AT6082U1

AT6082U1 - Achsantriebsblock für ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: AT6082U1
Application number: AT0008002U
Authority: AT
Inventors: Hermann Ing Pecnik; Helmut Stelzl
Original assignee: Steyr Daimler Puch Ag
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2003-04-25
Also published as: CA2475541A1; US7083541B2; CA2475541C; EP1474302A1; WO2003066362A1; US20050049103A1

Abstract

Achsantriebsblock für ein Kraftfahrzeug, der in einem angetriebenen Gehäuse (22) ein erstes und ein zweites Differential (18,19) enthält, wobei beide Differentiale (18,19) parallelachsige Stirnradplanetengetriebe sind, deren Sonnenräder (32,43) jeweils mit den Halbachsen (8,9) der ersten angetriebenen Achse antriebsverbunden sind, und mit deren gemeinsamen Hohlrad (35) Planetenräder (36,38) beider Differentiale (18,19) kämmen. Um eine Sperrung des Zwischenachsdifferentiales (19) zu erreichen, hat das Gehäuse (24) eine erste Reibfläche (51), die mit einer mittels Kugelrampen (55,56,58) angepressten zweiten Reibfläche (53) zusammenwirkt.

Description

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Die Erfindung handelt von einem Achsantriebsblock für/Kraftfahrzeug mit einer ersten und einer zweiten angetriebenen Achse, der in einem von einem Motor-Getriebe-Block aus angetriebenen Gehäuse ein erstes und ein zweites Differential enthält, wobei das erste Differential das zugeführte Drehmoment zwischen einer ersten Halbachse der ersten angetriebenen Achse und dem zweiten Differential verteilt und das zweite Differential das ihm zugeführte Drehmoment weiter zwischen einer zweiten Halbachse der ersten angetriebenen Achse und einem Abtrieb für die zweite angetriebene Achse verteilt, wobei beide Differentiale parallelachsige Stirnradplaneten- getriebe sind, deren Sonnenräder jeweils mit den Halbachsen der ersten angetriebenen Achse antriebsverbunden sind,

und mit deren gemeinsamem Hohlrad Planetenräder beider Differentiale kämmen, wobei der eine Plane- tenträger mit dem beide Differentiale aufnehmenden Gehäuse drehfest verbunden ist und der andere Planetenträger mit dem Abtrieb für die zweite angetriebene Achse antriebsverbunden ist.

Ein derartiger Achsantriebsblock ist aus der DE 44 18 891 C2 bekannt. Bei diesem wird dank der besonderen Gestaltung und Anordnung der beiden Differentiale eine optimale Anpassung des Momentenverteilungsverhält- nisses bei minimalem Bauaufwand erreicht. Zwischen dem die beiden Differentiale enthaltenden angetriebenen Gehäuse und dem Abtrieb für die

zweite angetriebene Achse ist eine Flüssigkeitsreibungskupplung als
Längsdifferentialsperre vorgesehen. Diese ist nicht nur aufwendig und sperrig (weshalb sie über eine Hohlwelle angetrieben, ausserhalb des
Gehäuses der beiden Differentiale angeordnet werden muss), sie hat auch den Nachteil, für das Zusammenwirken mit Bremskraft- bzw. Schlupfbe- grenzungssystemen (ABS, ESP) nicht geeignet zu sein. Die Flüssigkeits- reibungskupplung ist eine drehzahlfühlende Sperre.

Aus der EP 94 870 A1ist ein Achsantriebsblock bekannt, in dem zwei
Kegelraddifferentiale in Serie geschaltet sind und im ersten das Moment für nur eine Seite der ersten angetriebenen Achse abgezweigt wird. Zur totalen Sperre des Längsdifferentiales sind die Körbe der beiden Kegel- raddifferentiale mittels einer Klauenkupplung verbindbar. Mit dieser Anordnung ist weder die erwünschte Momentenverteilung noch eine symmetrisch wirkende Sperrung erzielbar. Insbesondere würde sich bei nur teilweiser Sperrung mittels Reibung eine bezüglich der Fahrzeuglängsachse unsymmetrische Drehmomentverteilung ergeben, was sich verbietet.

