DE2721701A1

DE2721701A1 - Angetriebene fahrzeugachse mit druckluftgesteuerter differentialsperre

Info

Publication number: DE2721701A1
Application number: DE19772721701
Authority: DE
Inventors: Dale Kenneth Bell; Floyd Gale Saxton
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1976-05-13
Filing date: 1977-05-13
Publication date: 1977-11-24
Also published as: AU511700B2; CA1057082A; FR2351323A1; GB1548080A; AU2385477A; FR2351323B1; SE7705557L

Description

Patentanwälte

Oipt-Ing Cr' -Cher^ Dipl -Ing

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse19 2 7 2 1 7 Π 1

8 München 60

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION 12. Mai 1977

600 Grant Street

Pittsburgh, Pennsylvania 15219 /V.St.A.

Unser Zeichen: R 930

Angetriebene Fahrzeugachse mit druckluftgesteuerter

Differentialsperre

Die Erfindung betrifft eine angetriebene Fahrzeugachse mit einem Differential und einer druckluftgesteuerten Differentialsperre.

Differentialgetriebe für Lastwagen und dgl. sind bei vielen Achskonstruktionen vorhanden und können mit oder ohne eine Einrichtung zur Sperrung der Ausgleichswirkung des Differentials verwendet werden. Viele Lastwägen moderner Bauart sind mit automatischen Differentialsperren versehen, welche eine Drehmomentübertragung auf eines der Räder gestatten, wenn das andere Rad beispielsweise auf Eis durchrutscht. Ein typisches Beispiel für eine solche Antirutsch-Differentialausbildung ist aus der US-PS 3 390 593 ersichtlich, wobei eine automatische Differentialsperre vorgesehen ist. Es gibt jedoch auch Situationen, in denen dem Fahrzeuglenker eine selektiv aiEteuerbare Differentialsperre zur Verfugung gestellt werden sollte, die von der Führerkabine des Fahrzeugs aus in Betrieb gesetzt werden kann.

Typische bekannte Differentialsperren arbeiten mit einem Druckluftzylinder, der außerhalb des Differentialgehäuses angeordnet ist und bestimmte funktionswichtige Teile des Differentials in und außer Eingriff bringt. Diese bekannten Differentialsperren arbeiten im allgemeinen zufriedenstellend, sind jedoch am

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Gehäuse des Differentials und der Achse exponiert gelagert. In dieser exponierten Stellung sind diese Sperren nicht nur Witterungseinflüssen ungehindert ausgesetzt, sondern auch durch fliegende, aufgewirbelte Gegenstände beaufschlagbar, die bei der Fahrt auf den Straßen erfaßt werden.

Mit der Erfindung soll eine Differentialsperre geschaffen werden, die einfach im Aufbau und billig in der Herstellung ist, sowie einfach zu warten ist und über eine lange Betriebsdauer hinweg zuverlässig arbeitet. Die Differentialsperre soll auch an unterschiedliche Arten von Differentialbauarten anpaßbar sein, beispielsweise an Antriebseinheiten mit mehrfacher oder einfacher Untersetzung.

Diese Zielsetzung wird bei einer Fahrzeugachse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht, während die Unteransprüche vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt haben.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Zeichnung.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Fahrzeugachse mit einem Differential und einer Differentialsperre.

In der Zeichnung ist ein Teil einer Antriebseinheit mit einfacher Untersetzung veranschaulicht. Die Antriebseinheit 10 eignet sich insbesondere zur Verwendung an einer Fahrzeugachse und zum Antrieb durch eine Antriebswelle, die beide nicht näher dargestellt sind.

Die Differential-Antriebseinheit 10 ist grundsätzlich von der

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Bauart, wie sie in der Veröffentlichung "Field Maintenance Manual No. 5^M aus dem März 1975 der Firma Rockwell International erläutert ist. Jedoch ist anzumerken, daß die nachfolgend im einzelnen erläuterte Erfindung auch bei anderen Bauarten von Reduktionsgetrieben oder Differentialen anwendbar ist und insbesonflere auch bei mehrfach untersetzten Differentialen ebenso wie bei einfach untersetzten Differentialen Verwendung finden kann.

