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Die Erfindung bezieht sich auf ein selbsttätig sperrendes Zahnräder-Ausgleichsgetriebe
mit Keggei' rädern, welches ein umlaufendes Ausgleichsgehäuse aufweist, in dem die
Ausgleichskegelräder und die auf den Triebwellen befestigten Kegelräder angeordnet
sind und das Getriebe mit einer ölfüllung versehen ist, wobei im umlaufenden Ausgleichsgehäuse
eine Rotationskolbenpumpe angeordnet ist, die Drosselquerschnitte und volumenveränderliche
Kammern aufweist, während ein Teil dieser Rotationskolbenpumpe mit dem Ausgleichsgehäuse
und ein weiteres Teil mit dem Kegelrad verbunden ist.
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Bekannt sind Ausgleichsgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Kegelrädern,
wobei zwischen den auf den Triebwellen befestigten Kegelrädern und dem Ausgleichsgehäuse
Lamellenkupplungen angeordnet sind. Betätigt werden diese Lamellenkupplungen durch
die auf den Triebwellen angeordneten Kegelräder, welche entsprechend der auf sie
wirkenden Axialkraft die Lamellen zusammenpressen und so eine kraftschlüssige Verbindung
der Triebwellen mit dem Ausgleichsgehäuse hervorrufen. Diese Axialkraft wird dadurch
erzeugt, daß die Kegelräder an den Zahnstirnseiten durch entsprechend gestaltete
Körper abgeschlossen werden und so Druckkammern entstehen, welche beim Ineinanderkämmen
der Kegelräder eine Axialkraft auf die mit den Triebwellen verbundenen Kegelräder
und somit auf die Lamellenkupplung ausüben. Damit nicht schon beim Kurvenfahren
des Kraftfahrzeuges eine Sperrung des Ausgleichsgetriebes eintritt, dürfen die Zahnlückenräume
nicht völlig dicht sein, sondern müssen mit Durchlässen versehen werden. Eine derartige
Lamellenkupplung als Differentialsperre arbeitet mit mechanischer Reibung, was einen
gewissen Verschleiß zur Folge hat. Dieser Verschleiß an den Reibscheiben der Lamellenkupplung
führt dazu, daß das axiale Spiel der Kegelräder vergrößert wird und damit auch eine
Veränderun- der Durchlaßquerschnitte der Zahnlückenräume mit sich bringt. Die Einhaltung
eines bestimmten Durchlaßquerschnittes einer solchen Konstruktion setzt demnach
nicht nur äußerst präzise gefertigte Zahnräder und Abschlußkörper voraus, sondern
hat auch den Nachteil, daß eine geringfügige Veränderung der Reibscheiben eine Veränderung
des Axialdruckes bewirken. Der Bauaufwand für ein solches selbsttätig sperrendes
Differentialgetriebe ist sehr groß, denn das in sich geschlossene Ausgleichsgehäuse
muß zur Einhaltung eines stets gleichbleibenden Flüssigkeitsstandes mit einer Kolbenpumpe
versehen werden.
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Weiter ist durch die deutsche Auslegeschrift 1019 185 eine
hydraulische Sperrvorrichtung für ein Differentialgetriebe gezeigt. Diese Sperrvorrichtung
besteht aus einer Vielzellenpumpe, welche in Schlitzen geführte radial bewegliche
Schieber aufweist. Diese Schieber stehen unter dem Einfluß einer Feder und werden
dadurch gegen die Innenfläche des Druckringes gedrückt. Die seitliche Abdichtung
des Rotors der Vielzellenpumpe erfolgt durch eine Platte, die mittels eines unter
dem Oldruck stehenden ringförinigen Kolbens gegen den Rotor gepreßt wird. Eine solche
hydraulische Sperrvorrichtung ist mit einem großen Bauaufwand für die Abdichtung
behaftet, und es ist eine Vielzahl von Kanälen und Bohrungen erforderlich. Weiter
ist von Nachteil, daß die Schieber der Vielzellenpumpe eine gleitende Bewegung ausführen
und deshalb recht störanfällig sind. Infolge der seitlichen Abdichtung der Vielzellenpumpe
ist es nicht möglich, diese in einer Aussparung des Kegelrades anzuordnen, wodurch
die Baubreite einer derartigen Konstruktion verhältnismäßig groß wird.
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Eine Mitnehmerkupplung zwischen der Antriebsachse und der Radnabe
entsprechend der deutschen Patentschrift 147 256 gestattet eine Relativbewegung
zwischen der Achse und dem Rad, die kleiner ist als eine Umdrehung. Eine solche
Mitnehmerkupplung ist als selbsttätige Differentialsperre nicht geeignet, da bei
längerer Kurvenfahrt infolge der sehr begrenzten zulässigen Differenzbewegung zwischen
der Achse und der Nabe diese als Sperre wirksam wird.
