DE2419880A1 - Differentialgetriebe - Google Patents

Description

Patentanwälte llna. R. BSETZ »en. p-in-. K. LAMPRECHT

Dr.-Ing. K. D I.: C T Z Jr. ο / -| q O Π Q I Manchen 22, Steinedorfotr. 1· ^L *+ ' ^ ^{u u w}

62-22.531P(22.532H) 24. 4. 1974

AUTOMOBILES PEUGEOT, Paris (Frankreich)

Differentialgetriebe

Die Erfindung bezieht sich auf einen Differentialgetriebemechanismus , der zusätzlich zu den Bauteilen eines klassischen Differentials enthält: zwei mit dem Gehäuse drehfest verbundene, aber relativ zu ihm in Richtung der Abtriebswellen verschiebbare Muffen mit an ihren einander gegenüberliegenden Stirnrändern angeordneten Rampenflächen, die mit entsprechenden Schrägflächen oder Anflachungen an einer Quer-Stegachse zusammenwirken, auf der zumindest ein Kegelzahnrad gelagert ist, das in zwei Mitten- oder Achstreibräder eingreift; ferner Reibkupplungen zur Drehmomentübertragung zwischen den Abtriebswellen und dem Gehäuse.

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Derartige Differentialgetriebe sind vor allem für Kraftfahrzeuge bestimmt, bei denen der Differentialmechanismus ein Antriebsdrehmoment auf zwei koaxial ausgerichtete Wellen übertragen soll, die in bestimmten Betriebsbedingungen unterschiedliche Drehzahlen haben. Dies gilt insbesondere für die Radantriebswellen eines Kraftwagens, wenn dieser in einer Kurve fährt.

Die klassischen Differentialmechanismen enthalten meistens Mittelräder , die mit den anzutreibenden Wellen fest verbunden sind und mit Umlauf- oder Ausgleichsrädern kämmen, die frei drehbar auf einer Querachse angeordnet sind, die senkrecht zu den Radwellen angeordnet von dem Differentialgehäuse getragen wird, das seinerseits fest mit einem Antriebszahnkranz, der auch großes Tellerrad genannt wird, gekuppelt ist.

Da ein derartiger Mechanismus nur gleiche Drehmomente auf die beiden Wellen übertragen kann, ergänzt man ihn durch Reibkuppelvorrichtungen, um dadurch vorübergehend die Ausgleichs- oder Differentialwirkung zu begrenzen oder aufzuheben, insbesondere beim Anfahren eines Fahrzeuges, wenn eines der beiden Treibräder die Bodenhaftung zum großen Teil oder vollständig verliert. Diese zusätzlichen Reibungsvorrichtungen bestehen aus Scheiben- oder Kegelkörpern, die als Kupplungen zwischen den Differential-Abtriebswellen und dem Gehäuse wirken.

Sehr häufig sind diese Reibkupplungen mit Hilfe eines elastischen Organs vorgespannt, und die Reibwirkung nimmt dann gleichzeitig mit dem Drehmoment zu. Bei diesen Differentialmechaiismen wird der Widerstand, dereinem Drehzahlausgleich entgegenwirkt, um so größer,

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je höher das zu übertragende Drehmoment ist. Ein derartiges Ergebnis . ist aber für ein gutes Straßenverhalten nachteilig, denn es verhindert auch den durchaus erwünschten Drehzahlausgleich zwischen den beiden Abtriebswellen, wenn das Fahrzeug durch eine Krümmung fährt.

Aus diesem Grunde hat man bereits versucht, eine Verringerung der Reibung zu erzielen, die sich der Differentialwirkung entgegensetzt, wenn das übertragene Drehmoment zunimmt.

Eine bekannte Lösung besteht darin, die axiale Komponente der zwischen den Mittelrädern und den Umlaufrädern auftretenden Zahnkräfte auszunutzen, um der Wirkung des elastischen Vorbelastungsorgans entgegenzuwirken und so die Wirkung der Reibung bei den zwischen den Ausgangswellen und dem Differentialgehäuse angeordneten Reibkupplungen herabzusetzen. Eine derartige Lösung hat jedoch mehrere Nachteile: Sie bedingt ein ganz besonderes Zahnprofil für die Umlauf- und die Mittelräder, und dieses Profil ist nicht das günstigste für die Übertragung des Drehmoments; die axiale Kraft auf die Mittelräder ist nur schwierig einwandfrei festzulegen: Es ist unmöglich, ein Gesetz für die Änderung dieser Kraft in Abhängigkeit von dem Drehmoment zu bestimmen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für das oben genannte Problem zu schaffen, die nicht die erwähnten Nachteile aufweist.

