DE3707115A1 - Differentialachse mit begrenztem schlupf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Differentialachse mit begrenztem Schlupf des Typs, der Kupplungspackungen verwendet zur Verbesserung der Traktion bei unterschiedlichen Fahrbedingungen. Die Erfindung be­ trifft insbesondere eine Einrichtung zur Steuerung einer Vorbe­ lastung, durch welche die Wirksamkeit der Kupplungspackungen von Null auf eine maximale oder volle Arretierung der Achse verändert werden kann. Diese Einrichtung kann elektromagnetisch oder in anderer Weise durch den Fahrzeug-Fahrer gesteuert werden, vorzugsweise von einem Fahrzeugführerstand aus.

Es sind Einrichtungen dieser Art schon vorgeschlagen worden, die eine begrenzte Schlupfwirkung zur Verbesserung der Traktion bei glatten oder allgemein nicht trockenen Straßenbedingungen ermöglichen. Eine solche Vorrichtung verwendet eine Kupplungspackung mit variabler Vorbelastung, die schneller als sonst übliche Kupplungspackungen ansprechen soll. Bei einer anderen Einrichtung wird eine konventionelle Kupplungspackung mit begrenzter Schlupf-Fähigkeit verwendet, wobei die letztere aber nicht moduliert werden kann.

Diese Systeme sind nicht befriedigend.

Die Vorrichtung nach der Erfindung liefert die Möglichkeit einer Steuerung oder Einstellung der Vorbelastung nach Wunsch und Wahl des Fahrers über einen Steuerbereich von Null oder keine Vorbelastung über Zwischenbereiche der Vorbelastung bis auf volle Vorbelastung oder vollständige Arretierung der Achsen.

Vorzugsweise umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine elektromagnetisch betätigte Spule, die fest an einem Differentialträger angebracht und radial um die Antriebsachsen ausgerichtet ist. Relativ zur Spule ist eine Magnethülse drehbar, die fest an einem Teil eines zweiteiligen Differentialgehäuses befestigt ist. Der andere Teil des Gehäuses trägt einen Lastring oder Belastungsring, an dem ein Anker, z.B. durch Schrauben oder Gewinde befestigt ist, um einen einstellbaren Luftspalt zur Steuerung des elektromagnetischen Flusses zu schaffen. Eine Differential- Kupplungs-Packung hat zwei Sätze von ineinandergreifenden Reibungsscheiben, von denen der erste Satz fest mit einem der seitlichen Zahnräder des Differentials verbunden ist, während der zweite Satz einen Teil von einem der beiden Teile des zweiteiligen Differentialgehäuses bildet.

Wenn die Spule erregt wird, wird durch den Magnetfluß der Anker angezogen und dieser gegen die Magnethülse gezogen. Diese Wirkung führt dazu, daß der Lastring eine Mehrzahl von Druckplattensegmenten gegen die Kupplungs­ packung anpreßt, um das seitliche Zahnrad unter gesteuertem Reibungs­ widerstand relativ zum Differentialgehäuse vorzubelasten.

Durch Steuerung der Stärke des elektromagnetischen Flusses, vorzugsweise von einem Führerstand oder einer Fahrerkabine aus, kann der Fahrer die Vorbelastung für jeden vorliegenden Straßenzustand modulieren, in einem Bereich von einem vollständigen Fehlen der Vorbelastung bis zur vollen Vorbelastung.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 im Teilschnitt eine Differentialachse nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 2 zeigt im Teilschnitt eine alternative bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Differentialachse.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine Differentialachse 10. Die Achse umfaßt ein Paar Achswellen 12, von denen nur eine dargestellt ist. Jede der Achswellen 12 hat ein Zahnrad 14, das durch ein Paar Ritzel 16 angetrieben wird. Die Ritzel kämmen mit den Zahnrädern 14 und sie sind relativ drehbar um einen Querzapfen 18, der an seinen Enden 19 fest an einem Differential­ gehäuse 20 angebracht ist.

Ein Zahnring 22 ist am Differentialgehäuse 20 mittels Schrauben 17 be­ festigt. Der Zahnring wird durch ein Antriebsritzel gedreht, das auf einer Antriebswelle (beides nicht gezeigt) sitzt. Ein Träger 24 bildet ein äußeres Gehäuse um das Differentialgehäuse 20 und er hat einen Ölsumpf 27 zum Schmieren des Antriebsritzels und des mit ihm kämmenden Zahnringes. Wälzlager 21 mit inneren und äußeren Laufringen 23 und 25 stützen die Drehung des Gehäuses 20 im Träger 24 ab.

