DE3836552A1

DE3836552A1 - Differentialgetriebe mit selbsttaetiger sperrkupplung

Info

Publication number: DE3836552A1
Application number: DE19883836552
Authority: DE
Inventors: Alfred Magg
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1987-10-31
Filing date: 1988-10-27
Publication date: 1989-05-11

Description

Die Erfindung betrifft ein Differentialgetriebe mit selbsttätiger Sperrkupplung, mit den Merkmalen:

- das Differentialgetriebe ist ein Planetengetriebe mit einem Planetenträger und mit einem ersten und zweiten Zentralrad,
- der Planetenträger trägt auf mindestens einer Planetenachse mindestens ein Planetenrad,
- ein Motor eines Fahrzeugs treibt den Planetenträger,
- der Planetenträger treibt über das Planetenrad die Zentralräder,
- das erste Zentralrad treibt über eine erste Achswelle mindestens ein erstes Antriebsrad,
- das zweite Zentralrad treibt über eine zweite Achswelle mindestens ein zweites Antriebsrad,
- mindestens eine Reibkupplung verbindet den Planetenträger mit einem Zentralrad und bildet die Sperrkupplung,
- eine Feder schließt die Reibkupplung und erzeugt damit ein Reibdrehmoment der Reibkupplung und damit ein Sperrdrehmoment zwischen den Zentralrädern und damit zwischen den Antriebsrädern.

Das Sperrdrehmoment erhöht die mögliche Antriebskraft, die von den Antriebsrädern auf den Boden übertragen werden kann, wenn das Fahrzeug auf stellenweise glattem Boden aus dem Stillstand oder aus geringer Fahrgeschwindigkeit heraus beschleunigt werden soll, weil mit dem Sperrdrehmoment mindestens ein Teil der Antriebsleistung des Motors zusätzlich auf mindestens ein anderes Antriebsrad übertragen werden kann, wenn ein erstes Antriebsrad auf glattem Boden durchrutschen will.

Das Sperrdrehmoment überhöht aber auch - entgegen der ursprünglichen Aufgabe eines Planetengetriebes als "freies" Differentialgetriebe in einem Fahrzeug - die Lenkkräfte und den Reifenverschleiß bei Kurvenfahrt auf griffigem Boden.

Das Sperrdrehmoment vermindert auch die Seitenführungskraft:

Wenn bei einer angetriebenen Achse mit einem "freien" Differentialgetriebe ein Antriebsrad auf glattem Boden durchrutscht, gewinnt das andere Antriebsrad zusätzliche Seitenführungskraft, weil sein Antriebsdrehmoment kleiner wird.

Wenn dagegen bei einer angetriebenen Achse mit einem Differentialgetriebe mit einem Sperrdrehmoment ein Antriebsrad auf glattem Boden durchrutschen will, soll das andere Antriebsrad zusätzlich zu seinem ursprünglichen Antriebsdrehmoment auch noch das Sperrdrehmoment auf den Boden übertragen. Dadurch kann dieses andere Antriebsrad und damit die ganze Achse ihre Seitenführungskraft verlieren und das Fahrzeug schleudern.

Bei bekannten Differentialgetrieben dieser Art (US-PS 32 64 901, DE-OS 16 30 361) bewirkt ein Antriebsdrehmoment des Planetenträgers eine relative Drehung zwischen dem Planetenträger und einer Achswelle. Diese relative Drehung bewirkt eine axiale Verschiebung eines ersten Endgliedes der Reibkupplung gegen die Feder. Diese axiale Verschiebung hebt das Sperrdrehmoment erst teilweise und dann vollständig auf.