Die Erfindung wird angewendet bei einem Differentialgetriebe mit einem Gehäuse, zumindest einer indem Gehäuse quer angeordneten Achse, auf der zumindest ein Kegelrad frei drehbar gelagert ist, das

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mit Mittelrädern zusammenwirkt, die jeweils mit den beiden koaxialen Ausgangs- oder Abtriebs wellen verbunden sind, wobei Reibkupplungen, die zur Drehmomentübertragung zwischen den Abtriebs wellen und dem Gehäuse bestimmt sind, elastische Organe enthalten, die zur Vorbelastung der Reibkupplungen im Sinne des Festziehens bestimmt sind, und wobei mit dem Gehäuse drehfest verbundene, aber relativ zu ihm in Richtung der Abtriebs wellen verschiebbare Muffen mit an ihren einander gegenüberliegenden Stirnrändern angeordneten Rampenflächen vorsehen, deren Rampenflächen mit entsprechenden Schrägflächen an der Quer- oder Stegachse zusammenwirken und die Aufgabe haben, die Muffen voneinander zu entfernen, wenn ein Drehmoment übertragen wird.

Ein solches Differentialgetriebe ist nun gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Reibkupplungen zwischen den Mittelrädern und den Muffen angeordnet sind, während die elastischen Organe derart zwischen den Muffen und den Stirnwänden des Gehäuses liegen, daß bei Vergrößerung des übertragenen Drehmomentes die Kupplungen gegen die Wirkung der elastischen Organe zunehmend gelöst werden.

Weitere Merkmale werden sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen ergeben, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch ein Differentialgetriebe gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II—II der Fig. 1,

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Fig. 3 einen Teilschnitt längs der Linie III—III der Fig. 1,

Fig. 4 einen Teilschnitt entsprechend dem Längsschnitt in Fig. 1 für eine andere Differentialausbildung.

Das Differentialgetriebe gemäß Fig. 1 ist in einem Gehäuse 1 angeordnet, dessen Stirnwände 2 und 3 Lager 4 bzw. 5 enthalten, in denen die Abtriebswellen 6 und 7 mit der gemeinsamen Achse X-X gelagert sind. Ein Zahnkranz 8 (großes Tellerrad) ist einstückig mit der Stirnwand 2 des Gehäuses 1; der Zahnkranz dient zur Aufnahme des Eingangsdrehmomentes, das von einem Motor über eine nicht dargestellte Triebverbindung geliefert wird. Am inneren Ende jeder der Abtriebswellen ist ein Mittelrad 9 mit Kegelverzahnung befestigt. Zur drehfesten Verbindung zwischen jeder Abtriebswelle und ihrem Mittel- oder Treibrad ist eine Nutwellen-Schiebekupplung 10 vorgesehen. Jedes Mittelrad 9 ist in axialer Richtung nach außen durch einen zylindrischen Kragen 11 verlängert, der äußere achsparallele Nuten 12 trägt.

Die Mittelräder 9 stehen im Eingriff mit Kegelrädern 13, die als Umlaufräder frei drehbar auf einer den Steg bildenden Achse 14 gelagert sind, die senkrecht zur gemeinsamen Achse X-X der Abtriebswellen 6 und 7 ist. Die Enden der Quer- oder Stegachse 14 sind mit Anflachungen 15 versehen und liegen zwischen zwei Muffen 16, deren einander zugewandte Stirnränder mit paarweise gegensinnig angeordneten Rampen- oder Schrägflächen 17 versehen sind (Fig. 3).

Die Muffen 16 haben an ihrer äußeren Umfang sfläche Längsrippen 18, die parallel zur Achse X-X in Innennuten 19 des Gehäuses 1

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verschiebbar sind (Fig. 2). Sie haben außerdem an ihrer Innenseite Längsnuten 20, in die am Umfang von Ringreibscheiben 21a angeordnete Zungen eingreifen. Die Scheiben 21a wechseln sich mit Ringreibscheiben 21b ab, die an ihrer inneren Umfangslinie mit Zungen besetzt sind, die in Nuten 12 des Kragens 11 der Mittelräder 9 eingreifen. Jede Muffe ist fest bzw. einstückig mit einem Innenflansch 23 verbunden, der relativ zu den Reibscheiben 21a und 21b an der den Umlaufrädern 9 gegenüberliegenden Seite des Reibscheibensatzes liegt. Die Reibscheiben 21a und 21b bilden zusammen mit den Innenflanschen 23 und den rückseitigen Stirnflächen der Mittelräder 9 Reibungskupplungen 22. Jede aus Muffe 16 und Innenflansch 23 bestehende Baueinheit stellt bei dem gewählten Ausführungsbeispiel eine "Glocke" dar, die aus einer zylindrischen Hülse (die eigentliche Muffe 16) und einem Bodenteil (den Innenflansch 23) besteht.

