DE19618495A1 - Achsdifferentialsperre mit Kupplungen - Google Patents

Description

Die Erfindung handelt von einem Achsdifferential, bestehend aus einem Differentialkorb mit Tellerrad, Ausgleichsrädern und Achsantriebsrädern mit anschließenden Radantriebswellen, wobei beiden Achsantriebsrädern je eine Kupplung zugeordnet ist, de­ ren erste Kupplungsteile mit dem Differentialkorb und dessen zweite Kupplungsteile mit dem jeweiligen Achsantriebsrad an­ triebsverbunden sind.

Ein derartiges Achsdifferential ist aus der DE-C 33 13 283 be­ kannt. Die Kupplungen sind hier Lamellenkupplungen und direkt zwischen Achsantriebsrädern und Differentialkorb in dessen In­ nerem angeordnet und ihr Sperrmoment ist mittels hydraulischer Ringkolben verstellbar. Nachteilig ist an einem derartigen Sperrdifferential zunächst, daß es bei verschiedenen Radge­ schwindigkeiten die Drehmomentverteilung beeinflußt und den freien Drehzahlausgleich behindert, was auch die Kurvenwillig­ keit des Fahrzeuges beeinträchtigt. Da es sich hier um eine Lamellenkupplung handelt, entstehen auch Reibungsverluste.

Wenn die Kupplungen erst bei einer bestimmten, dem Durchdrehen eines Rades entsprechenden, Differenz der Raddrehzahlen ange­ steuert werden, so kann auch die Steuerung ein Durchdrehen nicht mehr verhindern bzw. ist bei einer Klauenkupplung ein Ein­ kuppeln nicht mehr möglich. Außerdem ist eine Steuerung, die rasch und gezielt eingreift, sehr kompliziert. Sie braucht Drehzahlsensoren und eine aufwendige Elektronik. Die Verwendung einer elektronischen Steuerung ist bisweilen aber unerwünscht.

Weiters ist es aus der DE-A 41 03 053 bekannt, bei einem Achs­ differential auf beiden Seiten zwischen Achsantriebsrad und Differentialkorb Freiläufe vorzusehen, die ganz sperren, wenn das jeweilige Achsantriebsrad eine bestimmte Drehzahl unter­ schreitet. Das würde bereits bei Befahren einer weiten Kurve zur Vollsperrung führen. Damit die Sache überhaupt funktio­ niert, müssen die Freiläufe daher über entsprechende Getriebe angetrieben werden, um sich schneller als der Differentialkorb zu drehen. Die Sperrwirkung setzt erst ein, wenn die Raddreh­ zahl eine durch das Übersetzungsverhältnis des entsprechenden Getriebes gegebenen Schwellendrehzahl zu unterschreiten be­ ginnt, aber auch dann als Vollsperrung.

Diese Achssperre ist für Straßenfahrt ungeeignet, weil die Sperrwirkung auch erst einsetzt, wenn der Schlupf bereits sehr groß ist (die Schwelle darf beim kleinsten Kurvenradius noch nicht überschritten werden, da sonst Engeckenbremsen) und weil beim Fahren einer Kurve das kurveninnere Rad durchdreht, die Schwellendrehzahl also überschreitet und nicht unterschreitet. Außerdem wird in einer Kurve das kurvenäußere Rad nicht lang­ samer, sondern schneller.

Es ist daher Ziel der Erfindung, ein Achsdifferential so auszu­ bilden, daß in Kurven einerseits ein möglichst freier Drehzahl­ ausgleich gewährleistet ist, andererseits aber einem Durchdre­ hen der Räder sicher zuvorgekommen wird. Eine gegebenenfalls vorgesehene Steuerung soll möglichst einfach sein.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß mit jeder der beiden Kupplungen ein Freilaufin Serie geschaltet ist, der kuppelt, wenn die jeweilige Radantriebswelle den Differen­ tialkorb zu überholen trachtet.

