DE4036588A1

DE4036588A1 - Differentialgetriebe

Info

Publication number: DE4036588A1
Application number: DE19904036588
Authority: DE
Inventors: Manfred Petzelbauer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1990-11-16
Publication date: 1992-05-21

Description

Die Erfindung betrifft ein selbstsperrendes Differentialgetriebe mit den Merkmalen:

- ein Planetenträger treibt über radial gerichtete Planetenachsen mit Planetenrädern zwei Zentralräder,
- je eine Reibkupplung verbindet jedes Zentralrad mit dem Planetenträger,
- ein Schließglied jeder Reibkupplung ist drehfest mit dem Planetenträger verbunden,
- der Planetenträger treibt die Planetenachsen über erste und zweite Mitnahmeflächen der Schließglieder,
- die ersten Mitnahmeflächen der Schließglieder wirken in einer ersten Drehkraftrichtung des Planetenträgers axial abweisend mit den Planetenachsen zusammen und wandeln eine Drehkraft des Planetenträgers in nach außen weisende und die Reibkupplungen schließende Axialkräfte der Schließglieder.

Ein Differentialgetriebe dieser Art als Achsgetriebe in einer Antriebsachse eines Fahrzeugs kann verhindern, daß ein Antriebsrad der Antriebsachse bei mangelhaftem oder fehlendem Reibschluß zum Boden durchdreht, weil es über die Reibkupplungen einen zusätzlichen Teil der Drehkraft des Planetenträgers auf das noch greifende Antriebsrad der Antriebsachse übertragen kann.

Bei bekannten Differentialgetrieben dieser Art (DE 10 86 564; DE 12 65 593; Prospekt G 4061 P-SL 5/87 d der Zahnradfabrik Friedrichshafen) sind die zweiten Mitnahmeflächen der Schließglieder symmetrisch zu den ersten Mitnahmeflächen ausgeführt, so daß auch in der anderen Drehkraftrichtung eine Drehkraft des Planetenträgers in nach außen wirkende und die Reibkupplungen schließende Axialkräfte der Schließglieder gewandelt wird.

Wenn man die erste Drehkraftrichtung dem Vorwärts- Antrieb zuordnet, gilt die zweite Drehkraftrichtung für den Rückwärts-Antrieb und für das Bremsen in Vorwärts- Fahrtrichtung.

Die selbsttätige Koppelung der beiden Antriebsräder durch die Drehkräfte der Reibkupplungen ist bei Vorwärts- Antrieb nach wie vor als Anfahrhilfe und zur Verbesserung der Fahrstabilität, besonders bei Geradeausfahrt mit höchster Antriebsleistung und Fahrgeschwindigkeit, erwünscht. Die Funktion eines Anti-Blockier-Systems (ABS), das die Fahrstabilität beim Bremsen besonders in Vorwärts- Fahrtrichtung verbessern soll, wird jedoch durch eine Koppelung der beiden Antriebsräder grundsätzlich gestört, weil das ABS beim Bremsen aus hoher Fahrgeschwindigkeit auf schwierigem Boden (Eis, Schnee, Ölspur) nur dann sowohl eine gute Lenkbarkeit als auch einen kurzen Bremsweg des Fahrzeugs erreicht, wenn allein das ABS die Bremsdrehkraft jedes einzelnen Fahrzeugrades unabhängig von den Bremsdrehkräften der anderen Fahrzeugräder regeln kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Differentialgetriebe der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das als Achsgetriebe in einer Antriebsachse bei Vorwärts-Antriebsfahrt, wenn ein Motor des Fahrzeugs die Antriebsachse antreibt, die beiden Antriebsräder dieser Antriebsachse (oder als Zwischenachsgetriebe zwischen zwei Antriebsachsen diese beiden Antriebsachsen eines Fahrzeugs) durch die Drehkräfte der beiden Reibkupplungen in gewohnter Weise koppelt, das jedoch beim plötzlichen Bremsen aus hoher Fahrgeschwindigkeit seine beiden Reibkupplungen möglichst schnell und vollständig öffnet, damit ein ABS dann sofort ungestört arbeiten kann, um ein Schleudern des Fahrzeugs zu verhindern.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst:

- die Axialgleitlager der Planetenräder wandeln auch in der zweiten Drehkraftrichtung des Planetenträgers eine Drehkraft des Planetenträgers in nach außen weisende Axialkräfte der Schließglieder;
- die einhakend wirkenden zweiten Mitnahmeflächen der Schließglieder und der Planetenachsen wandeln in der zweiten Drehkraftrichtung eine Drehkraft des Planetenträgers in nach innen weisende Axialkräfte der Schließglieder.

