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Selbstsperrendes Ausgleichsgetriebe mit begrenztem Schlupf, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstsperrendes Ausgleichsgetriebe mit begrenztem Schlupf, insbesondere für Kraftfahrzeuge, wie es beispielsweise bei Zwischenachs-oder Endantrieben von Kraftfahrzeugen verwendet wird.
Es wurden bereits verschiedene Vorschläge gemacht, um bei ungünstigen Antriebsbedingungen die Ausgleichswirkung in Ausgleichsgetrieben von Kraftfahrzeugen zu verringern oder vollständig auszuschalten. So ist es beispielsweise bekannt, das Ausgleichsgetriebe durch eine von Hand aus zu betätigende Sperrvorrichtung unwirksam zu machen. Eine solche Anordnung ist jedoch deshalb von Nachteil, da das Ein-und Ausschalten dieser Sperrvorrichtungen mit Fahrer überlassen bleibt und insbesondere durch Unachtsamkeit Fehlschaltungen entstehen können, durch welche die Unfallgefahr erhöht wird. Es sind daher Ausgleichsgetriebe entwickelt worden, bei welchen automatisch die Differentialwirkung gesperrt oder verzögert wird, wenn ein Rad seine Bodenhaftung verliert.
Derartige Ausgleichsgetriebe weisen in der Regel Keile auf, die miteinander in Reibungseingriff stehen und die daher einer schnellen Abnutzung unterworfen werden, so dass diese Ausgleichsgetriebe einer häufigen und genauen Wartung bedürfen, wenn sie stets wirksam sein sollen. Ausserdem sind diese bekannten Vorrichtungen in ihrem Aufbau kompliziert und daher teuer und störungsanfällig.
Es sind weiters Ausgleichsgetriebe bekannt, bei denen Verzögerungsmittel, wie beispielsweise schweres Öl, Silikone usw. verwendet werden, um die Differentialwirkung unter gewissen Umständen automatisch zu verhindern. Diese flüssigkeitsgefüllten Ausgleichsgetriebe müssen jedoch stets einwandfrei abgedichtet werden und ausserdem ein genau vorbestimmtes Volumen für die aufzunehmende Flüssigkeit aufweisen, um einwandfrei zu funktionieren. Dies schafft jedoch beträchtliche Schwierigkeiten in konstruktiver Hinsicht.
Andere übliche Ausgleichsgetriebe mit begrenztem Schlupf verwenden Reibungskupplungen, die durch vorgespannte Federn oder andern Vorrichtungen in Eingriff gebracht werden. Die Anordnung ist hiebei so getroffen, dass eine begrenzte Ausgleichswirkung bei voller Bodenhaftung ermöglicht wird, wenn das Fahrzeug z. B. eine Kurve fährt, dass aber anderseits dann, wenn ein Rad seine Bodenhaftung verliert, der durch die Trennkräfte der in Eingriff stehenden Räder bewirkte seitliche Druck zusätzlich zur vorbestimmten Belastung auf die Kupplungen einwirkt und auf diese Weise die Achsantriebswellen gegen die Gehäusehälften sperrt und so jede Ausgleichswirkung verhindert. Bei diesen bekannten Anordnungen wirkt sich jedoch nachteilig aus, dass die Reibungskupplungen ständig in Eingriff stehen, obwohl in der Regel eine Sperrung des Differentials nicht nötig ist.
Dadurch werden die Kupplungsscheiben einer übermässigen Abnutzung unterworfen, so dass sie häufig ersetzt werden müssen. Ausserdem wird auf diese Weise unnötig Energie verbraucht und dadurch die Leistung des Kraftfahrzeuges verringert.
Bei einem andern bekannten Ausgleichsgetriebe wird, wenn ein Rad seine Bodenhaftung verliert, die Reibungskraft zum Sperren der Ausgleichswirkung durch einen Druck auf diejenige Seite, an der das Rad Bodenhaftung aufweist, hervorgerufen. Bei solchen Ausgleichsgetrieben ist der Sperrmechanismus normalerweise gelöst, so dass das Ausgleichsgetriebe unbehindert wirken kann.
