DE4202595A1 - Aussensignalabhaengig gesteuert, druckmittelbetaetigt sperrendes ausgleichsdifferential eines kraftfahrzeuges - Google Patents
Aussensignalabhaengig gesteuert, druckmittelbetaetigt sperrendes ausgleichsdifferential eines kraftfahrzeugesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein außensignalabhängig gesteuert, druckmittelbetätigt
sperrendes Ausgleichsdifferential eines Kraftfahrzeuges mit Merkmalen gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Ausgleichsdifferential mit solchen Merkmalen ist aus der EP 03 76 474 A1 be
kannt. Bei dieser bekannten Lösung wird das Sperren des Differentials durch Axi
alverschiebung eines drehfest auf einer zu einem Antriebsrad führenden Welle
sitzenden Kegelrades bewirkt, wobei die Friktionskraft eines zwischen der Rück
seite dieses Kegelrades und einer Konterfläche des Differentialgehäuses ange
ordneten Lamellenscheibenpaketes erhöht wird. Allein schon diese Anordnung
hat den Nachteil, daß sich mit zunehmender Abnutzung der einzelnen Lamellen
scheiben ein immer größeres Spiel zwischen dem diese beaufschlagenden Kegel
rad und dem mit ihm in Eingriff stehenden Ausgleichskegelrad ergibt. D.h., es er
höht sich zunehmend das Verzahnungsspiel mit der Folge, daß die Verzahnung
der beiden miteinander in Eingriff stehenden Kegelräder starken dynamischen
Wechselbeanspruchungen ausgesetzt sind, was zu einer schnellen Abnutzung
und schlimmstenfalls zu einem Zahnbruch führen kann. Außerdem ist bei dieser
bekannten Lösung der Kraftübertragungsmechanismus zwischen dem im Ringzy
linder wirkenden Ringkolben und dem zur Differentialsperrung zu verschieben
den Kegelrad äußerst aufwendig, denn er besteht aus mehreren exakt zu lagern
den Übertragungsstößeln, daran angeschlossenen sowie innerhalb des Differen
tialgehäuses in spezieller Weise zu befestigenden Hebeln und einer speziellen
Kraftübertragungsplatte. Dieser Bewegungsübertragungsmechanismus ist nicht
nur relativ bauaufwendig und damit teuer, außerdem ist er auch relativ war
tungsunfreundlich, da bei Defekten praktisch das ganze Differential auseinander
genommen werden muß.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein sperrbares Ausgleichsdifferential der ein
gangs genannten Art so auszubilden, daß dessen für die Sperrung notwendigen
Bauteile weniger kompliziert und teuer sowie leicht montierbar und demontier
bar sind und überdies die Möglichkeit besteht, herkömmliche Ausgleichsdifferen
tiale auf einfache Weise mit einer solchen Sperreinrichtung nachzurüsten.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Ausgleichsdifferential mit den im
Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen, Verwendungsmöglichkeiten und Steuerungsprin
zipien sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Ausgleichsdifferentiales ist jener, daß die für
dessen Sperrung notwendigen Organe nun nicht mehr wie beim eingangs disku
tierten Stand der Technik quasi im Zentrum des Differentialgehäuses, sondern
außerhalb desselben als seitliche Verlängerung an diesem angeordnet sind. Be
dingt durch die Konstruktion der Sperreinrichtung besteht die Möglichkeit, diese
teilweise oder komplett als Bausatz vorzumontieren und solchermaßen auch im
Nachrüstverfahren in das Gehäuse des Ausgleichsdifferentials einzubauen. Wei
tere Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus der nachfolgen
den Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele, wobei die Zeichnung im ein
zelnen zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausgleichsdifferential mit einer ersten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sperrvorrichtung,
Fig. 2 die Sperrvorrichtung gemäß Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Ausgleichsdifferential mit einer zweiten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sperreinrichtung,
Fig. 4 die Sperreinrichtung gemäß Fig. 3 in vergrößerter Darstellung, und
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Verwendung und
Steuerung des erfindungsgemäßen Ausgleichsdifferentials.
In den Figuren sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichem
Bezugszeichen angezogen.
Das Ausgleichsdifferential weist ein Außengehäuse 1 und ein darin mittels zweier
Lager 2, 3 drehbar gelagertes Differentialgehäuse 4 auf. Letzteres ist über einen
mit ihm verschraubten Außenzahnkranz 5 durch ein mit diesem kämmendes Rit
zel 6 antreibbar, das endseitig an einer durch ein Lager 7 im Außengehäuse 1 ge
lagerten und mit der Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeuges in Verbindung ste
henden Antriebswelle 8 angeordnet ist. Innerhalb des Differentialgehäuses 4 sind
auf jeweils einem zugehörigen Lagerbolzen 9, 10 zwei Ausgleichskegelräder 11,
12 drehbar gelagert, die beide jeweils mit einem drehfest auf einer zu einem An
triebsrad führenden Welle 13, 14 sitzenden Kegelrad 15, 16 in Eingriff stehen.
