DE3834298C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein selbsttätig begrenzt sperrendes Differential für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Träger, der in einem Gehäuse drehbar gelagert ist und gegenüber der Trägerachse jeweils konzentrisch rotierbar gelagerte und gegenüberliegende verzahnte Hohlräder aufweist, welche drehfest mit An- oder Abtriebswellen verbindbar sind, die koaxial durch eines der Hohlräder geführt sind und die mit jeweils einem außenverzahnten Stirnrad kämmend in Eingriff stehen.

Aus der FR-PS 3 64 767 ist ein Differential bekannt, welches sechs symmetrisch zur Längsachse angeordnete Planeten aufweist und der Antrieb der Fahrzeugräder einseitig durch die Verwendung von einem Antriebsstummel mit einer einliegenden zweiten Welle aus dem Differential herausgeführt ist. Hierbei ist die zweite Welle durch eine Bohrung in einem Hohlrad hindurchgeführt. Durch die radiale Anordnung der sechs Planeten um das mittlere Zentralrad ergibt sich jedoch eine Bauform, die einen großen radialen Durchmesser des Differentials erforderlich macht und nicht in jedem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges integriert werden kann.

Es sind bereits selbsttätig begrenzt sperrende Differen­ tiale für Kraftfahrzeuge, bei denen das Prinzip des Schneckentriebes mit niedrigem Getriebewirkungsgrad ge­ nutzt wird, um den erforderlichen Sperrwert zu erreichen, bekannt (DE-AS 10 73 318). Die Schnecken sind dabei in Paaren um das Schneckenrad herum angeordnet.

Darüber hinaus ist es auch bekannt, Schnecken oder Stirnräder vorzusehen, die über einen Gesamtkreis miteinander in Eingriff sind (GB-PS 10 99 717). Die vorgenannten mechanisch sperrenden Differentiale benötigen vielfach eine große Anzahl von einzelnen Bauteilen und einen erheblichen radialen Bauraum aufgrund der Anordnung der einzelnen Schnecken oder Stirnflächen.

Normale Ausgleichsgetriebe, bei denen der Planetenträger gleichzeitig das Antriebsrad bildet, und bei denen die Planetenräder mit Hohlrädern kämmen, sind bekannt (DE-PS 1 39 541). Diesem Stand der Technik ist jedoch keine An­ regung zu entnehmen, wie ein solches Getriebe auszubilden ist, um es als selbsttätig sperrendes Ausgleichsgetriebe einsetzen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein selbsttätig begrenzt sperrendes Differential vorzuschlagen, das gegenüber den bekannten Differentialen einen geringeren Einbauraum erfordert, um beispielsweise bei besonders ungünstigen Einbauverhältnissen in einem frontangetriebenen Fahrzeug eingesetzt zu werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stirnräder in Taschen des Trägers auf einem Teil ihrer Außenumfangsfläche gelagert sind, daß die miteinander kämmenden Stirnräder unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen und daß axial durch mindestens eines der Hohlräder und das Stirnrad mit der größeren Zähnezahl, das eine zentrale Durchgangsbohrung aufweist, eine Antriebswelle hindurchführbar ist.

Durch die vorgeschlagene Bauweise wird erreicht, daß An­ trieb und Abtrieb des Differentials koaxial angeordnet werden können, ohne daß sich hieraus eine Bauraumvergrößerung ergibt. Zudem ergibt sich schon aufgrund der besonderen Anordnung der Stirnräder in Verbindung mit den Hohlrädern eine günstige Bauweise und Bauraumreduzierung im Verhältnis zu bekannten mechanisch sperrenden Differentialen, die auf dem Prinzip des Schneckentriebes beruhen.

