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WO2021083788A1 - Kegelrad-differentialgetriebe - Google Patents

Kegelrad-differentialgetriebe Download PDF

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Publication number
WO2021083788A1
WO2021083788A1 PCT/EP2020/079775 EP2020079775W WO2021083788A1 WO 2021083788 A1 WO2021083788 A1 WO 2021083788A1 EP 2020079775 W EP2020079775 W EP 2020079775W WO 2021083788 A1 WO2021083788 A1 WO 2021083788A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
differential
bevel gear
bevel
gear
shift sleeve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2020/079775
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Bloder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Graz
Original Assignee
Technische Universitaet Graz
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Graz filed Critical Technische Universitaet Graz
Publication of WO2021083788A1 publication Critical patent/WO2021083788A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H48/00—Differential gearings
    • F16H48/20—Arrangements for suppressing or influencing the differential action, e.g. locking devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/34—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles
    • B60K17/344—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having a transfer gear
    • B60K17/346—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having a transfer gear the transfer gear being a differential gear
    • B60K17/3462—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having a transfer gear the transfer gear being a differential gear with means for changing distribution of torque between front and rear wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K23/00—Arrangement or mounting of control devices for vehicle transmissions, or parts thereof, not otherwise provided for
    • B60K23/08—Arrangement or mounting of control devices for vehicle transmissions, or parts thereof, not otherwise provided for for changing number of driven wheels, for switching from driving one axle to driving two or more axles
    • B60K23/0808—Arrangement or mounting of control devices for vehicle transmissions, or parts thereof, not otherwise provided for for changing number of driven wheels, for switching from driving one axle to driving two or more axles for varying torque distribution between driven axles, e.g. by transfer clutch
    • B60K2023/0816—Arrangement or mounting of control devices for vehicle transmissions, or parts thereof, not otherwise provided for for changing number of driven wheels, for switching from driving one axle to driving two or more axles for varying torque distribution between driven axles, e.g. by transfer clutch for varying front-rear torque distribution with a central differential
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H48/00—Differential gearings
    • F16H48/06—Differential gearings with gears having orbital motion
    • F16H48/08—Differential gearings with gears having orbital motion comprising bevel gears

Definitions

  • the present invention relates to a bevel gear differential gear comprising a differential cage, inside of which two bevel gears are arranged opposite one another, the bevel gears each being rotatably mounted about an output axis, the bevel gear differential gear further comprising at least one differential bevel gear which is rotatably mounted in the differential cage about a differential bevel gear axis is.
  • bevel gear differentials have been established for this purpose.
  • the latter have bevel gears inside a differential cage, which are non-rotatably connected to side shafts that are to be driven and are located at least in sections outside the differential cage.
  • the differential carrier is driven by an external wheel.
  • the bevel gears are connected in the differential cage via at least one bevel gear which is rotatable about a bevel gear axis and which only then revolves around its
  • Pinion pinion axle rotates when the wheels turn and so the side shafts rotate at different speeds, especially when cornering.
  • the essence of the present invention consists in using the at least one differential bevel gear and / or at least one of the bevel gears instead of costly additional shifting elements in order to selectively cancel or establish the frictional connection to the side shafts (from the drive force transmitted to the differential carrier).
  • a bevel gear differential gear it comprises a differential cage, inside of which two bevel gears are arranged opposite one another, the bevel gears each being rotatably mounted about an output axis, the bevel gear differential gear further comprising at least one differential bevel gear which is rotatably mounted in the differential cage about a differential bevel gear axis
  • the at least one bevel gear is displaceable along its bevel gear axis and / or at least one of the bevel gears along its output axis between an engagement position and a release position, wherein in the engagement position, but not in the release position, the at least one bevel gear is in engagement with the two bevel gears and connects them to each other.
  • the at least one differential bevel gear can compensate for unequal speeds of the bevel gears.
  • the rotational connection of the bevel gears via the at least one differential bevel gear ultimately creates the frictional connection between the side shafts connected to the bevel gears in a rotationally fixed manner and the differential carrier, so that the side shafts are driven when the differential carrier is driven.
  • the differential cage can be driven in a manner known per se via an outer wheel which is non-rotatably connected to the differential cage or is part of it.
  • the bevel gear differential gear according to the invention can thus be used in a vehicle for optionally switching the drive of an axle on and off.
  • the drive of the axle is switched on. If, on the other hand, the at least one differential bevel gear and / or at least one of the bevel gears are in the respective release position, the drive of the axle is switched off.
  • the displaceable arrangement of the at least one differential bevel gear along its differential bevel gear axis means that it can be moved parallel to the
  • Differential bevel gear axis and thus radial mobility in relation to the differential carrier can be achieved, for example, by mounting the differential bevel gear on a bearing pin so that it can be rotated as well as be displaceable along the longitudinal axis of the bearing pin.
  • the displaceable arrangement of at least one of the bevel gears means a mobility parallel to the output axis of the respective displaceable bevel gear and thus a radial mobility in relation to the differential carrier.
  • Such mobility can be achieved, for example, in that the respective bevel gear is mounted on a section of the associated side shaft by means of sliding teeth, so that the bevel gear can be displaced along the longitudinal axis of this section.
  • the bevel gear differential gear according to the invention thus results in a weight and cost reduction due to the omission of additional shift elements in comparison with known systems.
  • no additional force-transmitting shifting elements, such as dog clutches or the like, are necessary in the vicinity of the differential.
  • There is also a reduction in the remaining Drag torque is achieved in comparison to systems that only release or switch one side shaft.
  • bevel gear differential In a preferred embodiment of the bevel gear differential according to the invention it is provided that at least two differential bevel gears are provided. This enables the transmission of particularly high torques to the bevel gears or the side shafts.
  • differential bevel gears can be provided here.
  • the arrangement can be such that two differential bevel gears are located symmetrically opposite one another in the differential carrier.
  • bevel gear differential gear In a preferred embodiment of the bevel gear differential gear according to the invention, it is provided that exactly two differential bevel gears are provided, which are arranged opposite one another. Such a, preferably symmetrical, arrangement is favorable in terms of production technology and has become well established in vehicle construction.
  • the two differential bevel gears are rotatably and displaceably mounted on the same bearing pin in this case.
  • a preferred embodiment of the bevel gear differential gear provides that at least one actuating element is provided for the at least one differential bevel gear and / or at least one of the bevel gears, whereby the at least one actuating element is movably mounted and wherein the at least one actuating element has an inner section which is operatively connected to the differential bevel gear and / or the bevel gear, and an outer section which protrudes outward through the differential carrier in such a way that the outer portion can be contacted from outside the differential carrier is in order to be able to move the actuating element from the outside at least from a first position into a second position or vice versa.
  • the at least one actuating element can be constructed in several parts.
  • the actuating element is preferably designed in one piece.
  • the operative connection between the actuating element or the inner section of the actuating element and the differential bevel gear and / or the bevel gear can be implemented in a manner known per se, for example by form fit, force fit or a combination of form fit and force fit.
  • the operative connection can be established by means of a spring element.
  • Another example would be a magnetic coupling between the inner section and the differential bevel gear and / or the bevel gear.
  • the outer section does not have to protrude outwards from the differential carrier, but can also be flush with the Lock the differential carrier to the outside.
  • the outer section can in any case be contacted from the outside in order to be able to move the actuating element from the outside at least from the first position into the second position. "At least" is to be understood to mean that, on the one hand, other movements, in particular from the second position to the first position, can also be possible the second position can be achieved by the action from the outside on the outer section.
  • the movement of the actuating element between the first and second positions does not have to be a linear movement, but can also be a rotary movement or a combination of linear and rotary movement.
  • the first position of the at least one actuating element can, for example, with the release position of the one
  • the first position of the at least one actuating element can be associated, for example, with the release position of at least one of the bevel gears.
  • the second position of the at least one actuating element is typically associated with the engagement position.
  • the actuating element moves the at least one differential bevel gear and / or at least one of the bevel gears from the release position to the engagement position during the transition from the first to the second position or during the transition from the second to the first position.
  • the return movement of the at least one differential bevel gear and / or of the at least one of the Bevel gears can optionally be provided with a further mechanism, for example a spring mechanism known per se.
  • the actuating element can also be provided for the return movement.
  • the operative connection between the inner section of the actuating element and the differential bevel gear and / or the bevel gear can be both positive and magnetic, the positive connection being used for movement in one direction and the magnetic connection for movement in the other direction.
  • One or more actuating elements can be provided per displaceable differential bevel gear or per displaceable bevel gear.
  • a separate actuating element can be provided for each displaceable differential bevel gear or for each displaceable bevel gear, or several differential bevel gears and / or both bevel gears can be operated / switched via a common actuation element.
  • the differential bevel gear and / or the at least one of the bevel gears is designed such that the differential bevel gear and / or the bevel gear is in the release position when the actuating element is in the first position and in the engagement position when the actuating element is in the second position , or the other way around.
  • the at least one actuating element is preferably parallel to the differential bevel gear axis of the at least one differential bevel gear and / or transversely to the output axis of the at least one of the bevel gears, displaceable. This allows a structurally simple and inexpensive implementation.
  • the at least one actuating element can in particular be displaceable normal to the output shaft.
  • the displaceability of the at least one actuating element allows in particular a linear movement of the actuating element between its first and second position and vice versa.
  • a form fit for example, can be used as an operative connection between the inner section and the differential bevel gear or bevel gear.
  • the at least one actuating element rests with its inner section on at least one differential bevel gear and / or the at least one of the bevel gears at least in sections in order to move from the first position to the second Position and / or from the second position to the first position to press against the differential bevel gear and / or the bevel gear and to move it.
  • the respective inner section contacts the respective differential bevel gear and / or bevel gear and can thus press against the latter.
  • a further mechanism for example a spring mechanism
  • a further mechanism for example a spring mechanism
  • a further mechanism for example a spring mechanism
  • a movable, in particular displaceable, shift sleeve is provided, which is arranged outside the differential cage and can be brought into engagement with the outer section of the at least one actuating element in order to move the actuating element at least from the first position to move to the second position.
  • the shift sleeve can alternatively or additionally be rotated so that its movement is a rotary movement or a combined linear and rotary movement.
  • the shift sleeve By moving the shift sleeve, the shift sleeve can be brought into engagement with the outer section of the at least one actuating element and move the at least one actuating element. By moving the shift sleeve in the opposite direction, the engagement of the shift sleeve with the outer section of the at least one actuating element can be released again.
  • the at least one actuating element can then either be moved back by the shift sleeve during its return movement. Or the return movement of the respective actuating element can take place by an additional mechanism which is mediated, for example, by the at least one differential bevel gear or the at least one of the bevel gears.
  • the additional mechanism can, for example, be a spring mechanism known per se, which can be provided for the return movement of the at least one differential bevel gear and / or the at least one of the bevel gears, with an operative connection between the at least one differential bevel gear and / or the at least one of the bevel gears also at least one Actuating element is movable by the additional mechanism.
  • an operative connection is generally established between the shift sleeve and the respective outer section.
  • a form fit between the involved elements or a force fit or a combination thereof can be implemented here.
  • other operative connections known per se e.g. a magnetic operative connection, are alternatively or additionally conceivable.
  • the shift sleeve is displaceably mounted on the differential carrier, preferably parallel to one of the output axes. This allows a very compact design that is inexpensive in terms of production technology and costs.
  • the outer section of the at least one actuating element has a contact surface which preferably runs obliquely to one of the output axes.
  • the contact surface can promote the production of the engagement of the shift sleeve with the outer section.
  • the contact surface is particularly advantageous when the direction of movement of the shift sleeve has no or only a small component parallel to the direction of movement of the outer section or of the at least one actuating element.
  • the production of the engagement of the shift sleeve with the respective outer section is favorable if the contact surface runs obliquely to the direction of movement of the shift sleeve in order to convert the direction of movement of the shift sleeve into the direction of movement of the actuating element.
  • a Such a situation is given in particular when the direction of movement of the shift sleeve is parallel to one of the output axes and the direction of movement of the at least one actuating element is parallel to the differential bevel gear axis.
  • the shift sleeve can have a counterpart section which is designed as a counterpart to the contact surface with a corresponding bevel and is provided for contacting the contact surface.
  • the run-on surface is preferably designed to be flat, but a curved run-on surface is also conceivable.
  • the shift sleeve has a contact surface in order to facilitate the production of the engagement of the shift sleeve with the outer section of the at least one actuating element.
  • the contact surface preferably runs obliquely to the direction of movement of the shift sleeve, in particular to the output shafts. It also applies to the contact surface of the shift sleeve that the contact surface is preferably designed to be flat, but a curved contact surface is also conceivable.
  • the contact surface of the shift sleeve as a counterpart to the contact surface of the Outer portion of the at least one actuating element is formed.
  • a switching ring is provided as the actuating element, that the switching ring has at least one ramp with eccentric geometry, the at least one ramp forming the inner section of the actuating element, so that the switching ring has at least one switching ring bracket , wherein the at least one switching ring bracket forms the outer section of the actuating element, and that the switching ring can be moved from the first position to the second position and vice versa by rotating through a switching angle relative to the differential carrier.
  • the switching ring rotates accordingly in principle with the differential carrier.
  • the switching ring can be provided for switching the at least one differential bevel gear, with one plane of the switching ring being normal to the output axis (s).
  • At least one intermediate piece is typically provided on which the ramp slides.
  • the at least one intermediate piece presses according to the Ramp contour against the at least one differential bevel gear or the at least one of the bevel gears in order to move it axially.
  • two ramps can be provided which press against the two bevel gears or two differential bevel gears via two intermediate pieces.
  • the at least one ramp is typically designed eccentrically, it also being possible for a plurality of sections with different radii to be provided. For example, it would be conceivable to provide two eccentric sections which are curved in the same direction, the two sections having different radii of curvature and being connected via a connecting section with opposite curvature. In principle, however, almost any combination of straight lines, circular arcs, elliptical arcs and / or the like is possible for the respective geometry of the at least one ramp.
  • the provision of the shift ring allows a dramatic shortening of the path that the shift sleeve has to be moved in one direction of actuation towards the shift ring, while at the same time the force required for this movement of the shift sleeve can be limited to an acceptable level, since the ramp geometry and the switching angle a correspondingly further path can be associated with the operative connection.
  • the switching angle is typically in the range from 45 ° to 180 °, preferably in the range from 60 ° to 120 °, for example 90 °.
  • the shift sleeve can be moved in the actuating direction by means of an electromagnet.
  • the shift sleeve has at least one friction cone
  • the at least one shift ring plate has a friction surface that the shift sleeve can be moved in an actuating direction towards the switching ring and that by moving the switching sleeve in the actuating direction, the at least one friction cone can be brought into engagement with the friction surface of the at least one switching ring bracket when the switching ring is in the first position around which the differential cage is located brake the rotating switching ring and move it relative to the differential cage by the switching angle into the second position.
  • the ramp geometry can be designed so that the switching ring then no longer presses against the at least one differential bevel gear or against the at least one of the bevel gears via the intermediate pieces in such a way that it is fixed in the engagement position.
  • the at least one differential bevel gear or the at least one of the bevel gears can then be pressed into the release position via at least one suitable spring element, in particular via at least one axially arranged compression spring.
  • At least one spring in particular at least one torsion spring, is provided, which by the movement of the switching ring from the first position into the second position is tensioned in order to be able to move the switching ring back into the first position by releasing the spring.
  • the spring allows rapid switching or moving of the switching ring back from the second position to the first position.
  • the switching ring can push or press the at least one differential bevel gear or the at least one of the bevel gears into the engagement position via the at least one intermediate piece.
  • At least one, in particular spring-loaded, locking element is provided, that the at least one switching ring tab has a locking contour and that the locking element with the locking contour by moving the switching ring from the first position into the second position can be locked to hold the switching ring in the second position.
  • the at least one spring-loaded locking element can be, for example, at least one locking spring.
  • the switching ring is prevented from moving back or rotating back into the first position, in particular due to the spring force of the spring or torsion spring.
  • the shift sleeve can initially be moved back into a starting position or non-engagement position in which the shift sleeve is not in engagement with the shift ring or the at least one shift ring tab, i.e. against the direction of actuation, for example by means of a spring provided for this purpose.
  • the actuator is not necessary (and also no actuator of its own) to move the selector sleeve back.
  • this opens up the possibility of releasing the lock again by actuating the selector sleeve again, i.e. by moving the selector sleeve again in the direction of actuation and thus triggering the movement of the switching ring back into the first position (by the spring or torsion spring).
  • the same actuator can of course be used for the renewed movement of the shift sleeve in the actuation direction as for the previous movement in the actuation direction. Since only one actuator is required, which is also only required for moving the shift sleeve in one direction, the actuator can be designed to work very easily and very quickly, for example as an electromagnet.
  • the locking contour of the at least one switching ring tab has a contact section in order to be able to slide the locking element on the contact section when the switching ring is moved from the first position to the second position, and that behind a latching section of the locking contour is provided for the contact section in order to be able to lock the locking element with the latching section when the switching ring has been moved from the first position to the second position.
