-
Die Erfindung bezieht sich auf ein eine Antriebswelle und zwei Abtriebswellen aufweisendes Differentialgetriebe mit einer Differentialsperre, die auf die Antriebswelle einwirkt, und/oder mit wenigstens einer Differentialsperre, die auf eine der Abtriebswellen einwirkt.
-
Differentialgetriebe mit Differentialsperren sind bekannt. Im Allgemeinen wird die Antriebswelle gesperrt, was allerdings nicht ausschließt, dass sich die Räder an den Abtriebswellen weiterhin drehen.
-
Es wurde auch schon vorgeschlagen, auch die Abtriebswellen zu sperren.
-
Hier setzt die Erfindung an. Sie geht von der Aufgabe aus, Differentialsperren darzustellen, die sicher betätigt werden können, um eine Rotationsblockierung der jeweiligen Welle zu ermöglichen.
-
Dazu sieht die Erfindung vor, dass jede Differentialsperre aus einem mit einer Stirnverzahnung versehenen Klinkenrad, das drehfest mit der jeweiligen Welle verbunden ist, und einer in die Stirnverzahnung eingreifenden Klinke besteht, die um eine zur jeweiligen Welle parallele Achse in der Ebene des Klinkenrades schwenkbar ist.
-
Mit einer solchen Klinke kann diejenige Welle, die mit der Differentialsperre versehen ist, gegen Drehung gesichert werden, wobei die entstehenden Kräfte z. B. an das Gehäuse des Differentialgetriebes weitergeleitet werden können.
-
Eine einfache Ausführung besteht darin, dass die Klinke an ihrer dem Klinkenrad zugewandten Seite einen Nocken aufweist, der in den Freiraum zwischen zwei Zähnen der Stirnverzahnung einzugreifen vermag.
-
Um sicher zu stellen, dass die Differentialsperre bei Nichtbetätigung tatsächlich die jeweilige Welle freigibt, ist vorgesehen, dass die Klinke mittels einer Klinkenfeder in eine Position vorgespannt ist, in der der Nocken außer Eingriff mit der Stirnverzahnung steht.
-
Zur Betätigung der Klinke ist vorgesehen, dass auf die Klinke ein Spreizelement einwirkt, das sich einerseits an der dem Klinkenrad abgewandten Seite und andererseits an einer gehäusefesten Gegenfläche abstützt.
-
Mit Erweitern des Spreizelementes wird die Klinke auf das Klinkenrad gedrückt bzw. der Nocken in einen Freiraum zwischen zwei Zähnen des Klinkenrades, so dass dieses blockiert ist.
-
Vorzugsweise besteht das Spreizelement aus einer Kniehebelanordnung, die von einer Feder zum Spreizen der Kniehebelanordnung belastbar ist.
-
Die Kniehebelanordnung besteht vorzugsweise aus zwei Kniehebeln, wobei ein Ende in einer gemeinsamen Achse gelagert ist, die in einem Kniehebelachsenhalter angeordnet ist, und wobei an den freien Enden der Kniehebel jeweils eine Kniehebelrolle gelagert ist.
-
Dabei sind die Kniehebelrollen in einer Kulisse, die senkrecht zur Federbelastungsrichtung verläuft, geführt.
-
Sobald die Feder auf die Kniehebelachsenhalter drückt, schwenken die Kniehebel nach außen, so dass die Kniehebelrollen sich einerseits am Gehäuse und andererseits an der Klinke abstützen, die in Richtung auf das Klinkenrad gedrückt wird, wodurch der Nocken in dessen Verzahnung einzugreifen vermag.
-
Dabei besteht das weitere Problem, dass bei solchen Verschwenkungen des Kniehebels der Nocken möglicherweise gerade gegenüber einem Zahn liegt, so dass er nicht in einen Zahnzwischenraum gelangen kann und vielmehr zunächst auf dem Zahn zu liegen kommt, ohne dabei das Klinkenrad zu blockieren.
-
Daher sieht die Erfindung vor, dass die Feder zur Belastung des Kniehebelachsenhalters gefesselt an einem eine Antriebseinheit aufweisenden Aktuator gehalten ist.
-
Dies hat zur Folge, dass mit der Betätigung des Aktuators zunächst die Feder gespannt wird, wenn der Nocken zunächst gegen einen Zahn gedrückt wird. Sobald das Klinkenrad sich aber ein wenig weiter gedreht hat, wird der Klinkenhebel von der Kraft der gespannten Feder weiter in Richtung auf das Klinkenrad verschwenkt, so dass der Nocken nun in den Zahnzwischenraum eingreifen kann.
-
Vorzugsweise wird die Antriebseinheit des Aktuators an der Außenseite des Gehäuses des Differentialgetriebes befestigt.
-
Grundsätzlich kann vorgesehen werden, dass für jede Abtriebswelle eine Differentialsperre der beschriebenen Art vorgesehen ist, wobei jede Differentialsperre einen Aktuator aufweist. Dabei werden die Antriebseinheiten der Aktuatoren an der Außenseite des Gehäuses des Differentialgetriebes befestigt.
