DE3908091A1 - Begrenzt sperrbares stirnraddifferential - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein begrenzt sperrbares Stirnrad­ differential mit einem zentralen außenverzahnten Sonnen­ rad, einem dazu koaxialen innenverzahnten Hohlrad, einem gegenüber beiden relativ drehbaren Planetenradträger für an diesem auf Lagerbolzen gelagerten und mit dem Sonnenrad und Hohlrad kämmenden Planetenradrädern, die in Taschen des Planetenradträgers angeordnet, und deren Stirnflächen einschließlich der der Verzahnungen von Sonnenrad und Hohlrad von dem Planetenradträger teilweise einen Dicht­ spalt bildend, beidseitig abgedeckt sind, wobei der frei­ gelassene Bereich als Durchlaß zur Befüllung der Zahnlücken der Verzahnungen ausgebildet ist.

Solche als Planetengetriebe aufgebaute Differentiale, bei denen die Planetenräder mit einem der Zentralräder als Zahnradpumpe zusammenwirken, sind beispielsweise aus der DE-OS 35 42 184 bzw. der US-PS 32 51 244 bekannt. Bei beiden Ausführungen ist die Wirkung anders als bei her­ kömmlichen Zahnradpumpen, weil keine Zulauf- und Ablauf­ seite vorgesehen ist, sondern sich das in den Zahnlücken beförderte Öl im Kämmbereich der Zahnräder durch die kon­ struktiv vorgegebenen Spalte durchquetschen muß. Diese Spaltverluste erzeugen eine Sperrwirkung.

Die Sperrwirkung wird also durch die Anordnung und Ausbil­ dung der Spalte beeinflußt. Von Nachteil bei den beiden vorgenannten bekannten Ausführungen ist, daß die Sperr­ wirkung bei jeder sich einstellenden Drehzahldifferenz ansteht.

Bei der Verwendung von sperrbaren Differentialen in Kraft­ fahrzeugen treten jedoch Betriebszustände auf, bei denen sich eine ständig anstehende Sperrwirkung einer bestimmten Größenordnung nachteilig auf das Fahrverhalten des Fahr­ zeuges auswirken kann. Dies ist insbesondere bei der Ver­ wendung von sperrbaren Differentialen in Verbindung mit automatischen Blockierverhinderern für die Fahrzeugräder der Fall.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun­ de, ein als Stirnraddifferential ausgebildetes sperrbares Planetengetriebe so weiter auszugestalten, daß die Sperr­ wirkung regelbar ist und insbesondere teilweise und bis zur Gänze aufgehoben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine der Stirnflächen vom Planetenradträger und vom Hohl­ rad abgedeckt ist, daß die andere Stirnfläche in einem der beiden Kämmbereiche der Planetenräder mit den Zentral­ rädern durch einen axial verschiebbaren Abdeckring ab­ deckbar ist, während der jeweils andere Kämmbereich stets zum Ölraum offen ist.

Von Vorteil bei dieser Ausbildung ist, daß das Sperrmoment steuerbar wird und insbesondere für den Fall, daß das Fahrzeug mit einem Blockierverhinderer versehen ist, ein Aufheben der Sperrfunktion in Abhängigkeit von der Brems­ betätigung ermöglicht wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Planetenradträger geteilt ausgebildet ist und ein Teil das Taschen für die Planetenräder aufweisende Träger­ element und das andere Teil ein Deckel ist und beide miteinander fest verbunden sind, wobei das Trägerelement zusätzlich eine zentrale Kammer für das Sonnenrad auf­ weist, und daß der Abdeckring auf den Lagerbolzen, auf denen die Planetenräder gelangert sind, verschiebbar auf­ genommen ist, welche die Taschen durchgreifend im Deckel und Trägerelement beidendig gelagert sind.

