-
Gebiet der Erfindung
-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Selbstsperrendes Differential, umfassend
ein Ausgleichsgehäuse sowie in dem Ausgleichsgehäuse
angeordnete Achswellenräder und mit diesen kämmende Ausgleichsräder,
wobei jeweils zwischen einer den Ausgleichsrädern abgewandten,
konischen Sperrfläche des Achswellenrades und einer Innenfläche
des Ausgleichsgehäuses eine Reibvorrichtung vorgesehen
ist, die durch Axialverschiebung des Achswellenrades, hervorgerufen
durch ein übertragenes Moment, betätigbar und
mittels der eine momentenabhängige Differential-Sperrung
erzeugbar ist.
-
Stand der Technik
-
Differentiale
zur Verteilung eines Eingangsmomentes auf die Räder einer
angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeugs oder auf zwei verschiedene,
angetriebene Achsen sind allgemein bekannt. In einem rotierend antreibbaren
Differentialkorb sind einander gegenüberliegend und koaxial
zu der Rotationsachse des Differentialkorbes zwei Achswellenräder
angeordnet, die drehfest mit einer Achswelle verbunden sind. Typischerweise
sind die Achswellenräder mit einer Innenverzahnung auf
eine Außenverzahnung der zugeordneten Achswelle aufgesteckt.
Die Achswellenräder kämmen mit zwischen ihnen
angeordneten Ausgleichsrädern. Die Ausgleichsräder
sind drehbar um senkrecht zur Rotationsachse ausgerichtete Bolzen
gelagert. Die Bolzen sind mit dem Differentialkorb verbunden und
laufen mit diesem um. Ein Eingangsmoment, mit dem der Differentialkorb
angetrieben wird, wird somit über die Ausgleichsräder
auf die Achswellenräder verteilt.
-
Bei
so genannten selbstsperrenden Differentialen erfolgt eine Sperrwirkung,
d. h. eine Bremsung eines oder beider Achswellenräder am
Differentialkorb in Abhängigkeit von dem auf die jeweilige
Achse übertragenen Moment. Durch das übertragene
Moment nämlich erfahren die Achswellenräder eine
axial nach außen gerichtete Kraft, der sie bei geeigneter, axial
verschieblicher Lagerung nachgeben können. Aus der
JP 2003049927 ist ein
Kegelraddifferential bekannt, bei dem die Teile der nach außen
gerichteten Rückseite der als Kegelräder ausgebildeten Achswellenräder
konisch ausgebildet sind und dienen als Sperrflächen, indem
sie bei der genannten Axialverschiebung mit einer Reibvorrichtung
zusammenwirken, die ihrerseits mit einer Innenfläche des Differentialkorbes
oder Ausgleichsgehäuses wechselwirkt. Hierzu ist die Sperrfläche
des Achswellenrades mit einem Reibbelag belegt. Zwischen der Sperrfläche
und der Innenseite des Ausgleichsgehäuses ist ein Konusring
angeordnet, der drehfest mit dem Ausgleichsgehäuse verbunden
ist. Durch Axialverschiebung des Achswellenrades kommt es zu einer reibenden
Wechselwirkung zwischen der Sperrfläche und dem Konusring,
was zu einer Sperrung des Differentials führt.
-
Die
DE 10 2006 050 592
A1 zeigt abweichend zu dem vorgenannten Schrift Sperrdifferentiale
mit ähnlichen Sperrflächen, bei den aber die Achswellenräder
als Planräder und die Ausgleichräder als Ritzelelement
ausgebildet sind.
-
Aus
der
JP 09049560 ist
ein selbstsperrendes Kegelraddifferential bekannt, bei dem die Sperrfläche
des Kegelrades senkrecht zu seiner Rotationsachse ausgebildet ist.
Zwischen dem Achswellenrad und der Innenfläche des Ausgleichsgehäuses ist
ein drehfest und axial beweglich zu der Achswelle angeordneter Reibkörper
vorgesehen. Die Sperrfläche des Achswellenrades liegt an
der Vorderfläche des Reibkörpers an. Dessen Rückfläche
ist teilweise konisch ausgebildet und wechselwirkt reibend mit der Innenfläche
des Ausgleichsgehäuses.
-
Nachteilig
bei den bekannten Differentialen ist die vergleichsweise geringe
Sperrwirkung, die eine große Reibfläche erforderlich
macht und einen in Bezug auf den benötigten Bauraum ungünstigen Konuswinkel
der Reibflächen bedingt.
-
Aufgabenstellung
-
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes
Differential derart weiterzubilden, dass eine bessere Sperrwirkung
erzeugt wird.
-
Darstellung der Erfindung
-
Diese
Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von
Anspruch 1 dadurch gelöst, dass jede Reibvorrichtung wenigstens zwei
hohlkegelstumpfartig ausgebildete, koaxial und relativ zueinander
drehbeweglich und relativ zu dem Ausgleichsgehäuse und
den Achswellenrädern axial beweglich gelagerte Reibkonen
aufweist.