Wenn jedoch ein Rad
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seine Bodenhaftung verliert und die Tendenz zeigt, sich bedeutend schneller zu drehen als das andere Rad, werden die Zähne einer Klauenkupplung getrennt und es wird dadurch eine Axialbewegung hervorgerufen, die durch einen Druckstift, eine Muffe od. dgl. auf das gegenüberliegende seitliche Zahnrad übertragen wird, um dieses seitliche Zahnrad mit Kupplungsflächen des Gehäuses in Eingriff zu bringen und auf diese Weise das Getriebe mit dem Gehäuse zu kuppeln.
Bei einem solchen Ausgleichsgetriebe ist zwar der Verschleiss infolge der Reibung gering, da die Kupplungen nur dann in Eingriff stehen, wenn das Ausgleichsgetriebe gesperrt werden soll, jedoch weist dieses Ausgleichsgetriebe wieder den Nachteil auf, dass der Schlupf am Antriebsrad ein beträchtliches Ausmass erreichen muss, um die Klauenkupplung in ausreichendem Mass zu trennen und um eine Druckkraft auszuüben, durch welche das Ausgleichsgetriebe gesperrt werden kann. Ausserdem erfordert dieses Ausgleichsgetriebe zusätzlich zu der Reibungskupplung noch Klauenkupplungen und Druckübertragungsvorrichtungen, wodurch das Gewicht und die Kosten dieses Getriebes erhöht werden.
Die Erfindung geht aus von einem selbstsperrenden Ausgleichsgetriebe mit begrenztem Schlupf mit einem angetriebenen Gehäuse, in welchem Planetenräder gelagert sind, die mit auf im Gehäuse drehbar gelagerten Ausgangswellen angeordneten, in axialer Richtung verschiebbaren Zahnrädern in Eingriff stehen, die über eine federbelastete Kupplung mit dem Gehäuse verbindbar sind und sucht die oben angeführten Nachteile zu vermeiden. Die Erfindung besteht hiebei im wesentlichen darin, dass die Kupplung durch eine Feder belastet ist, die an der dem Zahnrad abgewendeten Seite der Kupplung zwischen dieser und dem Gehäuse angeordnet ist und dass das Zahnrad mit einem Zwischenglied in Wirkverbindung steht, welches bei Aufbringen des Drehmomentes auf das Gehäuse durch die dadurch bewirkte Verschiebung des Zahnrades die Kupplungsfeder ausser Wirkung setzt.
Das erfindungsgemässe Ausgleichsgetriebe weist den Vorteil auf, dass bei Ansteigen des Drehmomentes am Rad, also bei normalen Antriebsbedingungen, wenn die Räder eine guten Bodenhaftung aufweisen, die Reibungskupplungen entlastet werden. Im normalen Betriebszustand werden daher diese Reibungskupplungen nicht abgenutzt und es findet im normalen Betriebszustand ein ständiger Ausgleich statt, so dass die Lenkfähigkeit des Fahrzeuges nicht beeinflusst wird. Lediglich dann, wenn das Fahrzeug anfährt oder wenn ein Rad seine Bodenhaftung verliert und sich durchdreht, gelangen die Reibungskupplungen des erfindungsgemässen Ausgleichsgetriebes voll in Eingriff.
Es wird somit durch die Erfindung ein selbstsperrendes Ausgleichsgetriebe geschaffen, bei welchem eine Sperrung der Ausgleichswirkung nur in den gewünschten Fällen eintritt und welches dennoch einen einfachen Aufbau und einen geringen Verschleiss der einzelnen Bestandteile und daher eine grosse Lebensdauer aufweist.
