DE4312145A1 - Differential mit Differentialsperre oder mit begrenztem Schlupf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Differential mit einer Diffe­ rentialsperre oder mit begrenztem Schlupf zum Übertragen eines Drehmomentes auf ein koaxial fluchtendes Paar von Achsen eines mit Rädern versehenen Fahrzeuges. Insbesondere betrifft die Erfindung ein kompaktes Differential, das ein Planetengetriebe hat, welches eine elektromagnetisch be­ tätigbare Kupplung umfaßt, die einer übermäßigen rela­ tiven Drehung der Achsen des Fahrzeuges einen Widerstand entgegensetzt.

Im Antriebszug eines Fahrzeuges ist gewöhnlich ein Diffe­ rentialgetriebe vorgesehen, damit beim Fahren von Kurven oder beim Drehen das äußere Rad sich schneller als das innere Rad drehen kann, eine gleichmäßige Verteilung des Drehmomentes auf die linken und die rechten Räder jedoch beibehalten werden, so daß eine gleichmäßige Kurve gefahren werden kann. Bei manchen Bedingungen ist ein solches Diffe­ rential für den Antrieb des Fahrzeuges nachteilig. Bei­ spielsweise, wenn sich ein Rad auf einer Oberfläche mit niedriger Reibung, wie z. B. Eis befindet, kann kein hohes Drehmoment auf das andere Rad wegen des Differentialgetriebes übertragen werden. Um einen solchen Nachteil zu vermeiden, ist eine Differentialsperre oder ein Begrenzungsmechanismus vorgesehen, welcher eine Drehmomentübertragung auf das Rad, das sich auf der Fläche mit höherer Reibung befindet, be­ wirkt, wodurch die gesamte verfügbare Kraft zum Antreiben des Fahrzeuges gesteigert und dadurch seine Beweglichkeit und Betriebsverhalten verbessert werden.

In Fällen, wo eine Kompaktheit erforderlich ist, kann eine solche Differentialsperre oder ein Differential mit begrenztem Schlupf ein Planetengetriebe umfassen mit einem Zahnring, einem Planetenträger, Planetenrädern und einem Sonnenrad, die im Differentialgetriebegehäuse untergebracht sind. Eine Kupp­ lungspackung ist so angeordnet, daß, wenn die Kupplung ein­ gerückt wird, das Sonnenrad mit dem Getriebegehäuse gekoppelt ist, um eine Drehung zwischen dem Getriebegehäuse und dem Sonnenrad zu hemmen oder sogar zu verhindern.

Ferner ist ein Betätigungsmechanismus vorgesehen, um die Kupp­ lungspackung zu betätigen bzw. aus ihrer ausgerückten Po­ sition in eine eingerückte Position zu schalten. Einige Dif­ ferentiale haben einen extern steuerbaren Kupplungsmechanis­ mus, welcher die Stärke der angelegten Kupplungskraft variieren kann, unabhängig von der relativen Drehzahl der Achsen. Solche Mechanismen einschließlich einer elektromagnetischen Betätigung wurden in Differentiale mit Planetengetriebe ein­ gebaut.

In einigen Anwendungsfällen jedoch sind selbst die gegen­ wärtigen Differentiale mit Planetengetriebe nachteilig groß, teilweise wegen der Größe der Kupplungspackung und des er­ forderlichen Magnetes, die für die Drehmomentübertragung er­ forderlich sind.

Es besteht daher ein Bedarf an der Über­ tragung gleicher oder größerer Drehmomente mittels einer mehr kompakteren Ausbildung der betreffenden Teile, als dies bisher möglich war.

Die Erfindung betrifft somit ein Differentialgetriebe mit einem drehbaren Gehäuse mit einem Zahnring, mit ersten und zweiten Achswellen, die im Gehäuse zur Drehung relativ zu diesem gelagert sind. Ein Sonnenrad ist mit der ersten Achswelle zur Drehung mit dieser verbunden, und ein Planeten­ träger ist mit der zweiten Achswelle zur Drehung mit jener verbunden. Eine Mehrzahl von Paaren von Planetenrädern ist am Planetenträger gelagert, wobei ein erstes Rad jedes Paa­ res mit dem Zahnring kommt und ein zweites Rad jedes Paares mit dem Sonnenrad in Eingriff steht. Eine Kupplung ist vor­ gesehen, um die relative Rotation zwischen der ersten Achs­ welle und der zweiten Achswelle zu begrenzen, dadurch, daß das Sonnenrad mit dem Planetenträger gekoppelt wird, wobei die Kupplung eine Kupplungspackung aus einer Mehrzahl von ringförmigen Kupplungsscheiben umfaßt.