-
Es ist bei einer solchen Ausführung aber auch möglich, einen gemeinsamen Zentralaktuator für beide Differentialsperren vorzusehen, der z. B. über eine Bügelanordnung auf die beiden Differentialsperren einwirkt.
-
Weiterhin ist es möglich, dass das Differentialgetriebe mit einer Differentialsperre an nur einer Abtriebswelle versehen wird, wobei für die Antriebswelle eine separate Sperrung z. B. im Schalt- oder Automatikgetriebe vorgesehen ist.
-
Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigen:
-
1 die perspektivische Darstellung eines Differentialgetriebes mit jeweils einer Differentialsperre an den beiden Abtriebswellen,
-
2 eine Querschnittsdarstellung einer Differentialsperre,
-
3 eine Detaildarstellung aus der 2 und
-
4 eine alternative Möglichkeit zur Betätigung von zwei Differentialsperren.
-
1 zeigt ein herkömmliches Differentialgetriebe 1 mit einer Antriebswelle 2 und zwei Abtriebswellen 3, die seitlich aus dem Gehäuse 4 des Differentials herausragen. Das Gehäuse 4 besitzt einen Getriebedeckel 31.
-
An jeder Abtriebswelle 3 befindet sich, was in dieser Figur nicht zu erkennen ist, eine im Gehäuse 4 des Differentialgetriebes 1 angeordnete Differentialsperre 5, die über Aktuatoren 6, die außen an dem Gehäuse 4 angebracht sind, betätigt werden.
-
Die 2 zeigt das Differentialgetriebe 1 in geschnittener Form, so dass eine der Differentialsperren 5 im Detail zu erkennen ist. Die andere Differentialsperre ist identisch, aber spiegelverkehrt aufgebaut.
-
Die Differentialsperre 5 besteht aus einem Klinkenrad 7, das drehfest mit der Abtriebswelle 3 verbunden ist und an deren Außenrand sich eine Vielzahl von Zähnen 8 befindet, zwischen denen sich jeweils ein Freiraum 9 befindet.
-
In der Ebene des Klinkenrades 7 befindet sich eine gebogen verlaufende Klinke 10, die sich entlang eines ca. 90° langen Außenrandabschnittes des Klinkenrades 7 erstreckt und die um eine Schwenkachse 11, die parallel zur Abtriebswelle 3 verläuft, schwenkbar ist.
-
Am freien Ende der Klinke 10 befindet sich an deren Innenseite ein Nocken 12, der in einen der Freiräume 9 des Klinkenrades 7 einzugreifen vermag, um so das Klinkenrad 7 und damit die Abtriebswelle 3 zu blockieren.
-
Über die Schwenkachse 11 hinaus besitzt die Klinke 10 einen kurzen Fortsatz 13, an dem sich eine am Gehäuse 4 bzw. an dem Getriebedeckel 31 abgestützte Klinkenfeder 14 befindet, die die Klinke 10 in einer Weise vorspannt, dass sie sich außer Eingriff mit dem Klinkenrad befindet, wodurch die Differentialsperre freigegeben ist.
-
Zum Betätigen der Klinke 10 ist ein Spreizelement vorgesehen, das aus einer Kniehebelanordnung 15 mit Kniehebelrollen 16, 17 besteht. Dies ist in der 3 im Detail dargestellt: Die Kniehebelanordnung 15 besitzt zwei Kniehebel 18, deren innere Enden in einer gemeinsamen Kniehebelachse 19 gelagert sind, die in einem Kniehebelachsenhalter 20 angeordnet ist. In den äußeren Enden der Kniehebel 18 ist jeweils eine der Kniehebelrollen 16, 17 gelagert.
-
Die eine Kniehebelrolle 16 liegt an der Außenseite der Klinke 10 an, während die andere Kniehebelrolle 17 sich an einer der Klinke 10 gegenüberliegenden Abstützfläche am Getriebedeckel 31 des Differentialgetriebes 1 abstützt.
-
Jeder Kniehebel 18 besteht aus zwei parallel verlaufenden Streben, zwischen denen sich die Kniehebelrollen 16, 17 befinden, wobei deren Achsen nach außen über die Streben hervorstehen. Diese überstehenden Enden der Achsen sind jeweils in einer Kulisse 21 geführt, die sich in radialer Richtung zur Abtriebswelle 3 erstreckt. Die Kulissen 21 werden von Schlitzen in einem Kniehebelrollenführungsblech 22 gebildet, das die Kniehebelanordnung 15 U-förmig umgreift und an seiner der Kniehebelanordnung 15 abgewandten Seite eine Stütze 23 aufweist, die gegen einen Anschlag am Getriebedeckel 31 anliegt.