Wenn ein Steigungswinkel der zweiten Mitnahmeflächen so groß ist, daß die Schließglieder in der zweiten Drehkraftrichtung ohne Axialkraft sind, können die Reibkupplungen sich selbsttätig öffnen; wenn der Steigungswinkel so groß ist, daß die resultierenden Axialkräfte der Schließglieder nach innen weisen, helfen die Schließglieder, die Reibkupplungen zu öffnen.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch mit den Merkmalen nach Anspruch 2 und Anspruch 3 gelöst:

- die ebenen Axialgleitlager der Planetenräder erzeugen weder in der ersten noch in der zweiten Drehkraftrichtung eine Axialkraft der Schließglieder;
- wenn die zweiten Mitnahmeflächen der Schließglieder und der Lagerglieder axial neutral zusammenwirken (beispielsweise dann, wenn sie alle achsparallel sind), entsteht in der zweiten Drehkraftrichtung auch durch sie keine Axialkraft der Schließglieder, und die Reibkupplungen können sich selbsttätig öffnen (Anspruch 2);
- wenn die zweiten Mitnahmeflächen der Schließglieder und der Lagerglieder einhakend zusammenwirken, erzeugen sie in der zweiten Drehkraftrichtung nach innen weisende Axialkräfte der Schließglieder, die die Reibkupplungen öffnen helfen (Anspruch 3).

Wenn die Planetenräder zwischen zwei Mitnahmenuten des Planetenträgers angeordnet sind, sind immer die ganzen Rückenflächen der Lagerglieder gegen die Bohrung des Planetenträgers gestützt (Anspruch 4).

Wenn die Lagerglieder sich gegenseitig gegen Verdrehen sichern, bleiben die Steigungswinkel ihrer Mitnahmeflächen immer unverändert (Anspruch 5).

Mit nur einer Planetenachse mit zwei Planetenrädern und zwei Lagergliedern wird die Anzahl der Bauteile klein und der Zusammenbau erleichtert (Anspruch 6).

Wenn die zwei Lagerglieder einen geschlossenen Ring bilden, wird die Teilezahl noch geringer und der Zusammenbau noch einfacher (Anspruch 7).

Mit der Feder wird eine gewünschte geringe Drehkraft der Reibkupplungen auch bei Rückwärts-Antrieb erreicht (Anspruch 8).

Die als Ringfedern wirkenden Lamellen öffnen die Reibspalte der Reibkupplungen in an sich bekannter Weise besonders schnell. Dadurch wird beim Öffnen der Reibkupplungen eine zunächst noch größere Schleppdrehkraft schnell bis auf eine geringe Restdrehkraft abgebaut (Anspruch 9).

Wenn die zweiten Mitnahmeflächen der Planetenachsen V-Nuten bilden, können sie in vorteilhafter Weise spanlos geformt werden (Anspruch 10).

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung und nach dem bisherigen Stand der Technik dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 und 1A ein erstes Ausführungsbeispiel (nach Anspruch 1) und

Fig. 2, 2A, 2B, und 3 ein zweites Ausführungsbeispiel (nach Anspruch 2 und 3) nach der Erfindung und

Fig. 4 und 4A ein Differentialgetriebe nach dem Stand der Technik.

