DE2557152A1

DE2557152A1 - Sperrdifferential

Info

Publication number: DE2557152A1
Application number: DE19752557152
Authority: DE
Inventors: James Lee Engle
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1974-12-23
Filing date: 1975-12-18
Publication date: 1976-07-01
Also published as: AU8777275A; JPS5847589B2; FR2296131B1; FR2296131A1; BR7508533A; US3987689A; JPS5189068A; DE2557152C2; GB1480040A; CA1024781A; IT1051175B

Description

Borg-Warner Corporation

'200 South Michigan Avenue Anwaltsakte M-3755

'Chicago, 111. 60604, USA 11. Dezember 197 5

Sperrdifferential

Die Erfindung betrifft ein Sperrdifferential, welches einen begrenzten Schlupf zuläßt, mit einem drehbar angeordneten, antreibbaren Gehäuse, mit einer drehbar im Gehäuse angeordneten Zahnradanordnung zur Herstellung einer Verbindung mit gegeneinander drehbaren Abtriebsteilen, mit einer der Zahnradanordnung und dem Gehäuse zugeordneten Reibungskupplung, die bei Betätigung einer Drehung der Abtriebsteile gegeneinander unter Reibung einen Widerstand entgegensetzt und mit einer Betätigungseinrichtung für die Reibungskupplung, die mit einem der Abtriebsteile verbunden ist und mit diesem umläuft und die durch unter Druck stehendes Strömungsmittel betätigbar ist.

Es sind einen begrenzten Schlupf zulassende Sperrdifferentiale bekannt, die auf Geschwindigkeitsunterschiede der Abtriebsteile ansprechen. So ist es bekannt, im Differential eine Strömungs-

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jmittelpumpe anzuordnen, die auf Geschwindigkeitsunterschiede zwi- , ;sehen den Abtriebsteilen ansprechend arbeitet und so einer Drehung! der Abtriebsteile gegeneinander einen Widerstand entgegensetzt. Andere der bekannten Sperrdifferentiale weisen Pumpen sowie Ein- ^: richtungen auf, die den Ausgang der Pumpe bei Auftreten eines Ge- ; schwindigkeitsunterschiedes blockieren, was ebenfalls der eine : Relativdrehung der Abtriebsteile gegeneinander ermöglichenden Ar- _r beitsweise des Differentiales entgegenwirkt. Derartige Sperrdifferentiale arbeiten insofern nicht zufriedenstellend, als die Drehung der Abtriebsteile gegeneinander offensichtlich nicht zu einem Pumpen von Strömungsmittel führt, das dazu ausreichte, bei blockiertem Pumpenauslaß die Differentialwirkung zu unterbinden, es sei denn in Fällen extrem hoher Geschwindigkeitsunterschiede. Es sind auch andere Sperrdifferentiale bekannt, die auf Geschwindigkeitsunterschiede ansprechende Strömungsmittelpumpen aufweisen. Diese Sperrdifferentiale weisen jedoch alle recht komplizierten Aufbau auf, sind teuer herzustellen und sie benötigen viel zusätzlichen Platz im Differential,wenn dieses zusätzlich mit der geschwindigkeitsabhängigen Sperrwirkung versehen werden soll.

Die vorliegende Erfindung löst das oben geschilderte Problem bei bekannten Sperrdifferentialen durch Angabe einer extrem einfachen Anordnung, mit der bei einem einen begrenzten Schlupf zulassenden Differential das geschwindigkeitsabhängige Arbeiten erhalten wird. Dabei ist gleichzeitig nur ein Minimum konstruktiver Änderungen hierzu erforderlich. Erfindungsgemäß wird ein Sperrdifferential

