DE2839233A1

DE2839233A1 - Antriebseinheit, insbesondere differentialgetriebe fuer die treibachsen von schwerlast-kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2839233A1
Application number: DE19782839233
Authority: DE
Inventors: Wesley M Dick; James G Hall; Robert J Ostrander
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1977-09-08
Filing date: 1978-09-08
Publication date: 1979-03-22
Also published as: GB2004001A; BR7805760A; GB2004001B; AU525065B2; DE2839233C2; AU3835378A; FR2402811A1; CA1096198A; TR21483A; IT7850761A0; US4227427A; JPS5450757A; FR2402811B1; IT1105460B; AR216173A1

Description

PATENTANWÄLTE

5340

DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

ί BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

Dana Corporation 4500 Dorr Street

Toledo, Ohio 43697 U. S. A.

"Antriebseinheit, insbesondere Differentialgetriebe für die Treibachsen von Schwerlast-Kraftfahrzeugen"

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, insbesondere ein Differentialgetriebe für die Treibachsen von Schwerlast-Kraftfahrzeugen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches

Viele Kraftfahrzeuge, sowohl Personenkraftwagen als auch Lastkraftwagen, werden z. Zt. so hergestellt, daß der Antriebsmotor vorne montiert ist und ein Kraftübertragungszug von dem Motor zur rückwärtigen Antriebsachse vorgesehen ist. Die rückwärtige Achse ist traditionell mit einer Antriebseinheit, ζ. Β. einem Differentialgetriebe, versehen, die geeignet ist, die Antriebskraft von der treibenden Welle auf die rückwärtigen Achsen zu übertragen. Es sind weitere verschiedene Arten von Antriebseinheiten zur Übertragung von Kraft bekannt und im weiten Umfange außer in Kraftfahrzeugen in anderen industriellen Anwendungsgebieten eingesetzt.

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Probleme sind bei sehr schweren Antriebseinheiten aufgetaucht, insbesondere bei Schwerlast-Kraftfahrzeugen. Die meisten Schwerlast-Kraftfahrzeuge werden gegenwärtig so hergestellt, daß sie über ein Differentialgetriebe an der Hinterradachse angetrieben werden können. Viele uieser Fahrzeuge sind mit einem auf zwei Geschwindigkeiten umschaltbaren Achsgetriebe versehen. Ein allgemeiner Typ eines Zwei-Geschwindigkeits-Achsgetriebes umfaßt einen Planetenradsatz, der selektiv mit dem Differentialgetriebe gekuppelt werden kann. Zunehmende Fahrtgeschwindigkeit und zunehmende Lasttragfähigkeit moderner Fahrzeuge vergrößern die Beanspruchungen, denen die Achsantriebseinheiten ausgesetzt sind. Hierdurch sind einige schwerwiegende Schmiermittelprobleme aufgetreten. Ein adäquater Schmiermittelfluß über die Komponenten der Antriebseinheiten schmiert diese Einheiten und trägt dazu bei, die sich in der Anordnung entwickelnde Hitze abzuführen. Das rasch über die Lager oder Zahnräder fließende Schmiermittel kann von diesen Wärme aufnehmen und an das Gehäuse übertragen, welches häufig Rippen oder andere die Wärme abstrahlende Anordnungen aufweist, so daß das Gehäuse für die Wärmeabfuhr besonders geeignet ist.

Mit der zunehmenden Größe der Antriebseinheiten in industriellen und Fahrzeuganwendungsbereichen, z. B. bei den zuvor erwähnten Zwei-Geschwindigkeits-Achsgetrieben für Schwerlast-Kraftwagen_s welche sowohl Differential- als auch Planetenradgetriebe aufweisen, führt eine adäquate Schmierung zu ganz erheblichen Schwierigkeiten. Es sind Versuche gemacht worden, um Antriebs-

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einheiten mit einem Schmiermittel-Rezirkulationssystem auszurüsten. Viele dieser Systeme sind so ausgebildet, daß öl oder ein anderes Schmiermittel aus einem Reservoir innerhalb des Gehäuses der Antriebseinheit geschöpft und mehr oder weniger zufällig über die Teile des Getriebes verteilt wird. Keines der bekannten Systeme hat eine ausreichende Zuverlässigkeit gezeigt.

Zentrifugalkräfte, die auf das Schmiermittel einwirken, und zwar aufgrund der rotierenden Getrieberäder, haben ein weiteres großes Problem bei den bekannten Schmiermittelsystemen zur Folge. Dazu ist zu bemerken, daß typische Achseinrichtungen von Lastkraftwagen allgemein mit einer Drehzahl im Bereich von 2.800 bis 3.200 UpM arbeiten. Viele zuvor bekannte Schmiermittelsysteme leiten das Schmiermittel nicht zuverlässig und ordentlich auf die Lager und Getriebeelemente der Antriebseinheit. Das Ergebnis ist, daß die Zentrifugalkraft zwar das Sehmiermittel zu den äußeren Bereichen des Schmiermittelgehäuses tragen kann, daß dabei aber ein Großteil des Schmiermittels in diese Bereiche gelangt, ohne überhaupt eine Schmierwirkung oder Wärme aufgenommen zu haben. Dieses Ausscheiden eines Großteils des Schmiermittels von dem wirksamen Schmiermittelkreis kann leicht dazu führen, daß nicht ausreichend geschmierte Getriebeeinheiten zum Pressen neigen und miteinander verschweißt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen und eine Antriebseinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 so weiterzubilden, daß eine zuverlässige Pumpwirkung er-

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zeugt wird, um das Schmiermittel gezielt an alle wichtigen Teile des Getriebes heranzuführen, und zwar bei kompaktem Aufbau und geringem Aufwand.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst.

