DE4103053C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein sperrbares Ausgleichsgetrie­ be mit jeweils einer Freilaufkupplung auf beiden Seiten eines Achsantriebes, wobei diese Freilaufkupplungen un­ ter bestimmten Übersetzungsverhältnissen vom Antriebsrad (Tellerrad) angetrieben werden und deshalb mit einer Drehzahldifferenz um die beiden Antriebswellen umlaufen.

Es sind viele Anordnungen bekannt, die den Zweck verfol­ gen, bei Bedarf den Ausgleich des Ausgleichsgetriebes zu sperren. Diese bekannten Sperren werden im Bedarfsfalle mit unterschiedlicher Methode und deshalb unterschied­ licher Auswirkung aktiviert.

Bei diesen Ausgleichssperren unterscheidet man zwischen schaltbaren Ausgleichssperren und selbstsperrenden Aus­ gleichssperren. Bei letztgenannten ist die Methode der Sperrung durch Gleitsteine, durch Schneckenrad-Aus­ gleichsgetriebe, durch Viscosekupplung oder durch Lamel­ lenkupplung bekannt.

Alle vorgenannten Anordnungen blockieren mehr oder minder stark während ihrer Aktivität den gesamten Aus­ gleichvorgang, wodurch die Motorleistung einseitig bei dann entsprechend negativ beeinflußtem Fahrverhalten übertragen wird. In Abweichung hiervon werden bei den mit komplexem elektronisch-hydraulischem Aufwand arbei­ tenden teueren Anordnungen, bekannt unter der Bezeich­ nung ASD (Automatisches Sperrdifferential) bzw. ASR (Antischlupfregelung) obige Nachteile weitestgehend ver­ mieden.

Aus der DE-AS 12 99 536 ist ein selbstsperrendes Aus­ gleichsgetriebe bekannt bei dem auf beiden Seiten des Ausgleichsgetriebes Klemmkörper angeordnet sind. Durch die ständige Relativdrehung der Naben 15 gegen das Ausgleichsgetriebegehäuse 4 drücken die Kanten 24 die Klemmkörper 18 zunehmend gegen die von den Ausnehmungen 9 gebildeten Reibflächen des Ausgleichsgetriebegehäu­ ses. Eine so erreichbare Sperrwirkung baut sich in Abhängigkeit von der Größe der Relativdrehung über die Klemmkörper durch deren zunehmende Reibung auf. Eine wirksame Sperrwirkung entsteht aus diesem Grunde nur bei großen Differenzdrehzahlen der Antriebsräder. Durch die Reibung der Klemmkörper kommt es dabei zu starker Wärmebelastung und entsprechendem Verschleiß. Eine bei bestimmter Differenzdrehzahl mögliche Totalsperrung führt auch bei dieser Anordnung eines sperrbaren Aus­ gleichsgetriebes wegen der Blockierung der Relativdre­ hung zur Drehzahlanhebung des antreibenden Rades bzw. zur Absenkung der Motordrehzahl. Die sich hieraus er­ gebenden Beschleunigungskräfte können zu Traktionspro­ blemen führen, zumal sie von nur einem Rad übertragen werden müssen. Dieser unkontrollierbare, ausgerechnet in Grenzsituationen auftretende Effekt führt, verstärkt durch den dann einseitig erfolgenden Antrieb, zu negati­ vem Fahrverhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein gattungsge­ mäßes Ausgleichsgetriebe zu schaffen, das die Traktion und die Fahrstabilität eines Fahrzeuges verbessert.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß um beide Achswellenräder jeweils ein Freilauf umläuft,
daß diese Freiläufe in festen Verhältnis (z. B. 1,3 : 1) von der Winkelgeschwindigkeit des Achsgetriebes (Tellerrad) abweichend, über ein entsprechendes Getriebe angetrieben werden,
daß einer der Freiläufe immer dann sperrt, wenn das zugehörige Achswellenrad und damit die zugehörige Antriebswelle diese vom Tellerrad abweichende Winkel­ geschwindigkeit des Freilaufes zu unterschreiten sucht.