Zweckmässig besteht die Kupplung aus zwei Sätzen von Scheiben, von welchen der eine Satz mit der Ausgangswelle und der andere Satz mit dem Gehäuse unverdrehbar verbunden ist, wobei das Zwischenglied eine Verschiebung eines zwischen den Kupplungsscheiben und der Kupplungsfeder angeordneten Zwischenstückes bewirkt. Dadurch wird eine besonders wirksame Scheibenkupplung zwischen den Zahnrädern und dem Differentialgehäuse geschaffen, durch welche die Drehkraft von einem Rad auf das andere übertragen wird, wenn ein Rad seine Bodenhaftung verliert.
In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand von Ausführungsformen schematisch erläutert.
Darin zeigen : Fig. l ein erfindungsgemässes selbstsperrendes Ausgleichsgetriebe, zur Hälfte im Längsschnitt, Fig. 2 einen vergrösserten Schnitt durch die aus zwei Sätzen von Scheiben bestehende Kupplung in Lösestellung, Fig. 3 einen vergrösserten Querschnitt durch eine der Reibungskupplungen entlang der Linie 3-3 in Fig. l, Fig. 4 eine vergrösserte Teilansicht einer der angetriebenen Kupplungsscheiben, die die Anordnung der Ölnuten für die Schmierung zeigen, Fig. 5 einen vergrösserten Teilschnitt durch die Kupplungsplatte entlang der Linie 5-5 in Fig. 4 und Fig. 6 und 7 Ansichten ähnlich den Fig. 2 bzw. 3, die eine andere Ausführungsform der Erfindung darstellen.
Obwohl die Erfindung in einer Lastwagen-oder Personenwagenantriebsachse eingebaut dargestellt ist, ist es selbstverständlich, dass sie auch bei Zwischenachs-oder dritten Differentialen verwendet werden kann, wie sie in vielradgetriebenen Fahrzeugen Verwendung finden.
In Fig. l ist mit-10-ein Ausgleichsgetriebe bezeichnet, das gewöhnlich im Getriebeträger einer Fahrzeugantriebsachse (nicht gezeigt) eingebaut ist. Das Ausgleichsgetriebe-10-ist in einem Gehäuse-12-eingeschlossen, das aus mittels Schrauben --18-- miteinander verbundenen Teilen - 14 und 16-besteht. Eine Gehäusehälfte-14-kann einen Flansch --20-- zum Anbau an dem gewöhnlichen Antriebszahnkranz (nicht gezeigt) aufweisen.
Die Gehäusehälften-14 und 16-sind axial ausgerichtet und durchgebohrt, um Achsantriebswellen-22 und 24-aufzunehmen, die mit Kerbverzahnung zum Aufnehmen gleicher seitlicher Kegelräder --26 und 28-- versehen sind, die an ebenfalls durch Kerbverzahnung auf den Achswellen angeordneten Muffen-30 bzw. 32-anliegen. Die seitlichen Zahnräder--26 und 28--und ihre zugehörigen Muffen-30 und 32--
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--14dauernder Kupplungseingriff durch Vorspannmittel oder Seitenzahnraddruck nicht erwünscht wegen des hohen Verschleissgrades, des schädlichen Reibungswiderstandes, der Erhitzung und des Ratterns.
Ausserdem ist bei derartigen Vorrichtungen, die wesentlich von der durch den Seitenzahnraddruck proportional zur Achswellendrehkraft erzeugten Reibung abhängig sind, die Kupplungsdrehleistung am höchsten, wenn die Räder die beste Bodenhaftung aufweisen ; es ist offensichtlich, dass unter derartigen Bedingungen eine Sperrung oder ein begrenzter Schlupfausgleich am wenigsten benötigt wird.
Das Differential gemäss der Erfindung schafft den gegenteiligen Effekt, d. h. anstatt die Reibungskupplungen zu belasten, wenn die Raddrehkraft ansteigt, werden sie bei normalen Antriebsbedingungen entlastet, wenn die Räder gute Bodenhaftung aufweisen. So findet unter normalen Umständen ständig ein Ausgleich statt, um die Lenkfähigkeit des Fahrzeuges nicht zu beeinflussen, wie es bei den andern bekannten Vorrichtungen der Fall ist, die eine ständige Reibungslast zuführen. Die Reibungskupplungen gemäss der Erfindung sind nur voll in Eingriff, wenn das Fahrzeug anfährt oder wenn ein Rad kurzzeitig seine Bodenhaftung verliert.