Bei dieser Ausbildung wird im Abstand von den eigentlichen Getriebeteilen eine Kammer gebildet, in der das Schmiermittel sich sammelt und unter sehr hohen Druck versetzt wird, und aus der das Schmiermittel direkt und gezielt in die gewünschten Bereiche geleitet wird. Die rotierende Scheibe ist dabei geeignet, einen erheblichen Druck in dem Schmiermittel zu erzeugen. Sie dient gleichzeitig als Unterlegscheibe für die Lager der Eingangswelle, um Herstellungstoleranzen auszugleichen. Die übliche Schöpfwirkung von Getriebeelementen der Antriebseinheit wird dabei lediglich dazu ausgenutzt, um das Schmiermittel aus dem Sumpf zu schöpfen und auf kürzestem Wege und möglichst ohne Behinderung in einen Sammelbereich zu fördern, aus dem das Schmiermittel in die Schmiermittelkammer gepumpt wird, in der mit Hilfe der Scheibe 70 der gewünschte hohe Druck erzeugt wird. Das unter hohem Druck stehende Schmiermittel wird dann über einen in der Schmiermittelkammer mündenden Kanal direkt und mit hoher Geschwindigkeit den Getriebeteilen der Antriebseinheit zugeführt. Um das Schmiermittel aus der Sammelzone in die Schmiermitteldruckkammer zu pumpen, wird vorteilhafterweise die Lagereinheit herangezogen, welche zur Lagerung der Eingangswelle der Antriebseinheit auf der

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Eingang-'jseite des Gehäuses dient.

Auf diese Weise wird einerseits die bekannte Schöpfwirkung vorteilhaft ausgenützt, ohne jedoch deren Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, da das gesamte geschöpfte Schmiermittel aus der Sammelzone in die Druckkammer geleitet und unter Druck dem Schmiermittelkreislauf zugeführt wird. Das Schmiermittel wird an einer Stelle entfernt von den Getriebeteilen gesammelt und unter Druck versetzt und dann in einem geschlossenen Kanal an die optimale Stelle des Getriebes geführt, wo das Schmiermittel zuverlässig alle Getriebeteile zu Schmierzwecken erreicht und über alle Getriebeteile hinwegstreicht, um von diesen die dort entstehende Wärme aufzunehmen und in den Schmiermittelsumpf abzuführen. Da das Schmiermittel mit hoher Geschwindigkeit im Kreislauf geführt wird, fließt das geschöpfte Schmiermittel direkt an der Innenseite des Gehäuses mit großer Geschwindigkeit über große Flächenbereiche hinweg zur Sammelzone und kann dabei auf optimale Weise die aufgenommene Hitze an die Gehäuseteile abgeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Antriebseinheit gemäß der Erfindung;

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Fig. 2 eine Seitenansicht,teilweise im Schnitt,der Antriebseinheit nach Fig. 1;

Fig. 3 im größeren Maßstabe und im Ausschnitt die Teile der Antriebseinheit mit Pumpwirkung und

Fig. 4 in weiter vergrößertem Maßstabe einen Ausschnitt aus einem abgewandelten Ausführungsbeispiel der die Pumpwirkung zeigenden Teile.

Eine für zwei Geschwindigkeiten ausgelegte Antriebseinheit 10 zur Verwendung für die Antriebsachse von Schwerlast-Kraftwagen ist in Fig. 1 und 2 gezeigt. Die Antriebseinheit 10 umfaßt ein Gehäuse 12 mit einem-vorderen Abschnitt oder Trägerabschnitt und einem rückwärtigen Abschnitt oder Banjo-Achsgehäuse I¹I. Die vorderen und rückwärtigen Gehäuseabschnitte 13 und lh sind mittels nicht dargestellter Bolzen miteinander verbunden und bilden dadurch ein Reservoir 17 zur Aufnahme einer vorbestimmten Menge an Schmiermittel 18. Wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, ist die freie Standhöhe 19 des Schmiermittels allgemein unterhalb der Mittelebene 26 der Einheit 10. Es sollte bemerkt werden, daß die Mittelebene 26 unter einem Winkel "a" gegenüber der freien Oberfläche 19 des Schmiermittels verläuft, woraus deutlich wird, daß die Einheit 10 bzw.das Gehäuse 12 gegenüber der Horizontalen geneigt angeordnet ist. Dieser Winkel "a" kann bei Fahrzeugen im Bereich zwischen -10° bis zu etwa 20° in Abhängigkeit von dem Winkel angeordnet sein, unter dem sich die Antriebslinie oder Antriebswelle erstreckt. Im dargestellten Beispiel der Antriebseinheit 10 beträgt der Winkel "a" etwa 4°.