Fig. 1 und 1A: Ein selbstsperrendes Differentialgetriebe 1 als Achsgetriebe in einer nicht gezeigten Antriebsachse eines Fahrzeugs ist als Kegelrad- Planetengetriebe mit Kegelzahnrädern als Planetenrädern 2 auf radial gerichteten Planetenachsen 3 in einem Planetenträger 4 und mit zwei Kegelzahnrädern als Zentralrädern 5 ausgeführt. Ebene Anlaufscheiben 12 stützen die Zentralräder 5 axial gegen den Planetenträger 4. Je eine Reibkupplung 6 verbindet jedes Zentralrad 5 mit dem Planetenträger 4. Die Reibkupplungen 6 sind Lamellenkupplungen mit ersten Lamellen 7, zweiten Lamellen 8 und je einem Schließglied 9, 19. Die ersten Lamellen 7 sind jeweils drehfest mit einem Zentralrad 5 verbunden. Die zweiten Lamellen 8 und die beiden Schließglieder 9, 19 sind drehfest mit dem Planetenträger 4 verbunden. Die Schließglieder 9, 19 haben rampenförmige erste und zweite Mitnahmeflächen 13, 14 für die Planetenachsen 3. Der Planetenträger 4 treibt die Zentralräder 5 über die Schließglieder 9, 19 mit ihren Mitnahmeflächen 13 oder 14, die Planetenachsen 3 und die Planetenräder 2. In einer ersten Drehkraftrichtung des Planetenträgers 4, bei Vorwärts-Antriebsfahrt des Fahrzeugs, wenn ein Motor die Antriebsachse treibt, wirken die ersten Mitnahmeflächen 13 axial abweisend mit ersten Mitnahme flächen 16 an den Planetenachsen 3 zusammen und wandeln eine Drehkraft des Planetenträgers 4 in nach außen weisende und die Reibkupplungen 6 schließende Axialkräfte der Schließglieder 9, 19. In der zweiten Drehkraftrichtung, bei Rückwärts-Antriebsfahrt und beim Bremsen in Vorwärts- Fahrtrichtung, wenn die Antriebsachse den Motor treibt, wirken die zweiten Mitnahmeflächen 14 einhakend mit zweiten Mitnahmeflächen 15 an den Planetenachsen 3 zusammen und wandeln eine Drehkraft des Planetenträgers 4 in nach innen weisende und die Reibkupplungen 6 öffnende Axialkräfte der Schließglieder 9, 19. Außenkugelige Rückenflächen 11 der Planetenräder 2 bilden mit innenkegeligen oder -kugeligen Laufflächen 10 an den Schließgliedern 9, 19 Axialgleitlager für die Planetenräder 2. In beiden Drehkraftrichtungen des Planetenträgers 4 wirken die Rückenflächen 11 der Planetenräder axial abweisend mit den Laufflächen 10 an den Schließgliedern 9, 19 zusammen und wandeln eine Drehkraft des Planetenträgers 4 in nach außen weisende und die Reibkupplungen 6 schließende Axialkräfte der Schließglieder 9, 19. In der zweiten Drehkraftrichtung wirken diesen schließenden Axialkräften die durch die zweiten Mitnahmeflächen 14, 15 bewirkten öffnenden Axialkräfte der Schließglieder 9, 19 mindestens ausgleichend entgegen, so daß die Drehkraft des Planetenträgers 4 bei Rückwärts-Antriebsfahrt und besonders beim Bremsen in Vorwärts-Fahrtrichtung die Reibkupplungen 6 nicht mehr schließen kann. Damit wird das bei Vorwärts-Antriebsfahrt 6 sperrende Differentialgetriebe 1 beim Übergang zum Bremsen zu einem Differentialgetriebe mit freiem Drehzahlausgleich und ein ABS kann auf bestmögliche Weise ein Schleudern des Fahrzeugs verhindern.

Die ersten Lamellen 7 der Reibkupplungen 6 sind als Wellringfedern gestaltet mit einer axialen Federkraft, die nur eine geringe Drehkraft der Reibkupplungen 6 erzeugt, eine Drehkraft, die die Funktion eines ABS noch nicht stört, die aber ausreicht, um beim Übergang von der Vorwärts- Antriebsfahrt zum Bremsen die Reibspalte der Reibkupplungen 6 schnell zu öffnen. Ein Steigungswinkel 17 der ersten Mitnahmeflächen 13 der Schließglieder 9 beträgt 45 Grad. Ein Steigungswinkel 18 der zweiten Mitnahmeflächen 14 beträgt 70 Grad.

Fig. 2, 2A, 2B und 3: Bei diesem Differentialgetriebe 1 wirken die ersten und zweiten Mitnahmeflächen 13, 14 der Schließglieder 9, 19 mit ersten und zweiten Mitnahmeflächen 15, 16 an besonderen Lagergliedern 21 zusammen. Ebene Rückenflächen 11 der Planetenräder 2 bilden mit ebenen Laufflächen 10 der Lagerglieder 21 Axialgleitlager für die Planetenräder 2. Die Lagerglieder 21 sind auf den Planetenachsen 3 geführt und mit einer außenzylindrischen Rückenfläche 22 gegen eine zentrale Bohrung 23 des Planetenträgers 4 gestützt. Das Differentialgetriebe 1 hat nur eine Planetenachse 3 mit zwei Planetenrädern 2 und zwei Lagergliedern 21. Die zwei Lagerglieder 21 bilden einen geschlossenen Ring. Die Planetenräder 2 sind zwischen je zwei Mitnahmenuten 25 für Mitnahmezähne 24 der Schließglieder 9, 19 und den ersten Lamellen 7 angeordnet.

