DE3717513A1 - Selbstsperrendes differentialgetriebe, insbesondere kegelrad-differentialgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein selbstsperrendes Differential­ getriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Differentialgetriebe wird in der DE-PS 8 54 155 beschrieben. Dieses bekannte Getriebe ist als Stirnrad-Getriebe ausgebildet und weist als Eingangs­ element ein durch ein Tellerrad antreibbares Gehäuse auf, in dem zwei Sätze von Ausgleichsrädern gelagert sind. Die Ausgleichsräder der beiden Sätze sind ab­ wechselnd auf einem zur Drehachse des Gehäuses konzen­ trischen Kreis angeordnet und stehen miteinander in Ein­ griff, so daß sie in Bezug auf das Gehäuse gegensinnig zueinander um parallel zur Gehäuseachse verlaufende Achsen drehbar sind. Die Ausgleichsräder der beiden Sätze sind axial gegeneinander versetzt, und jeder Satz von Ausgleichsrädern kämmt mit einem Abtriebszahnrad, das auf einer koaxial in dem Gehäuse drehbaren Abtriebswelle angeordnet ist. Zwischen den Abtriebszahnrädern und dem Gehäuse sind Lamellenkupplungen zur Sperrung des Diffe­ rentialgetriebes angeordnet. Die Abtriebsräder stehen über Schrägverzahnungen mit den Abtriebswellen in Ein­ griff. Wenn zwischen den Drehmomenten an den Abtriebs­ wellen eine Differenz auftritt, so ergibt sich aufgrund der Schrägverzahnung ein Axialschub, durch den eine der beiden Kupplungen in Eingriff gebracht wird, so daß die Ausgleichswirkung des Differentialgetriebes gehemmt wird.

In der noch unveröffentlichten, am 26. Mai 1986 einge­ reichten deutschen Patentanmeldung P 36 17 706.7-12 des Anmelders wird ein dem oben beschriebenen Differential­ getriebe vergleichbares Stirnrad-Differentialgetriebe vor­ geschlagen, bei dem die Lamellenkupplungen mit Hilfe von Schraubenfedern ständig in die Eingriffsstellung vorge­ spannt sind. Zum Lösen der Kupplungen sind Knebelmecha­ nismen vorgesehen, die eine vom Betrag des auf sie ein­ wirkenden Drehmoments abhängige Betätigungskraft erzeugen.

Solche Knebelmechanismen sind als solche aus der euro­ päischen Patentanmeldung 00 83 501 bekannt und werden beispielsweise durch auf einem Kreis konzentrisch zur Drehachse angeordnete, im wesentlichen parallel zur Dreh­ achse verlaufende Zugstangen oder Zugseile gebildet, die zwei relativ zueinander drehbare Teile miteinander verbin­ den und sich bei einer relativen Verdrehung dieser Teile verschränken, so daß sich der Abstand zwischen den beiden drehbaren Teilen verringert.

Wenn bei dem in der Patentanmeldung P 36 17 706 beschrie­ benen Differentialgetriebe gleiche Drehmomente an beiden Abtriebswellen anliegen, so befinden sich die Kupplungen im Eingriff, d.h., die Ausgleichswirkung ist gehemmt. Wenn dieses Differentialgetriebe beispielsweise zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird, so ist auch bei Durchdrehen eines Rades des Fahrzeugs gewährleistet, daß eine gewisse Antriebsleistung auf das andere Rad übertragen wird. Bei einer Kurvenfahrt wird durch die Knebelmechanismen die Eingriffskraft - und damit der Reibschluß - der Kupplungen verringert, so daß eine Ausgleichsbewegung ermöglicht wird. Bei Geradeausfahrt werden geringfügige Fluktuationen des relativen Drehwin­ kels zwischen den beiden Rädern durch die Knebelmecha­ nismen ausgeglichen, ohne daß der Kupplungseingriff gelöst wird. Hierdurch wird ein unnötiger Verschleiß der Kupplungen vermieden.

Die Erfindung bezweckt eine Verallgemeinerung des in der Patentanmeldung P 36 17 706 für Stirnrad-Differentialge­ triebe vorgeschlagenen Selbstsperrmechanismus auf Diffe­ rentialgetriebe beliebiger Bauart, insbesondere auf Kegelrad-Differentialgetriebe.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Differentialge­ triebe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art mit einem einfach und kompakt aufgebauten und dabei funktionssicheren und verschleißarmen Sperrmechanismus zu versehen, bei dem die Sperrwirkung während des Gleich­ laufs der Abtriebswellen besteht und bei erzwungener differentieller Drehung der Abtriebswellen selbsttätig reduziert wird.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für Kegelrad-Diffe­ rentialgetriebe, ist jedoch auch bei Differentialgetrieben anderer Bauart, beispielsweise bei üblichen Planetenge­ trieben einsetzbar.

