DE19939632A1 - Sperrbares Ausgleichsgetriebe - Google Patents

Abstract

Bei einem sperrbaren Ausgleichsgetriebe für Kraftfahrzeuge sind in einem Getriebegehäuse (1) in einem Ausgleichgehäuse (3) zwei mit je einer Abtriebswelle (5) verbundene Wellenräder (6, 7) und wenigstens zwei Ausgleichskegelräder (8) angeordnet. Durch einen Lamellensatz (10) ist eines der Wellenräder (6, 7) gegenüber dem Ausgleichsgehäuse (3) sperrbar. Eine Sperrkraft wird über ein einstufiges Übersetzungsgetriebe in der Form eines Schneckengetriebes (16) von einem Elektromotor (13) auf den Lamellensatz (10) übertragen. Durch ein Gewinde (18) wird zur Übertragung der Sperrkraft eine aus dem Übersetzungsgetriebe abgegebene Drehbewegung in eine auf den Lamellensatz (10) wirkende Axialbewegung umgeformt. Ein Schneckenrad (17) des Schneckengetriebes (16) weist eine zylindrische Außenverzahnung (21) auf. Außerdem befindet sich der Lamellensatz (10) auf der Seite des dem Gewinde (18) benachbarten Wellenrades (6), das dadurch zum sperrbaren Wellenrad wird. Die von dem Gewinde (18) auf den Lamellensatz (10) übertragene Sperrkraft stützt sich auf der Seite des sperrbaren Wellenrades (6) an dem Getriebegehäuse (1) ab.

Description

Die Erfindung betrifft ein sperrbares Ausgleichgetrie­ be für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1. In einem Getriebegehäuse sind in einem Ausgleichge­ häuse Ausgleichkegelräder, Wellenräder und zwei Abtriebs­ wellen angeordnet. In dem Ausgleichgehäuse ist ein Lamel­ lensatz angeordnet, durch den eines der Wellenräder gegen­ über dem Ausgleichgehäuse sperrbar ist. Der Lamellensatz ist von außen mit einer Sperrkraft beaufschlagbar. Die Sperrkraft wird durch einen Elektromotor erzeugt und über ein Übersetzungsgetriebe von dem Elektromotor auf den La­ mellensatz übertragen. Durch ein Gewinde wird zur Übertra­ gung der Sperrkraft eine aus dem Übersetzungsgetriebe abge­ gebene Drehbewegung in eine auf den Lamellensatz wirkende Axialbewegung umgeformt.

Ein Ausgleichgetriebe, oft auch Differential genannt, ermöglicht den Rädern eine unterschiedliche Winkelgeschwin­ digkeit und verteilt das Antriebsmoment auf die einzelnen Räder. Dies ist insbesondere in Kurvenfahrten nötig, bei denen die Räder sich, den Abroll-Weglängen entsprechend, unterschiedlich schnell drehen. Es gibt zwei Grundtypen von Ausgleichgetrieben: Planetengetriebe und Kegelradgetriebe. In einem Kegelrad-Ausgleichgetriebe sind zwei Abtriebswel­ len mit zwei einander gegenüberliegenden kegelförmigen Wel­ lenrädern fest verbunden, wobei ein oder mehrere Ausgleich­ kegelräder, deren Achsen senkrecht zu den Wellenachsen ver­ laufen, gleichzeitig in beide Wellenräder eingreifen. Aus­ gleichkegelräder, Wellenräder sowie Achswellen sind übli­ cherweise in einem Differentialkorb oder Ausgleichgehäuse gelagert. Dreht sich eine Abtriebswelle in eine Richtung bezüglich des Differentialkorbes, so erzwingt die Verbin­ dung der Abtriebswellen über die Ausgleichkegelräder eine Drehung der anderen Abtriebswelle in entgegengesetzter Richtung bezüglich des Differentialkorbes mit gleichem Win­ kelgeschwindigkeitsbetrag. Laufen die beiden Abtriebswellen gleich schnell um, so ruhen sie bezüglich des Differential­ korbes. Der Differentialkorb ist in der Regel mit einem Antriebsrad, z. B. einem Teller- oder Stirnrad, verbunden. Ausgleichgetriebe können zum Drehmomentausgleich zwischen zwei Rädern auf einer Achse oder zum Drehmomentausgleich zwischen mehreren angetriebenen Achsen dienen. Erstere wer­ den auch Querdifferential, letztere werden auch Längs- oder Mittendifferential genannt.

