DD294764A5

DD294764A5 - Ausgleichsgetriebe

Info

Publication number: DD294764A5
Application number: DD90341041A
Authority: DD
Inventors: John R Botterill
Original assignee: ��@��@��k��
Priority date: 1989-06-07
Filing date: 1990-05-28
Publication date: 1991-10-10
Also published as: DE3918565C2; IT9020500A0; IT1248836B; GB2234022A; US5021038A; FR2648203A1; IT9020500A1; JPH0320143A; GB9012559D0; DD294664A5; DE3918565A1; FR2648203B1; GB2234022B

Abstract

Ausgleichsgetriebe mit extern veraenderlich regelbarer Sperrkupplung, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge, mit einem in einem Gehaeuse drehbar gelagerten und antreibbaren Differentialkorb, mit diesem koaxial angeordneten und drehbar gekoppelten Antriebswellen, mit diesen gleichzeitig in Eingriff befindlichen im Differentialkorb drehbar gehaltenen Ausgleichsraedern und mit einer Reibanordnung die einerseits an einer Stuetzflaeche eines der Teile-Differentialkorb oder eines der Abtriebsraeder - axial abgestuetzt ist und andererseits ueber eine Betaetigungseinrichtung axial beaufschlagbar ist, wobei die Betaetigungseinrichtung einen zum Gehaeuse axial festen Stuetzring, einen axial verschiebbaren Stellring von denen einer gegenueber dem anderen verdrehbar ist, einen diesen bedarfsweise antreibenden Drehantrieb, wobei zwischen Stellring und Stuetzring Waelzkoerperelemente auf passenden Steuerkurven oder -rillen eingesetzt sind, umfaszt, die derart ausgestaltet sind, dasz keine Selbsthemmung im Ruecklauf zwischen Stellring und Stuetzring auftritt. Fig. 7{Kraftfahrzeug; Ausgleichsgetriebe;Sperrkupplung; Differentialkorb; Antriebswellen; Ausgleichsraeder miteibanordnung; Betaetigungseinrichtung; Stuetzring; Stellring; Waelzkoerperelemente; Steuerkurven; Steuerrillen}

Description

Hierzu 14 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Ausgleichsgetriebe mit extern veränderlich steuerbarer Sperrkupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem in einem Gehäuse drehbar gelagerten und antreibbaren Differentialkorb, mit diesem koaxial angeordneten und drehbar gekoppelten, jeweils mit einer Abtriebswelle drehfest verbundenen Abtriebselementen - zwei Abtriebsrädern oder einem Abtriebsrad und einem Planetenträger -, mit diesen gleichzeitig in Eingriff befindlichen im Differentialkorb drehbar gehaltenen Ausgleichsrädern und mit einer Reibanordnung, die abwechselnd drehfest mit einem ersten der koaxial liegenden Abtriebselemente verbundene Innenlamellen und drehfest mit einem anderen der koaxial liegenden Teile - Differentialkorb oder Abtriebselement-verbundene Außenlamellen umfaßt, wobei diese einerseits an einer Stützfläche eines

der Teile - Differentialkorb oder eines der Abtriebselemente - axial abgestützt sind und andererseits über eine Betätigungseinrichtung axial beaufschlagbar sind, die erfindungsgemäß ohne Selbsthemmung arbeitet, gegebenenfalls mit Hilfe von Rückstellfedern und/oder einer Freilaufkupplung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Aus der JP64-3148 Ist ein extern gesteuert sperrbares Ausgleichsgetriebe der genannten Art bekannt, bei dem die Beaufschlagung der Reibanordnung über Hydraulikzylinder erfolgt. Dieser ist in das Ausgleichsgetriebe integriert. Zwar sind

solche Betätigungen für sperrbare Ausgleichsgetriebe von der Funktion und dem Verhalten her relativ gut, jedoch wegen der

Hydraulikbauteile aufwendig. Dies trifft sogar selbst dann zu, wenn eine Hydraulikanlage beispielsweise für die Servolenkung und die Federung schon

vorhanden ist.

Mit der DE-OS3707115 sind auch schon elektromagnetische Betätigungen für die Beaufschlagung der Reibanordnung eines

sperrbaren Ausgleichsgetriebes vorgeschlagen worden. Von Nachteil bei einer solchen Anordnung ist jedoch, daß eine mechanische Übersetzung zwischen der Spule und den Reiblamellen eine akzeptable Sperrwirkung in nur einem schmalen

Verschleißbereich der Lamellen ermöglicht. Dies hängt mit der stark abfallenden Betätigungskraft der Spule zusammen, wenn

diese gegenüber dem Anker nicht in ihrer optimalen Position verbleibt.

Mit der DE-OS37 33771 ist ein anderes Ausgleichsgetriebe vorgeschlagen worden, bei dem eine Reibscheibenanordnung

elektromagnetisch betätigt wird. Für die Verwendung als Achsdifferential reicht hierbei die erzielbare Sperrwirkung nicht ohne weiteres aus. Unter anderem ist die Konstruktion für einen Quereinbau sehr sperrig. In nachteiliger Weise entstehen auch

Reibwertfluktuationen. Schließlich ist unter den in Betracht zu ziehenden Konstruktionen gemäß der US4 805486 ein sperrbares Kegelradausgleichsgetriebe mit einem zusätzlichen Lamellenpaket, angeordnet zwischen einer Abtriebswelle und dem Differentialkorb, dessen Sperrmechanismus aus zwei zueinander koaxial liegenden Spreizplatten besteht, jeweils mit in Umfangsrichtung auf den Stirnseiten gegeneinander angeordneten Schrägrillen, worin gemeinsame Wälzkörperelemente

(Kugeln) laufen. Die eine Spreizplatte ist fest mit dem Differentialgehäuse verbunden. Die zweite Platte ist mit einer verzahnten

Untersetzung von einem Ε-Motor antreibbar. Die Spreizplatten haben im Rücklauf eine st Ibsthemmende Wirkung zueinander

und bleiben ohne Ε-Motor Strom unter Last gespreizt. Hier bestehen zwei Nachteile. Erster s kann die bleibende Sperrwirkung zu gefährlichen Folgen in einem fahrenden Fahrzeug führen, wenn der Ε-Motor unter Last ausfällt. Zweitens sind die kombinierten

Umfangs- und Axialkräfte und Reibverhältnisse zwischen der verzahnten Spreizplatte und dem in Eingriff befindlichen Ritzel

gegebenenfalls nachteilig in bezug auf die Hysterese während des Sperrkraftauf- und -abbaus.