Das Differential umfaßt ferner Mittel, um selektiv die Kupp­ lungspackung zusammenzupressen mit einer Druckplatte, be­ nachbart zur Kupplungspackung und einer Betätigungsplatte, die um einen Luftspalt zu einem Elektromagnet beabstandet ist, der zwischen der Betätigungsplatte und der Druckplatte angeordnet ist. Die Druckplatte ist mit der Betätigungsplat­ te durch eine Mehrzahl von Stegen verbunden. Bei Betätigung des Elektromagneten wird die Betätigungsplatte auf den Elektro­ magnet zu angezogen, wobei die Mehrzahl von Stegen axial bewegt und die Druckplatte gegen die Kupplungspackung gedrückt wird.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nach­ folgend anhand der einzigen Figur der Zeichnung erläutert, die einen Mittelschnitt zeigt, wobei jedoch der Schnitt beim Planetengetriebe längs einer Linie verläuft, welche die Mitten eines inneren Planetenrades, des Planetenträgers und eines äußeren Planetenrades schneidet.

In der Zeichnung ist ein Differentialgetriebe 10 dar­ gestellt mit einem Außengehäuse 12, in welchem ein drehbares Differentialgetriebegehäuse 14 eingebaut ist. Das Gehäuse 14 ist in einem Paar koaxial angeordneter Kegelrollenlager 16 und 18 mittels Naben 20 und 22 ge­ lagert, die von gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 14 ausgehen. Die Enden eines Paares koaxial fluchtender Achs­ wellen 24 und 26 erstrecken sich in das äußere Gehäuse 12 hinein, und sie sind innerhalb der Naben 20 und 22 ent­ sprechend gelagert. Ein von einem Ritzel angetriebener Zahn­ ring 28 ist am Außenumfang des Gehäuses 14 angebracht.

Das Differentialgehäuse 14 selbst besteht aus zwei axial trennbaren Teilen 32 und 34. Der Teil 32, links in Fig. 1, ist mit einem in Umfangsrichtung angeordneten Zahnring 36 mit großem Durchmesser versehen, der einwärts gerichtete parallele Zähne hat, die integral mit seiner inneren Ober­ fläche verbunden sind.

Ein radial angeordnetes Planetengetriebe 40 ist koaxial innerhalb des Zahnringes 36 eingebaut. Das Planetengetriebe 40 hat einen Planetenträger 41, der aus zwei parallelen ringförmigen Platten 42 und 44 besteht. Die Platte 42, links in Fig. 1, ist integral mit einer Nabe 46 verbunden, die ihrerseits mit dem Ende der Achswelle 24 mit Hilfe einer inneren Keilverzahnung verbunden ist. Ein kreisförmiger Mittelabschnitt der Platte 44, rechts in Fig. 1, ist ausge­ schnitten, um eine ringförmige Öffnung zwischen der Platte 44 und der Nabe 46 zu schaffen. Die Platte 44 ist ferner mit einer integralen mit Innenverzahnung versehenen Büchse 51 versehen, die sich allgemein quer von der Platte 44 aus und weg von der Platte 42 erstreckt.

Kämmende Paare von Planetenrädern, bestehend aus einem inne­ ren Planetenrad 48 und einem äußeren Planetenrad 50, sind drehbar an parallelen Zapfen 52 in dem Zwischenraum zwischen den Platten 42 und 44 eingebaut. Die Platten 42 und 44 sind miteinander durch radial angeordnete Streben 54 verbunden, die zwischen den Paaren von Planetenrädern 48 und 50 angeordnet sind. Die Dicke der Streben 54 nimmt radial einwärts zu.

Ein Zahnrad von jedem der kämmenden Paare von Planetenrädern, nämlich das äußere Rad 48, ist näher am Umfang der Platten 42 und 44 angeordnet als das andere, so daß das Zahnrad 48 in Eingriff mit dem Zahnring 36 steht. Das andere, innere Planetenrad 50, steht in Eingriff mit einem Sonnenrad 56, das mit einem Zahnabschnitt versehen ist, der sich in den Raum zwischen den Platten 42 und 44 durch die ringförmige Öffnung in der Platte 44 hindurch erstreckt. Der Planetenträ­ ger 41 und das Sonnenrad 56 rotieren daher in derselben Richtung.