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Der vordere üehäuseabschnitt 13 umfaßt einen Ansatz 20, durch den sich eine Bohrung 24 mit einer Achse 25 erstreckt, welche die Eingangsöffnung 23 der Antriebseinheit bildet. Es ist ersichtlich, daß sich die Bohrung 24 auch unter einem Winkel "a" gegenüber dem freien Schmiermittelstand 19 erstrecken kann. Der Ansatz 20 umfaßt einen ringförmigen und allgemein axial verlaufenden Steg 72, der konzentrisch zur Bohrung 24 verläuft. Aus

Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Bohrung 24 außerdem eine ringkonzentrisch

förmige Rippe 27 bestimmt, die zur Bohrung 24/verläuft und geeignet ist, eine Lageranordnung zu unterstützen, wie dies weiter unten beschrieben wird. Das rückwärtige Gehäuse 14 umfaßt zwei konzentrische Seitenausgangsbohrungen 31 und 32 mit einer gemeinsamen Achse 33. Jede der Bohrungen 31 und 32 ist in radialer Richtung abgestuft ausgebildet, um das Einsetzen der Lager zu erleichtern. Das rückwärtige Gehäuse 14 umfaßt weiterhin eine mit Gewinde versehene ölöffnung 21, in die ein herausnehmbarer Stopfen 22 eingeschraubt ist.

Eine Eingangswelle 40 mit einer allgemein !langgestreckten Drehachse 25 erstreckt sich durch die Eingangsöffnung 23 in die Bohrung 24. Ein Gabelkopf 42 ist starr an dem axial äußeren Abschnitt der Eingangswelle 40 mittels einer Verriegelungsscheibe 44 und einer Mutter 43 befestigt. Die Eingangswelle 40 umfaßt einen axial inneren Bereich 4l_s der sich durch das Gehäuse 12 erstzeckt._: Ein Antriebsritzel 60 ist starr an dem axial inneren Abschnitt der Eingangswelle befestigt und um die Antriebsachse 25 drehbar.

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Eine innere Ritzellagereinheit 47 und eine äußere Ritzellagereinheit 46 sind innerhalb der Bohrung 24 auf der entgegengesetzten Seite der Rippe 27 angeordnet, um die Eingangswelle 40 drehbar zu unterstützen. Eine Schmierraittelsamnielzone 4l ist zwischen den Lagereinrichtungen 46 und 47 vorhanden und dient zu Schmierzwecken, wie dies weiter unten beschrieben wird. Die Ritzellageranordnungen 46 und 47 umfassen jeweils innere Laufkränze 48, welche mit der Eingangswelle 40 umlaufen und äußere Laufringe 49, die starr an der Innenfläche der Bohrung 24 befestigt sind und an der zugehörigen Hippe 27 anliegen. Die Lagereinrichtungen 46 und 47 umfassen jeweils mehrere in Umfangsrichtung im Abstand angeordnete Kegelrollenlager 50, wobei jeder Rollenlagersatz in Richtung auf den anderen Lagersatz kegelförmig angeordnet ist, d.h. daß der kleinste Durchmesser jedes Lagers der Sammelzone 51 zwischen den beiden Lageranordnungen 46 und zugeordnet ist. Die äußere Lagereinheit 46 ist innerhalb der Bohrung 24 durch den Gabelkopf 42 gehalten, der an der äußeren Lagereinheit, und zwar an deren innerem Laufring 48 anliegt und mit diesem rotiert. Die innere Lageranordnung 47 wird in ihrer Stellung durch das Antriebsritzel 60 gehalten. ^:

Die Antriebseinheit 10 wird gegen Eindringen von Schmutz oder Fremdkörpern durch die Einlaßöffnung 23 mit Hilfe einer Steinschutzeinrichtung 54 gestützt, die sich zwischen dem Gabelkopf 42 und dem vorderen Gehäuseansatz 20 erstreckt. Die Steinschutz- ^: einrichtung 54 umfaßt eine ringförmige Kappe 55, die starr an dem rotierenden Gabelkopf 42 befestigt ist. Eine ringförmige

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Abdichtung 56 ist innerhalb der Eingangsöffnung 23 zum drehbaren und gleitenden Eingriff mit der Kappe 55 befestigt.

Der axial innerste Abschnitt der Eingangswelle ist drehbar innerhalb des Gehäuses 12 mittels eines Zapfenlagers 61 gelagert. Die Lageranordnung 6l ist innerhalb einer Bohrung 65 in einem nach innen vorspringenden Verlängerungsabschnitt 66 des Gehäuses 13 angeordnet. Die Lageranordnung 61 umfaßt einen äußeren Laufring 63, der in die Bohrung 65 hineinpaßt, einen inneren Laufring 62, der arbeitsmäßig mit dem innersten Ende der rotierenden Eingangswelle 40 zusammenwirkt und einem Satz von in Umfangsrichtung in Abstand angeordneten Lagerrollen 64.

Das Zapfenlager 6l ist bei einigen Achsanordnungen von Schwerlastkraftwagen notwendig, insbesondere dort, wo Antriebseinheiten mit zwei Geschwindigkeiten verwendet werden. Hierdurch soll der notwendige Antriebskontakt zwischen den Zahnradzähnen des treibenden

Ritzels 60 und eines zugehörigen Zahnringes aufrechterhalten werden.

Wie am deutlichsten aus Fig. 3 hervorgeht, ist eine ringförmige Metallscheibe oder Prallscheibe 70 starr an dem axial inneren Ende 41 der rotierenden Eingangswelle 40 befestigt. Die Prallscheloe 70 weist einen inneren Durchmesser annähernd gleich dem Durchmesser der Eingangswelle 40 auf. Die Scheibe 70 ist allgemein flach und weist zwei parallele und sich radial erstreckende Flächen 68 und 69 sowie eine ringförmige radiale äußere Kante 74

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auf. In der bevorzugten Ausführungsform weist die Scheibe 70, die durch Ausstanzen hergestellt werden kann, eine Dicke von etwa 0,152 cm auf. Die Scheibe 70 legt sich axial gegen das Antriebsritzel 60 an und ist bestimmt, um als Ritzelabstandsscheibe für die zutreffende Lagerung des Ritzels gegenüber dem Zahnring Sorge zu tragen. Die Dicke der Scheibe kann deshalb variieren, wie es erforderlich ist,und es können, falls notwendig, weitere Abstandsscheiben hinzugefügt werden.