Ein Differentialgetriebe weist allgemein ein Eingangs­ element, zwei Abtriebselemente sowie Ausgleichselemente auf, die mit den Abtriebselementen in Eingriff stehen und derart miteinander gekoppelt sind, daß sie in Bezug auf das Eingangselement nur gegensinnig zueinander dreh­ bar sind. Erfindungsgemäß können die zur Hemmung der Aus­ gleichsbewegung dienenden Kupplungen und Knebelmechanis­ men wirkungsmäßig zwischen dem Eingangselement und den Ausgleichselementen, zwischen dem Eingangselement und den Abtriebselementen oder auch zwischen den beiden Ab­ triebselementen angeordnet sein. In jedem Fall wird eine differentielle Drehung der Abtriebselemente verhindert, solange die Kupplungen fest in Eingriff sind, und die Eingriffskraft der Kupplungen wird in dem Maße verrin­ gert, wie das über die Kupplungen und die Knebelmecha­ nismen übertragene Drehmoment zunimmt.

Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe weist insbeson­ dere die folgenden Vorteile auf.

Die Sperrung des Differentialgetriebes wird durch die Knebelmechanismen selbsttätig aufgehoben, ohne daß hierzu besondere Antriebsmittel wie hydraulische Stellglieder oder dergleichen erforderlich sind. Die Funktion der Knebelmechanismen ist dabei von der Drehrichtung unab­ hängig.

Die Knebelmechanismen lassen sich darüber hinaus so ge­ stalten, daß trotz des unvermeidlichen Abriebs an den Kupplungen kein Nachstellen erforderlich ist.

Die Eingriffskraft der Kupplungen und damit der Grad der Hemmung der Ausgleichswirkung läßt sich durch Aus­ tausch der die Kupplungen beaufschlagenden Federn auf einfache Weise variieren.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt einen schematischen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Kegelrad-Differentialge­ triebe.

Das Differentialgetriebe 10 weist einen zylindrischen Differentialkorb 12 auf, dessen Mantel durch zwei anein­ andergeflanschte rohrförmige Bauteile 14, 16 gebildet wird.

Der Differentialkorb 12 bildet das Eingangselement des Differentialgetriebes 10 und wird über eine Kardanwelle 18, ein Kegelrad 20 und Tellerrad 22 angetrieben. Die Stirnwände 24, 26 des Differentialkorbs 12 sind mit Hilfe von Lagern 30 in einem Rahmen 28 gelagert.

Zwei Abtriebswellen 32, 34 sind koaxial in dem Differential­ korb 12 gelagert und weisen an ihrem inneren Ende jeweils ein als Kegelrad ausgebildetes Abtriebsrad 36 bzw. 38 auf.

Auf einer quer zur Drehachse des Differentialkorbs 12 verlaufenden Ausgleichswelle 40 sind zwei ebenfalls als Kegelräder ausgebildete drehbare Ausgleichsräder 42 an­ geordnet, die mit den Abtriebsrädern 36, 38 kämmen.

In den Differentialkorb 12 sind zwei Rutschkupplungen 44 angeordnet, die die Abtriebswellen 32, 34 koaxial umgeben. Die Rutschkupplungen 44 werden jeweils durch starr mit dem Mantel des Differentialkorbs verbundene Lamellen 46 und durch kammförmig in diese eingreifende Lamellen 48 gebildet, die an einem axial auf der Abtriebswelle 32 bzw. 36 verschiebbaren Kupplungsträger 50 angeordnet sind.

Die Kupplungsträger 50 sind jeweils über eine Anzahl von Zugseilen 52 mit dem Abtriebsrad 36 bzw. 38 verbunden. Die Zugseile 52, von denen in der Zeichnung jeweils nur eines erkennbar ist, sind in gleichmäßigen Winkel­ abständen um die Drehachse des Differentialkorbes ange­ ordnet und mit verdickten Enden in dem Kupplungsträger 50 und dem Abtriebsrad 36 bzw. 38 verankert.

Durch Schraubendruckfedern 54, die sich über Drucklager 56 an den Abtriebsrädern 36, 38 abstützen, werden die Kupplungsträger 50 nach außen vorgespannt, so daß die Kupplungslamellen 46, 48 fest in Eingriff gehalten werden. Die Abtriebsräder 36, 38 stützen sich über Drucklager 58 gegenseitig ab, so daß die durch die Federn 54 erzeugten Axialkräfte aufgefangen werden.