Auf diese Weise gelangt man zu einer Anordnung der vorstehend genannten Art, welche die zur Kurvenfahrt notwendigen Drehzahlunterschiede unbeeinflußt zuläßt, jedoch die Überschreitung dieser Drehzahldifferenz durch Verkupplung der Antriebswellen (unter Zwischenschaltung des o.a. Getriebes) verhindert.

Durch diese erst bei z. B. 60%igem Schlupf wirksam werdende Sperrung eines Freilaufes und die hiermit unter Beibehaltung der zugehörigen Drehzahldifferenz erreichte Verkupplung der beiden Achswellen ergibt sich die im Vergleich mit den bekannten mechanisch wirkenden Anord­ nungen unterschiedliche Wirkung: Nicht nur die Übertra­ gung von Antriebsleistung bleibt bei Schlupf eines Rades möglich, sondern der Fahrzeugantrieb erfolgt auch in diesem Falle weiterhin über beide Antriebswellen und zwar unter automatisch optimaler Aufteilung des Drehmo­ mentes. Sinkt der Schlupf wieder unter die von den Getriebeparametern abhängige Grenze von z. B. 60%, so verteilt sich das Drehmoment durch Freigabe der Sperre (Freilauf) automatisch wieder gleichmäßig auf beide Seiten.

Zweckmäßig kann die Anordnung so getroffen sein, daß jeder der mit Differenzdrehzahl (z. B. 1,3:1) zum Teller­ rad um die Achswellenräder umlaufenden Freiläufe von einem Planetengetriebe angetrieben wird.

Es ist jedoch auch eine Anordnung denkbar, bei der die beidseitig vom eigentlichen Ausgleichsgetriebe die Antriebswellen mit einer geeigneten Differenzdrehzahl zum Tellerrad umlaufenden Freiläufe von einem Stirnrad­ getriebe angetrieben werden.

Die vorstehend beschriebene Erfindung basiert auf dem Gedanken, automatisch nur dann die beiden Antriebswellen eines Ausgleichsgetriebes in geeigneter Drehzahlabhän­ gigkeit miteinander zu verkuppeln, falls das Ausgleichs­ getriebe die bei normaler Traktion üblichen Drehzahlun­ terschiede (z. B. Tellerrad : Achswellenrad = 1,3:1) ohne Differenzbegrenzer überschreiten würde.

Durch die Erfindung gelangt man zur Verbesserung der Traktion (optimaler Vortrieb) und der Fahrstabilität.

Außerdem wird der Antriebsausfall beim Anfahren und Beschleunigen verhindert. Darüberhinaus wirkt das System als Anfahrhilfe insbesondere bei einseitiger Glätte. Die so erreichte Optimierung der Traktion ist einem 100%ig gesperrten Differential überlegen und vergleichbar mit der Leistung der wesentlich aufwendigeren elektronisch- hydraulisch wirkenden Systeme ASD bzw. ASR.

Die während des Bremsvorganges bei Schlupf gleichermaßen einsetzende Funktion der Differenzbegrenzung verhindert das Blockieren eines Rades. Die somit weiterhin mögliche Übertragung von Führungskräften durch das betroffene Rad kann das Schleudern des Fahrzeuges bei einseitiger Glätte verhindern und wird sich möglicherweise als größter Vorteil dieser Anordnung herausstellen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels in der Zeichnung des näheren erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Die Ausführungsform der Erfindung bei Einsatz von Planetengetrieben.

Fig. 2 Die Stellung der Sperrkeile des abschaltbaren Freilaufes in eingeschaltetem Zustand.

Fig. 3 Die Stellung der Sperrkeile des abschaltbaren Freilaufes in abgeschaltetem Zustand.

Fig. 4 Die Ausführungsform eines umschaltbaren Frei­ laufes.

In Fig. 1 ist ein Kegelrad-Ausgleichgetriebe mit beid­ seitig angeordneten Differenzbegrenzern dargestellt. Als Getriebe für diese Differenzbegrenzer wurden hier Plane­ tenradsätze gewählt.