Die Erfindung umfaßt eine Vorbelastungs-Steuereinrichtung 60 für eine Differentialachse mit begrenztem Schlupf. Eine erste Ausführungs­ form der Einrichtung ist in die Differentialachse 10 nach Fig. 1 einge­ baut. Die Erfindung befaßt sich mithin mit einem System, zur Erzeugung einer variablen Belastung einer Kupplungspackung zur Erhöhung oder Verminderung der Reibungskraft oder Reibungsbelastung nach Wahl des Fahrzeugführers. Eine solche Laststeuerung kann hydraulisch oder mechanisch, aber ebenso elektromagnetisch erreicht werden, wobei die hier beschriebenen Ausführungsformen beide eine elektromagnetische Steuereinrichtung verwenden. Es ist daher eine stationäre elektro­ magnetische Spule 26 am Träger 24 fest angebracht. Eine ringförmige Magnethülse 28 ist um die Spule 26 drehbar. Die Hülse 28 hat ein Paar von im Abstand liegender Ringe 29, die bezüglich der Spule 26 in Umfangsrichtung angeordnet sind, um die Fluß-Erzeugung zu steigern. Obwohl die bevorzugte Praxis nach der Erfindung nur eine Steuereinrichtung 60 auf jeder Achswelle 12 verwendet, ist aus Gründen der Zweckmäßigkeit nur eine solche Einrichtung dargestellt und beschrieben.

In der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform besteht das Differential­ gehäuse 20 aus einer zweiteiligen Konstruktion mit einem äußeren Abschnitt 34 und einem inneren Abschnitt 36, wie dargestellt. Die Magnethülse 28 ist drehbar mit dem inneren Abschnitt 36 des Differentialgehäuses 20 und an diesem mittels Schrauben 48 befestigt. Zwischen dem äußeren und dem inneren Abschnitt 34 und 36 ist ein Lastring 32 angeordnet, der inner­ halb des ringförmigen Körpers des äußeren Abschnittes 34 axial relativ zu diesem beweglich abgestützt ist. Zu diesem Zweck ist eine Vorspannfeder 44 zwischen dem Lastring 32 und dem Außenabschnitt 34 angeordnet, wie darge­ stellt.

Der Belastungsring 32 hat einen zylindrischen Ansatz 35 mit einem Gewinde­ abschnitt 37, an welchen ein Anker 30 angeschraubt ist und damit verstellbar daran befestigt ist. Die Stirnfläche 31 des Ankers 30 kann somit axial bezüglich der hinteren Fläche 33 der Magnethülse eingestellt werden, um einen Luftspalt zwischen der Magnethülse und dem Anker einzustellen. In der beschriebenen Ausführungsform kann der Luftspalt zweckmäßigerweise auf einen Bereich von etwa 0,12 bis 1,12 mm in unbelasteter oder nicht erregter Position eingestellt werden.

Vorzugsweise ist der Ansatz 35 mit Armen versehen, die sich durch Schlitze 41 im inneren Abschnitt 36 erstrecken. Die Schlitze er­ möglichen es, den Ring 32 durch den inneren Abschnitt zu drehen, während sie eine relative Axialbewegung der Arme 35 innerhalb des Abschnittes 36 erlauben.

Ein Druckplattenmechanismus 38 ist in Form einer Mehrzahl von Segmenten ausgebildet, die mit dem inneren Abschnitt 36 des Gehäuses 20 fluchten und in Umfangsrichtung um diesen positioniert sind. Die Druckplatten­ segmente können gegen eine Kupplungspackung 39 angedrückt werden, die aus zwei ineinandergreifenden Sätzen von Reibscheiben 40 und 42 besteht. Die Scheiben 40 sind auf den inneren Abschnitten 36 des Differentialgehäuses aufgekeilt bzw. durch eine Keilverzahnung mit diesem verbunden, während die Scheiben 42 auf das Zahnrad 14 aufgekeilt sind.