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der eingangs geschilderten Art geschaffen, in dem eine Strömungs- ^: mittelpumpe vorgesehen ist und bei dem die Betätigungseinrichtung !für die Reibungskupplungen neben der Funktion als Betätigungseinrichtung für die Kupplung zugleich eines der Elemente der Pumpenanordnung darstellt, durch welches die pumpenden Elemente der- ^:selben hin- und herbewegt werden können um so unter Druck stehendes Strömungsmittel bereitzustellen. Die Strömungsmittelpumpe ist darüber hinaus eine Pumpe mit radial beweglichen Kolben, die sich besonders gut in die Geometrie eines Differentials einbauen läßt, da das Gehäuse des Differentials zylindrische Form hat und damit zugleich ein geeignetes Bauteil darstellt, das als Zylinderblock für radial bewegbare Pumpenelemente verwendet werden kann. Dadurch, daß die Pumpenelemente in der Nachbarschaft der Betätigungseinrichtung für die Reibungskupplung angeordnet wird, kann die Pumpennocke zum Bewegen der radial beweglichen Kolben und zum Pumpen von Strömungsmittel an die Betätigungseinrichtung selbst angeformt werden. Da der Innenraum des Gehäuses des Differentials mit Schmiermittel zu seiner Schmierung gefüllt ist, kann man auch leicht dadurch, daß man die in radialer Richtung beweglichen Kolben im Gehäuse anordnet und im Gehäuse Kanäle vorsieht, Zugang zu dem im Differential befindlichen Strömungsmittel schaffen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels I und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch ein begrenzten Schlupf zulassendes Sperrdifferential;

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Figur 2 eine Ansicht des Sperrdifferentials nach Figur

in Richtung der Pfeile 2; j

Figur 3 eine Aufsicht auf das Sperrdifferential nach Figur '<_ 1 in Richtung der Pfeile 3; t

Figur 4 einen Schnitt durch einen Teil der Betätigungseinrichtung für die Kupplung; und

Figur 5 einen Schnitt durch einen Teil des Gehäuses des Differentiales in vergrößertem Maßstabe, in dem ein Rückschlagventil gezeigt ist, über das die Strömungsmittelpumpe auf die Betätigungseinrichtung arbeitet.

In Figur 1 ist ein geschwindigkeitsgesteuertes, einen begrenzten Schlupf zulassendes Sperrdifferential 10 gezeigt, das ein Gehäuse 12 aufweist, über das zwei Abtriebswellen 14 und 16 angetrieben werden können. Im Gehäuse 12 ist eine Planetenzahnradanordnung untergebracht, die seitliche Zahnräder 18 und 20 aufweist, die auf den Abtriebswellen 14 und 16 durch Kerbverzahnungen festgelegt sind. Eine Mehrzahl von Planetenritzeln 22 ist von einem im Gehäuse 12 gelagerten Planetenträger mit Stiften 24 getragen und kämmt mit den seitlichen Zahnrädern und 20. Zwischen den seitlichen Zahnrädern 18 und 20 ist ein Lagerblock 26 angeordnet, welcher Schubkräfte zwischen den seitlichen Zahnrädern überträgt, wie noch genauer beschrieben wird.

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Zwei Kupplungen 28 und 3 0 sind iin Gehäuse 12 untergebracht. Diese haben zwei Sätze von Scheiben, die über Keilnutverbindungen mit dem seitlichen Zahnrad 18 oder 20 bzw. dem Gehäuse 12 verbunden sind. Die Kupplungen 28 und 30 unterbinden im eingerückten Zustand das Arbeiten des Differentiales.

Das Sperrdifferential 10 kann als normales Differential in die Antriebsachse eines Fahrzeuges mit zwei angetriebenen Rädern eingebaut werden, es kann jedoch auch bei einem Vierradantrieb verwendet werden, wie er z.B. in den US-Patentschriften 3 650 349 und 3 656 573 beschrieben ist, bei dem ein Differential dazu verwendet wird, auf die vordere Antriebsachse und die hintere Antriebsachse jeweils Drehmoment zu übertragen.

Das erfindungsgemäße Sperrdifferential ist in dem Sinne ein geschwindigkeitsgesteuertes Sperrdifferential, daß bei Auftreten eines Geschwindigkeitsunterschiedes die Reibungskupplungen eingerückt werden, wodurch eine Drehung des Gehäuses bezüglich der seitlich angeordneten Zahnräder unterbunden wird, d.h. ein Arbeiten des Differentiales als Ausgleichsgetriebe unmöglich gemacht wird. Das erfindungsgemäße Sperrdifferential weist eine Strömungsmittelpumpe 32 auf, die innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet ist. Die Strömungsmittelpumpe 3 2 weist eine Mehrzahl radialer Kolben 34 auf, die in im Gehäuse 12 ausgebildeten radialen Bohrungen 3 6 angeordnet ist. Für jeden der Kolben 34 ist eine Feder 38 vorgesehen, die den zugeordneten Kolben nach innen drückt. Die Kupplungen 28 und 30 können durch einen ringförmigen Betätigungskörper 40 eingerückt werden, der in einer im Gehäuse

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12 vorgesehenen Bohrung 42 angeordnet ist. Im Betätigungskörper 40 ist eine Ausnehmung 44 vorgesehen. Der Betätigungskörper 40, die Ausnehmung 44 und die Bohrung 42 begrenzen zusammen eine im Gehäuse 12 liegende Strömungsmittelkammer 46. Wird der Betätigungskörper durch unter Druck stehendes Strömungsmittel in der Zeichnung nach links bewegt, so drückt er die Kupplungsscheiben der Kupplungen 28 und 3 0 aneinander, und hierdurch wird das Arbeiten des Differentiales als Ausgleichsgetriebe unterbunden.