  • the contact section ensures problem-free movement of the switching ring from the first to the second position.
  • the locking section in turn ensures reliable locking of the locking element with the locking contour after or immediately after the Switching ring (from the first position) has been moved to the second position.
  • the latching section is arranged behind the run-on section.
  • the shift sleeve can be set up to release the lock by moving it again in the actuation direction after the shift sleeve has been moved into the disengaged position, for example (by means of a spring) after the previous movement in the actuation direction, in order to prevent the movement of the Switching rings back into the first position by means of the at least one spring or torsion spring - with a very short switching time and relatively low actuation force.
  • the at least one differential bevel gear or the at least one of the bevel gears is brought back into the engagement position by means of the at least one spring element or the at least one compression spring.
  • the shift sleeve has at least one unlocking section, the unlocking section - in particular by moving the shift sleeve in an actuation direction towards the shift ring when the shift sleeve is not initially in engagement with the at least a switching ring strap - can be brought into engagement with the at least one locking element in order to release the locking of the locking element with the locking contour.
  • the at least one unlocking section is designed as an unlocking cone
  • the at least one locking element is designed as at least one locking spring, to slide with a free end on the unlocking cone and so to be able to release the locking of the locking spring with the locking contour by moving the shift sleeve in one actuation direction on the shift ring when the shift sleeve is not initially in engagement with the at least one shift ring bracket.
  • the unlocking cone is arranged or designed in such a way that it comes into engagement with the at least one locking spring before the friction cone can come into engagement with the friction surface of the at least one switching ring.
  • the unlocking cone and the at least one locking spring are appropriately matched to one another.
  • the shift sleeve has at least one recess for receiving the free end of the at least one locking spring, the free end in the recess by moving the shift sleeve in the actuation direction when the shift sleeve is not initially in engagement with the at least one switching ring bracket and the switching ring in the first position is, can be arranged.
  • the switching ring can and can be moved from the first position to the second position by repeatedly moving the shifting sleeve in the actuation direction (in particular by means of the actuator), followed in each case by moving the shift sleeve back into a starting position or non-engagement position (in particular by means of the spring) the return movement of the switching ring from the second position to the first position can be effected in order to transfer or switch the at least one of the bevel gears or the at least one differential bevel gear from the engagement position to the release position and back.
  • the output axes are congruent. The result is a particularly simple structure that is particularly relevant for use in vehicles.
  • the bevel gears and the at least one differential bevel gear are designed as gears, the gears having teeth with a tooth width that is greater than a tooth height of the teeth.
  • gearwheels creates a particularly relevant embodiment for vehicle construction in particular.
  • the outer wheel is also preferably designed as a gear wheel, in particular as a crown wheel (which can be driven, for example, via a cardan shaft) or spur gear (which can be driven, for example, via a spur gear).
  • a gear wheel in particular as a crown wheel (which can be driven, for example, via a cardan shaft) or spur gear (which can be driven, for example, via a spur gear).
  • the bevel gear differential gear according to the invention can also fulfill its function if the bevel gears and the at least one differential bevel gear are not designed as gear wheels but, for example, as friction wheels. It is also conceivable that the outer wheel is not designed as a gear but, for example, as a friction wheel.
  • Gear wheels usually have teeth with a tooth height that is greater than a tooth width, the tooth width being measured as usual along a reference line on the mean pitch cone diameter. Regardless of the usually relatively slow relative rotation of the bevel gears and differential bevel gears to one another - no relative rotation when driving straight ahead; tight corners are usually taken rather slowly, and fast corners are usually rather far, so that the relative rotation typically takes place at rather low speeds even when cornering - good switchability of the bevel gears is desirable. With a view to improved switchability between the release position and the engagement position and vice versa, provision is made for the tooth width to be larger than the tooth height. This promotes rapid meshing of the gears when shifting.
  • the bevel gears and the at least one differential bevel gear are designed as gear wheels, the gear wheels having teeth that each have a Contour have what contour
  • the elliptical geometry means that the contour of the respective tooth in the transition area at least in sections, preferably completely, forms an elliptical arc.
  • a motor vehicle comprising at least one bevel gear differential gear according to the invention for the optional activation and deactivation of the drive of side shafts connected to the bevel gears in a rotationally fixed manner.
  • the bevel gear differential gear according to the invention can be used as an axle differential gear in the motor vehicle in order to selectively switch the drive of the axle equipped with the bevel gear differential gear according to the invention on and off.
  • the outer wheel of the bevel gear differential gear is always driven or can always be driven.
  • a motor vehicle with switchable all-wheel drive can be implemented in this way.
  • FIG. 1 shows a schematic axonometric view of a first exemplary embodiment of a bevel gear differential gear according to the invention, a differential cage being shown cut open in sections and an outer wheel connected in a rotationally fixed manner to the differential cage not being shown
  • FIG. 2 shows a plan view of the bevel gear differential gear of FIG. 1 along an output axis 3 shows a sectional view according to section line BB from FIG. 2, with bevel gears with bevel gears of the bevel gear differential gear being in an engagement position
  • FIG. 5 is a schematic axonometric view of a second embodiment of the bevel gear differential gear according to the invention, the differential cage being shown cut open in sections and the outer gear not being shown
  • FIG. 6 shows a plan view of the bevel gear differential gear of FIG. 5 along one of the output axes
  • FIG. 8 is a sectional view like FIG. 7, but with one of the bevel gears in the release position
  • FIG. 9 is a side view of a third embodiment of the bevel gear differential gear according to the invention with a switching ring as the actuating element, the differential bevel gears being in the engagement position
  • FIG. 10 is a sectional view according to the section line X-X in FIG. 9, the arrows indicating the viewing direction
  • FIG. 14b shows a detailed side view analogous to FIG. 14a after the switching ring has been moved from the first to the second position by moving the switching sleeve in an actuation direction
  • FIG. 14c shows a detailed view analogous to FIG. 14b, the shift sleeve having been moved back into a non-engagement position against the actuation direction
  • FIG. 14d shows a detailed view analogous to FIG. 14c, the shift sleeve having been moved again in the actuating direction in order to release a locking of a locking spring with a locking contour of the shift tab
  • 16 shows a schematic representation of the developed reference profile, the teeth each having a contour optimized for switching in a transition area between a tooth tip and a tooth flank
  • 17a shows an enlarged view of detail XVII in FIG. 16, the contour having an elliptical geometry
  • FIG. 17b shows a view analogous to FIG. 17a, the contour having a geometry with two different radii
  • FIG. 17c shows a view analogous to FIG. 17a, the contour having a flat bevel
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a bevel gear differential 1 according to the invention in an axonometric view, wherein a differential cage 2 of the bevel gear
  • Differential gear 1 is shown in sections for the sake of clarity. If the differential cage 2 is made in one piece, for reasons of assembly a, preferably closable, opening is actually provided, typically in the cut-open area, whereby at least one further opening can also be provided, which is for example arranged symmetrically opposite the opening. If the differential cage 2 is constructed in several parts, it would be conceivable not to provide any openings, although in this case too, of course, at least one, preferably closable, opening can be provided to facilitate assembly or, if necessary, to enable maintenance. Furthermore, for reasons of clarity, an outer wheel 8 which is connected to the differential cage 2 in a rotationally fixed manner (see, for example, FIG. 2) and via which the differential cage 2 can be driven, is not shown in FIG. 1.
  • two bevel gears 3 are arranged opposite one another.
  • the bevel gears 3 are each around an output shaft 5 rotatably mounted, the output shafts 5 of the two bevel gears 3 being congruent in the illustrated embodiments or, in other words, only one output shaft 5 being provided for both bevel gears 3.
  • the bevel gears 3 are non-rotatably connected to a respective side shaft 6, the output shafts 5 being the axes of rotation of the side shafts 6.
  • the differential carrier 2 When the differential carrier 2 is driven via the outer wheel 8, the differential carrier 2 also rotates about the output shafts 5.
  • the bevel gear differential 1 further comprises at least one differential bevel gear 4, which is mounted rotatably about a differential bevel gear axis 7.
  • exactly two differential bevel gears 4 are provided, which are arranged opposite one another in the differential cage 2 so that the differential bevel gear axles 7 are congruent or, in other words, there is only one differential bevel gear axle 7 for both differential bevel gears 4. Accordingly, a single, continuous bearing pin 13 is sufficient for the rotatable mounting of the two differential bevel gears 14, the
  • Differential bevel gear axis 7 is congruent with the longitudinal axis of the bearing pin 13.
  • the at least one differential bevel gear 4 can be displaced along its differential bevel gear axis 7 and / or at least one of the bevel gears 3 along its output axis 5 between an engagement position 9 and a release position 10, wherein in the engagement position 9, but not in the release position 10, the at least one differential bevel gear 4 meshes with the two bevel gears 3 and connects them to one another. That is, in the engagement position 9, the bevel gears 3 and the at least one differential bevel gear 4 are in engagement with one another.
  • the differential cage 2 is driven (via the outer wheel 8), the side shafts 6 are correspondingly driven, the bevel gear differential gear 1 being the usual one
  • the at least one differential bevel gear 4 compensates for the unequal speeds of the bevel gears 3.
  • FIGS. 5, 6, 7 and 8 illustrate the second embodiment, in which only one of the two bevel gears 3 is displaceable.
  • the other bevel gear 3 and the two differential bevel gears 4 cannot be displaced in the second exemplary embodiment.
  • embodiment variants are also conceivable in which both the at least one differential bevel gear 4 and at least one of the bevel gears 3 can be displaced.
  • the bevel gears 3, the differential bevel gears 4 and the outer gear 8 are designed as gear wheels.
  • FIGS. 3 and 4 are a schematic sectional view according to the section line BB from FIG. 2, the arrows in FIG. 2 indicating the viewing direction.
  • the two differential bevel gears 4 are not only rotatably mounted on the bearing pin 13, but also displaceably parallel to the differential bevel gear axis 7 so that they can be moved back and forth between the release position 10 and the engagement position 9.
  • FIG. 3 shows the engagement position 9, in which the two differential bevel gears 4 are each in engagement with two bevel gears 3 and connect the latter to one another in a rotational manner.
  • the two arrows pointing towards one another in FIG. 3 indicate the direction of movement of the two
  • FIG. 4 shows the two differential bevel gears 4 in their release position 10, in which there is no engagement of the differential bevel gears 4 with the bevel gears 3 and the bevel gears 3 are therefore not rotationally connected to one another.
  • the two arrows pointing away from one another in FIG. 4 indicate the direction of movement of the two differential bevel gears 4 from the engagement position 9 into the respective release position 10.
  • an actuating element 11 is provided for each differential bevel gear 4.
  • the actuating elements 11 are also mounted displaceably on the mounting bolt 13 parallel to the differential bevel gear axis 7, whereby they can be moved back and forth between a first position 17 and a second position 18.
  • the actuating elements 11 comprise facing inner sections 14, between which the two
  • Differential bevel gears 4 are arranged. Contact specifically the inner sections 14 the differential bevel gears 4 or the inner sections 14 rest at least in sections on the differential bevel gears 4, whereby a form-fitting operative connection between the differential bevel gears 4 and the inner sections 14 is provided.
  • the inner sections 14 are connected to the differential bevel gears 4 in a fixed or at least rotationally fixed manner (e.g. by claws) to establish the operative connection, the actuating elements 11 then also having to be rotatably mounted on the bearing pin 13 around the differential bevel gear axis 7.
  • the actuating elements 11 furthermore each have an outer section 15 which protrudes outward through the differential cage 2, corresponding recesses being provided in the differential cage 2 for the outer sections 15. By contacting and pressing the respective outer section 15 from the outside, the respective actuating element 11 can be moved from the first position 17 into the second position 18 or held in the second position 18.
  • the differential bevel gears 4 Due to the positive fit or the contact between the inner sections 14 and the differential bevel gears 4, the differential bevel gears 4 are pressed from their release position 10 into the engagement position 9 when the actuating elements 11 are moved from the first position 17 to the second position 18. For example, the differential bevel gears 4 are held in the engagement position 9 when the actuating elements 11 are held in the second position 18. Correspondingly, the actuating elements 11 are shown in the second position 18 in FIG. 3 and in the first position 17 in FIG. 4.
  • the respective actuating element 11 can be moved from the second position 18 into the first position 17 become.
  • at least one spring element (not shown for reasons of clarity) is provided in the first exemplary embodiment, which presses the differential bevel gears 4 and thus also the actuating elements 11 outwards parallel to the differential bevel gear axis 7.
  • the differential bevel gears 4 move from the engagement position 9 into their release positions 10 and the actuating elements 11 move from the second positions 18 into their first positions 17.
  • a shift sleeve 12 is provided in the first exemplary embodiment, which is mounted outside of the differential cage 2 on the differential cage 2 so as to be displaceable parallel to the output shafts 5.
  • shifting the shift sleeve 12 it can be brought into engagement with the respective outer section 15 of the actuating elements 11 in order to move the actuating elements 11 from the first position 17 into the second position 18 or to hold them in the second position 18.
  • the shift sleeve 12 contacts the outer sections 15 and presses against them.
  • the dotted arrow indicates the movement of the shift sleeve 12 parallel to the output axles 5 and towards the pinion pinion axis 7 in order to establish engagement with the outer sections 15 and the actuating elements 11 and thus also the pinion pinion gears 4 inwards parallel to the pinion pinion axis 7 or to move towards one another, whereby the actuating elements 11 are brought into the second position 18 and the differential bevel gears 4 are brought into the engagement position 9 or are held in this.
  • the outer sections 15 have flat contact surfaces 16 which run obliquely to the direction of movement of the shift sleeve 12 or obliquely to the output shafts 5 and one with the output shafts 5 Include acute angles.
  • the shift sleeve 12 has a corresponding counterpart section 21, which forms a contact surface of the shift sleeve 12 and is designed as a counterpart to the contact surfaces 16 in order to facilitate the production of the engagement of the shift sleeve 12 with the outer sections 15.
  • the contact surfaces 16 and the counterpart section 21 slide off one another, so that the actuating elements 11 are moved transversely or essentially normal to the direction of movement of the shift sleeve 12.
  • FIGS. 7 and 8 show a schematic sectional view along the section line C-C from FIG. 6, the arrows in FIG. 6 indicating the viewing direction.
  • the two differential bevel gears 4 are only rotatably mounted on the bearing pin 13.
  • One of the bevel gears 3 (shown on the left in FIGS. 7 and 8) is on the associated side shaft 6 by means of a sliding toothing 20 parallel to the output axis
  • FIG. 8 shows the displaceable bevel gear 3 in its release position 10, in which the displaceable bevel gear 3 is not in engagement with the differential bevel gears 4.
  • the bevel gears 3 are therefore not rotationally connected to one another.
  • the arrow drawn in full in FIG. 8 indicates the direction of movement of the displaceable bevel gear 3 from the engagement position 9 into the release position 10.
  • two actuating elements 11 ' are provided for the displaceable bevel gear 3.
  • the actuating elements 11 ′ are arranged opposite one another and are mounted so as to be displaceable normal to the output shaft 5, the actuating elements 11 ′ being able to be moved back and forth between the first position 17 and the second position 18.
  • the two actuating elements 11 ′ move towards one another or towards the output shaft 5.
  • the two actuating elements 11 ′ move correspondingly from one another or away from the output shaft 5.
  • the actuating elements 11 ′ are in this case along the output shaft 5 and, viewed in the direction of the bearing pin 13, at least in sections in front of the displaceable bevel gear 3 arranged when the displaceable bevel gear 3 is in the engagement position 9.
  • the actuating elements 11 comprise mutually facing inner sections 14, which contact a contact section 19 of the displaceable bevel gear 3 or bear at least sections of the contact section 19, whereby an operative connection is provided between the contact section 19 or the displaceable bevel gear 3 and the inner sections 14.
  • the contact section 19 can be designed in one piece with the rest of the displaceable bevel gear 3 or can be designed as a separate element which is connected to the rest of the displaceable bevel gear 3.
  • the actuating elements 11 ′ furthermore each have an outer section 15 which protrudes outward through the differential cage 2, corresponding recesses being provided in the differential cage 2 for the outer sections 15. By contacting and pressing the respective outer section 15 from the outside, the respective actuating element 11 ′ can be moved from the first position 17 into the second position 18 or held in the second position 18.
  • the displaceable bevel gear 3 Due to the contact between the inner sections 14 and the contact section 19, the displaceable bevel gear 3 is pressed from its release position 10 parallel to the output shaft 5 and towards the differential bevel gear axis 7 into the engagement position 9 when the actuating elements 11 'move from the first position 17 into the second position 18 can be moved.
  • the displaceable bevel gear 3 is held in the engagement position 9 when the actuating elements 11 ′ are held in the second position 18.
  • the actuating elements 11 ′ are shown in the second position 18 in FIG. 7 and in the first position 17 in FIG. 8.