Dieser wie vorbeschriebenen herkömmlichen Ausgestaltung des Ausgleichsdiffe
rential ist nun zum Zwecke einer außensignalabhängig gesteuerten, druckmittel
betätigten Sperrung eine spezielle Sperreinrichtung 17 zugeordnet, die gemäß
der Erfindung mit ihren Teilen komplett außerhalb des Differentialgehäuses 4
stirnseitig als seitliche Verlängerung an einem Lagerhals 18 des letzteren an
schließend sowie um die diesseitig aus dem Differentialgehäuse 4 herausgeführ
te, zu einem Antriebsrad führende Welle 13 bzw. 14 angeordnet ist.
Die Sperreinrichtung 17 besteht in ihren Hauptteilen aus einem Kupplungsgehäu
se 19, einem darin untergebrachten Lamellenscheibenpaket 20, einem Ringzylin
der 21 und einem darin wirkenden, über einen Druckraum 22 mit Druckmittel be
aufschlagbarem Ringkolben 23. Dieser kann über ein Axiallager 24, insbesondere
Axialrollenlager, auf das Lamellenscheibenpaket 20 einwirken und bei Druckmit
telbeaufschlagung eine Kraftbeaufschlagung des letzteren erzeugen, wodurch
eine Sperrung des Ausgleichsdifferentials herbeigeführt wird. Die Druckmittelzu
fuhr zum Druckraum 22 erfolgt über einen ringzylinderinternen Kanal 26, der mit
dem internen Kanal 27 eines Anschlußstückes 28 kommuniziert, und eine externe
Zuleitung 29, die am Anschlußstück 28 angeschlossen ist und mit einem Druckmit
telbereitstellungssystem, beispielsweise einem solchen wie aus Fig. 5 ersichtlich,
in Verbindung steht. Als Druckmittel kommt bevorzugt Druckluft zur Anwen
dung.
Das einseitig zum Ringkolben 23 hin offene, koaxial zur Welle 13 bzw. 14 ange
ordnete Kupplungsgehäuse 19 besteht aus einer ringzylindrischen Außenhülse 30
mit achsparalleler Innenklauenverzahnung 31 und einer Bodenplatte 32 mit zen
traler Durchgangsbohrung 33 zur dortigen Radialführung der durchgehenden
Welle 13 bzw. 14. Außerdem ist an der äußeren Stirnseite der Bodenplatte 32 ei
ne Stirnklauenverzahnung 34 gegeben, mit der über eine entsprechende Gegen
verzahnung 35 am Differentialgehäuse 4 die Anschlußverbindung zwischen letz
terem und dem Kupplungsgehäuse 19 hergestellt ist. Über die Bodenplatte 32 ist
bei Kraftbeaufschlagung des Lamellenscheibenpaketes 20 vom Ringkolben 23 her
einerseits das Kupplungsgehäuse 19 am Differentialgehäuse 4 und andrerseits
das Lamellenscheibenpaket 20 axial abgestützt.
Das Lamellenscheibenpaket 20 besteht aus einer Vielzahl von sich senkrecht zur
Rotationsachse 36 erstreckenden, ebenen Lamellenscheiben 37, 38, die abwech
selnd mit dem Kupplungsgehäuse 19 über die dortige Innenklauenverzahnung 31
bzw. mit der Welle 13 bzw. 14 über eine dortige achsparallele Außenklauenver
zahnung 39, somit jeweils verdrehungsgesichert, aber axial beweglich verbunden
sind. Das heißt, die Lamellenscheiben 37 rotieren synchron mit Kupplungsgehäu
se 19 und Differentialgehäuse 4, während die Lamellenscheiben 38 synchron mit
der sie tragenden Welle 13 bzw. 14 mitrotieren. Im Fall des Beispiels gemäß Fig. 3
und 4 haben die einzelnen Lamellenscheiben 37, 38 einen größeren Durchmesser
und größere wirksame Reibflächen als jene des Beispiels gemäß Fig. 1 und 2 und
erlauben so demgegenüber die Erzeugung einer höheren Reibkraft für die Diffe
rentialsperrung. Grundsätzlich ist die Anzahl, Ausgestaltung und Bemessung der
Lamellenscheiben 37, 38 auf das von der Welle 13 bzw. 14 zu übertragende Dreh
moment abgestimmt. Am offenen Ende des Kupplungsgehäuses 19 ist das Lamel
lenscheibenpaket 20 bevorzugt durch eine von außen her über einen Sicherungs
ring 40 gekonterte sowie vorzugsweise ebenfalls über die Innenklauenverzah
nung 31 verdrehungsgesicherte, aber axial verschiebbare, ganz oder teilweise
dickere, einen Druckring bildende Lamellenscheibe 25 begrenzt. Außerdem ist
das Lamellenscheibenpaket 20 bevorzugt auch durch eine Druckfeder 41 in Rich
tung Sicherungsring 40 gedrückt. Diese in einer innenseitig am Boden 32 des
Kuppplungsgehäuses 19 umlaufenden Ringnut 42 aufgenommene Druckfeder 41
bewirkt einerseits bei ungesperrtem Ausgleichsdifferential ständig eine kleine
Friktionskraft zwischen den einzelnen Lamellenscheiben 37, 38 und sorgt andrer
seits bei Aufhebung einer Sperrung des Ausgleichsdifferentials (durch Druckent
lastung des Druckraumes 22) für eine rasche Rückführung des Ringkolbens 23 in
Richtung Entlastungsposition.