An den durch Schutzkappen 60 abgedeckten axialen Enden des Differentialkorbes 12 sind Ausrückmechanismen 62 zum Lösen der Kupplungen 44 angeordnet. Jeder der Aus­ rückmechanismen 62 weist einen mit Steilgewinde versehenen, in den Rahmen 28 eingeschraubten Schubring 64 auf, der mit Hilfe eines nicht gezeigten Betätigungsmechanismus drehbar ist. Die Stirnwände 24, 26 des Differentialkorbes werden von Druckstangen 68 durchlaufen, die sich über Drucklager 66 an dem Schubring 64 abstützen und über weitere Drucklager 70 den Kupplungsträger 50 beauf­ schlagen.

Wenn das Differentialgetriebe 10 über die Kardanwelle 18 angetrieben wird und an den Abtriebswellen 32, 34 das gleiche Gegendrehmoment anliegt, so drehen sich beide Abtriebswellen 32, 34 gemeinsam mit dem Differentialkorb 12 und den Kupplungsträgern 50, die über die in der Ein­ griffsstellung befindlichen Kupplungen 44 mit dem Diffe­ rentialkorb verbunden sind.

Wenn an den Abtriebswellen 32, 34 unterschiedliche Gegen­ drehmomente anliegen, so werden die durch die Ausgleichs­ räder 42 und die Abtriebsräder 36, 38 gekoppelten Abtriebs­ wellen gegensinnig in Bezug auf den Differentialkorb 12 gedreht. Solange die Kupplungen 44 fest in Eingriff sind, werden die Kupplungsträger 50 starr in Bezug auf den Differentialkorb gehalten. Die Abtriebsräder 36, 38 werden somit relativ zu den gegenüberliegenden Kupplungsträgern 50 verdreht. Hierdurch werden die Zugseile 52 verschränkt, so daß sie die Kupplungsträger 50 entgegen der Kraft der Federn 54 näher an die Abtriebsräder 36, 38 heranziehen und auf diese Weise den Kupplungseingriff lockern. Die Verschränkung der Zugseile 52 hat weiterhin zur Folge, daß ein Drehmoment direkt von den Kupplungsträgern 50 auf die Abtriebsräder 36, 38 übertragen wird. Zwischen dem durch die Zugseile übertragenen Drehmoment und der durch die Zugseile auf den Kupplungsträger ausgeübten Axial­ kraft besteht ein nichtlinearer Zusammenhang. Die Axial­ kraft ist nur vom Betrag, nicht jedoch von der Richtung des Drehmoments abhängig.

Wenn die durch die Zugseile 52 ausgeübte Axialkraft über einen bestimmten Betrag hinaus zunimmt, so ergibt sich ein zunehmender Schlupf der Kupplungen 44, der einer weiteren Zunahme des auf die Zugseile übertragenen Drehmoments entgegenwirkt. Es stellt sich so ein Gleich­ gewicht ein, bei dem die durch die Zugseile auf den Kupplungsträger ausgeübte Axialkraft gerade durch die Kraft der Federn 54 aufgehoben wird. Das in diesem Gleichgewichtszustand direkt von dem Differentialkorb auf die Abtriebsräder übertragene Drehmoment läßt sich durch geeignete Dimensionierung der Federn 54 nach Wunsch einstellen.

Die Ausgleichswirkung des Differentialgetriebes 10 wird somit durch die Wirkung der Kupplungen 44 derart gehemmt, daß einerseits die Übertragung eines gewissen Mindestdreh­ moments auf die stärker belastete Abtriebswelle gewähr­ leistet ist, andererseits jedoch eine differentielle Drehung der Abtriebswellen ermöglicht wird, wobei der Reibungswiderstand der Kupplungen durch die Wirkung der Zugseile 52 verringert ist.

Wenn die Hemm- oder Sperrwirkung des Differentialgetriebes 10 nicht erforderlich ist, so können die Kupplungen 44 mit Hilfe der Ausrückmechanismen 62 zwangsweise gelöst wer­ den. Zu diesem Zweck werden die Schubringe 64 gedreht und somit durch die Wirkung des Steilgewindes axial in Richtung auf den Differentialkorb 12 verschoben. Durch die Schubstangen 68 werden die Kupplungsträger dabei entgegen der Kraft der Federn 54 in die Frei- Stellung verschoben.

Die Zugdrähte 52 können dabei schlaff durchhängen. Die Kupplungsträger 50 sind mit abgerundeten Fortsätzen ver­ sehen, die einen Führungskörper 72 für die Zugseile 52 bilden und ein Verzwirnen der Zugseile verhindern.

