DE3841234A1 - Sperrdifferential - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sperrdifferential und ins­ besondere auf ein solches Sperrdifferential, das für einen Einbau in einen Kraftübertragungsweg eines Kraftfahrzeugs geeignet ist.

Es wurde ein Differentialgetriebe vorgeschlagen, wobei eine Mehrzahl von als Spiralkegelrädern ausgebildeten Planeten­ rädern oder Ritzeln und ein Paar von als Spiralkegelräder ausgebildeten Achswellenrädern, die mit den Planetenrädern kämmen, in einem Differentialgehäuse oder -korb angeordnet sind, so daß eine zwischen den jeweils mit den Achswellenrä­ dern verbundenen Wellen erzeugte Differentialbewegung durch eine Reibungskraft begrenzt oder gesperrt wird (JP-Patent- OS Nr. 61-41 038, JP-GM-OS Nr. 61-1 40 241 und US-PS 32 64 900).

Im Fall eines Differentialgetriebes, das Spiralkegelräder für die Achswellen- und Planetenräder verwendet, haben die Zahnflanken oder -flächen, an denen die Planetenräder mit dem linken sowie rechten Achswellenrad kämmen, eine konkave Ausgestaltung mit Bezug zum Achswellenrad auf der einen Seite und eine konvexe Ausgestaltung mit Bezug zum Achswellenrad auf der anderen Seite.

Da die Zahnflanken eines jeden mit den Zähnen des linken so­ wie rechten Achswellenrades kämmenden Zahns zueinander unter­ schiedlich sind, wirkt in einer Position, in der die konka­ ve Flanke des Planetenrades mit dem Zahn des Achswellenrades kämmt, eine solche Kraft, die vom Achswellenrad auf das Pla­ netenrad in einer derartigen Richtung verläuft, daß das Pla­ netenrad vom Achswellenrad entfernt gehalten wird, während in einer Position, in der die konvexe Flanke des Planetenra­ des mit dem Zahn des Achswellenrades kämmt, eine solche Kraft wirkt, die vom Achswellenrad zum Planetenrad in einer derar­ tigen Richtung wirkt, daß das Planetenrad nahe zum Achswellen­ rad hin gebracht wird. Als Ergebnis dessen wird in einer Ebe­ ne, die die Berührungspunkte zwischen dem Planetenrad sowie dem linken und rechten Achswellenrad und die Achsen der Achs­ wellenräder einschließt, ein Moment erzeugt, das das Plane­ tenrad zwangsläufig zum Drehen bringt.

Bei dem in der oben genannten JP-Patent-OS Nr. 61-41 038 offenbarten Differentialgetriebe ist eine Flanke eines jeden dem Differentialgehäuse gegenüberliegenden Planetenrades als eine sphärische Fläche ausgebildet, während das Diffe­ rentialgehäuse eine konkave sphärische Fläche aufweist. Des­ halb wird das Planetenrad unmittelbar das oben erwähnte Mo­ ment aufnehmen. Das Planetenrad wird an einer Welle eines Rotorsterns gelagert und hat im Betrieb keine Möglichkeit zum Drehen in einer Umfangsrichtung in der Ebene. In diesem Zustand wird ein abnormaler Zahneingriff zwischen dem Plane­ tenrad und den Achswellenrädern auf Grund des auf das Pla­ netenrad einwirkenden Moments erzeugt, was in einer Ver­ schlechterung der Festigkeit der Zähne resultiert. Ferner wird auf ein Teil, wo die Welle des Rotorsterns in das Dif­ ferentialgehäuse eingepaßt ist, eine starke Kantenpressung aufgebracht, die das Auftreten eines abnormalen Abriebs zum Ergebnis hat.

Die Tatsache, daß die Zahnflanken, an denen die Planetenräder mit dem linken und rechten Achswellenrad kämmen, eine kon­ vexe Fläche mit Bezug zum Zahn des Achswellenrades auf der einen Seite und eine konkave Fläche mit Bezug zum Zahn des Achswellenrades auf der anderen Seite bilden, bedeutet, daß eine große Schubbelastung am Achswellenrad auf der einen Seite hervorgerufen wird, während eine kleine Schubbelastung am Achswellenrad auf der anderen Seite erzeugt wird. Hierbei werden Belastungen der gleichen Größenordnung wie die Schubbe­ lastungen, die auf das linke sowie rechte Achswellenrad auf­ gebracht werden, und die entgegengesetzte Richtungen zu den Schubbelastungen haben, am Planetenrad in Übereinstimmung mit einem Kräfteausgleich erzeugt. Dann wirkt eine einem Unterschied zwischen den Belastungen entsprechende Belastung auf die Welle des Rotorsterns, die das Planetenrad lagert. Hierdurch wird eine Empfindlichkeit gegenüber einem unglei­ chen Abrieb an der Welle des Rotorsterns hervorgerufen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Probleme, die aus einer solchen Anordnung und Ausbildung der Planeten- sowie Achswellenräder resultieren, daß nämlich die Zahnflan­ ken, an welchen die Planetenräder mit den Zähnen des linken und rechten Achswellenrades kämmen, eine konvexe Gestalt mit Bezug zum Zahn des Achswellenrades auf der einen Seite und eine konkave Gestalt mit Bezug zum Zahn des Achswellenrades auf der anderen Seite haben, zu überwinden und zu beseiti­ gen.