Der räumlich vor dem Kupplungsgehäuse 19 angeordnete Ringzylinder 21 ist im
Außengehäuse 1 nicht drehbar, axial und radial, d. h., ortsfest, in Bezug auf die
koaxial durch ihn hindurchgeführte Welle 13 bzw. 14 fixiert. Für diese Fixierung
sind in den Beispielen verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt.
Im Fall des Beispiels gemäß Fig. 1 und 2 ist der Ringzylinder 21 einerseits über das
Anschlußstück 28 und andrerseits eine Fixierungsschraube 43 im Außengehäuse 1
fixiert. Anschlußstück 28 und Fixierungsschraube 43 sind vorzugsweise in einer
senkrecht zur Rotationsachse 36 stehenden Ebene in zueinander fluchtenden, in
der Außengehäusewand gegebenen Radialbohrungen 44, 45 über Gewinde ein
geschraubt. Die Fixierungsschraube 43 taucht dabei mit einem zylindrischen Vor
derabschnitt 46, der gegebenenfalls auch in der Radialbohrung 45 geführt ist, in
ein durchmessermäßig für Paßsitz angepaßtes Radialsackloch im Ringzylinder 21
ein. Das Anschlußstück 28 ist mit einem mittleren zylindrischen Abschnitt 47 in ei
nen entsprechend durchmessermäßig angepaßten Abschnitt der Radialbohrung
44 geführt und taucht mit einem durchmesserschwächeren zylindrischen Vorder
abschnitt 48 in eine für Paßsitz angepaßte Sacklochbohrung im Ringzylinder 21
ein. Von dieser Sacklochbohrung geht der zum Druckraum 22 führende Kanal 26
ab. An einem äußeren aus dem Außengehäuse 1 herausragenden Abschnitt 49
des Anschlußstückes 28 ist die Druckmittel-Zuleitung 29 unter Zwischenschaltung
eines Dichtungsringes 50 druckdicht angeschlossen.
Die radiale Fixierung des Ringzylinders 21 kann über die inneren Stirnflächen am
Anschlußstück 28 und Fixierungsschraube 43 in Verbindung mit dem Boden des
zugehörigen Sackloches im Ringzylinder 21 oder - wie dargestellt - über einen
zwischen Innenwand des Außengehäuses 1 und Außenfläche des Ringzylinders
21 eingepaßten Zwischenring 51 oder anstelle dessen tretende, hinsichtlich ihrer
Dicke entsprechend bemessene Ringsegmente oder Beilagscheiben bewerkstel
ligt sein. Diese Lösung eignet sich besonders für Ausgleichsdifferentiale, die
durch die erfindungsgemäße Sperreinrichtung nachgerüstet werden.
Im Fall des Beispiels gemäß Fig. 3 und 4 wird die axiale, verdrehungssichernde Fi
xierung des Ringzylinders 21 in gleicher Weise wie im Fall gemäß Fig. 1 und 2 über
das Anschlußstück 28 und die Fixierungsschraube 43 in Verbindung mit jeweils
zugehöriger Sacklochbohrung im Ringzylinder 21 hergestellt. Zur radialen Fixie
rung des Ringzylinders 21 ist hier im Außengehäuse 1 innen an einem seitlichen
Hals desselben eine koaxial zur Rotationsachse 36 verlaufende zylindrische Zen
trierbohrung 52 vorgesehen, deren Durchmesser an den Außendurchmesser der
Ringzylinder-Außenfläche für Spielpassungssitz angepaßt ist. Diese Lösung wird
bevorzugt bei Neukonstruktion des Ausgleichsdifferentiales im Hinblick auf die
Verwendung der erfindungsgemäßen Sperreinrichtung angewandt, Änderungen
letztere betreffend sind dabei lediglich am Außengehäuse 1 vorzunehmen, um
die Zentrierbohrung 52 herstellen zu können.