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Ferner ist durch die britische Patentschrift 499 048 eine selbsttätig
wirkende Differentialsperre bekannt, wobei ein scheibenförmig ausgebildeter, doppelt
wirkender Kolben in einem entsprechend ausgebildeten Zylinder eine hin- und hergehende
Pumpbewegung ausführt, sobald eine Drehzahldifferenz zwischen dem Gehäuse und dem
Kegelrad auftritt. Die hin-und hergehende Bewegung des Kolbens im Zylinder wird
dabei durch einen Exzenter erzeugt. Auf den Achsen sind die Kegelräder axial beweglich
angeordnet und werden durch den von der Pumpe erzeugten öldruck mit den kegelfönnigen
Reibflächen gegen die gehäusefesten Gegenreibflächen gedrückt, wodurch die Sperrwirkung
erzielt wird. Diese durch mechanische Reibung hervorgerufene Differentialsperre
ist mit einem großen Bauaufwand durch die vielen mit großer Präzision zu fertigenden
Teile behaftet und wird daher sehr teuer. Abgesehen davon entsteht durch die mechanische
Reibung Abrieb, der die ölfüllung verunreinigt, was sich sehr ungünstig auf die
Lebensdauer des Differentialgetriebes auswirkt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Kegelraddifferentialgetriebe
mit selbsttätiger hydraulischer Sperrung die zwischen dem einen Seitenkegelrad und
dem Ausgleichsgehäuse angeordnete Pumpe, welche bei Differentialbewegungen die Druckflüssigkeit
durch einen engen Spalt drückt, möglichst einfach und betriebssicher auszubilden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rotationskolbenpumpe
als Kreiskolbenmaschine mit mehreckigem Kolben und einer Trochoidenlaufbahn ausgebildet
ist, wobei das Ausgleichsgehäuse einen als Exzenter für den Kolben ausgebildeten
Ansatz aufweist, das Kegelrad die Lauffläche für den Kolben bildet und mit einem
Zahnkranz versehen ist, welcher in der am Kolben befindlichen Verzahnung kämmt.
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Dadurch wird mit einfachen Mitteln eine hydraulische Sperre für Differentialgetriebe
erzielt, denn es wird lediglich durch überströmen der Arbeitsflüssigkeit
- vorzugsweise des Schmieröls - von einer Arbeitskammer in die andere
bei einer Drehzahldifferenz zwischen dem Gehäuse und dem Kegelrad die Sperrwirkung
erzielt. Der Aufbau einer solchen Differentialsperre ist äußerst einfach, da keine
radial verschiebbaren Teile erforderlich sind.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Drosselquerschnitte
in an sich bekannter Weise durch die Spalte zwischen den Kammern der Rotationskolbenpumpe
gebildet. Dementsprechend entfällt eine zusätzliche Abdichtung zwischen dem Kolben
der Kreiskolbenmaschine und der Trochoidenlaufbahn, wodurch eine solche Differentialsperre
sehr
betriebssicher wird, da keine mechanische Reibung an dieser Stelle vorhanden ist.
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Wie die Erfindung zeigt, werden die Drosselquerschnitte in an sich
bekannter Weise durch den zwischen der Rotationskolbenpumpe und der Wand des Ausgleichsgehäuses
befindlichen Spalt gebildet. Eine solche Ausbildung ist nicht nur sehr einfach,
sondern hat zudem den Vorteil, daß der Grad der Sperrwirkung durch die Bemessung
des Spaltes leicht beherrschbar ist.
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In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Die Figuren stellen im einzelnen folgendes dar: F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt
durch das erfindungsgemäße Kegelraddifferentialgetriebe mit selbsttätiger hydraulischer
Sperrung; F i g. 2 stellt einen Querschnitt durch die Sperreinrichtung nach
F i g. 1 gemäß der Schnittlinie II-II dar; F i g. 3 zeigt einen Längsschnitt
durch das erfindungsgemäße Ausgleichsgetriebe, wobei die Kreiskolbenmaschine in
einer Aussparung des Kegelrades angeordnet ist.
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In den F i g. 1 und 2 ist im feststehenden Gehäuse
1 die Antriebswelle gelagert, welche mit dem Antriebskegelrad 2 drehfest
verbunden ist. Mit dem Ausgleichsgehäuse 8 bildet das Tellerrad
3 ein Teil. In dem Ausgleichsgehäuse 8 sind die Ausgleichskegelräder
7 sowie die Triebwellenkegelräder 4 und 6 angeordnet. Die zu den Antriebsrädern
führenden Triebwellen 5 sind mittels eines Keilnutprofils mit den Kegelrädern
4 bzw. 6, die ein entsprechendes Gegenprofil aufweisen, drehfest verbunden.