Der Außendurchmesser der Scheibe 70 ist kleiner als die lichte Weite des ringförmigen Steges 72, derart, daß die ringförmige Umfangskante 74 nicht gegen die radial innere Rin^i'lache 75 des Steges 72 reibt. Ein ringförmiger Spalt 73 zwischen der Außenkante der Scheibe 70 und dem Steg 72 ist vorgesehen, und zwar insbesondere im Hinblick auf die Herstellungstoleranzen_s die erforderlich sind, um die Scheibe 70 über den inneren Abschnitt 41 der Eingangswelle 40 zu pressen. In der bevorzugten Ausführungsform weist der Spalt 73 eine maximale radiale Weite von 3_S175 mm auf. Zwischen dem Steg 72, der flachen Oberseite 68 der Scheibe 70 und der inneren Ritzellageranordnung 47 wird auf diese Weise eine Druckerzeugungs- und Pumpkammer Jl für das Schmiermittel gebildet. Die Arbeitsweise der Scheibe 74 wird weiter unten noch im einzelnen beschrieben.

Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen. Daraus' wird ersichtlich, daß das Differentialgetriebe 80 innerhalb des Antriebsgehäuses 12 angeordnet ist. Von dem Differentialgetriebe 80 erstrecken

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sich in entgegengesetzte Richtungen rechte und linke Ausgangswellen 83 bzw. 84. Diese sind in den Wellengehäusen oder Achsgehäusen 8l, 82 drehbar gelagert, welche Gehäuse sich von innerhalb der Austrittsöffnungen 311 32 herauserstrecken und durch Anschweißen oder Anschrauben an diesen öffnungen befestigt sind. DifferentialZahnräder 85 und 86 sind an den sich nach innen erstreckenden Abschnitten jeder Welle 83 und 8k starr befestigt. Jedes seitliche Zahnrad 85, 86 steht in Antriebseingriff mit vier Differentialkegelrädern 87, 87', 88 und 88^! (wie aus Fig. hervorgeht). Diese werden drehbar an den Enden des Differentialquerteiles 89 unterstützt. Die Querwelle 89 erstreckt sich in Bohrungen in dem Differentialgehäuse 99 und kann somit um die Achse 33 in Abhängigkeit von der Drehung des Differentialgehäuses 99 gedreht werden, wie weiter unten beschrieben wird.

Ein Stützgehäuse 100 umgibt das Differentialgetriebe 80 und ist um die Achse 33 rotierbar. Das Gehäuse 100 begrenzt eine sich axial erstreckende Bohrung 101, durch die sich die rechte Ausgangswelle 83 erstreckt. Mehrere in gleichen ümfangsabständen angeordnete Schmierbohrungen 102 sind in dem Gehäuse 100 in gleichen radialen Abständen von der Achse 33 angeordnet und rotieren um diese Achse.

Das Gehäuse 12 umfaßt einen ringförmigen Vorsprung 92_s der sich von einer Stelle nahe der rechten Ausgangsöffnung 31 nach innen erstreckt. Eine rechte Ausgangslageranordnung 33 ist innerhalb

und der rechten Ausgangsbohrung 31 angeordnet/mit dem Vorsprung 92

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in Kontakt. Die Lageranordnung 95 ist durch einen Lagerhalter 93 gesichert, der innerhalb der Bohrung 31 angeordnet ist. Die Lageranordnung 95 umfaßt einen äußeren Laufring 97, der an dem Gehäuse 12 festgelegt ist, einen inneren Laufring 96, der mit einem Abschnitt des Gehäuses 100 verbunden ist und mit diesem rotiert und einen Satz von in Umfangsrichtung in Abstand angeordneten Lagerrollen 93> die allgemein nach außen von dem Differentialgetriebe 80 aus verjüngt sind, d. h. den Endabschnitt mit größerem Durchmesser jeweils in größerer Nähe zu dem Differentialgetriebe 8o besitzen.

Das Gehäuse 100 ist mit einem rotierenden Zahnring 108 mittels Bolzen 106 starr verbunden. Der Zahnring 108 umfaßt mehrere Zähne 109, die in Antriebseingriff mit dem treibenden Ritzel stehen. Ein radial innerer Abschnitt des Zahnringes 108 umfaßt weitere Zähne 110, die den Zahnkranz der Planetenradeinheit bilden,

Vier Planetenräder 112 sind um Zapfen 113 drehbar gelagert und stehen in Eingriff mit den Zähnen 110 des Zahnkranzes. Jeder Zapfen 113 ist antriebsmäßig drehbar in Eingriff mit dem treibenden Gehäuse 99 und dem Zahnkranz, wie weiter unten deutlich wird.; Die Planetenräder 112 sind außerdem in Eingriff mit einem Sonnen-' rad Il6, das einstückig an einer Schiebehülse 115 angeformt ist. \ Die Schiebehülse 115 umfaßt weiter einstückig angeformte Zähne ; 118 einer Schiebekupplung zum Einrücken und Ausrücken der Plane- ■ tenradeinheit.