Ein Ziel der Erfindung wird hierbei darin gesehen, ein Sperr­ differential zu schaffen, das das am Planetenrad durch ein Differentialgehäuse wirkende Drehmoment aufnehmen kann, um dadurch die Verminderung in der mechanischen Festigkeit der Zähne und einen abnormalen Abrieb, was auf den abnormalen Zahnkontakt zurückzuführen ist, zu verhindern.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Sperrdif­ ferential zu schaffen, das Planeten- und Achswellenräder um­ faßt, die jeweils als Spiralkegelräder ausgebildet sind, wo­ bei an einem Wellenstück (Sternkreuzwelle) eines Rotorsterns ein ungleicher Abrieb verhindert wird und eine große Diffe­ rentialsperrkraft zur Zeit eines Treibens erzeugt werden kann.

Erfindungsgemäß wird ein Sperrdifferential geschaffen, das ein Differentialgehäuse, ein Paar von in diesem Gehäuse ange­ ordneten, als Spiralkegelräder ausgebildeten Achswellenrädern, eine Mehrzahl von als Spiralkegelräder ausgebildeten Plane­ tenrädern, die mit den Achswellenrädern kämmen und durch Wel­ lenstücke eines Rotorsterns gelagert sowie in dem Gehäuse angeordnet sind, umfaßt, wobei eine zwischen den jeweils mit den Achswellenrädern verbundenen Wellen erzeugte Diffe­ rentialbewegung durch eine Reibungskraft begrenzt oder ge­ sperrt wird. Das Sperrdifferential umfaßt eine einen Ver­ schleiß des Rotorsterns und/oder der Kegleräder, der darauf zurückzuführen ist, daß die Planeten- und Achswellenräder derart ausgebildet sind, daß die Zahnflanken, an denen die jeweiligen Planetenräder mit dem Paar von Achswellenrädern kämmen, mit Bezug zum Zahn des Achswellenrades auf der einen Seite eine konkave Gestalt und mit Bezug zum Zahn des Achs­ wellenrades auf der anderen Seite eine konvexe Gestalt haben, verhindernde Einrichtung.

Die Zähne des Paars von Achswellenrädern sind derart ausge­ bildet, daß sie in der entgegengesetzten Richtung zu denen der Planenteräder gekrümmt sind.

Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ist die eine Drehung verhindernde Einrichtung ein Bauteil, das eine Dre­ hung eines jeden Planetenrades in einer Ebene, welche die Berührungspunkte zwischen dem Planetenrad und dem Paar von Achswellenrädern sowie die Achsen des Paars der Achswellen einschließt, unterbindet und zwischen dem jeweils betroffe­ nen Planetenrad sowie dem Differentialgehäuse angeordnet ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Fläche des eine Drehung verhindernden Bauteils, die dem Planetenrad gegen­ überliegt, als eine Ebene ausgebildet, während eine andere Fläche des Bauteils, die dem Differentialgehäuse gegenüber­ liegt, als eine Fläche mit einem Bogen ausgebildet ist, des­ sen Mitte von den Achsen des Paars der Achswellen bestimmt wird. Andererseits wird die Fläche des Differentialgehäuses, die dem die Drehung verhindernden Bauteil gegenüberliegt, als eine Fläche mit einem Bogen, dessen Mitte von den Achsen der beiden Achswellen bestimmt wird, ausgestaltet.

Das vom linken und rechten Achswellenrad auf das Planeten­ rad aufgebrachte Drehmoment wird von dem die Drehung verhin­ dernden Bauteil und dem Differentialgehäuse aufgenommen, so daß die Möglichkeit gegeben ist, ein Einwirken dieses Moments auf den Rotorstern zu verhindern.

Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung ist die den Abrieb verhindernde Einrichtung ein Bauteil, das zwischen jedem Wellenstück des Rotorsterns und dem Differentialgehäu­ se angeordnet ist und den Rotorstern so lagert, daß er in der Achsrichtung der Achswellen bewegbar ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform hat das Lagerteil eine Innenumfangsfläche, die in der Draufsicht als ein ellipti­ sches oder längliches Loch ausgebildet ist. Die lange Achse der Innenumfangsfläche verläuft in der gleichen Richtung wie die Achsen der Achswellen. Andererseits ist ein Ende eines jeden Wellenstücks des Rotorsterns so ausgestaltet, daß es einen allgemein rechtwinkligen Querschnitt hat, und dieses Ende ist in das Lagerteil eingesetzt. Das Ende des Wellen­ stücks des Rotorsterns hat eine solche Ausbildung, daß es zum Lagerteil beabstandet ist, um Zwischenräume in der Rich­ tung der langen Achse des Lagerteils zu bilden, während es lose in das Lagerteil in der zur langen Achse rechtwinkli­ gen Richtung eingesetzt ist.

Bei einer Vorwärtsfahrt wird eine große Schubbelastung am Achswellenrad, das mit der konvexen Fläche des Zahns eines jeden Planetenrades kämmt, erzeugt, während eine kleine Schub­ belastung am Achswellenrad, das mit der konkaven Flanke des Zahns eines jeden Planetenrades kämmt, hervorgerufen wird Deshalb wird der die Planetenräder lagernde Rotorstern im Lagerteil zu dem Achswellenrad hin bewegt, an dem die kleine Schubbelastung hervorgerufen wird, was auf die einem Unter­ schied zwischen den entgegengesetzten Belastungen, die an jedem der Planetenräder als Ergebnis des Kräfteausgleichs erzeugt werden, entsprechende Belastung zurückzuführen ist, und die Planetenräder werden dann gegen das Achswellenrad gepreßt, an dem die kleine Schubbelastung erzeugt wird.

Gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Wirkungen erzielt.

Es tritt kein abnormaler Zahneingriff zwischen dem Planeten­ rad und den Achswellenrädern ein, so daß eine Verschlechte­ rung in der Festigkeit der Zähne nicht hervorgerufen wird.

Da keine Kantenpressung auf ein Teil, an dem das Wellenstück des Rotorsterns, dasjeweils eines der Planetenräder lagert, in das Differentialgehäuse eingepaßt ist, aufgebracht wird, wird auch irgendein abnormaler Abrieb nicht hervorgerufen.

Gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Wirkungen erzielt.

Der ungleiche Abrieb am Rotorstern wird verhindert und gleich­ zeitig werden die Planetenräder gegen das Achswellenrad ge­ preßt, an dem die kleine Schubbelastung erzeugt wird. Als Ergebnis wird die Reibungskraft, die von dem diese erzeugen­ den Einrichtungen hervorgerufen wird, mit Bezug zum Achswellen­ rad in der oben angegebenen Weise vergrößert, um die Diffe­ rentialsperrkraft zu erhöhen.

Die Aufgabe wie auch weitere Ziele und die Merkmale sowie Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung von bevorzugten Aus­ führungsformen des Erfindungsgegenstandes deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt in einer vertikalen bzw. einer geneigten Ebene, die eine Achse einer Welle eines Sperrdifferentials einschließt, wobei die obere Hälf­ te der in der vertikalen Ebene und die untere Hälfte der in der geneigten Ebene verlaufende Schnitt sind;

Fig. 2 einen Teil-Querschnitt nach der Linie 2-2 in der Fig. 1,

Fig. 2a eine Schrägansicht eines eine Drehung verhindernden Bauteils,

Fig. 3 eine zu Fig. 1 gleichartige Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform des Sperrdifferentials,

Fig. 4 den Teil-Querschnitt nach der Linie 4-4 in der Fig. 3,

Fig. 5 eine Draufsicht, die die Beziehung zwischen einem Bauteil und einem Wellenstück eines Rotorsterns er­ läutert;

Fig. 6 eine zu Fig. 1 gleichartige Schnittdarstellung eines Sperrdifferentials in einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Ein Sperrdifferential 10 nach den Fig. 1 und 2 umfaßt ein aus zwei Teilen, die miteinander durch Schraubenbolzen 11 verbunden sind, bestehendes Differentialgehäuse 12, ein Paar von Achswellenrädern 14 sowie eine Mehrzahl von Planetenrä­ dern 16, die jeweils in dem Differentialgehäuse 12 angeord­ net sind, und darüber hinaus eine Reibung erzeugende Einrich­ tungen (Reibglieder) 22, durch die eine zwischen einer Achs­ welle 18, die mit dem einen Achswellenrad 14 verbunden ist, und einer Achswelle 20, die mit dem anderen Achswellenrad 14 verbunden ist, erzeugte Differentialbewegung begrenzt wird. Die Achswellenräder 14 sind mit ihren Wellen 18 bzw. 20 undrehbar und axial verschiebbar verbunden. Das Sperrdif­ ferential enthält auch eine Drehung der Planetenräder 16 ver­ hindernde Einrichtungen (Drehsperrglieder) 24.