In der älteren P3815225.8 ist ein weiteres sperrbares Differentialgetriebe beschrieben, bei dem eine Reibanordnung zwischen

dem Differentialkorb und einem Abtriebskegelrad wirksam ist, die über eine Spreizeinrichtung betätigt wird, die einen axial festen, verdrehbaren Stützring und einen axial verschiebbaren, drehfesten Stellring umfaßt und eine besonders leichtgängige

Beaufschlagung im Sinne des Sperrens ermöglicht. Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der vorveröffentlichten Sperrdifferentiale zu beseitigen und dabei eine verkehrssichere gut regelbare und sehr kompakte Konstruktion zu realisieren.

Wesen der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Betätigungseinrichtung aus zwei zueinander koaxial liegenden Spanplatten vorgesehen ist, jeweils mit in der Umfangsrichtung auf der Stirnseite gegeneinander angeordneten Schrägrillen, worauf gemeinsame Wälzkörperelemente laufen, derart, daß durch geeignete Geometrie der Rampenwinkel und Umfangsradien der Rillen keine Selbsthemmung eintritt. Die eine Spreizplatte ist gegenüber dem Differentialgehäuse axial fest und die zweite Spreizplatte ist axial verschiebbar. Eine der zwei Platten ist auf ihrem äußeren Umfang mit einer Verzahnung versehen, die sich in Eingriff mit einem antreibenden Ritzel befindet. Über eine Untersetzung wird das Ritzel von einem E-Motor angetrieben. Die eventuell unerwünschten Reibkräfte in der Verzahnung zwischen Ritzel und verzahnter Spreizplatte werden mit einer geeigneten Schrägverzahnung verringert. Hier wird die Schrägverzahnung derart ausgelegt, daß die verzahnte Spreizplatte dahin tendiert, sich in Kraftaufbaurichtung gegen die Sperrkupplung zu bewegen. Dadurch wirkt man den sonst hemmenden Kräften in der Verzahnung entgegen. Von großem Vorteil für den Abbau der unerwünschten Reibverhältnisse in der Verzahnung ist ein pulsierendes Antriebsmoment. Dies läßt sich vorzugsweise mit pulsierendem Strom bzw. Spannung verwirklichen, wobei die Pulsfrequenz nicht unter 5 Hertz liegen soll.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt in den Rückstellfedern die entweder als Zugfedern zwischen den Spreizplatten sowohl axial als auch tangential wirkend oder auch als Torsionsfeder an der E-Motorwelle angebaut sind. Diese Federn sichern zusätzlich die Entlastung der Reibanordnung in der Sperrkupplung, wenn wider Erwarten die Spreizplatten durch ein Verklemmen die erforderliche Rückstellkraft nicht erzeugen können.

Als Alternative oder Ergänzung zu den Rückstellfedern ist ein schaltbarer Freilauf vorgesehen, der in der der verdrehbaren Spreizplaüe zugeordneten Untersetzungsstufe bzw. an der E-Motorantriebswelle eingebaut ist, der bei Betätigung des E-Motors im Sinne einer Druckbeaufschlagung schließt und bei Aufhebung der Betätigung das Untersetzungsgetriebe vom E-Motor trennt.

Bei einer solchen Ausbildung kann es sogar genügen, den Motor nur in einer Drehrichtung laufend auszubilden, d. h. nicht umzusteuern und die Rückstellung der verdrehbaren Spraizplatte nach Bedarf über die eine drehwirkende Rückstellfeder vorzunehmen.

Der vorerwähnte Spreizmechanismus umfaßt eine drehbare und eine axial verschiebbare Spreizplatte, wobei die Funktionen auf beide Platten verteilt oder in einer Platte vereint sein können.

Ein Vorteil der Erfindung liegt in der weiteren Optimierung einer sehr kurzen Baulängo, die sich insbesondere für Anwendungen in Fronttriebfahrzeugen mit quer eingebauten Motoren eignet.

Unter den bewährten Fahrzeugachsendifferentialen baut sich das Planetendifferential mit parallel zueinander angeordneten Stirnzahnrädern und Hohlrad gegenüber dem Kegelraddifferential für die gleiche Drehmomentauslegung axial kurzer. Dieses Planetendifferential läßt sich zusammen mit dem vorerwähnten Spreizmechanismus und einer Reibanordnung der Sperrkupplung zwischen Differentialkorb und einer Abtriebswelle zu einem sehr kompakten Sperrausgleichsgetriebe bilden. Schließlich ist aus einer Kombination des erwähnten Spreizmechanismus, eines Planetendifferentiales mit parallel angeordneten Stirnzahnrädern und Hohlrad und einer Sperrkupplungsreibanordnung zwischen den beiden Abtriebswellen eine noch kürzere Baulänge zu erzielen, und zwar bedingt durch die Halbierung des Sperrmomentes in der Sperrkupplung für einen gleichbleibenden Straßenhaftunterschied zwischen den Antriebsrädern gegenüber einer Sperrkupplungsreibanordnung zwischen Planetenträger und einer Abtriebswelle.