Bei der Herstellung werden die Zugseile 52 derart be­ messen, daß sie auch in der Sperrstellung des Diffe­ rentialgetriebes leicht durchhängen, so daß ein im Laufe des Betriebs auftretender Abrieb an den Kupp­ lungslamellen ausgeglichen werden kann. Ein gewisses Spiel der Zugseile 52 hat darüber hinaus den Vorteil, daß geringfügige Fluktuationen der Winkelstellung der Abtriebswellen 32, 34 in Bezug auf den Differentialkorb 12 ausgeglichen werden können, ohne daß die Kupplungen rutschen.

In einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung können anstelle der Zugseile 52 auch starre Zugstangen vorgesehen sein, die gelenkig an den Abtriebsrädern und den Kupplungsträgern verankert sind. In diesem Fall wird ein Ausgleich des Abriebs der Kupplungslamellen dadurch ermöglicht, daß die Zugstangen eine gewisse Überlänge aufweisen und in einem begrenzten Bereich axial ver­ schiebbar an den Kupplungsträgern und den Abtriebs­ rädern gehalten sind.

Claims (8)

1. Selbstsperrendes Differentialgetriebe, insbesondere Kegel­ rad-Differentialgetriebe mit wenigstens einer zwischen dem Eingangselement (12) und den Abtriebselementen (36, 38) oder zwischen dem Eingangselement (12) und den Ausgleichsrädern (42) des Differentialgetriebes oder zwischen den beiden Abtriebselementen (36, 38) wirkenden Rutschkupplung (44) zur Hemmung der Ausgleichsbewegung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rutschkupplung (44) elastisch in die Eingriffsstellung vorgespannt und mit einem Knebel­ mechanismus (52) verbunden ist, der zwischen einem Kupp­ lungsteil (50) der Rutschkupplung (44) und dem zugeord­ neten Eingangs- oder Abtriebselement bzw. Ausgleichsrad angeordnet ist und eine vom Betrag des auf ihn ausgeüb­ ten Drehmoments abhängige, der Vorspannung entgegenwirken­ de Kraft auf das Kupplungsteil (50) ausübt.

2. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kupplung (44) eine Axial-Lamellenkupplung ist, deren mit dem Knebelmecha­ nismus (52) verbundenes Kupplungsteil (50) durch den Knebelmechanismus axial verschiebbar ist.

3. Differentialgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Knebelmechanismus zwischen zwei um eine gemeinsame Achse drehbaren, in axialem Abstand zueinander angeordneten Teilen (Kupplungs­ teil 50, Abtriebselemente 36, 38) angeordnet ist und durch eine Anzahl flexibler oder gelenkig an den drehbaren Teilen befestigter Verbindungsglieder (52) gebildet wird, die in gleichmäßigen Winkelabständen um die ge­ meinsame Drehachse der verbundenen Teile angeordnet sind und eine begrenzte relative Verdrehung dieser beiden Teile unter Verringerung des axialen Abstands derselben gestatten.

4. Differentialgetriebe nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verbindungsglieder durch lose durchhängende Zugseile (52) gebildet werden und daß wenigstens eines der durch die Zugseile verbundenen Teile (50) einen Führungskörper (72) bildet, der die Zugseile radial von innen abstützt.

5. Kegelrad-Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutschkupplungen (44) koaxial zu den Abtriebswellen (32, 34) in dem Differentialkorb (12) des Differentialgetriebes angeordnet sind.

6. Differentialgetriebe nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verbindungsglieder (52) jeweils zwischen einem der Abtriebs-Kegelräder (36, 38) des Differentialgetriebes und einem auf der zugehörigen Abtriebswelle (32 bzw. 34) drehbaren und verschiebbaren Kupplungsträger (50) angeordnet sind.

7. Differentialgetriebe nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen den Kupplungsträgern (50) und den Abtriebs-Kegelrädern (36, 38) jeweils wenigstens eine zum Vorspannen der Rutschkupplung (44) dienende Druck­ feder (54) angeordnet ist, die sich an einem Drucklager (56) abstützt, und daß die Abtriebs-Kegelräder (36, 38) sich über Drucklager (58) gegenseitig abstützen.

8. Differentialgetriebe nach Anspruch 7, gekenn­ zeichnet durch einen zum Lösen der Rutschkupplun­ gen (44) dienenden Ausrückmechanismus (62) mit axial durch die Stirnwände (24, 26) des Differentialkorbs (12) verlau­ fenden Schubstangen (68), die sich über Drucklager (70) an dem Kupplungsträger (50) abstützen.