Sowohl das Paar von Achswellenrädern 14 als auch die in Mehr­ zahl vorhandenen Planetenräder 16 sind als Spiralkegelräder ausgebildet. In diesem Fall sind, wenn die Zähne eines jeden Achswellenrades 14 in beispielsweise nach links drehender Richtung gekrümmt sind, die Zähne eines jeden der Planetenrä­ der 16 in einer nach rechts weisenden Richtung gekrümmt. Die in Mehrzahl vorhandenen Planetenräder 16 - im gezeigten Bei­ spiel sind es vier - werden jeweils durch Wellenstücke oder Sternkreuzwellen 27 eines Rotorsterns 26 drehbar gelagert, wobei diese Wellenstücke in der Umfangsrichtung mit 90° zuein­ ander beabstandet sind und sich rechtwinklig zu den Achsen der Wellen 18 sowie 20 erstrecken. Die beiden Achswellenrä­ der 14 kämmen mit den mehreren Planetenrädern 16. Sind nur zwei Planetenräder 16 vorhanden, so werden diese an den bei­ den Enden einer einzigen Welle gelagert. Der hier beschrie­ bene Rotorstern umfaßt auch einen solchen, der eine einzelne gerade Welle aufweist.

Die Reibglieder 22 können eine wie üblich verwendete Ausge­ staltung haben. Bei der hier gezeigten Ausführungsform sind die Reibglieder 22 in einer Weise ausgebildet, die noch er­ läutert werden wird, um die bevorzugten Wirkungen zu er­ reichen.

Die Drehsperrglieder 24 unterbinden für jedes Planetenrad 16 eine Drehung in einer Ebene, die die Berührungspunkte zwischen dem jeweils betroffenen Planetenrad 16 sowie dem Paar der Achswellenräder 14 und die Achsen der beiden Wellen 18 sowie 20 einschließt, und sie sind zwischen jedem Plane­ tenrad 16 sowie dem Differentialgehäuse 12 angeordnet.

Bei der dargestellten Ausführungsform wird als Drehsperr­ glied 24 eine Druckscheibe oder ein Bauteil verwendet, das eine als eine Ebene ausgebildete Innenfläche 25 a, die dem Planetenrad 14 gegenüberliegt, und eine dem Differentialge­ häuse gegenüberliegende Außenfläche 25 b hat. Die Außenfläche 25 b ist als ein Bogen mit den Achsen der Wellen 18 und 20 als Mitte ausgebildet und erstreckt sich in axialer Richtung. Andererseits ist die dem Drehsperrglied 24 gegenüberliegen­ de Fläche 17 des Planetenrades 16 eben ausgebildet, während die dem Drehsperrglied 24 gegenüberliegende Fläche 13 des Differentialgehäuses 12 einen Bogen beschreibt, dessen Mitte von den Achsen der Wellen 18 und 20 bestimmt wird und der sich axial erstreckt.

Wenn das Drehsperrglied 24 zwischen dem Planetenrad 16 und dem Differentialgehäuse 12 angeordnet ist, so befindet sich die lnnenfläche 25 a des Sperrglieds 24 in enger Anlage an der gegenüberliegenden Fläche 17 des Planetenrades 16, wäh­ rend die Außenfläche 25 b eng an der gegenüberliegenden Flä­ che 13 des Differentialgehäuses 12 anliegt. Wenn ein aus einem Unterschied in den Zahnflanken, an denen das Planeten­ rad 16 mit dem linken sowie rechten Achswellenrad 14 kämmt, resultierendes Drehmoment auf das Planetenrad 16 wirkt, so wird durch die beschriebene Ausbildung das Drehmoment von dem Drehsperrglied 24 auf das Differentialgehäuse 12 übertra­ gen und dann von diesem Gehäuse aufgenommen. Es ist insofern möglich, ein Festklemmen des Planetenrades 16 am Wellenstück 27 des Rotorsterns 26 zu unterbinden oder zu verhindern, daß eine Kantenpressung auf ein Teil wirkt, an dem das Wel­ lenstück 27 des Rotorsterns 26 in das Differentialgehäuse 12 eingepaßt ist.