Ebenso wie der Ringzylinder 21 ist auch der darin wirkende Ringkolben 23 nicht
drehbar. Der Ringkolben 23 ist hierzu in den dargestellten Ausführungsbeispielen
innerhalb des Ringzylinders 21 durch formschlüssig ineinander greifende Organe,
zum Beispiel in Sachlochbohrungen 53 eintauchende Stifte 54, gegen Verdre
hung gesichert. Es ist aber jederzeit auch möglich, den Ringkolben 23 außerhalb
des Ringzylinders 21 durch entsprechende Mittel gegen Verdrehung zu sichern.
Der Ringkolben 23 ist generell im Ringzylinder 21 durch entsprechende Ausge
staltung beiderseits zusammenwirkender Zylinderflächen axial geführt bewegbar
und mittels mehrerer, diese Axialbewegung nicht behindernder Dichtungsringe
ist ein Druckmittelaustritt aus dem solchermaßen begrenzten Druckraum 22 un
terbindbar. An seiner dem Kupplungsgehäuse 19 zugewandten Stirnfläche trägt
der Ringkolben 23 das Axiallager 24. Alternativ hierzu ist das Axiallager 24 aber
auch stirnseitig an der einen Druckring bildenden äußersten Lamellenscheibe 25
anbringbar. Im Fall des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 und 2 weist der Ring
kolben 23 außerdem an seiner dem Kupplungsgehäuse 19 zugewandten Stirnsei
te zu dessen diesseitiger Führung einen letzteres mit Radialspiel axial partiell
übergreifenden ringzylindrischen Führungsvorsprung 23′ auf. Im Fall gemäß Fig.
3 und 4 wird die diesseitige Führung des Kupplungsgehäuses 19 durch die im Ge
häuse 1 gegebene Zentrierbohrung 52, in die es mit kleinem Radialspiel partiell
eintaucht, übernommen.
Die vorstehend beschriebene Konstruktion der Sperreinrichtung 17 macht eine
äußerst einfache Montage und Demontage derselben möglich. So kann beispiels
weise das Kupplungsgehäuse 19 mit dem darin fixierten Lamellenscheibenpaket
20 eine komplett vormontierte Einheit bilden, die als Patrone in das Außenge
häuse 1 des Ausgleichsdifferentials einführbar und dort in Verzahnungsverbund
mit dem Differentialgehäuse 4 bringbar ist. Anschließend kann die ebenfalls vor
montierte, aus Ringzylinder 21, Ringkolben 23 und Axiallager 24 bestehende Bau
einheit in das Außengehäuse 1 eingeführt und dort über die Organe 28, 43 fixiert
werden. Dann wird die Welle 13 bzw. 14 durch die so eingebaute Sperreinrich
tung 17 geschoben und deren Verzahnungsverbund mit dem Kegelrad 15 bzw. 16
hergestellt. Mit Vorteil ist es aber auch möglich, die gesamte Sperreinrichtung 17
bereits auf der Welle 13 bzw. 14 vorzumontieren und zusammen mit dieser in das
Außengehäuse 1 des Ausgleichsdifferentiales einzuführen. Nach Herstellung des
Verzahnungsverbundes Differentialgehäuse 41 Kupplungsgehäuse 19 sind dann
lediglich noch die Organe 28, 43 für die Fixierung des Ringzylinders 21 anzubrin
gen, um die Montage der Sperreinrichtung 17 zu beenden.
Das mit der erfindungsgemäßen Sperreinrichtung ausgestattete Ausgleichsdiffe
rential eignet sich in besonders vorteilhafter Weise zur Antischlupfregelung in ei
nem mit einer elektronischen Antiblockierschutzregelung (ABS) ausgestatteten
Kraftfahrzeug. Die zur Schlupfverhütung dienende Sperrung des Ausgleichsdiffe
rentials wird dabei durch gezielte Regelung und Steuerung der Druckmittelzu
fuhr unter Zuhilfenahme des geringfügig modifizierten ABS-Regelungssystems
bewerkstelligt. Dabei kommt folgendes Verfahren zur außensignalabhängigen
Steuerung der Sperrung des Ausgleichsdifferentials zur Anwendung: Unterhalb
einer Fahrergeschwindigkeitsschwelle von ≦5 km/h wird eine permanente Sper
rung des Ausgleichsdifferentials mittels der erfindungsgemäßen Sperreinrich-
tung 17 bewirkt und der für diese Sperrung wirksame Druck des dem Druck
raum 22 zugeführten Druckmittels in Abhängigkeit von der Fahr- bzw. Gaspedal-
Stellung eingestellt. Oberhalb der besagten Geschwindigkeitsschwelle dagegen
wird die Sperrung des Ausgleichsdifferentials nur bei Überschreitung einer vorge
gebenen Drehzahldifferenz der angetriebenen Räder bewirkt.