Das Sonnenrad 56 hat einen allgemein zylindrischen Mittelab­ schnitt 58, der zwischen einem integral verbundenen linken Endabschnitt 60 und einem integral verbundenen rechten End­ abschnitt 62 liegt. Der rechte Endabschnitt 62 des Sonnenrades 56 erstreckt sich zwischen dem Ende der Achswelle 26 und ei­ ner konzentrischen Lagerfläche 64, die im Ende des Gehäuse­ teils 34 ausgebildet ist, und er ist mit dem Ende der Achs­ welle 26 mit Hilfe einer inneren Keilverzahnung verbunden. Die Umfänge des angrenzenden Mittelabschnittes 58 und des rechten Endabschnittes 62 sind versetzt und bilden eine radiale ringförmige Schulter 66 an ihrer Verbindungsstelle.

Die Schulter 66 liegt gegen eine zugehörige ringförmige Schulter an, die im Gehäuseteil 34 ausgebildet ist. Der lin­ ke Endabschnitt 60 des Sonnenrades 56 ist auf der Nabe 46 des Planetengetriebes 40 gelagert und kann sich frei um die­ ses drehen. Der linke Endabschnitt 60 endigt in einer radial verlaufenden Fläche 68, die gegen die Innenwand der linken Platte 42 anliegt. Die Verzahnung an der Außenseite des Sonnenrades 56 erstreckt sich von ihrem linken Endabschnitt 60 zum rechten Ende ihres Mittelabschnittes 58.

Eine elektromagnetisch betätigte Kupplung 70 ist im Differential vorgesehen, um einen variabel steuerbaren Widerstand gegen die relative Drehung der koaxial fluchtenden Achswellen 24 und 26 zu erzeugen. Die Kupplung 70 hat eine Kupplungspackung mit einer Mehrzahl von quer beweglichen ringförmigen Kupplungs­ scheiben, die konzentrisch Seite an Seite geschichtet sind. Abwechselnde Scheiben 74 und Zwischenscheiben 76 der Kupp­ lungspackung sind entsprechend durch eine oder mehr Komponen­ ten mit der linken und mit der rechten Achswelle 24 und 26 entsprechend verbunden. Die folgende Verbindung oder der folgende Drehmomentweg wird zwischen der Mehrzahl von Kupp­ lungsscheiben 74 und der Achswelle 24 geschaffen. Die alter­ nierenden Scheiben 74 sind verschiebbar mittels nach außen verlaufenden Verzahnungen mit der Innenverzahnung der Büchse 51 des Planetenträgers 41 verbunden; ferner ist, wie oben er­ wähnt, die Nabe 46 des Planetenträgers 41 auf die linke Achs­ welle 24 aufgekeilt. Eine Verbindung oder ein Drehmomentweg ist ferner zwischen den Zwischenkupplungsscheiben 76 und der Achswelle 26 geschaffen. Die Zwischenscheiben 76 sind ver­ schiebbar mittels radial einwärts vorstehender Zähne mit den Zähnen gekoppelt, welche den rechten Endabschnitt des Mittel­ abschnittes 58 des Sonnenrades 56 umgeben; und das Sonnenrad 56 ist auf die rechte Achswelle 26 aufgekeilt.

Durch Koppeln des Sonnenrades 56 mit dem Planetenträger 41 mittels der integralen Büchse 51, anstatt das Sonnenrad 56 mit dem Gehäuse 14 zu koppeln, wird das übertragene Gesamt­ drehmoment effektiv gesteigert um einen Faktor, der gleich dem Verhältnis der Anzahl der Zähne im Zahnring 36 zur Anzahl der äußeren Zähne des Sonnenrades 56 ist. Dies des­ wegen, weil nur ein Teil des wirksamen Betrages des über­ tragenen Drehmomentes durch die Kupplungspackung hindurch­ geht. Wenn daher beispielsweise die linke Achswelle 24 auf einen reibungslosen Zustand trifft, wird die Kupplung be­ tätigt, um Drehmoment auf die rechte Achswelle 26 zu über­ tragen. Das Drehmoment läuft dann vom Zahnring 36 zu den Planetenrädern 48 und 50. Ein Teil läuft dann vom inneren Planetenrad 50 zum Sonnenrad 56 und dann zur rechten Achs­ welle 26. Der Rest des übertragenen Gesamtdrehmomentes läuft von den Planetenrädern 48 und 50 über die Zapfen 52 zum Planetenträger 41, dann zu den Zwischenkupplungsschei­ ben 76, die mit der Büchse 51 des Planetenträgers 41 gekoppelt sind, dann zu den Kupplungsscheiben 74, die auf das Sonnen­ rad 56 aufgekeilt sind, und schließlich von Sonnenrad 56 zur rechten Achswelle 26.