-
Bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
-
Kern
der Erfindung ist es, durch die Anordnung wenigstens zweier, ineinander
gelagerter Reibkonen mindestens drei axial geschachtelte Reibflächen
zur Verfügung zu stellen. Hierdurch wird die wirksame Reibfläche
wesentlich erhöht, ohne dass eine wesentliche Bauraumvergrößerung
erforderlich wäre. Die Sperrwirkung des Differentials kann
somit ohne Bauraumnachteile deutlich verbessert werden.
-
Bevorzugt
ist vorgesehen, dass ein erster, der Sperrfläche des Achswellenrades
nächstgelegener Reibkonus drehfest mit dem Ausgleichsgehäuse verbunden
ist. Hierdurch wird eine erste Reibfläche realisiert, indem
die Sperrfläche des Achswellenrades mit der Innenseite
des ersten Reibkonus reibend wechselwirkt.
-
Weiter
ist bevorzugt vorgesehen, dass ein zweiter, der Innenseite des Ausgleichsgehäuses nächstgelegener
Reibkonus drehfest mit dem Achswellenrad gekoppelt ist. An Innen-
und Außenseite dieses zweiten Reibkonus werden zwei weitere
Reibflächen realisiert. Seine Innenfläche wechselwirkt nämlich
reibend mit der Außenfläche des ersten Sperrkonus
und seine Außenfläche wechselwirkt reibend mit
der Innenseite des Ausgleichsgehäuses.
-
Bevorzugt
weist der zweite Reibkonus eine Innenverzahnung auf, über
die er mit derselben Außenverzahnung einer zugeordneten
Achswelle verbunden ist, mit der auch das Achswellenrad über
seine Innenverzahnung verbunden ist. Somit ist sichergestellt, dass
der zweite Reibkonus drehfest mit dem Achswellenrad verbunden ist,
aber eine axiale Verschieblichkeit bewahrt, die für seine
reibende Wechselwirkung mit dem Ausgleichsgehäuse erforderlich ist.
-
Bevorzugt
weist wenigstens die Sperrfläche des Achswellenrades einen
besonderen Reibbelag auf. Noch günstiger ist es, wenn außerdem
der zweite Reibkörper auf der Innen- und auf der Außenfläche seines
Hohlmantelkegels einen Reibbelag aufweist. Auf diese Weise kann
nämlich die Anzahl derjenigen Teile, die als Kompositteile
aus Trägermaterial und Reibbelag aufgebaut sind, reduziert
werden. Insbesondere kann nämlich der erste Reibkonus als
Einfachbauteil ohne Reibbelag ausgebildet werden. Selbstverständlich
ist es jedoch auch möglich, die Reibbeläge anders
auf die wechselwirkenden Teile zu verteilen.
-
Der
Reibbelag ist bevorzugt ein Carbonbelag.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Differentials ist ein Kegelraddifferential bei dem die Achswellenräder
und Ausgleichräder als Kegelräder ausgeführt
sind.
-
Weitere
Ausführungsformen unter Anwendung anderer Verzahnungsausführungen,
beispielsweise in Form von planen Achswellenräder und Ausgleichrädern
als Ritzelelementen, sind vorstellbar.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden,
ausführlichen Beschreibung und den Zeichnungen.
-
Kurzbezeichnung der Zeichnungen
-
Es
zeigen:
-
1 eine
ausschnittsweise Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen
Differentials
-
2 eine
Explosionsdarstellung eines Achswellenrades und der beiden Reibkonen
-
3 eine
Schnittdarstellung von Achswellenrad und Reibkonen im zusammengebauten
Zustand.
-
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
-
1 zeigt
eine ausschnittsweise Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen
Differentials 10. In einem rotierbar antreibbaren Ausgleichgehäuse 12 ist
ein Hauptbolzen 14 angeordnet, der bei Rotation des Ausgleichsgehäuses 12 um
die Rotationsachse 16 mit diesem umläuft. Drehbar
auf dem Hauptbolzen 14 gelagert ist eine Mehrzahl von Ausgleichsrädern 18,
die als Kegelräder ausgebildet sind. Koaxial zu der Rotationsachse 16 ist
eine Achswelle 20 angeordnet. Drehfest und axial verschieblich
auf der Achswelle 20 ist ein Achswellenrad 30 angeordnet.
Das Achswellenrad 30 kämmt mit den Ausgleichrädern 18.
Das Achswellenrad 30 hat eine konisch ausgebildete Rückseite,
die eine konische Sperrfläche 32 bildet. Zwischen
der Sperrfläche 32 und einer Innenfläche 13 der
Ausgleichsgehäuses 12 ist eine aus zwei Reibkonen 40, 50 ausgebildete Reibvorrichtung
angeordnet.
-
Bei Übertragung
eines Momentes erfährt das Achswellenrad 30 eine
nach außen, d. h. in 1 eine nach
rechts gerichtete Axialkraft, die es über die Reibkonen 40, 50 an
die Innenfläche 13 des Ausgleichsgehäuses 12 weitergibt.