  • the contact section 19 has a contact surface 22 which runs obliquely to the direction of movement of the actuating elements 11' or obliquely to the pinion pinion axis 7 and with the pinion pinion axis 7 includes an acute angle.
  • the actuating elements 11 ′ each have a corresponding counterpart section 23, which is designed as a counterpart to the contact surface 22.
  • the counterpart sections 23 and the contact surface 22 can slide on one another, so that the contact section 19 or the displaceable bevel gear 3 is moved transversely or essentially normal to the direction of movement of the actuating elements 11 '.
  • the respective actuating element 11 ′ can be moved from the second position 18 into the first position 17.
  • several spring elements are provided in the second embodiment
  • the shift sleeve 12 is also provided in the second embodiment, which outside of the differential cage 2 on the differential cage 2 parallel to the output axes 5 is slidably mounted. By shifting the shift sleeve 12, it can be brought into engagement with the respective outer section 15 of the actuating elements 11 'in order to move the actuating elements 11' from the first position 17 into the second position 18 or in the second position
  • the shift sleeve 12 contacts the outer sections 15 and presses against them.
  • the dotted arrow indicates the movement of the shift sleeve 12 parallel to the output axes 5 and towards the pinion pinion axis 7 in order to establish engagement with the outer sections 15 and to move the actuating elements 11 'inwards or towards one another.
  • the actuating elements 11 ' are brought into the second position 18, the displaceable bevel gear 3 being brought into the engagement position 9 or held in this position by being displaced parallel to the output shaft 5 and towards the differential bevel gear shaft 7.
  • the outer sections 15 have flat contact surfaces 16 which are inclined to The direction of movement of the shift sleeve 12 or at an angle to the output shafts 5 and enclose an acute angle with the output shafts 5.
  • the shift sleeve 12 has a corresponding counterpart section 21 which is designed as a counterpart to the contact surfaces 16 in order to facilitate the production of the engagement of the shift collar 12 with the outer sections 15.
  • the counterpart section 21 and the contact surfaces 16 slide on one another, so that the
  • Actuating elements 11 ' are moved transversely or essentially normal to the direction of movement of the shift sleeve 12.
  • a third embodiment of a bevel gear differential 1 according to the invention is shown, which has a switching ring 28, see. Fig. 10, as an actuating element for the two differential bevel gears 4, resulting in an extremely compact design.
  • the differential bevel gears 4 are shown in FIGS. 9 and 10 in the engagement position 9.
  • the differential bevel gears 4 are mounted on the bearing pin 13, a compression spring 40 being arranged on the bearing pin 13 between the differential bevel gears 4, which is compressed in the engagement position 9 by the differential bevel gears, see first position 17.
  • the switching ring 28 has two ramps 29 with eccentric geometry, which form the inner section of the actuating element and press against the differential bevel gears 4 via intermediate pieces 41 or are in operative connection with them.
  • the switching ring 28 has two switching ring tabs 30 which form the outer section of the actuating element and can be contacted by the switching sleeve 12 in order to move the switching ring 28 from the first position 17 to the second position 18 move, the second position 18 being associated with the release position 10 of the differential bevel gears 4.
  • the switching ring 28 can be rotated relative to the differential cage 2 around the output shaft 5 by a switching angle g, the switching angle g being approx. 90 ° in the exemplary embodiment shown, cf. 12. Due to the eccentric geometry of the ramps 29, the differential bevel gears 4 located in the release position 10 are pressed into the engagement position 9 or moved along the bearing pin 13 against the force of the compression spring 40 into the engagement position 9 (radially inward) when the switching ring 28 is rotated by the switching angle g from the second position 18 to the first position 17, see. Relative rotation 42 'in Fig. 12.
  • the switching ring 28 moves or rotates with the differential carrier 2 about the output shaft 5.
  • the shift sleeve 12 is moved from a non-engagement position 43 in an actuation direction 37 parallel to the output shaft 5 towards the shift ring 28.
  • an actuator for example an electromagnet (not shown), is provided.
  • two torsion springs 44 are tensioned in the exemplary embodiment shown.
  • the spring force of the torsion springs 44 can subsequently be used to move the switching ring 28 back into the first position 17.
  • two locking springs 33 are provided in the illustrated embodiment, which each lock with a locking contour 34 of the switching ring tabs 30 to keep the switching ring 28 in the second position 18 to hold.
  • the locking contour 34 has a stop section 35 on which the respective locking spring 33, more precisely a region of the respective locking spring 33 having a free end, can slide at the beginning of the relative rotation 42 of the switching ring 28.
  • the locking spring 33 locks with a locking section 36 of the locking contour 34 corresponds to the second position 18, arranged behind the run-on section 35.
  • Non-engagement position 43 can be transferred, whereby no actuator is necessary for this, but for example a simple spring (not shown) can be provided.
  • the shift sleeve 12 has an unlocking cone 38.
  • the free ends of the locking springs 33 slide on the unlocking cone 38 in order to release the locking by lifting the locking springs 33 over the respective locking section 36.
  • the tensioned torsion springs 44 then move the switching ring 28 from the second position 18 back into the first position 17, the differential bevel gears 4 being pushed back into the engagement position 9 via the ramps 29.
  • FIGS. 14a, 14b, 14c and 14d The sequence described above is illustrated in FIGS. 14a, 14b, 14c and 14d.
  • the shift ring 28 is in the first position 17 and the shift sleeve 12 is in the disengaged position 43.
  • the free end of the locking springs 33 is first arranged in a locking spring receptacle 39 designed as a groove.
  • the friction cone 31 then comes into contact with the friction surfaces 32, as a result of which the switching ring 28 is moved into the second position 18.
  • the respective locking contour 34 is brought into engagement with the respective locking spring 33, the latter being locked in the locking section 36 when the switching ring 28 has arrived in the second position 18. 14b shows this state.
  • the shift sleeve 12 can be moved back into the disengaged position 43 by means of the spring (not shown).
  • the respective gear wheel has teeth 24 with a tooth width b that is greater than a tooth height h of the teeth 24, see shows developed reference profile of such a gear.
  • the tooth width b is measured as usual along a reference line 27 on the mean pitch cone diameter.
  • the teeth 24 each have a contour optimized for switching in a transition area between a tooth tip 25 and a tooth flank 26, see FIG. 16, which is a schematic representation of a developed reference profile of such a gear shows.
  • FIG. 17a illustrates the case that the contour has an elliptical geometry, ie that the contour of the respective tooth 24 in the transition area at least partially, preferably completely, forms an elliptical arc.
  • FIG. 17b again illustrates the case in which the contour has a geometry with two different radii R, r.
  • the radius R is larger than the radius r, the radius R being used first, and then the radius r, as seen at the transition from the head region 25 to the flank 26.
  • FIG. 17c finally illustrates the case in which the contour has a flat bevel.
  • a substantially flat transition area between the tooth tip 25 and the tooth flank 26 here, with the substantially flat tooth tip 25, encloses a bevel angle a which is only between 5 ° and 15 °.

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Abstract

Kegelrad-Differentialgetriebe (1) umfassend einen Differentialkorb (2), in dessen Inneren zwei Kegelräder (3) gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die Kegelräder (3) um jeweils eine Abtriebsachse (5) drehbar gelagert sind, das 5 Kegelrad-Differentialgetriebe (1) weiters umfassend mindestens ein Ausgleichskegelrad (4), das im Differentialkorb (2) um eine Ausgleichskegelradachse (7) drehbar gelagert ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das mindestens eine Ausgleichskegelrad (4) entlang seiner Ausgleichskegelradachse (7) und/oder zumindest eines der Kegelräder (3) entlang seiner Abtriebsachse (5) zwischen einer Eingriffsposition (9) und einer Freigabeposition (10) verschiebbar ist, wobei in der Eingriffsposition (9), aber nicht in der Freigabeposition (10), das mindestens eine Ausgleichskegelrad (4) in Eingriff mit den beiden Kegelrädern (3) steht und diese miteinander verbindet.

Description

KEGELRAD-DIFFERENTIALGETRIEBE
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kegelrad- Differentialgetriebe umfassend einen Differentialkorb, in dessen Inneren zwei Kegelräder gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die Kegelräder um jeweils eine Abtriebsachse drehbar gelagert sind, das Kegelrad-Differentialgetriebe weiters umfassend mindestens ein Ausgleichskegelrad, das im Differentialkorb um eine Ausgleichskegelradachse drehbar gelagert ist.
STAND DER TECHNIK
Differentialgetriebe sind aus dem Fahrzeugbau wohlbekannt, um zwei Räder einer Achse so anzutreiben, dass sie sich in Kurven unterschiedlich schnell drehen können. Insbesondere haben sich hierfür Kegelrad-Differentialgetriebe etabliert. Letztere weisen im Inneren eines Differentialkorbs Kegelräder auf, die mit anzutreibenden, zumindest abschnittswiese außerhalb des Differentialkorbs befindlichen Seitenwellen drehfest verbunden sind. Der Differentialkorb wird über ein Außenrad angetrieben. Die Kegelräder sind im Differentialkorb über zumindest ein um eine Ausgleichskegelradachse drehbares Ausgleichskegelrad verbunden, welches sich nur dann um seine
Ausgleichskegelradachse dreht, wenn sich die Räder und damit die Seitenwellen unterschiedlich schnell drehen, insbesondere bei Kurvenfahrt.
Bei Allradfahrzeugen, die sich im PKW-Bereich steigender Beliebtheit erfreuen aber natürlich auch im LKW-Bereich eine Rolle spielen, sind für jede Achse Differentialgetriebe vorgesehen. Viele Allradfahrzeuge weisen heutzutage einen zuschaltbaren Allradantrieb auf. Hierbei werden zumeist zusätzliche Schaltelemente, insbesondere in Form von Klauenkupplungen, verwendet, um einen Teil des Antriebsstranges stillzusetzen.
Beispielsweise sind aus der US 6027422 A und der DE 19716386 Al Differentialgetriebe mit integrierter Entkopplungsfunktion bekannt, bei denen das Herstellen bzw. Aufheben des Kraftschlusses mit den Seitenwellen jeweils über eine Klauenkupplung innerhalb des Differentialkorbs des jeweiligen Differentialgetriebes erfolgt.
Nachteilig an diesen bekannten Lösungen sind aufgrund ihrer hohen Kosten die Verzahnungen der Schaltelemente; bei besagten Klauenkupplungen sind das insbesondere die Zähne der beiden Klauenkupplungshälften .
Um die Schaltelemente möglichst klein und kostengünstig zu halten, wird oft auch nur eine der Seitenwellen geschaltet. Dies führt jedoch dazu, dass im Inneren des Differentialkorbs die Kegelräder weiterhin umlaufen müssen und das Potential zur Schleppmomentreduktion nur unvollständig genutzt werden kann, was ebenfalls nachteilig ist.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kegelrad- Differentialgetriebe zur Verfügung zu stellen, das die wahlweise Ein- und Ausschaltung des Antriebs der Seitenwellen zulässt und dabei die oben genannten Nachteile vermeidet.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Kern der vorliegenden Erfindung besteht darin, statt kostenintensiver zusätzlicher Schaltelemente das mindestens eine Ausgleichskegelrad und/oder zumindest eines der Kegelräder zu nutzen, um den Kraftschluss zu den Seitenwellen (von der auf den Differentialkorb übertragenen Antriebskraft) wahlweise aufzuheben bzw. herzustellen. Entsprechend ist es bei einem Kegelrad-Differentialgetriebe umfassend einen Differentialkorb, in dessen Inneren zwei Kegelräder gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die Kegelräder um jeweils eine Abtriebsachse drehbar gelagert sind, das Kegelrad-Differentialgetriebe weiters umfassend mindestens ein Ausgleichskegelrad, das im Differentialkorb um eine Ausgleichskegelradachse drehbar gelagert ist, erfindungsgemäß vorgesehen, dass das mindestens eine Ausgleichskegelrad entlang seiner Ausgleichskegelradachse und/oder zumindest eines der Kegelräder entlang seiner Abtriebsachse zwischen einer Eingriffsposition und einer Freigabeposition verschiebbar ist, wobei in der Eingriffsposition, aber nicht in der Freigabeposition, das mindestens eine Ausgleichskegelrad in Eingriff mit den beiden Kegelrädern steht und diese miteinander verbindet.
D.h. die Kegelräder sowie das mindestens eine Ausgleichskegelrad sind im Differentialkorb angeordnet.
Egal ob nur das mindestens eine Ausgleichskegelrad entlang seiner Ausgleichskegelradachse oder nur zumindest eines der Kegelräder entlang seiner Abtriebsachse oder sowohl das mindestens eine Ausgleichskegelrad entlang seiner Ausgleichskegelradachse als auch zumindest eines der Kegelräder entlang seiner Abtriebsachse verschiebbar angeordnet sind, in der Eingriffsposition sind die Kegelräder und das mindestens eine Ausgleichskegelrad in Eingriff miteinander, sodass die bekannte, eingangs beschriebene Differentialfunktion erfüllt ist. Insbesondere kann hierbei das mindestens eine Ausgleichskegelrad ungleiche Drehzahlen der Kegelräder ausgleichen.
Durch die rotatorische Verbindung der Kegelräder über das mindestens eine Ausgleichskegelrad wird letztlich der Kraftschluss zwischen mit den Kegelrädern drehfest verbundenen Seitenwellen und dem Differentialkorb hergestellt, sodass die Seitenwellen angetrieben werden, wenn der Differentialkorb angetrieben wird. Der Antrieb des Differentialkorbs kann dabei in an sich bekannter Weise über ein Außenrad stattfinden, das drehfest mit dem Differentialkorb verbunden bzw. Teil von diesem ist.
Kein Eingriff des mindestens einen Ausgleichskegelrads mit den beiden Kegelrädern besteht, wenn das mindestens eine Ausgleichskegelrad und/oder zumindest eines der Kegelräder sich nicht in der Eingriffsposition, sondern in der jeweiligen Freigabeposition befinden. D.h. wenn das mindestens eine Ausgleichskegelrad und/oder zumindest eines der Kegelräder sich nicht in der Eingriffsposition, sondern in der jeweiligen Freigabeposition befinden, sind die beiden Kegelräder nicht rotatorisch miteinander verbunden. Genauer müssen bei mehreren Ausgleichskegelrädern sämtliche Ausgleichskegelräder in der Freigabeposition sein, um eine rotatorische Verbindung der beiden Kegelräder auszuschließen, wenn keines der Kegelräder in eine Freigabeposition gebracht werden kann. Entsprechend werden in diesem Fall, d.h. wenn die Kegelräder nicht verbunden sind, die Seitenwellen auch nicht angetrieben, wenn der Differentialkorb angetrieben wird. Das erfindungsgemäße Kegelrad-Differentialgetriebe kann somit bei einem Fahrzeug zum wahlweisen Ein- und Ausschalten des Antriebs einer Achse verwendet werden. Wenn die Kegelräder bzw. das mindestens eine Ausgleichskegelrad in der Eingriffsposition sind, ist der Antrieb der Achse eingeschaltet. Wenn hingegen das mindestens eine Ausgleichskegelrad und/oder zumindest eines der Kegelräder in der jeweiligen Freigabeposition sind, ist der Antrieb der Achse ausgeschaltet.
Die verschiebbare Anordnung des mindestens einen Ausgleichskegelrads entlang seiner Ausgleichskegelradachse bedeutet eine Beweglichkeit parallel zur
Ausgleichskegelradachse und damit eine radiale Beweglichkeit bezogen auf den Differentialkorb. Diese Beweglichkeit kann z.B. dadurch realisiert werden, indem das Ausgleichskegelrad auf einem Lagerbolzen sowohl drehbar als auch entlang der Längsachse des Lagerbolzens verschiebbar gelagert ist.
Die verschiebbare Anordnung von zumindest einem der Kegelräder bedeutet eine Beweglichkeit parallel zur Abtriebsachse des jeweiligen verschiebbaren Kegelrads und damit eine radiale Beweglichkeit bezogen auf den Differentialkorb. Eine derartige Beweglichkeit lässt sich z.B. dadurch realisieren, indem das jeweilige Kegelrad auf einem Abschnitt der zugehörigen Seitenwelle mittels einer Schiebeverzahnung gelagert ist, sodass das Kegelrad entlang der Längsachse dieses Abschnitts verschiebbar ist.
Insgesamt ergeben sich somit für das erfindungsgemäße Kegelrad-Differentialgetriebe eine Gewichts- und Kostenreduktion durch Wegfall von zusätzlichen Schaltelementen im Vergleich zu bekannten Systemen. Insbesondere sind keine zusätzlichen kraftübertragenden Schaltelemente, z.B. Klauenkupplungen oder ähnliches, in der Nähe des Differentials notwendig. Weiters wird eine Reduktion des verbleibenden Schleppmoments erzielt im Vergleich zu Systemen, die nur eine Seitenwelle freigeben bzw. schalten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad-Differentialgetriebes ist vorgesehen, dass mindestens zwei Ausgleichskegelräder vorgesehen sind. Hierdurch wird die Übertragung besonders hoher Drehmomente auf die Kegelräder bzw. die Seitenwellen ermöglicht.
