DE4027422C2

DE4027422C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Veränderung des Sperrwertes

Info

Publication number: DE4027422C2
Application number: DE4027422A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Amborn; Wolfgang Dipl Ing Hildebrandt; Klaus Dr Greulich
Original assignee: GKN Automotive GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 1990-08-30
Filing date: 1990-08-30
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2010-08-31
Also published as: US5232416A; DE4027422A1; JPH04351354A; JP3026237B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Veränderung des Sperrwertes eines Differentialgetriebes mit einem antreib baren Differentialkorb, in dem zwei koaxiale Achswellenrä der auf ihrem Außenumfang gleitend in zylindrischen Aus nehmungen gehalten sind, die über Gruppen - insbesondere Paare - von achsparallelen miteinander kämmenden Aus gleichsrädern miteinander gekoppelt sind.

Aus der EP 0 356 401 A2 ist ein Differentialgetriebe nach Art des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs bekannt, bei dem die Ausgleichsräder über Tellerfederpakete axial vor gespannt sind. Aufgrund der dadurch verursachten Reibung an den den Federn gegenüberliegenden Stirnflächen der Ausgleichsräder ist eine selbsthemmende Wirkung des Dif ferentialgetriebes bereits im Moment des Anfahrens des Fahrzeugs sichergestellt. Bei der gleichmäßigen Ausbildung der Federn sind die axialen Reaktionskräfte der Aus gleichsräder auf die Achswellenräder untereinander gleich. Hieraus ergeben sich im Gleichgewicht befindliche radiale Fahrkraftkomponenten auf die Achswellenräder.

Aus der CH-PS 237 300 ist ein Differentialgetriebe be nannt, bei dem Ausgleichsräder, die auf zu den Achswellen rädern parallelen Wellenzapfen gelagert sind, und mit jeweils einem der Achswellenräder und paarweise unterein ander im Eingriff sind, jeweils zwei entgegengesetzt schrägverzahnte Verzahnungsbereiche aufweisen. Mit jedem der Ausgleichsräder ist jeweils ein Bremskonus verbunden, so daß drehmomentabhängig eine selbsthemmende Wirkung erzeugt wird. Aufgrund mehrerer umfangsverteilter Sätze von Ausgleichsrädern sind die Achswellenräder im Hinblick auf radiale Fahrkraftkomponenten im Gleichgewicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Veränderung des Sperrwertes und zu dessen Durchführung geeignete Differentialgetriebe der genannten Art bereitzustellen, die mit geringem Aufwand eine Varia tion des Sperrwertes ermöglichen. Bevorzugt soll es mög lich sein, diese so zu gestalten, daß sie bei geringer Bodenhaftung an einem Rad und damit geringem übertragbaren Drehmoment eine hohe Sperrwirkung und bei guten Traktions verhältnissen, d. h. großen übertragbaren Momenten, einen niedrigen Sperrwert aufweisen und mit einfachen Mittel regelbar sind. Die Lösung hierfür besteht in einem Verfah ren, das sich dadurch auszeichnet, daß der Eingriff ver schiedener Gruppen miteinander kämmender Ausgleichsräder mit beiden Achswellenrädern unabhängig voneinander in oder außer Wirkung gebracht wird, um eine veränderte resultie rende Radial- und/oder Tangentialkraft auf die Achswellen räder und damit eine veränderte Reibungskraft zumindest am Umfang in den zylindrischen Ausnehmungen für die Achswel lenräder zu erzeugen.

Ein derartiges Verfahren, das den Sperrwert stufenweise verändert, ist naturgemäß einfach, insbesondere selbsttä tig regelbar; durch den bevorzugt drehmomentabhängig zu nehmenden Eingriff weiterer Gruppen von Ausgleichsrädern wird die resultierende Radialkraft auf die Achswellenräder und damit die an diesen durch resultierende Radialkräfte erzeugte Bremswirkung reduziert. Die mögliche Variation des Sperrwertes kann bis zu einer Größenordnung von ca. 70% reichen, wenn nur eine Gruppe der Ausgleichsräder im kraftübertragenden Eingriff mit den Achswellenrädern ist und reduziert sich bis zu einer Größenordnung von ca. 20-30%, wenn alle Gruppen von Ausgleichsrädern mit den Achswellenrädern im kraftübertragenden Eingriff sind.