Auf dem Betätigungskörper 40 ist eine Nockenfläche 48 ausgebildet, an der die Kolben 34 infolge der Vorspannung durch die Federn anliegen. Der ringförmige Betätigungskörper 40 ist mittels einer Keilnutverbindung an seiner inneren Ringfläche auf das seitliche Zahnrad 20 aufgesetzt, so daß er zusammen mit diesem umläuft. Da die in radialer Richtung bewegbaren Kolben 34 vom Gehäuse getragen sind und der Betätigungskörper 40 von dem seitlichen Zahnrad 20 getragen ist, fördert die Strömungsmittelpumpe 32 offensichtlich dann Strömungsmittel, wenn das seitliche Zahnrad 20 und das Gehäuse 12 sich gegeneinander drehen und damit auch der Betätigungskörper 40 bezüglich der radial bewegbaren Kolben 34 gedreht wird und die Nockenfläche 48 die Kolben 34 hin- und herbewegt. Das Gehäuse 12 weist einen Einlaßkanal 50 auf, der über ein Rückschlagventil 52 mit einem Vorratsraum für Strömungsmittel verbunden ist, der im Innern des Gehäuses 12 ausgebildet ist. Im Gehäuse 12 ist ferner ein Kanal 56 für unter Druck stehendes Strömungsmittel ausgebildet, über den das von der Strömungsmittelpumpe 32 bereitgestellte unter Druck stehende Strömungsmittel der Strömungsmittelkammer 46 zugeführt

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wird. Im Gehäuse 12 ist ferner ein eine Blattfeder aufweisendes Rückschlagventil 58 angeordnet, das unter Druck stehendes Strömungsmittel aus dem Kanal 56 in die Strömungsmittelkammer 4 6 strömen läßt, ein Rückströmen von Strömungsmittel aus der Strömungsmittelkammer in den Kanal 56 jedoch unterbindet.

In Figur 5 ist das Rückschlagventil 58 genauer gezeigt. Es weist eine flexible Blattfeder 60 auf, die über eine Schraube 62 oder ein Niet am Gehäuse 12 befestigt ist. Steht im Kanal 56 kein unter Druck stehendes Strömungsmittel an oder ist der Druck in der Strömungsmittelkammer 46 größer als der im Kanal 56, so überdeckt und verschließt die Blattfeder 60 den Kanal 56 und verhindert ein Strömen von Strömungsmittel aus der Strömungsmittelkammer 46 in den Kanal 56.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist im Betätigungskörper 40 ein Drosselkanal 68 ausgebildet, über den ein gedrosselter Strömungsmittelstrom aus der unter Druck stehenden Strömungsmittelkammer 46 abströmen kann, wobei das Ausmaß der Drosselung in bekannter Weise von der Geometrie des Drosselkanals abhängt. Figur 4 zeigt eine abgewandelte Form eines Drosselkanals 68, in dem ein durch eine Feder vorgespanntes Ventil 69 angeordnet ist. Das letztere verhindert das Strömen von Strömungsmittel durch den Drosselkanal 68 solange, bis ein vorgegebener Druck erreicht wird.

In der Zeichnung ist zwar nur ein einziger in radialer Richtung bewegbarer Kolben 34 dargestellt, es versteht sich jedoch, daß

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eine Mehrzahl radial bewegbarer Kolben, d.h, zwei oder mehr, { verwendet werden können, die um den Umfang des Betätigungskörpers

j herum in Abstand angeordnet sind und je nach Wunsch entweder untei ! konstantem oder pulsierendem Druck stehendes Strömungsmittel be-, reitstellen, um ein Sperren des Differentials bei vorgegebenem ; Schlupf herbeizuführen und so den Schlupf zu begrenzen. Für jeden : einzelnen der in Radialrichtung bewegbaren Kolben 34 muß ein ' Einlaßkanal 50 und ein Kanal 56 zum Abführen unter Druck stehen-· I den Strömungsmittels vorgesehen werden. Jedem der Kolben 34 kann ■ ein eigener Vorratsraum für Strömungsmittel 54 zugeordnet werden,

es kann jedoch auch ein einziger Vorratsraum verwendet werden, dei : so bemessen ist, daß er mehr als einen Kolben versorgen kann.