Insbesondere können hierbei symmetrische Anordnungen der Ausgleichskegelräder vorgesehen sein. Beispielsweise kann bei zwei oder vier Ausgleichskegelrädern die Anordnung so sein, dass sich jeweils zwei Ausgleichskegelräder im Differentialkorb symmetrisch gegenüber liegen.
Wie bereits festgehalten, ist es bei mehreren verschiebbaren Ausgleichskegelrädern notwendig, dass sämtliche Ausgleichskegelräder in der Freigabeposition sind, um eine rotatorische Verbindung der beiden Kegelräder auszuschließen, wenn keines der Kegelräder in eine Freigabeposition gebracht werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad-Differentialgetriebes ist vorgesehen, dass genau zwei Ausgleichskegelräder vorgesehen sind, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Eine derartige, vorzugsweise symmetrische, Anordnung ist herstellungstechnisch günstig und hat sich im Fahrzeugbau gut etabliert.
Hierbei kann für die beiden Ausgleichskegelräder lediglich ein Lagerbolzen vorgesehen werden, was sich als herstellungstechnisch besonders günstig erweist. D.h. die beiden Ausgleichskegelräder sind in diesem Fall auf demselben Lagerbolzen drehbar und verschiebbar gelagert.
Wie bereits festgehalten, ist es auch bei genau zwei verschiebbaren Ausgleichskegelrädern notwendig, dass sämtliche Ausgleichskegelräder in der Freigabeposition sind, um eine rotatorische Verbindung der beiden Kegelräder auszuschließen, wenn keines der Kegelräder in eine Freigabeposition gebracht werden kann.
Um das mindestens eine Ausgleichskegelrad bzw. zumindest eines der Kegelräder bequem von außen schalten zu können, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad-Differentialgetriebes vorgesehen, dass für das mindestens eine Ausgleichskegelrad und/oder zumindest eines der Kegelräder mindestens ein Betätigungselement vorgesehen ist, wobei das mindestens eine Betätigungselement beweglich gelagert ist und wobei das mindestens eine Betätigungselement einen Innenabschnitt aufweist, der mit dem Ausgleichskegelrad und/oder dem Kegelrad wirkverbunden ist, und einen Außenabschnitt, der durch den Differentialkorb derart nach außen ragt, dass der Außenabschnitt von außerhalb des Differentialkorbs kontaktierbar ist, um das Betätigungselement von außen zumindest aus einer ersten Position in eine zweite Position oder umgekehrt bewegen zu können.
Das mindestens eine Betätigungselement kann mehrteilig aufgebaut sein. Vorzugsweise ist das Betätigungselement einstückig ausgebildet.
Die Wirkverbindung zwischen dem Betätigungselement bzw. dem Innenabschnitt des Betätigungselements und dem Ausgleichskegelrad und/oder dem Kegelrad kann in an sich bekannter Art und Weise realisiert sein, beispielsweise durch Formschluss, Kraftschluss oder einer Kombination aus Form- und Kraftschluss . Beispielsweise kann die Wirkverbindung mittels eines Federelements hergestellt sein. Ein weiteres Beispiel wäre eine magnetische Koppelung zwischen dem Innenabschnitt und dem Ausgleichskegelrad und/oder dem Kegelrad.
Der Außenabschnitt muss nicht nach außen vom Differentialkorb abstehen, sondern kann z.B. auch bündig mit dem Differentialkorb nach außen abschließen. Der Außenabschnitt ist aber jedenfalls von außen kontaktierbar, um das Betätigungselement von außen zumindest aus der ersten Position in die zweite Position bewegen zu können. „Zumindest" ist dabei so zu verstehen, dass zum einen auch die Bewirkung von anderen Bewegungen, insbesondere von der zweiten Position in die erste Position, möglich sein kann. Zum anderen kann selbstverständlich neben dem Bewegen in die zweite Position auch ein Halten des Bewegungselements in der zweiten Position durch die Einwirkung von außen auf den Außenabschnitt erzielt werden.
Die Bewegung des Betätigungselements zwischen der ersten und zweiten Position muss keine lineare Bewegung sein, sondern kann auch eine Drehbewegung oder eine Kombination aus linearer und Drehbewegung sein.
Die erste Position des mindestens einen Betätigungselements kann z.B. mit der Freigabeposition des einen
Ausgleichskegelrads oder der mehreren, insbesondere der zwei, Ausgleichskegelräder assoziiert sein. Analog kann die erste Position des mindestens einen Betätigungselements z.B. mit der Freigabeposition von zumindest einem der Kegelräder assoziiert sein. In diesen Fällen ist die zweite Position des mindestens einen Betätigungselements typischerweise mit der Eingriffsposition assoziiert.
Aufgrund der oben genannten Wirkverbindung bewegt das Betätigungselement beim Übergang von der ersten in die zweite Position oder beim Übergang von der zweiten in die erste Position das mindestens eine Ausgleichskegelrad und/oder zumindest eines der Kegelräder von der Freigabeposition in die Eingriffsposition .
Für die Retourbewegung des mindestens einen Ausgleichskegelrads und/oder des zumindest einen der Kegelräder kann ggf. ein weiterer Mechanismus, z.B. ein an sich bekannter Federmechanismus, vorgesehen sein.
Oder es kann das Betätigungselement auch für die Retourbewegung vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Wirkverbindung zwischen dem Innenabschnitt des Betätigungselements und dem Ausgleichskegelrad und/oder dem Kegelrad sowohl formschlüssig als auch magnetisch sein, wobei der Formschluss für die Bewegung in die eine Richtung benutzt wird und die magnetische Verbindung für die Bewegung in die andere Richtung.
Pro verschiebbarem Ausgleichskegelrad bzw. pro verschiebbarem Kegelrad können ein oder mehrere Betätigungselemente vorgesehen sein.
Weiters kann für jedes verschiebbare Ausgleichskegelrad bzw. für jedes verschiebbare Kegelrad ein eigenes Betätigungselement vorgesehen sein, oder es können mehrere Ausgleichskegelräder und/oder beide Kegelräder über ein gemeinsames Betätigungselement betätigt/geschaltet werden.
Entsprechend dem oben Gesagten ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad- Differentialgetriebes vorgesehen, dass die Wirkverbindung zwischen dem Innenabschnitt des mindestens einen Betätigungselements und dem mindestens einen
Ausgleichskegelrad und/oder dem zumindest einen der Kegelräder derart ausgelegt ist, dass das Ausgleichskegelrad und/oder das Kegelrad in der Freigabeposition ist, wenn sich das Betätigungselement in der ersten Position befindet, und in der Eingriffsposition, wenn sich das Betätigungselement in der zweiten Position befindet, oder umgekehrt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad-Differentialgetriebes ist vorgesehen, dass das mindestens eine Betätigungselement, vorzugsweise parallel zur Ausgleichskegelradachse des mindestens einen Ausgleichskegelrads und/oder quer zur Abtriebsachse des zumindest einen der Kegelräder, verschiebbar ist. Dies gestattet eine konstruktiv einfache und kostengünstige Ausführung.
Hierbei kann das mindestens eine Betätigungselement insbesondere normal zur Abtriebsachse verschiebbar sein.
Die Verschiebbarkeit des mindestens einen Betätigungselements gestattet insbesondere eine lineare Bewegung des Betätigungselement zwischen seiner ersten und zweiten Position und umgekehrt.
Wie bereits erwähnt, kommt als Wirkverbindung zwischen Innenabschnitt und Ausgleichskegelrad bzw. Kegelrad beispielsweise ein Formschluss in Frage. Entsprechend ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad-Differentialgetriebes vorgesehen, dass das mindestens eine Betätigungselement mit seinem Innenabschnitt am mindestens einen Ausgleichskegelrad und/oder dem zumindest einen der Kegelräder zumindest abschnittsweise anliegt, um bei der Bewegung von der ersten Position in die zweite Position und/oder von der zweiten Position in die erste Position gegen das Ausgleichskegelrad und/oder das Kegelrad zu drücken und dieses zu bewegen. D.h. der jeweilige Innenabschnitt kontaktiert das jeweilige Ausgleichskegelrad und/oder Kegelrad und kann so gegen letzteres drücken.
Insbesondere wenn durch das Drücken die Bewegung des Betätigungselements nur in eine Richtung bewirkt wird, kann für die Zurückbewegung des mindestens einen
Ausgleichskegelrads bzw. des zumindest einen der Kegelräder ein weiterer Mechanismus, z.B. ein Federmechanismus vorgesehen sein. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad-Differentialgetriebes ist vorgesehen, dass eine bewegbare, insbesondere verschiebbare, Schaltmuffe vorgesehen ist, die außerhalb des Differentialkorbs angeordnet und mit dem Außenabschnitt des mindestens einen Betätigungselements in Eingriff bringbar ist, um das Betätigungselement zumindest aus der ersten Position in die zweite Position bewegen zu können.
Es wäre denkbar, dass die Schaltmuffe alternativ oder zusätzlich verdrehbar ist, sodass deren Bewegung eine Drehbewegung oder eine kombinierte lineare und rotatorische Bewegung ist.
Durch die Bewegung der Schaltmuffe kann die Schaltmuffe in Eingriff mit dem Außenabschnitt des mindestens einen Betätigungselements gebracht werden und das mindestens eine Betätigungselement bewegen. Durch eine entgegengesetzte Bewegung der Schaltmuffe kann der Eingriff der Schaltmuffe mit dem Außenabschnitt des mindestens einen Betätigungselements wieder gelöst werden.
Das mindestens eine Betätigungselement kann sodann entweder durch die Schaltmuffe bei deren Retourbewegung retour bewegt werden. Oder die Retourbewegung des jeweiligen Betätigungselements kann durch einen zusätzlichen Mechanismus erfolgen, der beispielsweise durch das mindestens eine Ausgleichskegelrad bzw. das mindestens eine der Kegelräder vermittelt wird. Der zusätzliche Mechanismus kann z.B. ein an sich bekannter Federmechanismus sein, der für die Retourbewegung des mindestens einen Ausgleichskegelrads und/oder des zumindest einen der Kegelräder vorgesehen sein kann, wobei über eine Wirkverbindung zwischen dem mindestens einen Ausgleichskegelrad und/oder dem zumindest einen der Kegelräder schließlich auch das mindestens eine Betätigungselement durch den zusätzlichen Mechanismus bewegbar ist.
Beim Eingriff der Schaltmuffe mit dem Außenabschnitt des mindestens einen Betätigungselements wird im Allgemeinen eine Wirkverbindung zwischen der Schaltmuffe und dem jeweiligen Außenabschnitt hergestellt. Hierbei kann z.B. ein Formschluss zwischen den beteiligten Elementen realisiert werden oder ein Kraftschluss oder eine Kombination hiervon. Aber auch andere an sich bekannte Wirkverbindungen, z.B. eine magnetische Wirkverbindung, sind alternativ oder zusätzlich denkbar.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad-Differentialgetriebes ist vorgesehen, dass die Schaltmuffe am Differentialkorb, vorzugsweise parallel zu einer der Abtriebsachsen, verschiebbar gelagert ist. Dies gestattet eine sehr kompakte sowie herstellungstechnisch und kostenmäßig günstige Ausführung .
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad-Differentialgetriebes ist vorgesehen, dass der Außenabschnitt des mindestens einen Betätigungselements eine Anlauffläche aufweist, die vorzugsweise schräg zu einer der Abtriebsachsen verläuft. Die Anlauffläche kann die Herstellung des Eingriffs der Schaltmuffe mit dem Außenabschnitt begünstigen.
Die Anlauffläche ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Bewegungsrichtung der Schaltmuffe keine oder nur eine geringe Komponente parallel zur Bewegungsrichtung des Außenabschnitts bzw. des mindestens einen Betätigungselements aufweist. In diesem Fall gestaltet sich die Herstellung des Eingriffs der Schaltmuffe mit dem jeweiligen Außenabschnitt günstig, wenn die Anlauffläche schräg zur Bewegungsrichtung der Schaltmuffe verläuft, um die Bewegungsrichtung der Schaltmuffe in die Bewegungsrichtung des Betätigungselements umzuwandeln. Eine solche Situation ist insbesondere dann gegeben, wenn die Bewegungsrichtung der Schaltmuffe parallel zu einer der Abtriebsachsen ist und die Bewegungsrichtung des mindestens einen Betätigungselements parallel zur Ausgleichskegelradachse .
Um die Herstellung des Eingriffs der Schaltmuffe mit dem jeweiligen Außenabschnitt alternativ oder zusätzlich zu erleichtern, kann die Schaltmuffe einen Gegenstückabschnitt aufweisen, der als Gegenstück zur Anlauffläche mit einer entsprechenden Schräge ausgeführt ist und zur Kontaktierung der Anlauffläche vorgesehen ist.
„Schräg zu einer der Abtriebsachsen" heißt in diesem Zusammenhang nicht normal und nicht parallel zur Abtriebsachse bzw. schließt die Anlauffläche mit der Abtriebsachse einen spitzen Winkel ein.
Vorzugsweis ist die Anlauffläche eben ausgeführt, es ist aber auch eine gekrümmte Anlauffläche denkbar.
Gemäß dem oben Gesagten ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad- Differentialgetriebes vorgesehen, dass die Schaltmuffe eine Anlauffläche aufweist, um die Herstellung des Eingriffs der Schaltmuffe mit dem Außenabschnitt des mindestens einen Betätigungselements zu erleichtern. Hierzu verläuft die Anlauffläche vorzugsweise schräg zur Bewegungsrichtung der Schaltmuffe, insbesondere zu den Abtriebsachsen. Auch für die Anlauffläche der Schaltmuffe gilt, dass die Anlauffläche vorzugsweise eben ausgeführt ist, aber auch eine gekrümmte Anlauffläche denkbar ist.
Ebenso ist es gemäß dem oben Gesagten bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad- Differentialgetriebes vorgesehen, dass die Anlauffläche der Schaltmuffe als Gegenstück zur Anlauffläche des Außenabschnitts des mindestens einen Betätigungselements ausgebildet ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad-Differentialgetriebes ist vorgesehen, dass als Betätigungselement ein Schaltring vorgesehen ist, dass der Schaltring zumindest eine Rampe mit exzentrischer Geometrie aufweist, wobei die zumindest eine Rampe den Innenabschnitt des Betätigungselements ausbildet, dass der Schaltring zumindest eine Schaltringlasche aufweist, wobei die zumindest eine Schaltringlasche den Außenabschnitt des Betätigungselements ausbildet, und dass der Schaltring durch Drehung um einen Schaltwinkel relativ zum Differentialkorb von der ersten Position in die zweite Position und umgekehrt bewegbar ist.
Der Schaltring rotiert entsprechend grundsätzlich mit dem Differentialkorb mit.
Typischerweise ist die erste Position mit der
Eingriffsposition assoziiert und die zweite Position mit der Freigabeposition. D.h. indem die Schaltmuffe in Eingriff mit der Schaltringlasche gebracht wird, kann der Schaltring aus der ersten in die zweite Position gebracht werden, wobei die Kegelräder bzw. das mindestens eine Ausgleichskegelrad von der Eingriffsposition in die Freigabeposition überführt werden.
Insbesondere kann der Schaltring zum Schalten des mindestens einen Ausgleichskegelrads vorgesehen sein, wobei eine Ebene des Schaltrings normal auf die Abtriebsachse(n) steht.
Für die Wirkverbindung zwischen der zumindest einen Rampe und dem zumindest einen Ausgleichskegelrad bzw. dem zumindest einen der Kegelräder ist typischerweise zumindest ein Zwischenstück vorgesehen, auf dem die Rampe abgleitet. Das zumindest eine Zwischenstück drückt entsprechend der Rampenkontur gegen das zumindest eine Ausgleichskegelrad bzw. das zumindest eine der Kegelräder, um dieses axial zu bewegen.
Selbstverständlich können zwei Rampen vorgesehen sein, die über zwei Zwischenstücke gegen die beiden Kegelräder oder zwei Ausgleichskegelräder drücken.
Die zumindest eine Rampe ist typischerweise exzentrisch gestaltet, wobei auch mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Radien vorgesehen sein können. Beispielsweise wäre es denkbar, zwei exzentrische Abschnitte vorzusehen, die in die gleiche Richtung gekrümmt sind, wobei die beiden Abschnitte unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen und über einen Verbindungsabschnitt mit entgegengesetzter Krümmung verbunden sind. Grundsätzlich sind für die jeweilige Geometrie der zumindest einen Rampe aber nahezu beliebige Kombinationen aus Geraden, Kreisbögen, Ellipsenbögen und/oder dgl. möglich.
