DE3808402C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ausgleichsgetriebe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die an ein derartiges Ausgleichsgetriebe gestellten Anforderungen sind hoch. Es sollte sich durch Wirtschaftlichkeit und Kompaktheit im Aufbau auszeichnen und mit einer Klauenkupplung sperrbar sein. Ferner sollte ein solches Ausgleichsgetriebe die Anfahrfähigkeit eines Fahrzeuges selbst bei hinreichendem Haftreibungswert an nur einem angetriebenen Rad, also extremen Mikrosplit-Bedingungen, gewährleisten und bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeiten dennoch gute Fahreigenschaften ermöglichen.

Ein Ausgleichsgetriebe der in Rede stehenden Art ist durch die ältere, jedoch nachveröffentlichte DE-OS 38 08 066 Stand der Technik geworden. Die Grundlage des Gegenstandes dieser Druckschrift bildet ein Ausgleichsgetriebe, welches durch die in der DE-OS 38 08 066 als Stand der Technik genannte WO 86/02 981 bekannt ist.

Das Ausgleichsgetriebe nach DE-OS 38 08 066 weist ein Getriebegehäuse auf. In diesem ist ein Differentialkorb mit einem drehfesten Antriebszahnrad und sind zwei drehbare Radantriebswellen angeordnet. Die Relativbewegung der Radantriebswellen wird nur beim Anfahren mit Hilfe einer Klauenkupplung über einen gehäusefesten Ringmagneten, der von einem Mikroprozessor gesteuert wird, und Federn aufgehoben. Diese Klauenkupplung wird gemäß WO 86/02 981 bei mangelhaftem Reibkontakt zwischen Rad und Boden geschossen. Sollte der Mikroprozessor ein Alarmsignal auslösen, so kann die Klauenkupplung vom Fahrer, d. h. manuell, geschaltet werden.

In der EP 0 241 382 ist des weiteren ein mit einer Klauenkupplung sperrbares Ausgleichsgetriebe beschrieben, das sich in einem am Ausgleichsgetriebegehäuse befestigten Schaltgetriebegehäuse befindet. Ein ähnliches Ausgleichsgetriebe ist auch aus JP-Abstracts No. 58-13 569 zu entnehmen. Hierbei sind das Ausgleichsgetriebegehäuse und das Schaltgetriebegehäuse einstückig ausgebildet.

Schließlich ist dem DE-GM 86 33 084 ein über eine Klauenkupplung sperrbares Ausgleichsgetriebe zu entnehmen. Die Klauenkupplung wird hierbei von einem am Ausgleichsgehäuse befestigten Ringmangneten mit Hilfe einer Steuerung eingekuppelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches, kompaktes, mit einer Klauenkupplung unabhängig vom Lenkeinschlag zu sperrendes Ausgleichsgetriebe zu schaffen, das die Anfahrfähigkeit eines Fahrzeuges selbst bei hinreichendem Haftreibungswert an nur einem angetriebenen Rad, also extremen µ-Split-Bedingungen, gewährleistet und bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit dennoch gute Fahreigenschaften ermöglicht.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einem Ausgleichsgetriebe der eingangs bezeichneten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung erbringt den Vorteil, daß die Traktion bei einem Fahrzeug, welches bei extremen Mikrosplit-Bedingungen nicht mehr angefahren werden könnte, in einem Geschwindigkeitsbereich von 0 bis zu einer oberen Grenzgeschwindigkeit, von z. B. 20 km pro Stunde, wesentlich verbessert wird.

Die durch die Erfindung erzielte Traktionsverbesserung hat jedoch bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten keinerlei negative Einflüsse auf Fahreigenschaften und Lenkung. Die vielfach bei bekannten elektronischen Differentialsperren für Hinterachsdifferentiale erforderlichen aufwendigen Maßnahmen und damit verbundenen hohen Kosten werden durch die vorliegende Erfindung vermieden.

Die Maßnahme, die Klauenkupplungsgegenscheibe innerhalb des vom Ringmangeten gebildeten Hohlraums unterzubringen, ermöglicht eine besondere platzsparende Anordnung und Ausbildung der Differentialsperre.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Patentansprüchen 2 und 3 zu entnehmen. Die diesbezügliche Erfindungsvariante eignet sich besonders gut zur Anwendung an frontgetriebenen Kraftfahrzeugen. Denn die im Zusatzgehäuse vereinigte Differentialsperre läßt sich ohne großen Aufwand auch noch nachträglich an ein vorhandenes Ausgleichsgetriebe anbauen.