Wenn beispielsweise der Ring 36 zweimal so groß ist wie das Sonnenrad 56, dann läuft nur die Hälfte des übertragenen Gesamtdrehmomentes direkt durch die Kupplungspackung. Des­ halb kann das Zweifache des Drehmomentes übertragen werden im Vergleich mit einer Anordnung, die eine identische Kupp­ lungspackung und einen Magneten hat, bei der jedoch das Sonnenrad 56 mit dem Gehäuse 14 gekoppelt ist. Alternativ können die Kupplungspackung und/oder der Magnet kleiner ausgebildet werden, wobei jedoch dieselbe Kapazität für das gesamte übertragene Drehmoment beibehalten wird.

Um die Kupplungspackung in ihrer Position zwischen der Büchse 41 und dem Sonnenrad 56 zu betätigen, wie oben be­ schrieben, wird eine axial bewegliche radial angeordnete ringförmige Druckplatte 81 benutzt, um eine seitliche Kraft oder eine Querkraft gegen eine angrenzende Stirnfläche der Kupplungspackung aufzubringen. Die Kupplungspackung liegt dadurch zwischen der Druckplatte 81 und der äußeren Ring­ fläche der Platte 44 des Planetenträgers 41. Eine Mehrzahl von parallelen Stegen 83 ist integral an der Druckplatte 81 angebracht, die sich allgemein senkrecht zur Oberfläche der Druckplatte 81 und weg von der Kupplungspackung er­ strecken. Die Stege 83 verlaufen durch Öffnungen in der Seitenwand des rechten Gehäuseteiles 34. Eine ringförmige Betätigungsplatte 85 aus Stahl ist mittels Schrauben mit den vorstehenden Enden der Stege 83 verbunden,und da­ durch auch mit der Druckplatte 81 verbunden. Die Druck­ platte 81 und die Betätigungsplatte 85 sind vorzugsweise durch wenigstens vier parallele in Umfangsrichtung gleich­ mäßig beabstandete Stege 83 verbunden.

Ein ringförmiger Elektromagnet 87 ist drehbar mittels eines Lagers 90 im rechten Gehäuseteil 34 in einer Position inner­ halb des Differentialgehäuses 12 und zwischen der Betäti­ gungsplatte 85 und der Druckplatte 81 eingebaut. Der Elektro­ magnet 87 und die Betätigungsplatte 85 sind so positio­ niert, daß sie einen wirksamen Abstand voneinander haben, so daß, wenn der Elektromagnet erregt wird, wird die Be­ tätigungsplatte 85 auf den Elektromagneten 87 zu gezogen, wodurch die Stege 83 axial in derselben Richtung bewegt werden und die Druckplatte 81 gegen die angrenzende Stirn­ fläche der Kupplungspackung gepreßt wird. Unterlegscheiben 92 können verwendet werden, um den gewünschten Spalt zwischen dem Elektromagnet 87 und der Betätigungsplatte 85 zu erhalten. Diese Reaktion drückt die Kupplungspackung zusammen und er­ höht den Widerstand gegen eine relative Drehung zwischen den benachbarten Kupplungsscheiben 74 und 76 und in gleicher Weise zwischen den mit diesen verbundenen Komponenten. Die Erregung des Elektromagneten und die Einstellung der Stärke des Magnetfeldes erfolgen vorzugsweise mit Hilfe elek­ tronischer Steuerungen oder alternativ durch Eingriff des Fahrers.

Claims (8)

1. Differentialgetriebe mit einem drehbaren Gehäuse mit einem Zahnring sowie mit ersten und zweiten Achswellen, die im Gehäuse zur Drehung relativ zu diesem gelagert sind, gekennzeichnet durch ein Sonnenrad, das mit der ersten Achswelle zur Drehung mit dieser verbunden ist, einen Planeten­ träger, der mit der zweiten Achswelle zur Drehung mit dieser verbunden ist, eine Mehrzahl von Paa­ ren von Planetenrädern, die am Planetenträger gelagert sind, wobei ein erstes Zahnrad jedes Paares in Eingriff mit dem Zahnring und ein zweites Zahnrad jedes Paares in Eingriff mit dem Sonnenrad steht, ferner durch eine Kupplung zum Begrenzen der relativen Drehung zwischen der ersten Achswelle und der zweiten Achswelle da­ durch, daß das Sonnenrad mit dem Planetenträger gekoppelt wird, wobei die Kupplung eine Kupp­ lungspackung aus einer Mehrzahl von ringförmigen Kupplungsscheiben aufweist sowie durch Mittel, um selektiv die Kupplungspackung zusammenzudrücken, mit einer Druckplatte benachbart zur Kupplungs­ packung, einer Betätigungsplatte, die um einen Luftspalt von einem Elektromagneten beabstandet ist, der zwischen der Betätigungsplatte und der Druckplatte eingebaut ist, und durch Einrichtungen, um die Druckplatte und die Betätigungsplatte zu verbinden, so daß bei Betätigung des Elektromagneten die Betätigungsplatte auf den Letzteren zu gezogen und dadurch die Druckplatte gegen die Kupplungs­ packung angedrückt wird.

2. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtungen zum Verbinden der Druckplatte und der Betätigungsplatte eine Mehrzahl von Stegen umfaßt.

3. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kupplungspackung besteht aus einer ersten Gruppe von ringförmigen Kupplungsscheiben, die mit dem Sonnenrad verbunden sind zur Drehung mit diesem und einer zweiten Gruppe von ringförmigen Scheiben, die mit dem Planetenträger verbunden sind zur relativen Drehung mit diesem.

4. Differentialgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Planetenträger erste und zweite koaxial beabstandete Platten aufweist, zwischen denen die Planetenräder gelagert sind, ferner eine Nabe, die mit der zweiten Achswelle verbunden ist und eine keilverzahnte Büchse, die sich allgemein senkrecht zu der zweiten Platte und weg von der ersten Platte erstreckt, und daß die Büchse mit der zweiten Gruppe von ringförmigen Kupplungsscheiben zur Drehung mit diesen verbunden ist.

5. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Elektromagnet ein ringförmiger Mag­ net ist, der auf dem Gehäuse mit Hilfe von Lagern zur Drehung relativ zu diesem montiert ist.

6. Differentialgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Betätigungsplatte eine ringförmige Platte ist, die auf dem Gehäuse koaxial zum Elektro­ magneten montiert ist.

7. Differentialgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckplatte mit der Betätigungs­ platte mittels einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandeten Streben verbunden ist, die sich durch Öffnungen im Gehäuse erstrecken.

8. Differentialgetriebe mit einem drehbaren Gehäuse mit einem Zahnring sowie ersten und zweiten Achswellen, die im Gehäuse zur Drehung relativ zu diesem gelagert sind, gekennzeichnet durch ein Sonnenrad, das mit der ersten Achswelle zur Drehung mit dieser verbunden ist, einem Planetenträger, der mit der zweiten Achswelle zur Drehung mit jener verbunden ist, daß der Planeten­ träger erste und zweite koaxial beabstandete Platten aufweist, ferner eine Nabe, die mit der zweiten Achs­ welle verbunden ist und eine keilverzahnte Büchse, die sich allgemein quer zur zweiten Platte und weg von der ersten Platte erstreckt, eine Mehrzahl von Paaren von Planetenrädern, die am Planetenträger gelagert sind, wobei ein erstes Rad jedes Paares mit dem Zahnring kämmt und ein zweites Rad jedes Paares mit dem Sonnen­ rad kämmt, ferner durch eine Kupplung zum Begrenzen der relativen Drehung zwischen der ersten Achswelle und der zweiten Achswelle durch Koppeln des Sonnenrades mit dem Planetenträger, daß die Kupplung eine erste Mehrzahl von ringförmigen Kupplungsscheiben aufweist, die mit dem Sonnenrad zur Drehung mit diesem verbunden sind sowie eine zweite Mehrzahl von ringförmigen Kupplungsscheiben, die mit der Büchse des Planetenträgers verbunden sind zur relativen Drehung mit diesem und durch Einrichtungen, um selektiv die Kupplungspackung zusammenzupressen einschließlich einer Druckplatte angrenzend an die Kupp­ lungspackung und einer Betätigungsplatte, die um einen Luftspalt von einem ringförmigen Elektromagneten be­ abstandet ist, der auf dem Gehäuse montiert und zwischen der Betätigungsplatte und der Druckplatte eingebaut ist, und daß die Druckplatte mit der Betätigungsplatte mit­ tels einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandeten Stegen verbunden ist, welche sich durch Öffnungen im Gehäuse erstrecken, so daß bei Betätigung des Elektromagneten die Betätigungsplatte auf den Letzte­ ren zu gezogen wird und dadurch die Mehrzahl von Stegen axial bewegt und damit die Druckplatte gegen die Kupp­ lungspackung angedrückt wird.