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Die Erfindung betrifft ein Differentialgetriebe mit
einer integrierten Sperrkupplung zur Verwendung als Achsgetriebe
in einer bedarfsweise antreibbaren Antriebsachse eines Fahrzeugs
mit mehreren angetriebenen Antriebsachsen, bei dem die Sperrkupplung
zwischen einem ersten Seitenwellenrad und einer zugeordneten ersten
Seitenwelle wirksam eingesetzt ist.
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Ein Differentialgetriebe dieser Art
ist aus der
DE 101
03 789 A1 bekannt. Die Kupplung ist hierbei eine von einem
Antriebsmotor elektromotorisch steuerbare Lamellenkupplung, die
einen sogenannten Kugel-Rampen-Mechanismus, bestehend aus zwei Rampenscheiben
mit Kugelrillen mit über
dem Umfang gegensinnig veränderlicher
Tiefe und dazwischenliegenden Kugeln zur Umsetzung der Drehbewegung
des Antriebsmotors in eine Axialbewegung zur Beaufschlagung der
Reiblamellen der Lamellenkupplung umfaßt.
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Die vorstehend genannte Bauweise
des Differentialgetriebes beschränkt
seine Anwendbarkeit auf ein Kraftfahrzeug mit einer sogenannte hang-on Konfiguration,
bei der eine erste Antriebsachse ständig angetrieben wird und eine
zweite Antriebsachse über
ein Verzweigungsgetriebe und eine sogenannte hang-on Kupplung nur
bedarfsweise, d. h. insbesondere bei Schlupf an der ständig angetriebenen
Antriebsachse oder im Geländemodus
angetrieben wird.
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Eine derartige hang-on Kupplung liegt
im allgemeinen in einer Längsantriebswelle
vor dem Eingang zum Achsdifferential, während sie bei der genannten
Differential bauweise in das Achsdifferential integriert ist. Die
Wirkung ist auch hier die einer hang-on Kupplung:
Befindet
sich die Kupplung in einem Modus, in dem sie kein Drehmoment überträgt, ist
ein erstes Seitenwellenrad des Differentials von der entsprechenden Seitenwelle
entkoppelt, so daß zum
einen kein Drehmoment auf das genannte erste Seitenwellenrad übertragen
werden kann und zum anderen, da kein Stützmoment am ersten Seitenwellenrad
aufgebaut werden kann, auch vom Differentialkorb kein Drehmoment
auf das zweite Seitenwellenrad und damit die zweite Seitenwelle übertragen
werden kann.
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Es wird bei Drehmomenteinleitung
in den Differentialkorb nur ein Leerlauf des Differentialgetriebes
bewirkt, so daß das
eingeleitete Drehmoment nur einem durch die inneren Reibungskräfte erzeugten Gegenmoment
entspricht.
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Befindet sich die Kupplung in einem
Modus, in dem sie ein Drehmoment übertragen kann, sei es begrenzter
Höhe oder
in Höhe
des maximal übertragbaren
Momentes, so wird das erstgenannte Seitenwellenrad mit der ersten
Seitenwelle so verbunden, daß Drehmoment über die
erste Seitenwelle übertragen
werden kann und entsprechend dem damit vorhandenen Stützmoment
auch über
das zweite Seitenwellenrad auf die zweite Seitenwelle. Das Differential
wirkt hierbei als offenes Differential, d. h. Drehzahldifferenzen
zwischen den Seitenwellen sind möglich.
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Solange im angegebenen Einsatzfall
infolge unterschiedlicher Drehzahl der Antriebsachsen an der Kupplung
Schlupf vorliegt, d. h. eine Drehzahldifferenz zwischen der ersten
Seitenwelle und dem ersten Seitenwellenrad vorliegt, was bei Einsatz
einer Viskokupplung bei Drehmomentübertragung immer der Fall ist
und bei Einsatz einer Lamellenkupplung bei Drehmomentübertragung
in den meisten Betriebszuständen,
stellt sich selbst bei Drehzahlgleichheit der Seitenwellen entsprechend
Drehzahlgleichheit der Räder
an der zweiten Antriebsachse eine Drehzahldifferenz zwischen den
Seitenwellenrädern und
dem Differentialkorb ein. Hierdurch ergeben sich ständige Ausgleichsbewegungen
im Differentialkorb, die zu einer Unsymmetrie der Reibungsverhältnisse im
Differentialkorb führen.
