Differentialgetriebe mit selbsttätig wirkender Sperrvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die vorliegende Erfindung betrifft ein Differentialge triebe mit selbsttätig wirkender Sperrvorrichtung, insbe sondere für Kraftfahrzeuge.
Differentialgetriebe haben in Kraftfahrzeugen die Aufgabe, unterschiedliche Drehzahlen der beiden An triebsräder beim Durchfahren von Kurven zu ermögli chen zwecks Ausgleich der verschieden langen Wege, die die beiden Räder hierbei zurückzulegen haben. Hier durch vermeidet man ein Radieren der Räder und eine unzulässige Verdrehungsbeanspruchung der Radwelle, wie sie auftreten würde, wenn die Räder auf einer gemeinsamen Welle befestigt wären.
Bei schlechten Strassenverhältnissen, namentlich bei morastiger oder eis- und schneebedeckter Fahrbahn sowie bei grösseren Geländeunebenheiten kann jedoch infolge der Differentialwirkung ein Durchdrehen des Rades stattfinden, an dem die kleinere Bodenhaftung auftritt. Im Gelände kann sogar eines der Triebräder vollständig abheben. In diesen Fällen wird auf das besser haftende Rad praktisch keine oder nur ein Teil der Antriebslei stung übertragen, so dass das Anfahren erschwert oder gar verunmöglicht wird und ein in Fahrt befindliches Fahrzeug ins Schleudern kommt, wenn das durchdrehen de Rad plötzlich wieder auf griffigen Untergrund gelangt und abgebremst wird.
Um diesen Mangel zu beseitigen, hat man Differen tialgetriebe mit Sperrvorrichtungen versehen, die bei Überschreiten einer gewissen Relativgeschwindigkeit zwi schen den Antriebsrädern am schneller rotierenden, also schwächer belasteten oder unbelasteten Rad einen Wi derstand auslösen und dieses somit abbremsen. Hierbei werden der Schlupf des durchdrehenden Rades und damit die Schleudergefahr stark verringert und die über das zweite haftende Rad übertragene Leistung nur ge ringfügig verkleinert, so dass auch bei schlechter Fahr bahnbeschaffenheit ein Anfahren möglich ist.
Solche Sperrvorrichtungen bestehen gewöhnlich aus zwei Teilen, die mit solchen Elementen des Differential getriebes in Antriebsverbindung stehen, zwischen denen bei Auftreten eines Schlupfes eine relative Winkelge schwindigkeit entsteht. Die mit diesen Elementen verbun- denen Teile der Sperrvorrichtung rotieren dann gleich falls relativ zueinander und sie sind so ausgebildet, dass hierbei nach Überschreiten einer gewissen Grösse der relativen Winkelgeschwindigkeit ein geschwindigkeitsab hängiger Widerstand auftritt.
Diese Teile können zusam men etwa eine elektrische Wirbelstrombremse oder eine ölhydraulische Wirbelbremse darstellen. Ihr Nachteil besteht darin, dass sie erst bei Auftreten eines Schlupfes einen Widerstand erzeugen, so dass sie den eingangs genannten Nachteil eines nicht verriegelbaren Differen tialgetriebes zwar stark mildern, aber nicht ganz beseiti gen. Insbesondere ist es hierbei unmöglich, die gesamte Antriebsleistung beim Anfahren im Gelände auf die Räder zu bringen.
Den letztgenannten Nachteil vermeiden im Stillstand des Fahrzeugs schaltbare Sperrvorrichtungen, die bei spielsweise die beiden auf den Halbwellen sitzenden Kegelräder gegeneinander verriegeln.
Hierbei steht zwar beim Anfahren die volle Leistung zur Verfügung, doch kann die Vorrichtung nur zum Anfahren benutzt werden, da sie sich bei rollendem Fahrzeug zwar ausschalten, aber nicht einrücken lässt. Hierdurch aber geht der Vorteil der Vorrichtung bei fahrendem Fahrzeug - Verringerung der Schleuderge fahr - wieder verloren.
Die vorliegende Erfindung setzt sich zum Ziel die Schaffung eines Differentialgetriebes mit einer selbsttätig wirkenden Sperrvorrichtung, welche die geschilderten Nachteile bekannter Konstruktionen vermeidet.