Die Vorsehung des Schaltrings erlaubt eine dramatische Verkürzung des Wegs, den die Schaltmuffe in einer Betätigungsrichtung auf den Schaltring zu bewegt werden muss, wobei gleichzeitig die aufzuwendende Kraft für diese Bewegung der Schaltmuffe auf ein akzeptables Maß begrenzt werden kann, da über die Rampengeometrie und den Schaltwinkel ein entsprechend weiterer Weg mit der Wirkverbindung assoziiert werden kann. Der Schaltwinkel liegt dabei typischerweise im Bereich von 45° bis 180°, bevorzugt im Bereich von 60° bis 120°, beispielsweise bei 90°.
Konkret lässt sich der Weg der Schaltmuffe in
Betätigungsrichtung typischerweise von einigen zehn auf wenige Millimeter verkürzen, beispielsweise auf 4 mm statt 24 mm. Hierdurch wird zum einen eine wesentlich kompaktere Bauweise möglich. Zum anderen lassen sich schnelle SchaltZeiten, genauer schnelle Zeiten für die Betätigung der Schaltmuffe bzw. für die Bewegung der Schaltmuffe in Betätigungsrichtung, realisieren, wobei eine große Flexibilität bei der Wahl eines Aktuators zur Bewegung der Schaltmuffe in Betätigungsrichtung besteht. Beispielsweise kann die Schaltmuffe in Betätigungsrichtung mittels eines Elektromagneten bewegt werden.
Um den Eingriff der Schaltmuffe mit der mindestens einen Schaltringlasche besonders einfach realisieren zu können, ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad-Differentialgetriebes vorgesehen, dass die Schaltmuffe mindestens einen Reibkonus aufweist, dass die mindestens eine Schaltringlasche eine Reibfläche aufweist, dass die Schaltmuffe in einer Betätigungsrichtung auf den Schaltring zu bewegbar ist und dass durch das Bewegen der Schaltmuffe in Betätigungsrichtung der mindestens eine Reibkonus in Eingriff mit der Reibfläche der mindestens einen Schaltringlasche bringbar ist, wenn sich der Schaltring in der ersten Position befindet, um den sich mit dem Differentialkorb mitdrehenden Schaltring abzubremsen und so relativ zum Differentialkorb um den Schaltwinkel in die zweite Position zu bewegen .
Insbesondere kann dabei die Rampengeometrie so ausgelegt sein, dass der Schaltring über die Zwischenstücke dann nicht mehr so gegen das mindestens eine Ausgleichskegelrad bzw. gegen das mindestens eine der Kegelräder drückt, dass dieses in der Eingriffsposition fixiert wird. Über zumindest ein geeignetes Federelement, insbesondere über zumindest eine axial angeordnete Druckfeder, kann das mindestens eine Ausgleichskegelrad bzw. das mindestens eine der Kegelräder dann in die Freigabeposition gedrückt werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad-Differentialgetriebes ist vorgesehen, dass zumindest eine Feder, insbesondere zumindest eine Torsionsfeder, vorgesehen ist, die durch die Bewegung des Schaltrings von der ersten Position in die zweite Position gespannt wird, um den Schaltring durch Entspannen der Feder wieder in die erste Position zurück bewegen zu können.
Die Feder gestattet ein rasches Schalten bzw. Bewegen des Schaltrings zurück von der zweiten Position in die erste Position .
Insbesondere kann dabei gemäß der Rampengeometrie der Schaltring über das mindestens eine Zwischenstück das mindestens eine Ausgleichskegelrad bzw. das mindestens eine der Kegelräder in die Eingriffsposition schieben bzw. drücken.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad-Differentialgetriebes ist vorgesehen, dass zumindest ein, insbesondere federbelastetes, Arretierungselement vorgesehen ist, dass die mindestens eine Schaltringlasche eine Arretierungskontur aufweist und dass das Arretierungselement mit der Arretierungskontur durch das Bewegen des Schaltrings von der ersten Position in die zweite Position verrastbar ist, um den Schaltring in der zweiten Position zu halten.
Bei dem mindestens einen federbelasteten Arretierungselement kann es sich beispielsweise um mindestens eine Arretierungsfeder handeln.
Wenn das jeweilige Arretierungselement mit der jeweiligen Arretierungskontur verrastet ist, wird ein Zurückbewegen bzw. ein Zurückdrehen des Schaltrings in die erste Position, insbesondere aufgrund der Federkraft der Feder bzw. Torsionsfeder, verhindert.
Entsprechend kann die Schaltmuffe nach Betätigung zunächst in eine Ausgangsposition bzw. Nichteingriffsposition, in der die Schaltmuffe nicht in Eingriff mit dem Schaltring bzw. der mindestens einen Schaltringlasche steht, zurück gefahren werden, also entgegen der Betätigungsrichtung, beispielsweise mittels einer dafür vorgesehenen Feder. D.h. für das Zurückbewegen der Schaltmuffe ist der Aktuator nicht (und auch kein eigener Aktuator) notwendig.
Darüberhinaus eröffnet dies die Möglichkeit, durch erneutes Betätigen der Schaltmuffe, d.h. durch erneutes Bewegen der Schaltmuffe in Betätigungsrichtung, die Arretierung wieder zu lösen und damit die Bewegung des Schaltrings zurück in die erste Position (durch die Feder bzw. Torsionsfeder) auszulösen. Für das erneute Bewegen der Schaltmuffe in Betätigungsrichtung kann dabei natürlich derselbe Aktuator wie für die vorangegangene Bewegung in Betätigungsrichtung verwendet werden. Da also nur ein Aktuator notwendig ist, der noch dazu nur für die Bewegung der Schaltmuffe in einer Richtung benötigt wird, kann der Aktuator sehr einfach und sehr rasch arbeitend ausgeführt werden, beispielsweise als Elektromagnet .
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad-Differentialgetriebes ist vorgesehen, dass die Arretierungskontur der mindestens einen Schaltringlasche einen Anlaufabschnitt aufweist, um beim Bewegen des Schaltrings von der ersten Position in die zweite Position das Arretierungselement auf dem Anlaufabschnitt abgleiten lassen zu können, und dass hinter dem Anlaufabschnitt ein Rastabschnitt der Arretierungskontur vorgesehen ist, um das Arretierungselement mit dem Rastabschnitt verrasten lassen zu können, wenn der Schaltring von der ersten Position in die zweite Position bewegt worden ist.
Durch den Anlaufabschnitt wird eine problemlose Bewegung des Schaltrings von der ersten in die zweite Position sichergestellt. Der Rastabschnitt wiederum gewährleistet ein zuverlässiges Verrasten des Arretierungselements mit der Arretierungskontur nachdem bzw. unmittelbar nachdem der Schaltring (von der ersten Position) in die zweite Position bewegt worden ist. Entsprechend ist der Rastabschnitt in einer Drehrichtung gesehen, die der Bewegung von der ersten Position in die zweite Position entspricht, hinter dem Anlaufabschnitt angeordnet .
Wie bereits geschildert, kann die Schaltmuffe dazu eingerichtet sein, durch erneutes Bewegen in der Betätigungsrichtung, nachdem die Schaltmuffe z.B. (mittels einer Feder) nach dem vorangegangenen Bewegen in der Betätigungsrichtung in die Nichteingriffsposition bewegt worden ist, die Arretierung zu lösen, um die Bewegung des Schaltrings mittels der zumindest einen Feder bzw. Torsionsfeder zurück in die erste Position - mit sehr kurzer Schaltzeit und relativ geringer Betätigungskraft - zu ermöglichen. Das zumindest eine Ausgleichskegelrad bzw. das zumindest eine der Kegelräder wird dabei mittels des mindestens einen Federelements bzw. der mindestens einen Druckfeder wieder in die Eingriffsposition gebracht. Entsprechend ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad- Differentialgetriebes vorgesehen, dass die Schaltmuffe zumindest einen Entriegelungsabschnitt aufweist, wobei der Entriegelungsabschnitt - insbesondere durch Bewegen der Schaltmuffe in einer Betätigungsrichtung auf den Schaltring zu, wenn die Schaltmuffe zunächst nicht in Eingriff mit der mindestens einen Schaltringlasche ist - in Eingriff mit dem zumindest einen Arretierungselement bringbar ist, um die Verrastung des Arretierungselements mit der Arretierungskontur zu lösen. Wie aus dem oben Gesagten bereits hervorgeht, ist „zunächst" insbesondere als „vor der Bewegung in Betätigungsrichtung" zu verstehen, wenn sich die Schaltmuffe also in der Nichteingriffsposition befindet, nachdem die Schaltmuffe zuvor in Eingriff mit der mindestens einen Schaltlasche gebracht worden ist (insbesondere mittels des Aktuators), um den Schaltring in die zweite Position zu bewegen, und anschließend wieder in die Nichteingriffsposition bewegt worden ist (insbesondere mittels der Feder).
Um eine konstruktiv möglichst einfache Realisierung der Lösung der Arretierung zu ermöglichen, ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad- Differentialgetriebes vorgesehen, dass der mindestens eine Entriegelungsabschnitt als Entriegelungskonus ausgeführt ist, dass das mindestens eine Arretierungselement als mindestens eine Arretierungsfeder so ausgeführt ist, um mit einem freien Ende auf dem Entriegelungskonus abgleiten und so die Verrastung der Arretierungsfeder mit der Arretierungskontur durch Bewegen der Schaltmuffe in einer Betätigungsrichtung auf den Schaltring zu lösen zu können, wenn die Schaltmuffe zunächst nicht in Eingriff mit der mindestens einen Schaltringlasche ist.
Durch das Abgleiten auf dem Entriegelungskonus wird die jeweilige Arretierungsfeder über den bzw. aus dem Rastabschnitt gehoben und wird die Arretierung somit gelöst.
Klarerweise ist dabei der Entriegelungskonus so angeordnet bzw. ausgelegt, dass dieser in Eingriff mit der mindestens einen Arretierungsfeder kommt, noch bevor der Reibkonus in Eingriff mit der Reibfläche des mindestens einen Schaltrings kommen kann. Bzw. sind der Entriegelungskonus und die mindestens eine Arretierungsfeder entsprechend aufeinander abgestimmt .
Wie aus dem oben Gesagten bereits hervorgeht, ist „zunächst" insbesondere als „vor der Bewegung in Betätigungsrichtung" zu verstehen, wenn sich die Schaltmuffe also in der Nichteingriffsposition befindet, nachdem die Schaltmuffe zuvor in Eingriff mit der mindestens einen Schaltlasche gebracht worden ist (insbesondere mittels des Aktuators), um den Schaltring in die zweite Position zu bewegen, und anschließend wieder in die Nichteingriffsposition bewegt worden ist (insbesondere mittels der Feder).
Um umgekehrt sicherzustellen, dass die mindestens eine Arretierungsfeder das Bewegen der Schaltmuffe in Betätigungsrichtung nicht stört, wenn der Schaltring mittels der Schaltmuffe von der ersten Position in die zweite Position bewegt werden soll, ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad- Differentialgetriebes vorgesehen, dass die Schaltmuffe zumindest eine Ausnehmung zur Aufnahme des freien Endes der zumindest einen Arretierungsfeder aufweist, wobei das freie Ende in der Ausnehmung durch Bewegen der Schaltmuffe in der Betätigungsrichtung, wenn die Schaltmuffe zunächst nicht in Eingriff mit der mindestens einen Schaltringlasche ist und der Schaltring in der ersten Position ist, anordenbar ist. Wie aus dem oben Gesagten bereits hervorgeht, ist „zunächst" insbesondere als „vor der Bewegung in Betätigungsrichtung" zu verstehen, wenn sich die Schaltmuffe also in der Nichteingriffsposition befindet, bevor die Schaltmuffe (insbesondere mittels des Aktuators) in Eingriff mit der mindestens einen Schaltlasche gebracht wird, um den Schaltring von der ersten in die zweite Position zu bewegen.
Im Ergebnis kann durch wiederholtes Bewegen der Schaltmuffe in Betätigungsrichtung (insbesondere mittels des Aktuators), jeweils gefolgt von einem Zurückbewegen der Schaltmuffe in eine Ausgangsposition bzw. Nichteingriffsposition (insbesondere mittels der Feder) der Schaltring von der ersten Position in die zweite Position bewegt werden und kann die Zurückbewegung des Schaltrings von der zweiten Position in die erste Position bewirkt werden, um das zumindest eine der Kegelräder bzw. das mindestens eine Ausgleichskegelrad von der Eingriffsposition in die Freigabeposition und retour zu überführen bzw. zu schalten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad-Differentialgetriebes ist vorgesehen, dass die Abtriebsachsen deckungsgleich sind. Ein besonders einfacher und für den Einsatz bei Fahrzeugen besonders relevanter Aufbau ist die Folge.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad-Differentialgetriebes ist vorgesehen, dass die Kegelräder und das mindestens eine Ausgleichskegelrad als Zahnräder ausgebildet sind, wobei die Zahnräder Zähne mit einer Zahnbreite aufweisen, die größer als eine Zahnhöhe der Zähne ist.
Durch die Ausbildung als Zahnräder wird insbesondere für den Fahrzeugbau eine besonders relevante Ausführungsform geschaffen .
Vorzugsweise ist auch das Außenrad als Zahnrad, insbesondere als Tellerrad (dessen Antrieb z.B. über eine Kardanwelle erfolgen kann) oder Stirnrad (dessen Antrieb z.B. über ein Stirnrad erfolgen kann), ausgebildet.
Generell ist festzuhalten, dass das erfindungsgemäße Kegelrad- Differentialgetriebe seine Funktion auch erfüllen kann, wenn die Kegelräder und das mindestens eine Ausgleichskegelrad nicht als Zahnräder, sondern z.B. als Reibräder ausgeführt sind. Ebenso ist es denkbar, dass das Außenrad nicht als Zahnrad, sondern z.B. als Reibrad ausgeführt ist.
Zahnräder weisen üblicherweise Zähne mit einer Zahnhöhe auf, die größere als eine Zahnbreite ist, wobei die Zahnbreite wie üblich entlang einer Bezugslinie am mittleren Teilkegeldurchmesser gemessen ist. Ungeachtet der üblicherweise relativ langsamen Relativdrehung der Kegelräder und Ausgleichskegelräder zueinander - keine Relativdrehung bei Geradeausfahrt; enge Kurven werden üblicherweise eher langsam durchfahren, und schnell gefahrene Kurven sind üblicherweise eher weit, sodass die Relativdrehung auch bei Kurvenfahrt typischerweise mit eher niedrigen Drehzahlen erfolgt - ist eine gute Schaltbarkeit der Kegelräder wünschenswert. Im Hinblick auf eine verbesserte Schaltbarkeit zwischen der Freigabeposition und der Eingriffsposition und umgekehrt ist vorgesehen, die Zahnbreite größer als die Zahnhöhe zu gestalten. Ein rascher Eingriff der Zahnräder ineinander beim Schalten wird hierdurch begünstigt.
Alternativ oder zusätzlich ist es zur besseren Schaltbarkeit bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad-Differentialgetriebes vorgesehen, dass die Kegelräder und das mindestens eine Ausgleichskegelrad als Zahnräder ausgebildet sind, wobei die Zahnräder Zähne aufweisen, die jeweils in einem Übergangsbereich zwischen einem Zahnkopf und einer Zahnflanke eine Kontur haben, welche Kontur
- eine elliptische Geometrie aufweist oder
- eine Geometrie mit zwei unterschiedlichen Radien aufweist oder
- eine flache Fase mit einem Fasenwinkel zwischen 5° und 15° aufweist. Im Gegensatz zu bekannten Arten der Zahnkopfbearbeitung, wie z.B. der Brechung von Kanten des Zahnkopfs oder der Versehung der Kanten mit einem einzelnen Radius, kann mit den drei genannten Geometrien jeweils eine deutliche Schaltverbesserung erzielt werden.
Mit der elliptischen Geometrie ist gemeint, dass die Kontur des jeweiligen Zahns im Übergangsbereich zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, einen Ellipsenbogen ausbildet .
Die genannten Geometrien begünstigen ein Abgleiten der Zahnräder aufeinander beim Ineinandergreifen der Zahnräder bei deren Schaltung, was zu einem verbesserten Schaltverhalten führt. Analog zum oben Gesagten ist erfindungsgemäß ein Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend mindestens ein erfindungsgemäßes Kegelrad-Differentialgetriebe zur wahlweisen Einschaltung und Ausschaltung des Antriebs von mit den Kegelrädern drehfest verbundenen Seitenwellen.
D.h. das erfindungsgemäße Kegelrad-Differentialgetriebe kann als Achsdifferentialgetriebe im Kraftfahrzeug Verwendung finden, um den Antrieb der mit dem erfindungsgemäßen Kegelrad- Differentialgetriebe ausgestatteten Achse wahlweise ein und auszuschalten. Das Außenrad des Kegelrad-Differentialgetriebes wird dabei stets angetrieben bzw. kann dabei stets angetrieben werden.
Insbesondere lässt sich auf diese Weise ein Kraftfahrzeug mit zuschaltbarem Allradantrieb realisieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind beispielhaft und sollen den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben.
Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische axonometrische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kegelrad- Differentialgetriebes, wobei ein Differentialkorb abschnittsweise aufgeschnitten gezeichnet ist und ein mit dem Differentialkorb drehfest verbundenes Außenrad nicht abgebildet ist
Fig. 2 eine Aufsicht auf das Kegelrad-Differentialgetriebe der Fig. 1 entlang einer Abtriebsachse 3 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie B-B aus Fig. 2, wobei sich Ausgleichskegelräder mit Kegelrädern des Kegelrad-Differentialgetriebes in einer Eingriffsposition befinden
4 eine Schnittansicht wie Fig. 3, wobei sich die Ausgleichskegelräder jedoch in einer Freigabeposition befinden
5 eine schematische axonometrische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad- Differentialgetriebes, wobei der Differentialkorb abschnittsweise aufgeschnitten gezeichnet ist und das Außenrad nicht abgebildet ist
6 eine Aufsicht auf das Kegelrad-Differentialgetriebe der Fig. 5 entlang einer der Abtriebsachsen
7 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie C-C aus Fig. 6, wobei sich die Kegelräder mit den Ausgleichskegelrädern in der Eingriffsposition befinden
8 eine Schnittansicht wie Fig. 7, wobei sich eines der Kegelräder jedoch in der Freigabeposition befindet
9 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad-Differentialgetriebes mit einem Schaltring als Betätigungselement, wobei die Ausgleichskegelräder in der Eingriffsposition sind
10 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie X-X in Fig. 9, wobei die Pfeile die Blickrichtung andeuten
11 eine Seitenansicht analog zu Fig. 9, wobei die Ausgleichskegelräder in der Freigabeposition sind
12 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie XII-XII in Fig. 11, wobei die Pfeile die Blickrichtung andeuten Fig. 13 eine Detailansicht einer Schaltlasche des Schaltrings
Fig. 14a eine Detailseitenansicht, vor einer Bewegung des
Schaltring mittels einer Schaltmuffe aus einer ersten Position in eine zweite Position
Fig. 14b eine Detailseitenansicht analog zu Fig. 14a, nachdem der Schaltring durch Bewegen der Schaltmuffe in einer Betätigungsrichtung aus der ersten in die zweite Position bewegt worden ist
Fig. 14c eine Detailansicht analog zu Fig. 14b, wobei die Schaltmuffe wieder in eine Nichteingriffsposition gegen die Betätigungsrichtung zurück bewegt worden ist
Fig. 14d eine Detailansicht analog zu Fig. 14c, wobei die Schaltmuffe erneut in Betätigungsrichtung bewegt worden ist, um eine Verrastung einer Arretierungsfeder mit einer Arretierungskontur der Schaltlasche zu lösen
Fig. 15 eine schematische Darstellung eines abgewickelten
Bezugsprofils von Zahnrädern, welche die Kegelräder und die Ausgleichskegelräder ausbilden, wobei eine Zahnbreite von Zähnen der Zahnräder größer als eine Zahnhöhe der Zähne ist
Fig. 16 eine schematische Darstellung des abgewickelten Bezugsprofils, wobei die Zähne jeweils in einem Übergangsbereich zwischen einem Zahnkopf und einer Zahnflanke eine fürs Schalten optimierte Kontur aufweisen
Fig. 17a eine vergrößerte Ansicht des Details XVII in Fig. 16, wobei die Kontur eine elliptische Geometrie aufweist
Fig. 17b eine Ansicht analog zu Fig. 17a, wobei die Kontur eine Geometrie mit zwei unterschiedlichen Radien aufweist Fig. 17c eine Ansicht analog zu Fig. 17a, wobei die Kontur eine flache Fase aufweist
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kegelrad- Differentialgetriebes 1 in einer axonometrischen Ansicht, wobei ein Differentialkorb 2 des Kegelrad-
Differentialgetriebes 1 aus Klarheitsgründen abschnittsweise aufgeschnitten dargestellt ist. Falls der Differentialkorb 2 einteilig ausgeführt ist, ist aus Montagegründen tatsächlich eine, vorzugsweise verschließbare, Öffnung typischerweise im aufgeschnittenen Bereich vorgesehen, wobei auch noch zumindest eine weitere Öffnung vorgesehen sein kann, die z.B. symmetrisch gegenüberliegend zur Öffnung angeordnet ist. Falls der Differentialkorb 2 mehrteilig ausgeführt ist, wäre es denkbar, keine Öffnungen vorzusehen, wobei aber natürlich auch in diesem Fall zumindest eine, vorzugsweise verschließbare, Öffnung vorgesehen sein kann, um die Montage zu erleichtern oder ggf. eine Wartung zu ermöglichen. Weiters ist aus Klarheitsgründen ein mit dem Differentialkorb 2 drehfest verbundenes Außenrad 8 (vgl. z.B. Fig. 2), über das der Differentialkorb 2 antreibbar ist, in Fig. 1 nicht dargestellt .
Es sei bemerkt, dass das oben Gesagte auch für die Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrad- Differentialgetriebes 1 in Fig. 5 analog gilt, weshalb auch in Fig. 5 aus Klarheitsgründen der Differentialkorb 2 aufgeschnitten dargestellt und das Außenrad 8 nicht abgebildet ist.
Im Inneren des Differentialkorbs 2 sind zwei Kegelräder 3 gegenüberliegend angeordnet. Die Kegelräder 3 sind jeweils um eine Abtriebsachse 5 drehbar gelagert, wobei die Abtriebsachsen 5 der beiden Kegelräder 3 in den dargestellten Ausführungsbeispielen deckungsgleich sind oder mit anderen Worten nur eine Abtriebsachse 5 für beide Kegelräder 3 gegeben ist.
Die Kegelräder 3 sind dabei drehfest mit jeweils einer Seitenwelle 6 verbunden, wobei die Abtriebsachsen 5 die Drehachsen der Seitenwellen 6 sind.
Wenn der Differentialkorb 2 über das Außenrad 8 angetrieben wird, dreht sich der Differentialkorb 2 ebenfalls um die Abtriebsachsen 5.
Das Kegelrad-Differentialgetriebe 1 umfasst weiters mindestens ein Ausgleichskegelrad 4, welches um eine Ausgleichskegelradachse 7 drehbar gelagert ist. In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind genau zwei Ausgleichskegelräder 4 vorgesehen, die im Differentialkorb 2 gegenüberliegend so angeordnet sind, dass die Ausgleichskegelradachsen 7 deckungsgleich sind oder mit anderen Worten nur eine Ausgleichskegelradachse 7 für beide Ausgleichskegelräder 4 gegeben ist. Entsprechend genügt ein einziger, durchgehender Lagerbolzen 13 zur drehbaren Lagerung der beiden Ausgleichskegelräder 14, wobei die
Ausgleichskegelradachse 7 mit der Längsachse des Lagerbolzens 13 deckungsgleich ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das mindestens eine Ausgleichskegelrad 4 entlang seiner Ausgleichskegelradachse 7 und/oder zumindest eines der Kegelräder 3 entlang seiner Abtriebsachse 5 zwischen einer Eingriffsposition 9 und einer Freigabeposition 10 verschiebbar ist, wobei in der Eingriffsposition 9, aber nicht in der Freigabeposition 10, das mindestens eine Ausgleichskegelrad 4 in Eingriff mit den beiden Kegelrädern 3 steht und diese miteinander verbindet. D.h. in der Eingriffsposition 9 sind die Kegelräder 3 und das mindestens eine Ausgleichskegelrad 4 in Eingriff miteinander. Beim Antrieb des Differentialkorbs 2 (über das Außenrad 8) erfolgt entsprechend ein Antrieb der Seitenwellen 6, wobei das Kegelrad-Differentialgetriebe 1 die übliche
Differentialfunktion erfüllt und unterschiedliche Drehzahlen der Kegelräder 3 bzw. Seitenwellen 6 zulässt, wie sie z.B. bei Kurvenfahrt auftreten. Hierbei gleicht das mindestens eine Ausgleichskegelrad 4 die ungleichen Drehzahlen der Kegelräder 3 aus.
Sind hingegen alle Ausgleichskegelräder 4 und/oder eines der Kegelräder 3 in seiner Freigabeposition 10, besteht keine rotatorische Verbindung mehr zwischen den Kegelrädern 3. Entsprechend erfolgt dann kein Antrieb der Seitenwellen 6, wenn der Differentialkorb 2 (über das Außenrad 8) angetrieben wird.
Im ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 sind nur die beiden Ausgleichskegelräder 4 verschiebbar, nicht jedoch die Kegelräder 3. Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7 und Fig. 8 illustrieren hingegen das zweite Ausführungsbeispiel, bei dem nur eines der beiden Kegelräder 3 verschiebbar ist. Das andere Kegelrad 3 sowie die beiden Ausgleichskegelräder 4 sind im zweiten Ausführungsbeispiel nicht verschiebbar. Grundsätzlich sind aber auch Ausführungsvarianten denkbar, bei denen sowohl das mindestens eine Ausgleichskegelrad 4 als auch zumindest eines der Kegelräder 3 verschiebbar sind.
Generell ist noch anzumerken, dass in den dargestellten Ausführungsbeispielen die Kegelräder 3, die Ausgleichskegelräder 4 sowie das Außenrad 8 als Zahnräder ausgebildet sind.
Die Details des ersten Ausführungsbeispiels werden in Fig. 3 und Fig. 4 deutlich, welche eine schematische Schnittansicht gemäß der Schnittlinie B-B aus Fig. 2 zeigen, wobei die Pfeile in Fig. 2 die Blickrichtung andeuten. Die beiden Ausgleichskegelräder 4 sind am Lagerbolzen 13 nicht nur drehbar, sondern auch parallel zur Ausgleichskegelradachse 7 verschiebbar gelagert, um durch Verschiebung zwischen der Freigabeposition 10 und der Eingriffsposition 9 hin und her bewegt werden zu können.
Fig. 3 zeigt die Eingriffsposition 9, in der die beiden Ausgleichskegelräder 4 jeweils in Eingriff mit beiden Kegelrädern 3 stehen und letztere rotatorisch miteinander verbinden. Die beiden zueinander weisenden Pfeile in Fig. 3 deuten dabei die Bewegungsrichtung der beiden
Ausgleichskegelräder 4 aus ihrer jeweiligen Freigabeposition 10 in die Eingriffsposition 9 an.
Demgegenüber zeigt Fig. 4 die beiden Ausgleichskegelräder 4 in ihrer Freigabeposition 10, in welcher kein Eingriff der Ausgleichskegelräder 4 mit den Kegelrädern 3 besteht und die Kegelräder 3 daher nicht rotatorisch miteinander verbunden sind. Die beiden voneinander weg weisenden Pfeile in Fig. 4 deuten dabei die Bewegungsrichtung der beiden Ausgleichskegelräder 4 aus der Eingriffsposition 9 in die jeweilige Freigabeposition 10 an.
Um die Bewegung der Ausgleichskegelräder 4 von außerhalb des Differentialkorbs 2 bewirken zu können, ist für jedes Ausgleichskegelrad 4 jeweils ein Betätigungselement 11 vorgesehen. Die Betätigungselemente 11 sind ebenfalls am Lagerungsbolzen 13 parallel zur Ausgleichskegelradachse 7 verschiebbar gelagert, wobei sie zwischen einer ersten Position 17 und einer zweiten Position 18 hin und her bewegt werden können.
Die Betätigungselemente 11 umfassen zueinander weisende Innenabschnitte 14, zwischen denen die beiden
Ausgleichskegelräder 4 angeordnet sind. Konkret kontaktieren die Innenabschnitte 14 die Ausgleichskegelräder 4 bzw. liegen die Innenabschnitte 14 an den Ausgleichskegelrädern 4 zumindest abschnittsweise an, wodurch eine formschlüssige Wirkverbindung zwischen den Ausgleichskegelrädern 4 und den Innenabschnitten 14 gegeben ist.
Es wäre theoretisch auch denkbar, dass die Innenabschnitte 14 zur Herstellung der Wirkverbindung fix oder zumindest drehfest (z.B. durch Klauen) mit den Ausgleichskegelrädern 4 verbunden sind, wobei die Betätigungselemente 11 dann auch drehbar um die Ausgleichskegelradachse 7 am Lagerbolzen 13 gelagert sein müssen.
Die Betätigungselemente 11 weisen weiters jeweils einen Außenabschnitt 15 auf, der durch den Differentialkorb 2 nach außen ragt, wobei entsprechende Ausnehmungen im Differentialkorb 2 für die Außenabschnitte 15 vorgesehen sind. Indem von außen der jeweilige Außenabschnitt 15 kontaktiert und auf diesen gedrückt wird, kann das jeweilige Betätigungselement 11 aus der ersten Position 17 in die zweite Position 18 bewegt bzw. in der zweiten Position 18 gehalten werden.
Aufgrund des Formschlusses bzw. des Kontakts zwischen den Innenabschnitten 14 und den Ausgleichskegelrädern 4 werden die Ausgleichskegelräder 4 aus ihrer Freigabeposition 10 in die Eingriffsposition 9 gedrückt, wenn die Betätigungselemente 11 von der ersten Position 17 in die zweite Position 18 bewegt werden. Bzw. werden die Ausgleichskegelräder 4 in der Eingriffsposition 9 gehalten, wenn die Betätigungselemente 11 in der zweiten Position 18 gehalten werden. Entsprechend sind die Betätigungselemente 11 in Fig. 3 in der zweiten Position 18 dargestellt und in Fig. 4 in der ersten Position 17.
Wenn von außen nicht gegen den jeweiligen Außenabschnitt 15 gedrückt wird, kann das jeweilige Betätigungselement 11 aus der zweiten Position 18 in die erste Position 17 bewegt werden. Hierzu ist im ersten Ausführungsbeispiel mindestens ein Federelement (aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt) vorgesehen, das die Ausgleichskegelräder 4 und damit auch die Betätigungselemente 11 parallel zur Ausgleichskegelradachse 7 nach außen drückt. Entsprechend bewegen sich die Ausgleichskegelräder 4 aufgrund der Federkraft aus der Eingriffsposition 9 in ihre Freigabepositionen 10 und die Betätigungselemente 11 aus den zweiten Positionen 18 in ihre ersten Positionen 17.
Zur Bewegung der Betätigungselemente 11 ist im ersten Ausführungsbeispiel eine Schaltmuffe 12 vorgesehen, die außerhalb des Differentialkorbs 2 am Differentialkorb 2 parallel zu den Abtriebsachsen 5 verschiebbar gelagert ist. Durch die Verschiebung der Schaltmuffe 12 kann diese in Eingriff mit dem jeweiligen Außenabschnitt 15 der Betätigungselemente 11 gebracht werden, um die Betätigungselemente 11 aus der ersten Position 17 in die zweite Position 18 zu bewegen bzw. in der zweiten Position 18 zu halten. Hierbei kontaktiert die Schaltmuffe 12 die Außenabschnitte 15 und drückt gegen diese.
In Fig. 3 deutet der punktierte Pfeil die Bewegung der Schaltmuffe 12 parallel zu den Abtriebsachsen 5 und auf die Ausgleichskegelradachse 7 zu an, um den Eingriff mit den Außenabschnitten 15 herzustellen und die Betätigungselemente 11 und damit auch die Ausgleichskegelräder 4 parallel zur Ausgleichskegelradachse 7 nach innen bzw. aufeinander zu zu bewegen, wodurch die Betätigungselemente 11 in die zweite Position 18 und die Ausgleichskegelräder 4 in die Eingriffsposition 9 gebracht bzw. in dieser gehalten werden. Analog deutet der punktierte Pfeil in Fig. 4 die Bewegung der Schaltmuffe 12 parallel zu den Abtriebsachsen 5 und von der Ausgleichskegelradachse 7 weg an, um den Eingriff mit den Außenabschnitten 15 aufzuheben, sodass sich die Betätigungselemente 11 und die Ausgleichskegelräder 4 im Zusammenspiel mit dem oben genannten mindestens einen Federelement parallel zur Ausgleichskegelradachse 7 nach außen bzw. voneinander weg bewegen können, wodurch die Betätigungselemente 11 in die erste Position 17 und die Ausgleichskegelräder 4 in die Freigabeposition 10 gelangen.
Da die Bewegungsrichtung der Schaltmuffe 12 einerseits und die Bewegungsrichtung der Betätigungselemente 11 andererseits im Wesentlichen normal aufeinander stehen, weisen die Außenabschnitte 15 ebene Anlaufflächen 16 auf, die schräg zur Bewegungsrichtung der Schaltmuffe 12 bzw. schräg zu den Abtriebsachsen 5 verlaufen und mit den Abtriebsachsen 5 einen spitzen Winkel einschließen. Die Schaltmuffe 12 weist einen entsprechenden Gegenstückabschnitt 21 auf, der eine Anlauffläche der Schaltmuffe 12 ausbildet und als Gegenstück zu den Anlaufflächen 16 ausgeführt ist, um die Herstellung des Eingriffs der Schaltmuffe 12 mit den Außenabschnitten 15 zu erleichtern. Dabei gleiten die Anlaufflächen 16 und der Gegenstückabschnitt 21 aufeinander ab, sodass die Betätigungselemente 11 quer bzw. im Wesentlichen normal zur Bewegungsrichtung der Schaltmuffe 12 bewegt werden.
