DE3920861A1

DE3920861A1 - Ausgleichsgetriebe

Info

Publication number: DE3920861A1
Application number: DE3920861A
Authority: DE
Inventors: John Dr Botteril
Original assignee: GKN Automotive GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 1989-06-07
Filing date: 1989-06-26
Publication date: 1990-12-13
Also published as: IT1248929B; GB2234562A; FR2648204A1; SE9002024L; JPH0348046A; SE501754C2; GB2234562B; FR2648204B1; IT9020501A1; GB9012264D0; IT9020501A0; DE3920861C2; US5080640A; ES2027842A6; SE9002024D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Ausgleichsgetriebe mit extern veränderlich steuerbarer Sperrkupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem in einem Gehäuse drehbar gela gerten und antreibbaren Differentialkorb, mit diesem ko axial 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 Aus gleichsrädern und mit einer Reibanordnung, die abwechselnd drehfest mit einem ersten der koaxial liegenden Abtriebs elemente verbundene Innenlamellen und drehfest mit einem anderen der koaxial liegenden Teile - Differentialkorb oder Abtriebselement - verbundene Außenlamellen umfaßt, wobei diese einerseits an einer Stützfläche eines der Teile - Differentialkorb oder eines der Abtriebsräder - axial abgestützt sind und andererseits über eine Betäti gungseinrichtung axial beaufschlagbar sind, die erfin dungsgemäß ohne Selbsthemmung arbeitet, gegebenenfalls mit Hilfe von Rückstellfeldern und/oder einer Freilaufkupplung.

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 Ausgleichsge triebe von der Funktion und dem Verhalten her relativ gut, jedoch wegen der Hydraulikbauteile aufwendig.

Dies trifft sogar selbst dann zu, wenn eine Hydraulikan lage beispielsweise für die Servolenkung und die Federung schon vorhanden ist.

Mit der DE-OS 37 07 115 sind auch schon elektromagnetische Betätigungen für die Beaufschlagung der Reibanordnung eines sperrbaren Ausgleichsgetriebes vorgeschlagen worden. 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.

Mit der DE-OS 37 33 771 ist ein anderes Ausgleichsgetriebe vorgeschlagen worden, bei dem eine Reibscheibenanordnung elektromagnetisch betätigt wird. Für die Verwendung als Achsdifferential reicht hierbei die erzielbare Sperrwir kung nicht ohne weiteres aus. Unter anderem ist die Kon struktion für einen Quereinbau sehr sperrig. In nachteili ger Weise entstehen auch Reibwertfluktuationen.

Schließlich ist unter den in Betracht zu ziehenden Kon struktionen gemäß der US 48 05 486 ein sperrbares Kegel radausgleichsgetriebe mit einem zusätzlichen Lamellenpa ket, angeordnet zwischen einer Abtriebswelle und dem Differentialkorb, dessen Sperrmechanismus aus zwei zuein ander koaxial liegenden Spreizplatten besteht, jeweils mit in Umfangsrichtung auf den Stirnseiten gegeneinander ange ordneten Schrägrillen, worin gemeinsame Wälzkörperelemente (Kugeln) laufen. Die eine Spreizplatte ist fest mit dem Differentialgehäuse verbunden. Die zweite Platte ist mit einer verzahnten Untersetzung von einem E-Motor antreibbar.

Die Spreizplatten haben im Rücklauf eine selbsthemmende Wirkung zueinander und bleiben ohne E-Motor Strom unter Last gespreizt. Hier bestehen zwei Nachteile. Erstens kann die bleibende Sperrwirkung zu gefährlichen Folgen in einem fahrenden Fahrzeug führen, wenn der E-Motor unter Last ausfällt. Zweitens sind die kombinierten Umfangs- und Axialkräfte und Reibverhältnissen zwischen der verzahnten Spreizplatte und dem in Eingriff befindlichen Ritzel gege benenfalls nachteilig in Bezug auf die Hysterese während des Sperrkraftauf- und -abbaus.

