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Title:
DIFFERENTIAL GEAR FOR A DRIVE AXLE OF A MOTOR VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/022053
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a differential gear for a drive axle of a motor vehicle, having a driven differential case (12), which has effect on a carrier (24), particularly on a driving pin, via a coupling block (26) that is guided in a rotationally fixed but axially movable manner, on which carrier (24) planetary wheels (22) are mounted which interlock with outputting output wheels (20), wherein the output wheels (20) output on output shafts (16, 18) on both sides, and having a torque-dependent locking device for shifting the driving torque by means of at least one coupling device (28) integrated in the differential case (12), which coupling device (28) can additionally be actuated via at least one actuator (34; 44), independently of the driving torque. According to the invention, the at least one actuator (34; 44) is arranged in the region of at least one of the output shafts (16, 18) and has effect on the coupling device (28) by means of at least one transfer means (38, 40).

Inventors:
MEIXNER CHRISTIAN (DE)
VOGTHERR KARIN (DE)
Application Number:
EP2014/002083
Publication Date:
February 19, 2015
Filing Date:
July 30, 2014
Export Citation:
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Assignee:
AUDI AG (DE)
International Classes:
F16H48/30; F16H48/32; F16H48/34
Foreign References:
EP0090944A21983-10-12
DE3808066A11988-09-29
US6561939B12003-05-13
GB2138083A1984-10-17
DE10310713A12003-09-18
DE102012014004A12013-04-18
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Claims:
Ansprüche

Differenzialgetriebe für eine Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs, mit einem angetriebenen Ausgleichsgehäuse (12), das über einen drehfest, aber axial verschiebbar geführten Kupplungsblock (26) auf einen Mitnehmer (24), insbesondere auf einen Mitnehmerbolzen, wirkt, auf dem Planetenräder (22) gelagert sind, die mit abtreibenden Abtriebsrädern (20) kämmen, wobei die Abtriebsräder (20) auf beiderseitige Abtriebswellen (16, 18) abtreiben, und mit einer drehmomentabhängigen Sperreinrichtung zum Verlagern des Antriebsmoments mittels zumindest einer in das Ausgleichsgehäuse (12) integrierten Kupplungseinrichtung (28), die zusätzlich über wenigstens einen Aktuator (34; 44) unabhängig vom Antriebsmoment beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Aktuator (34; 44) im Bereich wenigstens einer der Abtriebswellen (16, 18) angeordnet ist und mittels zumindest eines Übertragungsmittels (38, 40) auf die Kupplungseinrichtung (28) wirkt.

Differenzialgetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzialgetriebe als Kegelraddifferenzial (10) mit kegelförmigen Planetenrädern (22) sowie mit Achskegelrädern als Abtriebsräder (20) ausgebildet ist.

Differenzialgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (34; 44) an einem Flansch (16a) einer als Flanschwelle ausgebildeten Abtriebswelle (16) angeordnet ist.

4. Differenzialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (28) über den Aktuator (34; 44), den Mitnehmer (24) und den Kupplungsblock (26) unabhängig vom Antriebsmoment beaufschlagbar ist.

5. Differenzialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ausgleichsgehäuse (12) des Differenzials (10") zwei, bevorzugt durch Lamellenkupplungen gebildete, Kupplungseinrichtungen (28) vorgesehen sind, die beidseitig des Planetenräder (22) tragenden und in dem axial verschieblichen Kupplungsblock (26) angeordneten Mitnehmers (24) positioniert sind, wobei der Aktuator (34; 44) nur auf eine der Kupplungseinrichtungen (28) wirkt.

6. Differenzialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Abtriebswelle (16) eine Stange (38), vorzugsweise eine Zugstange, und radial außerhalb dazu ein Stützrohr (40) als Übertragungsmittel vorgesehen sind, die mittels des Aktuators (34; 44) gegensinnig beaufschlagt mittelbar oder unmittelbar auf eine Stützscheibe (52) der Kupplungseinrichtung (28) einerseits und auf den Mitnehmer (24) oder auf die zweite Abtriebswelle (18) andererseits wirken.

7. Differenzialgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (38) und das Stützrohr (40), insbesondere hydraulisch, über eine Linearverstelleinrichtung, insbesondere eine Kolben-Zylinder- Einheit (44a, 44b, 44c), gegensinnig beaufschlagbar sind.

8. Differenzialgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (38) und das Stützrohr (40) über ein, vorzugsweise elektromagnetisch verstellbares, Kugel-Rampensystem (34c) mit Stellscheiben (34a, 34b) betätigt sind.

9. Differenzialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstange (38) und das Stützröhr (40) innerhalb oder außerhalb der Abtriebswelle (16) über Lager (42), insbesondere über Axiallager, drehentkoppelt angeordnet sind.

10. Differenzialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (34; 44) an eine elektronische Fahrprogrammsteuerung des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist und überlagert zum Antriebsdrehmoment die Sperreinrichtung (28) bei definierten Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs aktiviert.

1 1. Differenzialgetriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (34; 44) beim Anfahren des Kraftfahrzeugs und/oder beim Durchfahren von Kurven angesteuert ist.

12. Differenzialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (28) durch eine Lamellenkupplung gebildet ist.

13. Verfahren zum Betätigen eines Differenzialgetriebes nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Description:
Beschreibung Differenzialgetriebe für eine Antriebsachse

eines Kraftfahrzeugs

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Differenzialgetriebe für eine Antriebs- achse eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein gattungsgemäßes Differenzialgetriebe ist beispielsweise aus der WO/ 2013/056691A1 bekannt, bei dem in dessen Ausgleichsgehäuse zwei Lamellenkupplungen integriert sind, die abhängig vom Antriebsmoment „momentenfühlend" eine Selbstsperrwirkung erzeugen. Zusätzlich ist ein an das Differenzialgehäuse angebauter, elektromechanischer Aktuator vorgesehen, mittels dem Software gesteuert eine Sperrwirkung überlagerbar ist. Daraus ergeben sich unabhängig vom anliegenden Antriebsmoment weitere, insbesondere fahrdynamisch vorteilhafte Steuereingriffsmöglichkeiten.

Ausgehend von dem gattungsgemäßen Differenzialgetriebe ist es Aufgabe der Erfindung, dieses konstruktiv robust und an gegebene Einbauverhältnisse verbessert anpassbar auszubilden. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Besonders vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der wenigstens eine Aktuator im Bereich einer der Abtriebswellen angeordnet ist, bevorzugt an einem Flansch einer als abtreibende Flanschwelle ausgebildeten Abtriebswelle des Differenzialgetriebes, angeordnet ist und mit zumindest einem Übertragungs- mittel auf die Kupplungseinrichtung wirkt.

Dabei können besonders bevorzugt in dem Ausgleichsgehäuse des vorzugsweise als Kegelraddifferenzial ausgebildeten Differenzials zwei, insbesondere durch Lamellenkupplungen gebildete, Kupplungseinrichtungen vorgesehen sein, die beidseitig des Planetenräder tragenden, in dem axial verschieblichen Kupplungsblock angeordneten Mitnehmers positioniert sind, wobei der Aktuator in funktionell einfacher Weise nur auf eine der Kupplungseinrichtungen wirkt. Des Weiteren können innerhalb der Abtriebswelle eine Stange, vorzugsweise eine Zugstange, und radial außerhalb dazu ein Stützrohr als Übertragungsmittel vorgesehen sein, die mittels des Aktuators gegensinnig beaufschlagt mittelbar oder unmittelbar auf eine Stützscheibe der Kupplungseinrichtung einerseits und auf den zum Beispiel durch einen Mitnehmerbolzen gebildeten Mitnehmer andererseits wirken. Diese Anordnung ermöglicht es, die Zug- und Druckkräfte als innere Kraft mit vermindertem Lagerungs- und Teileaufwand abzustützen bzw. präzise Stellkräfte zu übertragen. Die bevorzugt als Zugstange ausgebildete Stange und das Stützrohr können über ein, zum Beispiel elektromagnetisch verstellbares, Kugel-Rampensystem mit Stellscheiben betätigt sein, woraus relativ geringe Stellkräfte resultieren, die zum Beispiel mittels eines kleinen, gewichtsgünstigen Elektromagneten aufgebracht werden können. Alternativ können die bevorzugt als Zugstange ausgebildete Stange und das Stützrohr zum Beispiel hydraulisch oder gegebenenfalls pneumatisch, über eine Linearverstelleinrichtung, zum Beispiel eine Kolben-Zylinder-Einheit, gegensinnig beaufschlagbar sein. Dabei kann bevorzugt eine im Kraftfahrzeug bereits vorhandene Druckmittelquelle unter Zwischenschaltung eines entsprechenden Steuerventils genutzt werden oder es kann eine autarke, elektrisch angetriebene Hydraulikpumpe verwendet sein.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass zur Erzielung einer leichtgängigen, präzisen Betätigung die bevorzugt als Zugstange ausgebildete Stange und das Stützrohr innerhalb bzw. außerhalb der Flanschwelle über Lager, zum Beispiel Axiallager, abgestützt sind und über diese auf die bevorzugt als Lamellenkupplung ausgebildete Kupplungseinrichtung wirken. Schließlich kann besonders bevorzugt der Aktuator an eine elektronische Fahrprogrammsteuerung des Kraftfahrzeugs angeschlossen sein und überlagert zum Antriebsdrehmoment die Sperreinrichtung bei definierten Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs in einem definierten Maße aktivieren. Steuerungsparameter können dabei insbesondere das Anfahren des Kraftfahrzeugs und/oder das Durchfahren von Kuryen sein, wobei in der Fahrprogrammsteuerung bereits vorhandene Parameter wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkwinkel, Querbeschleunigung, Lastanforderung, etc. entsprechend b.erücksichtigbar sind. Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in skizzenhafter, hälftiger Darstellung ein Differenzialgetriebe für eine

Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs, mit einer Lamellenkupplung als „momentenfühlende" Sperreinrichtung und einem auf die Lamellen- kupplung geschalteten, elektromagnetischen Aktuator, der an einer der Flanschwellen des Differenzialgetriebes angeordnet ist und über eine Zugstange und ein Stützrohr auf die Lamellenkupplung wirkt; Fig. 2 ein zur Fig. 1 alternatives Differenzialgetriebe mit einem hydraulisch angesteuerten Aktuator; und

Fig. 3 ein schematisch und in einem Längsschnitt durch die Flanschwellen dargestelltes Kegelrad-Differenzialgetriebe mit beidseitig der Kegelräder und einem Mitnehmerbolzen angeordneten Lamellenkupplungen und einem hydraulisch betätigten Aktuator.

Die Fig. 1 zeigt skizzenhaft ein Kegelrad-Differenzial 10 für eine Antriebsachse (Vorder- oder Hinterachse) eines Kraftfahrzeugs, das drehbar in einem nicht dargestellten Differenzialgehäuse gelagert ist und das ein, an einem Ausgleichsgehäuse 12 befestigtes Tellerrad 14 als Antriebselement sowie zwei Flanschwellen 16, 18 als Abtriebselemente aufweist.

Die Flanschwellen 16, 18 sind über Flansche 16a, 18a mit abtreibenden Gelenkwellen bzw. den Rädern der Antriebsachse trieblich verbunden. Ferner tragen die in das Ausgleichsgehäuse 12 einragenden Flanschwellen 16, 18 die Achskegelräder 20 des Differenzials 10, die wiederum mit den als Kegelräder ausgeführten Planetenrädern 22 kämmen. Die Planetenräder 22 sind auf einem Mitnehmerbolzen 24 drehbar gelagert, der diametral gegenüberliegend in einem trommeiförmigen Kupplungsblock 26 befestigt ist. Der Kupplungsblock 26 ist über achsparallele Verzahnungen (bei 30) axial verschiebbar im Ausgleichsgehäuse 12 geführt und wirkt mit einer Anpressscheibe 26a auf eine innerhalb des Ausgleichsgehäuses 12 positionierte Kupplung 28, hier und nachfolgend beispielhaft eine Lamellenkupplung 28. Gegebenenfalls könnten auch beiderseits des Ausgleichsgehäuses 12 Lamellenkupplungen 28 vorgesehen sein.

Die Lamellen (ohne Bezugszeichen) der als Sperreinrichtung wirkenden Lamellenkupplung 28 sind über ebenfalls achsparallele Verzahnungen in Drehrichtung formschlüssig und alternierend mit dem Ausgleichsgehäuse 12 oder einem Nabenabschnitt 20a des korrespondierenden Achskegelrades 20 trieblich verbunden und an der Stirnwand 12a des Ausgleichsgehäuses abgestützt.

Durch das Schließen der Lamellenkupplung 28 ist das antreibende Ausgleichsgehäuse 12 mit dem Achskegelrad 20 der Flanschwelle 18 gekoppelt und demzufolge die Differenzialwirkung aufgehoben bzw. die Sperreinrichtung aktiv.

Dies kann abhängig vom Antriebsmoment „momentenfühlend" über den verschieblichen Kupplungsblock 26 und die Anpressscheibe 26a und/oder gesteuert über einen Aktuator 34 erfolgen. Dabei ist der elektromagnetische Aktuator 34 mit einem mit einer Stellscheibe 34b zusammenwirkenden Elektromagneten 36, einem Kugel-Rampensystem 34c und einer weiteren Stellscheibe 34a baulich an dem Flansch 16a der Flanschwelle 16 positioniert. Konkret besteht der Elektromagnet 36 hier aus einem mitdrehenden Anker 36a und einer gehäusefesten Spule 36b. Zwischen diesen beiden Hälften des Elektromagneten 36 befindet sich eine Primärkupplung bzw. Lamellenkupplung 37, deren Außenlamellen 37a mit der in der Bildebene linken Flanschwelle 16 und damit auch mit dem in der Bildebene linken Achskegelrad 20 verbunden sind. Es versteht sich, dass diese Anordnung auch genauso gut an jeder anderen geeigneten Stelle so ausgebildet sein kann.

