ACHSANTRIEBSBLOCK MIT DIFFERENTIALSPERRE Die Erfindung handelt von einem Achsantriebsblock für Kraftfahrzeuge 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 an- getriebenen Achse antriebsverbunden sind, und mit deren gemeinsamem Hohlrad Planetenräder beider Differentiale kämmen, wobei der eine Plane- tenträger mit dem beide Differentiale aufnehmenden Gehäuse drehfest ver- bunden 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 Dif- ferentiale 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 Ge- häuses 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 Al ist ein Achsantriebsblock bekannt, in dem zwei Ke- gelraddifferentiale 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 Kegelraddiffe- rentiale mittels einer Klauenkupplung verbindbar. Mit dieser Anordnung ist weder die erwünschte Momentenverteilung noch eine symmetrisch wirken- de Sperring 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 er- zielbare selbsttätige Sperrung konstruktiv so beeinflusst werden kann, dass sie den fahrdynamischen Erfordernissen angepasst ist. Erfindungsgemäß 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, wo- durch sie ohne Einwirkung von aussen selbststeuernd und ABS-bzw. ESP - tauglich ist. Das gewünschte Sperrverhalten ist durch konstruktive Ge- staltung der Wirkverbindung 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 gewSinschte Sperrvel-halten hergestellt. Insbesondere können die Rampen

von einer Neutralstellung aus in beiden Umfangsrichtungen (also in ver- schiedenem Drehsinn) verschieden steil ansteigen (Anspruch 4,5). Dadurch kann das Sperrverhalten im Zugbetrieb anders als im Schubbetrieb ausge- legt werden. Man kann auch sagen, dass in einem Drehsinn auf eine abfal- lende 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 er- sten mit der Innenwand des Gehäuses und die zweiten mit dem Ring dreh- fest und axial verschiebbar verbunden sind (Anspruch 6). Auf diese Weise sind höhere Spenmomente erzielbar, beziehungsweise wird mit geringeren Sperrkräften das Auslangen gefunden. Eine andere Möglichkeit, die Sperr-

Wirkung 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 : Detail III in Fig. 2 in einer zweiten Ausführungsform, Fig. 6 : Detail III 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 Abtriebs 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, aus- gehend vom Antriebszahnrad 5, ein angetriebenes Gehäuse 22, das die bei- den Planetengetriebe 18,19 enthält. Das Gehäuse 22 besteht aus zwei Ge- häuseteilen 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 Erforder- nissen 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 Keilverzahnung 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 au- ßerdem mit zweiten Planetenrädem 38, die auf Achsen 39 ebenfalls am Planetenträger 40 gelagert sind. Die zweiten Planetenräder 38 kämmen mit einem Sonnenrad 43, welches über eine Keilverzahnung 44 mit der rechten Ausgangswelle 45 verbunden ist. Diese führt über die rechte Achsan- triebswelle 8 (Fig. 1) zum rechten Vorderrad. Diesbezüglich wird verwie- sen auf die DE 44 18 891.

Der Kraftfluß verläuft folgendermaßen : das auf das Gehäuse 24 wirkende Drehmoment wird zuerst im ersten Planetengetriebe 18 zwischen dem Son- nenrad 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 Dif- ferentiales 19 und dem Gehäuse 24 eine Reibungskupplung 50 vorgesehen (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. Der Planetenträger 40 ist über eine Keil Verzahnung 41 mit einer Hohlwelle 42 verbunden, welche in den Abtrieb 7 für die Hinterachse (Fig. 1) führt.

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 abge- wandten Seite mindestens zwei am Umfang gleichmäßig verteilte Vertie- fungen 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 Ver- tiefungen 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 höcker- förmige 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.