Von einem Antriebskegelrad 10, das in nicht näher dargestellter Weise vom Motor angetrieben wird, wird das Tellerrad 11 angetrieben. In dem mit dem Tellerrad verbundenen Ausgleichsgehäuse 12 sind die Ausgleichske­ gelräder 13 drehbar gelagert. Die beiden Achswellen­ kegelräder 14 und 15 werden von den Ausgleichskegelrä­ dern 13 mitgenommen. Die Ausgleichskegelräder 13 ermög­ lichen einen für die Kurvenfahrt notwendigen Drehzahl­ unterschied zwischen den beiden Achswellenkegelrädern 14 und 15.

Links und rechts vom Tellerrad 11 sind in drehfester Verbindung mit diesem die beiden Hohlräder 16 und 17 angeordnet. Die Planetenräder 18 des links angeordneten Differenzbegrenzers kämmen gleichzeitig mit dem Hohlrad 16 und mit dem Sonnenrad 20, die Planetenräder 19 des rechtsseitig angeordneten Differenzbegrenzers kämmen gleichzeitig mit dem Hohlrad 17 und dem Sonnenrad 21. Die beiden Sonnenräder 20 und 21 können keine Drehbewe­ gung ausführen, da sie fest mit dem Gehäuse 22 des Achsantriebes verbunden sind.

Über die linken Planetenräder 18 bzw. rechten Planeten­ räder 19 werden die Planetenradträger 23 und 24 mitge­ nommen. Diese sind als Außenringe von Freilaufkupplungen ausgebildet und umlaufen mit verminderter Drehzahl zum Tellerrad 11 die zugehörigen Innenringe der Freilauf­ kupplungen 25 und 26.

Der linke Freilaufinnenring 25 ist drehfest mit dem linken Achswellenkegelrad 14 und der rechte Freilauf­ innenring 26 ist drehfest mit dem rechten Achswellen­ kegelrad 15 verbunden. Die zwischen den inneren und äußeren Laufringen der Freilaufkupplungen in regelmäßi­ gen Abständen in Käfigen angeordneten Keile 27 bzw. 28 lassen eine Verdrehung der Laufringe gegeneinander nur in einer Laufrichtung zu.

Bei Geradeausfahrt und ausreichender Traktion drehen sich anordnungsbedingt die Innenringe 25 bzw. 26 der Freilaufkupplungen mit erhöhter Drehzahl in Bezug zur Drehzahl der Freilaufaußenringe 23 bzw. 24. Bei diesen Drehzahlverhältnissen sind die Freilaufkupplungen ge­ löst.

Bei Kurvenfahrt vermindert sich die Drehzahl des kurven­ innenliegenden Rades und damit der Drehzahlunterschied zwischen dem Innenring und dem Außenring der kurven­ innenliegenden Freilaufkupplung. Da wegen der Getrie­ beauslegung auch bei engster Kurvenfahrt diese Drehzahl­ verminderung nicht zur Drehzahlangleichung des inneren und äußeren Laufringes einer Freilaufkupplung führt, bleiben beide Freilaufkupplungen gelöst. Auch hier fin­ det also keinerlei Beeinflussung statt.

Bei z. B. rechtsseitig auftretender Verminderung der Traktion erhöht sich die Drehzahl des rechten Achswel­ lenrades 15 um den gleichen Betrag um den die Drehzahl des linken Achswellenrades 14 absinkt. Sobald diese absinkende Drehzahl des linken Achswellenrades 14 und damit die des Innenringes 25 der zugehörigen linksseiti­ gen Freilaufkupplung die Drehzahl des äußeren Laufringes 23 erreicht, sperren die Keile 27 und verhindern damit die unerwünschte weitere Zunahme dieses Effektes unter Beibehaltung eines bestimmten Übersetzungsverhältnisses.

Bei linksseitig auftretendem Schlupf wirkt in gleicher Weise - allerdings seitenvertauscht - der rechte Dreh­ zahlbegrenzer.