Für ein Fahrzeug mit einem dieser bekannten Differentialgetriebe und mit einem üblichen Stufenschaltgetriebe gilt:

Bei geringem Teilgas im langsamsten Gang ist das Antriebsdrehmoment des Planetenträgers so klein und damit das Sperrdrehmoment so groß, daß die Antriebsräder auch bei stellenweise glattem Boden immer noch eine große Antriebskraft auf den Boden übertragen können, weil das Sperrdrehmoment immer zusätzlich auf mindestens ein anderes, noch greifendes Antriebsrad übertragen werden kann, wenn ein erstes Antriebsrad auf glattem Boden durchrutschen will. Dabei entstehen größere Lenkkräfte, weil das Antriebsrad das Fahrzeug einseitig beschleunigt. Dabei entsteht auch höherer Reifenverschleiß, weil die überhöhte Antriebskraft an dem besser greifenden Antriebsrad einen größeren Schlupf erzeugt. Dabei kann auch die Seitenführungskraft dieses Antriebsrades so klein werden, daß das Fahrzeug schleudert.

Bei Vollgas im langsamsten Gang ist das Antriebsdrehmoment des Planetenträgers am größten und damit das Sperrdrehmoment vollständig aufgehoben. Solange alle Antriebsräder greifen, bleiben die Lenkkräfte klein. Wachsende Lenkkräfte zeigen an, daß ein Antriebsrad auf glattem Boden rutschen will.

Im schnellsten Gang ist auch bei Vollgas das Antriebsdrehmoment des Planetenträgers so klein, daß das Sperrdrehmoment groß bleibt. Die Lenkkräfte sind ständig groß, wenn der Boden griffig ist. Sie sind stoßweise überhöht, wenn der Boden stellenweise glatt ist.

Ein Personenkraftwagen als das häufigste Fahrzeug wird heute fast immer im schnellsten Gang gefahren. Gerade bei dieser "normalen" Fahrt sind die Lenkkräfte immer groß oder sogar stoßweise überhöht, wenn man eines dieser bekannten Differentialgetriebe verwendet.

Erhöhte Lenkkräfte sind jedoch grundsätzlich unerwünscht und sollen nur ausnahmsweise entstehen, möglichst nur dann, wenn besonders hohe Beschleunigung erwünscht ist und ein freier Drehzahlausgleich durch das Differentialgetriebe ein Antriebsrad durchrutschen lassen würde. Bei normaler Fahrt sollen die Lenkkräfte immer gering sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Differentialgetriebe dieser Art zu schaffen, mit dem ein Fahrzeug bei normaler Fahrt immer leicht lenkbar bleibt und nur beim Anfahren aus dem Stillstand und beim Beschleunigen aus geringer Fahrgeschwindigkeit ausnahmsweise und nur kurzzeitig große Lenkkräfte entstehen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs erfüllt, weil die Fliehgewichte schon bei einer geringen Drehzahl des Planetenträgers und damit schon bei einer geringen Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs das im Stillstand zunächst große Sperrdrehmoment vollständig abbauen können.

Der Erfindung liegt die zusätzliche Aufgabe zugrunde, ein Differentialgetriebe dieser Art zu schaffen, das auch in einer gelenkten Frontachse keine gefährlichen Lenkkräfte erzeugt:

Ein gegebenes Sperrdrehmoment eines Differentialgetriebes dieser Art erzeugt, wenn das Differentialgetriebe in eine gelenkte Frontachse eingebaut ist, wesentlich höhere Lenkkräfte, als wenn das gleiche Differentialgetriebe in eine ungelenkte Heckachse oder als Mittendifferentialgetriebe zwischen eine gelenkte Frontachse und eine ungelenkte Heckachse eingebaut ist.

Geht man davon aus, daß für den gleichen kritischen Fahrzustand, beispielsweise zum Anfahren bergauf auf stellenweise glattem Boden, ein bestimmtes größtes Sperrdrehmoment nötig ist, so erzeugt dieses größte Sperrdrehmoment in einer Heckachse zwar große, aber immer noch erträgliche Lenkkräfte, in einer Frontachse jedoch so große Lenkkräfte, daß sie nur äußerst kurzzeitig zulässig sind.