In der älteren P 38 15 225.8 ist ein weiteres sperrbares Differentialgetriebe beschrieben, bei dem eine Reibanord nung zwischen dem Differentialkorb und einem Abtriebske gelrad wirksam ist, die über eine Spreizeinrichtung betä tigt wird, die einen axial festen, verdrehbaren Stützring und einen axial verschiebbaren, drehfesten Stellring um faßt und eine besonders leichtgängige Beaufschlagung im Sinne des Sperrens ermöglicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der vorveröffentlichten Sperrdifferentiale zu beseitigen und dabei eine verkehrssichere gut regelbare und sehr kompakte Konstruktion zu realisieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Betätigungseinrichtung aus zwei zueinander koaxial liegenden Spreizplatten vorgesehen ist, jeweils mit in der Umfangsrichtung auf der Stirnseite gegeneinander angeord neten Schrägrillen, worauf gemeinsame Wälzkörperelemente laufen, derart, daß durch geeignete Geometrie der Rampen winkel und Umfangsradien der Rillen keine Selbsthemmung eintritt. Die eine Spreizplatte ist gegenüber dem Diffe rentialgehäuse axial fest und die zweite Spreizplatte ist axial verschiebbar. Eine der zweiten Platten ist auf ihrem äußeren Umfang mit einer Verzahnung versehen, die sich in Eingriff mit einem antreibenden Ritzel befindet. Über eine Untersetzung wird das Ritzel von einem E-Motor angetrie ben. Die unerwünschten Kraft- und Reibverhältnisse in der Verzahnung zwischen Ritzel und verzahnter Spreizplatte werden teils mit einer geeigneten Schrägverzahnung verrin gert. Hier wird die Schrägverzahnung derart ausgelegt, daß die verzahnte Spreizplatte dahin tendiert, sich in Kraft aufbaurichtung gegen die Sperrkupplung zu bewegen. Dadurch wirkt man den sonst hemmenden Kräften in der Verzahnung entgegen. Von großem Vorteil für den Abbau der unerwünsch ten Reibverhältnisse in der Verzahnung ist ein pulsieren des Antriebsmoment. Dies läßt sich vorzugsweise mit pul sierendem Strom bzw. Spannung verwirklichen, wobei die Pulsfrequenz nicht unter 5 Hertz liegen soll.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt in den Rückstell federn die entweder als Zugfedern zwischen den Spreiz platten sowohl axial als auch tangential wirkend oder auch als Torsionsfeder an der E-Motorwelle angebaut sind. Diese Federn sichern zusätzlich die Entlastung der Reibanordnung in der Sperrkupplung, wenn wider Erwarten die Spreiz platten durch ein Verklemmen die erforderliche Rückstell kraft nicht erzeugen können.

Als Alternative oder Ergänzung zu den Rückstellfedern ist ein schaltbarer Freilauf vorgesehen, der in der der ver drehbaren Spreizplatte zugeordneten Untersetzungsstufe bzw. an der E-Motorantriebswelle eingebaut ist, der bei Betätigung des E-Motors im Sinne einer Druckbeaufschlagung schließt und bei Aufhebung der Betätigung das Unter setzungsgetriebe vom E-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 der verdrehbaren Spreizplatte nach Bedarf über die eine drehwirkende Rück stellfeder vorzunehmen.

Der vorerwähnte Spreizmechanismus umfaßt eine drehbare und eine axial verschiebbare Spreizplatte, wobei die Funktionen auf beide Platten verteilt oder in einer Platte vereint sein können.

Ein Vorteil der Erfindung liegt in der weiteren Opti mierung einer sehr kurzen Baulänge, die sich insbesondere für Anwendungen in Fronttriebfahrzeugen mit quer eingebau ten Motoren eignet.

Es handelt sich um zwei Ausbildungen:

- unter den bewährten Fahrzeugachsendifferentialen baut das Planetendifferential mit parallel zueinander ange ordneten Stirnzahnrädern und Hohlrad gegenüber dem Kegelraddifferential für die gleiche Drehmomentausle gung axial kürzer. Dieses Planetendifferential läßt sich zusammen mit dem vorerwähnten Spreizmechanismus und einer Reibanordnung der Sperrkupplung zwischen Differentialkorb und einer Abtriebswelle zu einem sehr kompakten Sperrausgleichsgetriebe bilden.
- Schließlich ist aus einer Kombination des erwähnten Spreizmechanismus, eines Planetendifferentiales mit parallel angeordneten Stirnzahnrädern und Hohlrad und einer Sperrkupplungsreibanordnung zwischen den beiden Abtriebswellen eine noch kürzere Baulänge zu erzielen und zwar bedingt durch eine Halbierung des Sperrmomen tes in der Sperrkupplung für einen gleichbleibenden Straßenhaftunterschied zwischen den Antriebsrädern.

Ein besonders günstig ansprechender und empfindlich regel barer Drehantrieb ergibt sich daraus, daß Steuerkurven oder -profile an den einander zugewandten Stirnflächen des Stützrings und des Stellrings, die zwischen dem Stützring und dem Stellring in abstützender, den Stellring bei Ver drehung des verdrehbaren der Ringe bzw. Spreizplatten verschiebender Wirkverbindung stehen, eine nicht-lineare Änderungsrate der auf den Stellring wirksamen Axialkompo nente über dem Verdrehwinkel aufweisen. Die erfindungsge mäße 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 auf grund 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

y = a ln x+b bzw. y = bx-ax²/2+c .

