DE10349203A1

DE10349203A1 - Längsdifferential

Info

Publication number: DE10349203A1
Application number: DE2003149203
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. Gausrab
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-10-23
Filing date: 2003-10-23
Publication date: 2005-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Längsdifferential. Es ist eine besonders preisgünstige und kompakte Anordnung eines Lastschlagelementes vorgesehen, welches Lastschläge komfortsteigernd dämpft. Durch die einfache Anordnung des Lastschlagelementes innerhalb des Bauraumes des gleichwertigen unbedämpften Differentials ist eine Adaption in bestehenden Verteilergetrieben mit geringster Bauteilanpassung möglich.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ein Längsdifferential.

Aus 3 der EP 1 238 847 A2 ist bereits solches Längsdifferential bekannt. Dieses Längsdifferential ist als Kegelraddifferential ausgeführt und weist ein Lastschlagelement auf.

Die DE 37 17 513 A1 zeigt ein Kegelrad-Differentialgetriebe. Dieses weist eine Rutschkupplung mit Federn auf.

Die DE 41 35 753 A1 zeigt ein selbstsperrendes Kegelrad-Differentialgetriebe mit Federn.

Die nicht vorveröffentlichte DE 103 19 854 .7 zeigt ein Hinterachsdifferential in Kegelrad-Bauweise, bei welchem unter anderem mittels einer Tellerfeder Lastschläge dauerhaft kompensiert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lastschläge dämpfendes Längsdifferential zu schaffen, welches besonders kompakt baut.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.

Ein Vorteil der Erfindung ist, dass die Abstützung der Reibungskupplung zwischen den Kegelrädern am Differentialbolzen eine sehr kompakte Bauweise ermöglicht. Mit einem solchen kompakten Längsdifferential ist es möglich, auch kleine Personenkraftwagen mit einem Allradantrieb auszustatten.

Durch die einfache Anordnung des Lastschlagelementes innerhalb des Bauraumes eines gleichwertigen unbedämpften Differentials ist eine Adaption an unbedämpfte Verteilergetriebe mit geringster Bauteilanpassung möglich.

Da die erfindungsgemäße Reibungskupplung nicht die Funktion einer Differentialsperre übernimmt, ist kein Stellglied notwendig. Für eine Dämpfungsfunktion ist lediglich eine Feder notwendig, die beispielsweise eine Tellerfeder oder ein Wellfeder sein kann. Dies ermöglicht eine besondere Kompaktheit des Längsdifferentials, welches somit sogar mit einem einteiligen Ausgleichsgehäuse ausgestattet sein kann.

Mittels der Dämpfungswirkung der Reibungskupplung wird das Anschlagen der Zahnflanken im gesamten Allrad-Antriebsstrang gedämpft. Sogar der harte Anschlag ein relativ großes Gesamtverdrehspiel, welches sich aus den Verdrehflankenspielen aller Zahnrad- und Steckverbindungen zusammensetzt, kann wirkungsvoll gedämpft werden. Der Lastschlag ist dabei abhängig von den Elastizitäten im Antriebsstrang.

Erfindungsgemäß werden verschiedene vorteilhafte Anordnungen der Reibungskupplung vorgeschlagen. In besonders vorteilhafter Weise kann zur Verstärkung der Dämpfungswirkung bei gleichbleibender Federkraft zumindest eine zusätzlich Reibflächenpaarung zwischen einem oder beiden Achsantriebskegelrädern und dem Ausgleichsgehäuse vorgesehen sein.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von drei Ausgestaltungsformen in zwei Figuren erläutert.