Schließlich sorgen die Hohlräder in Verbindung mit den Stirnrädern dafür, daß auch die Verschleißprobleme, die sich wegen der hohen Flächenpressung bei auf dem Schneckentrieb beruhenden bekannten Sperrdifferentialen ergeben, wesentlich gemindert werden. Schließlich kann durch die Bauweise der vorgesehene Träger so vereinfacht werden, daß die Hohlräder durch Überdeckung und gegenseitige Lagerung ein Gehäuse überflüssig machen. Der Träger ist auf die Funktion der Aufnahme der Stirnräder in Taschen reduziert.

Es ist jedoch auch denkbar, den Träger als Gehäuse auszu­ bilden, in welchem die Hohlräder mit ihrem Außenumfang gelagert sind.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgeschlagen, daß das Hohl­ rad, durch das die Antriebswelle hindurchgeführt ist, mit einem hohlzylindrischen Fortsatz versehen ist, der aus dem Gehäuse axial herausgeführt ist.

Ferner kann nach einem weiteren Unteranspruch die Antriebswelle selbst auch als Hohlwelle ausgebildet sein.

Es ist möglich, daß, wenn die Antriebskräfte dies erfor­ dern, ein Stirnzahnrad mit einer größeren Zähnezahl und zwei Stirnrädern mit einer kleineren Zähnezahl vorzusehen.

Zur weiteren Beeinflussung der Verteilung des Drehmomentes können die Hohlräder mit unterschiedlichen Zähnezahlen versehen sein und die durch die Durchgangsbohrung hindurchgeführte Antriebswelle mit dem Träger drehfest verbindbar sein.

Schließlich wird nach einem Unteranspruch die Verwendung als Verteilerdifferential in einem von einem Frontantriebskraftfahrzeug abgeleiteten allradgetriebenen Fahrzeug vorgeschlagen, wobei die Antriebswelle vom Antriebs­ aggregat des Fahrzeuges antreibbar ist und durch die hohle Antriebswelle eine einerseits mit dem Hohlrad, dem das Stirnrad mit der kleineren Zähnezahl zugeordnet ist, und andererseits mit dem Differentialkorb des zwischen den angetriebenen Vorderrädern eingefügten Ausgleichsgetriebes drehfest verbundene Hohlwelle hindurchgeführt ist. Durch die Hohlwelle ist wiederum eine Antriebswelle des Ausgleichsgetriebes hindurchgeführt, die aus dem Hohlrad zur Verbindung mit einem Vorderrad herausgeführt ist. Das Hohlrad, dem das Stirnrad mit der größeren Zähnezahl zugeordnet ist, ist als Tellerkegelrad ausgebildet, mit welchem ein mit einer Welle zum Antrieb der Hinterräder des Fahrzeuges verbundenes Kegelrad kämmt.

Insbesondere bei dieser Bauweise wird eine kompakte Zusammenfügung aller Bauelemente für die Abzweigung des Antriebes für die Hinterräder erreicht. Es ist eine einfache Integration in das Gehäuse, in dem auch das normale Differential aufgenommen ist, möglich, ohne daß die Platzverhältnisse negativ beeinflußt werden. Aufgrund der häufig querliegenden Anordnung des Motors bei einem frontangetriebenen Fahrzeug sind besonders enge Platzverhältnisse gegeben und es besteht nur wenig Freiheit zur Anordnung der für die Umleitung des Kraftflusses vorzusehenden Bauteile.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 ein Antriebsschema für ein allradgetriebenes Fahr­ zeug, das von einem Frontantriebspersonenkraft­ wagen abgeleitet ist,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein selbsttätig sperrendes Differential, so wie es in einen Frontantriebkraftwagen integrierbar ist,

Fig. 3 schematisch die Anordnung der Verzahnungen, wobei ein Stirnrad größer ausgebildet ist als das andere,

Fig. 4 einen Schnitt A-A gemäß Fig. 2,

Fig. 5 einen Schnitt B-B gemäß Fig. 4 durch den Träger, wobei die übrigen Bauteile fortgelassen sind,

Fig. 6 eine alternative Ausbildung, wobei nur schematisch die Anordnung eines größeren Stirnrades in Verbindung mit zwei kleineren Stirnrädern dargestellt ist,

Fig. 7 ein Differential, bei dem die Antriebswelle für die Einleitung des Drehmomentes in die Durchgangs­ bohrung des Stirnrades mit der größeren Zähnezahl hineingeführt ist,

Fig. 8 die gegenseitige Zuordnung eines Verteilerdifferentiales und eines normalen Differentiales zwischen den Vorderrädern eines frontgetriebenen Fahrzeuges zur Abzweigung des Drehmomentes für die Hinterräder und

Fig. 9 eine Einzelheit in bezug auf die Ausbildung des Verteilergetriebes gemäß Fig. 8.