Für die Kompatibilität mit ABS bzw. ESP und aus anderen fahrdynami- schen Gründen ist eine drehmomentfühlende Sperre erwünscht, die ihre Aufgabe ohne Steuereingriff von aussen erfüllt. Eine solche ist etwa auch in einem Torsendifferential besonderer Ausführung gegeben, hat aber ein ungünstiges Verschleissverhalten.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, mit minimalem Bauaufwand eine selbsttätige Sperrung des Längsdifferentiales zu verschaffen, wobei die erzielbare selbsttätige Sperrung konstruktiv so beeinflusst werden kann, dass sie den fahrdynamischen Erfordernissen angepasst ist. Erfindungs- gemäss wird das dadurch erreicht, dass :

e) zwischen dem Planetenträger (40) des zweiten Differentiales (19) und dem Gehäuse (22) eine Reibungskupplung ausgebildet ist, f) die besteht aus einer achsnormalen ersten Reibfläche an einer Innen- wand des Gehäuses und aus einem mit dem Planetenträger (40) des zweiten Differentiales (19) wirkverbundenen Ring mit einer zweiten
Reibfläche, g) wobei der Ring bezüglich des zweiten Planetenträgers verdrehbar ist und sich bei Verdrehung die Entfernung zwischen erster und zweiter
Reibfläche ändert.

Die Sperrung erfolgt so durch Reibung, graduell. Wegen e) ist nur das Zentraldifferential sperrbar (also die Sperrwirkung zwischen erster und zweiter angetriebener Achse), ohne dass die Momentenverteilung zwischen den beiden Rädern der ersten angetriebenen Achse unsymmetrisch wird.

Dank ihrem geringen Platzbedarf kann die Reibungskupplung innerhalb des Gehäuses untergebracht und auf kürzestem Weg (ohne Zwischen- schaltung von Wellen, deren Tordierbarkeit zu Schwingungen führen kann) in den Kraftfluss eingeschaltet werden. Die Wirkverbindung zwischen dem Planetenträger und dem Ring, über die das Drehmoment zur zweiten ange- triebenen Achse geleitet wird, macht die Sperre drehmomentfühlend, wodurch sie ohne Einwirkung von aussen selbststeuemd und ABS- bzw.

ESP - tauglich ist. Das gewünschte Sperrverhalten ist durch konstruktive Gestaltung der Wirkverbmdung in weiten Grenzen darstellbar.

In einer bevorzugten Ausführungsform hat der zweite Planetenträger und/ oder der Ring eine Stirnfläche mit sich in axialer Richtung erhebenden Rampen (Anspruch 2). Mit der Form und Steigung der Rampen wird das gewünschte Sperrverhalten hergestellt. Insbesondere können die Rampen

von einer Neutralstellung aus in beiden Umfangsrichtungen (also in verschiedenem Drehsinn) verschieden steil ansteigen (Anspruch 4,5).

Dadurch kann das Sperrverhalten im Zugbetrieb anders als im Schubbetrieb ausgelegt werden. Man kann auch sagen, dass in einem Drehsinn auf eine abfallende Rampe eine ansteigende folgt.

Für die konstruktive Gestaltung der Rampen gibt es verschiedene Möglich- keiten. Jedenfalls werden aus Symmetriegründen über den Umfang verteilt mindestens zwei Rampen vorgesehen sein.

In einer möglichen Ausführungsform hat der zweite Planetenträger und der
Ring eine Stirnfläche mit sich in axialer Richtung erhebenden Rampen (Anspruch 2). Die Rampen der beiden Teile gleiten bei gegenseitiger Ver- drehung aufeinander und bestimmen so die axiale Stellung des Ringes.

Durch die mechanische Reibung zwischen den beiden Rampen spricht die Wirkung erste bei einem bestimmten "gefühlten" Drehmoment an.

In einer anderen möglichen Ausführungsform hat der zweite Planetenträger und/ oder der Ring eine ebene Stirnfläche mit Rampen bildenden Vertie- fungen, welche Rollkörper aufnehmen (Anspruch 3). So tritt die Wirkung praktisch reibungslos und feinfühliger auf. Ausserdem ist Platzbedarf und Fertigungsaufwand so geringer.