Das erfindungsgemässe Differentialgetriebe besitzt einen von der Kraftquelle antreibbaren Planetenradträger mit im letzteren gelagerten Planetenrädern, mit diesen im Eingriff stehende, auf den beiden angetriebenen Halbwel len des Getriebes sitzende Antriebsräder, sowie eine selbsttätig wirkende Sperrvorrichtung zum Blockieren der Ausgleichsbewegung der Planetenräder bei über schreiten einer vorbestimmten Drehzahldifferenz der An triebswellen und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrvorrichtung aus einer mit den Ausgleichsrädern verbundenen und sich am Planetenradträger abstützer- den Fliehkraftkupplung besteht.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Erfin- dungsgegenstandes unter Bezugnahme auf die Zeichnun gen näher erläutert. In diesen zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch ein Differentialgetriebe mit automatischer Sperrvorrichtung, und zwar verschiedene Ausführungsvarianten derselben in den beiden Bildhälf ten oberhalb und unterhalb der Mittellinie, Fig.2 und 3 die Sperrvorrichtungen nach Fig. 1 in einem Schnitt und in einem Grundriss,
und die Fig. 4 und 5 eine weitere Ausführungsform des Dif ferentialgetriebes in einem Quer- und in einem Längs schnitt.
In Fig.l bezeichnet 1 die über die Kardanwelle angetriebene Antriebsachse des Differentialgetriebes mit dem Antriebskegelritzel 2, das mit dem Tellerrad 3 im Eingriff steht. Mit letzterem fest verbunden und daher mit ihm umlaufend ist ein Planetenträger 4, der zwei einander diametral gegenüber angeordnete Planeten- oder Ausgleichskegelräder 5 trägt. Diese kämmen mit zwei Antriebskegelrädern 6, die mit zwei Halbwellen 7 starr verbunden sind und die Antriebsleistung über diese auf die nicht dargestellten Antriebsräder übertragen.
Die aus dem Tellerrad 3 und dem Planetenträger 4 bestehende Einheit ist frei drehbar auf den beiden Halbwellen 7 gelagert, und zwar auf der linken Halbwelle mit einem in der Nabe des Tellerrades und auf der rechten Halbwelle mit einem in der Nabe des Planetenträgers untergebrach ten Wälzlager. Die beiden Halbwellen 7 sind ihrerseits an je zwei Stellen im Hinterachsgehäuse gelagert.
Die beiden Ausgleichskegelräder 5 sind mit ihren Achsen 8 fest verbunden und diese Achsen einerseits in den waagrechten Teilen 9 bzw. 13 des Planetenträgers und andererseits in einer die beiden inneren Enden der Achsen 8 umfassenden, gemeinsamen Lagerhülse 10 gelagert.
Bei der in der oberen Bildhälfte der Fig. 1 dargestell ten Ausführung ist eine Sperrvorrichtung 11 zwischen der äusseren Stirnseite des Ausgleichskegelrades 6 und der Innenfläche des waagrechten Teiles 9 des Planetenträ gers, in dem das Ausgleichskegelrad gelagert ist, angeord net. In der unteren Bildhälfte der Fig. 1 ist eine im übrigen gleich konstruierte Sperrvorrichtung 12 an der Aussenseite des waagrechten Teiles 13 des Planetenträ gers vorgesehen.
Bei beiden Varianten genügt es grundsätzlich, nur eine einzige der Sperrvorrichtungen an einem der beiden Ausgleichskegelräder vorzusehen. Zur Vermeidung einer Unwucht und aus Gründen des symmetrischen Kraftan griffs wird man jedoch in der Regel an beiden Aus gleichskegelrädern je eine solche Sperrvorrichtung vorse hen.
In den Figuren 2 und 3 ist eine solche Sperrvorrich tung und zwar für den inneren Einbau gemäss der oberen Bildhälfte von Fig. 1, in einem Schnitt und in einem Grundriss dargestellt. Mit 5 ist hierbei das Ausgleichske gelrad bezeichnet, das mit seiner Achse 8 fest verbunden ist. Das innere, nicht dargestellte Ende der Achse sitzt frei drehbar in der erwähnten Lagerhülse, ihr Lagerzap fen 14 am oberen Ende in einem Lager 15 im waagrech ten Teil 9 des Planetenträgers 4.
