DE3542184A1 - Selbstsperrendes planeten-differentialgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Differentialgetriebe, die vorzugs­ weise in Kraftfahrzeugen als Ausgleichsgetriebe dem Ausgleich von Drehzahlunterschieden zwischen den Rädern einer angetriebenen Achse oder zwischen den Achsen von Fahrzeugen mit mehreren ange­ triebenen Achsen z.B. bei Kurvenfahrt dienen. Solche Differen­ tialgetriebe werden üblicherweise als Kegelrad- oder Stirnrad- Planetengetriebe ausgeführt. Die Ausführung als Stirnrad-Plane­ tengetriebe bietet den zusätzlichen Vorteil, daß das Antriebsmo­ ment ungleich auf die beiden Abtriebe des Differentialgetriebes verteilt werden kann, was bei Zwischenachsdifferentialen häufig zweckmäßig ist.

In besonderen Betriebszuständen des Fahrzeugs, z.B. beim Durch­ drehen eines Rades oder einer Achse auf glattem Untergrund ist es notwendig, die Ausgleichswirkung des Differentialgetriebes teil­ weise oder ganz aufzuheben, d.h. das Differentialgetriebe zu sperren, um an den noch greifenden Rädern des Fahrzeuges die Antriebskraft aufrechtzuerhalten. In der Praxis erweisen sich selbstsperrende Differentialgetriebe als zweckmäßig. Aus Gründen der Fahrsicherheit ist zu fordern, daß die Sperrwirkung sanft einsetzt und mit zunehmender Drehzahldifferenz der beiden Abtrie­ be des Differentialgetriebes ansteigt.

Zur Erzielung der Sperrwirkung werden Reibungskupplungen und Vis­ kosekupplungen eingesetzt. Es ist auch bekannt, Patentschrift DE 25 49 408 C 2 und Offenlegungsschrift 23 31 980, die Zahnräder und den Planetenradträger eines Differentialgetriebes so auszubilden, daß sie als Zahnradpumpe wirken, und die Pumpwirkung zur Sperrung auszunutzen. Bei derartigen Lösungen wirken alle Zahnräder als Pumpenräder. Die Sperrwirkung wird z.B. dadurch erzielt, daß man das geförderte Drucköl zur Steuerung einer Sperrkupplung heran­ zieht. Nach einem anderen Vorschlag läßt man das geförderte Drucköl durch besondere Kanäle gedrosselt abfließen und nutzt das Pumpenmoment direkt als Sperrmoment. Dabei werden in den Kanälen auch Steuerventile für wechselnde Richtung der Relativdrehung der Abtriebe und zur Regelung des Sperrmomentes vorgesehen.

Zahnradpumpen müssen mit hoher Präzision gefertigt werden, was entsprechend hohe Fertigungskosten zur Folge hat. Kanäle und Ventile für die Druckölführung und zusätzliche Sperrkupplungen erfordern zusätzlichen Bauraum und Fertigungsaufwand.

Erfindungsgemäß wird das Problem der selbsttätigen Sperrung des Differentialgetriebes auf folgende einfache Weise gelöst: Zahn­ räder und Planetenradträger werden so ausgebildet, daß sie als Zahnradpumpe wirken. Das Pumpenantriebsmoment wird als Sperrmo­ ment ausgenutzt. Kanäle und/oder Ventile für die Drosselung des Drucköles werden nicht vorgesehen. Statt dessen werden die Spalte zwischen den Zahnrädern und dem Planetenradträger so dimensio­ niert, daß das Drucköl als in genau bemessener Weise gedrosselter Leckölrückstrom aus den Druckräumen abfließt.

Bei einem derart hydraulich selbssperrenden Planeten-Differen­ tialgetriebe ergibt sich aufgrund der Spaltdrosselung des Druck­ öles selbsttätig ein vorteilhafter linearer Zusammenhang zwischen der Differenzdrehzahl der beiden Abtriebe des Differentialgetrie­ bes und der Größe des Sperrmomentes. Eine etwa gewünschte und konstruktiv verwirklichte ungleiche Verteilung des Antriebsmo­ mentes auf die beiden Abtriebe bleibt auch bezüglich des Sperr­ momentes erhalten.

Ein entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen selbstsperrenden Planeten-Differentialgetriebes besteht darin, daß aufgrund der vergleichsweise großen Spalte die Bauteile mit größeren Toleran­ zen und damit kostengünstiger als bei bekannten Lösungen gefer­ tigt werden können.