Es bleibt die Anfangs- und Auslaufanstellwinkel festzule gen. Es ist bei Kugelrillen ein Anfangswinkel von 6-9° und ein Auslaufwinkel von 1-1,5° angemessen. Im Ar beitsbereich 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 und frei von jeglicher Selbst hemmung betätigt wird.

Nach einer bevorzugten Ausführung wird ein ringförmiger oder scheibenförmiger Kugelkäfig vorgesehen, der die Ku geln in axialen Durchgangslöchern aufnimmt, damit alle Kugeln in den mit veränderlicher Steigung ausgeführten Kugelrillen synchron laufen.

Nach einer ersten günstigen Ausbildung sind als Steuerkur ven Kugelrillen in den beiden Stirnflächen vorgesehen, in denen sich einander gegenüberliegenden Stirnflächen ab stützende 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 Tiefenän derung 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 dem Umfang mindestens drei solcher Rillenpaare und damit Wälzkörper vorgesehen. Die tiefste Stelle der Vertiefungen in Verbindung mit der Kugel dient als Rück drehanschlag zur Begrenzung der Rückstellbewegung des Stellringes gegenüber dem Stützring.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele und Antriebsschemata hin sichtlich der Anwendung eines sperrbaren Ausgleichsgetrie bes sowohl auf ein frontgetriebenes als auch auf ein heck getriebenes Kraftfahrzeug sind in der Zeichnung schema tisch 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 Differen tialkorb und einem Antriebsrad,

Fig. 3 einen Halbschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausgleichsgetriebe in einer zweiten Ausführung gemäß Fig. 1 - Reibanordnung zwischen Planeten träger und Antriebsrad d.h. zwischen den Antriebs rädern,

Fig. 4 ein Antriebsschema für ein heckgetriebenes Kraft fahrzeug,

Fig. 5 einen Halbschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausgleichsgetriebe in einer dritten Ausführung gemäß Fig. 4 - Reibanordnung zwischen Differen tialkorb und einem Antriebsrad,

Fig. 6 einen Halbschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausgleichsgetriebe in einer vierten Ausführung gemäß Fig. 4 - Reibanordnung zwischen den Ab triebsrädern,

Fig. 7 eine Explosionsdarstellung des Sperrmechanismus mit Rillen und Kugeln zur Umsetzung der Drehbewe gung des Stellrings in eine Axialbewegung,

Fig. 8 ein Detail der Ausführungsform nach Fig. 7 im Ruhezustand, und

Fig. 9 ein Detail der Ausführungs form nach Fig. 7 im gespreizten Zustand zur Beauf schlagung der Reibanordnung,

Fig. 10 das Detail der Ausführungsform gemäß Fig. 7, mit weiteren Einzelheiten,

Fig. 11 einen Halbschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausgleichsgetriebe in einer dritten Ausführung gemäß Fig. 4 - Reibanordnung zwischen Differen tialkorb und einem Antriebsrad,

Fig. 12 eine Explosionsdarstellung des Sperrmechanismus mit Rillen und Kugeln zur Umsetzung der Drehbewe gung des Stellrings in eine Axialbewegung,

Fig. 13 ein Stütz- oder Stellring in Ansicht in einer weiteren Ausführung,

Fig. 14 ein Stütz- oder Stellring gemäß Fig. 11 aber in einer anderen Ausführung.

Das in der Zeichnungsfigur 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 2, 3 werden vom Motor 6 über das Schaltgetriebe 7, das daran angeschlossene extern geregelt sperrbare Ausgleichsgetriebe 8 und die daran angeschlosse nen Gelenkwellen 9, 10 angetrieben. Das extern gesteuert sperrbare Ausgleichsgetriebe 8 ist in den Fig. 2 und 3 näher dargestellt. In dem Gehäuse 11 ist über Lager 15, 19 der Differentialkorb 12 drehbar angeordnet. Der Differen tialkorb 12 ist geteilt ausgebildet. Als Abtriebselemente im Differentialkorb 12 sind 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 antreib bar ist. Die Abtriebselemente 16, 17 weisen Innenkeilver zahnungen auf, in welche Steckanschlußwellen 13, 14 einge steckt sind, die zur Verbindung mit den Antriebswellen 9, 10 für die Vorderräder 4, 5 dienen. Alternative Wellen/Flanschkonstruktionen, links-rechts, sind zu er sehen. Der zweite Abschnitt 12b des Differentialkorbes 12 ist mit dem ersten Abschnitt 12a drehfest verbunden. Die beiden Abtriebselemente 16, 17 sind jeweils drehbar in dem Differentialkorb 12 aufgenommen.