Dabei zeigen:
1 in einer Figur schematisch drei verschiedene Ausgestaltungsformen eines Längsdifferentials und
2 eine der Ausgestaltungsformen aus 1 in einer detaillierten Ansicht im eingebauten Zustand.
1 zeigt in einer Figur schematisch drei verschiedene Ausgestaltungsformen eines Längsdifferentials 1.
Allen drei Ausgestaltungsformen ist gemein, dass ein Differentialbolzen 2 des Längsdifferentials 1 senkrecht und drehfest zu einer Eingangswelle E angeordnet ist. Somit ist ein Antriebsmoment von der Eingangswelle E auf den Differentialbolzen 2 übertragbar.
Das Antriebsmoment fließt im Kraftfluss in zeichnerisch nicht näher dargestellter Weise von
– einem Verbrennungsmotor und/oder alternativ
– von einem Elektromotor über ein Schaltgetriebe auf die Eingangswelle E.
Der Differentialbolzen 2 ist an dessen beiden entgegengesetzten Enden in Ausnehmungen 3, 4 eines Ausgleichsgehäuses 5 aufgenommen. Bezüglich einer Zentralachse 6 des Längsdifferentials 1 ist der Differentialbolzen 2 drehfest zum Ausgleichsgehäuse 5, so dass das Antriebsmoment vom Differentialbolzen 2 auf das Ausgleichsgehäuse 5 übertragbar ist. Das Ausgleichsgehäuse 5 weist konzentrisch zur Zentralachse 6 zwei Bohrungen 7, 8 auf, in denen jeweils ein Achsantriebskegelrad 9 bzw. 10 drehbar gelagert ist. Das in Fahrtrichtung hinten liegende Achsantriebskegelrad 9 ist über eine Ausgangswelle A2 drehfest mit einer Ritzelwelle eines nicht näher dargestellten Hinterachsgetriebes verbunden. Das andere – d.h. das in Fahrtrichtung vorne liegende – Achsantriebskegelrad 10 ist über eine Hohlwelle 11 und einem Seitenabtrieb, von der nur das Stirnrad 12 ersichtlich ist, mit der Vorderachse verbunden. Die Hohlwelle 11 bildet damit eine weitere Ausgangswelle A1 des Längsdifferentials 1.
Konzentrisch zum Differentialbolzen 2 sind zwei Ausgleichskegelräder 13, 14 angeordnet, die mit den beiden Achsantriebskegelrädern 9, 10 kämmen. Die beiden Ausgleichskegelräder 13, 14 sind mittels des Differentialbolzens 2 drehbar gegenüber dem Ausgleichsgehäuse 5. Demzufolge kann die drehbare Lagerung der Ausgleichskegelräder 13, 14 gegenüber dem Ausgleichsgehäuse 5 mittels einer drehbaren Lagerung der Ausgleichsräder 13, 14 gegenüber dem Differentialbolzen 2 erfolgen. Wenn der Differentialbolzen 2 – wie in 2 – zweiteilig ausgeführt ist, kann die drehbare Lagerung der Ausgleichskegelräder 13, 14 gegenüber dem Ausgleichsgehäuse 5 zusätzlich oder alternativ mittels einer drehbaren Lagerung der beiden Differenzialbolzenteile 2a, 2b gegenüber einander und gegenüber dem Ausgleichsgehäuse 5 erfolgen.
Die drei in 1 zeichnerisch kombinierten Ausführungsformen unterscheiden sich in der Anordnung von einer bzw. zwei Reibungskupplungen.
In der ersten Ausführungsform ist eine Reibungskupplung 23 bezüglich der Zentralachse 6 axial zwischen dem hinteren Achswellenkegelrad 9 und dem Differentialbolzen 2 angeordnet.
Diese Reibungskupplung 23 weist als ein Bauteil eine Tellerfeder 24 auf, die sich einerseits am Achswellenkegelrad 9 und andererseits am Differentialbolzen 2 abstützt, so dass zwischen letzteren beiden ein Reibmoment übertragen wird.
Wird beim Lastwechsel – d.h. Schub-Zug-Wechsel oder Zug-Schub-Wechsel – ein Lastschlag in das Längsdifferential 1 eingeleitet, so wird infolge der dämpfenden Wirkung der Reibungskupplung 23 der harte Anschlag des Verdrehflankenspiels aller Zahnrad- und Steckverbindungen des Allrad-Antriebsstranges bedämpft.
Diese Dämpfungsfunktion erfolgt in der zweiten Ausführungsform mittels einer Reibungskupplung 25, welche axial zwischen dem vorderen Achswellenkegelrad 10 und dem Differentialbolzen 2 verspannt ist. Dabei ragt die Eingangswelle E durch die zentrale Öffnung einer Tellerfeder 26, welche ein Bauteil der Reibungskupplung 25 bildet.
Die dritte Ausführungsform stellt eine Kombination der ersten beiden Ausführungsformen dar. Demzufolge sind die beiden Reibungskupplungen 23, 25 im Längsdifferential 1 innerhalb eines Innenraumes 27 angeordnet.
2 zeigt die erste Ausgestaltungsformen aus 1 in einer detaillierten Ansicht im eingebauten Zustand. Bei dem Antriebsstrang handelt es sich um einen Allrad-Antriebsstrang. Die Reibungskupplung 23 ist innerhalb eines Innenraumes 27 innerhalb der Kegelräder 9, 10, 13, 14 angeordnet.
Die vom Schaltgetriebe kommende Eingangswelle E ist als Innenwelle ausgeführt, welche mittels Nadellagern
– einerseits in der als Hohlwelle 11 ausgeführten Ausgangswelle A1 und
– andererseits in der mit einer Sacklochbohrung versehenen Ausgangswelle A2
gelagert ist.
Eine axial mittigen Position diese Eingangswelle E liegt zwischen den beiden Ausgangswelle A1, A2. An dieser mittigen Position weist die Eingangswelle E eine Keilwellenverzahnung bzw. Steckverzahnung auf, auf die ein Differentialmitnehmerelement 20 drehfest aufgesteckt ist. Dieses Differentialmitnehmerelement 20 weist zwei diametral und fluchtend zueinander angeordnete Bohrungen auf, in denen die beiden Differenzialbolzenteile 2a, 2b des Differentialbolzens 2 eingesteckt sind.
Die beiden Achswellenkegelräder 9, 10 sind auf deren voneinander abgewandten Seiten über Reibbeläge 21, 22 an bearbeiteten Absätzen des Ausgleichsgehäuses 5 abgestützt. Die Anpresskraft an diesen Reibbelägen 21, 22 wird einerseits durch die Vorspannkraft der Tellerfeder 24 bestimmt, welche ein Bauteil der Reibungskupplung 23 bildet. Andererseits wird die Anpresskraft an diesen Reibbelägen 21, 22 durch das Antriebsmoment bestimmt. Die Tellerfeder 24 stützt sich mit deren Innenkante axial am Differentialmitnehmerelement 20 und mit deren Außenkante an einer Stahlscheibe 26 mit einem Reibbelag ab. Der bewegungsfest an die Stahlscheibe 26 geklebte Reibbelag liegt mit dessen Oberfläche an der Innenstirnfläche des Achswellenkegelrades 9 an. Um die dämpfende Wirkung der Reibungskupplung 23 ausschließlich an dieser Flächenpaarung zu definieren, weist die Stahlscheibe 26 an deren Innenkante eine Innenverzahnung auf, welche eine drehfeste Verbindung mit der Steckverzahnung bzw. Keilwellenverzahnung bildet, auf die auch das Differentialmitnehmerelement 20 aufgesteckt ist.
In einer alternativen Variante können die Reibbeläge 20 und 21 auch als normale Anlaufscheiben ausgebildet sein.
Das Ausgleichsgehäuse 5 ist zur besonders kompakten Bauweise einteilig ausgeführt. Um die Kegelräder 9, 10, 13, 14 und die Reibungskupplung 23 dennoch zur Montage in das Ausgleichsgehäuse 5 einsetzen zu können, sind im Ausgleichsgehäuse 5 zwei diametral zueinander angeordnete Öffnungen vorgesehen, die bezüglich der Zentralachse 6 im Winkel von 90° zum Differentialbolzen 2 liegen. Diese Öffnungen sind in der Zeichnung nicht ersichtlich.
Das Schaltgetriebe kann insbesondere ein automatisiertes Schaltgetriebe sein. Alternativ kann ein Automatikgetriebe, wie beispielsweise ein Planetenautomatikgetriebe oder ein Stufenlosgetriebe Anwendung finden.
Anstelle der Tellerfeder kann beispielsweise ein Wellfeder Anwendung finden.
Es müssen nicht zwei Ausgleichskegelräder vorgesehen sein. Es ist jede beliebige Anzahl von Ausgleichskegelrädern denkbar, die im Ausgleichsgehäuse unterbringbar ist.
Das Ausgleichgehäuse muß nicht einteilig sein. Es kann beispielsweise auch zweiteilig sein, wobei eine Hälfte topfförmig ist, wohingegen die andere Hälfte einen Deckel bildet. Ebenso ist es möglich, das Ausgleichsgehäuse aus zwei gleichartigen Gehäusehälften zusammenzusetzen.
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 beschrie bene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.