Das in Fig. 1 dargestellte Antriebsschema für ein Kraft­ fahrzeug 1 zeigt einen Allradantrieb. Es handelt sich um ein von der Basis her frontangetriebenes Fahrzeug, das von dem quer eingebauten Motor 6 angetrieben wird. An den Motor 6 schließt sich das Hauptgetriebe bzw. Schaltge­ getriebe 7 an. Die Antriebsverzweigung erfolgt über die Differentialanordnung 8 auf die Vorderräder 2, 3 bzw. Hinterräder 4, 5. Es ist erkennbar, daß es sich vom Prinzip her um ein frontgetriebenes Fahrzeug handelt, welches aufgrund der jeweils auszuwählenden Differential­ anordnung 8 in der Standardausrüstung ein frontgetriebenes Fahrzeug bleibt oder aber bei dem auch eine Gestaltung als allradgetriebenes Fahrzeug möglich ist. Die beiden Vor­ derräder 2, 3 werden über die vorderen Seitenwellen 9 vom Differential 8 aus angetrieben. Vom Differential 8 aus wird über eine im Zusammenhang mit den Fig. 8 und 9 noch näher erläuterte Antriebsanordnung die Drehbewegung auf eine Längswelle übertragen, welche über ein Hinterachsdifferential 11 und hintere Seitenwellen 12 die Hinterräder 4, 5 treibt.

Da es sich bei Frontantriebsfahrzeugen in der Regel um kompakte Fahrzeuge handelt, steht für die Differentialanordnung 8, insbesondere wenn noch eine Abzweigung der Antriebsbewegung erfolgen soll, nur wenig Raum für die Bauteile zur Verfügung. Anhand der Fig. 2 bis 7 wird ein Sperrdifferential, das kompakt aufgebaut ist, erläutert. Der als Gehäuse ausgebildete Träger 13 umfaßt einen mittleren Teil, welcher insbesondere aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich ist. Der mittlere Abschnitt wird seitlich durch einen linken Gehäusedeckel 14 und einen rechten Gehäusedeckel 15 abgeschlossen. Die Gehäusedeckel 14, 15 sind mit Fortsätzen in Form von Lagerstummeln 16, 17 versehen, mit denen sie in einem weiteren Gehäuse drehbar aufgenommen sind. Im vorliegenden Falle ist der Gehäuse­ deckel 14 zusätzlich im Bereich seines Lagerstummels 16 mit einer Verzahnung 18 versehen, die zum drehfesten An­ schluß an den Antrieb oder als Zahnrad ausgebildet ist, um den Träger 13 drehend anzutreiben. Im Träger 13 sind in Eindrehungen 23 bzw. 23 a zwei Hohlzahnräder 19, 20 mit ihrer Außenfläche 24 bzw. 24 a drehbar aufgenommen. Die Hohlzahnräder 19, 20 sind zweigeteilt. So besteht das linke Hohlzahnrad 19 aus dem Zahnkranz 21, der innen ver­ zahnt ist und dessen Zähne mit 22 bezeichnet sind und einem Nabenabschnitt, in dem eine Bohrung 36 angebracht ist, welche mit einer Keilverzahnung zum drehfesten An­ schluß von Abtriebswellen versehen ist. Das rechte Hohl­ zahnrad 20 umfaßt den Zahnkranz 25, dessen Zähne mit 26 bezeichnet sind. Der Nabenteil des Hohlzahnrades 20 ist ebenfalls mit einer Bohrung 37 versehen, die keilverzahnt ist und zum Anschluß einer Abtriebswelle dient.