Zwischen dem Kegelrad 5 und dem Planetenträger ist auf der Achse 8 ein Bund 16 mittels eines Kegelstiftes 17 befestigt. In einer Quer bohrung 18 des Bundes sind mittels weiterer Kegelstifte 19 Führungsbolzen 20 gehalten, auf denen einander diametral gegenüberliegende, verschiebbare Rastnocken 21 sitzen. Diese Rastnocken sind mittels Zugfedern 22, deren Enden in Vertiefungen 23 und 24 in den Rastnok- ken bzw. im Bund 16 verankert sind, mit letzterem verbunden.
Die bisher beschriebenen Teile der Einrichtung dre hen sich mit den Ausgleichskegelrädern um deren Achse, falls sich diese im Betrieb infolge einer Ausgleichsbewe gung drehen. Hierbei bewegen sich die freien Enden der Führungsbolzen in einer inneren Umfangsnut 25 von Rechtecksquerschnitt in einem geschlossenen Führungs ring 26, dessen Querschnitt aus Fig.2 hervorgeht. Am oberen Teil des Umfanges weist der Führungsring einen über den ganzen Umfang verlaufenden Führungskamm 27 von dreieckigem Querschnitt auf, der über den ganzen Umfang verläuft.
Mittels eines Führungsflansches 28, der von Schrauben 29, 30 am waagrechten Teil 9 des Planetenträgers 4 befestigt ist, wird der Führungsring in axialer Richtung fixiert, doch ist er um seine Achse, die mit jener der Achse 8 zusammenfällt, frei drehbar.
Die Grundrissform des Führungsringes zeigt Fig. 3. Man erkennt, dass an seinem inneren Umfang zwei bis auf die Tiefe der Umfangsnut reichende, einander diame tral gegenüberliegende Rastnuten eingearbeitet sind, und zwar in Form von Kreisringsektoren mit einem Zentri- winkel von etwa 45 . Ausserdem besitzt der Führungs ring an seinem äusseren Umfang zwei Nocken 32, die die beiden Enden einer kreisförmig gebogenen Stange 33 aufnehmen.
Diese Stange ist ausserdem in einer ge krümmten Bohrung 34 eines Anschlagklotzes 35 frei verschieblich gelagert. Der Klotz 35 ist mittels zweier Schrauben 30 am Planetenträger angeschraubt, wobei die beiden Schrauben 30 auch durch den Führungsflansch 28 gehen und diesen mit festklemmen. Zwischen den beiden radial gerichteten Stirnflächen des Klotzes 35 und den radial gerichteten Stirnflächen der beiden Nocken 32 sind auf der Stange 33 entsprechend deren Form gekrümmte Schraubenfedern 36 angeordnet, die die freie Drehbarkeit des vom Führungsflansch 28 axial fixierten Führungsrin ges 26 einschränken.
In den Figuren 2 und 3 sind die Rastnocken 21 in ihrer Ruhelage dargestellt. Diese Ruhelage wird auch im Betrieb beibehalten, solange die beiden Antriebsräder mit gleicher Drehzahl umlaufen, da hierbei die Ausgleichske gelräder lediglich mit dem Planetenträger umlaufen, in bezug auf ihre Achsen jedoch stillstehen, so dass auf die Rastnocken keine Fliehkräfte wirken.
Bei kleineren Drehzahlunterschieden, und zwar bis zu solchen, die durch die engste, vom Fahrzeug durchfahrbare Kurve bestimmt sind, wälzen sich die Ausgleichskegelräder auf den Antriebskegelrädern ab und durch die auftretende Fliehkraft bewegen sich die Rastnocken gegen die Wir kung der Zugfedern 22 nach aussen, kreisen jedoch frei innerhalb des Führungsringes 26.