Die verschließbare Kammer, die zum Aufbau des Druckes gedacht ist, wird durch die den Planetenradträger bilden­ den Bauteile dargestellt. In einfacher Weise können die zur Lagerung der Planetenräder erforderlichen Lagerbolzen gleichzeitig auch zur Verbindung der Bauteile miteinander genutzt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Kämmbereich der Planetenräder mit dem Sonnenrad von den dem Abdeckring zugeordneten Ansätzen, welche dem Querschnitt der Taschen angepaßt sind, abgedeckt ist, die im Kämmbereich der Planetenräder mit dem Hohlrad einen Durchlaß zum Ölraum aufweisen.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß der Kämmbereich der Planetenräder mit dem Sonnenrad von dem Abdeckring zugeordneten Ansätzen, welche dem Querschnitt der Taschen angepaßt sind, abdeckbar ist, die im Kämmbereich der Pla­ netenräder mit dem Hohlrad einen Durchlaß zum Ölraum auf­ weisen.

Der Abdeckring kann mit seinen Ansätzen durch Verschieben auf den Lagerbolzen in eine angenäherte oder entfernte Position jeweils zu den abzudeckenden Kämmbereichen ge­ bracht werden, wobei sich hierdurch die Quetschspalten verändern lassen. Bei einer stärkeren Annäherung und damit geringem Öffnungsquerschnitt ergibt sich ein höheres Sperrmoment. Bei in entfernter Position befindlichem Ab­ deckring ergeben sich größere Öffnungsquerschnitte, wo­ durch das Sperrmoment, das erzeugt werden kann, gegen Null reduziert wird.

Es ist denkbar, die Abdeckung entweder in den Kämmbereich der Verzahnungen des Hohlrades mit den Planentenrädern, also dem radial äußeren Bereich, oder in den Kämmbereich der Verzahnung des Sonnenrades mit den Planetenrädern, also im radial inneren Bereich, vorzusehen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Spalt zwischen dem Abdeckring und dem abzudecken­ den Kämmbereich durch Axialverstellung über ein Regelorgan einstellbar ist. Dazu wird vorgeschlagen, daß der Abdeck­ ring eine Nut für den Eingriff einer Schaltgabel, die vom Regelorgan beaufschlagbar ist, aufweist.

Als bevorzugte Anwendung wird ferner die Anordnung im Antriebsstrang zwischen den antreibenden Achsen eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen. Durch Veränderung der Sperrwirkung läßt sich die Aufteilung der Antriebsmomente zwischen den beiden Achsen und damit zwischen den Vorder­ und Hinterrädern erzielen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Stirnrad­ differential,

Fig. 2 einen Schnitt A-A gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt entsprechend Fig. 1 be­ züglich einer alternativen Ausführungsform,

Fig. 4 ein Antriebsschema bezüglich eines frontange­ triebenen Kraftfahrzeuges und

Fig. 5 ein Antriebsschema für ein vierradgetriebenes Kraftfahrzeug.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform eines Stirnraddifferentiales 1, das ein mit seiner Welle 5 im Gehäuse 4 gelagertes Sonnenrad 2, den über die Träger­ welle 8 gelagerten Planetenradträger 7, das koaxial zur Achse X-X der Sonnenradwelle 5 gelagerte Hohlrad 3 und umfangsverteilt angeordnete Planetenräder 6 aufweist. Im vorliegenden Beispiel dient vorzugsweise die Sonnenrad­ welle 5 als Antriebswelle und das Hohlrad 3 als Abtrieb.