Ein Ausgleichgetriebe ist bekannt aus der US 4,805,486. Bei diesem Ausgleichgetriebe wird die Sperr­ kraft durch einen Elektromotor erzeugt und über ein zwei­ stufiges Stirnrad-Übersetzungsgetriebe von dem Elektromotor auf den Lamellensatz übertragen. Dabei wird die Sperrkraft von außerhalb des Ausgleichgehäuses auf der Seite des einen Wellenrades eingeleitet und über ringförmige Druckplatten und Kolben auf den an dem anderen Wellenrad angeordneten Lamellensatz übertragen. Durch das zweistufige Stirnrad- Übersetzungsgetriebe und durch die Übertragung der Sperr­ kraft quer durch das ganze Ausgleichgetriebe entstehen un­ erwünschte Geräusche und an vielen Stellen eine hohe Rei­ bung. Die Reibung wird erhöht durch eine hohe Lagerbela­ stung, da die Lager zusätzlich die Sperrkraft aufnehmen müssen. An dem zweistufigen Stirnrad-Übersetzungsgetriebe besteht ein unerwünschtes Spiel. Insgesamt ergibt sich ein niedriger Wirkungsgrad und eine große Hysterese.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sperrba­ res Ausgleichgetriebe zu schaffen, bei dem der gesamte Wir­ kungsgrad verbessert ist.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekenn­ zeichnete Ausgleichgetriebe gelöst. Die Lösung erfolgt ins­ besondere dadurch, daß bei einem gattungsgemäßen Ausgleich­ getriebe das Übersetzungsgetriebe aus einer einzigen Über­ setzungsstufe in der Form eines Schneckengetriebes mit ei­ ner Schnecke und einem Schneckenrad besteht. Dabei weist das Schneckenrad des Schneckengetriebes eine zylindrische Außenverzahnung auf. Außerdem befindet sich der Lamellen­ satz auf der Seite des dem Gewinde benachbarten Wellenra­ des, das dadurch zum sperrbaren Wellenrad wird. Die von dem Gewinde auf den Lamellensatz übertragene Sperrkraft stützt sich auf der Seite des sperrbaren Wellenrades an dem Ge­ triebegehäuse ab, so daß ein geschlossener Kraftfluß ent­ steht.

Durch das einstufige Schneckengetriebe werden die Ge­ räusche, die Reibung und das Spiel in dem Übersetzungsge­ triebe verringert. Die zylindrische Stirnverzahnung des Schneckenrades des Schneckengetriebes ermöglicht eine leichte Axialverschiebbarkeit des Schneckenrades. Durch die Anordnung des Gewindes und des sperrbaren Wellenrades mit dem Lamellensatz auf einer Seite des Ausgleichgetriebes wird ein kürzerer Kraftfluß der Sperrkraft in dem Aus­ gleichgetriebe erreicht und auch hier die Reibung verrin­ gert. Alle diese Merkmale tragen entscheidend dazu bei, den Gesamtwirkungsgrad des Ausgleichgetriebes zu erhöhen.

Aus der DE-C2-39 20 861 ist zwar ein Ausgleichgetriebe bekannt, bei dem eine Sperrkraft von einem Elektromotor über ein Schneckengetriebe auf den Lamellensatz übertragen wird. Jedoch sind auch bei diesem Ausgleichgetriebe zwei Übersetzungsstufen erforderlich. Außerdem wird auch hier der Kraftfluß der Sperrkraft durch das ganze Ausgleichge­ triebe hindurchgeleitet. Von dort stützt sich die Sperr­ kraft wiederum außerhalb des Ausgleichgehäuses auf der Sei­ te des anderen Wellenrades an dem Getriebegehäuse ab.

Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung sind in den Unteransprüchen angegeben. So wird der kurze Kraftfluß der Sperrkraft besonders einfach dadurch erreicht, daß die Sperrkraft über das sperrbare Wellenrad, eine Welle, auf der das Wellenrad gelagert ist und ein Axiallager an dem Getriebegehäuse abgestützt wird.

Wenn die Sperrkraft durch den Elektromotor angeregelt wird, kann sie durch den Elektromotor gehalten werden. Soll die Sperrkraft über längere Zeit gehalten werden, so kann dies beispielsweise über ein selbsthemmendes Schneckenge­ triebe oder über eine elektromagnetische Bremse erfolgen.