Das in der Zeichnungsfigur 4 gezeigte Fahrzeug 1 ist ein heckgetriebenes Fahrzeug. Es sind nur die Umrisse zur Verdeutlichung dargestellt. Das Fahrzeug 1 besitzt die beiden Vorderräder 2, 3, sowie die Hinterräder 4, 5. Die beiden Hinterräder 4, 5 werden vom Motor 6 über das Schalt getriebe 7, eine Längswelle 52, das daran angeschlossene extern geregelt sperrbare Ausgleichsgetriebe 8, und die daran angeschlossenen Gelenkwellen 9, 10 angetrieben. Das extern gesteuert sperrbare Ausgleichsgetriebe 8 ist in den Fig. 5, 6 näher dargestellt.

Abtriebselemente sind ein erstes Abtriebsrad 16 und ein zweites Abtriebsrad 17, wobei letzteres nach Fig. 6 mit einem Korb 61 drehfest verbunden ist. Auf sich kreuzenden radialen Drehzapfen 18, die im mehrteiligen Differential korb 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 Abtriebselemente 16, 17 weisen Innenverzahnungen auf, in welche Steckanschlußwellen 13, 14 eingesteckt sind, die zur Verbindung mit den Antriebs wellen 9, 10 für die Hinterräder 4, 5 dienen. Der Diffe rentialkorb 12 ist aus einem deckelförmigen Teil 12a, einem topfförmigen Teil 12b und (für Fig. 5) einem ring förmigen Einsatz 12c 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 Innen lamellen 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 entsprechen de Nuten oder Verzahnungen 23, die im Differentialkorb 12 angeordnet sind, drehfest eingreifen. Die Außenlamellen 22 sind ebenfalls in Axialrichtung verschiebbar. Die Reiban ordnung 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 druckbeaufschlagbar. Es sind die Drehzapfen 18 durch dringende 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. Die Ausführung gemäß Fig. 2 entspricht einer "Korb-zu-Welle" Sperrwirkung.

In Fig. 3 ist eine Reibanordnung 21 vorgesehen, die eben falls 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 ver schieblich aufgenommen sind. Die jeweils zwischen zwei Innenlamellen 24 angeordneten Außenlamellen 22 weisen an ihrem Außenumfang ebenfalls Zähne auf, die in entsprech enden Nuten oder Verzahnungen 23 drehfest eingreifen, die in einer Verlängerung der linken Seite des Planetenträgers 16 ausgebildet sind, die mit der linken Seite des Pla netenträgers 16 fest verbunden ist. Die Außenlamellen 22 sind ebenfalls in Axialrichtung verschiebbar. Die Reiban ordnung 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 druckbeaufschlagbar. Es sind den Drehzapfen 18 durch dringende 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 Stößel 41 verstellbar ist, an denen eine außerhalb des Differentialkorbes 12 angeordnete Druck scheibe anliegt. Zwischen einer Radialfläche des Stell ringes 28 und der Druckplatte 40 ist ein Axialdrucklager 39 eingebaut. Hierdurch wird die Reibung verringert, da die Druckplatte 40 mit dem Differentialkorb 12 umläuft.

Die Ausführung gemäß Fig. 3 entspricht einer "Welle-zu-Welle" Sperrwirkung. Die Anzahl der Lamellen ist nur ca. 50% von der Fig. 2 und deswegen baut sich Fig. 3 kürzer für die gleiche Sperrwirkung.

In Fig. 5 ist eine Reibanordnung 21 vorgesehen, die aus Außenlamellen 22 und Innenlamellen 24 besteht. Die Innen lamellen 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 ent sprechenden Nuten oder Verzahnungen 23, die unmittelbar im Differentialkorb 12 ausgebildet sind, drehfest und axial verschieblich 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. Die Ausführung gemäß Fig. 5 entspricht einer "Korb-zu-Welle" Sperrwirkung.

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 13 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 Innen korb 61 ausgebildet sind. Die Außenlamellen 22 sind eben falls in Axialrichtung verschiebbar. Die Reibanordnung 21 stützt sich zum einen axial an der Stützfläche 26, die am Abtriebsrad 17 ausgebildet ist, ab, zun anderen ist die Reibanordnung über eine Druckplatte 57 axial beaufschlag bar. Es sind den Innenkorb 61 axial durchdringende Stößel 58 vorgesehen, die von einer ersten Druckscheibe 59 be aufschlagt werden. An dieser stützt sich über ein erstes Axialdrucklager 60 eine Druckplatte 27 ab, die über wei tere, den Differentialkorb durchdringende Stößel 41 ver stellbar ist, an denen eine außerhalb des Differential korbes 12 angeordnete zweite Druckscheibe 40 anliegt.

