DE3915959A1 - Ausgleichsgetriebe - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Ausgleichsgetriebe mit extern
veränderlich steuerbarer Sperrkupplung, insbesondere für
Kraftfahrzeuge, mit einem in einem Gehäuse drehbar
gelagerten und antreibbaren Differentialkorb, mit diesem
koaxial angeordneten und drehbar gekoppelten, jeweils mit
einer Abtriebswelle drehfest verbundenen Abtriebselementen
- zwei Abtriebsrädern oder einem Abtriebsrad und einem
Planetenträger -, mit diesen gleichzeitig in Eingriff
befindlichen im Differentialkorb drehbar gehaltenen
Ausgleichsrädern und einer Reibanordnung, die abwechselnd
drehfest mit einem ersten der koaxial liegenden Teile -
Differentialkorb oder Abtriebsräder bzw. Planetenträger -
verbundene Außenlamellen und drehfest mit einem anderen
der koaxial liegenden Teile - Differentialkorb oder
Abtriebsräder bzw. Planetenträger - verbundene Innen
lamellen gegebenenfalls unter Zwischenschaltung frei
drehender Zwischenscheiben umfaßt, wobei diese einerseits
an einer Stützfläche eines der Teile - Differentialkorb
oder eines der Abtriebsräder - axial abgestützt sind und
andererseits über eine Betätigungseinrichtung axial
beaufschlagbar sind.
Aus der JP 64-3 148 ist ein extern gesteuert sperrbares
Ausgleichsgetriebe der genannten Art bekannt, bei dem die
Beaufschlagung der Reibanordnung über Hydraulikzylinder
erfolgt. Dieser ist in das Ausgleichsgetriebe integriert.
Zwar sind solche Betätigungen für sperrbare
Ausgleichsgetriebe von der Funktion und dem Verhalten her
relativ gut, jedoch wegen der Hydraulikbauteile aufwendig.
Dies trifft sogar selbst dann zu, wenn eine Hydraulik
anlage beispielsweise für die Servolenkung und die Fe
derung schon vorhanden ist.
Es sind auch schon elektromagnetische Betätigungen für die
Beaufschlagung der Reibanordnung eines sperrbaren Aus
gleichsgetriebes vorgeschlagen worden (DE-OS 37 07 115).
Von Nachteil bei einer solchen Anordnung ist jedoch, daß
eine mechanische Übersetzung zwischen der Spule und den
Reiblamellen eine akzeptable Sperrwirkung in nur einem
schmalen Verschleißbereich der Lamellen ermöglicht. Dies
hängt mit der stark abfallenden Betätigungskraft der Spule
zusammen, wenn diese gegenüber dem Anker nicht in ihrer
optimalen Position verbleibt. Es ist ein anderes Aus
gleichsgetriebe vorgeschlagen worden, bei dem eine Reib
scheibenanordnung elektromagnetisch betätigt wird (DE-OS
37 33 771). Für die Verwendung als Achsdifferential reicht
hierbei die erzielbare Sperrwirkung nicht aus. Die Kon
struktion ist für einen Quereinbau zu sperrig. In nach
teiliger Weise entstehen auch Reibwertfluktuationen.
Ausgehend hiervon ist mit der P 38 15 225.8 ein sperrbares
Ausgleichsgetriebe geschaffen worden, das über eine
Außensteuerung regelbar ist, klein gebaut und
kostengünstig herstellbar ist.
Der vorliegenden Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Getriebe bezüglich der
Abmessungen nochmals zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Betätigungseinrichtung einen zum Gehäuse dreh- und
axialfesten Stützring, einen dazu relativ begrenzt
verdrehbaren, axial verschiebbaren Stellring, einen diesen
bedarfsweise antreibenden Drehantrieb sowie eine mit dem
die Stützfläche aufweisenden Teil umlaufende, dazu relativ
verschiebbare Druckscheibe umfaßt, wobei sich der Stell
ring zumindest mittelbar an über dem Umfang veränderlich
wirksamen Steuerkurven oder -rillen gegenüber dem
Stützring abstützt.
Von Vorteil bei dieser Ausbildung ist, daß der Drehantrieb
durch die unmittelbare Abstützung des Stellrings an einer
gehäusefesten Steuerkurve und durch die axiale Verschieb
barkeit des Stellrings eine Reduzierung der erforderlichen
Bauteile und damit eine weitere axiale Verkleinerung, also
eine Reduzierung des Bauraumes ermöglicht wird.
Die Anwendung der vorstehenden Anordnung bei einem
Planetendifferential, bei dem die Außen- und Innenlamellen
jeweils einer Abtriebswelle, d.h. nicht u.a. dem
Differntialkorb, zugeordnet sind, erweist sich als äußerst
kompakt in der Baulänge, was insbesondere für
Frontantriebsfahrzeuge mit quereingebautem Motor von
Vorteil ist. Der Baulängengewinn ergibt sich aus der
dadruch möglichen Reduzierung der Reiblamellenanzahl.
Bevorzugt ist in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, daß
der Drehantrieb ein mindestens einstufiges Untersetzungs
getriebe und einen Motor aufweist. Dabei ist dieser be
sonders günstig als Elektromotor auszugestalten. Ferner
ist durch die Wahl des Elektromotors in besonders gün
stiger Weise eine Steuerung für die Betätigung erzielbar.