Wenn die Außenfläche 25 b des Drehsperrglieds 24 als eine bo­ genförmige Fläche und die gegenüberliegende Fläche 13 des Differentialgehäuses 12 ebenfalls als eine bogenförmige Flä­ che ausgestaltet sind, so kann diese Fläche 13 im Differen­ tialgehäuse als Teil einer Durchgangsbohrung ausgebildet wer­ den, deren Mitte von den Achsen der Wellen 18 und 20 bestimmt wird, wodurch die Bearbeitung verbessert und erleichtert wird.

Die Reibglieder 22 bestehen aus einer Mehrzahl von auf der linken Seite des linken Achswellenrades 14 angeordneten Kupp­ lungslamellen 30, die einen am Achswellenrad 14 vorhandenen äußeren Keil undrehbar und axial bewegbar erfassen, sowie aus einer Mehrzahl von auf der linken Seite des linken Achs­ wellenrades 14 angeordneten Druckscheiben, die jeweils mehre­ re Fortsätze 32 a haben, welche mit einer Mehrzahl von im Dif­ ferentialgehäuse 12 ausgebildeten Ausnehmungen 12 a undrehbar und axial bewegbar in Eingriff sind. Ferner gehört zu den Reibgliedern 22 eine auf der rechten Seite des rechten Achs­ wellenrades 14 angeordnete und mit den mehreren im Differential­ gehäuse 12 ausgebildeten Ausnehmungen undrehbar sowie axial bewegbar in Eingriff befindliche Druckscheibe 34. In einem üblichen Sperrdifferential vorhandene, an sich bekannte (nicht gezeigte) Nocken- oder Keilglieder sind mit Bezug zum Rotorstern 26 vorgesehen, und eine in diesem angeordnete Schraubenfeder 35 vermittelt den Kupplungslamellen 30 sowie den Druckscheiben 32 durch das linke Achswellenrad 14 einer­ seits und der Druckscheibe 34 durch das rechte Achswellenrad 14 andererseits eine Vorspannung.

Da bei der gezeigten Ausführungsform die Anzahl der von den Kupplungslamellen sowie den Druckscheiben gebildeten, an der linken Seite befindlichen Reibflächen größer ist als auf der rechten Seite, ist die das Differential sperrende Reibkraft zur Zeit eines Vorwärtsfahrens sehr viel größer als zur Zeit einer Motorbremsung, worauf noch eingegangen werden wird.

Das in den Fig. 3 und 4 gezeigte Sperrdifferential 40 weist im wesentlichen dieselbe Ausbildung auf wie das Sperrdiffe­ rential 10, so daß für gleichartige Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.

Bei dem Sperrdifferential 40 wird das Wellenstück 27 des Rotorsterns 26 durch einen Zwischenring 42 gelagert. Wie den Fig. 3 und 4 zu entnehmen ist, weist der Zwischenring 42 ein ringförmiges Anlageteil (ringförmige Berührungsfläche) und ein zu dieser Fläche 43 a rechtwinklig verlaufendes Paßteil 43 b mit einem nicht-kreisförmigen Loch auf. Die Fläche des Anlageteils 43 a, die mit dem Planetenrad 16 in Berührung ist, und die Fläche des Planetenrades 16, die mit dem Anlageteil 43 a in Berührung ist, sind ebene Flächen. Wie die Fig. 5 zeigt, hat das Paßteil 43 b eine Außenumfangsfläche 43 c mit einem kreisförmigen Umriß und eine Innenumfangsfläche 43 d, die ein Durchgangsloch bildet. Diese Innenumfangsfläche 43 d ist im großen und ganzen als ein elliptisches oder längliches Loch in der Draufsicht ausgebildet, wobei sich die lange Ach­ se L dieser Umfangsfläche 43 d in derselben Richtung erstreckt wie die Achsen der beiden Wellen 18 und 20. Die Außenumfangs­ fläche 43 c des Paßteils des Zwischenringes 42 ist in ein in das Differentialgehäuse 12 gebohrtes Loch 13 a eingesetzt.