Ein besonders günstig ansprechender und empfindlich regelbarer Drehantrieb ergibt sich daraus, daß Steuerkurven oder •profile an den einander zugewandten Stirnflächen des Stützrings und des Stellrings, die zwischen dem Stützring und dem Stellring in abstützender, den Stellring bei Verdrehung des verdrehbaren der Ringe bzw. Spreizplatten verschiebender Wirkverbindung stehen, eine nicht-lineare Änderungsrate der auf den Stellring wirksamen Axialkomponente über dem Verdrehwinkel aufweisen. Die erfindungsgemäße Wirkung liegt darin, daß während einer ersten Phase der Betätigung durch einen steilen Anstieg der wirksamen Axialkomponenten eine starke Spreizungsrate zwischen Stellring und Stützring bewirkt werden kann, solange aufgrund des Spiels zwischen den Lamellen keine oder keine nennenswerten Reaktionskräfte überwunden werden müssen. Der anfangs steile Anstieg der wirksamen Axialkomponente verbessert somit das Ansprechen der Sperrkupplung. Danach soll der Anstieg der wirksamen Axialkomponcnte bevorzugt progressiv abfallen, bis der gewünschte Anstieg für den Arbeitsbereich der Sperrwirkung erreicht wird. Der Verlauf der obigen Steigungsänderung kann mathematisch in der Form

dy c,a . dy —— = bzw.—- = b - ax

dx C₁X + Cj dX

dargestellt werden, y ist die axial wirksame Höhenveränderung der Kugelrille od-jr Rampenfläche, χ ist der entsprechende Weg in Umfangsrichtung in der Kugelrille oder auf der Rampenfläche. Es ergibt sich z. B. ein Profil nach

ax² y = al„(c,x + C₂) + b bzw. y = bx — + c

Es bleibt die Anfangs- und Auslaufanstellwinkel festzulegen. Es ist bei Kugelrillen ein Anfangswinkel von 6-9° und ein Auslaufwinkel von 1-1,5" angemessen. Im Arbeitsbereich ist der vorerwähnte Auslaufwinkel bis zum Ende der Bahn konstant. Damit ist sichergestellt, daß für alle Verschleißzustände die Sperre im Arbeitsbereich nach der gleichen Kennlinie und frei von jeglicher Selbsthemmung betätigt wird.

Nach einer bevorzugten Ausführung wird ein ringförmiger oder scheibenförmiger Kugelkäfig vorgesehen, der die Kugeln in axialen Durchgangslöchern aufnimmt, damit alle Kugeln in den mit veränderlicher Steigung ausgeführten Kugelrillen synchron laufen.

Nach einer ersten günstigen Ausbildung sind als Steuerkurven Kugelrillen in den beiden Stirnflächen vorgesehen, in denen sich einander gegenüberliegenden Stirnflächen abstützende Kugelkörper laufen. Hierbei ist bei konstantem Radius eine Veränderung der Kugelrillentiefe gemäß den oben beschriebenen unterschiedlichen Raten möglich. Eine zweite günstige Ausgestaltung geht dahin, die Tiefenänderung über dem Kugelrillenverlauf konstant zu halten, die Kugelrillen jedoch mit einer zunehmenden Radialkomponente verlaufen zu lassen, so daß über dem Verdrehwinkel des Stellringes die axiale Verschieberate zunehmend geringer wird. Selbstverständlich ist auch eine Kombination der beiden hier angegebenen Ausgestaltungen möglich. Bevorzugt sind über dem Umfang mindestens drei solcher Rillenpaare und damit Wälzkörper vorgesehen. Die tiefste Stelle der Vertiefungen in Verbindung mit der Kugel dient als Rückdrehanschlag zur Begrenzung der Rückstellbewegung des Stellringes gegenüber dem Stützring. Spreizringkugelrillen mit nicht liniearen Änderungsraten in der zuvor dargestellten Art weisen einen weiteren Vorteil im Falle eines ausgefallenen antreibenden Ε-Motors auf. Der Rücklauf wird in der letzten Phase des Lösens (steilerer Anstellwinkel) sehr erleichtert, wogegen sonst durch die nachgelassene Federwirkung die Spreizscheiben sich eventuell nur zögerlich zueinander bewegen könnten.

Ausführungsbeispiel

Bevorzugte Ausführungsbeispiele und Antriebsschemata hinsichtlich der Anwendung eines sperrbaren Ausgleichsgetriebes sowohl auf ein frontgetriebenes als auch auf ein heckgetriebenes Kraftfahrzeug sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1: ein Antriebsschema für ein frontgeUiebenes Kraftfahrzeu j, Fig. 2: einen Halbschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausgleichsgetriebe in einer ersten Ausführung gemäß Fig. 1 -

Reibanordnung zwischen Differentialkorb und einem Antriebsrad, Fig. 3: einen Halbschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausgleichsgetriebe in einer zweiten Ausführung gemäß Fig. 1 -

Reibanordnung zwischen Planetenträger und Antriebsrad d. h. zwischen den Antriebsrädern. Fig.4: ein Antriebsschema für ein heckgetriebenes Kraftfahrzeug.

Fig. 5: einen Halbschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausgleichsgetriebe in einer dritten Ausführung gemäß Fig.4 -

Reibanordnung zwischen Differentialkorb und einem Antriebsrad

Fig. 6: einen Halbschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausgleichsgetriebe in einer vierten Ausführung gemäß Fig.4 —

Reibanordnung zwischen den Abtriebsrädern

Fig. 7: eine Explosionsdarstellung des Sperrmechanismus mit Rillen und Kugeln zur Umsetzung der Drehbewegung des

Stellrings in eine Axialbewegung gemäß Fig. 2-6, Fig. 8: ein Detail der Ausführungsform nach Fig. 7 im Ruhezustand und

Fig. 9: ein Detail der Ausführungsform nach Fig. 7 im gespreizten Zustand zur Beaufschlagung der Reibanordnung, Fig. 10: das Detail der Ausführungsform gemäß Fig. 7, mit nicht-linearen Spreizraten, Fig. 11: einen Halbschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausgleichsgetriebe in einer dritten Ausführung gemäß Fig.4 —

Reibanordnung zwischen Differentialkorb und einem Antriebsrad

Fig. 12: eine Explosionsdarstellung des Sperrmechanismus mit Rillen und Kugeln zur Umsetzung det Drehbewegung des

Stellrings in eine Axialbewegung gemäß Fig. 11, Fig. 13: ein Stütz- oder Stellring in Ansicht in einer weiteren Ausführung, Fig. 14: ein Stütz- oder Stellring gemäß Fig. 11 aber in einer anderen Ausführung.