Zwischen den Flächen des Stellrings 28 und der Druck scheibe 40 ist ein zweites Axialdrucklager 39 vorgesehen.

Die Ausführung gemäß Fig. 6 entspricht einer "Welle-zu-Welle" Sperrwirkung. Im Gegensatz zu Fig. 3 ist es hier ersichtlich, daß eine "Welle-zu-Welle" Sperrwir kung auf Kegelradausgleichsgetriebe gebaut keine raum sparenden Vorteile gegenüber einer "Korb-zu-Welle" Aus führung (Fig. 5) bietet. Die Beaufschlagung der Reiban ordnung 21 zur Abbremsung des Abtriebrades 17 gegenüber dem Differentialkorb 12 ist nachfolgend beschrieben, und zwar unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 3 und 7. Im Ge häuse 11 ist drehfest und axial unverschiebbar ein Stütz ring 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 gegen überliegen. Bei dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Beispiel besitzt der Stellring 28 auf seiner dem Stützring 54 zugewandten Stirnfläche mindestens drei umfangsverteilt angeordnete und ansteigend verlaufende Kugelrillen 47 auf. Der Stützring 54 besitzt die gleiche Anzahl 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 Posi tion. 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 Ab triebsrades 16 an die Drehbewegung des Differentialkorbes 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. Die Verzahnung 34 ist vorzugsweise als eine Schrägverzahnung ausgelegt, um den Stellring 28 gegen die Reibanordnung 21 während des Sperrkraftaufbaus zu bewegen. Eine Freilaufkupplung 63, elektromagnetisch betätigt, wird vorzugsweise in der Vor gelegewelle 64 eingebaut. Das Ritzel 35 ist durch die Untersetzung 32 von dem E-Motor 33 angetrieben. Vorzugs weise ist der E-Motor von pulsierendem Strom oder Spannung getrieben.

In den Fig. 7 bis 12 sind Ausführungen für bevorzugte alternative Kugelrillenanordnungen dargestellt. Der Stellring 28 besitzt in seiner Stirnfläche 45 umfangs verteilt mehrere Kugelrillen 47, welche ausgehend von der tiefsten Stelle, die als Rückdrehanschlagfläche 50 ausge bildet sind, zur Stirnfläche 45 hin ansteigend verlaufen. Die Kugelrillen 47 verlaufen jeweils dabei in einem Kreis bogen. Der Kugelrille 47 ist gegenüberliegend in der Stirnfläche 46 des Stützringes 54 eine Kugelrille 48 ange ordnet, 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 entgegen gerichtet. In jeweils zwei Kugelrillen 47, 48, die paar weise gegenüberliegend angeordnet sind, ist jeweils ein Wälzkörper in Form einer Kugel 49 aufgenommen. Bei Ver drehung 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 Stütz ring 54 vom Stellring 28 entfernt. Hierbei wirkt die Rück seite des Stellringes 28 über ein anliegendes Axialdruck lager 39 auf eine mit dem Differentialkorb umlaufende Druckscheibe 40, die wieder auf die aus Innen- und Außen lamellen bestehende Reibanordnung 21 einwirkt. Der außen über einen Teilumfang mit einer Verzahnung 34 versehene Stellring 28 wird über ein Ritzel 35 und eine Über setzungsanordnung 32 von einem Motor 33 angetrieben, auf dessen Welle eine als Spiralfeder ausgebildete Rückstell feder 37 vorgesehen ist. Vorzugsweise kann stattdessen eine elektromagnetisch betätigte Freilaufkupplung in der Antriebsuntersetzung eingebaut werden. Durch die nicht selbsthemmende Rampengeometrie als auch durch passende Rückstellfedern und Freilaufkupplung ist ein einwandfreies Lösen der Sperre sichergestellt. Alternativ ist, wie aus den Fig. 8 und 9 ersichtlich, vorgesehen, zwischen Stellring 28 und Stützring 54 Zugfedern 38 als Rückstell federn 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. Diese zeigen einen gerade gerichteten Rampenverlauf auf.