Die Details des zweiten Ausführungsbeispiels werden in Fig. 7 und Fig. 8 besonders deutlich, welche eine schematische Schnittansicht gemäß der Schnittlinie C-C aus Fig. 6 zeigen, wobei die Pfeile in Fig. 6 die Blickrichtung andeuten.
Die beiden Ausgleichskegelräder 4 sind am Lagerbolzen 13 nur drehbar gelagert. Eines der Kegelräder 3 (in Fig. 7 und Fig. 8 links dargestellt) ist auf der zugehörigen Seitenwelle 6 mittels einer Schiebeverzahnung 20 parallel zur Abtriebsachse
5 verschiebbar gelagert. Das andere Kegelrad 3 (in Fig. 7 und Fig. 8 rechts dargestellt) ist mit der zugehörigen Seitenwelle
6 ebenfalls über eine Schiebeverzahnung verbunden, welche jedoch so dimensioniert ist, dass sich das Kegelrad 3 nicht parallel zur Abtriebsachse 5 bewegen kann. Fig. 7 zeigt die Eingriffsposition 9, in der auch das verschiebbare Kegelrad 3 mit den beiden Ausgleichskegelräder 4 in Eingriff steht. Entsprechend sind die beiden Kegelräder 3 über die Ausgleichskegelräder 4 rotatorisch miteinander verbunden. Der voll gezeichnete Pfeil in Fig. 7 deutet dabei die Bewegungsrichtung des verschiebbaren Kegelrads 3 aus seiner Freigabeposition 10 in die Eingriffsposition 9 an.
Demgegenüber zeigt Fig. 8 das verschiebbare Kegelrad 3 in seiner Freigabeposition 10, in welcher das verschiebbare Kegelrad 3 nicht in Eingriff mit den Ausgleichskegelrädern 4 steht. Die Kegelräder 3 sind daher nicht rotatorisch miteinander verbunden. Der voll gezeichnete Pfeil in Fig. 8 deutet dabei die Bewegungsrichtung des verschiebbaren Kegelrads 3 aus der Eingriffsposition 9 in die Freigabeposition 10 an.
Um die Bewegung des verschiebbaren Kegelrads 3 von außerhalb des Differentialkorbs 2 bewirken zu können, sind für das verschiebbare Kegelrad 3 zwei Betätigungselemente 11' vorgesehen. Die Betätigungselemente 11' sind einander gegenüberliegend angeordnet und normal zur Abtriebsachse 5 verschiebbar gelagert, wobei die Betätigungselemente 11' zwischen der ersten Position 17 und der zweiten Position 18 hin und her bewegt werden können. Bei der Bewegung von der ersten Position 17 in die zweite Position 18 bewegen sich die beiden Betätigungselemente 11' aufeinander bzw. jeweils auf die Abtriebsachse 5 zu. Bei der Bewegung von der zweiten Position 18 in die erste Position 17 bewegen sich die beiden Betätigungselemente 11' entsprechend voneinander bzw. jeweils von der Abtriebsachse 5 weg.
Die Betätigungselemente 11' sind dabei entlang der Abtriebsachse 5 und in Richtung des Lagerbolzens 13 gesehen zumindest abschnittsweise vor dem verschiebbaren Kegelrad 3 angeordnet, wenn sich das verschiebbare Kegelrad 3 in der Eingriffsposition 9 befindet.
Die Betätigungselemente 11' umfassen zueinander weisende Innenabschnitte 14, die einen Kontaktabschnitt 19 des verschiebbaren Kegelrads 3 kontaktieren bzw. am Kontaktabschnitt 19 zumindest abschnittsweise anliegen, wodurch eine Wirkverbindung zwischen dem Kontaktabschnitt 19 bzw. dem verschiebbaren Kegelrad 3 und den Innenabschnitten 14 gegeben ist.
Der Kontaktabschnitt 19 kann einstückig mit dem restlichen verschiebbaren Kegelrad 3 ausgeführt sein oder kann als separates Element ausgeführt sein, das mit dem restlichen verschiebbaren Kegelrad 3 verbunden ist.
Die Betätigungselemente 11' weisen weiters jeweils einen Außenabschnitt 15 auf, der durch den Differentialkorb 2 nach außen ragt, wobei entsprechende Ausnehmungen im Differentialkorb 2 für die Außenabschnitte 15 vorgesehen sind. Indem von außen der jeweilige Außenabschnitt 15 kontaktiert und auf diesen gedrückt wird, kann das jeweilige Betätigungselement 11' aus der ersten Position 17 in die zweite Position 18 bewegt bzw. in der zweiten Position 18 gehalten werden.
Aufgrund des Kontakts zwischen den Innenabschnitten 14 und dem Kontaktabschnitt 19 wird das verschiebbare Kegelrad 3 aus seiner Freigabeposition 10 parallel zur Abtriebsachse 5 und auf die Ausgleichskegelradachse 7 zu in die Eingriffsposition 9 gedrückt, wenn die Betätigungselemente 11' von der ersten Position 17 in die zweite Position 18 bewegt werden. Bzw. wird das verschiebbare Kegelrad 3 in der Eingriffsposition 9 gehalten, wenn die Betätigungselemente 11' in der zweiten Position 18 gehalten werden. Entsprechend sind die Betätigungselemente 11' in Fig. 7 in der zweiten Position 18 dargestellt und in Fig. 8 in der ersten Position 17. Da die Bewegungsrichtung der Betätigungselemente 11' einerseits und die Bewegungsrichtung des verschiebbaren Kegelrads 3 andererseits im Wesentlichen normal aufeinander stehen, weist der Kontaktabschnitt 19 eine Anlauffläche 22 auf, die schräg zur Bewegungsrichtung der Betätigungselemente 11' bzw. schräg zur Ausgleichskegelradachse 7 verläuft und mit der Ausgleichskegelradachse 7 einen spitzen Winkel einschließt. Die Betätigungselemente 11' weisen jeweils einen entsprechenden Gegenstückabschnitt 23 auf, der als Gegenstück zur Anlauffläche 22 ausgeführt ist. Hierdurch können die Gegenstückabschnitte 23 und die Anlauffläche 22 aufeinander abgleiten, sodass der Kontaktabschnitt 19 bzw. das verschiebbare Kegelrad 3 quer bzw. im Wesentlichen normal zur Bewegungsrichtung der Betätigungselemente 11' bewegt wird.
Wenn von außen nicht gegen den jeweiligen Außenabschnitt 15 gedrückt wird, kann das jeweilige Betätigungselement 11' aus der zweiten Position 18 in die erste Position 17 bewegt werden. Hierzu sind im zweiten Ausführungsbeispiel mehrere Federelemente (aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt) vorgesehen, die einerseits die
Betätigungselemente 11' nach außen bzw. in die erste Position
17 bewegen und andererseits das verschiebbare Kegelrad 3 entlang der Abtriebsachse 5 aus der Eingriffsposition 9 in die Freigabeposition 10. Zur Bewegung der Betätigungselemente 11' ist auch im zweiten Ausführungsbeispiel die Schaltmuffe 12 vorgesehen, die außerhalb des Differentialkorbs 2 am Differentialkorb 2 parallel zu den Abtriebsachsen 5 verschiebbar gelagert ist. Durch die Verschiebung der Schaltmuffe 12 kann diese in Eingriff mit dem jeweiligen Außenabschnitt 15 der Betätigungselemente 11' gebracht werden, um die Betätigungselemente 11' aus der ersten Position 17 in die zweite Position 18 zu bewegen bzw. in der zweiten Position
18 zu halten. Hierbei kontaktiert die Schaltmuffe 12 die Außenabschnitte 15 und drückt gegen diese. In Fig. 7 deutet der punktierte Pfeil die Bewegung der Schaltmuffe 12 parallel zu den Abtriebsachsen 5 und auf die Ausgleichskegelradachse 7 zu an, um den Eingriff mit den Außenabschnitten 15 herzustellen und die Betätigungselemente 11' nach innen bzw. aufeinander zu zu bewegen. Hierdurch werden die Betätigungselemente 11' in die zweite Position 18 gebracht, wobei das verschiebbare Kegelrad 3 durch Verschiebung parallel zur Abtriebsachse 5 und auf die Ausgleichskegelradachse 7 zu in die Eingriffsposition 9 gebracht bzw. in dieser gehalten wird. Analog deutet der punktierte Pfeil in Fig. 8 die Bewegung der Schaltmuffe 12 parallel zu den Abtriebsachsen 5 und von der Ausgleichskegelradachse 7 weg an, um den Eingriff mit den Außenabschnitten 15 aufzuheben, sodass sich die Betätigungselemente 11' nach außen bzw. voneinander weg bewegen können. Hierdurch werden im Zusammenspiel mit den oben genannten Federelementen die Betätigungselemente 11' in die erste Position 17 gebracht, wobei das verschiebbare Kegelrad 3 durch Verschiebung parallel zur Abtriebsachse 5 und von der Ausgleichskegelradachse 7 weg in die Freigabeposition 10 gelangt .
Ergänzend sei bemerkt, dass auch eine Ausführung mit nur einem einzigen Federelement (nicht dargestellt) denkbar wäre, z.B. so, dass die Betätigungselemente 11' bei Freigabe durch die Schaltmuffe 12 durch Fliehkraft nach außen bewegt werden, wodurch das einzige Federelement das verschiebbare Kegelrad 3 in die Freigabeposition 10 bringen kann und die Betätigungselemente 11' in weiterer Folge über den Kontaktabschnitt 19 des verschiebbaren Kegelrads 3 in der ersten Position 17 gehalten werden.
Da die Bewegungsrichtung der Schaltmuffe 12 einerseits und die Bewegungsrichtung der Betätigungselemente 11' andererseits im Wesentlichen normal aufeinander stehen, weisen die Außenabschnitte 15 ebene Anlauffläche 16 auf, die schräg zur Bewegungsrichtung der Schaltmuffe 12 bzw. schräg zu den Abtriebsachsen 5 verlaufen und mit den Abtriebsachsen 5 einen spitzen Winkel einschließen. Die Schaltmuffe 12 weist einen entsprechenden Gegenstückabschnitt 21 auf, der als Gegenstück zu den Anlaufflächen 16 ausgeführt ist, um die Herstellung des Eingriffs der Schaltmuffe 12 mit den Außenabschnitten 15 zu erleichtern. Dabei gleiten der Gegenstückabschnitt 21 und die Anlaufflächen 16 aufeinander ab, sodass die
Betätigungselemente 11' quer bzw. im Wesentlichen normal zur Bewegungsrichtung der Schaltmuffe 12 bewegt werden.
In der Seitenansicht der Fig. 9 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kegelrad- Differentialgetriebes 1 dargestellt, welches einen Schaltring 28, vgl. Fig. 10, als Betätigungselement für die beiden Ausgleichskegelräder 4 aufweist, wodurch sich eine extrem kompakte Bauweise ergibt. Die Ausgleichskegelräder 4 sind in Fig. 9 und Fig. 10 in der Eingriffsposition 9 dargestellt. Die Ausgleichskegelräder 4 sind dabei auf dem Lagerbolzen 13 gelagert, wobei zwischen den Ausgleichskegelrädern 4 eine Druckfeder 40 am Lagerbolzen 13 angeordnet ist, die in der Eingriffsposition 9 durch die Ausgleichskegelräder komprimiert ist, vgl. Fig. 9. Der Schaltring 28 befindet sich dabei in der ersten Position 17.
Der Schaltring 28 weist zwei Rampen 29 mit exzentrischer Geometrie auf, die den Innenabschnitt des Betätigungselements ausbilden und über Zwischenstücke 41 gegen die Ausgleichskegelräder 4 drücken bzw. mit diesen in Wirkverbindung stehen.
Weiters weist der Schaltring 28 zwei Schaltringlaschen 30 auf, die den Außenabschnitt des Betätigungselements ausbilden und von der Schaltmuffe 12 kontaktierbar sind, um den Schaltring 28 von der ersten Position 17 in die zweite Position 18 zu bewegen, wobei die zweite Position 18 mit der Freigabeposition 10 der Ausgleichskegelräder 4 assoziiert ist.
Zur Bewegung des Schaltrings 28 von der ersten Position 17 in die zweite Position 18 und umgekehrt ist der Schaltring 28 relativ zum Differentialkorb 2 rund um die Abtriebsachse 5 um einen Schaltwinkel g verdrehbar, wobei der Schaltwinkel g im gezeigten Ausführungsbeispiel ca. 90° beträgt, vgl. Fig. 12. Aufgrund der exzentrischen Geometrie der Rampen 29 werden die in der Freigabeposition 10 befindlichen Ausgleichskegelräder 4 in die Eingriffsposition 9 gedrückt bzw. entlang des Lagerbolzens 13 gegen die Kraft der Druckfeder 40 in die Eingriffsposition 9 (radial nach innen) bewegt, wenn der Schaltring 28 um den Schaltwinkel g von der zweiten Position 18 in die erste Position 17 gedreht wird, vgl. Relativdrehung 42' in Fig. 12. Umgekehrt werden die in der Eingriffsposition 9 befindlichen Ausgleichskegelräder 4 durch die Druckfeder 40 in die Freigabeposition 10 gedrückt bzw. entlang des Lagerbolzens 13 (radial nach außen) bewegt, wenn der Schaltring 28 um den Schaltwinkel g von der ersten Position 17 in die zweite Position 18 gedreht wird, vgl. Relativdrehung 42 in Fig. 10.
Grundsätzlich bewegt bzw. dreht sich der Schaltring 28 mit dem Differentialkorb 2 um die Abtriebsachse 5 mit. Um die oben genannte Relativdrehung 42 des Schaltrings 28 zu bewirken, wird die Schaltmuffe 12 aus einer Nichteingriffsposition 43 in einer Betätigungsrichtung 37 parallel zur Abtriebsachse 5 auf den Schaltring 28 zu bewegt. Zur Bewegung der Schaltmuffe 12 in der Betätigungsrichtung 37 ist ein Aktuator, z.B. ein Elektromagnet (nicht dargestellt), vorgesehen.
Durch diese Bewegung der Schaltmuffe 12 auf den Schaltring 28 zu wird ein Reibkonus 31 der Schaltmuffe 12 in Kontakt mit jeweils einer Reibfläche 32, die sich jeweils auf den Schaltringlaschen 30 befindet, gebracht, wenn sich der Schaltring 28 in der ersten Position 17 befindet. Aufgrund der Reibung zwischen Reibkonus 31 und den Reibflächen 32 wird der mit dem Differentialkorb 2 mitrotierende Schaltring 28 abgebremst und somit relativ zum Differentialkorb 2 um den Schaltwinkel g in die zweite Position 18 bewegt bzw. verdreht. Gemäß der exzentrischen Geometrie der Rampen 29 drückt die Druckfeder 40 die Ausgleichskegelräder 4 dabei in die Freigabeposition 10, vgl. Fig. 11 und Fig. 12.
Durch die beschriebene Bewegung des Schaltrings 28 von der ersten Position 17 in die zweite Position 18 werden im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Torsionsfedern 44 gespannt. Die Federkraft der Torsionsfedern 44 kann in weiterer Folge ausgenutzt werden, um den Schaltring 28 wieder in die erste Position 17 zurück zu bewegen.
Damit sich der Schaltring 28 nicht unkontrolliert nach Erreichen der zweiten Position 18 wieder in die erste Position 17 zurück bewegt, sind im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Arretierungsfedern 33 vorgesehen, die jeweils mit einer Arretierungskontur 34 der Schaltringlaschen 30 verrasten, um den Schaltring 28 in der zweiten Position 18 zu halten. Fig.
13 zeigt die Arretierungskontur 34 im Detail. Die Arretierungskontur 34 weist einen Anlaufabschnitt 35 auf, auf dem die jeweilige Arretierungsfeder 33, genauer ein ein freies Ende aufweisender Bereich der jeweiligen Arretierungsfeder 33, zu Beginn der Relativdrehung 42 des Schaltrings 28 abgleiten kann. Wenn der Schaltring 28 schließlich von der ersten Position 17 in die zweite Position 18 bewegt worden ist, verrastet die Arretierungsfeder 33 mit einem Rastabschnitt 36 der Arretierungskontur 34. Entsprechend ist der Rastabschnitt 36 in einer Drehrichtung gesehen, die der Bewegung von der ersten Position 17 in die zweite Position 18 entspricht, hinter dem Anlaufabschnitt 35 angeordnet.
Da der Schaltring 28 durch Arretierung in der zweiten Position 18 gehalten ist, kann die Schaltmuffe 12 gegen die Betätigungsrichtung 37 wieder zurück in die
Nichteingriffsposition 43 überführt werden, wobei hierfür kein Aktuator notwendig ist, sondern z.B. eine einfache Feder (nicht dargestellt) vorgesehen sein kann.