Die Zähne 22 des linken Hohlzahnrades 19 kämmen mit den Zähnen 32 eines außen verzahnten Stirnrades 31. Dieses außen verzahnte Stirnrad 31 ist in einer Tasche 34 des Trägers mit einem Teil seiner Außenumfangsfläche 33 aufgenommen. Das Stirnrad 31 kämmt ferner mit einem weiteren Stirnrad 27, dessen Zähne mit 28 bezeichnet sind. Dieses Stirnrad 27 ist andererseits mit den Zähnen 26 des rechten Hohlzahnrades 20 in Eingriff. Es ist ebenfalls in einer Tasche 30 des Trägers 13 mit einem Teil seines Außenumfanges 29 aufgenommen. Ferner ist erkennbar, daß das Stirnrad 31 einen erheblich größeren Durchmesser aufweist als das Stirnrad 27. Es besitzt also eine wesentlich größere Zähnezahl als das Stirnrad 27. Der Träger 13 und die Hohlzahnräder 19 und 20 sind um die Drehachse X-X drehbar. Das Stirnrad 31 weist eine zentrale Durchgangsbohrung 35 auf. Die Drehachsen der Stirnräder 31 und 27 sind versetzt zur Drehachse X-X des Trägers 13. Es ist erkennbar, daß die Drehachse des Stirnrades 31 mit der größeren Zähnezahl nur eine geringe Exzentrizität gegenüber der Drehachse X-X, verglichen zum Versatz der Drehachse des anderen Stirnrades 27 mit der kleineren Zähnezahl aufweist. Die beiden Stirnräder 31 und 27 sind axial an den Hohlzahnrädern 19 und 20 abgestützt. Die zentrale Durchgangsbohrung 35 des Stirnrades 31 ist so bemessen und angeordnet, daß eine Welle hindurchgeführt werden kann, ohne die Bewegung zu behindern.

Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, sind zwei Stirnräder vorgesehen, d.h. ein Stirnrad 31 mit einer größeren Zähnezahl kämmt mit einem Stirnrad 27 kleinerer Zähnezahl. Es ist aber auch denkbar, ein Stirnrad 31 mit einer größeren Anzahl von Zähnen mit zwei kleineren Stirn­ rädern 27 kämmen zu lassen, wie aus Fig. 6 ersichtlich, wenn dies aus Festigkeitsgründen erforderlich ist.

In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem eine Abtriebswelle 40 durch die Bohrung des linken Hohl­ zahnrades 19 hindurchgeführt ist und auch noch die zen­ trale Bohrung 35 des Stirnrades 31 durchdringt. Der Träger 13 weist einen axial in die Durchgangsbohrung 35 hineinragenden Fortsatz 38 auf, der eine keilverzahnte Bohrung 39 besitzt, in welcher die Antriebswelle 40 mit einer entsprechenden Außenverzahnung drehfest aufgenommen ist. Das linke Hohlzahnrad 19 weist einen Fortsatz auf, der als Hohlradwelle 41 ausgebildet ist. Die Welle 40 dient zum Antrieb des Trägers 13. Der Abtrieb erfolgt über die Hohlwelle 41 und über eine an das rechte Hohlzahnrad 20 angeschlossene bzw. in deren Bohrung 37 drehfest aufgenommene Abtriebswelle.