Soll ein Fahrzeug besonders für Fahrten in schwerem Gelände eingesetzt werden, so ist es vorteilhaft, wenn ne­ ben dem geregelten Sperrbereich ein Bereich vorgesehen ist, in dem das Ausgleichgetriebe gesperrt ist. Dies ist möglich durch eine selbsthemmende Schnecke oder eine Haltebremse. Sperrkraft bzw. Sperrmoment werden so hoch eingestellt, daß das Sperrmoment das Antriebsmoment deutlich überschreitet. Dadurch können die Lamellen mit einer Vorspannkraft beauf­ schlagt werden, die wesentlich höher ist als die zulässige Vorspannkraft für den Schlupfbereich.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläu­ tert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Ausgleichgetriebe;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Ausgleichge­ triebe nach der Linie II-II in Fig. 1.

In einem Getriebegehäuse 1, zu dem ein Gehäusedeckel 2 gehört, ist ein Ausgleichgehäuse 3 drehbar gelagert. Das Ausgleichgehäuse 3 trägt ein Tellerrad 4, das durch eine nicht dargestellte Antriebswelle antreibbar ist.

In dem Ausgleichgehäuse 3 sind zwei mit je einer Ab­ triebswelle 5 verbundene Wellenräder 6 und 7 sowie wenig­ stens zwei mit diesen zusammenwirkende Ausgleichkegelräder 8 angeordnet.

In dem Ausgleichgehäuse 3 ist außerdem ein Lamellen­ satz 10 angeordnet, durch den das eine Wellenrad 6 gegen­ über dem Ausgleichgehäuse 3 gesperrt werden kann. Der La­ mellensatz 10 enthält Innenlamellen 11 und Außenlamel­ len 12, die mit dem Wellenrad 6 bzw. mit dem Ausgleichge­ häuse 3 trieblich verbunden sind. Der Lamellensatz 10 ist von außen mit einer Sperrkraft beaufschlagbar.

Dazu ist an dem Getriebegehäuse 1 ein Elektromotor 13 befestigt, dessen Motorwelle 14 in das Getriebegehäuse 1 hineinragt. Die Motorwelle 14 trägt eine Schnecke 15 eines Schneckengetriebes 16. Das Schneckengetriebe bildet ein einstufiges Übersetzungsgetriebe. Mit der Schnecke 15 wirkt ein Schneckenrad 17 zusammen, das sich über ein Gewinde 18 auf dem Gehäusedeckel 2 abstützt. Das Gewinde 18 kann als einfaches Schraubgewinde oder - wie in der unteren Hälfte der Fig. 2 dargestellt - als Kugelgewinde 20 ausgebildet sein.

Das Schneckenrad 17 weist eine zylindrische Außenver­ zahnung 21 auf, die, je nach dem Kreuzungswinkel zwischen den Achsen der Schnecke 15 und dem Schneckenrad 17, als Gerad- oder als Schrägverzahnung ausgeführt sein kann. We­ sentlich ist, daß das Schneckenrad 17 aufgrund seiner zy­ lindrischen Außenverzahnung 21 durch Drehen der Schnecke 15 in seiner Achsrichtung verschoben werden kann. Um die von dem Elektromotor 13 aufgebrachte Sperrkraft zu halten, kann das Schneckengetriebe 16 selbsthemmend ausgeführt werden. Dazu wird der Steigungswinkel der Schneckenverzahnung unter etwa 5° gewählt.

In Richtung auf das Wellenrad 6 ist an dem Schnecken­ rad 17 ein Nadellager 22 angeordnet, das sich auf seiner wiederum dem Wellenrad 6 zugewandten Seite an einem Druck­ ring 23 abstützt. Zwischen dem Druckring 23 und dem Lamel­ lensatz 10 ist wenigstens ein Bolzen 24 und wenigstens eine Druckfeder 25 angeordnet.