Das in der Zeichnungsfigur 1 gezeigte Fahrzeug 1 ist ein frontgetriebenes Fahrzeug. Es sind nur die Umrisse zur Verdeutlichung dargestellt. Das Fahrzeug 1 besitzt die beiden Vorderräder 2 und 3 sowie die Hinterräder 4 und 5. Die beiden Vorderräder 2,3 werden vom Motor 6 über das Schaltgetriebe 7, das daran angeschlossene extern geregelt sperrbare Ausgleichsgetriebe 8 und die daran angeschlossenen Gelenkwellen 9,10 angetrieben. Das extern gesteuert sperrbare Ausgleichsgetriebe 8 ist in den Figuren 2 und 3 näher dargestellt. In dem Gehäuse 11 ist über Lager 15,19 der Differentialkorb 12 drehbar angeordnet. Der Differentialkorb 12 ist geteilt ausgebildet. Als Abtriebselemente im Differentialkorb 12 sind ein Planetenträger 16 und ein Abtriebsrad 17 aufgenommen. Auf als Hülsen ausgebildeten Drehzapfen 18, die im Planetenträger 16 angeordnet sind, sind achsparallele Ausgleichsräder 29 drehbar gelagert. Ferner ist an einer Flanschfläche des Differentialkorbes 12 das Tellerrad 20 angeschlossen, über welches der Differentialkorb 12 vom Motor 6 des Fahrzeuges 1 antreibbar ist. Die Abtriebselemente 16,17 weisen Innenkeilverzahnungen auf, in welche Steckanschlußwellen 13,14 eingesteckt sind, die zur Verbindung mit den Antriebswellen 9,10 für die Vorderräder 4,5 dienen. Alternative Wellen/Flanschkonstruktionen, links-rechts, sind zu ersehen. Der zweite Abschnitt 12 b des Differentialkorbes 12 ist mit dem ersten Abschnitt 12a drehfest verbunden. Die beiden Abtriebselemente 16,17 sind jeweils drehbar in dem Differentialkorb 12 aufgenommen.

Das in der Zeichnungsfigur 4 gezeigte Fahrzeug 1 ist ein heckgetriebenes Fahrzeug. Es sind nur die Umrisse zur Verdeutlichung dargestellt. Das Fahrzeug 1 besitzt die beiden Vorderräder 2,3, sowie die Hinterräder 4,5. Die beiden Hinterräder 4,5 werden vom Motor 6 über das Schaltgetriebe 7, eine Längswelle 52, das daran angeschlossene extern geregelt sperrbare Ausgleichsgetriebe 8, und die daran angeschlossenen Gelenkwellen 9,10 angetrieben. Das extern gesteuert sperrbare Ausgleichsgetriebe 8 ist in den Figuren 5,6 näher dargestellt.

Abtriebselemente sind ein erstes Abtriebsrad 16 und ein zweites Abtriebsrad 17, wobei letzteres nach Figur 6 mit einem Korb 61 drehfest verbunden ist. Auf sich kreuzenden radialen Drehzapfen 18, die im mehrteiligen Diff6rentialkorb 12 gehalten sind, sind kegelige Ausgleichsräder 29 drehbar gelagert. Ferner ist an einer Flanschfläche des Differentialkorbes 12 das Tellerrad 20 angeschlossen, über welches der Differntialkorb 12 vom Motor 6 des Fahrzeuges 1 antreibbar ist. Die Abtriebselemente 16,17 weisen Innenverzahnungen auf, in welche Steckanschlußwellen 13,14 eingesteckt sind, die zur Verbindung mit den Antriebswellen 9,10 für die Hinterräder 4,5 dienen. Der Differentialkorb 12 ist aus einem deckeiförmigen Teil 12 a, einem topfförmigenTeil 12 b und (für Fig.5) einem ringförmigen Einsatz 12c aufgebaut. Die beiden Abtriebselemente 16,17 sind jeweils drehbar in dem Differentialkorb 12 aufgenommen.

In Fig. 2 ist eine Reibanordnung 21 vorgesehen, die aus Außenlamellen 22 und Innenlamellen 24 besteht. Die Innenlamellen 24 besitzen in ihrer Bohrung Verzahnungen, mit denen sie auf einer entsprechenden Außenverzahnung 25 eines Fortsatzes des Abtriebsrades 17 drehfest, jedoch verschieblich e 'fgenommen sind. Die jeweils zwischen zwei Innenlamellen 24 angeordneten Außenlamellen 22 weisen auf ihrem Außenumfa ebenfalls Zähne auf, die in entsprechende Nuten oder Verzahnungen 23, die im Differentialkorb 12 angeordnet sind, drehfest eingreifen. Dio Außenlamellen 22 sind ebenfalls in Axialrichtung verschiebbar. Die Reibanordnung 21 stützt sich zum einen axial an der Stützfläche 26, die Bestandteil des Differentialkorbes 12 ist, ab, zum anderen ist die Reibanordnung ίϊ1 über eine Druckplatte 57 druckbeaufschlagbar. Es sind die Drehzapfen 18 durchdringende Stößel 58 vorgesehen, die von einer ersten Druckscheibe 59 beaufschlagt werden. An dieser stützt sich über ein erstes Axiallager 60 eine Druckplatte 27 ab, die über weitere Stößel 41 verstellbar ist, an denen eine außerhalb des Differentialkorbes 12 angeordnete zweite Druckscheibe 40 anliegt. Zwischen einer Radialfläche des Stellringes 28 und der Druckplatte 40 ist ein zweites Axialdrucklager 39 eingebaut. Hierdurch wird die Reibung verringert, da die Druckplatte 40 mit dem Differentialkorb 12 umläuft. Die Ausführung gemäß Figur 2 entspricht einer „Korb-zu-Welle" Sperrwirkung.