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Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfaßt das linke Ende der Schiebehülse 115 einen Schiebekragen 121. Eine Schubgabel 122 ist auf einem Lagerzapfen 123 schwenkbar montiert, der starr an einem festen Abschnitt der Gehäuseeinheit 12 befestigt ist. Ein Abschnitt der Gabel 122 erstreckt sich von dem Stift 123 nach unten und greift an dem Stift 12¹I des Kragens an, der durch den Schiebekragen oder Schaltkragen 121 ragt. Die Schaltgabel 122 kann um den Stift 123 verschwenkt werden, um die Schiebehülse oder Schalthülse 115 entlang der Achse 33 zu verschieben.

Eine Widerlagerplatte 126 ist starr an dem Zahnkranz 108 mittels Bolzen 106 befestigt. Die Widerlager- oder rückwärtige Platte 126 bestimmt eine sich axial erstreckende Bohrung 128, durch welche die rechte Achswelle 84 ragt. Die Platte 126 umfaßt ferner eine Ausnehmung 129, in die eine die Planetenstifte unterstützende Platte 127 eingesetzt ist. Vier Stifte 125 halten die Stützplatte 127 an dem rotierenden Differentialgehäuse 99. Die Platte 127 umfaßt vier Bohrungen 135 zur antriebsmäßigen Aufnahme der Planetenradstifte 113. Zähne 120 einer Hochgeschwindigkeitskupplung dienen zum Eingreifen mit den Zähnen 116 des Sonnenrades und sind auf einer radial inneren Fläche der zum Stützen der Stifte dienenden Platte 127 vorgesehen.

Eine linksseitige Lageranordnung 130 für die Ausgangswelle ist zwischen einem Abschnitt der Widerlagerplatte 126 und der Bohrung 32 angeordnet. Die Lageranordnung 130 umfaßt einen äußeren Laufring 132, der starr in der Bohrung 32 angeordnet ist, einen

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inneren Laufring 131, der fest mit der Stützplatte 126 verbunden ist, und mehrere Lagerrollen 133, die von dem Differentialgetriebe 80 aus nach links in Pig. 1 verjüngt verlaufen. Eine für die Hülse dienende Verriegelungsplatte 136 ist in die Bohrung 32 des Gehäuseabschnittes 13 eingeschraubt, um die Lageranordnung 130 zu sichern. Eine C-förmige Halteklammer 117 erstreckt sich in Ausnehmungen in der Platte 136 und verhindert somit, daß sich die Verriegelungsplatte 136 losschraubt. Ein Bolzen 119 sichert die Klammer 117. Ein Verriegelungselement 134 ist mittels Schrauben 137 an das Gehäuse 12 angeschraubt. Die radial innere Fläche des Verriegelungselementes 134 umfaßt einstückig angeformte Verriegelungszähne 138, die in die Zähne 118 der Hülse eingreifen, wie dies weiter unten beschrieben wird.

Die Schiebehülse 115 befindet sich in ihrer extremen rechten Stellung nach Fig. 1, wenn die Antriebseinheit 10 über das Getriebe für die niedrige Geschwindigkeit angetrieben wird. In dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich stehen die Zahnräder II8 und 138 in Eingriff, so daß die Hülse 15 gegen Drehen festgehalten ist. Die Zähne II6 der Schiebehülse stehen wie stets in Eingriff mit den Planetenrädern 112. Die Antriebskraft wird damit von der Eingangswelle 40 zu dem Eingangsritzel 60, dem Zahnkranz 108 und den Planetenrädern 112 übertragen. Wenn der Zahnkranz rotiert, rotieren die Planetenräder 112 um die Schiebehülse 115 und treiben drehbar das Differentialgehäuse 99 und somit das Differentialgetriebe 80 an. Das Differentialgetriebe 8O treibt die Ausgangswellen 83 und 84 und kompensiert jede Differentialdrehbewegung der zugehörigen Räder.

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Wenn ein höherer Geschwindigkeitsbereich erforderlich ist, wird die Schiebehülse 115 in die extreme linke Stellung nach Fig. 1 über die Schaltgabel 112 bewegt. In dieser Stellung kommen die Zähne 118 der Schiebehülse von dem Zahnrad I38 frei. Damit kann die Schiebehülse 115 rotieren. Außerdem ist das Sonnenrad II6 in Eingriff mit der Kupplung 120. Eine Rotation des Zahnkranzes 108 treibt somit drehbar die Schiebehülse 115 über das Sonnenrad 116 an. Es sollte bemerkt werden, daß das Sonnenrad II6 in der zweiten Stellung in Eingriff verbleibt mit den Planetenrädern 112. Eine höhere Drehgeschwindigkeit des Differentialgetriebes ist somit das Ergebnis.