Das Ergebnis ist eine spürbare
Drehmomentungleichheit an den Seitenwellen bei Geradeausfahrt. Dies
erschwert alle heute üblichen
Fahrzustandregelungsprozesse und Fahrdynamikregelungsprozesse.
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Der Erfindung liegt hiervon ausgehend
die Aufgabe zugrunde, ein Differentialgetriebe der genannten Art
dahin weiterzubilden, daß auch
bei Schlupfzustand an der Kupplung Drehmomentgleichheit an den Seitenwellen
sichergestellt ist. Die Lösung
hierfür
besteht darin, daß das
genannte erste Seitenwellenrad einen ersten größeren Wälzkreisradius rR mit
den Ausgleichsrädern
aufweist und das zweite der Seitenwellenräder einen zweiten kleineren Wälzkreisradius
rL mit den Ausgleichsrädern aufweist. Hiermit wird
bei Gleichheit der Zahnkräfte
an den Ausgleichsrädern
das auf das erste Seitenwellenrad ausgeübte Drehmoment durch den größeren wirksamen
Wälzkreisradius
erhöht
und das auf das zweite Seitenwellenrad ausgeübte Drehmoment durch den kleineren
wirksamen Wälzkreisradius
reduziert, so daß sich
Drehmomentgleichheit an den beiden Seitenwellen einstellt. Die hierbei
wirksamen ungleichen Reibungskräfte
sind die zwischen den Seitenwellenrädern und dem Differentialkorb
und zwischen den Ausgleichsrädern
und dem Differentialkorb, insbesondere ihren Lagerzapfen.
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Die Seitenwellenräder sind hierbei bevorzugt Kronenräder und
die Ausgleichsräder
Stirnräder.
Bei den genannten Eingriffsverhältnissen
und gleichem Verzahnungsmodul muß die Zähnezahl des ersten Seitenwellenrades
größer als
die des zweiten Seitenwellenrades sein.
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Eine im Durchmesser besonders kompakte Bauweise
ergibt sich, wenn das erste Seitenwellenrad mit einer Zwischenwelle
verbunden ist, die eines der gegeneinander drehbaren Teile der Sperrkupplung
trägt.
Um gleichzeitig eine große
Länge der
mit den Seitenwellen verbindbaren seitlichen Gelenkwellen zu erzielen,
wird vorgeschlagen, Gleichlaufdrehgelenke in das Getriebe zu integrieren
. Hierzu wird vorgeschlagen, daß ein
Gehäuse
der Sperrkupplung mit der Zwischenwelle verbunden ist und eine Nabe der
Sperrkupplung mit einer Gelenkkomponente eines ersten Gleichlaufdrehgelenks
verbunden ist und daß das
andere der Seitenwellenräder
einstückig
mit einer Gelenkkomponente eines zweiten Gleichlaufdrehgelenks verbunden
ist.
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In einer ersten bevorzugten Ausführungsform
wird als Sperrkupplung eine Viskokupplung eingesetzt. Alternativ
kann die Sperrkupplung eine steuerbare Lamellenkupplung sein.
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Die Erfindung erstreckt sich ebenso
auf ein Kraftfahrzeug mit einer ständig angetriebenen ersten Antriebsachse
und einer bedarfsweise antreibbaren zweiten Antriebsachse, bei dem
das zuvor beschriebene Differentialgetriebe als Achsdifferential
in der zweiten Antriebsachse zum Einsatz kommt.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
ein neuartiges Differentialgetriebe ohne die erfindungsgemäßen Merkmale
im Schnitt durch die Achsen;
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2 zeigt
ein erfindungsgemäßes Differentialgetriebe
im Schnitt durch die Achsen.
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Die 1 und 2 werden nachstehend zunächst gemeinsam
beschrieben. Sie zeigen weitgehend baugleiche Differentialgetriebe
im Schnitt durch die Achsen. In einem Differentialgehäuse 11,
das zwei Deckel 12, 13 umfaßt, ist eine Getriebeeingangswelle 14 drehbar
gelagert. Zwei Seitenwellen 15 (rechts) und 16 (links)
treten in das Gehäuse 11 ein.
Die Drehachse A1 der Eingangswelle 14 schneidet die gemeinsame
Drehachse A2 der beiden Seitenwellen 15, 16 rechtwinklig
etwa in Gehäusemitte. Die
Eingangswelle 14 ist über
zwei Schrägrollenlager 17, 18 im
Gehäuse 11 gelagert.