In Fig. 10 ist unter Verwendung der gleichen Bezugsziffern im wesentlichen ein mit der Darstellung nach Fig. 8 über einstimmendes Detail dargestellt. Die Kugelrillen 47, 48 weisen hier jedoch eine veränderliche Steigung bezüglich der Tiefe auf, wobei ausgehend vom dargestellten unver drehten 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 Verdrehwin kel, und anschließend eine Phase II mit konstanter Spreizungsrate erkennbar sind, die für die Spreizung unter Last gewünscht ist. Diese konstante Steigung ist erforder lich, um unterschiedliche Last- und Verschleißzustände abzudecken. Die konstante Steigung in Phase II ist inmer hin steil genug um einen einwandfreien Rücklauf des Stell ringes mit abgeschaltetem E-Motor zu erhalten. Zwischen Stützring 54 und Stellring 28 ist ein Kugelkäfig 62 darge stellt, 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 in dem Gehäuse 11 und dem damit verbundenen Lagerträger 11a über Lager 15 der Differentialkorb 12 drehbar angeordnet. Der Differentialkorb 12 ist geteilt ausgebildet und umfaßt einen ersten Teil 12a, in dem das Abtriebskegelrad 17 und das zweite Abtriebskegelrad 16 aufgenommen sind, welche mit auf einem als Bolzen ausge bildeten Träger 18, der im Teil 12a des Differentialkorbes 12 mit diesem drehend angeordnet ist, drehbar gelagerten Ausgleichskegelrädern 29, kämmen. Der zweite Abschnitt 12b des Differentialkorbes 12 ist mit dem ersten Abschnitt 12a drehfest verbunden. Er dient zur Aufnahme der Reibanord nung 21. Ferner ist an einer Flanschfläche des Differen tialkorbteiles 12b das Tellerrad 20 angeschlossen, über welches der Differentialkorb 12 vom Motor 6 des Fahrzeuges 1 antreibbar ist. Die Abtriebskegelräder 16, 17 weisen Bohrungen mit Verzahnungen auf, in welche beispielsweise Steckanschlußwellen 13, 14 eingesteckt sind, die zur Ver bindung mit den Antriebswellen 9, 10 für die Hinterräder 4, 5 dienen. Es ist jedoch auch denkbar, daß die zu den Antriebswellen 9, 10 gehörenden Gelenke mit entsprechenden Zapfen ausgerüstet sind, die unmittelbar in die Bohrungen der Abtriebskegelräder 16, 17 einsteckbar sind. Die beiden Abtriebskegelräder 16, 17 sind jeweils drehbar in dem Differentialkorb 12 aufgenommen.

Ferner ist eine Reibanordnung 21 vorgesehen, die aus Außenlamellen 22 und Innenlamellen 24 besteht. Die Innen lamellen 24 besitzen in ihrer Bohrung Verzahnungen, mit denen sie auf einer entsprechenden Außenverzahnung 25 eines Fortsatzes des Abtriebskegelrades 16 drehfest jedoch verschieblich aufgenommen. Die jeweils zwischen zwei Innenlamellen 24 angeordneten Außenlamellen 22 weisen auf ihrem Außenumfang ebenfalls Zähne auf, die in entsprechen de Nuten oder Verzahnungen 23 im Differentialkorb 12 die sen bzw. dessen zweiten Abschnitt 12b angeordnet sind, drehfest eingreifen. Die Außenlamellen 22 sind ebenfalls in Axialrichtung verstellbar. Die Reibanordnung 21 stützt sich zum einen axial an der Stützfläche 26, die Bestand teil des ersten Teiles 12a des Differentialkorbes 12 ist, ab, zum anderen ist die Reibanordnung 21 über eine Druck platte 27 druckbeaufschlagbar. Es sind im zweiten Ab schnitt 12b des Differentialkorbes 12 durchdringende Stößel 41 vorgesehen, an die eine außerhalb des Differen tialkorbes 12 angeordnete Druckscheibe 40 anliegt. Im Bereich der Anordnung der Stößel 41 ist der Differential korb 12b mit einer radial gerichteten Fläche versehen.

Die Beaufschlagung der Reibanordnung 21 zur Abbremsung des Abtriebkegelrades 16 gegenüber dem Differentialkorb 12 ist nachfolgend beschrieben. Im Lagerträger 11a des Gehäuses 11 ist drehfest, aber axial verschiebbar auf einem Lager trägeransatz 31 ein Stellring 28 angeordnet.

Der Lagerträgeransatz 31 ist hierzu mit einer Keilver zahnung 30 versehen, auf welcher der Stellring 28 mit in einer Bohrung seines Ansatzes angebrachten, entsprechenden Zähnen 30 geführt ist. Hierdurch wird eine drehfeste Ver bindung des Stellringes 28 zum Träger 11a des Gehäuses 11 erreicht, wobei jedoch aufgrund der Verzahnung 30 eine Axialverschiebung in Richtung auf die Reibanordnung 21 möglich ist. Zwischen einer Radialfläche des Stellringes 28 und der Druckplatte 40 ist ein Axialdrucklager 39 ein gebaut. Hierdurch wird die Reibung verringert, da die Druckplatte 40 mit dem Differentialkorb 12 umläuft. Auf dem Lagerträgeransatz 31 ist ferner ein Stützring 63 dreh bar, aber axial unverschieblich angeordnet. Der Stützring 63 stützt sich gegen ein Axiallager bestehend aus den Wälzkörpern 53 und Stützring 54 ab. Stützring 63 und Stützring 28 weisen radial verlaufende Stirnbereiche auf, die einander gegenüberliegen.