Dies wird auf folgende Weise erreicht :
Wenn sich das Differentialgehäuse --12-- nicht dreht, d. h. wenn das Fahrzeug stillsteht, stehen die Reibungskupplungen-40 und 42-infolge des Druckes der Platten zwischen dem festen Haltering--60--und der axialbeweglichen äusseren Halteplatte--68--durch die Kraft der Federn --74 und 76--in Eingriff ; diese Lage ist in Fig. l dargestellt. Wenn das Fahrzeug beginnt, sich zu bewegen, versucht die Raddrehkraft eine Trennkraft an den Zähnen der in Eingriff stehenden Planetenräder und seitlichen Zahnräder hervorzurufen, die die seitlichen Zahnräder im Verhältnis zu der zur Verfügung stehenden Drehkraft nach aussen schiebt.
Die seitlichen Zahnräder--26 und 28-können sich um einen bestimmten Betrag nach aussen bewegen im Gegensatz zu den üblichen Differentialen, in denen eine solche Bewegung durch Anlage der Rückseite der seitlichen Zahnräder gegen Druckscheiben oder Reibungsflächen an den Gehäuseteilen--14 und 16--begrenzt wird.
Dieses Verschieben der seitlichen Zahnräder, wenn sie der Drehkraft unterworfen werden, wird bis zu einem Betrag begrenzt, der dem genauen Arbeiten und der Lebensdauer des Differentialgetriebes nicht abträglich ist.
Eine Auswärtsbewegung der seitlichen Zahnräder--26 und 28--infolge der Antriebsdrehkraft
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aussen zu bewegen und dadurch den Axialdruck auf die Kupplungsscheiben--46 und 54--zu reduzieren oder vollständig aufzuheben ; diese Stellung ist in Fig. 2 dargestellt. Während des Antriebes und wenn beide Räder genügend Bodenhaftung aufweisen, werden auf diese Weise die Reibungskupplungen-40 und 42--gelöst, oder ihre Belastung wird in Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden Drehkraft beträchtlich reduziert, um eine unbegrenzte Ausgleichswirkung ohne schädlichen Reibungsdrehkraftwiderstand zu ermöglichen, wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt.
Wenn jedoch ein Rad infolge schlechter Fahrbahnbedingungen seine Bodenhaftung verliert, wird die an dem Rad, das seine Bodenhaftung verloren hat, zur Verfügung stehende Drehkraft verringert, wodurch die Trennkraft zwischen den Planetenrädern und den seitlichen Zahnrädern--26 und 28-verringert wird. Die Kraft der Federn--74 und 76-wird dann die Trennkraft überwinden und die äusseren Halteplatten--68--zusammen mit der verbundenen Seitenzahnrad-und Muffenanordnung nach innen verschieben, wodurch wieder die Kupplungsscheiben zusammengedrückt werden, um auf diese Weise eine Reibungskraft zuzuführen.
Die selbe niedrige Drehkraft, die an dem Rad zur Verfügung steht, das die Bodenhaftung verloren hat, wird auch an dem andern Rad verfügbar sein infolge der besonderen Charakteristik des Differentials, die Drehkraft gleichmässig aufzuteilen, und infolgedessen wird diese Kupplung auch in derselben Weise, wie oben beschrieben, in Eingriff stehen. Da beide Kupplungen in Eingriff stehen, werden sich auf diese Weise beide Achswellen im gleichen Masse drehen und dadurch dem Fahrzeug die Möglichkeit geben, sich von der Oberfläche mit der geringen Bodenhaftung fortzubewegen.
Sobald beide Räder wieder ihre Bodenhaftung zurückgewinnen, wirken die Trennkräfte der Getriebezähne unter der ausreichenden Raddrehkraft nochmals, um die seitlichen Zahnräder-26 und 28--nach aussen zu verschieben, um die Kupplungen für normalen Antrieb zu entlasten.