In Ausnehmungen 25 der Stirnwände 2 und 3 des Gehäuses 1 untergebrachte Druckfedern 24 üben von außen einen Druck auf die Innenflansche 23 aus, der die beiden Muffen 16 gegeneinanderdrückt und die Reibkupplungen 22 anzieht.

Um die Abtriebswellen 6 und 7 herum angeordnete Ringe 26 in den Stirnwänden 2 und 3 dienen zur Abstützung für die Kragen 11 der Mittelräder 9.

Die Wirkungsweise des soeben beschriebenen Differentialmechanismus ergibt sich wie folgt:

Im Ruhezustand drückt der von den Federn 24 erzeugte Druck die Reibscheiben 21a und 21b zwischen den Ihnenflanschen 23 und den Mit-

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telrädern 9 aneinander. Die Abmessungen der unterschiedlichen Teile sind derart gewählt, daß diese Verschiebung der Muffen 16 gegeneinander sie nicht zum unmittelbaren Anschlag an die Stegachse 14 bringt und daß die Reibkupplungen 22 infolgedessen angespannt bleiben. Die Abtriebswellen 6 und 7 sind dadurch mit dem Gehäuse 1 zur Übertragung eines Drehmomentes gekuppelt, das Differential ist "blockiert". Wenn nun ein Drehmoment ausgeübt wird, wird dieses Drehmoment unmittelbar von dem großen Tellerrad 8, über das Gehäuse 1, die Muffen 16 und die Reibkupplungen 22 bis auf die Abtriebs wellen 6 und 7 übertragen, die dabei mit gleicher Drehzahl umlaufen.

Wenn das dem Differential zugeführte Drehmoment dasjenige Drehmoment übersteigt, das durch Reibung zwischen den Reibscheiben 21a und 21b übertragen werden kann, ergibt sich eine relative Verschiebung zwischen den Muffen 16 und der Stegachse 14 in der Richtung eines der Pfeile Fl, F2 in Fig. 3. Die Anflachungen 15 der Stegachse 14 wirken dann mit den Schrägrampenflächen 17 aufeinandergleitend zusammen, und dieses gleitende Zusammenwirken führt dazu, daß die beiden Muffen 16 voneinander entfernt werden, und zwar gegen die Wirkung der Druckfedern 24.

Gleichzeitig sind die zwischen den Verzahnungen der Umlaufräder 13 und der Mittelräder 9 auftretenden Kräfte bestrebt, diese Räder voneinander abzudrücken, die Kragen 11 bis zum Anschlag an den Ringen 26 zu bringen und dabei das anfängliche Spiel aufzuheben, das gegebenenfalls im Ruhezustand zwischen diesen beiden Teilen vorhanden war.

Während dieser Übergangsphase ergibt sich für den Fall, daß die Axialkraft in Richtung X-X, die von der Achse 14 über die Anflachun-

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gen 15 und Schrägrampen 17 auf die Muffen 16 ausgeübt wird, kleiner als die Axialkraft ist, mit der die Umlaufräder 13 auf die Mittelräder 9 drücken, eine Vergrößerung des Anpreßdruckes zwischen den Reibscheiben 21a und 21b und infolgedessen eine vorübergehende Vergrößerung des unmittelbar über die Kupplung 22 zu übertragenden Drehmomentes.

Wenn im Gegensatz hierzu die Neigung der Schrägrampen 17 derart ist, daß die axiale, über die Anflachungen der Achse 14 auf die Muffen 16 ausgeübte Kraft größer ist als die von den Umlaufrädern 13 auf die Mittelräder 9 ausgeübte Kraft, ergibt sich eine Verringerung des Anpreßdruckes zwischen den Reibscheiben 21a und 21b, und das über die Kupplung 22 zu übertragende Drehmoment beginnt abzunehmen.

Jedenfalls endet diese Übergangsphase, sobald die Kragen 11 sich auf die Ringe 26 abstützen.

Man kann überdies feststellen, daß Wirkung und Dauer dieser Übergangsphase durch Wahl des ursprünglichen Spieles zwischen den Kragen 11 und den Ringen 26 willkürlich geändert werden kann. Diese Phase kann sogar praktisch verschwinden, wenn dieses Spiel in der Nähe von Null ist.