Der Elektromotor kann aufgrund der Zwischenschaltung eines
Untersetzungsgetriebes zusätzlich von der Baugröße her
verringert werden. Die erforderliche Leistung des Motors
wird dadurch weiter reduziert, so daß kein negativer
Einfluß auf die gesamte Energiesituation im Fahrzeug
gegeben ist. Es genügen für eine Ansprechzeit von 150 ms
bei einer Untersetzung von 1 : 50 und einem Rampenwinkel von
1,5° Leistungen im Bereich bis circa 250 Watt für einen
schweren PKW.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen,
zur Bildung des Untersetzungsgetriebe den Stellring an
seinem radial äußeren Abschnitt mit einer Verzahnung zu
versehen, mit der ein Zahnritzel axial
verschiebbar, insbesondere schrägverzahnt, kämmt. Hierdurch
ist es ohne weiteres möglich, den Motor außerhalb des
Getriebegehäuses anzuordnen.
Das Gesamtübersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetrie
bes beträgt bis zu ca. 100:1. Hierdurch ist gewährleistet,
daß herkömmlicher E-Motor genutzt werden kann, was
ebenfalls die Kosten für ein solches Antriebsaggregat
herabsetzt. Schließlich ist vorgesehen, daß die Stellbe
wegung des Stellringes im Drehsinne einen Umfangsweg von
weniger als 180 Grad ausmacht. Es ist also nur eine
geringe Bewegung erforderlich, so daß die erforderliche
Reaktionszeit von dem Anschalten des Motors bis zum
Ansprechen des Sperrdifferentiales, obwohl ein Unterset
zungsgetriebe zwischengeschaltet ist, eingehalten werden
kann. Zur Anpassung an die Anforderungen eines Antiblok
kiersystems sind geringe Lösezeiten von ca. 100 ms er
forderlich. Diese können falls erforderlich durch Umpolen
des Motors erzielt werden.
Um jedoch eine Rückstellbewegung im Sinne einer Entlastung
der Reibanordnung zu gewährleisten, wenn der Motor auf
grund eines Stromausfalls nicht mehr dazu in der Lage ist,
ist eine Rückstellung durch eine oder mehrere Rückstell
federn vorgesehen. Die Federn können dabei als Spiral
federn ausgebildet sein, die bevorzugt direkt der Motor
welle zugeordnet sind.
Schließlich ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
vorgesehen, daß der Motor oder die diesem nachgeordnete
Untersetzungsstufe des Untersetzungsgetriebes durch einen
schaltbaren Freilauf mit der dem Stellring zugeordneten
Untersetzungsstufe des Untersetzungsgetriebes verbunden
ist, der bei Betätigung des Motors im Sinne einer
Druckbeaufschlagung sperrt, und bei Aufhebung der
Betätigung zum Ermöglichen des Rücklaufs das Untersetzungs
getriebe vom Motor trennt.
Bei einer solchen Ausbildung kann es sogar genügen, den
Motor nur in einer Drehrichtung laufend auszubilden, d.h.
nicht umzusteuern und die Rückstellung des Stellringes
nach Bedarf über die eine drehwirkende Rückstellfeder
vorzunehmen.
Da die erste Druckscheibe in Drehrichtung relativ zum
Differentialkorb stillsteht, ist bei einem Planetenrad
differential vorgesehen, den Stellring über ein erstes
Axialdrucklager, die daran anliegende erste Druckscheibe,
an dieser sich abstützende, den Differentialkorb axial
durchdringende und an einer Druckplatte anliegende Stößel,
ein zweites Axialdrucklager, eine daran anliegende zweite
Druckscheibe, die über weitere Stößel eine weitere Druck
platte beaufschlagt, an den Reiblamellen abzustützen. Es
wird hierdurch eine weitere Reibungsminderung erreicht und
damit ein geringerer Kraftaufwand erforderlich.
Entsprechend ist bei einem Kegelraddifferential, bei dem
die Reibanordnung zwischen den beiden Abtriebsrädern
wirksam ist, vorgesehen, den Stellring über ein erstes
Axialdrucklager, die daran anliegende erste Druckscheibe,
an dieser sich abstützende, den Differentialkorb axial
durchdringende und an einer Druckplatte anliegende Stößel
ein zweites Axialdrucklager, eine daran anliegende
Druckscheibe, die über weitere einen Korb durchdringende
Stößel eine weitere Druckplatte beaufschlagt, an den
Reiblamellen abzustützen. Bei einem Kegelraddifferential
getriebe bei dem die Reiblamellen zwischen dem
Differentialkorb und einem Abtriebsrad wirksam sind,
ist vom Stellring aus betrachtet nur ein Axialdrucklager,
eine daran anliegende Druckscheibe, an dieser sich
abstützende, den Differentialkorb axial durchdringende und
an einer Druckplatte anliegende Stößel, die auf die
Reiblamellen wirken, erforderlich.
Als eine bevorzugte Ausführung wird vorgeschlagen, die
Drehbewegung in eine Axialbewegung dadurch umzusetzen, daß
den zugewandten Stirnflächen von Stellring und Stützring
Vertiefungen paarweise gegenüberliegend zugeordnet sind,
die gegenläufig in Umfangsrichtung von der tiefsten Stelle
zur Stirnfläche ansteigend ausgebildet sind, wobei jeweils
ein Paar von Vertiefungen zwischen sich einen Wälzkörper,
insbesondere eine Kugel, aufnimmt. Hierdurch können die
Reibverhältnisse günstig beeinflußt werden.
Bevorzugt sind über den Umfang mindestens drei solcher
Rillenpaare und damit Wälzkörper vorgesehen. Die tiefste
Stelle der Vertiefungen in Verbindung mit der Kugel dient
als Rückdrehanschlag zur Begrenzung der Rückstellbewegung
des Stellringes gegenüber dem Stützring.