-
Wird nun die Kniehebelachse 19 in Richtung des Anschlages bewegt, drehen sich die Kniehebel 18 um die Kniehebelrollen 16, 17, so dass die Kniehebelanordnung 15 gespreizt wird, d. h. die Kniehebelrollen 16, 17 auseinander bewegt werden. Dadurch kann der Nocken 12 in einen Freiraum des Klinkenrades 7 gedrückt werden und es damit blockieren.
-
Zum Betätigen der Kniehebelanordnung 15 ist ein Aktuator 6 vorgesehen, der über eine gefesselte Kniehebelfeder 25 auf die Kniehebelachse 19 wirkt.
-
Dazu verfügt der Kniehebelachsenhalter 20 über einen Führungsstift 27, der sich in Richtung der beabsichtigten Bewegung der Kniehebelachse 19 erstreckt. Der Aktuator 6 besitzt eine Spindel, die in ihrer Verlängerung eine Schiebehülse 28 aufweist, in der der Führungsstift 27 axial geführt ist. Zwischen einem Sicherungsring 29 an der Schiebehülse 28 und einem beweglich gegen einen Anschlag an der Schiebehülse 28 anliegenden Federtopf 30 ist die Kniehebelfeder 25 eingespannt. Der Federtopf 30 stützt wiederum am Kniehebelachsenhalter 20 ab.
-
Zum Betätigen der Kniehebelanordnung 15 wird die Schiebehülse 28 von der Antriebseinheit des Aktuators 6 in Richtung auf den Kniehebelachsenhalter 20 verschoben, so dass die Kniehebelanordnung 15 gespreizt wird. Sollte sich dabei der Nocken 12 gerade über einem Freiraum 9 befinden, reicht die Vorspannung der Kniehebelfeder 25 aus, um die Klinke 10 gegen die Kraft der Klinkenfeder 14 zu verschwenken, so dass der Nocken 12 in den Freiraum 9 eingreift. Sollte sich der Nocken 12 aber gerade über einem Zahn 8 befinden, kann die Kniehebelanordnung 15 nur so weit gespreizt werden, bis der Nocken 12 auf dem Zahn 8 aufliegt. Die weitere Betätigung des Aktuators 6 führt daher dazu, dass die Kniehebelfeder 25 zusammengedrückt wird und sich deren Vorspannung erhöht.
-
Sobald sich das Klinkenrad 7 aber so weit gedreht hat, dass sich der Nocken 12 nun über einem Freiraum 9 befindet, wird sich die Kniehebelfeder 25 schlagartig entspannen und die Kniehebelanordnung 15 so schnell spreizen, so dass der Nocken 12 auch bei einer hohen Drehzahl des Klinkenrades 7 in den folgenden Freiraum 9 hineinbewegt wird.
-
Wie bereits erwähnt, besitzt das Gehäuse 4 des Differentialgetriebes einen Getriebedeckel 31, der dem Eintritt der Antriebswelle 2 in das Gehäuse 4 gegenüberliegt. In dem Deckel 31 befindet sich für jeden Aktuator 6 eine von einer Hülse 32 gebildete Öffnung, auf dessen Rand ein Elektromotor mit einem Stirnzahnrad angeordnet ist, das in die Zahnung der Spindel eingreift, um diese anzutreiben. Die Spindel, die Schiebehülse 28 sowie der Führungsstift 27 verlaufen in der Hülse 32.
-
In der 4 ist ein alternativer Antrieb für zwei Differentialsperren 5 dargestellt. Die Schiebehülsen 28 werden von jeweils einem Nockenhebel 33 betätigt, wobei die beiden Nockenhebel über einen außen am Getriebedeckel 31 verlaufenden Bügel 34 miteinander verbunden sind. Ein außen am Getriebedeckel 31 angebrachter Zentralaktuator 35 greift über einen Hebelmechanismus 36 am Bügel 34 an, so dass beide Nockenhebel 33 vom Zentralaktuator 35 gleichzeitig betätigt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Differentialgetriebe
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Abtriebswellen
- 4
- Gehäuse
- 5
- Differentialsperren
- 6
- Aktuatoren
- 7
- Klinkenrad
- 8
- Zähne
- 9
- Freiraum
- 10
- Klinke
- 11
- Schwenkachse
- 12
- Nocken
- 13
- Fortsatz
- 14
- Klinkenfeder
- 15
- Kniehebelanordnung
- 16
- Kniehebelrolle
- 17
- Kniehebelrolle
- 18
- Kniehebel
- 19
- Kniehebelachse
- 20
- Kniehebelachsenhalter
- 21
- Kulisse
- 22
- Kniehebelrollenführungsblech
- 23
- Stütze
- 25
- Kniehebelfeder
- 27
- Führungsstift
- 28
- Schiebehülse
- 29
- Sicherungsring
- 30
- Federtopf
- 31
- Getriebedeckel
- 32
- Hülse
- 33
- Nockenhebel
- 34
- Bügel
- 35
- Zentralaktuator
- 36
- Hebelmechanismus