Sobald die Spule 26 erregt wird, wird der Anker 30 gegen die Rückfläche 33 der Magnethülse angezogen infolge des magnetischen Feldes, das beim Er­ regen der Spule entsteht. Als Folge hiervon wird der Anker nach rechts in Fig. 1 gezogen, wodurch eine ringförmige schräge Gleitfläche 50 des Lastringes 32 axial gegen hiermit zusammenwirkende Flächen 52 der Segmente 38 angelegt bzw. angedrückt wird, die am inneren Abschnitt 36 des Differential­ gehäuses angeordnet sind. Die Segmente 38 werden gegen die Kupplungspackung 39 angelegt, sobald die Spule 26 erregt wird. Vorzugsweise sind sechs Segmente 38 in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung um die Achswelle 12 vorge­ sehen. Wenn die Fläche 50 gegen die einzelnen Segmentflächen 52 anstößt werden die Segmente 38 radial einwärts verschoben sowie axial nach rechts in Fig. 1. Eine Fläche 54 an jedem Segment 38 wirkt kooperativ mit der hinteren Oberfläche des Zahnrades 56 zusammen. Die Gesamtwirkung be­ steht darin, die Druckplattensegmente gleichmäßig gegen die Kupplungs­ packung 39 unter einer Kraft zu drücken, die durch ein veränderbares elektromagnetisches Feld moduliert bzw. eingestellt werden kann. Wie bereits erwähnt, sind zwei solcher Steuer- und Belastungsein­ richtungen 60 vorgesehen, und zwar eine auf jeder Seite der Differential­ achse 10. Obwohl es wirksamer ist, zwei solche Steuereinrichtungen auf jeder Seite und damit für jede der beiden Halbachsen 12 vorzusehen, als nur eine dieser Achsen zu steuern, ist die erfindungsgemäße Vor­ richtung jedenfalls bei Verwendung nur einer solchen Vorrichtung 60 anwendbar.

Zweckmäßigerweise kann hierbei ein Einstellknopf, vorzugsweise an einer Instrumentenplatte des Fahrers vorgesehen werden, um die Vorbelastung einzustellen von einem Wert Null oder keine Vorbelastung bis zur vollständigen Arretierung der Achsen bzw. bis zu voller Vorbe­ lastung einschl. der Wahl von Zwischenwerten. Die Vorspannfeder 44 ist vorzugsweise eine sehr schwache Feder, die eine Null-Vorspannung oder offene Differentialbedingung erlaubt, sobald die Spule 26 voll entregt ist. Der Fahrer kann somit effektiv verschiedene Werte einer Vorbelastung der Kupplungspackung durch die Vorbelastungssteuerein­ richtung einstellen. Mittels unterschiedlicher Grade der Erregung der Spule 26 stehen unterschiedliche Stärken der Vorbelastung für den Fahrer zur Verfügung für eine selektive Einstellung oder Modulation entsprechend den Straßenzuständen.

In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform 10′ dargestellt, die Kugeln 58 anstelle der Gleitflächen 52 und 54 der Druckplatten­ segmente 38 verwendet. Im übrigen ist die Ausführungsform nach Fig. 2 identisch mit derjenigen nach Fig. 1.

Die Erfindung ermöglicht praktische Vorteile. Beispielsweise kann der Fahrer nunmehr eine relativ hohe Vorbelastung einstellen zur Erreichung einer Fahrzeugbewegung bei schwacher Traktion. Umgekehrt kann er eine niedrige Vorbelastung einstellen zur besseren Fahrzeughandhabung bei relativ hohen Geschwindigkeiten unter glatten Antriebsbedingungen, was bisher ein ernstes Problem bei konventionellen Kupplungspackungen war.

Die Systemsteuerung kann automatisch unter wechselnden Straßenzu­ ständen messen und wirksam werden ohne Zutun des Fahrers. Eine solche Steuerung kann beispielsweise bei den neuen Antiblockier­ bremsen verwendet werden.

Claims (15)

1. Differentialachse mit begrenztem Schlupf für ein Fahrzeug, mit einem Träger, einem Differentialgehäuse, das drehbar in dem Träger montiert ist, einem Paar Ritzel zur Drehung inner­ halb des Gehäuses, einem ersten und einem zweiten Zahnrad in Eingriff mit jedem der Ritzel, einer ersten Mehrzahl von Reib­ scheiben, die an dem ersten Zahnrad befestigt sind zum Ein­ griff mit einer zweiten Mehrzahl von Scheiben, die an dem Ge­ häuse angebracht sind, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Verändern einer Vorbelastungskraft zwischen der ersten Gruppe von Reibscheiben und der zweiten Gruppe von Scheiben.