In Weiterbildung der Erfindung sind zwischen der ersten und der zweiten Reibfläche zusätzlich erste und zweite Kupplungslamellen, wovon die ersten mit der Innenwand des Gehäuses und die zweiten mit dem Ring drehfest und axial verschiebbar verbunden sind (Anspruch 6). Auf diese Weise sind höhere Sperrmomente erzielbar, beziehungsweise wird mit geringeren Sperrkräften das Auslangen gefunden. Eine andere Möglichkeit,

die Sperrwirkung mit minimalem zusätzlichem Raumbedarf zu erhöhen besteht darin. zumindest eine der Reibflächen mit einem Reibbelag zu versehen (Anspruch 7).

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar:
Fig. 1: ein Schema des gesamten Antriebsstranges eines Fahrzeuges mit dem erfindungsgemässen Achsantriebsblock,
Fig. 2 : einen Achsialschnitt durch das Doppeldifferential in Fig. 1
Fig. 3: Detail III in Fig. 2 in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 4: einen Umfangsschnitt nach IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 : DetailIII in Fig. 2 in einer zweiten Ausführungsform Fig. 6 : DetailIII in Fig. 2 in einer dritten Ausführungsform,
Fig. 7: einen Umfangsschnitt nach VII-VII in Fig. 6.

In dem in Fig. 1 dargestellten allradgetriebenen Kraftfahrzeug ist der Mo- tor mit 1, die Kupplung mit 2 und das Schaltgetriebe mit 3 bezeichnet. Das Getriebe 3 endet in einem Abtriebzahnrad 4, das mit einem grossen An- triebszahnrad 5 kämmt. Das Antriebszahnrad 5 ist bereits Teil des Achsan- triebsblockes 6. An diesen schliesst ein Abtrieb 7 für den Hinterachsantrieb und eine rechte und eine linke Halbachse 8,9 für den Antrieb der Vorder- räder an. Im Inneren des Abtriebes 7 befindet sich ein Paar Kegelräder 10,11 und das Drehmoment für die Hinterachse wird über eine Gelenkwelle 12 einem beispielsweise konventionellen Differentialgetriebe 13 zugeführt, in dem über ein Paar Kegelräder 14,15 in bekannter Weise die Halbachsen 16,17 der Hinterräder angetrieben werden.

Im Inneren des Achsantriebs- blockes 6 befindet sich ein erstes und ein zweites Planetengetriebe 18,19, die im folgenden näher beschrieben werden.

Der in Fig. 2 dargestellte drehende Inhalt des Achsantriebsblockes ist, ausgehend vom Antriebszahnrad 5, ein angetriebenes Gehäuse 22, das die beiden Planetengetriebe 18,19 enthält. Das Gehäuse 22 besteht aus zwei
Gehäuseteilen 23,24, die hier gemeinsam mit dem Antriebszahnrad 5 mittels Gewindebolzen 25 zusammengespannt sind. Die achsiale Lage der
Teilfuge zwischen den beiden Gehäuseteilen kann entsprechend äusseren
Erfordernissen festgelegt sein, es können entweder beide gleich tief sein oder einer der Gehäuseteile ist ein flacher Deckel und der andere eine tiefe
Glocke.

Der erste Gehäuseteil 23 ist gleichzeitig Planetenträger des ersten Differen- tialgetriebes 18 und beispielsweise mittels der Gewindebolzen 25 mit dem glockenförmigen Gehäuseteil 24 fest verbunden. Beide zusammen bilden somit einen starren Teil, der mittels Lagern 26,27 im Gehäuse 20,21 dreh- bar gelagert ist. Zu diesem ersten Planetengetriebe 18 gehören weiters um Achsen 30 drehbare Planetenräder 31 und ein Sonnenrad 32, das mittels einer Keil Verzahnung 33 mit der linken Ausgangswelle 34 verbunden ist, an die die Halbachse 9 (Fig. 1) anschliesst.

Ein Hohlrad 35 umgibt die Planetenräder 31 des ersten Planetengetriebes 18 und ist gleichzeitig auch das Hohlrad des zweiten Planetengetriebes 19.