Eine wesentliche Eigenschaft der vorliegenden Erfindung ist somit ein einfaches Integrieren der Differentialsperre im Antriebsstrang des Fahrzeuges. Durch die Differentialsperre wird gleichzeitig die zum zugeordneten Antriebsrad führende Antriebswelle verkürzt, wodurch Schwingungsprobleme und Anfahr-Schiefziehen vermieden werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den Patentansprüchen 4 und 5 entnommen werden.

Zur Veranschaulichung und näheren Erläuterung der Erfindung dienen Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung dargestellt und nachstehend ausführlich beschrieben sind. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 - in schematischer Schnittdarstellung - eine Aus­ führungsform eines Ausgleichsgetriebes nach der Erfindung,

Fig. 2 eine andere Ausführungsform eines erfindungsge­ mäßen Ausgleichsgetriebes, in schematischer Dar­ stellung entsprechend Fig. 1,

Fig. 3 - ebenfalls schematisiert - das Fahrgestell eines Personenkraftfahrzeugs mit frontal angeordnetem Antriebsstrang, in Draufsicht, und

Fig. 4 ein Ausgleichsgetriebe (teilweise) mit in einem Zusatzgehäuse untergebrachter und an das Ausgleichs­ getriebegehäuse angeflanschter erfindungsgemäßer Differentialsperre, im Längsschnitt.

Beim Gegenstand nach Fig. 1 handelt es sich um ein Ausgleichs­ getriebe für ein hinterachsgetriebenes Kraftfahrzeug. Es bezeichnet 10 die Kardanwelle des betreffenden Fahrzeugs, die bei 11 in ein Ausgleichsgetriebegehäuse 12 eingeführt ist. An dem innerhalb des Ausgleichsgetriebegehäuses 12 liegenden Ende der Kardanwelle 10 sitzt ein als Kegelrad ausgebildetes Antriebsritzel 13. Innerhalb des Ausgleichs­ getriebegehäuses 12 sind des weiteren die ebenfalls als Kegelzahnräder ausgebildeten Ausgleichsräder 14-17 ange­ ordnet, die in üblicher Weise miteinander kämmen. Die Aus­ gleichsräder 14-17 sind von einem Gehäuse 18, dem soge­ nannten Differentialkäfig, umgeben bzw. in diesem gelagert. Zum Antrieb des Differentialkäfigs 18 dient ein mit diesem fest verbundenes, mit dem Antriebsritzel 13 der Kardanwelle 10 kämmendes Antriebszahnrad 19. Der Differentialkäfig 18 bzw. das Antriebszahnrad 19 desselben weisen Durchbrüche 20 bzw. 21 auf, durch die mit den Ausgleichsrädern 15 bzw. 17 verbundene, zu den (nicht dargestellten) Hinterachsrädern führende Rad­ antriebsachsen 22 bzw. 23 aus dem Differentialkäfig 18 heraus­ geführt werden. Hierbei durchsetzen die Radantriebsachsen 22, 23 - bei 24 bzw. 25 - auch das Ausgleichsgetriebegehäuse 12.

In dem Ausgleichsgetriebegehäuse 12 ist des weiteren eine Sperrvorrichtung räumlich integriert, durch die das Diffe­ rential unter bestimmten Bedingungen zu 100% gesperrt werden kann. Die Sperrvorrichtung weist eine Klauenkupplungsscheibe 26 auf, die bei 27 mit dem Antriebsrad 19 des Differentialkäfigs 18 drehfest verbunden, jedoch in Axialrichtung gegenüber diesem verschiebbar angeordnet ist. An der der Klauen­ kupplungsscheibe 26 gegenüberliegenden Innenwand 28 des Ausgleichsgetriebegehäuses 12 ist ein mit 29 bezifferter Ringmagnet befestigt. Die Klauenkupplungsscheibe 26 wirkt mit dem Ringmagneten 29 zusammen und ist zu diesem Zweck bei 30 als Magnetanker ausgebildet. Ferner wirkt die Klauenkupplungs­ scheibe 26 mit einer Klauenkupplungsgegenscheibe 31 zusam­ men, die drehfest und axial unverschieblich auf der Radan­ triebsachse 23 sitzt. Zu diesem Zweck besitzt die Klauen­ kupplungsscheibe 26 an ihrer der Klauenkupplungsgegenscheibe 31 zugewandten Stirnfläche Kupplungsklauen 32 und die Klauenkupplungsgegenscheibe 31 ist in entsprechender Weise mit Gegenklauen 33 versehen. Die Klauenkupplungsgegenscheibe 31 ist in raumsparender Weise innerhalb des durch den Ring­ magneten 29 gebildeten bzw. von diesem umschlossenen zylindri­ schen Raum 34 angeordnet.