Ein besonders günstig ansprechender und empfindlich
regelbarer Drehantrieb ergibt sich daraus, daß Steuer
kurven oder -profile an den einander zugewandten Stirn
flächen des Stützrings und des Stellrings, die zwischen
dem Stützring und dem Stellring in abstützender, den
Stellring bei Verdrehung verschiebender Wirkverbindung
stehen, eine nicht-lineare Änderungsrate der auf den
Stellring wirksamen Axialkomponente über dem Verdrehwinkel
aufweisen. Die erfindungsgemäße Wirkung liegt darin, daß
während einer ersten Phase der Betätigung durch einen
steilen Anstieg der wirksamen Axialkomponenten eine starke
Spreizungsrate zwischen Stellring und Stützring bewirkt
werden kann, solange aufgrund des Spiels zwischen den
Lamellen keine oder keine nennenswerten Reaktionskräfte
überwunden werden müssen. Der anfangs steile Anstieg der
wirksamen Axialkomponente verbessert somit das Ansprechen
der Sperrkupplung. Danach soll der Anstieg der wirksamen
Axialkomponente bevorzugt progressiv abfallen, bis der
gewünschte Anstieg für den Arbeitsbereich der Sperrwirkung
erreicht wird. Der Verlauf der obigen Steigungsänderung
kann mathematisch in der Form
dargestellt werden. y ist die axial wirksame Höhenverän
derung der Kugelrille oder Rampenfläche, x ist der ent
sprechende Weg in Umfangsrichtung in der Kugelrille oder
auf der Rampenfläche. Es ergibt sich ein Profil nach
Es bleibt die Anfangs- und Auslaufanstellwinkel fest
zulegen. Es ist bei Kugelrillen ein Anfangswinkel von
6 - 9° und ein Auslaufwinkel von 1 - 1,5° angemessen. Im
Arbeitsbereich ist der vorerwähnte Auslaufwinkel bis zum
Ende der Bahn konstant. Damit ist sichergestellt, daß für
alle Verschleißzustände die Sperre im Arbeitsbereich nach
der gleichen Kennlinie betätigt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführung wird ein ringförmiger
oder scheibenförmiger Kugelkäfig vorgesehen, der die
Kugeln in axialen Durchgangslöchern aufnimmt, damit alle
Kugeln in den mit veränderlicher Steigung ausgeführten
Kugelrillen synchron laufen.
Nach einer ersten günstigen Ausbildung sind als Steuer
kurven Kugelrillen in den beiden Stirnflächen vorgesehen,
in denen sich einander gegenüberliegenden Stirnflächen
abstützende Kugelkörper laufen. Hierbei ist bei konstantem
Radius eine Veränderung der Kugelrillentiefe gemäß den
oben beschriebenen unterschiedlichen Raten möglich. Eine
zweite günstige Ausgestaltung geht dahin, die
Tiefenänderung über dem Kugelrillenverlauf konstant zu
halten, die Kugelrillen jedoch mit einer zunehmenden
Radialkomponente verlaufen zu lassen, so daß über dem
Verdrehwinkel des Stellringes die axiale Verschieberate
zunehmend geringer wird. Selbstverständlich ist auch eine
Kombination der beiden hier angegebenen Ausgestaltungen
möglich. Bevorzugt sind über den Umfang, mindestens drei
solcher Rillenpaare und damit Wälzkörper vorgesehen. Die
tiefste Stelle der Vertiefungen in Verbindung mit der
Kugel dient als Rückdrehanschlag zur Begrenzung der Rück
stellbewegung des Stellringes gegenüber dem Stützring.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele und ein Antriebsschema
hinsichtlich der Anwendung eines sperrbaren
Ausgleichsgetriebes auf ein heckgetriebenes Kraftfahrzeug
sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Es zeigt
Fig. 1 ein Antriebsschema für ein frontgetriebenes Kraft
fahrzeug,
Fig. 2 einen Halbschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Ausgleichsgetriebe in einer ersten Ausführung,
gemäß Fig. 1.
- - Reibanordnung zwischen Differentialkorb und einem Abtriebsrad.
Fig. 3 einen Halbschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Ausgleichsgetriebe in einer zweiten Ausführung,
gemäß Fig. 1.
- - Reibanordnung zwischen Planetenträger und Abtriebsrad.
Fig. 4 ein Antriebsschema für ein heckgetriebenes
Kraftfahrzeug
Fig. 5 einen Halbschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Ausgleichsgetriebe in einer dritten Ausführung,
gemäß Fig. 4.
- - Reibanordnung zwischen Differentialkorb und eiem Abtriebsrad.
Fig. 6 einen Halbschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Ausgleichsgetriebe in einer vierten Ausführung,
gemäß Fig. 4.
- - Reibanordnung zwischen den Abtriebsrädern.
Fig. 7 eine Explosionsdarstellung einer zweiten Ausfüh
rungsform mit Rillen und Kugeln zur Umsetzung der
Drehbewegung des Stellrings in eine Axialbewegung,
Fig. 8 ein Detail der Ausführungsform nach Fig. 4 im
Ruhezustand, und
Fig. 9 ein Detail der Ausführungsform nach Fig. 4 im
gespreizten Zustand zur Beaufschlagung der
Reibanordnung,
Fig. 10 das Detail der Ausführungsform gemäß Fig. 5, mit
weiteren Einzelheiten,
Fig. 11 ein Stütz- oder Stellring in Ansicht in einer
ersten Ausführung,
Fig. 12 ein Stütz- und Stellring in einer zweiten
Ausführung.
Das in der Fig. 1 gezeigte Fahrzeug 1 ist ein
frontgetriebenes Fahrzeug. Es sind nur die Umrisse zur
Verdeutlichung dargestellt. Das Fahrzeug 1 besitzt die
beiden Vorderräder 2 und 3 sowie die Hinterräder 4 und 5.
Die beiden Vorderräder 4, 5 werden vom Motor 6 über das
Schaltgetriebe 7, das daran angeschlossene extern geregelt
sperrbare Kegelradausgleichsgetriebe 8 und die daran
angeschlossenen Gelenkwellen 9, 10 angetrieben.