Es kämmt mit den äusseren Planetenrädern 36 des zweiten Planetenge- triebes 19, die auf Achsen 37 gelagert sind, welche ihrerseits im zweiten Planetenträger 40 befestigt sind. Die ersten Planetenräder 36 kämmen ausserdem mit zweiten Planetenrädern 38, die auf Achsen 39 ebenfalls am Planetenträger 40 gelagert sind.

Dieser zweite Planetenträger 40 ist über eine Keilverzahnung 41 mit einer Hohlwelle 42 verbunden, welche in den Abtrieb 7 für die Hinterachse (Fig.

1) führt. Die inneren Planetenräder 38 kämmen mit einem Sonnenrad 43, welches über eine Keilverzahnung 44 mit der rechten Ausgangswelle 45 verbunden ist. Diese führt über die rechte Achsantriebswelle 8 (Fig. 1) zum rechten Vorderrad. Diesbezüglich wird verwiesen auf die DE 44 18 891.

Der Kraftfluss verläuft folgendermassen : auf das Gehäuse 24 wirkende Drehmoment w ird zuerst im ersten Planetengetriebe 18 zwischen dem
Sonnenrad 32 und somit der linken vorderen Achsantriebswelle 9 und dem
Hohlrad 35 aufgeteilt, das die Verbindung zwischen erstem und zweitem
Planetengetriebe herstellt. Im zweiten Planetengetriebe 19 wird das Dreh- moment über die Planetenräder 36,38 verteilt, auf einerseits deren Plane- tenträger 40 und damit den Abtrieb 7 für die Hinterräder, und andererseits auf das Sonnenrad 43 und damit die rechte Halbachse 8 des Vorderradan- triebes.

Erfindungsgemäss ist nun zwischen dem Planetenträger 40 des zweiten Differentiales 19 und dem Gehäuse 24 eine Reibungskupplung 50 vorge- sehen (Fig. 1). die zwischen einer achsnormalen ersten Reibfläche 51 und einer zweiten auf einem Ring 52 ausgebildeten Reibfläche 53 wirkt. Der Ring 52 steht in Wirkverbindung mit dem Planetenträger 40 und stellt gleichzeitig die Antriebsverbindung zwischen letzterem (40) und der zum Antrieb der zweiten Achse führenden Hohlwelle 42 her.

Fig. 3 zeigt die Wirkverbindung genauer. Der Ring 52 hat eine auf der Hohlwelle 42 sitzende Nabe 54 und auf der den Reibflächen 51,53 abgewandten Seite mindestens zwei am Umfang gleichmässig verteilte Vertiefungen 55. Ebensolche Vertiefungen 56 hat im abgebildeten Aus- führungsbeispiel die Scheibe 57 des Planetenträgers 40. Zwischen den

Vertiefungen 55,56 befinden sich Kugeln 58. Ein Reibbelag 70 kann, muss aber nicht, vorhanden sein.

In Fig. 4 ist zu sehen, dass die Vertiefungen 55,56 jeweils eine erste (59,
59') und eine zweite (60, 60') Rampe 59, 60' bilden. Da deren Längen
61,62 verschieden sind, ist die Steigung der beiden Rampen auch verschie- den. Bei Relativbewegung von Ring 52 und Planetenträger entsprechend
Zugbetrieb und Vorwärtsfahrt und Pfeilen 63,63", wird die Kugel 58 auf den Ring eine Kraft 64 ausüben, mit der er mit seiner zweiten Reibfläche
53 gegen die erste Reibfläche 51(Fig. 3) gedrückt wird und so die Relativ- bewegung 63,63'bremst. Bei Relativbewegung in der entgegengesetzten Richtung bei Schubbetrieb vorwärts oder Zugbetrieb rückwärts, kommen die steileren Rampen 60,60' zur Wirkung, das über die Kugel 58 übertra- gene Drehmoment bewirkt eine kleinere Anpresskraft zwischen den Reib- flächen 51,53.

In Fig. 5 sind zwischen der ersten Reibfläche 151 und der zweiten Reib- fläche 153 zur Erhöhung der Reibung bei gleichem Anpressdruck erste und zweite Kupplungslamellen 165,166 vorgesehen. Erstere (165) sind mittels Zähnen 167 im Gehäuse 24 mit diesem drehfest verbunden und axial ver- schiebbar; zweitere (166) über Zähne 168 mit dem Ring 52. Gegebenen- falls vorhandene Federn sind nicht zu sehen.