Wie Fig. 1 weiterhin erkennen läßt, ist die Klauenkupplungs­ scheibe 26 an ihrer von der Klauenkupplungsgegenscheibe 31 abgewandten Stirnfläche durch federnde Mittel 35 mit dem Dif­ ferentialkäfig 18 bzw. mit dem Antriebszahnrad 19 desselben verbunden. Die federnden Mittel 35 sind bei dem gezeigten Aus­ führungsbeispiel als Ringfeder ausgebildet, können aber auch anderweitig ausgestaltet sein, z. B. als Schraubenfedern.

Der gehäusefest angeordnete Ringmagnet 29 ist durch einen Stromkreis 36 an eine elektrische Stromquelle 37 angeschlos­ sen. In dem Stromkreis 36 ist ein manuell betätigbarer Schalter 38 angeordnet, durch den die Stromzufuhr zum Ring­ magneten 29 ein- und ausschaltbar ist. Des weiteren ist in dem elektrischen Stromkreis 36 eine als Geschwindigkeits­ sensor ausgebildete elektronische Steuereinheit 39 ange­ ordnet, die ebenfalls mit dem Ringmagneten 29 zusammenwirkt. Die Steuereinheit 39 ist so konzipiert, daß sie bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten, von z. B. über 20 km pro Stunde, die Stromzufuhr zum Ringmagneten 29 automatisch unterbricht. Entsprechend stellt die Steuereinheit 39 - vorausgesetzt der Schalter 38 ist geschlossen - bei Unterschreiten der betref­ fenden Grenzgeschwindigkeit die Stromzufuhr zum Ringmagneten 29 automatisch wieder her.

Wird nun der Ringmagnet 29 von der elektrischen Stromquelle 37 gespeist, d. h. bei geschlossenem Schalter 38 und gleichzeitig niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit (z. B. bei einer Geschwin­ digkeit von weniger als 20 km pro Stunde), so baut sich in dem Ringmagnet 29 ein Magnetfeld auf, und die zugleich als Anker für den Ringmagnet 29 fungierende Klauenkupplungsscheibe 26 wird in Pfeilrichtung 40 entgegen der Haltekraft der Feder­ mittel 35 bewegt. Schließlich kommen die Kupplungsklauen 32 mit den Gegenklauen 33 in Eingriff, und die Klauenkupplung 26, 31 ist damit eingerückt. Dies bedeutet eine feste Verbindung der Radantriebsachse 23 mit dem Differentialkäfig 18, und das Ausgleichsgetriebe ist damit zu 100% gesperrt.

Um die Differentialsperre zu lösen, ist es nach dem im vor­ stehenden Gesagten erforderlich, den Schalter 38 manuell zu öffnen und/oder die Geschwindigkeit des Fahrzeugs über die genannte Grenzgeschwindigkeit zu erhöhen. Der hierdurch von der elektrischen Stromzufuhr abgeschaltete Ringmagnet 29 gibt daraufhin die Kupplungsgegenscheibe 26 frei, und diese vermag durch die Federmittel 35 in ihre aus Fig. 1 ersicht­ liche Ausrückstellung zurückbewegt werden. Damit ist die Sperre des Differentials gelöst.