An der Eingangswelle 14 ist ein Antriebsritzel 19 angeformt.
Das Antriebsritzel 19 der Eingangswelle 14 ist
im Verzahnungseingriff mit einem Tellerrad 23, das einstückig an
einem Differentialkorb 24 angeformt ist. Der Differentialkorb 24 hat
Ansätze 25, 26 und
ist über
Schrägrollenlager 27, 28 drehbar
im Differentialgehäuse 11 gelagert.
Innerhalb des Differentialkorbes 24 sitzt seitlich nach
links zur Achse A1 versetzt ein Zapfen 31, dessen Achse
A3 parallel zur Achse A1 liegt und die Achse A2 ebenfalls rechtwinklig
schneidet. Dieser Zapfen trägt
zwei als Stirnräder
ausgebildete Ausgleichsräder 33, 34,
die jeweils mit einem ersten rechten Seitenwellenrad 35 und
einem zweiten linken Seitenwellenrad 36, die als Kronenräder ausgebildet sind,
im Verzahnungseingriff sind. An das linke Seitenwellenrad 36 ist
einstückig
das Gelenkaußenteil 55 eines
ersten Gleichlaufdrehgelenks 56 angeformt. In das Gelenkinnenteil 52 des
Gelenks ist eine erste Seitenwelle 16 eingesteckt und mit
diesem mittels Wellenverzahnung drehfest verbunden. In das rechte Seitenwellenrad 35 ist
eine Zwischenwelle 37 eingesteckt, die über ein Kugellager 44 im
Gehäuse 11 gelagert
ist. Eine Lamellenkupplung 32 liegt koaxial zur Zwischenwelle.
Die Lamellenkupplung umfaßt
einen Korb 38 mit Außenlamellen
sowie eine Nabe 40 mit Innenlamellen. Die Außenlamellen
sind drehfest im Korb 38 gehalten; die Innenlamellen sind
drehfest auf der Nabe 40 gehalten. Außen- und Innenlamellen sind
in Achsrichtung abwechselnd angeordnet. Der Korb 38 ist
an der Zwischenwelle 37 aufgeschweißt. Die Nabe 40 ist
mittels zweier Kugellager 42, 43 auf der Zwischenwelle 37 gelagert.
Die Lamellenkupplung 32 wird von einer Verstellvorrichtung 71 beaufschlagt,
die eine Untersetzungsstufe 71 und eine Kugelrampenanordnung 73 zur
Umsetzung einer Drehbewegung in eine Axialbewegung umfaßt. Die
Kugelrampenanordnung stützt
sich über
ein erstes Axiallager 50 und eine Scheibe auf der Nabe 40 ab
und wirkt über
ein zweites Axiallager 51 auf die Lamellenkupplung 52 ein.
Die Nabe 40 ist einstückig
mit dem Gelenkaußenteil 52 eines
zweiten Gleichlaufdrehgelenks 53 verbunden, In das Gelenkinnenteil 54 des Gelenks
ist das innere Ende der Seitenwelle 15 eingesteckt, wobei
Gelenkinnenteil 54 und Seitenwelle 15 mittels
Wellenverzahnungen drehfest verbunden sind. Die Seitenwellen 15, 16 sind
mittels Faltenbälgen
gegenüber
den Deckeln 12, 13 des Gehäuses 11 abgedichtet.
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Ein Kronenraddifferential erzeugt,
wie bekannt, bei Drehmomentübertragung
axiale Schubkräfte
in Richtung der Achse A2 auf die Seitenwellenräder 35, 36.
Diese stützen
sich über
Axiallager 45, 46 (1)
oder über
Gleitscheiben 47, 48 (2) im Differentialkorb ab. Die Ausgleichsräder 33, 34 sind hierbei
axialkraftfrei. Ihr Eingriff mit den Kronenrädern ist auf verschiedenen
Wälzkreisdurchmessern möglich, ohne
daß dies
die Form der Ausgleichsräder 33, 34 beeinflußt.