Extern gesteuert sperrbare Ausgleichsgetriebe 8 sind in
den Fig. 2 und 3 sowie 5 und 6 dargestellt. In den
Fig. 2 und 3 ist dabei jeweils ein Planeten
raddifferential, in den Fig. 5 und 6 jeweils ein
Kegelraddifferential dargestellt. In dem Gehäuse 11 ist
über Lager 15, 19 der Differentialkorb 12 drehbar
angeordnet. Der Differentialkorb 12 ist geteilt
ausgebildet. Nach den Fig. 2 und 3 sind als
Abtriebselemente im Differentialkorb 12 ein Planetenträger
16 und ein Abtriebsrad 17 aufgenommen. Auf als Hülsen
ausgebildeten Drehzapfen 18, die im Planetenträger 16
angeordnet sind, sind achsparallele Ausgleichsräder 29
drehbar gelagert. Ferner ist an einer Flanschfläche des
Differentialkorbes 12 das Tellerrad 20 angeschlossen, über
welches der Differentialkorb 12 vom Motor 6 des Fahrzeuges
1 antreibbar ist. Die Abtriebselemente 16, 17 weisen
Innenverzahnungen auf, in welche Steckanschlußwellen 13,
14 eingesteckt sind, die zur Verbindung mit den
Antriebswellen 9, 10 für die Vorderräder 4, 5 dienen. Der
zweite Abschnitt 12 b des Differentialkorbes 12 ist mit dem
ersten Abschnitt 12 a drehfest verbunden. Die beiden
Abtriebselemente 16, 17 sind jeweils drehbar in dem
Differentialkorb 12 aufgenommen. Nach den Fig. 5 und 6
sind als Abtriebselemente ein erstes Abtriebsrad 16 und
ein zweites Abtriebsrad 17 aufgenommen, wobei letzteres
nach Fig. 5 mit einem Korb 61 drehfest verbunden ist. Auf
sich kreuzenden radialen Drehzapfen 18, die im mehrtei
ligen Differentialkorb 12 gehalten sind, sind kegelige
Ausgleichsräder 29 drehbar gelagert. Ferner ist an einer
Flanschfläche des Differentialkorbes 12 das Tellerrad 20
angeschlossen, über welches der Differentialkorb 12 vom
Motor 6 des Fahrzeuges 1 antreibbar ist. Die Abtriebs
elemente 16, 17 weisen Innenverzahnungen auf, in welche
Steckanschlußwellen 13, 14 eingesteckt sind, die zur
Verbindung mit den Antriebswellen 9, 10 für die Hinter
räder 4, 5 dienen. Der Differentialkorb 12 ist aus einem
deckelförmigen Teil 12 a, einem topfförmigen Teil 12 b und
(für Fig. 5) einem ringförmgen Einsatz 12 c aufgebaut. Die
beiden Abtriebselemente 16, 17 sind jeweils drehbar in dem
Differentialkorb 12 aufgenommen.
In Fig. 2 ist eine Reibanordnung 21 vorgesehen, die aus
Außenlamellen 22 und Innenlamellen 24 besteht. Die
Innenlamellen 24 besitzen in ihrer Bohrung Verzahnungen,
mit denen sie auf einer entsprechenden Außenverzahnung 25
eines Fortsatzes des Abtriebsrades 17 drehfest, jedoch
verschieblich aufgenommen sind. Die jeweils zwischen zwei
Innenlamellen 24 angeordneten Außenlamellen 22 weisen auf
ihrem Außenumfang ebenfalls Zähne auf, die in ent
sprechende Nuten oder Verzahnungen 23, die im Differen
tialkorb 12 angeordnet sind, drehfest eingreifen. Die
Außenlamellen 22 sind ebenfalls in Axialrichtung
verschiebbar. Die Reibanordnung 21 stützt sich zum einen
axial an der Stützfläche 26, die Bestandteil des
Differentialkorbes 12 ist, ab, zum anderen ist die
Reibanordnung 21 über eine Druckplatte 57 druckbeauf
schlagbar. Es sind die Drehzapfen 18 durchdringende Stößel
58 vorgesehen, die von einer ersten Druckscheibe 59
beaufschlagt werden. An dieser stützt sich über ein erstes
Axiallager 60 eine Druckplatte 27 ab, die über weitere
Stößel 41 verstellbar ist, an denen eine außerhalb des
Differentialkorbes 12 angeordnete zweite Druckscheibe 40
anliegt. Zwischen einer Radialfläche des Stellringes 28
und der Druckplatte 40 ist ein zweites Axialdrucklager 39
eingebaut. Hierdurch wird die Reibung verringert, da die
Druckplatte 40 mit dem Differentialkorb 12 umläuft.
In Fig. 3 ist eine Reibanordnung 21 vorgesehen, die
ebenfalls Außenlamellen 22 und Innenlamellen 24
aufweist.Die Innenlamellen besitzen in ihrer Bohrung
Verzahnungen, mit denen sie auf eine entsprechende
Außenverzahnung 25 des Fortsatzes des Abtriebsrades 17
drehfest, jedoch verschieblich aufgenommen sind. Die
jeweils zwischen zwei Innenlamellen 24 angeordneten
Außenlamellen 22 weisen an ihrem Außenumfang ebenfalls
Zähne auf, die in entsprechenden Nuten oder Verzahnungen
23 drehfest eingreifen, die in einer Verlängerung des
Planetenträgers 61 ausgebildet sind, die mit der
Unterseite des Planetenträgers 16 fest verbunden ist. Die
Außenlamellen 22 sind ebenfalls in Axialrichtung
verschiebbar. Die Reibanordnung 21 stützt sich zum einen
axial an der Stützfläche 26, die Bestandteil des
Differentialkorbes 12 ist, ab, zum anderen ist die
Reibanordnung über eine Druckplatte 57 druckbeaufschlag
bar. Es sind den Drehzapfen 18 durchdringende Stößel 58
vorgesehen, die von einer ersten Druckscheibe 59 beauf
schlagt werden. An dieser stützt sich über ein erstes
Axialdrucklager 60 eine Druckplatte 27 ab, die über
weitere Stößel 41 verstellbar ist, an denen eine außerhalb
des Differentialkorbes 12 angeordnete Druckscheibe
anliegt. Zwischen einer Radialfläche des Stellringes 28
und der Druckplatte 40 ist ein Axialdrucklager 39
eingebaut. Hierdurch wird die Reibung verringert, da die
Druckplatte 40 mit dem Differentialkorb 12 umläuft.