Die somit weiterhin mögliche Übertragung des gesamten Drehmomentes verzweigt sich bei einseitigem Schlupf demnach automatisch auf folgende Weise:
Primär wird ein Teil des insgesamt am Tellerrad anste­ henden Drehmomentes vom Tellerrad über das Ausgleichs­ gehäuse und von hier aus unter gleichmäßiger Auftei­ lung über die Ausgleichsräder auf die beiden Achswel­ lenräder geleitet. Der über diesen Weg maximal über­ tragbare Betrag des Drehmomentes wird vom Rad mit dem größten Schlupf begrenzt.
Sekundär wird der restliche Anteil des Drehmomentes vom Tellerrad zusätzlich zum o.a. Primäranteil auf die Antriebsseite mit der ungestörten Traktion übertra­ gen. Dies geschieht automatisch nach vorheriger Ver­ stärkung durch den auf der selben Antriebsseite angeordneten Differenzbegrenzer über dessen gesperrte Freilaufkupplung.

Sobald die schlupfbedingte Drehzahlerhöhung eines Rades durch sich verbessernde Traktion bzw. durch Leistungs­ verringerung des Antriebs wieder abnimmt löst automa­ tisch die vorher blockierte Freilaufkupplung, da der innere Laufring dieser Kupplung jetzt wieder mit größe­ rer Drehzahl als der Außenring umläuft. Das Drehmoment verteilt sich damit wieder zu gleichen Teilen auf beide Räder.

Bei den in der Anordnung benutzten Freilaufkupplungen handelt es sich um Weiterbildungen von zum Stand der Technik zählenden Anordnungen. Diese Weiterbildung der Freilaufkupplung hat die Aufgabe, eine bei Rückwärts­ fahrt gleichzeitig einsetzende Funktion der Freilauf­ kupplungen zu verhindern.

Die in Fig. 2 gezeigte abschaltbare Freilaufkupplung besteht aus dem äußeren Laufring 23, den Keilen 27 und dem inneren Laufring 25. Die Keile 27 werden von einem äußeren Käfigring 29 und einem inneren Käfigring 30 geführt. Der äußere Käfigring 29 hält ständig über seinen Reibring Reibungskontakt zum Ausgleichsgehäuse oder Tellerrad, der innere Käfigring 30 dagegen steht über seinen Reibring ständig in Reibungskontakt zum Planetenradträger 23.

Ein solcher Reibungskontakt könnte beispielsweise durch eine an entsprechender Seite der beiden Käfigringe 29 und 30 angeordnete zentrisch umlaufende Verrippung erreicht werden, wenn diese in einer passenden Vernutung des Tellerades 11 bzw. des Planetenradträgers 23 (24) umläuft. Neben dem hier über das Schmiermittel erreich­ ten Reibungskontakt würde so gleichzeitig ein zentrischer Umlauf der Käfigringe sichergestellt.

Da während der Vorwärtsfahrt bei ungestörter Traktion das Tellerrad 11 mit größerer Drehzahl als der Planeten­ radträger 23 umläuft, nehmen die Keile 27 - veranlaßt durch die Reibungskräfte der Reibringe 29 und 30 - die in Fig. 2 dargestellte Position ein. Ein Absinken der Drehzahl des Achswellenrades 13 unter diejenige des Planetenradträgers 23 ist somit durch die dann einset­ zende Sperrwirkung der Keile 27 nicht möglich.

Durch die bei Rückwärtsfahrt erfolgende Umkehrung aller Drehrichtungen nehmen die Keile 27 - verursacht durch die als Reibringe wirkenden Käfigringe 29 und 30 - die in Fig. 3 dargestellte Position ein und haben deshalb weder Reibungskontakt zum äußeren Laufring 23 noch zum inneren Laufring 25 womit die Freilaufkupplung außer Funktion ist. Eine andernfalls erfolgende Blockierung des Antriebes bei Rückwärtsfahrt ist deshalb ausge­ schlossen.

Bei Verwendung der oben beschriebenen Anordnung von abschaltbaren Freilaufkupplungen ist die erwünschte Funktion der Anordnung bei Rückwärtsfahrt nicht möglich. Soll auch bei dieser seltenen Fahrtrichtung eine Dreh­ zahlbegrenzung erfolgen, so können umschaltbare Frei­ laufkupplungen entsprechend der in Fig. 4 dargestellten Anordnung verwendet werden.