: Das oben beschriebene Sperrdifferential arbeitet wie folgt: Drehen sich das seitliche Zahnrad 20 und das Gehäuse 12 gegeneinander, so wird der Betätigungskörper 40 bezüglich des Gehäuses j 12 gedreht. Hierdurch werden die Kolben 3 4 nach oben bewegt j (in dieser Stellung sind sie in Figur 1 gezeigt), das in dem j Einlaßkanal 50 angeordnete Rückschlagventil 52 wird geschlossen j und unter Druck stehendes Strömungsmittel wird in den den Auslaß der Strömungsmittelpumpe 32 darstellenden Kanal 56 gepumpt. Eine Drehung des seitlichen Zahnrades 20 und des Gehäuses 12 gegeneinander wird dann beobachtet, wenn beim Arbeiten des I Differentials als Ausgleichsgetriebe die seitlichen Zahnräder und die ihnen jeweils zugeordneten Abtriebswellen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit umlaufen. Damit ist klar, daß das j oben beschriebene Sperrdifferential ein geschwindigkeitsgesteuer-1 tes Sperrdifferential ist, da es auf das Auftreten eines Ge-

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j schwindigkeitsunterschiedes hin den Schlupf dadurch begrenzt, j daß die Reibungskupplungen eingerückt werden. Eine derartige j Betriebsweise eines Sperrdifferentials mit begrenztem Schlupf j

ί ist in jedem beliebigen Anwendungsfalle von Vorteil, bei dem ;

eine Begrenzung des Schlupfes zwischen den Abtriebsteilen ge- j

ι wünscht wird, um sicherzustellen, daß ein bestimmter Anteil des | Drehmomentes stets einer der Achsen zugeführt wird, die antriebs-: schlüssig mit der Fahrbahn verbunden ist_? diese Betriebsweise ί ist jedoch besonders gut für Vierradantriebe geeignet, bei denen sich die Aktivierung der Schlupfbegrenzung als bestens geeignet erwiesen hat, wenn diese auf den Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Antriebswellen für die Vorderachse und die Hinterachse und damit die Abtriebswellen des Differentials bezogen ist.

Wird das Sperrdifferential 10 bei einem normalen Fahrzeug mit zwei angetriebenen Rädern verwendet, so sind die Abtriebswellen 14 und 16 jeweils mit einem Rad zum Antrieb desselben verbunden. :

' Bei normaler Kurvenfahrtdes Fahrzeuges führt ein kleiner Unterschied in der Geschwindigkeit der Räder zu einer Drehung der

; seitlichen Zahnräder und der Planetenritzel gegeneinander und

;

ί gegen das Gehäuse 12. Unter solchen Betriebsbedingungen sind die ; Relativgeschwindigkeiten der umlaufenden Teile verhältnismäßig nieder, und es ergeben sich - falls überhaupt - nur kleine [ Auswirkungen auf den Betätigungskörper 40 und die Kupplungen 28 und 30. Unter diesen Betriebsbedingungen wird das Drehmoment somit in etwa gleich auf die beiden Antriebsräder verteilt. '.

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Verliert jedoch eines der Antriebsräder den Kontakt zur Fahrbahn_p
so daß es schlüpft und auf wesentlich höhere Winkelgeschwindigkeiten beschleunigt wird als das andere Antriebsrad,, so führt

ι die Relativdrehung des seitlichen Zahnrades 20 bezüglich des ' Gehäuses 12 dazu, daß die Strömungsmittelpumpe 32 hydraulisches
Strömungsmittel mit ausreichend hohem Druck bereitstellt,, das
auf den Betätigungskörper 40 einwirkt. Hierdurch werden die

' Kupplungen 28 und 30 eingerückt und das Arbeitest des Differentia- !

les als Ausgleichsgetriebe wird unterbunden. \

Ms den obigen Ausführungen und der Zeichnung· läßt sich ersehen«, da© das erf indungsgemäße,. geseitwindigkeitsgesteuerte einen begrenzten Schlupf zulassende Sperrdifferential eine erhebliche
Werbesserung gegenüber den bekannten Sperrdifferentialem darstellt, bei denen eine Einrichtung zur Erzeugung vom Baruckenergie
als auf die Geschwindigkeit ansprechende Forricfofauumg. vorgesehen
ist? erfindungsgemäß ist nämlich der Betätigungskörper für die ^: Reibungskupplung zugleich ein Stellkörper für die Kupplung raid ; • ein angeformtes Teil der Stromungsmitteiprasipej, da die Pocken- : ; fläche zum Antrieb der Pumpe und zum Bewegen der im radialer : Richtung verschiebbaren Kolben auf dem· Betätigungskörper selbst : ■ ausgebildet ist.