Dieses größte Sperrdrehmoment muß daher, wenn es in einer Frontachse entsteht, sehr viel schneller abgebaut werden, als wenn es in einer Heckachse oder in einem Mittendifferentialgetriebe erzeugt wird.

Beim Bremsen darf dieses größte Sperrdrehmoment erst bei sehr geringer Fahrgeschwindigkeit, erst kurz vor dem Stillstand, auftreten, weil hohe Lenkkräfte beim Bremsen besonders gefährlich werden können.

Diese zusätzliche Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 4 erfüllt, weil nicht nur die Fliehgewichte, sondern zusätzlich auch noch das Antriebsdrehmoment des Planetenträgers das Sperrdrehmoment abbauen. Beim Anfahren und Beschleunigen gehen die Lenkkräfte schnell auf ein erträgliches Maß zurück, beim Bremsen treten hohe Lenkkräfte erst auf, wenn das Fahrzeug schon beinahe stillsteht.

Das unterschiedliche Verhalten des Sperrdrehmoments und damit der Lenkkräfte in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs - schneller Abbau beim Anfahren aus dem Stillstand, sehr später und steiler Anstieg beim Bremsen zum Stillstand - wird erreicht durch die unterschiedliche Steigung der Abweisflächen: steil in einer ersten Drehrichtung und flach in der Gegendrehrichtung.

Der sehr späte und steile Anstieg des Sperrdrehmoments beim Bremsen wäre, umgekehrt wirksam als sehr schneller Abbau des Sperrdrehmoments, beim Anfahren rückwärts unerwünscht, weil der Drehzahlausgleich durch das Differentialgetriebe schon bei allzu geringer Fahrgeschwindigkeit frei und ungehemmt wäre.

Der Erfindung liegt daher die weitere Aufgabe zugrunde, ein Differentialgetriebe dieser Art zu schaffen, das in einer gelenkten Frontachse nicht nur bei Vorwärtsfahrt, sondern auch beim Anfahren rückwärts ausreichend sperrt, um auch aus dem Stillstand rückwärts, besonders bergauf auf stellenweise glattem Boden, anfahren zu können.

Diese weitere Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 5 erfüllt, weil beim Anfahren aus dem Stillstand rückwärts das erste Endglied die Reibkupplung sperrt und gesperrt hält.

Mit den Merkmalen der weiteren Ansprüche wird der Gegenstand der Erfindung vorteilhaft ausgestaltet.

In der Zeichnung ist ein Differentialgetriebe nach der Erfindung dargestellt.

Ein Motor eines Fahrzeugs treibt über ein Differentialgetriebe 30 mit einem Planetenträger 2 und Abtriebsrädern 15, 16 Fahrzeugantriebsräder. Ein Zahnrad 1 ist fest auf dem Planetenträger 2. Der Motor treibt über das Zahnrad 1 den Planetenträger 2. Der Planetenträger 2 treibt über Planetenräder 13 auf einer Planetenachse 14 ein erstes und ein zweites Zentralrad 15, 16 des Differentialgetriebes 30 und damit eine erste und eine zweite Achswelle 17, 18 des Fahrzeugs.

Eine Reibkupplung 4 verbindet den Planetenträger 2 mit dem zweiten Zentralrad 16 und bildet die Sperrkupplung des Differentialgetriebes 30. Die Reibkupplung 4 hat ein axial bewegliches ersten Endglied 5 und ein axial festes zweites Endglied 6. Eine Feder 7 drückt das erste Endglied 5 axial gegen das zweite Endglied 6 und schließt damit die Reibkupplung 4. Fliehgewichte 10 an dem Planetenträger 2 wirken gegen die Feder 7. Tangentialbolzen 29 lagern die Fliehgewichte 10 an dem Planetenträger 2. Erste Druckbolzen 9 in den Fliehgewichten 10 und zweite Druckbolzen 11 in dem Planetenträger 2 übertragen axiale Kräfte gegen die Feder 7 von den Fliehgewichten 10 auf das erste Endglied 5. Elastische Puffer 37, 38 dämpfen Stöße zwischen den Fliehgewichten 10 und Anschlagflächen 39, 40 an dem Zahnrad 1 und an dem Planetenträger 2. Vorspannfedern 12 zwischen dem Planetenträger 2 und den Fliehgewichten 10 halten die Druckbolzen 9, 11 axialspielfrei. Erste axiale Stellschrauben 8 in dem Planetenträger 2 stützen das zweite Endglied 6.