Es wird nun auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen und darauf hingewiesen, daß ein Schmierkanal I¹JO einstückig in dem vorderen Gehäuseabschnitt 13 eingeformt ist und sich allgemein im Bereich zwischen der Eingangswelle ko und dem Differentialgetriebe 80 erstreckt. Der Kanal 140 weist allgemein rechteckförmigen Querschnitt mit einer durchschnittlichen Tiefe von etwa 1,27 cm auf, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sowie mit einer durchschnittlichen Breite von etwa 3,175 cm, wie man aus Fig. 2 ersehen kann. Die durchschnittliche Querschnitti lache des Kanals 1^0 beträgt somit

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etwa 4,03 cm . Es sollte jedoch bemerkt werden, daß Schmiermittelkanäle wie der Kanal I¹IO unterschiedliche Querschnittsgestalt aufweisen können mit yuerschnitüsflächen, die von 0,635 bis 3,8l cm oder mehr variieren, und zwar in Abhängigkeit von der jeweiligen Antriebseinheit. Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, verläuft der Kanal l4o parallel zur Achse 25 der Eingangswelle und

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verläuft allgemein oberhalb des freien Schmiermittelstandes 19. Obwohl Schwerkraft die Förderung des Schmiermittels durch den Kanal I¹IO unterstützt, ist in der bevorzugten Ausführungsform eine Pumpwirkung erforderlich, um das Schmiermittel auf das Niveau des Kanals anzuheben und rasch das Schmiermittel durch den Kanal zirkulieren zu lassen.

Der Kanal l40 umfaßt einen Einlaß 142, der in axialer Richtung allgemein zwischen der Scheibe 70 und dem inneren Rollenlager angeordnet ist. Der Kanal 140 umfaßt weiterhin einen Auslaß 144 nahe dem Differentialgetriebe 80. Der Auslaß 144 liegt also nahe dem rechten Auslaßlager 95 und den Bohrungen 102 in dem Gehäuse 100.

Die Gehäuseabschnitte 13 und 14 sind mit kontinuierlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Schmiermittelrücklaufwegen 146 versehen, die radial außerhalb des Zahnringes 108 angeordnet sind. Die Schmiermittelrücklaufwege 146 erstrecken sich von dem Schmier*- mittelreservoir 17 innerhalb des rückwärtigen Gehäuseabschnittes 14 um annähernd 270° um das Gehäuse 12 zu der Schmiermittelsammeizone 51 zwischen den Lagern 46 und 47. Eine Schmiermittelableitlippe 149 ist innerhalb des Rücklaufweges 146 nahe den Lagern^ 46 und 47 angeordnet. Diese Ableitlippe 149 bildet zusammen mit dem Gehäuse 13 einen Schmiermittelrückführungskanal 146, der

sich zu der Schmiermittelsammelzone 51 erstreckt. Der Kanal 148 : weist in der bevorzugten Ausführungsform einen allgemein rechteck^ förmigen Querschnitt mit Abmessungen zwischen 2,54 bis 5,71 cm j

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an der weitesten Stelle und etwa 0,9525 bis 3j8l cm an der engsten Stelle unmittelbar nahe der Sammelzone 51 auf.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Zahnring 108 so ausgebildet, daß er im Uhrzeigersinne rotiert, wenn das zugehörige Fahrzeug sich nach vorne bewegt. Im Betrieb bewegen sich die Zähne 109 des Zahnringes durch das Reservoir 17 und nehmen Schmiermittel auf und schleudern dieses nach oben und nach außen gegen das Gehäuse 12. Die Zentrifugalkräfte, die sich auf das Schmiermittel auswirken, führen dieses in die Schmiermittelrücklaufkanäle 146. Außerdem wird das Schmiermittel in Umfangsrichtung innerhalb der Wege 146 getrieben, und zwar in Drehrichtung des Zahnringes 108. Pfeile innerhalb der Schmiermittelrücklaufwege 146 nach Fig. 2 zeigen die Richtung des Schmiermittelstromes an, wenn der Zahnring 108 im Uhrzeigersinne oder in Vorwärtsrichtung rotiert. Das sich in den Bahnen 146 bewegende Schmiermittel erreicht die Lageranordnungen 46 und 47» wobei die Ableitlippe das Schmiermittel in den Kanal 148 leitet, der das Schmiermittel in die Sammelzone 51 einführt.

Die Kegelrollenlager 46 und 47 sind geeignet, als Pumpe für das Schmiermittel zu wirken, das in die Lagereinrichtungen aus der Sammelzone 51 eintritt, d.h. auf der Seite des kleineren Durchmessers der Lagerrollen. Die Lageranordnungen 46 und 47 pumpen das Schmiermittel in Richtung der Pfeile gemäß Fig. 2, d.h. in entgegengesetzter Richtung der Verjüngung. Es sollte bemerkt werden, daß, währen-d die Antriebseinheit 10 flir einen Drehzahlbereich

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von 2.800 'bis 3·2ΟΟ UpM geeignet ist, die abgeschrägten Rollen 50 der Lager mit wesentlich höherer Geschwindigkeit rotieren, z.B. im Bereich von 10.000 UpM, so daß sich ein bedeutender Pumpeffekt ergibt.

Die innere Lagereinheit 47 zieht das Schmiermittel aus der Sammelzone 51 und leitet dieses in Richtung auf die flache, ringförmige Scheibe 70, welche zusammen mit der Eingangswelle 40 und dem Ritzel 60 rotiert. Wenn das Schmiermittel aus dem inneren Lager 47 austritt, gelangt es in die ringförmige Pumpkammer 71. Die Scheibe 70 versetzt das Schmiermittel innerhalb der Kammer in rasche Umlaufbewegung, so daß in der Kammer ein erheblicher Schmiermitteldruck auftritt.

Ls ist deutlicher aus Fig. 1 ersichtlich, daß die Kammer 71 in den Einlaß 142 des Kanals l40 mündet. Die Zentrifugalkräfte und der Druckmitteldruck, der durch die Scheibe erzeugt wird, zwingen das Schmiermittel aus der Kammer 71 in den Kanal l40 durch den Einlaß 142. Der Schmiermitteldruck wird innerhalb des Schmierkanals l40 aufrechterhalten, und zwar aufgrund des relativ kleinen Querschnittes. Das Schmiermittel wird deshalb durch den Kanal l40 zu dem Auslaß 144 gepreßt oder gepumpt, durch die Bohrungen 102 und in das rotierende Gehäuse 100 sowie in das Differentialgetriebe 80.