In Fig. 2 ist ein für ein frontgetriebenes Fahrzeug vorge­ sehenes Ausgleichsgetriebe dargestellt, dessen Funktion je­ doch im großen und ganzen dem Hinterachs-Ausgleichsgetriebe nach Fig. 1 entspricht. Die der Ausführungsform nach Fig. 1 entsprechenden Teile sind daher in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1, jedoch jeweils durch den Index a ergänzt, bezeichnet. Entsprechend dem oben Gesagten führen die beiden Radantriebsachsen 22 a und 23 a beim Gegenstand nach Fig. 2 zu den Vorderrädern des betreffenden Fahrzeugs. Im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 1 ist beim Gegenstand von Fig. 2 das Antriebszahnrad 19 a für den Dif­ ferentialkäfig 18 a nicht als Kegelrad, sondern als Stirnrad ausgebildet. Es wird von einem teilweise noch gezeigten und mit 41 bezifferten Abtriebszahnrad des im übrigen nicht ge­ zeigten Schaltgetriebes - unter Zwischenschaltung eines weiteren Zahnrads 42 - angetrieben.

Ein wesentlicher Unterschied gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 besteht des weiteren darin, daß die aus Klauen­ kupplungsscheibe 26 a, Klauenkupplungsgegenscheibe 31 a und Ringmagnet 29 a bestehende Klauenkupplung zur Differential­ sperre nicht innerhalb des Ausgleichsgetriebes 12 a selbst, sondern in einem separaten Zusatzgehäuse 43 untergebracht ist. Das Zusatzgehäuse 43 ist bei 44 an das Ausgleichsge­ triebegehäuse 12 a angeflanscht. Weiterhin ist die Klauen­ kupplungsscheibe 26 a auf einer mit dem Differentialkäfig 18 a bzw. mit dem Antriebszahnrad 19 a desselben verbundenen Hohl­ welle 45 axial verschiebbar, aber drehfest angeordnet. Im weiteren Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 1 sind Klauenkupplungsscheibe 26 a und Klauenkupplungsgegenscheibe 31 a unmittelbar durch Federmittel 46 miteinander verbunden, wobei diese jedoch Drehzahldifferenzen zwischen den Scheiben 26 a und 31 a zulassen müssen. Bei den Federmitteln 46 kann es sich wiederum um Ring- oder Schraubenfedern handeln.

Was die Betätigung der Klauenkupplung 26 a, 31 a bzw. Diffe­ rentialsperre durch Stromkreis 36 und Steuereinheit 39 anbe­ langt, so gilt auch hier das bereits oben zur Ausführungsform nach Fig. 1 Gesagte entsprechend.

Nach Fig. 3 bezeichnet 47 die Umrißkontur der Karosserie des dargestellten Personenkraftwagens. Mit 48 ist die nicht angetriebene Hinterachse, und mit 49, 50 sind die beiden Hinterräder bezeichnet. Die beiden angetriebenen Vorder­ räder tragen die Bezugszeichen 51 und 52. Ein vorderer und ein hinterer Stoßfänger sind mit 53 bzw. 54 beziffert. Die beiden Vorderräder 51, 52 werden jeweils durch eine Radantriebswelle 55 bzw. 56 angetrieben. In Fahrtrichtung vor den beiden Antriebsachsen 55, 56 ist ein querliegender Vierzylinder-Motorblock 57 mit daran angeflanschtem Schalt­ getriebe 58 angeordnet. Ein schematisch dargestelltes Aus­ gleichsgetriebe ist mit 59 bezeichnet. Es wird von dem Schaltgetriebe 58 angetrieben und ist zusammen mit diesem in einem gemeinsamen Gehäuse 60 untergebracht.

Wie Fig. 3 ferner erkennen läßt, ist das Ausgleichsgetriebe 59 durch eine nur schematisch angedeutete, in einem Zusatzge­ häuse 61 angeordnete Differentialsperre 62 ergänzt. Das Zusatzgehäuse 61 mit der Differentialsperre 62 ist hierbei - ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 - an das gemeinsame Schaltgetriebe-Ausgleichsgetriebe-Gehäuse 60 angeflanscht. Die Differentialsperre 62 selbst kann ähnlich wie in Fig. 2 dargestellt ausgebildet sein.

Fig. 4 zeigt nun eine nähere konstruktive Ausgestaltung einer derartigen Differentialsperre. Die Ausführungsform nach Fig. 4 ist in etwa vergleichbar mit der schematisch gezeich­ neten Ausführungsform nach Fig. 2. Die der Ausführungsform nach Fig. 2 entsprechenden Teile sind daher in Fig. 4 mit denselben Bezugszeichen wie dort - lediglich ergänzt durch den Index b - versehen. Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist die Differentialsperre in einem Zusatzgehäuse untergebracht, welches mit 43 b bezeichnet und an das Aus­ gleichsgetriebegehäuse 12 b angeflanscht ist. Das Antriebs­ zahnrad 19 b für den Differentialkäfig 18 b ist mittels Kegel­ rollenlager 63 im Ausgleichsgetriebegehäuse 12 b gelagert.