In Fig. 3 ist eine Reibanordnung 21 vorgesehen, die ebenfalls Außenlamellen 22 und Innenlamellen 24 aufweist. Die Innenlamellen besitzen in ihrer Bohrung Verzahnungen, mit denen sie auf eine entsprechende Außenverzahnung 25 des Fortsatzes des Abtriebsrades 17 drehfest, jedoch verschieblich aufgenommen sind. Die jeweils zwischen zwei Innenlamellen 24 angeordneten Außenlamellen 22 weisen an ihrem Außenumfang ebenfalls Zähne auf, die in entsprechenden Nuten oder Verzahnungen 23 drehfest eingreifen, die in einer Verlängerung der linken Seite des Planetenträgers 16 ausgebildet sind, die mit der linken Seite des Planetenträgers 16 fest verbunden ist. Die Außenlamellen 22 sind ebenfalls in Axialrichtung verschiebbar. Die Reibanordnung 21 stützt sich zum einen axial an der Stützfläche 26, die Bestandteil des Differentialkorbes 12 ist, ab, zum anderen ist die Reibanordnung über eine Druckplatte 57 druckbeaufschlagbar. Es sind den Drehzapfen 18 durchdringende Stößel 58 vorgesehen, die von einer ersten Druckscheibe 59 beaufschlagt werden. An dieser stützt sich über ein erstes Axialdrucklager 60 eine Druckplatte 27 ab, die über weitere Stößel 41 verstellbar ist, an denen eine außerhalb des Differentialkorbes 12 angeordnete Druckscheibe anliegt. Zwischen einer Radialfläche des Stellringes 28 und der Druckplatte 40 ist ein Axialdrucklager 39 eingebaut. Hierdurch wird die Reibung verringert, da die Druckplatte 40 mit dem Differentialkorb 12 umläuft. Die Ausführung gemäß Figur 3 entspricht einer „Welle-zu-Welle" Sperrwirkung. Die Anzahl der Lamellen ist nur ca. 50% von der Fig. 2 und deswegen baut sich Fig. 3 kürzer für die gleiche Sperrwirkung.

In Fig. 5 ist eine Reibanordnung 21 vorgesehen, die aus Außenlamellen 22 und Innenlamellen 24 besteht. Die Innenlamellen 24 besitzen In ihrer Bohrung Verzahnungen, mit denen sie auf einer entsprechenden Außenverzahnung 25 einer auf dem Abtriebsrad 17 angeordneten Hülse drehfest, jedoch verschieblich aufgenommen sind. Die jeweils zwischen zwei Innenlamellen 24 angeordneten Außenlamellen 22 weisen auf ihrem Außenumfang Zähne auf, die in entsprechenden Nuten oder Verzahnungen 23, die unmittelbar im Differentialkorb 12 ausgebildet sind, drehfest und axialverschieblich eingreifen. Die Reibanordnung 21 stützt sich zum einen axial an der Stützfläche 26, die an Teilen des Differentialkorbes 12 ausgebildet ist, ab, zum anderen ist die Reibanordnung 21 über eine Druckplatte 57 axial boaufschlagbar. Es sind den Differentialkorb durchdringende Stößel 41 vorgesehen, die auf die Druckplatte 57 wirken und von einer Druckscheibe 40 außerhalb des Differentialkorbes beaufschlagt werden. Zwischen den Flächen der Druckscheibe 40 und des Stellrings 28 ist ein Axialdrucklager 39 eingebaut. Die Ausführung gemäß Fig. 5 entspricht einer „Korb-zu-Welle" Sperrwirkung. In Fig.6 ist eine Reibanordnung 21 vorgesehen, die Außenlamellen 22 und Innenlamellen 24 umfaßt. Hierbei sind in den Bohrungen der Innenlamellen Verzahnungen vorgesehen, mit denen sie auf einer entsprechenden Außenverzahnung 25 einer auf der Abtriebswelle 13 angeordneten Hülse drehfest und axial verschieblich aufgenommen sind. Die jeweils zwischen zwei Innenlamellen 24 angeordneten Außenlamellen 22 weisen an ihrem Außenumfang Zähne auf, die in einem mit der zweiten Atriebswelle 14 drehfest verbundenen Innenkorb 61 ausgebildet sind. Die Außenlamellen 22 sind ebenfalls in Axialrichtung verschiebbar. Die Reibanordnung 21 stützt sich zum einen axial an der Stützfläche 26, die am Abtriebsrad 17 ausgebildet ist, ab, zum anderen ist die Reibanordnung über eine Druckplatte 57 axial beaufschlagbar. Es sind den Innenkorb 61 axial durchdringende Stößel 58 vorgesehen, die von einer ersten Druckscheibe 59 beaufschlagt werden. An dieser stützt sich über ein erstes Axialdrucklager 60 eine Druckplatte 27 ab, die über weitere, den Differentialkorb durchdringende Stößel 41 verstellbar ist, an denen eine außerhalb des Differentialkorbes 12 angeordnete zweite Druckscheibe 40 anliegt. Zwischen den Flächen des Stellrings 28 und der Druckscheibe 40 ist ein zweites Axialdrucklager 39 vorgesehen. Die Ausführung gemäß Fig. 6 entspricht einer ,,WeIIe-Zu-WeIIe" Sperrwirkung. Im Gegensatz zu Fig.3 ist es hier ersichtlich, daß eine „Welle-zu-Welle" Sperrwirkung auf Kegelradausgleichsgetriebe gebaut keine raumsparenden Vorteile gegenüber einer „Korb-zu-Welle" Ausführung (Fig. 5) bietet. Die Beaufschlagung der Reibanordnung 21 zur Abbremsung des Abtriebrades 17 gegenüber dem Differentialkorb 12 ist nachfolgend beschrieben, und zwar unter Bezugnahme auf die Figuren 2,3 und 7. Im Gehäuse 11 ist drehfest und axial unverschiebbar ein Stützring 54 angeordnet. Auf einem Lagerträgeransatz 31 ist ferner ein Stellring 28 drehbar und axial verschiebbar angeordnet. Der Stellring 28 stützt sich über Wälzkörpern 49, die in Kugelrillen 47,48 laufen (Fig.7), an dem Stützring 54 ab. Stellring 28 und Stützring 54 weisen radial verlaufende Stirnbereiche auf, die einander gegenüberliegen. Bei dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten Beispiel besitzt der Stellring 28 auf seiner dem Stützring 54 zugewandten Stirnfläche mindestens drei umfangsverteilt angeordnete und ansteigend verlaufende Kugelrillen 47 auf. Der Stützring 54 besitzt die gleiche Anzahl gegensinnig ansteigend verlaufende Kugelrillen 48. Im Ausgangszustand, wenn die Reibanordnung 21 nicht durch eine Axialkraft beaufschlagt ist, also bei im offenen Zustand arbeitenden Kegelradausgleichsgetriebe 8, befinden sich Stellring 28 und Stützring 54 in der zueinander nächstmöglichen Position. Bei Verdrehung das Stellringes 28 verdrehen sich die Kugelrillen 47,48 relativ zueinander und verschieben den Stellring 28 in Richtung auf die Reibanordnung 21, die zu einer vorbestimmten Sperrung und damit Ankupplung der Bewegung des Abtriebrades 17 und gegebenenfalls des Abtriebsrades 16 an die Drehbewegung des Differentialkorbes 12 führt.