Die Kegelrollenanordnung 95 nimmt einen Teil des Schmiermittels auf, das aus dem Kanal l40 austritt und pumpt dieses Schmiermittel

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in Richtung des Differentialgetriebes. Der Schmxermxttelciruck₃ der innerhalb der Lämmer 71 durch die Scheibe geschaffen wird, kann sich fortsetzen und auswirken, auch innerhalb des Gehäuses 100 nahe dem Differentialgetriebe 80. Dadurch wird das Schmiermittel nach links durch die Differential- und Planetenräder gedrückt, wie dies durch Pfeile in Fig. 1 angedeutet ist. Die Differentialräder 87 und 88 unterstützen diese Wirkung, indem das Schmiermittel zu dem Planetenritzel 112 und schließlich zu dem Kegelrollenlager 130 gedrückt wird. Dieses Kegelrollenlager nimmt das Schmiermittel auf und pumpt es gegen die Stützplatte 126 des Zahnkranzes und zurück in das Reservoir 17· Das Schmiermittel erreicht schließlich einen Bereich, wo die Zähne des Zahnkranzes 108 das Schmiermittel erneut aufgreifen. Dadurch wird das Schmiermittel in die Rücklaufwege 146 geschleudert und zirkuliert zurück zu den Lageranordnungen 46 und 77·

Wie zuvor bemerkt, rotiert die äußere ümfangsflache 74 der Scheibe 70 nahe der Oberfläche 75 des Steges 72, um zu verhindern, daß überschüssxges Schmiermittel durch den Spalt 73 nach außen gelangt. Ein gewisser Leckfluß ist für gewöhnlich wünschenswert, und zwar zur Schmierung des Antriebsritzels 60 und des Zapfenlagers 6l. In einigen Fällen kann ein solcher Spalt aber auch ein überschüssiges Austreten von Schmiermittel verursachen, so daß der Druck im Schmiermittel innerhalb der Pumpenkammer 71 nach« läßt und die Pumpeigenschaft der Scheibe 70 verringert wird. In einigen Situationen kann es daher wünschenswert oder erforderlich sein, die Wirkung des Spaltes 73 entweder durch weiteres Verklei-

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nern des Spaltes oder engeres Einpassen der Scheibe 70 in bezug
auf den ringförmigen Steg 72 oder durch Verwendung einer Art
Schließvorrichtung zu vermindern.

Eine Spaltsehließvorrichtung, die in Fig. 3 gestrichelt dargestellt ist, kann in Form eines ringförmigen elastomeren Abdichtelementes 76 vorgesehen sein, das an der radial verlaufenden flachen Fläche 77 des Steges 72 befestigt ist. Die Abdichtung 76
weist einen Innendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser der Scheibe 70 und einen Außendurchmesser größer als der Innendurchmesser des Steges 72 auf. Die Abdichtung 76 erstreckt sich somit über die Breite des Spaltes 73. Eine flache und radial verlaufende Fläche 69 der Scheibe 70 ist in Schleifkontakt mit der
Abdichtung 76, um zu verhindern, daß größere Mengen von Schmiermittel durch den Spalt 73 nach außen treten.

Eine andere Spaltschließeinrichtung ist gestrichelt in Fig. k dargestellt. Die Vorrichtungumfaßt einen Metallring 176, der mit ' Preßsitz gegen die radial innere Fläche 75 des Steges 72 gelegt ^; ist. Der Ring 176 hat eine L-förmige Querschnittsgestalt, wobei , der eine Schenkel 17^ an dem Steg 72 anliegt, während der andere ; Schenkel 175 allgemein parallel zu der Scheibe 70 verläuft und ι sich radial von dem Steg 72 nach innen erstreckt. Es sollte bemerkt werden, daß der Schenkel 175 einen geringen axialen Abstand; von der Oberfläche 69 der Scheibe aufweist, so daß ein Spalt 177 : entsteht. Der Spalt 177 bildet Teil des Schmiermittelzirkulationskanals, der verhindert, daß der Schmiermittelleckfluß aus der \

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Kammer 71 während des Betriebes der Antriebseinheit auftritt.

Während des Betriebes der Antriebseinheit nach Fig. ¹I wird das Schmiermittel rasch in der Kammer 71 zirkuliert. Die Zentrifugalkräfte erzeugen den höchsten Schmiermitteldruck nahe der Stegfläche 75. Der Schenkel 175 des Ringes 176 hält das Schmiermittel innerhalb der Kammer 71 an der Stelle des höchsten Schmiermitteldruckes. Obwohl kein Abdichtungskontakt zwischen dem Ring 176 und der Scheibe 70 vorliegt, ist der Spalt 177 radial innerhalb von dem radial äußeren Bereich der Kammer 71 angeordnet, und zwar um ein ausreichendes Maß,um einen nennenswerten Schmiermittelleckstrom zu verhindern. Auch kann eine Abdichtung ähnlich der Abdichtung 76 an dem Schenkel 175 vorgesehen sein und in gleitenden abdichtenden Kontakt mit der Scheibenfläche 69 treten, um praktisch allen Leckfluß zu unterbinden. :

Es ist somit ersichtlich, daß eine rasche Schmiermittelzirkulation in der Antriebseinheit 10 nach der vorliegenden Erfindung erhalten wird. Das rasch zirkulierende Schmiermittel schmiert nicht nur alle Zahnräder des Differentialgetriebes und Planetenradgetriebes, sondern wirkt auch als Wärmeaufnahmemittel, das alle Hitze von den Getriebekomponenten abzieht und in die Gehäuseabschnitte 14 und 13 führt, wo die Hitze leicht abgestrahlt oder anderweitig abgeführt wird. Eine extreme Erhitzung der Getrieberäder kann ohne Schmiermittel zu einem Pestfressen der ; Zahnräder führen. Dieses Problem wird mit der vorliegenden Erfindung völlig ausgeschaltet.