Das in der Fig. 4 gezeigte Fahrzeug 1 ist ein
heckgetriebenes Fahrzeug. Es sind nur die Umrisse zur
Verdeutlichung dargestellt. Das Fahrzeug 1 besitzt die
beiden Vorderräder 2 und 3 sowie die Hinterräder 4 und 5.
Die beiden Hinterräder 4, 5 werden vom Motor 6 über das
Schaltgetriebe 7, eine Längswelle 52, das daran
angeschlossene extern geregelt sperrbare Ausgleichs
getriebe 8 und die daran angeschlossenen Gelenkwellen 9,
10 angetrieben.
Extern gesteuert sperrbare Ausgleichsgetriebe 8 sind in
den Fig. 2 bis 5 näher dargestellt. In den Fig. 2
und 3 ist dabei jeweils ein Planetenraddifferential, in
den Fig. 4 und 5 jeweils ein Kegelraddifferential dar
gestellt. In dem Gehäuse 11 ist über Lager 15, 19 der
Differentialkorb 12 drehbar angeordnet. Der Differential
korb 12 ist geteilt ausgebildet. Nach den Fig. 2 und 3
sind als Abtriebselemente im Differentialkorb 12 ein
Planetenträger 16 und ein Abtriebsrad 17 aufgenommen. Auf
als Hülsen ausgebildeten Drehzapfen 18, die im Planeten
träger 16 angeordnet sind, sind achsparallele Ausgleichs
räder 29 drehbar gelagert. Ferner ist an einer Flansch
fläche des Differentialkorbes 12 das Tellerrad 20 ange
schlossen, über welches der Differentialkorb 12 vom Motor
6 des Fahrzeuges 1 antreibbar ist. Die Abtriebselemente
16, 17 weisen Innenverzahnungen auf, in welche Steckan
schlußwellen 13, 14 eingesteckt sind, die zur Verbindung
mit den Antriebswellen 9, 10 für die Hinterräder 4, 5
dienen. Der zweite Abschnitt 12 b des Differentialkorbes 12
ist mit dem ersten Abschnitt 12 a drehfest verbunden. Die
beiden Abtriebselemente 16, 17 sind jeweils drehbar in dem
Differentialkorb 12 aufgenommen. Nach den Fig. 4 und 5
sind als Abtriebselemente ein erstes Abtriebsrad 16 und
ein zweites Abtriebsrad 17 aufgenommen, wobei letzteres
nach Fig. 5 mit einem Korb 61 drehfest verbunden ist. Auf
sich kreuzenden radialen Drehzapfen 18, die im mehrtei
ligen Differentialkorb 12 gehalten sind, sind kegelige
Ausgleichsräder 29 drehbar gelagert. Ferner ist an einer
Flanschfläche des Differentialkorbes 12 das Tellerrad 20
angeschlossen, über welches der Differentialkorb 12 vom
Motor 6 des Fahrzeuges 1 antreibbar ist. Die Abtriebs
elemente 16, 17 weisen Innenverzahnungen auf, in welche
Steckanschlußwellen 13, 14 eingesteckt sind, die zur
Verbindung mit den Antriebswellen 9, 10 für die Hinter
räder 4, 5 dienen. Der Differentialkorb 12 ist aus einem
deckelförmigen Teil 12 a, einem topfförmigen Teil 12 b und
einem ringförmgen Einsatz 12 c aufgebaut. Die beiden
Abtriebselemente 16, 17 sind jeweils drehbar in dem
Differentialkorb 12 aufgenommen.
In Fig. 5 ist eine Reibanordnung 21 vorgesehen, die aus
Außenlamellen 22 und Innenlamellen 24 besteht. Die
Innenlamellen 24 besitzen in ihrer Bohrung Verzahnungen,
mit denen sie auf einer entsprechenden Außenverzahnung 25
einer auf dem Abtriebsrad 17 angeordneten Hülse drehfest,
jedoch verschieblich aufgenommen sind. Die jeweils
zwischen zwei Innenlamellen 24 angeordneten Außenlamellen
22 weisen auf ihrem Außenumfang Zähne auf, die in
entsprechenden Nuten oder Verzahnungen 23, die unmittel
bar im Differentialkorb 12 ausgebildet sind, drehfest und
axialverschieblich eingreifen. Die Reibanordnung 21 stützt
sich zum einen axial an der Stützfläche 26, die an Teilen
des Differentialkorbes 12 ausgebildet ist, ab, zum anderen
ist die Reibanordnung 21 über eine Druckplatte 57 axial
beaufschlagbar. Es sind den Differentialkorb durchdrin
gende Stößel 41 vorgesehen, die auf die Druckplatte 57
wirken und von einer Druckscheibe 40 außerhalb des
Differentialkorbes beaufschlagt werden. Zwischen den
Flächen der Druckscheibe 40 und des Stellrings 28 ist ein
Axialdrucklager 39 eingebaut.