Zur Erzielung der Drehbewegung ist der Stützring 63 in seinem radial äußeren Abschnitt mit einer Kegelradver zahnung 34 versehen, in die ein Ritzel 35 eingreift. Das Ritzel 35 ist über einen Freilauf 36 mit vom dem Motor 33, der als Elektromotor ausgebildet ist, aus gesehen ersten Übersetzungsstufe verbunden. Ferner ist zwischen dem Ge häuse 11 und der zum Ritzel 35 gehörenden Welle, die durch das Gehäuse 11 nach außen geführt ist, eine Rückstellfeder 37 angeordnet, die als Spiralfeder ausgebildet ist (Fig. 11). Sie kann auch bei reversierbaren Untersetzungsgetrie ben an der Motorwelle angreifen (Fig. 12). Die Rückstell feder 37 sorgt dafür, daß für den Fall, daß der Motor 33 aus irgendwelchen Gründen nicht mit Energie versorgt wer den kann und nicht in der Lage ist, den Stützring 63 zu rückzudrehen, trotzdem eine Rückdrehung aufgrund der Fe derkraft erreicht wird. Im übrigen kann es aufgrund der Anordnung des Freilaufes 36 überflüssig sein, überhaupt einen in beiden Drehrichtungen betätigbaren Motor 33 vor zusehen, wenn ein schaltbarer Freilauf 36 vorgesehen ist, der nur in Beaufschlagungsrichtung, bei Verdrehung des Stützringes 63 zur Axialverstellung des Stellringes 28 in Richtung auf die Reibanordnung 21 sperrt und dann, wenn vom Motor 33 kein Moment auf das Ritzel im Sinne des Hal tens in der Sperrstellung ausgeübt wird, eine Freigangs stellung und damit Abkupplung des Motors 33 vom Ritzel 35 gegeben ist, so daß die Rückstellung ermöglicht wird. Gegebenenfalls kann sogar die Rückstellfeder entfallen und damit sind die drehenden Massen des Motors 33 nicht mit zubewegen. Die Steuerung des Motors 33, kann auf bekannte Art und Weise erfolgen, beispielsweise unter Nutzung von Signalen, die einen Schlupf an den Rädern anzeigen. Dabei kann auch eine Schaltung vorgenommen werden, die gewähr leistet, daß oberhalb einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit der Drehantrieb nicht betätigbar ist. Auch ist eine Über prüfungsschaltung vorgesehen, die beispielsweise beim Einschalten der Zündung des Antriebsmotors des Kraftfahr zeuges automatisch angeschaltet wird und bei offener Sperre wieder erlischt.

In Fig. 12 ist ein Detail für eine weitere alternative Betätigungsmöglichkeit dargestellt. Der Stützring 63 be sitzt in seiner Stirnfläche 45 umfangsverteilt mehrere Vertiefungen 47, welche ausgehend von der tiefsten Stelle, die als Rückdrehanschlagfläche 50 ausgebildet ist, zur Stirnfläche 45 hin ansteigend verläuft. Die Vertiefungen 47 verlaufen jeweils dabei in einem Kreisbogen. Der Vertiefung 47 ist gegenüberliegend in der Stirnfläche 46 des Stellringes 28 eine Vertiefung 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 Vertiefungen 47 und 48 ist jedoch einander entgegenge richtet. In jeweils zwei Vertiefungen 47, 48, die paar weise gegenüberliegend angeordnet sind, ist jeweils ein Wälzkörper in Form einer Kugel 49 aufgenommen. Bei Ver drehung des Stützringes 63 zum Stellring 28 bewegt sich die Kugel 49 in den Vertiefungen 47, 48.

In Fig. 13 ist der Stützring 54 in Ansicht dargestellt, wobei nach einer alternativen oder ergänzenden Weiterbil dung sechs Kugelrillen 48 über den Umfang verteilt erkenn bar sind, die bei untereinander gleichen oder unterschied lichen Steigungsraten hinsichtlich der Tiefe außerdem einen Bereich haben, der eine Radialkomponente im Bahnver lauf aufweist, so daß die Spreizungsrate mit zunehmendem Verdrehwinkel hier verringert ist.

In Fig. 14 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, allerdings weit genug oberhalb der Selbsthemmungsgrenze und damit ein empfind licheres Ansprechverhalten erzeugt werden.