Von demjenigen Augenblick an, in dem die Kragen 11 an den Ringen 26 fest anliegen, ergibt jede Vergrößerung des zu übertragenden Drehmoments lediglich eine Vergrößerung der axialen Kraft, welche von der Achse 14 auf die Muffen 16 ausgeübt wird, um sie weiter auseinanderzudrücken, und infolgedessen eine Verringerung des Anpreßdruckes zwischen den Reibscheiben 21a und 21b, bis das über die Reib-

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kupplung 22 zu übertragende Drehmoment zu Null wird. Man hat dann wieder vollständig die normale Wirkung des Differentials oder Ausgleichsgetriebes erreicht.

Man erkennt nun entsprechend der obigen Darstellung, daß es möglich ist, die Neigung der Schrägrampen 17 derart zu wählen, daß man beliebig auf die Übergangs-Beschleunigung bis zum gesamten Beseitigen der Differentialblockierung einwirken und dabei jedoch ein ideales Zahnprofil für die Umlaufräder 13 und die Mittelräder 9 beibehalten kann.

Das Beispiel gemäß Fig. 4 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem Differential, bei dem die Reibvorrichtungen aus Kegelkuppelflächen und nicht aus Reibscheiben bestehen. Bei dieser Ausführungsform ist jedes Mittelrad 30 drehfest mit einem Flanschkörper 31 verbunden, der eine äußere Kegelstumpfmantelfläche 32 hat, während jede benachbarte Muffe 33 eine entsprechende innere Kegelstumpfmantelfläche 34 aufweist. Der Mechanismus ist im übrigen ungeändert, und die Wirkungsweise sowie die Vorteile dieser Ausführungsvariante sind die gleichen, wie sie bei dem ersten Ausführungsbeispiel geschildert wurden.

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   (1. !Differentialgetriebe, das zusätzlich zu den Bauteilen eines klassischen Differentials enthält: zwei mit dem Gehäuse drehfest verbundene, aber relativ zu ihm in Richtung der Abtriebswellen verschiebbare Muffen mit an ihren einander gegenüberliegenden Stirnrändern angeordneten Schrägrampenflächen, die mit entsprechenden Schrägflächen an einer Quer- oder Stegachse zusammenwirken, auf der zumindest ein Kegelzahfirad als Ausgleichsrad gelagert ist; das in zwei Mittel- oder Achstreibräder eingreift ι ferner Reibkupplungen zur Drehmomentübertragung zwischen den Abtriebswellen und dem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeder Muffe (16) und dem benachbarten Mittelrad (9) eine Reibkupplung (22) eingefügt ist, während die elastischen Organe (24) zwischen jeder Muffe (16, 23) und dem Gehäuse (l) derart angeordnet sind, dsB bei ansteigendem Drehmoment die Muffen in einer ale Reibkupplungen gegen die Kraft der elastischen Organe lösenden Richtung verschoben werden.
2. 2. Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Muffe die Form einer Glocke hat, die eine Umfangs- oder zylindrische Wand (16) und einen Innenflansch oder Boden (23) aufweist, daß die Umfangswand äußere Rippen (18) oder Nuten hat, die in entsprechenden Nuten (19) oder Rippen des Gehäuses (l) geführt sind, während die elastischen Organe (24) zwischen dem Glockenboden oder Innenflansch (23) und einer benachbarten Abstützfläche (25) des Gehäuses angeordnet sind.
3. 3. Differential nach irgendeinem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch

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   gekennzeichnet, daß die Reibkupplungen (22) Reibscheibenkupplungen sind und je zwei Gruppen von Reibscheiben (21a, 21b) aufweisen, von denen die eine Gruppe drehfest mit einer Muffe (16), die andere mit einem Mittelrad (9) verbunden ist, und daß diese Scheibengruppen zwischen zwei einander in axialer Richtung zugewandten Flächen der Muffe und des Mittelrades liegen.
4. 4. Differential nach irgendeinem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibkupplungen Konusflächenkupplungen sind, deren konische Reibflächen (32, 34) einerseits andern Mittelrad (30) oder einem fest mit diesem Mittelrad verbundenen Bauteil (31) bzw. ander Muffe (33) vorgesehen sind (Fig. 4).
5. 5. Differential nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem äußeren axialen Ende jedes Mittelrades (9) oder eines fest mit dem Mittelrad verbundenen Bauteiles (Kragen 11) und dem Gehäuse (l) ein Axialanschlag (26) vorgesehen ist.
6. 6. Differential nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Ruhezustand zwischen dem axialen Ende (Kragen 11) des Mittelrades (9) und dem Anschlag (26) ein Spiel vorgesehen ist.

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