Im folgenden wird die Funktion des sperrbaren Aus­ gleichgetriebes beschrieben: Wenn der Elektromotor 13 in Abhängigkeit von wenigstens einem Fahrzeug-Parameter, bei­ spielsweise eine Raddrehzahldifferenz, ein Lenkwinkel, eine Fahrgeschwindigkeit, eine Motordrehzahl, eine Querbeschleu­ nigung oder andere, angeregt wird, so wird die Motorwel­ le 14 und damit die Schnecke 15 in eine Drehbewegung ver­ setzt. Diese Drehbewegung wird durch das Schneckengetrie­ be 16 auf das Schneckenrad 17 übertragen. Durch das Gewinde 18 bzw. das Kugelgewinde 20 wird die Drehbewegung in eine Axialbewegung des Schneckenrades 17 umgeformt. Diese Axial­ bewegung wird über das Nadellager 22, den Druckring 23 und den Bolzen 24 auf den Lamellensatz 10 übertragen. Dadurch wirkt auf den Lamellensatz 10 eine Sperrkraft, die die Drehbarkeit des Wellenrades 6 abbremst.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung ergibt sich fol­ gender, sehr kurzer Kraftfluß: Die von dem Elektromotor 13 erzeugte Sperrkraft geht von dem Schneckenrad 17 über das Nadellager 22, den Druckring 23, den Bolzen 24 durch den Lamellensatz 10 auf das sperrbare Wellenrad 6 und von dort über eine Schraube 26, mit der das Wellenrad 6 an der Ab­ triebswelle 5 in axialer Richtung gesichert ist, sowie über ein zwischen einem Bund der Abtriebswelle 5 und dem Gehäu­ sedeckel 2 angeordnetes Axiallager 27 auf den Gehäusedec­ kel 2 und damit zurück auf das Getriebegehäuse 1.

Bezugszeichen

1

Getriebegehäuse

2

Gehäusedeckel

3

Ausgleichgehäuse

4

Tellerrad

5

Abtriebswelle

6

Wellenrad

7

Wellenrad

8

Ausgleichkegelrad

9

-

10

Lamellensatz

11

Innenlamelle

12

Außenlamelle

13

Elektromotor

14

Motorwelle

15

Schnecke

16

Schneckengetriebe

17

Schneckenrad

18

Gewinde

19

-

20

Kugelgewinde

21

Außenverzahnung

22

Nadellager

23

Druckring

24

Bolzen

25

Druckfeder

26

Schraube

27

Axiallager

Claims (6)

1. Sperrbares Ausgleichgetriebe für Kraftfahrzeuge mit folgenden Merkmalen:

• - In einem Getriebegehäuse (1) sind in einem Ausgleich­ gehäuse (3) zwei mit je einer Abtriebswelle (5) ver­ bundene Wellenräder (6, 7) und wenigstens zwei Aus­ gleichkegelräder (8) angeordnet,
• - in dem Ausgleichgehäuse (3) ist ein Lamellensatz (10) angeordnet, durch den eines der Wellenräder (6, 7) ge­ genüber dem Ausgleichgehäuse (3) sperrbar ist,
• - der Lamellensatz (10) ist von außen mit einer Sperr­ kraft beaufschlagbar,
• - die Sperrkraft wird durch einen Elektromotor (13) er­ zeugt,
• - die Sperrkraft wird über ein Übersetzungsgetriebe von dem Elektromotor (13) auf den Lamellensatz (10) über­ tragen,
• - durch ein Gewinde (18) wird zur Übertragung der Sperr­ kraft eine aus dem Übersetzungsgetriebe abgegebene Drehbewegung in eine auf den Lamellensatz (10) wirken­ de Axialbewegung umgeformt,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - das Übersetzungsgetriebe besteht aus einer einzigen Übersetzungsstufe in der Form eines Schneckengetrie­ bes (16) mit einer Schnecke (15) und einem Schnecken­ rad (17),
• - das Schneckenrad (17) des Schneckengetriebes (16) weist eine zylindrische Außenverzahnung (21) auf,
• - der Lamellensatz (10) befindet sich auf der Seite des dem Gewinde (18) benachbarten Wellenrades (6), das da­ durch zum sperrbaren Wellenrad wird,
• - die von dem Gewinde (18) auf den Lamellensatz (10) übertragene Sperrkraft stützt sich auf der Seite des sperrbaren Wellenrades (6) an dem Getriebegehäuse (1) ab.

2. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sperrkraft über das sperrbare Wellenrad (6), die Abtriebswelle (5), auf der das Wellenrad (6) gelagert ist und ein Axiallager (27) an dem Getriebegehäuse (1) abgestützt wird.

3. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrkraft durch den Elektromotor (13) anregelbar ist.

4. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sperrkraft durch den Elektromotor (13) anregelbar ist und daß das Schneckenge­ triebe (16) selbsthemmend ausgebildet ist, so daß die Sperrkraft durch das Schneckengetriebe (16) gehalten werden kann.

5. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sperrkraft durch den Elektromotor (13) anregelbar ist und durch eine elektroma­ gnetische Bremse gehalten wird.

6. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Sperrung des Ausgleichgetriebes zwei Bereiche vorgesehen sind, in deren erstem die Sperrkraft durch den Elektromo­ tor (13) anregelbar ist und in deren zweitem das Ausgleich­ getriebe gesperrt ist.