Dadurch wirkt die jeweilige Kupplung sofort und vorbeugend, so­ bald das durch die auf das Fahrzeug wirkende Fliehkraft weniger belastete kurveninnere Rad durchdrehen will. Der Freilauf ver­ hindert ohne irgendeine die Raddrehzahlen überwachende Senso­ rik, daß das jeweilige Rad den Differentialkorb überholt. Bei nicht angesteuerter kurvenäußerer Kupplung wird dadurch die bei Kurvenfahrt notwendige Drehzahlanpassung des äußeren Rades nicht behindert und die Drehmomentverteilung zwischen den beiden Rädern entspricht vor dem Greifen des Freilaufes der eines offenen Differentials und wird durch das Greifen des Freilaufes sogar positiv beeinflußt. Sie verschiebt sich dann zugunsten des kurvenäußeren Rades, was die Kurvenwilligkeit des Fahrzeuges erhöht.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Kupplungen Lamellen­ kupplungen, deren Sperrmoment von außen verstellbar ist (Anspruch 2). Durch die Verstellbarkeit der Lamellenkupplungen kann das Sperrmoment den fahrdynamischen Erfordernissen ange­ paßt werden, beispielsweise durch einseitige Wirkung in Abhän­ gigkeit von der Kurvengeschwindigkeit oder Vollsperre durch ma­ ximales Reibmoment an beiden Kupplungen beim Beschleunigen und bei schneller Geradeausfahrt. Die Verstellung kann entweder vom Fahrer vorgenommen werden, oder durch eine Steuerhydraulik von Fahrparametern, etwa dem gerade eingelegten Getriebegang oder der Fahrpedalstellung, abhängig gemacht werden.

Insbesondere ist es vorteilhaft, das Sperrmoment der kurvenin­ neren Lamellenkupplung in Abhängigkeit von der Zentrifugalbe­ schleunigung zu steigern (Anspruch 3). So kann das Sperrmoment in einfacher Weise der Kurvengeschwindigkeit angepaßt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Freiläufe zwi­ schen Radantriebswellen und Kupplung und innerhalb letzterer angeordnet (Anspruch 4). So wird eine platzsparende Anordnung und geringe rotierende Massen erreicht.

Wenn weiters die Kupplungen und Freiläufe außerhalb des Diffe­ rentialgehäuses angeordnet und die Kupplungen über Hohlwellen mit dem Differentialkorb verbunden sind (Anspruch 5), kann die Erfindung durch nur geringe bauliche Veränderungen an ein kon­ ventionelles Differential angeflanscht sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen be­ schrieben und erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 Ein Schema der erfindungsgemäßen Einrichtung, und

Fig. 2 Das erfindungsgemäße Differential, vergrößert.

Fig. 3 Ein Schema einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist der Motor eines Kraftfahrzeuges mit 1, dessen Schaltkupplung mit 2 und dessen Schaltgetriebe mit 3 bezeich­ net. Es ist von der Schaltkupplung 2 aus über eine nicht darge­ stellte Welle angetrieben und treibt seinerseits in bekannter Weise ein Tellerrad 4, das mit einem Differential 5 verbunden ist. Dieses ist von einem Differentialgehäuse 8 umgeben. An dieses schließt auf der einen Seite eine linke Sperreinheit 6 und auf der anderen Seite eine rechte Sperreinheit 7 (bei umge­ kehrter Fahrtrichtung wären die Seitenangaben zu vertauschen). Mit 9 ist schließlich noch die Schaltvorrichtung für das Schaltgetriebe 3 bezeichnet.

In Fig. 2 ist das erfindungsgemäße Differential mit den beiden Sperreinheiten 6, 7 vergrößert dargestellt. Das Differential 5 besteht in der üblichen Weise aus einem Differentialkorb 10 mit darin angeordneten Ausgleichsrädern 11 und Achsantriebsrädern 12. Es könnte sich aber auch um ein Differential einer anderen Bauart handeln, solange nur die Momentenverteilung symmetrisch ist. Die Achsantriebsräder 12 sind mit einer linken bzw. rech­ ten Abtriebswelle 13, 14 fest verbunden und jeweils über einen Anschlußflansch 15 mit den nicht mehr dargestellten Halbachsen des Kraftfahrzeuges und den auf diesen sitzenden Rädern verbun­ den.