Die Fig. 6 unterscheidet sich dadurch von der Fig. 3, dass anstelle der Vertiefungen und Rollkörper aufeinander gleitende Kulissen 'vorgesehen sind, wie in dem Umfangsschnitt in Fig. 7 besser zu sehen. Die Scheibe 256 des Planetenträgers 40 hat zwei oder mehr über den Umfang verteilte höckerförmige Rampen 265, die längs ihrer Erzeugenden die Rampen 259, 260, die auch wieder verschieden geformt sein können, berühren. Die

Rampen 265, 259, 260 ragen in achsialer Richtung aus den Stirnflächen 268,269 von Ring 252 und Scheibe 256 heraus.

Claims

ANSPRÜCHE 1. Achsantriebsblock für Kraftfahrzeug mit einer ersten und einer zweiten angetriebenen Achse, der in einem von einem Motor-Getriebe- Block (1) aus angetriebenen Gehäuse ein erstes und ein zweites Differential (18,19) enthält, a) wobei das erste Differential (18) das zugeführte Drehmoment zwischen einer ersten Halbachse (9) der ersten angetriebenen Achse (8,9) und dem zweiten Differential (19) verteilt, und b) das zweite Differential (19) das ihm zugeführte Drehmoment weiter zwischen einer zweiten Halbachse (8) der ersten angetriebenen Achse (8,9) und einem Abtrieb (7) für die zweite angetriebene Achse (16,17) verteilt, c) wobei beide Differentiale (18,19) parallelachsige Stimradplaneten- getriebe sind, deren Sonnenräder (32,43) jeweils mit den Halbachsen (8,9) der ersten angetriebenen Achse antriebsverbunden sind,

und mit deren gemeinsamem Hohlrad (35) Planetenräder (36,38) derjeweiligen Differentiale (18,19) kämmen, d) wobei der Planetenträger (23) des ersten Differentiales (18) mit dem beide Differentiale (18,19) aufnehmenden Gehäuse (24) drehfest ver- bunden ist und der Planetenträger (40) des zweiten Differentiales (19) mit dem Abtrieb (7) für die zweite angetriebene Achse antriebsverbunden ist, <Desc/Clms Page number 11> dadurch gekennzeichnet, dass e) zwischen dem Planetenträger (40) des zweiten Differentiales (19) und dem Gehäuse (24) eine Reibungskupplung (50) ausgebildet ist, f) die besteht aus einer achsnormalen ersten Reibfläche (51; 151; 251) an einer Innenwand des Gehäuses (24) und aus einem mit dem Planeten- träger (40) des zweiten Differentiales (19) wirkverbundenen Ring (52; 152; 252) mit einer zweiten Reibfläche (53; 153;

253), g) wobei der Ring (52; 152; 252)bezüglich des zweiten Planetenträgers (40) verdrehbar ist und sich bei Verdrehung die Entfernung zwischen erster (51; 151; 251) und zweiter Reibfläche (53; 153; 253), ändert.
2. Achsantriebsblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Planetenträger (40) und/oder der Ring (252) eine Stirnfläche mit sich in axialer Richtung erhebenden Rampen (259,260,265) hat (haben),
3. Achsantriebsblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Planetenträger (40) und/oder der Ring (52; 152) eine ebene Stirnfläche (68,69) mit Rampen (59,60; 59.59',60,60') bildenden Vertie- fungen (55,56) hat (haben), welche Rollkörper (58) aufnehmen.
4. Achsantriebsblock nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (55,56) eine abfallende (59,59') und eine ansteigende (60,60') Rampe haben.
5. Achsantriebsblock nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass die abfallende (59,59';259) und die ansteigende Rampe (60,60;260) verschiedene Steigungen haben. <Desc/Clms Page number 12>
6. Achsantriebsblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten (151) und der zweiten Reibfläche (153) zusätzlich erste und zweite Kupplungslamellen (165,166) sind, wovon die ersten (165) mit der Innenwand des Gehäuses (24) und die zweiten (166) mit dem Ring (152) drehfest verbunden sind.
7. Achsantriebsblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Reibflächen (51,53; 151,153; 251,253) einen Reibbelag (70) aufweist.