In einer ersten Drehkraftrichtung des Planetenträgers 4, bei Vorwärts-Antriebsfahrt des Fahrzeugs, wenn ein Motor die Antriebsachse treibt, wirken die ersten Mitnahmeflächen 13 der Schließglieder 9, 19 axial abweisend mit den ersten Mitnahmeflächen 16 an den Lagergliedern 21 zusammen und wandeln eine Drehkraft des Planetenträgers 4 in nach außen weisende und die Reibkupplungen 6 schließende Axialkräfte der Schließglieder 9, 19 (Fig. 2A und 2B).

In der zweiten Drehkraftrichtung, bei Rückwärts- Antriebsfahrt und beim Bremsen in Vorwärts-Fahrtrichtung, wenn die Antriebsachse den Motor treibt, wirken die zweiten Mitnahmeflächen 14 der Schließglieder 9, 19 mit den zweiten Mitnahmeflächen 15 der Lagerglieder 21 entweder axial neutral (Fig. 2A mit achsparallelen zweiten Mitnahmeflächen 14, 15) oder einhakend (Fig. 2B mit zweiten Mitnahmeflächen 14, 15 mit großem negativen Steigungswinkel 18) zusammen. Im ersten Fall, mit ebenen Axialgleitlagern für die Planetenräder 2 (Fig. 2 und 3) und achsparallelen zweiten Mitnahmeflächen 14, 15 (Fig. 2A), bleiben die Schließglieder 9, 19 ohne Axialkraft und die Reibkupplungen 6 können sich selbsttätig öffnen. Im zweiten Fall, mit ebenen Axialgleitlagern für die Planetenräder 2 (Fig. 2 und 3) und einhakenden Mitnahmeflächen 14, 15 (Fig. 2B), wird eine Drehkraft des Planetenträgers 4 in nach innen weisende (geringe) Axialkräfte der Schließglieder 9, 19 gewandelt, die dann mithelfen, die Reibkupplungen 6 zu öffnen.

Fig. 4 und 4A: Bei diesem selbstsperrenden Differentialgetriebe 1 nach dem Stand der Technik sind die zweiten Mitnahmeflächen 14 symmetrisch zu den ersten Mitnahmeflächen 13 der Schließglieder 9 ausgebildet. Dadurch ist die Sperrwirkung bei Antriebsfahrt in beiden Fahrtrichtungen gleich groß und die Funktion eines ABS wird beim Übergang aus schneller Vorwärts-Fahrt mit großer Motorleistung zum Bremsen desto stärker gestört, je mehr Drehkraft die Reibkupplungen 6 von einem Antriebsrad auf das andere Antriebsrad der Antriebsachse übertragen.

Bezugszeichen

1 Differentialgetriebe
2 Planetenrad
3 Planetenachse
4 Planetenträger
5 Zentralrad
6 Reibkupplung
7 Lamelle
8 Lamelle
9 Schließglied
10 Lauffläche
11 Rückenfläche
12 Anlaufscheibe
13 Mitnahmefläche
14 Mitnahmefläche
15 Mitnahmefläche
16 Mitnahmefläche
17 Steigungswinkel
18 Steigungswinkel
19 Schließglied
20 -
21 Lagerglied
22 Rückenfläche
23 Bohrung
24 Mitnahmezahn
25 Mitnahmenut

Claims

1. Selbstsperrendes Differentialgetriebe (1) mit den Merkmalen:

- ein Planetenträger (4) treibt über radial gerichtete Planetenachsen (3) mit Planetenrädern (2) zwei Zentralräder (5),
- je eine Reibkupplung (6) verbindet jedes Zentralrad (5) mit dem Planetenträger (4),
- ein Schließglied (9, 19) jeder Reibkupplung (6) ist drehfest mit dem Planetenträger (4) verbunden,
- der Planetenträger (4) treibt die Planetenachsen (3) über erste und zweite Mitnahmeflächen (13, 14) der Schließglieder (9, 19),
- die ersten Mitnahmeflächen (13) der Schließglieder (9, 19) wirken in einer ersten Drehkraftrichtung des Planetenträgers (4) axial abweisend mit ersten Mitnahmeflächen (16) an den Planetenachsen (3) zusammen und wandeln eine Drehkraft des Planetenträgers (4) in nach außen weisende und die Reibkupplungen (6) schließende Axialkräfte der Schließglieder (9, 19),
- außenkugelige Rückenflächen (11) der Planetenräder (2) bilden mit innenkegeligen oder -kugeligen Laufflächen (10) an den Schließgliedern (9, 19) Axialgleitlager für die Planetenräder (2),

gekennzeichnet durch das Merkmal: die zweiten Mitnahmeflächen (14) der Schließglieder (9, 19) wirken in der zweiten Drehkraftrichtung des Planetenträgers (4) einhakend mit zweiten Mitnahmeflächen (15) an den Planetenachsen (3) zusammen und wandeln eine Drehkraft des Planetenträgers (4) in nach innen weisende Axialkräfte der Schließglieder (9, 19).