Zur Erzielung der Drehbewegung ist der Stellring 28 in seinem radial äußeren Abschnitt mit einer Verzahnung 34 versehen, in die ein Ritzel 35 eingreift. Die Verzahnung 34 ist vorzugsweise als eine Schrägverzahnung ausgelegt, um den Stellring 28 gegen die Reibanordnung 21 während des Sperrkraftaufbaus zu bewegen. Eine Freilaufkupplung 63, elektromagnetisch betätigt, wird vorzugsweise in der Vorgelegewelle 64 eingebaut. Das Ritzel 35 ist durch die Untersetzung 32 von dem E-Motor33 angetrieben. Vorzugsweise ist der Ε-Motor von pulsierendem Strom oder Spannung getrieben.

In den Figuren 7 bis 10 sind Ausführungen für bevorzugte alternative Kugelrillenanordnungen dargestellt. Der Stellring 28 besitzt in seiner Stirnfläche 45 umfangsverteilt mehrere Kugelrillen 47, welche ausgehend von der tiefsten Stelle, die als Rückdrehanschlagfläche 50 ausgebildet sind, zur Stirnfläche 45 hin ansteigend verlaufen. Die Kugelrillen 47 verlaufen jeweils dabei in einem Kreisbogen. Der Kugelrille 47 ist gegenüberliegend in der Stirnfläche 46 des Stützringes 54 eine Kugelrille 48 angeordnet, die ebenfalls ausgehend von einer tiefsten Stelle, die als Rückdrehanschlag 51 gedacht ist, in Richtung auf die Stirnfläche 46 ansteigend verläuft. Der Verlauf der beiden Kugelrillen 47 und 48 ist jedoch einander entgegengerichtet. In jeweils zwei Kugelrillen 47,48, die paarweise gegenüberliegend angeordnet sind, ist jeweils ein Wälzkörper in Form einer Kugel 49 aufgenommen. Bei Verdrehung des Stellringes 28 zum Stützring 54 bewegt sich die Kugel 49 in den Kugelrillen 47,48. Dabei findet durch die Kugel 49 eine Spreizung statt, so daß sich der Stützring 54 vom Stellring 28 entfernt. Hierbei wirkt die Rückseite des Stellringes 28 über ein anliegendes Axialdrucklager 39 auf eine mit dem Differentialkorb umlaufende Druckscheibe 40, die wieder auf die aus Innen- und Außenlamellen bestehende Reibanordnung 21 einwirkt. Der außen über einen Teilumfang mit einer Verzahnung 34 versehene Stellring 28 wird über ein Ritzel 35 und eine Übersetzungsanordnung 32 von einem Motor 33 angetrieben, auf dessen Welle eine als Spiralfeder ausgebildete Rückstellfeder 37 vorgesehen ist. Vorzugsweise kann statt dessen eine elektromagnetisch betätigte Freilaufkupplung in der Antriebsuntersetzung eingebaut werden. Durch die nicht selbsthemmende Rampengeometrie als auch durch passende Rückstellfedern und Freilaufkupplung ist ein einwandfreies Lösen der Sperre sichergestellt. Alternativ ist, wie aus den Figuren 8 und 9 ersichtlich, vorgesehen, zwischen Stellring 28 und Stützring 54 Zugfedern Za als Rückstellfedern anzuordnen. In Figur 9 ist die gespannte Lage der Rückstellfedern 38 erkennbar. Es sind bevorzugt mehrere Zugfedern auf dem Umfang verteilt angeordnet. Ebenso sind mehrere Rillenpaare 47,48 und Kugeln 49 auf dem Umfang verteilt vorgesehen. Diese zeigen einen gerade gerichteten Rampenverlauf auf. In Fig. 10 ist unter Verwendung der gleichen Bezugsziffern im wesentlichen ein mit der Darstellung nach Fig. 8 übereinstimmendes Detail dargestellt. Die Kugelrillen 47,48 weisen hier jedoch eine veränderliche Steigung bezüglich der Tiefe auf, wobei ausgehend vom dargestellten unverdrehten Zustand des Stützringes 54 und des Stellrings 28 eine Phase I mit veränderlicher Steigung, nämlich einem steilen Anstieg mit einer hohen Spreizungsrate über dem Drehwinkel, jedoch mit kontinuierlich abnehmender Steigung und damit abnehmender Spreizungsrate über dem Verdrehwinkel, und anschließend eine Phase Il mit konstanter Spreizungsrate erkennbar sind, die für die Spreizung unter Last gewünscht ist. Diese konstante Steigung ist erforderlich, um unterschiedliche Last- und Verschleißzustände abzudecken. Die konstante Steigung in Phase Il ist Immerhin steil genug um einen einwandfreien Rücklauf des Stellringes mit abgeschaltetem E-Motorzu erhalten. Zwischen Stützring 54

und Stellring 28 ist ein Kugelkäfig 62 dargestellt, der die Kugeln mit gleichem Umfangsabstand hält und sie zwingt, synchron zu laufen, was insbesondere in Phase I von besonderer Bedeutung ist.