Das Differential 10 weist ein Gehäuse 12 auf, welches die verschiedenen Einzelteile des Differentials 10 umgibt. Das Gehäuse 12 kann eine Mehrzahl von Gehäuseteilen aufweisen, die nicht näher dargestellt sind und zur Bildung des Gesamtgehäuses auf geeignete Weise aneinander befestigt sind, wobei im allgemeinen das Gehäuse eine Achsanordnung bildet bzw. in die Fahrzeugachse integriert ist. Das Differential 10 weist eine Anzahl von Einzelteilen auf, so ein nicht näher dargestelltes Antriebsritzel, welches drehbeweglich im Gehäuse gelagert ist. Das Antriebsritzel ist entweder direkt oder über ein Zwischengetriebe an die Hauptabtriebswelle des Fahrzeuges angeschlossen. Das Antriebsritzel kämmt mit einem ebenfalls nicht näher dargestellten Getriebe, welches vom Antriebsritzel aus angetrieben wird und im Gehäuse 12 drehbar gelagert ist. Im allgemeinen trägt das Antriebsritzel einen Planetenträger, an dem vier Planetenräder gelagert sind. Ein Käfig 14 ist im Differential 10 vorgesehen und umschließt die Planetenräder und sichert die Betriebsstellung des Planetenträgers. Der Käfig 14 ist in der Regel am Antriebsritzel angeschraubt. Das Differential 10 ist auch mit zwei Abtriebsrädern 16 versehen, von denen eines in Fig. 1 veranschaulicht ist. Das Abtriebsrad 16 ist im Käfig 14 eingeschlossen und mit Zähnen versehen, die in Eingriff mit den Planetenrädern stehen, so daß das Abtriebsrad 16 von den Planetenrädern aus angetrieben wird. Die Abtriebsräder 16 sind mit

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einer zentralen Keilbohrung oder Keilnabe 18 versehen, in die das Keilwellenende einer Achswelle 22 durch eine öffnung 24 im Käfig 14 hindurch einsetzbar ist.

Wegen weiterer Einzelheiten des Aufbaus und der Funktion des Differentials bzw. der Fahrzeugachse wird ausdrücklich auf die zuvor genannte Druckschrift Bezug genommen; die Erfindung betrifft speziell die nachstehend erläuterte Differentialsperre für das Differential 10.

Ein Bauteil dieser Differentialsperre ist ein zylindrischer Kolben 26, der die Achswelle 22 umgibt. Der zylindrische Kolben 26 ist koaxial zur Achswelle 22 angeordnet und an unterschiedlichen Stellen mit Keilnuten versehen. Ein erster nabenförmiger Keilnutenabschnitt 28 greift in einen komplementären Keilwellenabschnitt 30 an dem Umfang der Achswelle 22 in einen mittleren Bereich zwischen deren Enden an. Diese Keilnutenverbindung an den Abschnitten 28 und 30 legt den Kolben 26 drehfest gegen die Achswelle 22 fest, so daß der Kolben 26 mit der Achswelle 22 umläuft. Ein zweiter Keilnutenabschnitt ist an einem Ende des Kolbens 26 vorgesehen und kann in einen komplementären Keilwellenabschnitt 24 an der Außenfläche des Käfigs 14 eingreifen. Alle Keilnuten der Abschnitte 28, 32 und 34 liegen parallel zur Längsachse der Achswelle 22, so daß der Kolben 26 gegenüber der Achswelle 22 axial oder in Längsrichtung bewegbar ist. Die Bedeutung dieser Längsbewegung des Kolbens 26 wird nachfolgend näher erläutert.

Ein Zylinder 36 mit kreiszylindrischem Querschnitt ist im Gehäuse 12 vorgesehen und umgibt den Kolben 26. Der Zylinder 36 ist luftdicht gegenüber dem Koben 26 abgeschlossen und begrenzt eine Luftkammer 38. Die Oberseite oder Abdeckung 40 der Luftkammer 38 wird durch einen sich radial erstreckenden Abschnitt des Zylinders 36 gebildet, der einstückig mit dem Zylinder 36

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ausgebildet ist. Eine Schulter 42 am Kolben 26 bildet die Abdeckung an der gegenüberliegenden Seite der Luftkammer 38. Der Zylinder 36 ist durch eine nicht näher dargestellte Halteeinrichtung schwimmend gehalten, so daß er zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern oder Exzentrizitäten der Achswelle 22 radial oder seitlich geringfügig beweglich gehalten ist. Ein Druckluftanschluß 44 verbindet die Luftkammer 38 mit dem Betriebs-Druck luft sys tem des Fahrzeuges, an dem das Differential 10 vorgesehen ist. Die Betriebsdruckluft wird zur Betätigung der Bremsen und sonstiger Zusatzeinrichtungen des Fahrzeuges verwendet .