Da die beiden Sperreinheiten 6, 7 spiegelgleich sind, sind sie im folgenden nur einmal beschrieben. Der Differentialkorb 10 ist beiderseits über eine Hohlwelle 20 aus dem Differentialge­ häuse 8 herausgeführt. Die Abtriebswelle 13 bzw. 14 trägt einen Freilauf 21, an den außen eine Lamellenkupplung 22 anschließt. Diese besteht aus ersten Reibungsteilen 23, das ist der Außen­ teil mit den darauf verschiebbar geführten nicht im einzelnen bezeichneten Lamellen, der mit der Hohlwelle 20 verbunden ist, und aus zweiten Reibungsteilen 24, dem Innenteil mit dessen La­ mellen, der mit dem Freilauf 21 zusammenwirkt. Weiters ist eine Druckplatte 25 vorgesehen, auf die ein Ringkolben 26 wirkt, zu dessen Betätigung Drucköl in eine Druckkammer 27 gepreßt wird.

In Fig. 1 ist zu erkennen, daß diese Druckkammern 27 über Druckleitungen 30, 31 mit einem Steuergerät 33 in Verbindung stehen, dem von einer vom Motor 1 getriebenen Ölpumpe 32 Drucköl zur Verfügung gestellt wird. Das Steuergerät 33 könnte, soferne man sich nicht überhaupt mit einer mechanischen Steue­ rung begnügt, ein Ventilblock mit einem oder zwei handgesteuer­ ten Ventilen sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Steuerung durch zwei mechanische Sensoren 34, für die auf das Kraftfahrzeug wirkende Zentrifugalbeschleunigung durch die das Drucköl je nachdem ob es sich um eine Linkskurve oder um eine Rechtskurve handelt entweder die Druckleitung 31 oder die Druckleitung 30 beaufschlagt. Weiters könnte ein Längsbeschleu­ nigungssensor 35 in dem Steuergerät 33 bewirken, daß beide Druckleitungen 30, 31 mit der Ölpumpe 32 verbunden werden. Schließlich könnte auch noch über die Leitung 37 ein den einge­ schalteten Gang angebendes Stellungssignal oder über die Lei­ tung 39 ein die Position des Gaspedales oder Lenkrades 38 ange­ bendes Stellungssignal dem Steuergerät 33 zugeführt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen (Fig. 1 und Fig. 2): Ist keine der beiden Kupplungen geschlossen, so wird beim beginnenden Durchdrehen eines Rades die entsprechende Abtriebswelle 13 schneller als der Differentialkorb 10 drehen wollen. Bei dieser positiven Drehzahldifferenz schaltet der Freilauf durch und die zweiten Reibungsteile 24 der Kupplung werden mitgenommen. Da diese jedoch offen ist, kann sich das jeweilige Rad trotz des Freilaufes durchdrehen. Das entspricht dem Verhalten eines offenen Differentiales.

Wird eine der beiden Kupplungen, etwa die der rechten Sperrein­ heit 7 beaufschlagt, und beginnt das rechte Fahrzeugrad, als kurveninneres Rad in einer Rechtskurve, durchzudrehen, so wird der Freilauf 21 auf der rechten Seite durchschalten, wodurch das Reibmoment der Kupplung in dem durch den über die Leitung 30 gelieferten Öldruck bestimmten Maße als Sperre wirkt. Das rechte Fahrzeugrad dreht sich bei richtig eingestelltem Hydrau­ likdruck nicht durch. Wenn das kurveninnere Rad aber keine Nei­ gung zum Durchdrehen zeigt, wird seine Drehzahl wegen der ver­ schiedenen Kurvenradien der beiden Räder leicht absinken, was durch den Freilauf nicht verhindert wird. Das entspricht einer negativen Drehzahldifferenz, bei der der Freilauf nicht kup­ pelt. Da nur die Kupplung auf der Seite der rechten Sperrein­ heit 7 geschlossen ist, nicht aber die auf der Seite der linken Sperreinheit 6, kann sich das kurvenäußere linke Fahrzeugrad schneller als der Differentialkorb 10 drehen, obwohl der Frei­ lauf bei der auf dieser Seite auftretenden positiven Drehzahl­ differenz durchschaltet. Die Kupplung auf dieser Seite ist ja geöffnet. Bei einer Linkskurve sind die Verhältnisse umgekehrt.