Fig. 8 zeigt eine Einzelheit der Differentialanordnung 8, so wie sie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Die Differentialanordnung 8 umfaßt das Gehäuse 44, in welchem ein Ausgleichsgetriebe 43 vorliegt, welches zur Erzeugung der Ausgleichsbewegung zwischen den beiden Vorderrädern 2, 3 des Fahrzeuges dient und ein mit diesem drehfest verbundenes selbsttätig sperrendes Differential 42 aufweist. Das selbsttätig sperrende Differential 42 soll dafür sorgen, daß bei durchrutschenden Vorderrädern und mangelnder Vortriebskraft die Drehbewegung um 90° auf die Längswelle und damit die Hinterräder umgeleitet wird. Es muß also auf engem Raum sowohl das selbsttätig sperrende Differential 42 als auch gleichzeitig ein Winkeltrieb untergebracht werden. Ferner ist zu beachten, daß die Antriebswellen für die beiden Vorderräder quer, bezogen auf die Fahrzeuglängsachse, vom Ausgleichsgetriebe 43 aus verlaufen. Der Antrieb ist im einzelnen aus Fig. 9 ersichtlich. Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist erkennbar, daß die beiden Hohlzahnräder 19 und 20 axial unmittelbar aneinandergelagert sind, d.h. das linke Hohlzahnrad 19 weist einen hohlzylindrischen Abschnitt auf, der die Außenfläche des rechten Hohlzahnrades 20 übergreift. Der Träger 13 ist mit seiner hohlen Antriebswelle 40 aus dem Stirnrad 31 mit der größeren Zähnezahl nach links in Richtung auf das Ausgleichsgetriebe 43 herausgeführt. Der Träger 13 wird über die Antriebswelle 40 vom Hauptgetriebe 7 drehend angetrieben. Das linke Hohlzahnrad 19 ist außenseitig als Tellerrad 48 mit einer Kegelradverzahnung versehen und kämmt mit einem Kegelrad 50, das über eine Welle 49 mit der Längswelle 10 zum Antrieb der Hinterräder verbunden ist. Das rechte Hohlzahnrad 20 ist über eine in seiner Bohrung 37 drehfest aufgenommene Hohlwelle 46 mit dem Differentialkorb 45 des Ausgleichsgetriebes 43 für die Vorderräder 2, 3 des Fahrzeuges verbunden. Die zum rechten Vorderrad führende Antriebswelle 47 ist ausgehend von einem Abtriebskegelrad des Ausgleichsgetriebes 43 durch die Hohlwelle 46 und damit das selbsttätig sperrende Differential 42 axial hindurchgeführt und endseitig herausgeführt. An dieses Ende ist dann die Seitenwelle 9, die zum rechten Vorderrad 2 führt, angeschlossen. Normaler­ weise erfolgt der Antrieb der Vorderräder 2, 3 und Hinterräder 4, 5 über das Differential 42, wobei, wenn Gleichgewicht in Hinsicht auf die Haftverhältnisse zum Untergrund besteht, sowohl die Hinterräder als auch die Vorderräder angetrieben werden. Bei Durchrutschen der Vorderräder wird aufgrund der Sperrung resultierend aus den Reibverhältnissen im Differential 42, das Drehmoment auf die Hinterachse und damit auf die Hinterräder 4, 5 geleitet. Über die Wahl der Zähnezahlen und Durchmesser der Stirnräder 27 und 31 und Hohlräder 19 und 20 kann die gewünschte Drehmomentverteilung zwischen den Vorderrädern 2, 3 und den Hinterrädern 4, 5 bestimmt werden.

Bezugszeichenliste

 1 Fahrzeug
 2, 3 Vorderräder
 4, 5 Hinterräder
 6 Motor
 7 Schaltgetriebe
 8 Differentialanordnung
 9 vordere Seitenwellen
10 Längswelle
11 Hinterachsdifferential
12 hintere Seitenwellen
13 Gehäuse/Träger
14 linker Deckel
15 rechter Deckel
16, 17 Lagerstummel
18 Verzahnung
19 linkes Hohlzahnrad
20 rechtes Hohlzahnrad
21 Zahnkranz
22 Zähne des linken Zahnkranzes
23, 23 a Eindrehung/Lagerfläche
24, 24 a Außenfläche der Zahnkränze
25 rechter Zahnkranz
26 Zähne des rechten Zahnkranzes
27 kleines Stirnrad
28 Zähne des kleinen Stirnrades
29 Außenfläche des kleinen Stirnrades
30 Tasche im Träger für kleines Stirnrad
31 großes Stirnrad
32 Zähne des großen Stirnrades
33 Außenfläche des großen Stirnrades
34 Tasche im Träger für großes Stirnrad
35 Durchgangsbohrung im großen Stirnrad
36 verzahnte Bohrung im linken Hohlzahnrad
37 verzahnte Bohrung im rechten Hohlzahnrad
38 Fortsatz am Träger
39 verzahnte Bohrung im Träger
40 Antriebswelle
41 Hohlradwelle
42 Sperrendes Differential
43 Ausgleichsgetriebe
44 Getriebegehäuse
45 Differentialkorb
46 Hohlwelle
47 Abtriebswelle
48 Tellerkegelrad
49 Welle
50 Kegelrad