Der Kolben 26 ist in der Zeichnung mit ausgezogenen Linien in der Stellung veranschaulicht, in der er am Käfig 14 des Differentials und an der Achswelle 22 angreift. In der bei 26* gestrichelt veranschaulichten Stellung des Kolbens erfolgt kein Eingriff am Käfig 14, jedoch immer noch ein Eingriff mit der Achswelle 22. Dies sind die beiden grundsätzlichen Betriebsstellungen des Kolbens. Die normale Stellung ist gestrichelt bei 26· veranschaulicht. Die Bewegung des Kolbens 26' in seine vorspringende, eingriffsfreie Stellung erfolgt durch eine am Kolben 26 angreifende Federeinrichtung wie eine den Kolben 26 umgebende Schraubenfeder 46, die auf geeignete Weise beispielsweise durch einen Ring 48 abgestützt ist, der an einem Sprengring 50 anliegt. Die Feder 46 ist andererseits an der Abdeckung des Zylinders 36 abgestützt und auf Druck belastet, so daß durch Anlage der Feder 46 am Haltering 48 der Kolben 26 in seine bei 26· veranschaulichte eingriffsfreie Stellung gedrückt ist. Wird die Luftkammer 38 über den Druckluftanschluß 44 unter Druck gesetzt, so wird die Druckkraft der Feder 46 überwunden und wird der Kolben 26 in Richtung auf den Käfig 14 gedrückt, wo die Keilnuten der Abschnitte 32 und 34 in Eingriff gelangen.

Wenn der Kolben in seiner eingriffsfreien Stellung steht, also nicht mit dem Käfig 14 in Eingriff steht, so sind das Differential 10 und die zugehörigen funktioneilen Teile in ihrer normalen Stellung, in der die Räder des Fahrzeuges mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen können und die Ausgleichsfunktion des Differentials vorhanden ist. Wenn eines der beiden Räder der Fahrzeugachse mit dem Differential 10 durchrutscht und im wesentlichen frei dreht, so kann der Fahrzeugführer das Differential 10, welches das Durchrutschen des einen Rades ermöglicht, dadurch sperren, daß Druckluft in die Luftkammer 38 eingeführt wird. Ein geeignetes nicht näher dargestelltes Steuerorgan kann für den Fahrzeugführer zugänglich zu diesem Zweck in der Führerkabine vorgesehen sein. Wenn die Luftkammer 38 mit Druckluft beaufschlagt ist, so wird der Kolben 26 in Richtung auf den Käfig 14 gedrückt, wo die Keilnuten der Abschnitte 32 und 34 in gegenseitigen Eingriff gelangen und den Kolben 26 gegen den Käfig 14 festlegen. Dann besteht Formschluß über das Differential 10 hinweg vom Antriebsritzel über den Käfig auf die Achswelle, wobei die Ausgleichswirkung der Planetenräder umgangen ist. Dadurch wird Drehmoment auf die Räder aufgebracht und kann ein sonst festliegendes Fahrzeug angetrieben werden, wobei die Sperrung des Differentials bewirkt, daß beide Räder mit gleicher Drehgeschwindigkeit drehen. Wenn der Fahrzeugführer versehentlich das anschließende Lösen der Differentialsperre vergißt, so wird er eine Änderung in den Lenkungseigenschaften des Fahrzeuges bei Kurvenfahrten und dgl. feststellen, da ein Rad in der Kurve gezogen wird. Diese Änderung der Lenkungseigenschaften wird der Fahrzeugführer ohne weiteres sofort bemerken, so daß er hierdurch an die Lösung der Differentialsperre erinnert wird. Daher kann der Fahrzeugführer problemlos den Kolben 26 zur Sperrung des Differentials 10 selektiv betätigen. Die hierfür vorgesehene Differentialsperre ist einfach in der Konstruktion und im Betrieb

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zuverlässig sowie im wesentlichen geschützt gegen Umgebungseinflüsse außerhalb des Gehäuses 12.