Das erste Zentralrad 15 ist drehfest auf der ersten Achswelle 17. Das zweite Zentralrad 16 ist begrenzt drehbar auf der zweiten Achswelle 18. Das zweite Zentralrad 16 ist axial fest in dem Planetenträger 2 gehalten über eine Stützschale 20 gegen die Planetenachse 14 und über einen Flansch 19 gegen eine innere Stirnfläche 21 des Planetenträgers 2. Der Flansch 19 ist drehfest auf der zweiten Achswelle 18. Der Flansch 19 führt in achsparallelen zylindrischen Löchern 31 Kugeln 22. Die Kugeln 22 laufen axial zwischen Abweisflächen 23 des zweiten Zentralrades 16 und einer ebenen Stirnfläche 32 eines ersten Lagerringes 24 eines ersten Axiallagers 33. Das erste Axiallager 33 ist zwischen den Kugeln 22 und der Feder 7 angeordnet. Das erste Endglied 5 der Reibkupplung 4 bildet den zweiten Lagerring des ersten Axiallagers 33.

Die Abweisflächen 23 bilden Doppelrampen mit einer großen Steigung in einer ersten Drehrichtung und mit einer kleinen Steigung in der Gegendrehrichtung. Bei einer Drehung des zweiten Zentralrades 16 gegenüber der zweiten Achswelle 18 und damit gegenüber dem Flansch 19 drücken die Kugeln 22 über das erste Axiallager 33 gegen die Feder 7.

Die Kugeln 22 laufen auf den Abweisflächen 23 mit der großen Steigung, wenn der Motor über das Differentialgetriebe 30 die Achswellen 17, 18 vorwärtstreibt.

Die Kugeln 22 laufen auf den Abweisflächen 23 mit der kleinen Steigung, wenn die Achswellen 17, 18 über das Differentialgetriebe 30 den Motor vorwärtstreiben.

Die Feder 7 ist eine Tellerfeder. Die Feder 7 und ein zweites Axiallager 25 sind angeordnet zwischen dem ersten Endglied 5 und der inneren Stirnfläche 21 des Planetenträgers 2. Die beiden Axiallager 33, 25 sind Wälzlager.

Die Endglieder 5, 6 sind begrenzt drehbar in dem Differentialgehäuse 2. Das erste Endglied 5 trägt axiale Abweisflächen 34. Die Abweisflächen 34 des ersten Endgliedes 5 arbeiten zusammen mit axialen Nocken 28 des Planetenträgers 2 derart, daß das erste Endglied 5 die Reibkupplung 4 schließt, wenn der Motor über das Differentialgetriebe 30 die Achswellen 17, 18 rückwärts antreibt.

Die Reibkupplung 30 ist eine Lamellenkupplung mit Außenlamellen in einem Außenlamellenträger und Innenlamellen auf einem Innenlamellenträger. Der Planetenträger 2 bildet den Außenlamellenträger. Das zweite Zentralrad 16 bildet den Innenlamellenträger. Die Endglieder 5, 6 und erste Zwischenglieder 35 bilden die Außenlamellen. Auch die ersten Zwischenglieder 35 sind begrenzt drehbar in dem Planetenträger 2. Zweite Zwischenglieder 36 bilden die Innenlamellen.

Zweite axiale Stellschrauben 27 bilden mit balligen Stirnflächen die Nocken 28 des Planetenträgers 2. Ein drittes Axiallager 26 stützt das zweite Endglied 6 axial gegen den Planetenträger 2. Das dritte Axiallager 26 ist ein Wälzlager.