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In einem Differential der vorgenannten
Art, das in einer zweiten Antriebsachse eines Fahrzeugs mit einer
ständig
angetriebenen ersten Antriebsachse eingebaut ist, läuft der
Differentialkorb 24 bei Drehzahlgleichheit der Seitenwellen 15, 16 üblicherweise
lastfrei mit Achsdrehzahl um. Eilt die Antriebswelle 14 gegenüber dieser
lastfreien Umlaufdrehzahl des Differentialkorbs 24 vor,
wie es bei Schlupf an der ersten An triebsachse möglich wird, so leitet er ein Drehmoment
in den Differentialkorb ein. Dieses wird über die vom Zapfen 31 mitgenommenen
Ausgleichsräder 33, 34 in
die Seitenwellenräder 35, 36 eingeleitet,
wobei bei offener Lamellenkupplung 32 jedoch nur das Seitenwellenrad 36 über das
entsprechende Antriebsrad ein Gegenmoment aufbaut, während ein
entsprechendes Gegenmoment vom Seitenwellenrad 35 erst
dann aufgebaut wird, wenn ein Schließen der Lamellenkupplung 32 einsetzt
und die Differenzdrehzahl an der Lamellenkupplung 32 von Null
verschieden wird, d. h. unter Schlupf der Lamellenkupplung das Seitenwellenrad 35 der
Seitenwelle 15 und dem entsprechenden Antriebsrad voreilt.
Dies bedingt eine ständige
Relativbewegung der Seitenwellenräder 35, 36 gegenüber dem
Differentialkorb sowie eine ständige
Umlaufbewegung der Ausgleichsräder 33, 34 auf
ihren Zapfen 31, solange an der Lamellenkupplung Schlupf
herrscht. Aufgrund der sich hieraus ergebenden Unsymmetrie der auf die
Ausgleichsräder 33, 34 einwirkenden
Reibungskräfte
ist das auf das Seitenwellenrad 35 und damit auf die Nabe 40 der
Lamellenkupplung 32 ausgeübte Drehmoment kleiner, als
das auf das Seitenwellenrad 35 ausgeübte Drehmoment, wenn die geometrischen Verhältnisse
der Seitenwellenräder 35, 36 und
der Ausgleichsräder 33, 34 symmetrisch
sind, wie es in einem Differential gemäß 1 der Fall ist. Damit an den Seitenwellen 15, 16 gleiches
Drehmoment anliegt, ist das Drehmoment nach rechts zur Seitenwelle 15 zu
erhöhen,
während
das Drehmoment nach links zur Seitenwelle 15 zu reduzieren
ist, wie es in einem erfindungsgemäßen Differential nach 2 durch Einsatz eines größeren ersten
Seitenwellenrades 35 mit dem Wälzkreisradius rR und
eines kleineren zweiten Seitenwellenrades 36 mit dem Wälzkreisdurchmesser
rL geschehen ist. Hiermit ist eine gleiche
Drehmomentverteilung an den Rädern
der Achse trotz ständig
rotierenden Ausgleichsrädern 33, 34 sichergestellt.
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- 11
- Gehäuse
- 12
- Deckel
- 13
- Deckel
- 14
- Eingangswelle
- 15
- Seitenwelle
- 16
- Seitenwelle
- 17
- Rollenlager
- 18
- Rollenlager
- 19
- Antriebsritzel
- 20
-
- 21
- Faltenbalg
- 22
- Faltenbalg
- 23
- Tellerrad
- 24
- Differentialkorb
- 25
- Lageransatz
- 26
- Lageransatz
- 27
- Kugellager
- 28
- Kugellager
- 29
- Wellenflansch
- 30
- Wellenflansch
- 31
- Zapfen
- 32
- Lamellenkupplung
- 33
- Ausgleichsrad
- 34
- Ausgleichsrad
- 35
- Seitenwellenrad
- 36
- Seitenwellenrad
- 37
- Zwischenwelle
- 38
- Korb
- 39
-
- 40
- Nabe
- 41
-
- 42
- Kugellager
- 43
- Kugellager
- 44
- Kugellager
- 45
- Axiallager
- 46
- Axiallager
- 47
- Gleitscheibe
- 48
- Gleitscheibe
- 49
- Scheibe
- 50
- Axiallager
- 51
- Axiallager
- 52
- Außenteil
- 53
- Gleichlaufgelenk
- 54
- Innenteil
- 55
- Außenteil
- 56
- Gleichlaufgelenk
- 57
- Innenteil
- 71
- Verstellvorrichtung
- 72
- Untersetzungsstufe
- 73
- Kugelrampenanordnung