Zum Lösen der Arretierung weist die Schaltmuffe 12 einen Entriegelungskonus 38 auf. Wenn die Schaltmuffe 12 erneut (mittels des Aktuators) in der Betätigungsrichtung 37 bewegt wird, gleiten die freien Enden der Arretierungsfedern 33 auf dem Entriegelungskonus 38 ab, um die Verrastung zu lösen, indem die Arretierungsfedern 33 über den jeweiligen Rastabschnitt 36 gehoben werden. Die gespannten Torsionsfedern 44 bewegen sodann den Schaltring 28 aus der zweiten Position 18 zurück in die erste Position 17, wobei die Ausgleichskegelräder 4 über die Rampen 29 wieder in die Eingriffsposition 9 gedrückt werden.
Die oben geschilderte Abfolge ist in Fig. 14a, Fig. 14b, Fig. 14c und Fig. 14d illustriert. In Fig. 14a befindet sich der Schaltring 28 in der ersten Position 17 und die Schaltmuffe 12 in der Nichteingriffsposition 43.
Durch Bewegen der Schaltmuffe 12 in der Betätigungsrichtung 37 wird zunächst das freie Ende der Arretierungsfedern 33 in einer als Nut ausgeführten Arretierungsfedernaufnahme 39 angeordnet. Sodann gelangt der Reibkonus 31 in Kontakt mit den Reibflächen 32, wodurch der Schaltring 28 in die zweite Position 18 bewegt wird. Hierbei wird außerdem die jeweilige Arretierungskontur 34 in Eingriff mit der jeweiligen Arretierungsfeder 33 gebracht, wobei letztere im Rastabschnitt 36 verrastet, wenn der Schaltring 28 in der zweiten Position 18 angekommen ist. Diesen Zustand zeigt Fig. 14b.
In Fig. 14c ist die Schaltmuffe 12 (mittels der Feder) wieder in die Nichteingriffsposition 43 bewegt worden, sodass das freie Ende der Arretierungsfedern 33 wieder aus der Arretierungsfedernaufnahme 39 heraus geglitten ist. Aufgrund der Arretierung ist der Schaltring 28 nach wie vor in der zweiten Position 18 gehalten.
Fig. 14d illustriert das Lösen der Arretierung durch erneutes Bewegen der Schaltmuffe 12 in der Betätigungsrichtung 37, wobei jeweils das freie Ende der Arretierungsfedern 33 am Entriegelungskonus 38 abgleitet, sodass die Arretierungsfedern 33 aus dem Rastabschnitt 36 gehoben werden. Hierbei berührt der Reibkonus 31 die Reibflächen 32 nicht. Der Schaltring 28, der in Fig. 14d noch in der zweiten Position 18 gezeigt ist, wird sodann mittels der Torsionsfedern 44 in die erste Position 17 zurück gedreht.
Die Schaltmuffe 12 kann mittels der Feder (nicht dargestellt) wieder in die Nichteingriffsposition 43 überführt werden.
Durch erneutes Bewegen der Schaltmuffe 12 in Betätigungsrichtung 37 kann der Schaltring 28 in weiterer Folge wieder in die zweite Position 18 bewegt werden und so fort.
Zur Realisierung eines optimalen Schaltverhaltens der Ausgleichskegelräder 4 mit den Kegelrädern 3 kann vorgesehen sein, dass das jeweilige Zahnrad Zähne 24 mit einer Zahnbreite b aufweist, die größer als eine Zahnhöhe h der Zähne 24 ist, vgl. Fig. 15, die eine schematische Darstellung eines abgewickelten Bezugsprofils eines solchen Zahnrads zeigt. Die Zahnbreite b ist dabei wie üblich entlang einer Bezugslinie 27 am mittleren Teilkegeldurchmesser gemessen.
Alternativ oder zusätzlich kann zur Verbesserung der Schaltbarkeit vorgesehen sein, dass die Zähne 24 jeweils in einem Übergangsbereich zwischen einem Zahnkopf 25 und einer Zahnflanke 26 eine fürs Schalten optimierte Kontur aufweisen, vgl. Fig. 16, die eine schematische Darstellung eines abgewickelten Bezugsprofils eines solchen Zahnrads zeigt. Die vergrößerte Detailansicht in Fig. 17a illustriert dabei den Fall, dass die Kontur eine elliptische Geometrie aufweist, d.h. dass die Kontur des jeweiligen Zahns 24 im Übergangsbereich zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, einen Ellipsenbogen ausbildet.
Die vergrößerte Detailansicht in Fig. 17b illustriert wiederum den Fall, dass die Kontur eine Geometrie mit zwei unterschiedlichen Radien R, r aufweist. Der Radius R ist dabei größer als der Radius r, wobei beim Übergang vom Kopfbereich 25 zur Flanke 26 gesehen zuerst der Radius R Verwendung findet und dann der Radius r.
Die vergrößerte Detailansicht in Fig. 17c illustriert schließlich den Fall, dass die Kontur eine flache Fase aufweist. Ein im Wesentlichen flacher Übergangsbereich zwischen dem Zahnkopf 25 und der Zahnflanke 26 schließt dabei mit dem im Wesentlichen flachen Zahnkopf 25 einen Fasenwinkel a ein, der lediglich zwischen 5° und 15° groß ist.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Kegelrad-Differentialgetriebe
2 Differentialkorb
3 Kegelrad
4 Ausgleichskegelrad
5 Abtriebsachse
6 Seitenwelle
7 Ausgleichskegelradachse
8 Außenrad
9 Eingriffsposition
10 Freigabeposition
11, 11' Betätigungselement
12 Schaltmuffe
13 Lagerbolzen
14 Innenabschnitt des Betätigungselements
15 Außenabschnitt des Betätigungselements
16 Anlauffläche des Außenabschnitts
17 Erste Position des Betätigungselements
18 Zweite Position des Betätigungselements
19 Kontaktabschnitt des Kegelrads
20 Schiebeverzahnung
21 Gegenstückabschnitt der Schaltmuffe 22 Anlauffläche des Kontaktabschnitts
23 Gegenstückabschnitt des Innenabschnitts
24 Zahn
25 Zahnkopf
26 Zahnflanke
27 Bezugslinie
28 Schaltring
29 Rampe
30 Schaltringlasche
31 Reibkonus der Schaltmuffe
32 Reibfläche der Schaltringlasche
33 Arretierungsfeder
34 Arretierungskontur der Schaltringlasche
35 Anlauf abschnitt der Arretierungskontur
36 Rastabschnitt der Arretierungskontur
37 Betätigungsrichtung
38 Entriegelungskonus
39 Arretierungsfedernaufnahme
40 Druckfeder
41 Zwischenstück
42, 42' Relativdrehung 43 Nichteingriffsposition 44 Torsionsfeder h Zahnhöhe b Zahnbreite
R, r Radius a Fasenwinkel g Schaltwinkel

Claims

A N S P R Ü C H E
1.Kegelrad-Differentialgetriebe (1) umfassend einen Differentialkorb (2), in dessen Inneren zwei Kegelräder (3) gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die Kegelräder
(3) um jeweils eine Abtriebsachse (5) drehbar gelagert sind, das Kegelrad-Differentialgetriebe (1) weiters umfassend mindestens ein Ausgleichskegelrad (4), das im Differentialkorb (2) um eine Ausgleichskegelradachse (7) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Ausgleichskegelrad (4) entlang seiner Ausgleichskegelradachse (7) und/oder zumindest eines der Kegelräder (3) entlang seiner Abtriebsachse (5) zwischen einer Eingriffsposition (9) und einer Freigabeposition (10) verschiebbar ist, wobei in der Eingriffsposition (9), aber nicht in der Freigabeposition (10), das mindestens eine Ausgleichskegelrad (4) in Eingriff mit den beiden Kegelrädern (3) steht und diese miteinander verbindet.
2.Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Ausgleichskegelräder
(4) vorgesehen sind.
3.Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche
1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Ausgleichskegelräder (4) vorgesehen sind, die einander gegenüberliegend angeordnet sind.
4.Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für das mindestens eine Ausgleichskegelrad (4) und/oder zumindest eines der Kegelräder (3) mindestens ein Betätigungselement (11, 11') vorgesehen ist, wobei das mindestens eine Betätigungselement (11, 11') beweglich gelagert ist und wobei das mindestens eine Betätigungselement (11, 11') einen Innenabschnitt (14) aufweist, der mit dem Ausgleichskegelrad (4) und/oder dem Kegelrad (3) wirkverbunden ist, und einen Außenabschnitt (15), der durch den Differentialkorb (2) derart nach außen ragt, dass der Außenabschnitt (15) von außerhalb des Differentialkorbs (2) kontaktierbar ist, um das Betätigungselement (11, 11') von außen zumindest aus einer ersten Position (17) in eine zweite Position (18) oder umgekehrt bewegen zu können.
5.Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkverbindung zwischen dem Innenabschnitt (14) des mindestens einen Betätigungselements (11, 11') und dem mindestens einen Ausgleichskegelrad (4) und/oder dem zumindest einen der Kegelräder (3) derart ausgelegt ist, dass das Ausgleichskegelrad (4) und/oder das Kegelrad (3) in der Freigabeposition (10) ist, wenn sich das
Betätigungselement (11, 11') in der ersten Position (17) befindet, und in der Eingriffsposition (9), wenn sich das Betätigungselement (11) in der zweiten Position (18) befindet, oder umgekehrt.
6.Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Betätigungselement (11, 11'), vorzugsweise parallel zur Ausgleichskegelradachse (7) des mindestens einen Ausgleichskegelrads (4) und/oder quer zur Abtriebsachse
(5) des zumindest einen der Kegelräder (3), verschiebbar ist.
7.Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Betätigungselement (11, 11') mit seinem Innenabschnitt (14) am mindestens einen Ausgleichskegelrad (4) und/oder dem zumindest einen der Kegelräder (3) zumindest abschnittsweise anliegt, um bei der Bewegung von der ersten Position (17) in die zweite Position (18) und/oder von der zweiten Position (18) in die erste Position (17) gegen das Ausgleichskegelrad (4) und/oder das Kegelrad (3) zu drücken und dieses zu bewegen.
8.Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine bewegbare, insbesondere verschiebbare, Schaltmuffe (12) vorgesehen ist, die außerhalb des Differentialkorbs (2) angeordnet und mit dem Außenabschnitt (15) des mindestens einen Betätigungselements (11, 11') in Eingriff bringbar ist, um das Betätigungselement (11, 11') zumindest aus der ersten Position (17) in die zweite Position (18) bewegen zu können.
9.Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (12) am Differentialkorb (2), vorzugsweise parallel zu einer der Abtriebsachsen (5), verschiebbar gelagert ist.
10. Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der
Außenabschnitt (15) des mindestens einen Betätigungselements (10, 11') eine Anlauffläche (16) aufweist, die vorzugsweise schräg zu einer der Abtriebsachsen (5) verläuft.
11. Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (12) eine Anlauffläche (21) aufweist, um die Herstellung des Eingriffs der Schaltmuffe (12) mit dem Außenabschnitt (15) des mindestens einen Betätigungselements (11, 11') zu erleichtern.
12. Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach Anspruch 11 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
Anlauffläche (21) der Schaltmuffe (12) als Gegenstück zur Anlauffläche (16) des Außenabschnitts (15) des mindestens einen Betätigungselements (10, 11') ausgebildet ist.
13. Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als
Betätigungselement ein Schaltring (28) vorgesehen ist, dass der Schaltring (28) zumindest eine Rampe (29) mit exzentrischer Geometrie aufweist, wobei die zumindest eine Rampe (29) den Innenabschnitt des Betätigungselements ausbildet, dass der Schaltring (28) zumindest eine Schaltringlasche (30) aufweist, wobei die zumindest eine Schaltringlasche (30) den Außenabschnitt des Betätigungselements ausbildet, und dass der Schaltring (28) durch Drehung um einen Schaltwinkel (g) relativ zum Differentialkorb (2) von der ersten Position (17) in die zweite Position (18) und umgekehrt bewegbar ist.
14. Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (12) mindestens einen Reibkonus (31) aufweist, dass die mindestens eine Schaltringlasche (30) eine Reibfläche (32) aufweist, dass die Schaltmuffe (12) in einer Betätigungsrichtung (37) auf den Schaltring (28) zu bewegbar ist und dass durch das Bewegen der Schaltmuffe (12) in Betätigungsrichtung (37) der mindestens eine Reibkonus (31) in Eingriff mit der Reibfläche (32) der mindestens einen Schaltringlasche (30) bringbar ist, wenn sich der Schaltring (28) in der ersten Position (17) befindet, um den sich mit dem Differentialkorb (2) mitdrehenden Schaltring (28) abzubremsen und so relativ zum Differentialkorb (2) um den Schaltwinkel (g) in die zweite Position (18) zu bewegen.
15. Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach einem der
Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Feder, insbesondere zumindest eine Torsionsfeder (44), vorgesehen ist, die durch die Bewegung des Schaltrings (28) von der ersten Position (17) in die zweite Position (18) gespannt wird, um den Schaltring (28) durch Entspannen der Feder (44) wieder in die erste Position (17) zurück bewegen zu können.
16. Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein, insbesondere federbelastetes, Arretierungselement (33) vorgesehen ist, dass die mindestens eine Schaltringlasche (30) eine Arretierungskontur (34) aufweist und dass das Arretierungselement (33) mit der Arretierungskontur (34) durch das Bewegen des Schaltrings (28) von der ersten Position (17) in die zweite Position (18) verrastbar ist, um den Schaltring (28) in der zweiten Position (18) zu halten .
17. Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungskontur (34) der mindestens einen Schaltringlasche (30) einen Anlauf abschnitt (35) aufweist, um beim Bewegen des Schaltrings (28) von der ersten Position (17) in die zweite Position (18) das Arretierungselement (33) auf dem Anlauf abschnitt (35) abgleiten lassen zu können, und dass hinter dem Anlaufabschnitt (35) ein Rastabschnitt (36) der Arretierungskontur (34) vorgesehen ist, um das Arretierungselement (33) mit dem Rastabschnitt (36) verrasten lassen zu können, wenn der Schaltring (28) von der ersten Position (17) in die zweite Position (18) bewegt worden ist.
18. Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schaltmuffe (12) zumindest einen Entriegelungsabschnitt (38) aufweist, wobei der Entriegelungsabschnitt (38) - insbesondere durch Bewegen der Schaltmuffe (12) in einer Betätigungsrichtung (37) auf den Schaltring (28) zu, wenn die Schaltmuffe (12) zunächst nicht in Eingriff mit der mindestens einen Schaltringlasche (30) ist - in Eingriff mit dem zumindest einen Arretierungselement (33) bringbar ist, um die Verrastung des Arretierungselements (33) mit der Arretierungskontur (34) zu lösen.
19. Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Entriegelungsabschnitt als Entriegelungskonus (38) ausgeführt ist, dass das mindestens eine
Arretierungselement als mindestens eine Arretierungsfeder (33) so ausgeführt ist, um mit einem freien Ende auf dem Entriegelungskonus (38) abgleiten und so die Verrastung der Arretierungsfeder (33) mit der Arretierungskontur (34) durch Bewegen der Schaltmuffe (12) in einer Betätigungsrichtung (37) auf den Schaltring (28) zu lösen zu können, wenn die Schaltmuffe (12) zunächst nicht in Eingriff mit der mindestens einen Schaltringlasche (30) ist.
20. Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (12) zumindest eine Ausnehmung (39) zur Aufnahme des freien Endes der zumindest einen Arretierungsfeder (33) aufweist, wobei das freie Ende in der Ausnehmung (39) durch Bewegen der Schaltmuffe (12) in der Betätigungsrichtung (37), wenn die Schaltmuffe (12) zunächst nicht in Eingriff mit der mindestens einen Schaltringlasche (30) ist und der Schaltring (28) in der ersten Position (17) ist, anordenbar ist.
21. Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die
Abtriebsachsen (5) deckungsgleich sind.
22. Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kegelräder (3) und das mindestens eine Ausgleichskegelrad (4) als Zahnräder ausgebildet sind, wobei die Zahnräder Zähne (24) mit einer Zahnbreite (b) aufweisen, die größer als eine Zahnhöhe (h) der Zähne (24) ist.
23. Kegelrad-Differentialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kegelräder (3) und das mindestens eine Ausgleichskegelrad (4) als Zahnräder ausgebildet sind, wobei die Zahnräder
Zähne (24) aufweisen, die jeweils in einem Übergangsbereich zwischen einem Zahnkopf (25) und einer Zahnflanke (26) eine Kontur haben, welche Kontur
- eine elliptische Geometrie aufweist oder - eine Geometrie mit zwei unterschiedlichen Radien (R, r) aufweist oder
- eine flache Fase mit einem Fasenwinkel (a) zwischen 5° und 15° aufweist.
24. Kraftfahrzeug umfassend mindestens ein Kegelrad- Differentialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 23 zur wahlweisen Einschaltung und Ausschaltung des Antriebs von mit den Kegelrädern (3) drehfest verbundenen Seitenwellen (6).
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