Ein erfindungsgemäßes Differentialgetriebe mit einem an treibbaren Differentialkorb, in dem zwei koaxiale Achswel lenräder auf ihrem Außenumfang gleitend in zylindrischen Ausnehmungen gehalten sind, die über Gruppen von achspa rallelen miteinander kämmenden Ausgleichsrädern miteinan der gekoppelt sind, zeichnet sich dadurch aus, daß zumin dest an einem Teil der Ausgleichsräder zwei Verzahnungsbe reiche unterschiedlicher Steigung vorgesehen sind, von denen der eine Bereich mit dem einem Achswellenrad und der andere Bereich mit mindestens einem dem anderen Achswel lenrad zugeordneten Ausgleichsrad im Eingriff ist, und daß die axiale Abstützung der besagten Ausgleichsräder verän derlich ist.

Durch die Art der Verzahnung der Aus gleichsräder ist es möglich, die Gruppen, d. h. insbeson dere die Paare der Ausgleichsräder, die aufgrund stets vorhandenen Zahnflankenspiels erst nach relativer Axial verschiebung zugleich miteinander und dem jeweils zugeord neten Achswellenrad in kraftübertragenden Eingriff kommen, nacheinander zur Wirkung kommen zu lassen. Grundlage hier für ist die drehmomentabhängige Axialkraft auf die Aus gleichsräder, die die Verschiebung gegen axiale Federkräf te bewirken kann. Hierbei können bei untereinander gleichem Zahnflankenspiel Federn unter schiedlicher Vorspannung oder bei Federn untereinander gleicher Federsteifigkeit und Ausgangsvorspannung unter schiedliche Zahnflankenspiele an den einzelnen Paaren der Ausgleichsräder vorgesehen sein, was insbesondere durch unterschiedlichen Achsabstand der Ausgleichsräder vom jeweiligen Achswellenrad zu erreichen ist. Alternativ sind unterschiedliche Zahnformen möglich.

Alternativ zu dieser selbstregelnden Anordnung kann auch eine externe Steuerung zur Axialverschiebung von Abstütz mitteln mit stirnseitigen Abstützflächen für die Aus gleichsräder vorgesehen sein.

Die Verzahnungsbereiche gemäß der Erfindung müssen nicht symmetrisch zueinander sein, jede Art unterschiedlicher Steigung an zumindest einem der die Achswellenräder kop pelnden Ausgleichsräder ist hierfür geeignet.

Die bei der selbsttätigen Regelung erzeugte Kennlinie der Sperrwirkung in Abhängigkeit vom übertragenen Drehmoment ist wie oben bereits erläutert degressiv. Bei der externen Steuerung können selbstverständlich andere Kennlinien der Sperrwirkung erzielt werden.

Der Gegenstand der Erfindung ist gleichermaßen auf Diffe rentialgetriebe mit Achswellenrädern in Form von Sonnenrä dern wie auch in Form von Hohlrädern anwendbar. Im übrigen sind auch unterschiedliche Drehmomentverteilungen bei unterschiedlichem Durchmesser der Achswellenräder möglich.

Um bei einer Schubumkehr, die aus Gründen der Fahrstabili tät einen geringen Sperrgrad erfordert, diesen jeweils sicherstellen zu können, ist vorgesehen, das Zahn flankenspiel, das hierbei wirksam wird, zwischen den einzelnen Gruppen der Ausgleichsräder untereinander gleich zu machen und ohne Gegenkraft von den axial wirkenden Zahn kräften überwinden zu lassen. Dies bedeutet, daß an den Ausgleichsrädern mit Abstützmitteln mit axial verschieb baren stirnseitigen Abstützflächen auf der dem Federpaket abgewandten Seite jeweils zweite axiale Anschlagflächen mit untereinander gleichem Abstand zum Ausgleichsrad vor gesehen sind, so daß sich bei Drehmomentumkehr unmittelbar ein niedriger Sperrwert nach Anlage der Ausgleichsräder an diesen zweiten Abstützflächen einstellt.