Auf diese Weise entsteht eine reibende Wechselwirkung, die zu einer
Differentialsperrung führt.
-
Die 2 und 3 zeigen
das Kegelrad 30 sowie die Reibkonen 40, 50 in
größerem Detail, wobei 2 eine Explosionsdarstellung
und 3 eine Schnittdarstellung im zusammengebauten
Zustand zeigen.
-
Das
Achswellenrad 30 weist in seinem vorderen, d. h. in 2 in
seinem unteren Bereich eine Verzahnung 34 auf, mit der
es mit den Ausgleichsrädern 18 kämmt.
Seine rückwärtige, d. h. in 2 nach
oben gerichtete Seite bildet eine konisch ausgebildete Sperrfläche 32.
Auf der Sperrfläche 32 sind mehrere Streifen von
Reibbelägen 36 angeordnet. Diese Reibbeläge
sind vorzugsweise Carbonbeläge. Wie in 3 deutlich
erkennbar, weist das Achswellenrad 30 eine Innenverzahnung 38 auf,
mit der es drehfest und axial verschieblich auf der Achswelle 20 lagerbar
ist.
-
Ein
erster, hier als Zwischenlamelle bezeichneter Reibkonus 40 ist
koaxial über die Sperrfläche 32 des Achswellenrades 30 gestülpt.
Die Konuswinkel der Sperrfläche 32 und der Zwischenlamelle 40 sind
so aneinander angepasst, dass eine maximale Reibwirkung entsteht,
wenn das Achswellenrad durch eine Axialkraft mit der Zwischenlamelle 40 zusammengepresst
wird. Die Zwischenlamelle 40 weist einen Rand 42 auf,
mittels dessen die drehfest und axial verschieblich mit dem Ausgleichsgehäuse 12 verbindbar
ist, wie in 1 erkennbar.
-
Als
weiterer Bestandteil der Reibvorrichtung ist ein zweiter, hier Reiblamelle
genannter Reibkonus 50 koaxial über die Zwischenlamelle 40 gestülpt.
Die Reiblamelle 50 weist an ihrer konischen Außenfläche 52 eine
Mehrzahl von Reibbelagstreifen 54 auf. In 2 nicht
erkennbar ist, dass bei einer bevorzugten Ausführungsform
auch die konische Innenfläche der Reiblamelle 50 Reibbeläge
aufweist. Die Reibbeläge sind vorzugsweise aus einem Carbonmaterial
gefertigt. Die Konuswinkel der Reiblamelle 50 sind an die Konuswinkel
der Zwischenlamelle 40 angepasst, so dass bei axialer Krafteinwirkung
eine optimale Reibwirkung entsteht. Der in 1 erkennbare
Konuswinkel der Innenfläche 13 des Ausgleichsgehäuses 12 ist
ebenfalls an die Konenwinkel der Reibkonen angepasst.
-
Die
Reiblamelle 50 weist an ihrem schmalen Ende eine Innenverzahnung 56 auf,
mit der sie auf der gleichen Verzahnung wie das Achswellenrad 30 drehfest
und axial verschieblich auf der Achswelle lagerbar ist.
-
3 zeigt
die drei Elemente Achswellenrad 30, Zwischenlamelle 40 und
Reiblamelle 50 im zusammengebauten Zustand.
-
Erfährt
das Achswellenrad 30 aufgrund einer Momentenübertragung
eine nach außen gerichtete Axialkraft, presst es die Zwischenlamelle 40 und
die Reiblamelle 50 zusammen und beide gemeinsam gegen die
Innenfläche 13 des Ausgleichsgehäuses 12. Hierdurch
entsteht eine Reibwirkung an drei Reibflächen, die vorzugsweise
mit Reibebelägen belegt sind. Auf diese Weise entsteht
bei geringem axialem Bauraum eine erhebliche Reibwirkung, die zu
einer effizienten Differentialsperrung führt.
-
Natürlich
stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den
Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist ein breites Spektrum
an Variationsmöglichkeiten anhand gegeben. Insbesondere
kann die Verteilung der Reibbeläge auf den unterschiedlichen Flächen
anders gestaltet sein, als in den Zeichnungen dargestellt, z. B.
so, dass ein geeigneter Ölfluss zum Kühlen der
Reibpartner gewährleistet ist.
-
- 10
- Differential
- 12
- Ausgleichsgehäuse
- 13
- Innenfläche
von 12
- 14
- Hauptbolzen
- 16
- Rotationsachse
- 18
- Ausgleichsrad
- 20
- Achswelle
- 30
- Achswellenrad
- 32
- Sperrfläche
- 34
- Verzahnung
- 36
- Reibbelag
- 40
- erster
Reibkonus, Zwischenlamelle
- 42
- Rand
von 40
- 50
- zweiter
Reibkonus, Reiblamelle
- 52
- Außenfläche
von 50
- 54
- Reibbelag
- 56
- Innenverzahnung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2003049927 [0003]
- - DE 102006050592 A1 [0004]
- - JP 09049560 [0005]