In Fig. 6 ist eine Reibanordnung 21 vorgesehen, die Außen
lamellen 22 und Innenlamellen 24 umfaßt. Hierbei sind in
den Bohrungen der Innenlamellen Verzahnungen vorgesehen,
mit denen sie auf einer entsprechenden Außenverzahnung 25
einer auf der Abtriebswelle 15 angeordneten Hülse drehfest
und axial verschieblich aufgenommen sind. Die jeweils
zwischen zwei Innenlamellen 24 angeordneten Außenlamellen
22 weisen an ihrem Außenumfang Zähne auf, die in einem mit
der zweiten Abtriebswelle 14 drehfest verbundenen
Innenkorb 61 ausgebildet sind. Die Außenlamellen 22 sind
ebenfalls in Axialrichtung verschiebbar. Die Reibanordnung
21 stützt sich zum einen axial an der Stützfläche 26, die
am Abtriebsrad 17 ausgebildet ist, ab, zum anderen ist die
Reibanordnung über eine Druckplatte 57 axial beauf
schlagbar. Es sind den Innenkorb 61 axial durchdringende
Stößel 58 vorgesehen, die von einer ersten Druckscheibe 59
beaufschlagt werden. An dieser stützt sich über ein erstes
Axialdrucklager 60 eine Druckplatte 27 ab, die über
weitere, den Differentialkorb durchdringende Stößel 41
verstellbar ist, an denen eine außerhalb des Differen
tialkorbes 12 angeordnete zweite Druckscheibe 40 anliegt.
Zwischen den Flächen des Stellrings 28 und der
Druckscheibe 40 ist ein zweites Axialdrucklager 39
vorgesehen. Die Beaufschlagung der Reibanordnung 21 zur
Abbremsung des Abtriebrades 17 gegenüber dem Differen
tialkorb 12 ist nachfolgend beschrieben, und zwar unter
Bezugnahme auf die Fig. 2, 3 und 7. Im Gehäuse 11 ist
drehfest und axial unverschiebbar ein Stützring 54
angeordnet. Auf einem Lagerträgeransatz 31 ist ferner ein
Stellring 28 drehbar und axial verschiebbar angeordnet.
Der Stellring 28 stützt sich über Wälzkörpern 49, die in
Kugelrillen 47, 48 laufen, Fig. 7 an dem Stützring 54 ab.
Stellring 28 und Stützring 54 weisen radial verlaufende
Stirnbereiche auf, die einander gegenüberliegen. Bei dem
in den Fig. 2 und 3 dargestellten Beispiel besitzt der
Stellring 28 auf seiner dem Stützring 54 zugewandten
Stirnfläche mindestens zwei umfangsverteilt angeordnete
und ansteigend verlaufende Kugelrillen 47 auf. Der
Stützring 54 besitzt die gleiche Anzahl zwei gegensinnig
ansteigend verlaufende Kugelrillen 48. Im Ausgangszustand,
wenn die Reibanordnung 21 nicht durch eine Axialkraft
beaufschlagt ist, also bei im offenen Zustand arbeitenden
Kegelradausgleichsgetriebe 8, befinden sich Stellring 28
und Stützring 54 in der zueinander nächstmöglichen
Position. Bei Verdrehung des Stellringes 28 verdrehen sich
die Kugelrillen 47, 48 relativ zueinander und verschieben
den Stellring 28 in Richtung auf die Reibanordnung 21, die
zu einer vorbestimmten Sperrung und damit Ankupplung der
Bewegung des Abtriebrades 17 und gegebenenfalls des
Abtriebsrades 16 an die Drehbewegung des Differential
korbes 12 führt.
Zur Erzielung der Drehbewegung ist der Stellring 28 in
seinem radial äußeren Abschnitt mit einer Verzahnung 34
versehen, in die ein Ritzel 35 eingreift. Das Ritzel 35
ist mit einem Motor 33, der als Elektromotor ausgebildet
ist, verbunden.In den Fig. 7 bis 10 ist ein Detail für
eine bevorzugte alternative Betätigungsmöglichkeit
dargestellt. Der Stellring 28 besitzt in seiner
Stirnfläche 45 umfangsverteilt mehrere Kugelrillen 47,
welche ausgehend von der tiefsten Stelle, die als
Rückdrehanschlagfläche 50 ausgebildet sind, zur
Stirnfläche 45 hin ansteigend verlaufen. Die Kugelrillen
47 verlaufen jeweils dabei in einem Kreisbogen. Der
Kugelrille 47 ist gegenüberliegend in der Stirnfläche 46
des Stützringes 54 eine Kugelrille 48 angeordnet, die
ebenfalls ausgehend von einer tiefsten Stelle, die als
Rückdrehanschlag 51 gedacht ist, in Richtung auf die
Stirnfläche 46 ansteigend verläuft. Der Verlauf der beiden
Kugelrillen 47 und 48 ist jedoch einander entgegengerich
tet. In jeweils zwei Kugelrillen 47, 48, die paarweise
gegenüberliegend angeordnet sind, ist jeweils ein
Wälzkörper in Form einer Kugel 49 aufgenommen. Bei
Verdrehung des Stellringes 28 zum Stützring 54 bewegt sich
die Kugel 49 in den Kugelrillen 47, 48. Dabei findet durch
die Kugel 49 eine Spreizung statt, so daß sich der
Stützring 54 vom Stellring 28 entfernt. Hierbei wirkt die
Rückseite des Stellringes 28 über ein anliegendes
Axialdrucklager 39 auf eine mit dem Differentialkorb
umlaufende Druckscheibe 40, die wieder auf die aus
Innen- und Außenlamellen bestehende Reibanordnung 21
einwirkt. Der außen über einen Teilumfang mit einer
Verzahnung 34 versehene Stellring 28 wird über ein Ritzel
35 und eine Übersetzungsanordnung 32 von einem Motor 33
angetrieben, auf dessen Welle eine als Spiralfeder
ausgebildete Rückstellfeder 37 vorgesehen ist. Alternativ
ist, wie aus den Fig. 8 und 9 ersichtlich, vorgesehen,
zwischen Stellring 28 und Stützring 54 Zugfedern 38 als
Rückstellfedern anzuordnen. In Fig. 9 ist die gespannte
Lage der Rückstellfedern 38 erkennbar. Es sind bevorzugt
mehrere Zugfedern auf dem Umfang verteilt angeordnet.