Sinngemäß kann ein erfindungsgemäßes Differential auch Ausgleichsräder mit untereinander unterschiedlichen Schrä gungswinkeln seiner beiden Verzahnungsabschnitte haben, wobei diese nicht notwendigerweise gegensinnig zu sein brauchen. Wesentlich ist, daß für den Eingriff mit dem zugeordneten Ausgleichsrad und den zugeordneten Achswel lenrädern der Gruppe für jedes Ausgleichsrad seine axiale Lage entscheidend ist. Nur in jeweils einer axialen Posi tion für jedes Ausgleichsrad ist ein Eingriff unter glei cher Zahnlast mit dem Achswellenrad gegeben. Eine Abwei chung von dieser Lage, d. h. eine Verschiebung eines Aus gleichsrades, führt dazu, daß je nach Richtung der Ver schiebung entweder die Zahnflanken zwischen dem Achswel lenrad und dem verschobenen Ausgleichsrad zusätzlich auf einandergepreßt werden und gleichzeitig die restlichen Ausgleichsräder entlastet und aus dem Zahneingriff heraus gehoben werden oder daß das verschobene Ausgleichsrad seinerseits entlastet wird und die restlichen Ausgleichs räder eine zusätzliche Belastung erfahren. Mit der Verän derung der Axialbelastung ist eine Veränderung der resul tierenden Radialkräfte auf die Achswellenräder gegeben, durch die der Sperrwert eines Differentials der genannten Bauart bestimmt wird.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Differen tialgetriebes und die zugeordnete Kennlinie der Sperrwirkung ist in den Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Differentialkorb eines erfindungsge mäßen Differentials im Längsschnitt;

Fig. 2 zeigt den Differentialkorb nach Fig. 1 im Quer schnitt;

Fig. 3 zeigt die Kennlinie der Sperrwirkung des dargestellten Differen tials in Abhängigkeit vom übertragenen Drehmoment.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Differentialkorb 1 gezeigt, der in nicht näher dargestellter Weise in einem Differen tialgehäuse drehbar gelagert ist. Er umfaßt ein Korbmit telteil 2 und zwei Deckelteile 3, 4. An diesen sind je weils Ansätze 5, 6 vorgesehen, die die Lager gegenüber dem Differentialgehäuse aufnehmen können. Die Deckelteile 3, 4 sichern die noch im einzelnen zu beschreibenden Achswel lenräder und Ausgleichsräder axial.

In einer Axialbohrung 7 ist ein erstes Achswellenrad 9 auf seinen Zahnköpfen gleitend gehalten. In einer von der Gegenseite eingebrachten Axialbohrung 8 ist ein zweites Achswellenrad 10 in gleicher Weise angeordnet. Das Achs wellenrad 9 kämmt mit einem von mehreren Ausgleichsrädern 11, das Achswellenrad 10 mit einem von mehreren Aus gleichsrädern 12. Die Achswellenräder 9, 10 haben gegen sinnige Schrägung. Die Ausgleichsräder 11, 12 weisen je weils zwei unterschiedliche Verzahnungsabschnitte 13, 14, 15, 16 auf. Sofern angenommen wird, daß das Ausgleichsrad 11 im Gehäuse axial festgehalten ist und spielfrei gegen über seinem Achswellenrad 9 und daß das Ausgleichsrad 12 flankenspielfrei gegenüber seinem Achswellenrad 10 ist, jedoch axial verschieblich ist und Flankenspiel gegenüber dem jeweils zugeordneten Ausgleichsrad 11 hat, so ist eine Axialverschiebung jedes Ausgleichsrades 12 in die eine oder andere Richtung notwendig, um den Drehmomentfluß zwischen den Achswellenrädern im einen oder anderen Sinne herzustellen. In der Praxis ergibt sich das Spiel nicht ausschließlich zwischen den Ausgleichsrädern 11 und 12, sondern auch zwischen den Ausgleichsrädern und deren jeweiligen Achswellenrädern. Durch die oben dargestellte Betrachtungsweise wird jedoch deutlich, daß unter der Vorspannung eines Federpaketes 18, das über einen exzen trischen Übertragungsbolzen 17 auf das Ausgleichsrad 12 einwirkt, der Axialverschiebung des Ausgleichsrades 12 entgegengewirkt werden kann, so daß erst bei erhöhtem Drehmoment das Ausgleichsrad 12 mit dem zugeordneten Aus gleichsrad 11 in Eingriff kommt. Sind die Federkennungen unterschiedlich oder die Flankenspiele zwischen den Aus gleichsrädern unterschiedlich, so läßt sich die in Fig. 3 dargestellte Kennlinie durch den mit zunehmenden Drehmo ment erfolgenden Eingriff weiterer Ausgleichsräder paarungen darstellen.