Die Innenlamellen 37b sind zum Beispiel mittels einer Steckverzahnung der Stellscheibe 34 mit der innerhalb der Flanschwelle 16 angeordneten Zugstange 38 und über diese mit dem Differenzial- bzw. Mitnehmerbolzen 24 und damit dem Differenzialgehäuse drehfest verbunden.

Bei einer idealen Geradeausfahrt dreht das Differenzial im Block um. Die Drehzahlen der Achskegelräder sind dann identisch mit der Drehzahl des Differenzialkäfigs. Dies bedeutet, dass es in der Primärkupplung 37 keine Differenzdrehzahl gibt und somit die Zugstange 38 mit der gleichen Drehzahl dreht wie die Flanschwelle 16. Würde jetzt der Elektromagnet 36 bestromt und damit die Primärkupplung 37 elektromagnetisch aktuiert werden, würde die Kugelrampe 34 keine Spreizwirkung haben, da keine Differenzdrehzahl zwischen der Stellscheibe 34b, die mit der Drehzahl der Zugstange 38 dreht, und der Stellscheibe 34a, die mit der Drehzahl der Flanschwelle 16 dreht, anliegt. Damit das Kugelrampenprinzip funktionieren kann, muss somit zwischen den Stellscheiben 34a, 34b eine Differenzdrehzahl vorhanden sein, weil ansonsten die Kugel nicht losläuft und es zu keiner Spreizwirkung kommen kann.

Bei einer Kurvenfahrt bzw. einem sogenannten nicht-idealen Fahrzustand, bei dem zwischen einem Differenzialausgang, zum Beispiel linke/rechte Flanschwelle oder vordere/hintere Achse schon ein geringer Qrehzahlunterschied anliegt, verteilt das Differenzial von sich aus schon Moment, sodass an den Achskegelrädern eine andere Drehzahl anliegt als am Differenzialkäfig. In der Primärkupplung 37 dreht das Innenlamellenpaket 37b mit einer anderen Drehzahl als das Außenlamellenpaket 37a. Wird der Elektromagnet 36 bestromt, wird über das Lamellenpaket der Primärkupplung 37 die Stellscheibe 34b, die die Drehzahl der Zugstange 38, des Mitnehmerbolzens 24 und des Differenzialkäfigs aufweist, gebremst, bzw. auf die Drehzahl der linken Flanschwelle und damit die Drehzahl des linken Achskegelrades beschleunigt. Dadurch rollen die Kugeln der Kugelrampe 34 innerhalb der Rampe ab und bewirken eine Spreizwirkung zwischen der rechten Stellscheibe 34b und der linken Stellscheibe 34a. Diese Spreizkraft wirkt von der hier linken Stellscheibe 34a über die Zugstange 38, den Mitnehmerbolzen 24 sowie die Anpressscheibe 26a auf die Kupplung 28 im Differenzial. Aufgrund der momentenfühlenden Wirkung des Differenzials ist dieses Lamellenpaket der Kupplung 28 bereits eingangsmomentenabhängig angepresst und wird noch zusätzlich durch die Aktuierungskraft aus der Kugelrampe stärker angepresst. Damit kann der nicht-Ideale Fahrzustand noch dynamischer durchfahren werden.

Ferner sind in der Fig. 1 noch diverse Lager eingezeichnet, zum Beispiel die Lager 39a zur Lagerung des Differenzialgehäuses im Differenzialflansch- deckel. Weiter die Lagerung 39b zur Lagerung der linken Flanschwelle im Gehäuse. Bei den Lagern 39c handelt es sich jeweils um Axiallager, während es sich beim Lager 39d um ein Radiallager handelt.

Ferner ist die in der Bildebene der Fig. 1 linke Stellscheibe 34a noch mit einer Rückstellfeder 41 beaufschlagt. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der Fig. 1 insbesondere dadurch, dass bei dem Differenzialgetriebe 10 ' der Aktuator 44 (vgl. auch Fig. 3) hydraulisch angesteuert und betätigt ist, wobei zwei relativ zueinander verschiebliche und einen gemeinsamen Zylinderraum 44c begrenzende Ringkolben 44a, 44b einer entsprechenden Kolben-Zylinder- Einheit vorgesehen sind, die auf die Zugstange 38 und auf das Stützrohr 40 wie Vorbeschrieben wirken.