Erst bei grösseren Drehzahlunterschieden an den Antriebsrädern und damit bei grösserer Umfangsgeschwindigkeit der mit den Aus gleichskegelrädern umlaufenden Rastbolzen gleiten letz- tere.so weit nach aussen, dass sie radial nach aussen in die Rastnut gelangen und von dieser abgebremst werden. Zur Dämpfung dieses Eingriffs dient eine der Federn 36 auf der Stange 33, während die andere Feder bei einer Drehung der Rastnocken in entgegengesetzter Richtung zur Wirkung kommt.
Das so abgebremste Ausgleichske gelrad wird dadurch am Abwälzen gehindert und nimmt somit beide Antriebskegelräder in gleicher Richtung und mit gleicher Geschwindigkeit mit. Das Differentialgetrie be ist nun blockiert und bleibt es solange, bis die Haftkräfte an beiden Rädern so gross sind, dass kein Schlupf möglich ist, wobei die Stirnflächen der Rastnok- ken drucklos werden und durch die Zugfedern wieder in ihre Ruhelage zurückgezogen werden, so dass die Diffe rentialwirkung wieder hergestellt ist.
Wie soeben erwähnt, kann die beschriebene Sperrvor richtung an einem der beiden Ausgleichskegelräder oder an beiden vorgesehen werden. Abgesehen von der besse ren Kraftverteilung ist im letzteren Falle der Planetenträ ger auch natürlich ausgewuchtet, während im ersten Falle zur Vermeidung einer Unwucht am Planetenradträger ein entsprechendes Ausgleichsgewicht vorzusehen ist.
Die untere Bildhälfte von Fig. 1 zeigt eine Ausfüh rung, bei der die Sperrvorrichtung an der Aussenseite des waagrechten Teiles des Planetenradträgers montiert ist. Ihr Aufbau entspricht im übrigen der vorstehend be schriebenen Art.
Die Figuren 4 und 5 zeigen eine weitere Variante eines Differentialgetriebes mit zwei Sperrvorrichtungen, die jedoch aus Gründen der Platzersparnis zwischen den beiden Ausgleichskegelrädern 37 angeordnet sind. Die Sperrvorrichtungen entsprechen im inneren Aufbau der Ausführung nach den Figuren 2 und 3, doch stützen sich ihre planetenträgerfesten Teile 28 über je zwei Arme 39 an zwei zusätzlichen, bügelförmigen Stegen 40 des Plane tenträgers ab, deren gemeinsame Ebene normal zur Achse der Antriebswellen 41 steht und die Achsen der Ausgleichskegelräder 37 enthält. Die beiden Gehäuse 38 der Sperrvorrichtungen können mit der Lagerhülse 42 zu einem Block vereinigt sein.
Auch bei dieser Variante können eine oder zwei Sperrvorrichtungen verwendet werden, wobei im ersten Falle die Sperrvorrichtung in der Mitte zwischen den beiden Kegelrädern angeordnet sein kann, so dass ein Massenausgleich entbehrlich wird. Unter Umständen ist es dabei erforderlich, die Achsen der Ausgleichskegelrä der verschieden lang auszuführen.
Neben den beschriebenen Ausführungen sind viele weitere Bauformen der beschriebenen Sperrvorrichtung denkbar, insbesondere lässt sich die Verriegelung man nigfach variieren.
Die beschriebene Sperrvorrichtung hat gegenüber den bekannten Vorrichtungen mit elektromagnetisch oder hydrodynamisch wirkenden Sperrvorrichtungen den Vor teil, dass bei Erreichen eines gewissen Schlupfes eine positive, formschlüssige Verriegelung des Differentials stattfindet und danach der Schlupf gleich Null ist. Bei den bekannten elektromagnetischen oder hydraulischen Systemen ist hingegen immer, bei allen Schlupfgraden, eine Relativbewegung zwischen den die Bremselemente tragenden Gliedern des Getriebes notwendig, um eine sperrende Kraft zu erzeugen, so dass die sperrende Wirkung immer erst mit einem gewissen Verzug erfolgt.
Überdies ist die mechanische Einrichtung denkbar ein fach, es entfallen die elektrischen Anschlüsse (Schleifrin ge usw.) und sie bedarf auch keiner besonderen Wartung, so dass sowohl technische als auch wirtschaftliche Vortei le für ihre bevorzugte Anwendung sprechen.