Meben den oben aufgeführten ¥orteilen wird offensichtlich als

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weiterer Vorteil der erhalten _t daß das geschwindigkeitisgesteuerte \ - Arbeiten bei einem einen begrenzten Schlupf zulassenden Sperrdifferential mit sehr geringen konstruktiven ündenangen zusätzlich vorgesehen werden kann. ^:

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Claims

Patentansprüche I

Sperrdifferential, welches einen begrenzten Schlupf zuläßt, j

j mit einem drehbar angeordneten antreibbaren Gehäuse,mit einer j

drehbar im Gehäuse angeordneten Zahnradanordnung zur Herstel- ; lung einer Verbindung mit gegeneinander drehbaren Abtriebs- :

teilen, mit einer der Zahnradanordnung und dem Gehäuse züge- j ordneten Reibungskupplung, die bei Betätigung einer Drehung
der Abtriebsteile gegeneinander unter Reibung einen Widerstand entgegensetzt, und mit einer Betätigungseinrichtung
für die Reibungskupplung, die mit einem der Abtriebsteile
verbunden ist und mit diesem umläuft und die durch unter
Druck stehendes Strömungsmittel betätigbar ist, gekennzeichnet durch eine Strömungsmittelpumpe (32) mit pumpenden
Teilen (34) und einem Antriebskörper (48), wobei die pumpenden Teile (34) vom Gehäuse (12) getragen sind und der Antriebskörper (48) an die Betätigungseinrichtung (40) für
die Reibungskupplung (30) angeformt ist oder umgekehrt, so -

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daß bei Drehung dieses einen (20) der Abtriebsteile bezüglich des Gehäuses (12) die Strömungsmittelpumpe (32)

unter Druck stehendes Strömungsmittel abgibt, das die Betätigungseinrichtung (40) beaufschlagt und die Reibungsbremse (28,30) betätigt. I
2. Sperrdifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ; daß die pumpenden Teile durch eine Mehrzahl von Kolben (34) ; gebildet sind, und daß der Antriebskörper durch eine Nocke ^; (48) gebildet ist, die an den pumpenden Teilen anliegt. ;
3. Sperrdifferential nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die pumpenden Teile (34) vom Gehäuse (12) getragen sind
und daß die Nocke (48) an die Betätigungseinrichtung (40)
für die Reibungskupplung angeformt ist. ;
4. Sperrdifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (12) eine Mehrzahl radial bewegbarer Kolben
(34) trägt, und daß die Betätigungseinrichtung eine an den
Kolben (34) anliegende Nockeneinrichtung (48) aufweist.
5. Sperrdifferential nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, ! daß die Nocke (48) an die Betätigungseinrichtung (40) ange- j formt ist, so daß bei einer Relativdrehung zwischen einem i der Abtriebsteile und dem Gehäuse (12) die Strömungsmittel- \ pumpe unter Druck stehendes Strömungsmittel bereitstellt,
das auf die Betätigungseinrichtung (40) einwirkt und so : die Reibungskupplung (3 0) einrückt, wodurch die Relativ- .

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drehung zwischen diesem Abtriebsteil und dem Gehäuse (12) verzögert wird.
6. Sperrdifferential nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (40) ringförmige Form aufweist, und daß die Nockeneinrichtung auf ihrer äußeren zylindrischen Umfangsflache ausgebildet ist.
7. Sperrdifferential nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (12) ein Kanal (50) ausgebildet ist, über den der Innenraum des Gehäuses mit der Strömungsmxttelpumpe

(32) verbunden ist und die letztere mit Strömungsmittel versorgt wird, und daß im Gehäuse in der Nachbarschaft des Kanals C50) ein Vorratsraum (54) für Strömungsmittel ausgebildet ist, in dem das im Gehäuse befindliche Strömungsmittel gesammelt wird.

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