Bezugszeichen:

1 Zahnrad
2 Planetenträger
4 Reibkupplung
5 erstes Endglied
6 zweites Endglied
7 Feder
8 Stellschraube
9 Druckbolzen
10 Fliehgewicht
11 Druckbolzen
12 Vorspannfeder
13 Planetenrad
14 Planetenachse
15 erstes Zentralrad
16 zweites Zentralrad
17 erste Achswelle
18 zweite Achswelle
19 Flansch
20 Stützschale
21 Stirnfläche
22 Kugel
23 Abweisfläche
24 erster Lagerring
25 zweites Axiallager
26 drittes Axiallager
27 Stellschraube
28 Nocken
29 Tangentialbolzen
30 Differentialgetriebe
31 Loch
32 Stirnfläche
33 erstes Axiallager
34 Abweisfläche
35 erstes Zwischenglied
36 zweites Zwischenglied
37 Puffer
38 Puffer
39 Anschlagfläche
40 Anschlagfläche
41 Mitnahmezahn
42 Mitnahmezahn

Claims

1. Differentialgetriebe mit selbsttätiger Sperrkupplung, mit den Merkmalen:

1- das Differentialgetriebe 30 ist ein Planetengetriebe mit einem Planetenträger 2 und mit zwei Zentralrädern 15, 16,
- der Planetenträger 2 trägt auf mindestens einer Planetenachse 14 mindestens ein Planetenrad 13,
- ein Motor eines Fahrzeugs treibt den Planetenträger 2,
- der Planetenträger 2 treibt über das Planetenrad 13 die Zentralräder 15, 16,
- ein erstes Zentralrad 15 treibt über eine erste Achswelle 17 mindestens ein erstes Antriebsrad,
- das zweite Zentralrad 16 treibt über eine zweite Achswelle 18 mindestens ein zweites Antriebsrad,
- eine Reibkupplung 4 verbindet den Planetenträger 2 mit einem Zentralrad 16 und bildet die Sperrkupplung,
- eine Feder 7 schließt die Reibkupplung 4,
- Fliehgewichte 10 an dem Planetenträger 2 wirken gegen die Feder 7.

2. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, mit den Merkmalen:

- Tangentialbolzen 29 lagern die Fliehgewichte 10 an dem Planetenträger 2,
- die Reibkupplung 4 hat ein axial bewegliches erstes Endglied 5 und ein axial festes zweites Endglied 6,
- erste Druckbolzen 9 in den Fliehgewichten 10 und zweite Druckbolzen 11 in dem Planetenträger 2 übertragen axiale Kräfte gegen die Feder 7 von den Fliehgewichten 10 auf das erste Endglied 5,
- elastische Puffer 37, 38 dämpfen Stöße zwischen den Fliehgewichten 10 und Anschlagflächen 39, 40 an dem Zahnrad 1 und an dem Planetenträger 2,
- erste Stellschrauben 8 in dem Planetenträger 2 stützen axial das zweite Endglied 6.

3. Differentialgetriebe nach Anspruch 2, mit den Merkmalen:

- die Reibkupplung 4 ist eine Lamellenkupplung mit Außenlamellen in einem Außenlamellenträger und Innenlamellen auf einem Innenlamellenträger,
- der Planetenträger 2 bildet den Außenlamellenträger,
- das zweite Zentralrad 16 bildet den Innenlamellenträger,
- die Endglieder 5, 6 und erste Zwischenglieder 35 bilden die Außenlamellen,
- zweite Zwischenglieder 36 bilden die Innenlamellen,
- die Feder 7 ist eine Tellerfeder.