In der Fig. 3 ist mehr detailliert ein Differenzialgetriebe 10 " dargestellt, das im Wesentlichen der Fig. 2 entspricht und nur soweit beschrieben ist, als dies für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist. Funktionell gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In der Fig. 3 ist teilweise das Achsgehäuse 46 gezeigt, in dem das Ausgleichsgehäuse 12 des Kegelrad-Differenzials 10 " über beidseitige Kegelrollenlager 48 axial unverschiebbar gelagert- ist. Die die Achskegelräder 20 über eine Schiebeverzahnung tragenden Flanschwellen 16, 18 sind ferner ausgangsseitig über Kugellager 50 im Achsgehäuse 46 drehbar abgestützt. Beiderseits des Kupplungsblocks 26 sind zwei Lamellenkupplungen 28 angeordnet, deren Lamellen wie vorbeschrieben jeweils mit dem Kupplungsblock 26 einerseits und mit den Nabenabschnitten 20a der Achskegelräder 20 andererseits über entsprechende Verzahnungen trieblich verbunden sind.

Die linksseitige Lamellenkupplung 28 kann ferner mittels des hydraulisch betätigbaren Aktuators 44 wie folgt beaufschlagt werden:

Der an eine nicht dargestellte Druckmittelquelle anschließbare Aktuator 44 setzt sich analog zur Fig. 2 aus zwei zueinander verschieblich auf der Flanschwelle 16 und im Achsgehäuse 46 geführte und unmittelbar zum Flansch 16a benachbarte Ringkolben 44a und 44b zusammen, die im Achsgehäuse 46 axial verschiebbar geführt sind und einen gemeinsamen Zylinderraum 44c begrenzen. Der Zylinderraum 44c kann über in das Achsgehäuse 46 integrierte Kanäle (nicht dargestellt) mit Hydraulikfluid beaufschlagt werden.

Der Ringkolben 44a ist auf der Flanschwelle 16 gelagert und wirkt über ein erstes Axiallager 42 auf den Flansch 16a und über diesen über ein zweites Axiallager 42 auf eine Tasse 38a innerhalb des Flansches 16a, die wiederum formschlüssig mit der in der Flanschwelle 16 in einer zentralen Bohrung 16b axial verschiebbar geführten Zügstange 38 zusammenwirkt. Die Zugstange 38 wirkt andererseits unter Zwischenschaltung eines Druckstücks 54 auf den Mitnehmerbolzen 24 des Kegelradraddifferenzials bzw. des Kupplungsblocks 26.

Des Weiteren wirkt der Ringkolben 44b über ein erstes Axiallager 42 indirekt auf das Stützrohr 40, das über ein weiteres Axiallager 42 an einem auf die linke Lamellenkupplung 28 als Stützscheibe wirkenden, nabenförmigen Kupplungskörper 52 drehentkoppelt anliegt.

Dementsprechend kann sich das radial äußere Stützrohr 40 mit der Flanschwelle 16 verdrehen und stützt die bei der Betätigung der linken Lamellenkupplung 28 auftretenden Druckkräfte über den Kupplungskörper 52 ab, während die zur Flanschwelle 16 drehentkoppelte Zugstange 38 über den axial relativ zum Ausgleichsgehäuse 2 verschieblichen Kupplungsblock 26 die linke Lamellenkupplung 28 beaufschlagt.

Die beiden Lamellenkupplungen 28 können somit über den Kupplungsblock 26 bei unterschiedlichen An- und Abtriebsmomenten „momentenfühlend" beaufschlagt werden und es kann zusätzlich oder alternativ die linke Lamellenkupplung 28 über den Aktuator 44 mit dem Stützrohr 40 und die Zugstange 38 als Übertragungsmittel mehr oder minder zum Sperren der Differenzialwirkung aktiviert werden.

Die elektrische oder hydraulische Ansteuerung des Aktuators 34 oder 44 kann bevorzugt über ein elektronisches Fahrstabilitätsprogramm (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs erfolgen, das nach Maßgabe fahrspezifischer Daten wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Lastsignal, Lenkwinkel, Querbeschleunigung, etc. die zusätzliche Betätigung der Lamellenkupplung 28 steuert. Dies ergibt unter anderem beim Anfahren des Kraftfahrzeugs, beim Durchfahren von Kurven und bei plötzlichen Lastwechseln fahrdynamische Vorteile, insbesondere bei sportlich ausgelegten, hochmotorisierten Kraftfahrzeugen.