In Fig. 11 ist in dem Gehäuse 11 und dem damit verbundenen Lagerträger 11a über Lager 15 der Differentialkorb 12 drehbar angeordnet. Der Differentialkorb 12 ist geteilt ausgebildet und umfaßt einen ersten Teil 12 a, in dem das Abtriebskegelrad 17 und das zweite Abtriebskegelrad 16 aufgenommen sind, welche mit auf einem als Bolzen ausgebildeten Träger 18, der im Teil 12 a des Differentialkorbes 12 mit diesem drt hend angeordnet ist, drehbar gelagerten Ausgleichskegelrädern 19 kämmen. Der zweite Abschnitt 12b des Differentialkorbes 12 ist mit dem ersten Abschnitt 12a drehfest verbunden. Er dient zur Aufnahme der Reibanordnung 21. Ferner ist an einer Flanschfläche des Differentialkorbteiles 12b das Tellerrad 20 angeschlossen, über welches der Differentialkorb 12 vom Motor 6 des Fahrzeuges 1 antreibbar ist. Die Abtriebskegelräder 16,17 weisen Bohrungen mit Verzahnungen auf, in welche beispielsweise Steckanschlußwellen 13,14 eingesteckt sind, die zur Verbindung mit den Antriebswellen 9,10 für die Hinterräder 4,5 dienen. Es ist jedoch auch denkbar, daß die zu den Antriebswellen 9,10 gehörenden Gelenke mit entsprechenden Zapfen ausgerüstet sind, die unmittelbar in die Bohrungen der Abtriebskegelräder 16,17 einsteckbar sind. Die beiden Abtriebskegelräder 16,17 sind jeweils drehbar in dem Differentialkorb 12 aufgenommen. Ferner ist eine Reibanordnung 21 vorgesehen, die aus Außenlamellen 22 und Innenlamellen 24 besteht. Die Innenlamellen 24 besitzen in ihrer Bohrung Verzahnungen, mit denen sie auf einer entsprechenden Außenverzahnung 25 eines Fortsatzes des Abtriebskegelrades 16 drehfest jedoch verschieblich aufgenommen. Die jeweils zwischen zwei Innenlamellen 24 angeordneten Außenlamellen 22 weisen auf ihrem Außenumfang ebenfalls Zähne auf, die in entsprechende Nuten oder Verzahnungen 23 im Differentialkorb 12 diesen bzw. dessen zweiten Abschnitt 12b angeordnet sind, drehfest eingreifen. Die Außenlamellen 22 sind ebenfalls in Axialrichtung verstellbar. Die Reibanordnung 21 stützt sich zum einen axial an der Stützfläche 26, die Bestandteil des ersten Teiles 12 a des Differentialkorbes 12 ist, ab, zum anderen ist die Reibanordnung 21 über eine Druckplatte 27 druckbeaufschlagbar. Es sind im zweiten Abschnitt 12 b des Differentialkorbes 12 durchdringende Stößel 41 vorgesehen, an die eine außerhalb des Differentialkorbes 12 angeordnete Druckscheibe 40 anliegt. Im Bereich der Anordnung der Stößel 41 ist der Differentialkorb 12b mit einer radial gerichteten Fläche versehen.

Die Beaufschlagung der Reibanordnung 21 zur Abbremsung des Abtriebkegelrades 16 gegenüber dem Differentialkorb 12 ist nachfolgend beschrieben. Im Lagerträger 11a des Gehäuses 11 ist drehfest, aber axial verschiebbar auf einem Lagerträgeransatz 31 ein Stellring 28 angeordnet. Der Lagerträgeransatz 31 ist hierzu mit einer Keilverzahnung 30 versehen, auf welcher der Stellring 28 mit in einer Bohrung seines Ansatzes angebrachten, entsprechenden Zähnen 30 geführt ist. Hierdurch wird eine drehfeste Verbindung des Stellringes 28 zum Träger 11a des Gehäuses 11 erreicht, wobei jedoch aufgrund der Verzahnung 30 eine Axialverschiebung in Richtung auf die Reibanordnung 21 möglich ist. Zwischen einer Radialfläche des Stellringes 28 und der Druckplatte 40 ist ein Axialdrucklager 39 eingebaut. Hierdurch wird die Reibung verringert, da die Druckplatte 40 mit dem Differentialkorb 12 umläuft. Auf dem Lagerträgeransatz 31 ist ferner ein Stützring 63 drehbar, aber axial unverschieblich angeordnet. Der Stützring 63 stützt sich gegen ein Axiallager bestehend aus den Wälzkörpern 53 und Stützring 54 ab. Stützring 63 und Stützring 28 weisen radial verlaufende Stirnbereiche auf, die einander gegenüberliegen. Zur Erzielung der Drehbewegung ist der Stützring 63 in seinem radial äußeren Abschnitt mit einer Kegelradverzahnung 34 versehen, in die ein Ritzel 35 eingreift. Das Ritzel 35 ist über einen Freilauf 36 mit vom dem Motor 33, der als Elektromotor ausgebildet ist, aus gesehen ersten Übersetzungsstufe verbunden. Ferner ist zwischen dem Gehäuse 11 und der zum Ritzel 35 gehörenden Welle, die durch das Gehäuse 11 nach außen geführt ist, eine Rückstellfeder 37 angeordnet, die als Spiralfeder ausgebildet ist (Fig. 11). Sie kann auch bei reversierbaren Untersetzungsgetrieben an der Motorwelle angreifen (Fig. 12). Die Rückstellfeder 37 sorgt dafür, daß für den Fall, daß der Motor 33 aus irgendwelchen Gründen nicht mit Energie versorgt werden kann und nicht in der Lage ist, den Stützring 63 zurückzudrehen, trotzdem eine Rückdrehung aufgrund der Federkraft erreicht wird. Im übrigen kann es aufgrund der Anordnung des Freilaufes 36 überflüssig sein, überhaupt einen in beiden Drehrichtungen betätigbaren Motor 33 vorzusehen, wenn ein schaltbarer Freilauf 36 vorgesehen ist, der nur in Beaufschlagungsrichtung, bei Verdrehung des Stützringes 63 zur Axialverstellung des Stellringes 28 in Richtung auf die Reibanordnung 21 sperrt und dann, wenn vom Motor 33 kein Moment auf das Ritzel im Sinne des Haltens in der Sperrstellung ausgeübt wird, eine Freigangsstellung und damit Abkupplung des Motors 33 vom Ritzel 35 gegeben ist, so daß die Rückstellung ermöglicht wird. Gegebenenfalls kann sogar die Rückstellfeder entfallen und damit sind die drehenden Massen das Motors 33 nicht mitzubewegen. Die Steuerung des Motors 33, kann auf bekannte Art und Weise erfolgen, beispielsweise unter Nutzung von Signalen, die einen Schlupf an den Rädern anzeigen. Dabei kann auch eine Schaltung vorgenommen werden, die gewährleistet, daß oberhalb einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit der Drehantrieb nicht betätigbar ist. Auch ist eine Überprüfungsschaltung vorgesehen, die beispielsweise beim Einschalten der Zündung des Antriebsmotors des Kraftfahrzeuges automatisch angeschaltet wird und bei offener Sperre wieder erlischt.