In Fig. 5 ist als Ausführungsbeispiel in Form eines Blockschaltbildes eine Vorrich
tung zur Durchführung dieses Verfahrens unter entsprechender Anbindung des
erfindungsgemäßen Ausgleichsdifferentials an ein im Fahrzeug bereits vorhande
nes ABS-Regelungssystems gezeigt. Als Druckmittel kommt dabei Druckluft zur
Anwendung. In Fig. 5 bedeuten Doppellinien generell druckluftführende Leitun
gen, einstrichige Linien dagegen elektrische Leitungen.
In Fig. 5 bezeichnen 55, 56 die nicht angetriebenen Räder der Fahrzeug-Vorder
achse, 57 und 58 die Räder der angetriebenen Fahrzeug-Hinterachse, 59 die aus
Motor und Getriebe bestehende Antriebseinrichtung. Mit 60 ist hier das über die
Antriebswelle 8 mit der Antriebseinrichtung 59 verbundene erfindungsgemäße
Ausgleichsdifferential bezeichnet. Mit 61, 62, 63, 64 sind die jeweils den Bremsen
der einzelnen Räder 55, 56, 57, 58 zugeordneten Bremszylinder bezeichnet. Mit
65 sind Druckluftbehälter bezeichnet, die durch einen nicht dargestellten Kom
pressor befüllt werden. Mit 66 ist das Betriebsbremspedal und mit 67 das zugehö
rige Betriebsbremsventil bezeichnet. Mit 68 ist das Fahr- bzw. Gaspedal und mit
69 ein zugehöriger elektrischer Pedalwertgeber bezeichnet. Am Betriebsbrems
ventil 67 sind über Druckleitungen 70, 71 die Druckluftbehälter 65, über die
Druckleitungen 72, 73, 74 an einem derselben auch der Hinterachsbremskreis,
über eine Druckleitung 75 das Steuerorgan eines in die Druckleitung 72 einge
schalteten Relaisventils 76 sowie über Druckleitungen 77, 78, 79 der Vorderachs
bremskreis angeschlossen. Das zugehörige ABS/ASR-System umfaßt ein elektroni
sches ABS/ASR-Steuergerät 80, an das über elektrische Leitungen je Rad ein Dreh
zahlsensor 81, 82, 83, 84, der in Verbindung mit einem am jeweiligen Rad ange
ordneten Impulsring dessen Drehzahl erfaßt sowie vier jeweils in eine der Druck
leitungen 73, 74, 78, 79 eingebaute Drucksteuerventile 85, 86, 87, 88 und ein
Steuergerät 89, das einen Einspritzpumpen-Stellmotor 90 steuert, angeschlossen
sind. Das Steuergerät 89 ist außerdem am Pedalwertgeber 69 angeschlossen. Das
bisher beschriebene System entspricht seinem Aufbau und seiner Funktion nach
einem bekannten ABS-Regelungssystem. Dieses ist nun zum Zwecke der Anti
schlupfregelung (ASR) mit dem erfindungsgemäßen Ausgleichsdifferential 60 um
folgende Bauteile ergänzt, nämlich durch ein Drucksteuer-Magnetventil 91, das
ausgangsseitig mit der erfindungsgemäßen Sperreinrichtung 17 des Ausgleichs
differentials 60 über die Druckleitung 29 und speiseseitig über eine Drucklei
tung 92 an der Druckluftversorgung 65 angeschlossen ist, ferner einem elektri
schen Umschalter 93 und einem Steuergerät 94 für die Betätigung des letzteren.
Der Umschalter 93 hat zwei Eingangsanschlüsse und einen Ausgangsanschluß.