2. Differentialachse mit begrenztem Schlupf für ein Fahrzeug, mit einem Träger, einem Differentialgehäuse, das drehbar in dem Träger montiert ist, einem Paar Ritzel zur Drehung inner­ halb des Gehäuses und einem Paar Zahnräder mit einer ersten Gruppe von Reibscheiben, die an dem Zahnrad angebracht sind zum Eingriff mit einer zweiten Gruppe von Scheiben, die an dem Gehäuse angebracht sind, gekennzeichnet durch Einrichtungen, um elektromagnetisch die erste Gruppe der Reibscheiben gegen die zweite Gruppe der Reibscheiben vorzubelasten, und daß diese Einrichtung eine unterschiedlich einstellbare Steuereinrichtung aufweist, mittels welcher ein Fahrer selektiv die Vorbelastung für gegebene Straßenzustände einstellen kann.

3. Differentialachse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Steuereinrichtung Mittel aufweist, um die Vorbelastung von Null bis zu einem Maximalwert einzustellen.

4. Differentialachse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Ankerring aufweist, der verstellbar am Differentialgehäuse befestigt ist.

5. Differentialachse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Magnethülse fest am Differentialgehäuse ange­ bracht ist, und daß der Anker und die Magnethülse einen Abstand voneinander haben und einen Luftspalt bilden.

6. Differentialachse nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Erregerspule an dem Träger befestigt ist, die über den Luftspalt mit der drehbaren Magnethülse fluchtet.

7. Differentialachse nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Magnethülse ein Paar Ringe aufweist, die in Umfangsrichtung bezüglich der Erregerspule verlaufen und in enger Übereinstimmung hiermit, um einen Magnetfluß bei Erregung der Spule durch sie hindurch herbeizuführen, und daß der Magnet­ fluß als Funktion der Stärke der Erregerspule modulierbar ist.

8. Differentialachse nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die einstellbare Steuereinrichtung einen Belastungs­ ring aufweist, der einen Gewindeabschnitt aufweist, auf welchen der Ankerring aufgeschraubt ist.

9. Differentialachse nach einem der Ansprüche 3-8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Vorspannfeder vorgesehen ist, die zwischen dem Belastungsring und dem Differentialgehäuse eingebaut ist.

10. Differentialachse nach einem der Ansprüche 3-9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anker einstellbar auf dem Gewindeabschnitt des Belastungsringes positionierbar ist, um den Luftspalt zwischen der Magnethülse und dem Anker einzustellen.

11. Differentialachse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgehäuse zweiteilig ausgebildet ist, daß der erste Teil in Umfangsrichtung den zweiten Teil über den Belastungs­ ring abstützt, daß der zweite Teil eine Mehrzahl von Druckplatten­ segmenten aufweist, die axial gegen eine Gruppe der Reibscheiben anliegen, daß die Reibscheiben ineinandergreifen, daß die erste Gruppe der Reibscheiben auf dem Zahnrad befestigt ist und daß die zweite Reibscheibengruppe am zweiten Teil des Differentialgehäuses befestigt ist.

12. Differentialachse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplattensegmente im zweiten Teil des Differentialgehäuses gegen die Reibscheiben andrückbar sind mittels einer direkten Vorbelastung, die auf die Segmente durch schräge Flächen am Be­ lastungsring aufbringbar ist.

13. Differentialachse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnethülse fest am zweiten Teil des geteilten Differential­ gehäuses befestigt ist.

14. Differentialachse nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Vorspannfeder sich gegen den ersten Teil des Differentialgehäuses abstützt und den Belastungsring beauf­ schlagt, um die Druckplattensegmente gegen die Reibscheiben, die auf das Zahnrad aufgekeilt sind anzudrücken.

15. Differentialachse mit begrenztem Schlupf für ein Fahrzeug, mit einem Träger, einem Differentialgehäuse, das drehbar in dem Träger montiert ist, einem Paar Ritzel, die in dem Gehäuse drehbar sind, ersten und zweiten Zahnrädern, die in Eingriff mit den Ritzeln stehen, einer ersten Gruppe von Reibscheiben, die am ersten Zahn­ rad befestigt sind zum Eingriff mit einer zweiten Gruppe von hiermit zusammenwirkenden Scheiben, die am Gehäuse befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um eine Belastungskraft zwischen der ersten und der zweiten Reibscheiben­ gruppe zu modulieren, und daß eine Systemsteuerung vorgesehen ist, die automatisch diese Einrichtung abtastet und betätigt, ohne Einschaltung des Fahrers.