Ein Ende des Wellenstücks 27 des Rotorsterns 26 hat einen allgemein rechtwinkligen Querschnitt und ist in das Loch des Zwischenrings 42 eingesetzt. Das Ende des Wellenstücks 27 hat zur Innenumfangsfläche 43 d des Zwischenrings einen Ab­ stand, um Zwischenräume 44 in der Richtung der langen Achse L zu bilden, während dieses Wellenstückende lose an der In­ nenumfangsfläche 43 d ohne einen nennenswerten Zwischenraum in der zur langen Achse L rechtwinkligen Richtung anliegt. Demzufolge ist der Rotorstern 26 im Zwischenring 42 in axia­ ler Richtung der Wellen 18 und 20 bewegbar, während er in der zu den Achsen dieser Wellen rechtwinkligen Drehrichtung unbewegbar ist, so daß eine Antriebskraft übertragen wird.

Bei dem Sperrdifferential 40 sind die Spiral- oder Schrägungs­ winkel der Zähne der Achswellenräder 14 und der Planetenräder 16 derart bestimmt, daß der Zahn des auf der linken Seite in Fig. 3 angeordneten Achswellenrades 14 mit der konvexen Flanke des Zahns eines jeden Planetenrades 16 kämmt, während der Zahn des auf der rechten Seite angeordneten Achswellenra­ des 14 mit der konkaven Flanke des Zahns eines jeden Plane­ tenrades bei einem Vorwärtsfahren kämmt.

In dem Sperrdifferential 40 werden die Reibglieder 22 von acht auf der linken Seite des linken Achswellenrades 14 ange­ ordneten Kupplungslamellen 30, die mit dem Achswellenrad 14 undrehbar sowie axial bewegbar in Eingriff sind, von neun Druckscheiben 32, die auf der linken Seite des linken Achs­ wellenrades angeordnet sowie mit dem Differentialgehäuse 12 undrehbar und axial bewegbar in Eingriff sind, und von einer auf der rechten Seite des rechten Achswellenrades 14 angeordneten Druckscheibe 34, welche am Differentialgehäuse 12 undrehbar sowie axial bewegbar angreift, gebildet.

Bei dem in Fig. 6 gezeigten Sperrdifferential 50 sind die eine Reibung erzeugenden Einrichtungen (Reibglieder) 52 so ausgebildet, daß die Bauteile auf der linken und rechten Seite jeweils zueinander gleich sind. Die Reibglieder 52 sind folglich aus vier Kupplungslamellen 30 auf der linken Seite des linken Achswellenrades 14, die mit diesem Achswel­ lenrad 14 undrehbar und axial bewegbar in Eingriff sind, von fünf Druckscheiben 32, die an der linken Seite des linken Achswellenrades 14 angeordnet sowie undrehbar und axial be­ wegbar mit dem Differentialgehäuse 12 in Eingriff sind, von vier auf der rechten Seite des rechten Achswellenrades 14 angeordneten, undrehbar und axial bewegbar mit einem am Achswel­ lenrad 14 vorgesehenen äußeren Keil in Eingriff befindlichen Kupplungslamellen 54 und fünf Druckscheiben 56, die auf der rechten Seite des rechten Achswellenrades 14 angeordnet und mit dem Differentialgehäuse 12 undrehbar sowie axial beweg­ bar in Eingriff sind, gebildet.

Bei einem Vorwärtsfahren wird am linken Achswellenrad 14, dessen Zahn mit der konvexen Flanke des Zahns eines jeden Planetenrades 16 kämmt, eine große Schubbelastung hervorgeru­ fen, während eine kleine Schubbelastung am rechten Achswel­ lenrad 14 erzeugt wird, dessen Zahn mit der konkaven Flanke des Zahns eines jeden Planetenrades 16 kämmt. Als Ergebnis dessen wird, weil eine entgegengesetzte Belastung, die einem Unterschied zwischen den Schubbelastungen entspricht, wie oben gesagt wurde, an den Planetenrädern 16 erzeugt wird, der die Planetenräder 16 lagernde Rotorstern 26 im Zwi­ schenring 42 zum rechten Achswellenrad 14 hin bewegt, um die Planetenräder 16 gegen das rechte Achswellenrad 14 zu drücken.

Wenn ein Eingriffswinkel mit 22,5°, ein Kegelwinkel mit 58°, ein Spiralwinkel des Spiralkegelrades mit 35° und eine tan­ gentiale Belastung am Planeten- sowie Achswellenrad mit 1000 kg angenommen werden, dann ist ein theoretischer Wert der am Achswellenrad, das als Geradzahnkegelrad ausgebildet ist, wirkenden axialen Kraft 351 kg. Ist dagegen das Achswel­ lenrad als ein Spiralkegelrad ausgebildet, so ergibt sich für die axiale Kraft, die auf das mit der konvexen Flanke eines jeden Planetenrades kämmende Achswellenrad wirkt, ein Wert von 803 kg, während der Wert für die auf das Achswellen­ rad, das mit der konkaven Flanke eines jeden Planetenrades kämmt, einwirkende axiale Kraft 51 kg ist.