Ebenso sind mehrere Rillenpaare 47, 48 und Kugeln 49 auf
dem Umfang verteilt vorgesehen. In Fig. 10 ist unter
Verwendung der gleichen Bezugsziffern im wesentlichen ein
mit der Darstellung nach Fig. 8 übereinstimmendes Detail
dargestellt. Die Kugelrillen 47, 48 weisen hier jedoch
eine veränderliche Steigung bezüglich der Tiefe auf, wobei
ausgehend vom dargestellten unverdrehten Zustand des
Stützrings 54 und des Stellrings 28 eine Phase I mit
veränderlicher Steigung, nämlich einem steilen Anstieg mit
einer hohen Spreizungsrate über dem Drehwinkel, jedoch mit
kontinuierlich abnehmender Steigung und damit abnehmender
Spreizungsrate über dem Verdrehwinkel, und anschließend
eine Phase II mit konstanter Spreizungsrate erkennbar
sind, die für die Spreizung unter Last gewünscht ist.
Diese konstante Steigung ist erforderlich, um
unterschiedliche Last- und Verschleißzustände abzudecken.
Zwischen Stützring 54 und Stellring 28 ist ein Kugelkäfig
62 dargestellt, der die Kugeln mit gleichem Umfangsabstand
hält und sie zwingt, synchron zu laufen, was insbesondere
in Phase I von besonderer Bedeutung ist.
In Fig. 11 ist der Stützring 54 in Ansicht dargestellt,
wobei nach einer alternativen oder ergänzenden Weiter
bildung sechs Kugelrillen 48 über den Umfang verteilt
erkennbar sind, die bei untereinander gleichen oder
unterschiedlichen Steigungsraten hinsichtlich der Tiefe
außerdem einen Bereich haben, der eine Radialkomponente im
Bahnverlauf aufweist, so daß die Spreizungsrate mit
zunehmendem über dem Verdrehwinkel hier verringert ist.
In Fig. 12 ist im wesentlichen die gleiche Darstellung des
Stützrings 54 wie in Fig. 11 zu finden, wobei jedoch hier
in Folge der radialen Komponente der Kugelrillen 48 im
Bereich der Phase II von der Möglichkeit Gebrauch gemacht
wurde, die Rillen sich in Umfangsrichtung überdecken zu
lassen. Aufgrund des größeren möglichen Verdrehwinkels
kann eine geringere Steigungsrate und damit ein
empfindlicheres Ansprechverhalten erzeugt werden.
Bezugszeichenliste
1 Fahrzeug
2, 3 Vorderräder
4, 5 Hinterräder
6 Motor
7 Schaltgetriebe
8 Ausgleichsgetriebe
9, 10 Antriebewelle
11 Gehäuse
12 Differentialkorb
13, 14 Steckanschlußwelle
15 Lager
16, 17 Abtriebselemente
18 Drehzapfen (bzw. Bolzen)
19 Lager
20 Tellerrad
21 Reibanordnung
22 Außenlamellen
23 Innennuten
24 Innenlamellen
25 Außenverzahnung
26 Stützfläche
27 Druckplatte
28 Stellring
29 Ausgleichsrad
31 Lagerträgeransatz
32 Drehantrieb
33 Motor
34 Verzahnung
35 Ritzel
36 Übersetzung
37 Rückstellfeder (Spiralfeder)
38 Zugfeder
39 Axiallager (zweites)
40 Druckscheibe (zweite)
41 Stößel
45 Stirnfläche (Stellring)
46 Stirnfläche (Stützring)
47 Kugelrille Stellring
48 Kugelrille Druckring
49 Kugel
50, 51 Rückdrehanschlagfläche
52 Längswelle
54 Stützring
57 Druckplatte
58 Stößel
59 Druckscheibe (erste)
60 Axiallager (erstes)
61 Innenkorb
62 Kugelkäfig
2, 3 Vorderräder
4, 5 Hinterräder
6 Motor
7 Schaltgetriebe
8 Ausgleichsgetriebe
9, 10 Antriebewelle
11 Gehäuse
12 Differentialkorb
13, 14 Steckanschlußwelle
15 Lager
16, 17 Abtriebselemente
18 Drehzapfen (bzw. Bolzen)
19 Lager
20 Tellerrad
21 Reibanordnung
22 Außenlamellen
23 Innennuten
24 Innenlamellen
25 Außenverzahnung
26 Stützfläche
27 Druckplatte
28 Stellring
29 Ausgleichsrad
31 Lagerträgeransatz
32 Drehantrieb
33 Motor
34 Verzahnung
35 Ritzel
36 Übersetzung
37 Rückstellfeder (Spiralfeder)
38 Zugfeder
39 Axiallager (zweites)
40 Druckscheibe (zweite)
41 Stößel
45 Stirnfläche (Stellring)
46 Stirnfläche (Stützring)
47 Kugelrille Stellring
48 Kugelrille Druckring
49 Kugel
50, 51 Rückdrehanschlagfläche
52 Längswelle
54 Stützring
57 Druckplatte
58 Stößel
59 Druckscheibe (erste)
60 Axiallager (erstes)
61 Innenkorb
62 Kugelkäfig
Claims (16)
1. Ausgleichsgetriebe (8) mit extern veränderlich steuer
barer Sperrkupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge,
mit einem in einem Gehäuse (11) drehbar gelagerten und
antreibbaren Differentialkorb (12), mit diesem ko
axial angeordneten und drehbar gekoppelten, jeweils mit
einer Abtriebswelle drehfest verbundenen Abtriebs
elementen - zwei Abtriebsrädern oder einem Abtriebsrad
und einem Planetenträger (16, 17) -, mit diesen gleich
zeitig in Eingriff befindlichen im Differentialkorb
(12) drehbar gehaltenen Ausgleichsrädern (29) und
einer Reibanordnung (21), die abwechselnd drehfest mit
einem ersten der koaxial liegenden Teile - Differen
tialkorb (12) oder Abtriebsräder bzw. Planetenträger
(16, 17) - verbundene Außenlamellen (22) und drehfest
mit einem anderen der koaxial liegenden Teile
- Differentialkorb (12) oder Abtriebsräder bzw.