Durch Modulieren des Beaufschlagungsdruckes der beiden Kupp­ lungen kann das Sperrmoment den fahrdynamischen Erfordernissen angepaßt werden. Dazu sind beispielsweise die beiden Zentrifu­ galbeschleunigungssensoren 34 vorgesehen. Diese wirken auf ein nicht dargestelltes Ventil im Steuergerät 33, wodurch jeweils die Kupplung auf der richtigen Seite auf das erforderliche Sperrmoment gebracht wird.

Die für die Kurvenfahrt notwendigen Drehzahlunterschiede werden durch die erfindungsgemäße Anordnung somit bei einseitiger An­ steuerung der Kupplung nicht behindert, auch die Drehmomentver­ teilung entspricht dem eines offenen Differentiales. Bei Nei­ gung zum Durchdrehen des entsprechenden Rades schließt der Freilauf. Dadurch wird Drehmoment von der Halbwelle abgezweigt und in den Korb 10 des Differentiales zurückgespeist. Die Dreh­ momentverteilung wird daher ungleich zugunsten des kurvenäuße­ ren Rades. Wenn nun die Durchdrehneigung des kurveninneren Ra­ des wieder abnimmt, so stellt sich sofort wieder das Verhalten eines offenen Differentiales ein, ohne daß der auf die Kupplung wirkende Druck moduliert werden müßte.

Bei sehr schneller Geradeausfahrt oder Vollbeschleunigung, die beispielsweise von dem Längsbeschleunigungssensor 35 festge­ stellt wird, werden die Kupplungen in beiden Sperreinheiten 6, 7 im gleichen, von der Beschleunigung oder Geschwindigkeit abhän­ genden gleichen Ausmaß angesteuert. Die symmetrische Teil- oder Vollsperre kann auch nur in den höheren Getriebegängen akti­ viert werden, wozu die Verbindung 37 zum Getriebeschalthebel 36 besteht.

Die Variante der Fig. 3 unterscheidet sich von den Ausführungs­ formen der Fig. 2 dadurch, daß anstelle der Lamellenkupplungen Klauenkupplungen 40 eingesetzt werden. Deren erste Kupplungs­ teile 41 sind ebenfalls mit dem Differentialkorb antriebsver­ bunden, sogar mit ihm vereint; deren zweite Kupplungsteile 42 sind zum Ein- und Auskuppeln verschiebbar mit dem Freilauf 21 antriebsverbunden. Die Betätigungsgabel für die Kupplung 40 ist nur andeutungsweise mit 43 bezeichnet.

Claims (5)

1. Achsdifferential, bestehend aus einem Differentialkorb (10) mit Tellerrad (4), Ausgleichsrädern (11) und Achsantriebsrädern (12) mit anschließenden Radantriebswellen (13,14), wobei beiden Achsantriebsrädern je eine Kupplung (22) zugeordnet ist, deren erste Kupplungsteile (23, 41) mit dem Differentialkorb (10) und dessen zweite Kupplungsteile (24, 42) mit dem jeweiligen Achsan­ triebsrad (12) antriebsverbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß mit jeder der beiden Kupplungen (22, 40) ein Freilauf (21) in Serie geschaltet ist, der kuppelt, wenn die jeweilige Radan­ triebswelle (13, 14) den Differentialkorb (10) zu überholen trachtet.

2. Achsdifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungen (22) Lamellenkupplungen sind, deren Sperrmo­ ment von außen verstellbar ist.

3. Achsdifferential nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrmoment der jeweils kurveninneren Lamellenkupplung (22) in Abhängigkeit von der Zentrifugalbeschleunigung gestei­ gert wird.

4. Achsdifferential nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiläufe (21) zwischen Radantriebs­ wellen (13, 14) und Kupplung (22) und innerhalb letzterer ange­ ordnet sind.

5. Achsdifferential nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kupplungen (22) und Freiläufe (21) außerhalb des Differen­ tialgehäuses (7) angeordnet sind, wobei die Reibungskupplungen (22) über Hohlwellen (20) mit dem Differentialkorb (10) verbun­ den sind.