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Claims

PATENTANWÄLTE

5340

DR.-JNG. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

Ansprüche

(l.j Antriebseinheit, insbesondere Differentialgetriebe für die Treibachse von Schwerlast-Kraftfahrzeugen, mit einem Gehäuse zur Aufnahme der Getriebeglieder und einer Schmiermittelmenge, das eine durch eine EingangsÖffnung entlang einer
ersten Drehachse in das Gehäuse ragende Antriebswelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
die im Abstand von den Getriebeteilen liegende Antriebswelle (40) an einem inneren Abschnitt eine ringförmige
ocneibe (70) trägt, die axial innerhalb der EingangsÖffnung (24) liegt und mit der Antriebswelle rotiert, daß zwischen der Eingangsöffnung (24) und der Scheibe (70) eine Lagereinheit (46,47) angeordnet ist und daß im Bereich zwischen der Lagereinheit und der Scheibe ein Schmiermittelkanal
(l40) mündet, dessen Auslaß (144) im Bereich der Getriebeteile (80) liegt.
2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Eingan^swelle (40)
ein treibendes Ritzel (60) befestigt ist, das axial innerhalb der Scheibe (70) angeordnet ist und mit dieser um die Eingangsachse (25) rotiert.

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ORIGINAL INSPECTED
3· Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmiermittelkanal (l4o) eine Querschnittsflächengröße zwischen etwa 0,6 und etwa 4 cm aufweist.
4. Antriebseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der freie Schmiermittelflüssigkeitsstand (19) im wesentlichen unterhalb des Schmiermittelkanals (140) liegt.
5. Antriebseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (70) im wesentlichen flach ist.
6. Antriebseinheit nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinheit wenigstens ein Kegelrollenlager (47) aufweist, deren Lagerrollen sich in Richtung von der Scheibe (70) weg verjüngen.
7. Antriebseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine allgemein ringförmige Schmiermittelsammeikammer (71) zwischen der Scheibe (70) und der Lagereinheit (46,47) angeordnet ist, welche im wesentlichen allseitig abgeschlossen ist, und daß der Einlaß des Schmiermittelkanals (140) mit der Schmiermittelsammelkammer in freier Strömungsverbindung steht.

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8. Antriebseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiermittelkammer (71) einen ringförmigen Spalt (73) nahe des radial äußeren Umfanges der Scheibe (70) aufweist und daß die Antriebseinheit weiter eine allgemein ringförmige Abdichtung (76,176) aufweist, die sich von dem äußeren Umfang (7^) der Scheibe um einen Abstand radial nach außen erstreckt, der größer ist als die radiale Weite des Spaltes (73).
9. Antriebseinheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinheit zwei Lager (76,77) umfaßt, wobei diese beiden Lager im gegenseitigen axialen Abstand angeordnet sind und eine Schmiermittelsammelzone (51) zwischen den beiden Lagern begrenzen.
10. Antriebseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (108,146) vorgesehen sind, mit deren Hilfe das Schmiermittel von den Getriebegliedern (80) zu der Schmiermittelsammelzone (51) überführbar ist.
11. Antriebseinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageranordnung (46,^7) zwei Kegelrollenlager aufweist, deren Lagerrollen von der Sammelzone (51) aus im Durchmesser zunehmen.
12. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 11, dadurch

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gekennzeichnet, daß die Getriebeteile ein Differentialgetriebe und ein schaltbares Planetenradgetriebe aufweisen.
13«Antriebseinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Ritzel (60) auf der Eingangswelle zusammenwirkender Zahnring (108) das Schmiermittel aus einem Schmiermittelsumpf (17) in Sahmiermittelführungskanäle (146) am inneren Umfang des Gehäuses (13,14) schleudert und in Richtung auf die Schmiermittelsainmelzone (51) fördert.
14.Antriebseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinheit (46,47) so ausgebildet ist, daß sie auf das in die Sammelzone (51) einfließende Schmiermittel eine Pumpwirkung in Richtung auf die Schmiermittelkammer (71) und die Scheibe (70) ausübt.

15-Antriebseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis

14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiermittelkammer (71) einen den Spalt (73) begrenzenden stegartigen Gehäuseteil (72) aufweist, an dem ein Ring (I76) befestigt ist, der sich von dem Steg über den Spalt (73) hinweg radial nach innen erstreckt, und zwar entlang der von der Schmiermittelkammer (71) abgewandten Seite (69) der Scheibe (70).

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l6.Antriebseinheit nach Anspruch 15j dadurch gekennzeichnet, daß dem den Spalt (73) abdeckenden Ring (176) ein mit der Außenseite (69) der Scheibe (70) in Kontakt stehendes Abdichtelement zugeordnet ist.

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