Figur 12 ist eine Explosionsdarstellung der Betätigungsmoglichkeit gemäß Figur 11. Die Kugelrillen sind ähnlich wie in Figur 7 gestaltet. Der wesentliche Unterschied liegt in der Lagerung und Führung der beiden Spreizringe. In Figur 12 ist der Stützring 63 durch das Ritzel 35 und seinen verzahnten Umfang drehend angetrieben. Der Stützring 63 ist gegen das Axiallager 53 abgestützt. Der nicht drehbare Stellring 28 ist axial verschiebbar und drückt durch das Axiallager 39 gegen das Reiblamellenpaket 21. In Fig. 13 ist der Stellring 28 in Ansicht dargestellt, wobei nach einer alternativen oder ergänzenden Weiterbildung sechs Kugelrillen 48 über den Umfang verteilt erkennbar sind, die bei untereinander gleichen oder unterschiedlichen Steigungsraten hinsichtlich der Tiefe außerdem einen Bereich haben, der eine Radialkomponente im Bahnverlauf aufweist, so daß die Spreizungsrate mit zunehmendem Verdrehwinkel hier verringert ist.

In Fig. 14 ist im wesentlichen die gleiche Darstellung des Stellrings 28 wie in Fig. 11 zu finden, wobei jedoch hier in Folge der radialen Komponente der Kugelrillen 48 im Bereich der Phase Il von der Möglichkeit Gebrauch gemacht wurde, die Rillen sich in Umfangsrichtung überdecken zu lassen. Aufgrund des größeren möglichen Verdrehwinkels kann eine geringere Steigungsrate, allerdings weit genug oberhalb der Selbsthemmungsgrenze und damit ein empfindlicheres Ansprechverhalten erzeugt werden.

Claims

1. Ausgleichsgetriebe mit extern veränderlich regelbarer Sperrkupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem in einem Gehäuse drehbar gelagerten und antreibbaren Differentialkorb, mit diesem koaxial angeordneten und drehbar gekoppelten Antriebswellen, mit diesen gleichzeitig in Eingriff befindlichen im Differentialkorb drehbar gehaltenen Ausgleichsrädern und mit einer Reibanordnung die einerseits an einer Stützfläche eines der gegeneinander drehbaren Teile-Differentialkorb oder eines Teils einer der Abtriebswellen-axial abgestützt ist und andererseits über eine Betätigungseinrichtung axial beaufschlagbar ist, wobei die Betätigungseinrichtung einen zum Gehäuse axial festen Stützring, einen axial verschiebbaren Stellring, von denen einer gegenüber dem anderen verdrehbar ist, einen diesen verdrehbaren der beiden Ringe bedarfsweise antreibenden Drehantrieb, wobei zwischen Stellring und Stützring Wälzkörperelemente auf passenden Steuerkurven oder -rillen eingesetzt sind, umfaßt, die derart ausgestaltet sind, daß keine Selbsthemmung im Rücklauf zwischen Stellring und Stützring auftritt.

2. Ausgleichsgetriebenach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verdrehbare Ring über eine Außenverzahnung von einem insbesondere achsparallel zu den Abtriebsrädern angeordneten Zahnritzel angetrieben wird.

3. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung zwischen dem verdrehbaren Ring und Zahnritzel als Schrägverzahnung ausgebildet ist.

4. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein bedarfsweise antreibender Drehantrieb ein Untersetzungsgetriebe und einen Motor aufweist.

5. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der verdrehbare Ring durch ein pulsierendes Drehmoment antreibbar ist.

6. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Drehantrieb zugehörige Motor ein Elektromotor ist.

7. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor mit pulsierendem Strom oder Spannung betreibbar ist, mit einer Frequenz von 5 Hertz oder größer.

8. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor oder die diesem nachgeordnete Untersetzungsstufe des Untersetzungsgetriebes durch einen schaltbaren Freilauf mit der dem verdrehbaren Ring zugeordneten Untersetzungsstufe des Getriebes verbunden ist, der bei Betätigung des Motors im Sinne einer Druckbeaufschlagung für die Reibanordnung sperrt und bei Aufhebung der Betätigung im Sinne eines Rücklaufs des verdrehbaren Rings Stellrings das Untersetzungsgetriebe vom Motor trennt.

9. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Rückstellfedern zwischen Stellring und Stützring und/oder zwischen Gehäuse des Motors und Motorwelle vorgesehen sind.

10. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerkurven oder -profile an den einander zugewandten Stirnflächen des Stützrings und des Stellrings, die zwischen dem Stützring und dem Stellring in abstützender, den Stellring bei Verdrehung des verdrehbaren Rings verschiebender Wirkverbindung stehen, eine nicht-lineare Änderungsrate der auf den Stellring wirksamen Axialkomponente über dem Verdrehwinkel aufweisen.

11. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialmechanismus nur aus parallel zueinander angeordneten gerad-oder schrägverzahnten Stirnzahnrädern und einem Hohlrad gebildet ist.

12. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrkupplung unmittelbar zwischen den Abtriebselementen (Abtriebsräder, Abtriebswellen) wirkt.