Die in Fig. 4 dargestellte umschaltbare Freilaufkupplung unterscheidet sich einzig durch die Anordnung von doppelt wirkenden Keilen 31. Verursacht durch die be­ reits oben beschriebene Funktion der beiden als Reib­ ringe wirkenden Käfigringe 29 und 30 erfolgt durch die Benutzung von Doppelkeilen 31 im Gegensatz zur oben be­ schriebenen Abschaltung nunmehr eine Umschaltung der Funktionsrichtung für die Freilaufkupplungen. Auch bei Rückwärtsfahrt ist hier die Differenzbegrenzung in Funk­ tion.

Da der gegenüberliegende Differenzbegrenzer (Getriebe- und Freilaufkupplungsanordnung) absolut gleichartig auf­ gebaut ist, erübrigt sich die Beschreibung dieser ebenso funktionierenden Anordnung.

Claims (6)

1. Sperrbares Ausgleichsgetriebe, insbesondere für ein Kraft­ fahrzeug, mit in einem Getriebegehäuse (22) drehbar ge­ lagerten und über ein Tellerrad (11) angetriebenen Aus­ gleichsgehäuse (12), in dem Ausgleichsräder drehbar ge­ lagert sind, die mit Achswellenrädern (14, 15) im Eingriff stehen, mit jeweils zwischen einem Achswellenrad (14, 15) und dem Ausgleichsgehäuse (12) angeordneten Kupplung, die zum Aufbau einer Sperrwirkung das Achswellenrad (14, 15) mit dem Ausgleichsgehäuse in Verbindung bringt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungen Freilaufkupplungen sind, und jeweils ein Laufring (25, 26) dieser Freilaufkupplungen drehfest mit einem Achswellenrad (14, 15) verbunden ist und daß jeweils der andere Laufring (23, 24) über ein Getriebe (16, 18, 20, 23; 17, 19, 21, 24) mit bestimmter Drehzahldiffe­ renz zum Ausgleichsgehäuse 12) oder Tellerrad (11) angetrie­ ben wird, wobei einer der Freiläufe die Freilaufkupplung immer dann sperrt, wenn das zugehörige Achswellenrad (14, 15) diese vom Tellerrad (11) abweichende Drehzahl des über ein Getriebe angetriebenen Laufringes (23, 24) zu unterschreiten sucht.

2. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (16, 18, 20, 23; 17, 19, 21, 24) ein Planeten­ radgetriebe ist, wobei der andere Laufring (23, 24) als Planetenradträger ausgebildet ist, und die am Planetenrad­ träger gelagerten Planetenräder (18, 19) mit einem am dreh­ baren Ausgleichgehäuse ausgebildeten Hohlrad (16, 17) und mit einem am festehenden Getriebegehäuse (22) befestigten Sonnenrad (20, 21) im Eingriff sind.

3. Ausgleichsgetriebe nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe ein Vorgelegewellengetriebe ist, wobei die anderen Laufringe (23, 24) als Stirnräder ausgebildet sind, welche in nicht näher dargestellter Weise mit den Stirnrädern einer im feststehenden Getriebegehäuse (22) drehbar gelagerten und vom Ausgleichgehäuse (11) angetrie­ benen Vorgelegewelle im Eingriff stehen.

4. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Freilauf der Freilaufkupplungen ein Klemmkörper Freilauf (23, 27, 25; 24, 28, 26) mit in Käfigringen (29, 30) angeordneten Keilen (27, 28) vorgesehen ist, dessen äuße­ rer Käfigring (29) sich in Reibungskontakt zum Ausgleichs­ gehäuse (12) und dessen innerer Käfigring (30) sich in Reibungskontakt zum Planetenradträger (23, 24) befindet.

5. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungskontakt durch eine einseitige Verrippung des äußeren Käfigringes (29), welche in zugeordneten Ver­ nutungen des Ausgleichgehäuses (12) umläuft und durch die einseitige Verrippung des inneren Käfigringes (30), wel­ che in zugeordneten Vernutungen des Planetenradträgers (23, 24) umläuft, hergestellt wird.

6. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Keile (27, 28) der Freilaufkupplungen (23, 27, 25; 24, 28, 26) Doppelkeile (31) sind.