Bezugszeichenliste

1 Fahrzeug
2, 3 Vorderräder
4, 5 Hinterräder
6 Motor
7 Schaltgetriebe
8 Ausgleichsgetriebe
9, 10 Antriebswelle
11 Gehäuse
12 Differentialkorb
13, 14 Steckanschlußwelle
15 Lager
16, 17 Abtriebselemente
18 Träger
19 Lager
20 Tellerrad
21 Reibanordnung
22 Außenlamellen
23 Innennuten
24 Innenlamellen
25 Außenverzahnung
26 Stützfläche
27 Druckplatte
28 Stellring
29 Ausgleichsrad
30 Keilnuten
31 Lagerträgeransatz
32 Drehantrieb
33 Motor
34 Verzahnung
35 Ritzel
36 Übersetzung
37 Rückstellfeder (Spiralfeder)
38 Zugfeder
39 Axiallager (erstes)
40 Druckscheibe (erste)
41 Stößel
44 Ansatz an Druckring
45 Stirnfläche (Stellring)
46 Stirnfläche (Stützring)
47 Kugelrille Stellring
48 Kugelrille Druckring
49 Kugel
50, 51 Rückdrehanschlagfläche
52 Längswelle
53 Wälzkörper
54 Stützring
57 Druckplatte
58 Stößel
59 Druckscheibe (zweite)
60 Axiallager (zweites)
61 Korb
62 Kugelkäfig
63 Stützring

Claims

1. Ausgleichsgetriebe mit extern veränderlich regelbarer Sperrkupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem in einem Gehäuse drehbar gelagerten und antreib baren Differentialkorb, mit diesem koaxial angeordne ten und drehbar gekoppelten Antriebswellen, mit diesen gleichzeitig in Eingriff befindlichen im Differential korb drehbar gehaltenen Ausgleichsrädern und mit einer Reibanordnung die einerseits an einer Stützfläche eines der Teile - Differentialkorb oder eines der Abtriebsräder - axial abgestützt ist und andererseits über eine Betätigungseinrichtung axial beaufschlagbar ist, wobei die Betätigungseinrichtung einen zum Ge häuse axial festen Stützring, einen axial verschiebbaren Stellring von denen einer gegenüber dem anderen verdrehbar ist, einen diesen bedarfsweise antreibenden Drehantrieb, wobei zwischen Stellring und Stützring Wälzkörperelemente auf passenden Steuerkurven oder -rillen eingesetzt sind, umfaßt, die derart aus gestaltet sind, daß keine Selbsthemmung im Rücklauf zwischen Stellring und Stützring auftritt.

2. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verdrehbare Ring über eine Außenverzahnung von einem insbesondere achsparallel zu den Abtriebsrädern angeordneten Zahnritzel angetrieben wird.

3. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung zwischen dem verdrehbaren Ring und Zahnritzel als Schrägverzahnung ausgebildet ist.

4. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein bedarfsweise antreibender Drehantrieb ein Untersetzungsgetriebe und einen Motor aufweist.

5. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der verdrehbare Ring durch ein pulsierendes Dreh moment antreibbar ist.

6. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Drehantrieb zugehörige Motor ein Elektro motor ist.

7. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor mit pulsierendem Strom oder Spannung betreibbar ist, mit einer Frequenz von 5 Hertz oder größer.

8. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor oder die diesem nachgeordnete Unter setzungsstufe des Untersetzungsgetriebes durch einen schaltbaren Freilauf mit der dem verdrehbaren Ring zugeordneten Untersetzungsstufe des Getriebes verbun den ist, der bei Betätigung des Motors im Sinne einer Druckbeaufschlagung für die Reibanordnung sperrt und bei Aufhebung der Betätigung im Sinne eines Rücklaufs des verdrehbaren Rings Stellrings das Untersetzungsge triebe vom Motor trennt.

9. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Rückstellfedern zwischen Stellring und Stützring und/oder zwischen Gehäuse des E-Motors und Motorwelle vorgesehen sind.

10. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerkurven oder -profile an den einander zuge wandten Stirnflächen des Stützrings und des Stell rings, die zwischen dem Stützring und dem Stellring in abstützender, den Stellring bei Verdrehung des ver drehbaren Rings verschiebender Wirkverbindung stehen, eine nicht-lineare Änderungsrate der auf den Stellring wirksamen Axialkomponente über dem Verdrehwinkel auf weisen.

11. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialmechanismus nur aus parallel zu einander angeordneten gerad- oder schrägverzahnten Stirnzahnrädern und einem Hohlrad gebildet ist.

12. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrkupplung unmittelbar zwischen den Ab triebselementen (Abtriebsräder, Abtriebswellen) wirkt.