Planetenträger (16, 17) - verbundene Innenlamellen
(24) gegebenenfalls unter Zwischenschaltung frei
drehender Zwischenscheiben umfaßt, wobei diese
einerseits an einer Stützfläche eines der Teile
- Differentialkorb (12) oder eines der Abtriebsräder
(16, 17) - axial abgestützt sind und andererseits über
eine Betätigungseinrichtung axial beaufschlagbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Betätigungseinrichtung einen zum Gehäuse (11)
dreh- und axialfesten Stützring (54), einen dazu
relativ begrenzt verdrehbaren, axial verschiebbaren
Stellring (28), einen diesen bedarfsweise antreibenden
Drehantrieb (32), wobei sich der Stellring (28)
zumindest mittelbar an über dem Umfang wirksamen
Steuerkurven oder -rillen (47, 48) gegenüber dem
Stützring (54) abstützt.
2. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stellring (28) über eine Außenverzahnung (34)
von einem achsparallel zu den Abtriebsrädern ange
ordneten Zahnritzel (35) angetrieben wird.
3. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verzahnung zwischen Stellring (28) und
Zahnritzel (35) als Schrägverzahnung ausgebildet ist.
4. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stellring (28) über einen Umfangsweg von
weniger als 180 Grad verdrehbar ist.
5. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der bedarfsweise antreibende Drehantrieb (32) ein
Untersetzungsgetriebe (34, 35) und einen Motor (33)
aufweist.
6. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der dem Drehantrieb (32) zugehörige Motor (33) ein
Elektromotor ist.
7. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Motor (33) oder die diesem nachgeordnete
Untersetzungsstufe des Untersetzungsgetriebes durch
einen schaltbaren Freilauf (36) mit der dem Stellring
(28) zugeordneten Untersetzungsstufe (34, 35) des
Getriebes verbunden ist, der bei Betätigung des Motors
(33) im Sinne einer Druckbeaufschlagung für die
Reibanordnung (21) sperrt und bei Aufhebung der
Betätigung im Sinne eines Rücklaufs des Stellrings
(28) das Untersetzungsgetriebe (34, 35) vom Motor (33)
trennt.
8. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich an der Druckscheibe (40) abstützende, den
Differentialkorb (12) axial durchdringende und an
einer Druckplatte (27) der Reibanordnung (21)
anliegende Stößel (41) vorgesehen sind.
9. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß den zugewandten Stirnflächen (45, 46) von
Stützring (54) und Stellring (28) Vertiefungen (47,
48) paarweise gegenüberliegend zugeordnet sind, die
gegenläufig in Umfangsrichtung von der tiefsten Stelle
zur Stirnfläche (45, 46) ansteigend ausgebildet sind,
wobei jeweils ein Paar von Vertiefungen (47, 48)
zwischen sich einen Wälzkörper, insbesondere eine
Kugel (49), aufnimmt.
10. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß Steuerkurven oder -profile an den einander zuge
wandten Stirnflächen (45, 46) des Stützrings (54) und
des Stellrings (28), die zwischen dem Stützring und
dem Stellring in abstützender, den Stellring (28) bei
Verdrehung verschiebender Wirkverbindung stehen, eine
nicht-lineare Änderungsrate der auf den Stellring (28)
wirksamen Axialkomponente über dem Verdrehwinkel
aufweisen.
11. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerkurven oder -profile eine zunächst
starke und dann geringere axiale Änderungsrate der auf
den Stellring (28) wirksamen Axialkomponente über dem
Verdrehwinkel aufweisen.
12. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerkurven oder -profile aus zumindest in
einem der Ringe (28, 54) im wesentlichen in Umfangs
richtung verlaufenden Kugelrillen (47, 48) veränder
licher Tiefe und darin geführten an dem jeweils
zweiten Ring anliegenden Kugeln (49) bestehen.
13. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kugelrillen (47, 48) zur Variation der axialen
Änderungsrate eine in Umfangsrichtung mit unterschied
licher Steigung veränderliche Tiefe haben.
14. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kugelrillen (47, 48) zur Variation der axialen
Änderungsrate eine über dem Umfang veränderliche
radiale Richtungskomponente haben.
15. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich mehrere gleichartige Kugelrillen (47, 48) in
Umfangsrichtung auf unterschiedlichem Radius der Stirn
flächen (45, 46) überdecken.
16. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Kugelkäfig (57) zwischen Stützring (54) und
Stellring (28) vorgesehen ist, der die Kugeln (49) in
gleichem Umfangsabstand zueinander hält.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3915959A DE3915959A1 (de) | 1989-05-18 | 1989-05-18 | Ausgleichsgetriebe |
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DE3915959A DE3915959A1 (de) | 1989-05-18 | 1989-05-18 | Ausgleichsgetriebe |
Publications (2)
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ID=6380765
Family Applications (1)
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