Wenn die Reibglieder so angeordnet werden, wie das in Fig. 3 gezeigt ist, ergibt sich folglich für die Differentialsperr­ kraft zur Zeit eines Vorwärtsfahrens ein Wert von 14 254 kg, während der Wert für die Differentialsperrkraft zur Zeit eines Rückwärtsfahrens 11 054 kg beträgt. Im Fall der Verwen­ dung eines Geradzahnkegelrades wird dagegen zur Zeit eines Vorwärts- und Rückwärtsfahrens eine Differentialsperrkraft von 6318 kg durch die eine Reibungskraft erzeugenden Ein­ richtungen, die mit insgesamt 18 Kupplungslamellen und Druck­ scheiben vorgesehen sind, hervorgerufen.

Wie im Vorstehenden beschrieben wurde, wird gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Sperrdifferential 40 die Schubbelastung am linken Achswellenrad auf etwa das Doppelte oder mehr gegen­ über derjenigen an einem Geradzahnkegelrad zur Zeit eines Vorwärtsfahrens erhöht, so daß die Differentialsperrkraft auf etwa das Doppelte oder mehr der Größe des Geradzahnkegel­ rades angehoben wird. Ferner wirkt die am rechten Achswellen­ rad erzeugte große Schubbelastung zur Zeit einer Motorbrem­ sung, und es wird eine Reaktion auf die Schubbelastung sowie den Rotorstern als die Axialkraft in Übereinstimmung mit dem Kräfteausgleich aufgebracht. Deshalb wird die das Differen­ tial sperrende Reibungskraft, die der axialen Kraft minus der Reibungskraft zwischen dem Rotorstern und dem ein Dreh­ moment übertragenden Teil des Zwischenringes entspricht, erzeugt.

Da ferner bei dem Sperrdifferential 50 von Fig. 6 die die Reibungskraft erzeugenden Einrichtungen Bauteile umfassen, die in gleicher Weise auf der linken und rechten Seite ange­ ordnet sind, wirkt die Reibungskraft zwischen dem Rotorstern und dem das Drehmoment übertragenden Teil des Zwischenrings als ein Kraftverminderungsfaktor derselben axialen Kräfte der Achswellenräder zur Zeit einer Vorwärtsfahrt und einer Motorbremsung. Deshalb werden die das Differential sperren­ den Reibungskräfte von gleicher Größe zur Zeit des Vorwärts­ fahrens und der Motorbremsung erzeugt.

Erfindungsgemäß umfaßt ein Sperrdifferential ein Differen­ tialgehäuse, ein Paar von als Spiralkegelräder ausgebilde­ ten, in dem Differentialgehäuse angeordneten Achswellenrä­ dern, eine Mehrzahl von als Spiralkegelräder ausgebildeten, mit den Achswellenrädern kämmenden Planetenrädern, die an Wellenstücken eines Rotorsterns gelagert und im Differential­ gehäuse angeordnet sind, sowie eine eine Reibungskraft erzeu­ gende Einrichtung, durch die eine Differentialbewegung zwi­ schen den jeweils mit den Achswellenrädern verbundenen Achs­ wellen begrenzt wird. Das Sperrdifferential enthält ferner ein Bauteil, das einen Abrieb des Rotorsterns verhindert, welcher aus einer solchen Ausbildung der Achswellen- und Planetenräder resultiert, daß die Zahnflanken, an denen je­ des der Planetenräder mit dem Paar der Achswellenräder kämmt, eine konkave Ausgestaltung mit Bezug zum Zahn des Achswellen­ rades auf der einen Seite und eine konvexe Ausgestaltung mit Bezug zum Zahn des Achswellenrades auf der anderen Seite haben.

