfassen.
Die steuerbare Beaufschlagung der Lamellenkupplungen 27, 28 erfolgt
hierbei durch Variation des hydraulischen Druckes in den Ringkammern 89, 90 und
damit des Stellweges der Ringkolben 91, 92.
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In 6 ist ein Differentialeinheit
nach 2 gezeigt, die
weitgehend mit der Ausführung
nach 4 übereinstimmt.
Insbesondere sind hier zur Betätigung
der Lamellenkupplung 27, 28 auch wieder Kugelrampenverstelleinheiten 67, 68 mit
den beschriebenen Einzelheiten eingesetzt. Abweichend von der Ausführung nach 4 sind jedoch hier die Zahnräder (40, 41, 35, 36, 37, 38)
durch Kettenräder 40', 41', 35', 36', 37', 38' ersetzt, die über Ketten 95, 96, 97 miteinander
gekoppelt sind. Die Funktion ist im übrigen vollständig die
gleiche wie bei dem Differentialgetriebe nach 4.
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Anstelle
eines der gezeigten Kettentriebe kann auch ein CVT-Getriebe, d.
h. eine Schubgliederkette, die über
Kettenscheiben mit variablem Übersetzungsverhältnis läuft, eingesetzt
werden, wodurch sich erweiterte Möglichkeiten der Steuerung des
erfindungsgemäßen Differentialgetriebes
ergeben.
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- 11
- Antriebsrad
- 12
- Antriebsrad
- 13
- Gelenkwelle
- 14
- Gelenkwelle
- 15
- Differentialgetriebe
- 16
- Differentialkorb
- 17
- Tellerrad
- 18
- Längswelle
- 31
- Außenlamellen
- 32
- Außenlamellen
- 33
- Kupplungskorb
- 34
- Kupplungskorb
- 35
- Stirnrad/Kettenrad
- 36
- Stirnrad/Kettenrad
- 37
- Stirnrad/Kettenrad
- 38
- Stirnrad/Kettenrad
- 39
- Vorgelegewelle
- 40
- Stirnrad/Kettenrad
- 41
- Stirnrad/Kettenrad
- 42
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- 43
- Lamellenkupplung
- 44
- Innenlamellen
- 45
- Außenlamellen
- 46
- Kupplungskorb
- 47
-
- 48
-
- 49
-
- 50
-
- 51
- Achsgehäuse
- 52
-
- 53
- Flansch
- 54
- Flansch
- 55
- Schrägrollenlager
- 56
- Schrägrollenlager
- 57
- Kugellager
- 58
- Kugellager
- 59
- Nadellager
- 60
- Nadellager
- 61
- Nadellager
- 62
- Nadellager
- 63
- Nadellager
- 64
- Nadellager
- 65
-
- 66
-
- 67
- Kugelrampenmechanismus
- 68
- Kugelrampenmechanismus
- 69
- Scheibe
- 70
- Scheibe
- 71
- Scheibe
- 72
- Scheibe
- 73
-
- 74
-
- 75
- Kugel
- 76
- Kugel
- 77
- Nadellager
- 78
- Nadellager
- 79
- Druckplatte
- 80
- Druckplatte
- 81
- Nadellager
- 82
- Nadellager
- 83
- Dichtung
- 84
- Dichtung
- 85
-
- 86
-
- 87
- Hydraulikeinheit
- 88
- Hydraulikeinheit
- 89
- Zylinderraum
- 90
- Zylinderraum
- 91
- Ringkolben
- 92
- Ringkolben
- 93
- Hydraulikanschluß
- 94
- Hydraulikanschluß