Die Ausführung der Fig. 6 und 7 unterscheidet sich von der vorher beschriebenen Ausführungsform in baulichen Einzelheiten, die die Herstellungskosten verringern und die Dauerhaftigkeit und die Empfindlichkeit erhöhen.
In der Ausführung gemäss den Fig. 6 und 7 werden die Kupplungshalteringe-60a--durch in Nuten in den Differentialgehäusehälften aufgenommene Sicherungshalteringe --80-- festgehalten ; die Fig. 6 stellt die zu diesem Zweck abgewandelte Käfighälfte--14a--dar. Um einen Freiraum für den
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Sicherungshaltering-80-zu schaffen, ist das seitliche Zahnrad --26a-- abgeschrägt. Eine ähnliche Änderung wurde an dem gegenüberliegenden seitlichen Zahnrad vorgenommen.
Die Ausführung der Fig. 6 und 7 enthält auch eine geänderte Konstruktion zum übertragen der Seitendruckkraft von den seitlichen Zahnrädern auf die äussere Halteplatte-68--. Diese Funktion wird durch mehrere, z. B. vier Druckstifte --82-- ausgeführt, die in Bohrungen --84-- in der Muffe --30a-axial gleitend angeordnet sind.
Wie in Fig. 6 gezeigt, sind die Stifte --82-- etwas länger als die Stärke der Muffe-30a-, und ihre gegenüberliegenden Enden stossen an dem seitlichen Zahnrad - 26a-und an dem äusseren Haltering --68-- an. Entsprechend können die Kupplungen durch axiale Bewegung der seitlichen Zahnräder-26 und 28-gelöst oder in Eingriff gebracht werden, ohne dass eine Bewegung der Muffe --30a-- erforderlich ist.
Da der Widerstand der Stifte-82- gegen axiale Bewegung bedeutend geringer ist als der Widerstand der mit Keilnuten versehenen Muffe - 30a-gegen eine ähnliche Bewegung, ist die Ausführung gemäss den Fig. 6 und 7 einer geringeren Abnutzung unterworfen und spricht auf eine seitliche Verschiebung der seitlichen Zahnräder-26 und 28-unmittelbar an.
Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, dass ein Fahrzeug leicht aus seiner stehenden Lage bewegt werden kann, selbst wenn eines oder beide Antriebsräder geringe Bodenhaftung aufweisen, da die Reibungskupplungen ursprünglich, wie in Fig. l gezeigt, in Eingriff sind und in Eingriff bleiben, solange an den Rädern ein Zustand mit geringer Bodenhaftung besteht.
Es ist ersichtlich, dass das erfindungsgemässe Ausgleichsgetriebe nur geringe Abwandlungen eines herkömmlichen Differentials erfordert, hauptsächlich im inneren Aufbau des Differentialgehäuses. Die äusseren Abmessungen des Differentialgehäuses bleiben im wesentlichen unverändert und können daher bestehenden Fahrzeugkonstruktionen angepasst werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Selbstsperrendes Ausgleichsgetriebe mit begrenztem Schlupf, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem angetriebenen Gehäuse, in welchem Planetenräder gelagert sind, die mit auf im Gehäuse drehbar gelagerten Ausgangswellen angeordneten, in axialer Richtung verschiebbaren Zahnrädern in Eingriff stehen, die über eine federbelastete Kupplung mit dem Gehäuse verbindbar sind,
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die an der dem Zahnrad (26, 28) abgewendeten Seite der Kupplung (40, 42) zwischen dieser und dem Gehäuse (12) angeordnet ist und dass das Zahnrad (26, 28) mit einem Zwischenglied (30, 82) in Wirkverbindung steht, welches bei Aufbringung des Drehmomentes auf das Gehäuse (12) durch die dadurch bewirkte Verschiebung des Zahnrades die Kupplungsfeder (74, 76) ausser Wirkung setzt.
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