Claims (9)

1. Sperrdifferential mit einem Differentialgehäuse (12), mit einem Paar von als Spiralkegelräder ausgebildeten und im Differentialgehäuse angeordneten Achswellenrädern (14), mit einer Mehrzahl von als Spiralkegelräder ausgebilde­ ten, mit den Achswellenrädern kämmenden, an Sternkreuz­ wellen (27) eines Rotorsterns (26) gelagerten sowie im Differentialgehäuse angeordneten Planetenrädern (16) und mit eine Reibungskraft erzeugenden Einrichtungen (22, 52), die eine zwischen den jeweils mit den Achswellenrädern verbundenen Achswellen (18, 20) erzeugte Differentialbe­ wegung begrenzen, gekennzeichnet durch eine einen Abrieb am Rotorstern (26) und/oder an den Kegelrädern (14, 16), der sich aus der Ausbildung der Achswellenräder (14) und Planetenräder (16) derart, daß die Zahnflanken, an denen jedes der Planetenräder mit dem Paar von Achswellenrädern kämmt, mit Bezug zum Zahn des Achswellenrades auf der einen Seite eine konkave Gestalt und mit Bezug zum Zahn des Achswellenrades auf der anderen Seite eine konvexe Gestalt aufweisen, ergibt, verhindernde Einrichtung.

2. Sperrdifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zähne des Paares von Achswellenrädern (14) eine in der entgegengesetzten Richtung zu den Zähnen der Planetenräder (16) gekrümmte Gestalt haben.

3. Sperrdifferential nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Reibungskraft erzeugenden Einrichtungen (22) eine Mehrzahl von Kupplungslamellen (30) sowie eine Mehrzahl von Druckscheiben (32) zur Aus­ bildung von Reibflächen umfassen, daß die Reibflächen in eine Gruppe zwischen dem einen Achswellenrad (16) sowie dem Differentialgehäuse (12) und eine Gruppe zwischen dem anderen Achswellenrad (16) sowie dem Differentialgehäuse (12) geteilt sind und daß die Anzahl der Reibflächen (30, 32) in der einen Gruppe unterschiedlich zur Anzahl der Reibflächen in der anderen Gruppe ist.

4. Sperrdifferential nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Reibflächen (30, 32) in der Gruppe, bei der am Achswellenrad (14) zur Zeit einer Vorwärtsfahrt eine große Schubkraft auftritt, größer ist als die Anzahl der Reibflächen (34) in der Gruppe, bei der am Achswellenrad zur Zeit einer Vorwärtsfahrt eine geringe Schubbelastung auftritt.

5. Sperrdifferential nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Reibungskraft erzeugenden Einrichtungen (52) eine Mehrzahl von Kupplungslamellen (54) sowie eine Mehrzahl von Druckscheiben (56) zur Aus­ bildung von Reibflächen umfassen, daß die Reibflächen in eine Gruppe zwischen dem einen Achswellenrad (14) sowie dem Differentialgehäuse (12) und eine Gruppe zwischen dem anderen Achswellenrad (14) sowie dem Differentialgehäuse (12) geteilt sind und daß die Anzahl der Reibflächen (54, 56) in der einen Gruppe gleich derjenigen in der an­ deren Gruppe ist.

6. Sperrdifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Abrieb verhindernde Einrichtung ein Bauteil (24) ist, das eine Drehung eines jeden der Planetenräder (16) in einer Ebene unterbindet, welche Berührungspunkte zwischen dem jeweiligen Planetenrad (16) sowie dem Paar von Achswellenrädern (14) und die Achsen der beiden Achs­ wellen (18, 20) einschließt, und das zwischen dem jeweili­ gen Planetenrad sowie dem Differentialgehäuse (12) ange­ ordnet ist.

7. Sperrdifferential nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (24) eine als eine Ebene ausgebildete ln­ nenfläche (25 a) sowie eine als ein Bogen mit den Achsen der Achswellen (18, 20) als Mitte ausgebildete Außenflä­ che (25 b) hat und das Differentialgehäuse (12) eine der Außenfläche (25 b) des Bauteils (24) angepaßte Innenfläche (13) aufweist.

8. Sperrdifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Abrieb verhindernde Einrichtung ein zwischen jeder Sternkreuzwelle (27) des Rotorsterns (26) sowie dem Differentialgehäuse (12) angeordnetes Bauteil (42) ist, das den Rotorstern (26) in axialer Richtung der Achswel­ len (18, 20) bewegbar lagert.

9. Sperrdifferential nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß das lagernde Bauteil (42) eine Innenumfangsflä­ che (43 d) hat, die in der Draufsicht allgemein ellip­ tisch ausgebildet ist und deren lange Achse (L) in dersel­ ben Richtung wie die Achsen der Achswellen (18, 20) ver­ läuft, und daß ein Endstück einer jeden Sternkreuzwelle (27) des Rotorsterns (26) einen allgemein rechtwinkligen Querschnitt hat sowie in das lagernde Bauteil (42) in Richtung der langen Achse (L) bewegbar eingesetzt ist.