2. Selbstsperrendes Differentialgetriebe (1) mit den Merkmalen:

- ein Planetenträger (4) treibt über radial gerichtete Planetenachsen (3) mit Planetenrädern (2) zwei Zentralräder (5),
- je eine Reibkupplung (6) verbindet jedes Zentralrad (5) mit dem Planetenträger (4),
- ein Schließglied (9, 19) jeder Reibkupplung (6) ist drehfest mit dem Planetenträger (4) verbunden,
- der Planetenträger (4) treibt die Planetenachsen (3) über erste und zweite Mitnahmeflächen (13, 14) der Schließglieder (9, 19),
- die ersten Mitnahmeflächen (13) der Schließglieder (9, 19) wirken in einer ersten Drehkraftrichtung des Planetenträgers (4) axial abweisend mit ersten Mitnahmeflächen (16) an Lagergliedern (21) für die Planetenräder (2) zusammen und wandeln eine Drehkraft des Planetenträgers (4) in nach außen weisende und die Reibkupplungen (6) schließende Axialkräfte der Schließglieder (9, 19),
- ebene Rückenflächen (11) der Planetenräder (2) bilden mit ebenen Laufflächen (10) an den Lagergliedern (21) Axialgleitlager für die Planetenräder (2),
- die Lagerglieder (21) sind auf den Planetenachsen (3) geführt und mit einer außenzylindrischen Rückenfläche (22) gegen eine zentrale Bohrung (23) des Planetenträgers (4) gestützt,

gekennzeichnet durch das Merkmal: die zweiten Mitnahmeflächen (14) der Schließglieder (9, 19) wirken in der zweiten Drehkraftrichtung des Planetenträgers (4) axial neutral mit zweiten Mitnahmeflächen (15) an den Lagergliedern (21) zusammen.

3. Selbstsperrendes Differentialgetriebe (1) mit den Merkmalen:

gekennzeichnet durch das Merkmal: die zweiten Mitnahmeflächen (14) der Schließglieder (9, 19) wirken in der zweiten Drehkraftrichtung des Planetenträgers (4) einhakend mit zweiten Mitnahmeflächen (15) an den Lagergliedern (21) zusammen und wandeln eine Drehkraft des Planetenträgers (4) in nach innen weisende Axialkräfte der Schließglieder (9, 19).

4. Differentialgetriebe nach Anspruch 2 oder 3, mit dem Merkmal: die Planetenräder (2) sind in Lücken zwischen radial äußeren Mitnahmezähnen (24) der Schließglieder (9, 19) und damit zwischen Mitnahmenuten (25) des Planetenträgers (4) angeordnet.

5. Differentialgetriebe nach Anspruch 2 oder 3, mit dem Merkmal: die Lagerglieder (21) sichern sich gegenseitig gegen Verdrehen um die Planetenachsen (3).

6. Differentialgetriebe nach Anspruch 2 oder 3, mit dem Merkmal: das Differentialgetriebe (1) hat nur eine Planetenachse (3) mit zwei Planetenrädern (2) und zwei Lagergliedern (21).

7. Differentialgetriebe nach Anspruch 6, mit dem Merkmal: die zwei Lagerglieder (21) bilden einen geschlossenen Ring.

8. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, 2, oder 3, mit dem Merkmal: in jeder Reibkupplung erzeugt eine Feder eine axiale Federkraft und damit eine Drehkraft der Reibkupplung (6).

9. Differentialgetriebe nach Anspruch 8, mit den Merkmalen:

- jede Reibkupplung (6) ist eine Lamellenkupplung mit ersten und zweiten Lamellen (7, 8),
- die ersten Lamellen (7) sind als Ringfedern mit axialer Federkraft gestaltet und bilden die Feder.

10. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, mit dem Merkmal: die zweiten Mitnahmeflächen (15) der Planetenachsen (3) bilden V-Nuten.