4. Differentialgetriebe nach Anspruch 3, mit den Merkmalen:

- das erste Zentralrad 15 ist drehfest auf der ersten Achswelle 17,
- das zweite Zentralrad 16 ist begrenzt drehbar auf der zweiten Achswelle 18,
- das zweite Zentralrad 16 ist axial fest in dem Planetenträger 2 gehalten über eine Stützschale 20 gegen die Planetenachse 14 und über einen Flansch 19 gegen eine innere Stirnfläche 21 des Planetenträgers 2,
- der Flansch 19 ist drehfest auf der zweiten Achswelle 18,
- der Flansch 19 führt in achsparallelen zylindrischen Löchern 31 Kugeln 22,
- die Kugeln 22 laufen axial zwischen ersten Abweisflächen 23 des zweiten Zentralrades 16 und einer ebenen Stirnfläche 32 eines ersten Lagerringes 24 eines ersten Axiallagers 33,
- das erste Axiallager 33 überträgt axiale Kräfte gegen die Feder 7 von den Kugeln 22 auf das erste Endglied 5,
- die Abweisflächen 23 bilden Doppelrampen mit einer großen Steigung in einer ersten Drehrichtung und mit einer kleinen Steigung in der Gegendrehrichtung,
- die Kugeln 22 laufen auf den Abweisflächen 23 mit der großen Steigung und Öffnen die Reibkupplung 4 mit steigendem Antriebsdrehmoment langsam, wenn der Motor über das Differentialgetriebe 30 die Achswellen 15, 16 vorwärts antreibt und damit das zweite Zentralrad 16 gegenüber der zweiten Achswelle 18 in der ersten Drehrichtung verdreht,
- die Kugeln 22 laufen auf den Abweisflächen 23 mit der kleinen Steigung und Öffnen die Reibkupplung 4 mit steigendem Antriebsdrehmoment schnell, wenn die Achswellen 15, 16 über das Differentialgetriebe 30 den Motor vorwärts antreiben und damit das zweite Zentralrad 16 gegenüber der Achswelle 18 in der Gegendrehrichtung verdrehen.

5. Differentialgetriebe nach Anspruch 4, mit den Merkmalen:

- die Endglieder 5, 6 und die ersten Zwischenglieder 35 sind begrenzt drehbar in dem Planetenträger 2,
- das erste Endglied 5 trägt zweite Abweisflächen 34,
- die Abweisflächen 34 des ersten Endgliedes 5 arbeiten zusammen mit axialen Nocken 28 des Planetenträgers 2 derart, daß das erste Endglied 5 die Reibkupplung 4 schließt, wenn der Motor über das Differentialgetriebe 30 die Achswellen 17, 18 rückwärts antreibt.

6. Differentialgetriebe nach Anspruch 5, mit den Merkmalen:

- zweite Stellschrauben 27 bilden mit balligen Stirnflächen die Nocken 28 des Planetenträgers 2,
- die Feder 7 und ein zweites Axiallager 25 sind angeordnet zwischen dem ersten Endglied 5 und der inneren Stirnfläche 21 des Planetenträgers 2,
- ein drittes Axiallager 26 ist angeordnet zwischen dem zweiten Endglied 6 und den ersten Stellschrauben 8.

7. Differentialgetriebe nach Anspruch 6, mit dem Merkmal:
die drei Axiallager 33, 25, 26 sind Wälzlager.

8. Differentialgetriebe nach Anspruch 4, mit dem Merkmal:
Vorspannfedern 12 zwischen den Fliehgewichten 10 und dem Planetenträger 2 halten die Druckbolzen 8, 11 axialspielfrei.

9. Differentialgetriebe nach Anspruch 4, mit dem Merkmal:
das zweite Zentralrad 16 ist begrenzt drehbar auf der zweiten Achswelle 18 derart, daß radial innere Mitnahmezähne 41 in dem zweiten Zentralrad 16 und radial äußere Mitnahmezähne 42 an der zweiten Achswelle 18 einen Teil eines Antriebsdrehmoments zwischen dem zweiten Zentralrad 16 und der zweiten Achswelle 18 übernehmen können, wenn die Kugeln 22 die Reibkupplung 4 geöffnet haben.