Letzterer ist mit dem Drucksteuer-Magnetventil 91 verbunden. Der erste Eingang
des Umschalters 93 ist mit dem Pedalwertgeber 69 und der zweite Eingang ist mit
dem ABS/ASR-Steuergerät 80 verbunden. Das Steuergerät 94 wiederum ist mit
wenigstens einem, vorzugsweise jedoch beiden der Drehzahlsensoren 81, 82 der
Vorderachse verbunden und erhält demzufolge wenigstens ein für die Fahrge
schwindigkeit repräsentatives elektrisches Signal zugeführt. Dieses Signal wird im
Steuergerät 94 mit einem der vorgegebenen Geschwindigkeitsschwelle von bei
spielsweise 5 km/h entsprechenden Wert verglichen. Abhängig von diesem Ver
gleich schaltet das Steuergerät 94 dann, wenn der signalisierte Istwert klei
ner/gleich dem internen Vergleichswert ist, den Umschalter 93 so, daß die erste
Schaltstrecke durchgeschaltet ist, in der das von dem die Fahrpedalbetätigung er
fassenden Pedalwertgeber 69 kommende Signal für die Steuerung des
Drucksteuer-Magnetventils 91 wirksam wird. Wenn jedoch das gemeldete
Geschwindigkeits-Istwertsignal größer als der interne Vergleichswert ist, dann
wird vom Steuergerät 94 der Umschalter 93 betätigt und die zweite Schaltstrecke
durchgeschaltet, in der dann ein vom ABS/ASR-Steuergerät 80 aufgrund einer
festgestellten Drehzahl - Differenz zwischen den angetriebenen Rädern 57, 58
ausgegebenes Signal für die Steuerung des Drucksteuer-Magnetventils 91 wirk
sam wird. Dies bedeutet, daß immer dann, wenn die erste Schaltstrecke durchge
schaltet ist, das Drucksteuer-Magnetventil 91 proportional der Fahrpedalbetäti
gung aufgesteuert wird, d. h. der der Sperreinrichtung 17 des Ausgleichsdifferen
tials 60 zugeführte Druckmitteldruck proportional der Fahrpedalbetätigung ein
gestellt wirksam wird. Dieser solchermaßen breitgestellte Druck wirkt im Druck
raum 22 der Sperreinrichtung 17 auf den Ringkolben 23 und bewirkt eine Axial
verschiebung derselben im Sinne einer Zusammenpressung der Lamellenschei
ben 37, 38 des Lamellenscheibenpaketes 20. Hierdurch stellt sich eine bestimmte
Friktionskraft ein, die je nach Größe die Relativverdrehung zwischen Welle 13
bzw. 14 und Differentialgehäuse 4 mehr oder weniger stark bremst bzw. unter
bindet. Eine entsprechende Steuerung der Sperrung des Ausgleichsdifferential 60
erfolgt auch dann, wenn der Umschalter 93 in seine zweite Schaltstrecke umge
schaltet ist,dann jedoch abhängig von Signalen, die im ABS/ASR-Steuergerät 80
erzeugt werden.
Aus vorstehendem wird ersichtlich, daß es mit dem erfindungsgemäßen Aus
gleichsdifferential auch jederzeit möglich ist, die bisher in einem Fahrzeug vor
handene, in Verbindung mit einem ABS über die Bremsen wirkende Antischlupf
regelung (ASR) zu ersetzen.
Claims (18)
1. Außensignalabhängig gesteuert, druckmittelbetätigt sperrbares Aus
gleichsdifferential eines Kraftfahrzeugs, mit einem in einem Außengehäu
se (1) drehbar gelagerten, von einem Antriebsritzel her antreibbaren Diffe
rentialgehäuse (4), in dem wenigstens ein Ausgleichskegelrad (11, 12) gela
gert ist, das mit zwei jeweils drehfest auf einer zu einem Antriebsrad füh
renden Welle (13, 14) sitzenden Kegelrädern (15, 16) in Eingriff steht, und
mit einer Sperrvorrichtung, mit der für eine zwischen Differentialgehäu
se (4) und einer der Wellen (13, 14) wirksame Differentialsperrung ein La
mellenscheibenpaket (20; 37, 38) über Betätigungsorgane friktionserhö
hend kraftbeaufschlagbar ist, wobei die Kraftübertragung durch einen in
einem axial fixierten, nicht drehbar angeordneten Ringzylinder (21) axial
verstellbaren, ebenfalls nicht drehbaren Ringkolben (22) erfolgt, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (17) mit ihren Teilen komplett
außerhalb des Differentialgehäuses (4) stirnseitig als seitliche Verlängerung
an einem Lagerhals (18) des letzteren anschließend sowie um die diesseitig
aus dem Differentialgehäuse (4) herausgeführte, zu einem Antriebsrad füh
rende Welle (13 bzw. 14) angeordnet ist, daß ferner die Lamellenschei
ben (37, 38) abwechselnd, jeweils verdrehungsgesichert, aber axial beweg
lich teils direkt auf der besagten Welle (13 bzw. 14), teils in einem am Differentialgehäuse
(4) mitrotierend angeschlossenen Kupplungsgehäuse (19)
aufgenommen sind, und daß der Ringzylinder (21) vor dem Kupplungsge
häuse (19) angeordnet unverdrehbar im Außengehäuse (1) axial und radial
in Bezug auf die Welle- (13 bzw. 14) fixiert ist und der darin verschiebbare
Ringkolben (23) - für Sperrung des Ausgleichsdifferentials - über ein Axialla
ger (24) auf das andernendes am Kupplungsgehäuse-Boden (32) abgestütz
te Lamellenscheibenpaket (20; 37, 38), dieses in Richtung Differentialge
häuse (4) kraftbeaufschlagend, wirkt.
2. Ausgleichsdifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Kupplungsgehäuse (19) einseitig zum Ringkolben (23) hin offen ist und aus
einer ringzylindrischen Außenhülse (30) mit achsparalleler Innenklauenver
zahnung (31) sowie einer Bodenplatte (32) mit zentraler Durchgangsboh
rung (33) zur diesseitigen Radialführung gegenüber der durchgehenden
Welle (13 bzw. 14) aufweist, und daß an der äußeren Stirnseite der Boden
platte (32) außerdem eine Stirnklauenverzahnung (34) gegeben ist, mit der
über eine entsprechende Gegenverzahnung (35) am Differentialgehäuse (4)
die Anschlußverbindung zwischen letzterem (4) und dem Kupplungsgehäu
se (19) hergestellt ist.
3. Ausgleichsdifferential nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Lamellenscheibenpaket (20) aus einer Vielzahl von
sich senkrecht zur Rotationsachse (36) erstreckenden ebenen Lamellenschei
ben (37, 38) besteht, die abwechselnd mit dem Kupplungsgehäuse (19) über
die dortige Innenklauenverzahnung (31) bzw. mit der Welle (13 bzw. 14)
über eine dortige achsparallele Außenklauenverzahnung (39), somit jeweils
verdrehungsgesichert, aber axial beweglich und mit dem aufnehmenden
Teil (19; 13 bzw. 14) mitrotierend, verbunden sind.
4. Ausgleichsdifferential nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Lamellenscheibenpaket (20) am offenen Ende des Kupplungsgehäuses (19)
durch eine von außen her über einen Sicherungsring (40) gekonterte sowie
vorzugsweise ebenfalls über die Innenklauenverzahnung (31) verdrehungs
gesicherte, aber axial verschiebbare, ganz oder teilweise dickere und einen
Druckring bildende Lamellenscheibe (25) begrenzt ist.
5. Ausgleichsdifferential nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Lamellenscheibenpaket (20) mittels einer Druckfeder (41) in Richtung Siche
rungsring (40) gedrückt ist, die einerseits bei ungesperrtem Ausgleichsdiffe
rentilal ständig eine kleine Friktionskraft zwischen den einzelnen Lamellen
scheiben (37, 38) bewirkt und andrerseits bei Aufhebung einer Sperrung des
Ausgleichsdifferentiales durch Druckentlastung des Druckraumes (22) für ei
ne rasche Rückführung des Ringkolbens (23) in Richtung seiner Entlastungs
position sorgt.
6. Ausgleichsdifferential nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Druckfeder (41) in einer innenseitig am Boden (32) des Kupplungsgehäu
ses (19) umlaufenden Ringnut (42) aufgenommen ist.
7. Ausgleichsdifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Ringzylinder (21) im Außengehäuse (1) nichtdrehbar, axial und radial, also
ortsfest in Bezug auf die koaxial durch ihn hindurchgeführte Welle (13 bzw.
14) fixiert ist.
8. Ausgleichsdifferential nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verdrehungssicherung und Axialfixierung des Ringzylinders (21) durch in
einander diametral gegenüberliegend an ihm gegebene Sacklöcher eintau
chende Fixierungsschrauben (28, 43), die in zueinander in einer senkrecht
zur Rotationsachse (36) stehenden Ebene fluchtende Radialbohrungen (44,
45) mit Gewindeabschnitt und zylindrischem Führungsabschnitt des Außen
gehäuses (1) eingeschraubt sind, bewerkstelligt ist.
9. Ausgleichsdifferential nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auch
die Radialfixierung des Ringzylinders (21) über dessen Sacklöcher und die in
diese eintauchenden Fixierungsschrauben (28,43) bewerkstelligt wird.
10. Ausgleichsdifferential nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Radialfixierung des Ringzylinders (21) über einen zwischen dessen Außen
fläche und die Innenwand des Außengehäuses (1) eingepaßten Zwischen
ring (51) oder anstelle dessen tretende, hinsichtlich ihrer Dicke entspre
chend bemessene Ringsegmente oder Beilagscheiben bewerkstellig ist, der
bzw. die bevorzugt über die auch zur Axialfixierung dienenden Fixierungs
schrauben in Einbauposition gehalten ist bzw. sind.
11. Ausgleichsdifferential nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Radialfixierung des Ringzylinders (21) über eine im Außengehäuse (1) innen
an einem seitlichen Hals desselben koaxial zur Rotationsachse (36) verlau
fende zylindrische Zentrierbohrung (52), deren Durchmesser an den Außen
durchmesser der Ringzylinder-Außenfläche für Spielpassungssitz angepaßt
ist, bewerkstelligt ist.
12. Ausgleichsdifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Ringkolben (23) innerhalb des Ringzylinders (21) durch formschlüssig inein
ander greifende Organe wie in Sacklöcher (53) eintauchende Stifte (54) ge
gen Verdrehung gesichert, außerdem durch entsprechende Ausgestaltung
beiderseits zusammenwirkender Zylinderflächen axial geführt bewegbar
ist, und daß mittels mehrerer, die Axialbewegung des Ringkolbens (23) nicht
behindernder Dichtungsringe ein Druckmittelaustritt aus dem Druck
raum (22) unterbindbar ist.
13. Ausgleichsdifferential nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsgehäuse (19) auch an
seinen offenen Endbereich geführt ist, und zwar durch ein dieses dort par
tiell umgreifendes Organ, das entweder durch einen ringzylindrischen Füh
rungsvorsprung (23′) am Ringkolben (23) oder die außengehäuseseitige, zur
Radialfixierung des Ringzylinders (21) dienende Zentrierbohrung (52) gebil
det ist.
14. Ausgleichsdifferential nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß eine (28) der zur Fixierung des Ringzylinders (21) im
Außengehäuse (1) dienenden Fixierungsschrauben (28,43) gleichzeitig auch
als druckmitteldurchleitendes Anschlußstück ausgebildet ist, und daß die
Druckmittelzufuhr zum Druckraum (22) über einen ringzylinderinternen Ka
nal (26), der mit einem internen Kanal des Anschlußstückes (28) kommuni
ziert, und eine externe Zuleitung (29) erfolgt, welch letztere am Anschluß
stück (28) angeschlossen ist und mit einem Druckmittelbereitstellungssy
stem in Verbindung steht.
15. Ausgleichsdifferential nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Ver
wendung zur Antischlupfregelung in einem mit einer elektronischen Anti
blockierschutzregelung (ABS) ausgestatteten Kraftfahrzeug.
16. Ausgleichsdifferential nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß des
sen zur Schlupfverhinderung der angetriebenen Räder (57, 58) dienende
Sperrung durch gezielte Regelung und Steuerung der Druckmittelzufuhr
zur Sperreinrichtung (17) unter Zuhilfenahme des geringfügig modifizier
ten ABS-Regelungsystems bewerkstelligt wird.
17. Verfahren zur außensignalabhängigen Steuerung der Sperrung des Aus
gleichsdifferentials gemäß Anspruch 1 bei dessen Verwendung gemäß den
Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb einer Fahr
geschwindigkeitsschwelle von ≦5 km/h eine permanente Sperrung des
Ausgleichsdifferentials (60) bewirkt und der für diese Sperrung wirksame
Druck des Druckmittels in Abhängigkeit von der Stellung des Fahr- bzw.
Gaspedals (68) eingestellt, dagegen oberhalb besagter Geschwindigkeits
schwelle die Sperrung des Ausgleichsdifferentials (60) nur bei Überschrei
tung einer vorgegebenen Drehzahldifferenz der angetriebenen Räder (57,
58) bewirkt wird.
18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 17, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Drucksteuer-Magnetventil (91) vorgesehen ist, das
einerseits mit einer Druckmittelquelle (65), die auch das Bremssystem des
Fahrzeugs versorgt, und andererseits mit der zur Sperreinrichtung (17) des
Ausgleichsdifferentials (60) führenden Druckmittel-Zuleitung (29) verbun
den ist, daß das Drucksteuer-Magnetventil (91) steuerungsseitig an einen
elektrischen Umschalter (93) angeschlossen ist, der zwei Schaltstellungen
einnehmen kann und von einem Steuergerät (94) her betätigt wird, das we
nigstens ein für die Fahrgeschwindigkeit repräsentatives elektrisch es Signal
zugeführt bekommt, dieses mit einem der vorgegebenen Geschwindigkeits
schwelle von ≦5 km/h entsprechenden Wert vergleicht und dann, wenn das
Istwertsignal kleiner/gleich diesem Wert ist, die erste Schaltstrecke durch
schaltet, in der das von einem die Fahrpedalbetätigung fassenden Pedal
wertgeber (69) kommende Signal für die Steuerung des Drucksteuer-
Magnetventils (91) wirksam wird, jedoch dann, wenn das besagte Istwertsignal
größer als der Vergleichswert ist, die zweite Schaltstrecke durchschal
tet, in der dann ein vom ABS/ASR-Steuergerät (80) aufgrund festgestellter
Drehzahldifferenz zwischen den angetriebenen Rädern (57, 58) ausgegebe
nes Signal für die Steuerung des Drucksteuer-Magnetventils (91) wirksam
wird.
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