Claims

Längsdifferential (1) mit zwei koaxialen Achsantriebskegelrädern (9, 10) welche die beiden Differentialausgänge (A1, A2) bilden und zwei mittels eines Differentialbolzens (2, 2a, 2b) drehbar gegenüber einem Ausgleichsgehäuse (5) gelagerten Ausgleichskegelrädern (13, 14), wobei eine federkraftbelastende Reibungskupplung (23) in einem Innenraum (27) innerhalb der Kegelräder (9, 10, 13, 14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungskupplung (23) ein auf einen Lastschlag ausgelegtes Reibmoment zwischen dem einen Achsantriebskegelrad (9) und dem Differentialbolzen (2, 2a, 2b) überträgt.
Längsdifferential nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungskupplung (23) ein Reibelement (Stahlscheibe 26) aufweist, welches drehfest aber längsverschieblich gegenüber einer Eingangswelle (E) des Längsdifferentials (1) ist.
Längsdifferential nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungskupplung (23) ein Reibelement (Stahlscheibe 26) aufweist, welches drehfest aber längsverschieblich gegenüber dem Differentialbolzen (2) ist.
Längsdifferential nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungskupplung (23) ein Reibelement (Stahlscheibe 26) aufweist, welches drehfest aber längsverschieblich gegenüber einem Differentialmitnehmerelement (20) eines zumindest zweigeteilten Differentialbolzens (2) ist.
Längsdifferential nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraftbelastung mittels einer Tellerfeder (24) oder Wellfeder erzeugt wird.
Längsdifferential nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest einem Achswellenkegelrad (9, 10) und dem Ausgleichsgehäuse (5) ein Reibelement (21, 22) angeordnet ist.
Längsdifferential nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibwert zwischen zumindest einem Achswellenkegelrad (9, 10) und dem Ausgleichsgehäuse (5) größer ist, als bei einer Stahl-Stahl-Paarung.
Längsdifferential nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgehäuse (5) einteilig ist und zumindest eine Öffnung vorgesehen ist, die bezüglich einer Zentralachse (6) des Längsdifferentials (1) im Winkel von 90° zum Differentialbolzen (2) liegt.