Es sitzt drehfest auf einer Hohlwelle 64, die aus dem Aus­ gleichsgetriebegehäuse 12 b heraus in das Zusatzgehäuse 43 b hineinragt und dort die Klauenkupplungsscheibe 26 b trägt. Die Hohlwelle 64 wird durchsetzt von der verlängerten Welle 23 b des Ausgleichszahnrades 17 b. Die verlängerte Welle 23 b ist im Zusatzgehäuse 43 b mittels eines Kegelrollenlagers 65 gelagert. Sie besitzt dort eine zentrale Bohrung 66 mit Innenverzahnung 67, die zur drehfesten Fixierung eines Antriebsgelenkes einer (nicht dargestellten) zum betreffen­ den Fahrzeugrad führenden Antriebsachse (sog. Steckachse) dient.

Die mit der Klauenkupplungsscheibe 26 b zusammenwirkende Klauenkupplungsgegenscheibe 31 b ist mit der verlängerten Welle 23 b des Ausgleichszahnrades 17 b drehfest verbunden. Sie besitzt mehrere längsgerichtete napfförmige Vertiefungen 68, in denen Druckfedern 46 b angeordnet sind, die sich an der Klauenkupplungsscheibe 26 b abstützen. Die miteinander in Eingriff bringbaren Verzahnungen der Klauenkupplungsscheibe 26 b und der Klauenkupplungsgegenscheibe 31 b sind mit 32 b bzw. 33 b beziffert. Die Klauenkupplungsgegenscheibe 31 b wird auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 von dem hier mit 29 b bezeichneten Ringmagnet konzentrisch umschlossen, der gehäusefest im Zusatzgehäuse 43 b angeordnet ist. Die Ar­ beitsweise der Differentialsperre nach Fig. 4 entspricht derjenigen nach Fig. 2 bzw. Fig. 1 und braucht daher hier nicht noch einmal im einzelnen erläutert zu werden.

Fig. 4 macht aber deutlich, daß sich das Sperrdifferential insbesondere in die kompakte Antriebs­ einheit eines frontgetriebenen Fahrzeugs, wie sie z. B. aus Fig. 3 ersichtlich ist, raumsparend integrieren bzw. noch nachträglich einbauen läßt.

Claims (5)

1. Ausgleichsgetriebe, das als Achsgetriebe in Kraftfahrzeugen verwendet wird, und das ein Ausgleichsgetriebegehäuse (12) aufweist, in dem ein Differentialkorb (18) drehbar gelagert ist, der zwei Radantriebswellen (22, 23) antreibt, von denen eine eine drehfeste Klauenkupplungsgegenscheibe (31) hat, deren Zähne (33) in gesperrtem Zustand des Ausgleichsgetriebes mit Hilfe eines als Ringmagnet (29) ausgebildeten Elektromagneten mit den Zähnen (32) einer Klauenkupplungsscheibe (30) im Eingriff stehen, welche drehfest mit dem Differentialkorb (18) gekuppelt ist und welche im entkuppelten Zustand von mindestens einer Feder (35, 46) in einer Endstellung gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (29) manuell ein- und ausschaltbar ist, daß der Elektromagnet (29) mit Hilfe einer Steuerung (39) das Ausgleichsgetriebe unterhalb einer Grenzgeschwindigkeit sperrt, und daß sich nur im Hohlraum des Ringmagneten (29) die auf einer Radantriebswelle (23) befestigte Klauenkupplungsgegensscheibe (31) befindet.

2. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauenkupplungsscheibe (30), die Klauenkupplungsgegenscheibe (31) und der Ringmagnet (29) in einem Zusatzgehäuse (43) angeordnet sind.

3. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzgehäuse (43) am Ausgleichsgetriebegehäuse (12) angeflanscht ist.

4. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die eine Feder (35, 46) sich lokal zwischen der Klauenkupplungsscheibe (30) und dem Differentialkorb (18) oder der Klauenkupplungsgegenscheibe (31) befindet.

5. Ausgleichsgetriebe nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die eine Feder (35, 46) eine Ringfeder oder eine Schraubenfeder ist.