Claims (8)

1. Selbsttätig begrenzt sperrendes Differential für ein Kraftfahrzeug (1), mit mindestens einem Träger (13), der in einem Gehäuse drehbar gelagert ist und gegenüber der Trägerachse jeweils konzentrisch rotierbar gelagerte und gegenüberliegende verzahnte Hohlräder (19, 20) aufweist, welche drehfest mit An- oder Abtriebswellen (9, 10, 12) verbindbar sind, die koaxial durch eines der Hohlräder geführt sind und die mit jeweils einem außenverzahnten Stirnrad (27, 31) kämmend in Eingriff stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnräder (27, 31) in Taschen (30, 34) des Trägers (13) auf einem Teil ihrer Außenumfangsfläche (29, 33) gelagert sind, daß die miteinander kämmenden Stirnräder (27, 31) unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen und daß axial durch mindestens eines der Hohlräder (19, 20) und das Stirnrad (31) mit der größeren Zähnezahl, das eine zentrale Durchgangsbohrung (35) aufweist, eine Antriebswelle (40) hindurchführbar ist.

2. Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (13) als Gehäuse ausgebildet ist, in welchem die Hohlräder (19, 20) mit ihrem Außenumfang (24, 24 a) gelagert sind.

3. Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (19) durch das die Antriebswelle (40) hindurchgeführt ist, mit einem hohlzylindrischen Fortsatz (41) versehen ist, der aus dem Gehäuse (13) axial herausgeführt ist.

4. Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (40) als Hohlwelle ausgebildet ist.

5. Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stirnrad (31) mit einer größeren Zähnezahl und zwei Stirnräder (27) mit einer kleineren Zähnezahl vorgesehen sind.

6. Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräder (19, 20) unterschiedliche Zähne­ zahlen aufweisen.

7. Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Durchgangsbohrung (35) hindurchgeführte Antriebswelle (40) mit dem Träger (13) drehfest verbindbar ist.

8. Differential nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Verwendung als Verteilerdifferential in einem von einem Frontantriebskraftfahrzeug (1) abge­ leiteten allradgetriebenen Fahrzeug, wobei die An­ triebswelle (40) vom Antriebsaggregat (6, 7) des Fahr­ zeuges (1) antreibbar ist und durch die hohle An­ triebswelle (40) eine einerseits mit dem Hohlrad (20), dem das Stirnrad (27) mit der kleineren Zähnezahl zugeordnet ist, und andererseits mit dem Differential­ korb (45) des zwischen den angetriebenen Vorderrädern eingefügten Ausgleichsgetriebes (43) drehfest ver­ bundene Hohlwelle (46) hindurchgeführt ist, durch die wiederum eine Abtriebswelle (47) des Ausgleichsge­ triebes (43) hindurch- und aus dem Hohlrad (20) zur Verbindung mit einem Vorderrad herausgeführt ist, und daß das Hohlrad (19), dem das Stirnrad (31) mit der größeren Zähnezahl zugeordnet ist, als Tellerkegelrad (48) ausgebildet ist, mit welchem ein mit einer Welle (41) zum Antrieb der Hinterräder des Fahrzeuges ver­ bundenes Kegelrad (50) kämmt.