Wie die vorstehende Beschreibung zeigt, ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern sind vielfache Abwandlungen und Abänderungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

Patentansprüche

1. Angetriebene Fahrzeugachse mit einem Differential mit einem Differentialgehäuse, mit einem drehbar im Differentialgehäuse gelagerten Antriebsritzel, velches mit einem drehbar im Differentialgehäuse gelagerten Getriebe treibend kämmt, wobei das Getriebe einen Planetenträger mit vier drehbar daran gelagerten Planetenrädern trägt, mit einem am Getriebe befestigten, den Planetenträger und die Planetenräder umschließenden Käfig, mit einem ebenfalls vom Käfig umschlossenen Abtriebsrad, velches mit den Planetenrädern kämmt, und mit einer Keilnutennabe des Abtriebsrades zur Aufnahme einer eine Öffnung des Käfigs durchsetzenden Achswelle, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer Kolben die Achswelle umgibt und auf dieser aufgekeilt ist, daß der Käfig eine Keilnutenverlängerung aufweist, welche mit einem entsprechenden Keilnutenabschnitt des Kolbens in Eingriff bringbar ist, daß eine Federeinrichtung vorgesehen ist, welche den Kolben entlang der Mittellängsachse der Achswelle in eine Freigabestellung gegenüber dem Käfig belastet, daß ein kreiszylindrischer Zylinder den Kolben unter Bildung einer luftdichten Kammer für Druckluft aus einem Kompressor umgibt, und daß die Druckluft in der luftdichten Kammer derart auf den Kolben einwirkt, daß der Kolben in seiner Eingriff sstellung mit dem Keilnutenabschnitt am Käfig gedrückt vird und so die Ausgleichswirkung der Planetenräder an den Planetenträger sperrt.

2. Fahrzeugachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben zusammen mit der Achswelle umläuft und ein Spalt

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vorgesehen ist, durch den der Kolben axial und radial beweglich ist, und daß der Keilnutenabschnitt an der Außenseite des Käfigs mit dem Differentialnutenabschnitt an der Innenseite des Kolbens zusammenarbeitet.

3. Fahrzeugachse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein O-Ring zvischen den Oberflächen des Kolbens und des gehäusefesten Zylinders vorgesehen ist und der Zylinder mit einer Gewindebohrung versehen ist, in die die Armatur eines Anschlusses zur Verbindung mit dem Betriebsdruckluft sys tem des Fahrzeuges einschraubbar ist.

4. Fahrzeugachse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung als den Kolben umgebende und darin gelagerte Feder ausgebildet ist, die andernends an einem Ende des Zylinder .„ anliegt.

5. Fahrzeugachse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei O-Ringdichtungen vorgesehen sind, und zwar je eine an jedem Ende des Zylinders,und daß der Zylinder konzentrisch zum Kolben und zur Achswelle angeordnet ist.

6. Fahrzeugachse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben durch die Federeinrichtung normalerweise außer Eingriff mit dem Käfig gedruckt wird, daß die Druckluft in die Kammer zur Überwindung der Federkraft und zur Erzeugung eines Eingriffs zwischen dem Kolben und dem Käfig einführbar sowie durch ein entfernt liegendes Steuerorgan im Betriebsdruckluftsystem steuerbar ist.

7. Fahrzeugachse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben längsbeweglich gelagert und durch Keilnuten an der Außenoberfläche der Achswelle geführt ist.

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8. Fahrzeugachse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben und der Zylinder vollständig in dem Differentialgehäuse eingeschlossen sind und daß ein Druck ruftanSchluß für die Luftkammer im Zylinder durch das Gehäuse hindurchgeführt ist.

9. Fahrzeugachse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben als langgestreckte Hülse ausgebildet ist, dessen Längsachse mit der Mittellängsachse der Achswelle zusammenfällt und die eine Schulter aufweist, deren sich radial erstreckende Oberfläche eine Beaufschlagungsfläche für die Druckluft zum Antrieb des Kolbens in den Keilnuteneingriff an dem Käfig bildet.

10. Fahrzeugachse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckte Hülse mit zwei koaxialen Keilnutenabschnitten versehen ist, wobei der innere Keilnutenabschnitt mit dem Keilnutenabschnitt an der Außenfläche der Achswelle in Eingriff steht, während der äußere Keilnutenabschnitt mit dem Keilnutenabschnitt an der Außenfläche des Käfigs in Eingriff bringbar ist.

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