Erfindungsgemäß wird die freie Ansaugung des zu förderndenden Öles dadurch positiv beeinflußt, daß vorzugsweise nicht alle Zahneingriffe des Getriebes als Zahnradpumpe ausgebildet werden. Durch die Wahl der die Zahnradpumpe bildenden Zahnräder läßt sich auch die Größe des Sperrmomentes beeinflussen.

Die Sperrwirkung hydrostatisch selbstsperrender Planeten-Diffe­ rentialgetriebe nimmt mit steigender Betriebstemperatur und damit fallender Viskosität des Druckmediums ab. In weiterer Ausgestal­ tung des erfindungsgemäßen selbstsperrenden Planeten-Differen­ tialgetriebes werden daher für den Planetenradträger und die Zahnräder Werkstoffe mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoef­ fizienten gewählt. Dabei ist der Wärmeausdehnungskoeffizient der Zahnräder größer als der des Planetenradträgers. Alle Abmessungen der die Zahnradpumpe bildenden Bauteile werden so bestimmt, daß die Spaltverengung aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehung der Bauteile den Einfluß der mit wachsender Temperatur sinkenden Viskosität kompensiert.

Als Beispiel für die Ausführung der Erfindung ist in Fig. 1 ein als Stirnradplanetengetriebe ausgebildetes selbstsperrendes Dif­ ferentialgetriebe wiedergegeben.

In Fig. 1 bedeuten:

• 1 inneres Zentralrad
  2 Planeten
  3 Planetenradträger
  4 äußeres Zentralrad
  5 Druckräume
  6 Umfangsspalte für gedrosselten Leckölrückstrom
  7 Planetenbolzen
  8 Stirnspalte für gedrosselten Leckölrückstrom

Claims (6)

1. Hydraulisch selbstsperrendes Planeten-Differentialgetriebe bestehend aus einem als Abtrieb dienenden inneren Zentralrad, einem oder mehreren in einem als Antriebsglied dienendem Plane­ tenradträger gelagerten Planetenrädern und einem als Abtrieb dienenden äußeren Zentralrad, bei dem der Planetenradträger in an sich bekannter Weise so ausgebildet ist, daß von ihm dicht um­ schlossene Zahnräder als Zahnradpumpe ein geeignetes Druckme­ medium z.B. das Getriebeöl fördern, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Zentralrad und die Planeten als Zahnradpumpe wirken und daß keine besonderen Öffnungen, Ventile oder Kanäle vorge­ sehen sind, durch die das geförderte Medium aus den Druckräumen abströmt.

2. Hydraulisch selbstsperrendes Planeten-Differentialgetriebe bestehend aus einem als Abtrieb dienenden inneren Zentralrad, einem oder mehreren in einem als Antriebsglied dienendem Plane­ tenradträger gelagerten Planetenrädern und einem als Abtrieb dienenden äußeren Zentralrad, bei dem der Planetenradträger in an sich bekannter Weise so ausgebildet ist, daß von ihm dicht um­ schlossene Zahnräder als Zahnradpumpe ein geeignetes Druckme­ medium z.B. das Getriebeöl fördern, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Zentralrad und die Planeten als Zahnradpumpe wirken und daß keine besonderen Öffnungen, Ventile oder Kanäle vorge­ sehen sind, durch die das geförderte Medium aus den Druckräumen abströmt.

3. Selbstsperrendes Planeten-Differentialgetriebe nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß alle Spalte zwischen den als Zahnradpumpe wirkenden Zahnrädern und dem Planetenradträger so bemessen sind, daß durch Drosselung des Leckölrückstromes in den Spalten ein Druckaufbau in den Druckräumen bewirkt wird, der ein mit wachsender Differenzdrehzahl der beiden Zentralräder linear ansteigendes Sperrmoment ergibt.

4. Selbstsperrendes Planeten-Differentialgetriebe nach den An­ sprüchen 1 oder 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werk­ stoffe für die Zahnräder und den Planetenradträger so gewählt werden, daß sich infolge unterschiedlicher Wärmedehnung mit steigender Temperatur eine Verengung der Spalte zwischen den Zahnrädern und dem Planetenradträger ergibt, die den das Sperr­ moment mindernden Viskositätsabfall des Druckmediums kompensiert.

5. Selbstsperrendes Planeten-Differentialgetriebe nach den An­ sprüchen 1 oder 2 und 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an­ stelle des inneren und des äußeren Zentralrades und der Plane­ tenräder Kegelräder verwendet werden, die mit dem Planetenrad­ träger ein Kegelrad-Planeten-Differentialgetriebe bilden.

6. Selbstsperrendes Planeten-Differentialgetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines besonders großen Sperrmomentes alle Zahnräder als Zahnradpumpe wirken.