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Die selbsttätige hydraulische Sperrung in den F i g. 1 und
2 wird durch die Kreiskolbenmaschine gebildet, die zwischen dem Kegelrad 4 und dem
Ausgleichsgehäuse 8 angeordnet ist und aus einem mit dem Kegelrad 4 fest
verbundenen Mantel 12, welcher mit der Trochoidenlaufbahn versehen ist, besteht.
Ebenfalls fest mit dem Kegelrad 4 ist das Ritzel 15
verbunden, welches mit
seiner Verzahnung in einer entsprechenden Gegenverzahnung des Kolbens 14 kämmt.
Der Exzenter 13, auf welchem der Kolben 14 gleitet, ist im Ausgleichsgehäuse
8 befestigt. Durch den als Drosselquerschnitt wirkenden Spalt 11 sind
die Arbeitsräume der Kreiskolbenmaschine miteinander verbunden.
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Die Ausführungsform nach F i g. 3 unterscheidet sich von der
nach den F i g. 1 und 2 dadurch, daß die Rotationskolbenmaschine in einer
Aussparung des Kegelrades 4 angeordnet ist. Die Trochoidenlaufbahn der Kreiskolbenmaschine
ist dabei in dieses Kegelrad eingearbeitet.
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Nachfolgend wird die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
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Bei den in den Figuren dargestellten Ausgleichsgetrieben wird vom
Antriebskegelrad 2 über das Tellerrad 3 das Ausgleichsgehäuse 8 angetrieben.
Bei Geradeausfahrt des Kraftfahrzeuges und gleicher Bodenhaftung der Räder bewegen
sich die Triebwellen 5 mit gleicher Drehzahl. Dabei findet kein Kämmen der
Ausgleichskegelräder 7 in den Verzahnungen der Kegelräder 4 und
6 statt.
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Bei Kurvenfahrt des Kraftfahrzeuges treten Drehzahlunterschiede der
Triebräder zwischen dem Triebrad an der Kurvenaußenbahn und dem Triebrad an der
Kurveninnenbahn auf. Diese dadurch entstehenden, verhältnismäßig geringen Drehzahlunterschiede
zwischen den beiden Triebwellen 5 dürfen bei dem erfindungsgemäßen Kegelraddifferentialgetriebe
mit selbsttätiger hydraulischer Sperrung nicht zu einer Sperrwirkung führen. Die
Sperrwirkung beim Kurvenfahren wird dadurch vermieden, daß zwischen den volumenveränderlichen
Kammern der Kreiskolbenmaschine Drosselquerschnitte 11 angeordnet sind.
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Beim Durchrutschen eines Antriebsrades infolge schlechter Bodenhaftung,
z. B. auf Schnee, Eis, Schlamm od. dgl., muß die selbsttätige hydraulische Sperrung
wirksam werden. Das Durchrutschen eines Antriebsrades bewirkt eine Relativbewegung
zwischen dem Ausgleichsgehäuse 8 und dem Kegelrad 4. Bei einem Drehzahlunterschied
zwischen dem Kegelrad 4 und dem Ausgleichsgehäuse 8 kämmt das mit dem Kegelrad
4 verbundene Ritzel 15 in einer Verzahnung des Kolbens 14. Dabei gleitet
der Kolben 14 auf dem mit dem Ausgleichsgehäuse 8 verbundenen Exzenter
13 und bewirkt auf diese Weise eine Volumenänderung der Arbeitskammern. Das
Ansaugen und Ausstoßen des in den Arbeitskammern befindlichen Öls erfolgt über die
Drosselquerschnitte 11. Dadurch wird ein mit der Differenzdrehzahl zwischen
dem Ausgleichsgehäuse 8 und dem Kegelrad 4 ansteigendes Moment von dem einen
drehenden Teil der Pumpe auf den anderen drehenden Teil übertragen, d. h.,
es findet zwischen diesen Teilen eine Sperrwirkung statt. Die Bemessung der Drosselquerschnitte
11 ermöglicht es dabei auf einfache Weise, die Sperrwirkung zu verändern.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellte Ausführungsform,
denn es ist ohne weiteres möglich, an Stelle der als Spalte ausgebildeten Drosselquerschnitte
Bohrungen anzuordnen und damit die Verbindung der volumenveränderlichen Kammern
mit der ölfüllung herzustellen. Ebenso kann bei verhältnismäßig großem axialem Spiel
des Kegelrades 4 zwischen diesem und dem Ausgleichsgehäuse ein federbelasteter Kolbenring
zur Abdichtung angeordnet werden.