Bezugszeichenliste

1 Differentialkorb
2 Korbmittelteil
3 Deckelteil
4 Deckelteil
5 Ansatz
6 Ansatz
7 Axialbohrung
8 Axialbohrung
9 Achswellenrad
10 Achswellenrad
11 Ausgleichsrad
12 Ausgleichsrad
13 Verzahnungsabschnitt
14 Verzahnungsabschnitt
15 Verzahnungsabschnitt
16 Verzahnungsabschnitt
17 Exzenterbolzen
18 Federpaket

Claims

1. Verfahren zur Veränderung des Sperrwertes eines Differentialgetriebes mit einem antreibbaren Differen tialkorb (1), in dem zwei koaxiale Achswellenräder (9, 10) auf ihrem Außenumfang gleitend in zylindrischen Ausnehmungen (7, 8) gehalten sind, die über Gruppen - insbesondere Paare - von miteinander kämmenden achs parallelen Ausgleichsrädern (11, 12) miteinander ge koppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingriff einzelner Gruppen von miteinander kämmenden Ausgleichsrädern (11, 12) mit beiden Achs wellenrädern (9, 10) unabhängig voneinander in oder außer Wirkung gebracht wird, um die Abstützkräfte und die Reibungskräfte dieser Gruppen von miteinander kämmenden Ausgleichsrädern entsprechend wirken zu lassen oder aufzuheben, um eine veränderte resultie rende Radial- und/oder Tangentialkraft auf die Achs wellenräder (9, 10) und damit eine veränderte Rei bungskraft zumindest am Umfang in den zylindrischen Ausnehmungen (7, 8) für die Achswellenräder (9, 10) zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Gruppen von miteinander kämmen den Ausgleichsrädern (11, 12) jeweils durch Überwinden eines vorgesehenen Zahnspieles mittels axialer Ver schiebung in oder außer Wirkung zu bringen sind.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Gruppen von miteinander kämmen den Ausgleichsrädern (11, 12) durch untereinander gestufte Federkräfte mit axialer Wirkungsrichtung entgegen der Wirkung von Axialschub erzeugenden Zahn kräften in oder außer Wirkung gebracht werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Gruppen von miteinander kämmen den Ausgleichsrädern (11, 12) durch Überwinden unter schiedlicher Zahnspiele gegen Federkräfte von Federn gleicher Federsteifigkeit mit axialer Wirkungsrichtung entgegen der Wirkung von Axialschub erzeugenden Zahnkräften in oder außer Wirkung gebracht werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Gruppen von miteinander kämmen den Ausgleichsrädern (11, 12) durch extern gesteuerte Verschiebung von stirnseitigen Widerlagern für zumin dest einzelne der Ausgleichsräder in oder außer Wir kung gebracht werden.

6. Differentialgetriebe mit einem antreibbaren Differen tialkorb (1), in dem zwei koaxiale Achswellenräder (9, 10) auf ihrem Außenumfang gleitend in zylindrischen Ausnehmungen (7, 8) gehalten sind, die über Gruppen - insbesondere Paare - von miteinander kämmenden achs parallelen Ausgleichsrädern (11, 12) miteinander ge koppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest an einem Teil der Ausgleichsräder (11, 12) zwei Verzahnungsbereiche (13, 14; 15, 16) unter schiedlicher Steigung vorgesehen sind, von denen der eine Bereich mit dem einem Achswellenrad (9) und der andere Bereich mit mindestens einem dem anderen Achs wellenrad (10) zugeordneten Ausgleichsrad im Eingriff ist, daß die axialen Abstützungen der besagten Aus gleichsräder (11, 12) veränderbar sind und daß die Gruppen von miteinander kämmenden Ausgleichsrädern, denen die besagten Ausgleichsräder angehören, durch eine Veränderung der jeweiligen axialen Abstützung unabhängig voneinander in oder außer Wirkung zu brin gen sind.

7. Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Abstützungen der einzelnen der besag ten Ausgleichsräder mit axial unterschiedlichen Abständen zu den Ausgleichsrädern angeordnet sind, wobei die axialen Positionen dieser axialen Abstützun gen unabhängig voneinander veränderbar sind.

8. Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Positionen der axialen Abstützungen der einzelnen der besagten Ausgleichsräder mindestens teilsweise durch eine extern gesteuerte Verschiebung von stirnseitigen Abstützflächen für diese Ausgleichsräder veränderbar sind.

9. Getriebe nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Abstützungen der einzelnen der be sagten Ausgleichsräder jeweils an einem Ende durch stirnseitig angeordnete Federn (18) dargestellt sind.

10. Getriebe nach Anspruch 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn an den einzelnen Gruppen von mit einander kämmenden Ausgleichsrädern (18) eine gleiche Federsteifigkeit und axial unterschiedliche voneinan der beabstandete stirnseitige Abstützflächen für die Ausgleichsräder aufweisen.

11. Getriebe nach Anspruch 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn an den verschiedenen Gruppen von mit einander kämmenden Ausgleichsrädern (18) eine unter schiedliche Federsteifigkeit aufweisen.

12. Getriebe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Federn (18) vorgespannt ist.