Das Sonnenrad 2 weist eine Stirnverzahnung 2 a auf, mit der die verzahnten Abschnitte 6 a der Planetenräder 6 kämmen. Die Planetenräder 6 sind mit ihren verzahnten Abschnitten 6 a mit dem innenverzahnten Abschnitt 3 a des Hohlrades 3 in Eingriff. Der Innenraum 4 a des Gehäuses 4 ist mit Öl ge­ füllt, welches zum Aufbau eines Sperrmomentes dient. Der Planetenradträger 7 ist geteilt ausgebildet. Er besteht aus einem Trägerelement 9, welches einen auf der Sonnen­ radwelle 5 gelagerten Abschnitt und einen Vorsprung 12 umfasst. Im Bereich des Vorsprunges 12 wird eine Kammer 14 bebildet, in der das Sonnenrad 2 aufgenommen ist. Gleich­ zeitig besitzt der Bereich des Vorsprunges 12 umfangsver­ teilt angeordnete Taschen 11, in welchen die Planetenräder 6 angeordnet sind. Im Bereich der Taschen 11 befinden sich auch in einen Teil der Stirnfläche 17 des Sonnenrades 6 hineinerstreckende Ausnehmungen 15, die quasi eine Verlän­ gerung der Taschen 11 darstellen. Die andere Stirnfläche 18 der Planetenräder 6 und des Sonnenrades 2 werden von einem Deckel 10 abgedeckt. Der Deckel 10 stützt sich an der Stirnfläche des Vorsprunges 11 ab. Trägerelement 9 und Deckel 11 sind über Lagerbolzen 13 zusammengehalten. Die Lagerbolzen 13 sind jeweils im Bereich der Taschen 11 angeordnet. Sie sind durch eine Bohrung 20 im Deckel 10, die als Durchgangsbohrung gestaltet ist, hindurchgesteckt. Auf ihrem Schaft sind die Planetenräder 6 jeweils mit Lagerbohrungen 24 aufgenommen und gelagert. Das andere Ende der Lagerbolzen 13 ist versehen und aus der Bohrung 21 des Trägerelementes 9 herausgeführt und über einen Sicherungsring gesichert. Die Außenflächen der verzahnten Abschnitte 6 a der Planetenräder 6 sind mit einem geringen Spalt gegenüber der Innenfläche der Taschen 11 angeordnet. Zu den Stirnflächen 17 und 18 ergeben sich ebenfalls geringe Spalte. Ein Abdeckring 16 hat Ansätze 22, die in etwa die Form der Taschen 11 aufweisen und welche über Bohrungen 26 auf den Lagerbolzen 13 axial beweglich in der Ausnehmung 15 angeordnet sind. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein Durchlaßquerschnitt 19 vorgesehen, der als Spalt im Kämmbereich der verzahnten Abschnitte 3 a und 6 a von Hohlrad 3 und Planetenrädern 6 angeordnet ist. Der als Zulauf, über den Öl aus dem Innenraum 4 a des Gehäuses 4 in den Bereich zwischen die Zähne gelangen kann und da kein Auslass vorgesehen ist, durch die sich drehen­ den Planetenräder 6 bei Eintreten eines Drehzahlunter­ schiedes zwischen dem Hohlrad 3 und dem Sonnenrad 2 durch die Pumpwirkung durch die Spalte hindurchgequetscht wird.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Position des Abdeckringes 16 und der Ansätze 22 den Stirnflächen 17 gegenüber wird ein großer Bereich abgedichtet, so daß sich hohe Quetsch­ verluste bei einer Relativbewegungen ergeben. Entsprechend wird ein hohes Sperrmoment aufgebaut. Für den Fall, daß gewünscht ist, daß sich das Differential 1 wie ein nor­ males offenes Differential verhält, also eine Relativbe­ wegung zulassen soll, ohne ein Moment aufzubauen, kann der Abdeckring 16 nach links aus der Anlage seiner Ansätze 22 an den abzudeckenden Stirnflächenbereichen 17 wegbewegt werden, so daß sich der Durchlaßquerschnitt 19 vergrößert. Hierdurch wird ein praktisch freies Umpumpen erlaubt. Das in den Förderbereich der verzahnten Abschnitte 3 a,6 a ge­ langende Öl kann also, ohne daß ein Druckaufbau erfolgt, wieder aus diesen Bereichen herausgelangen.

Zur Betätigung des Abdeckringes 16 ist dieser mit einer Ringnut 23 versehen, in welche eine Schaltgabel 26 ein­ greift, die aus dem Gehäuse 4 herausgeführt ist. Durch Betätigung der Schaltgabel 26 kann der Abdeckring 16 je nach dem gewünschten Arbeitsmodus in eine der Stirnfläche 17 angenäherte oder davon entfernte Position bewegt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Durchlaß­ querschnitt 19 dem Bereich der verzahnten Abschnitte 2 a und 6 a von Sonnenrad 2 und Planetenrädern 6 zugeordnet. Er ist also auf einem kleineren Radius angebracht. Dies hat den Vorteil, daß die Quetschspalte vor allen Dingen im Bereich des größeren Radius, nämlich dem kämmenden Bereich zwischen den verzahnten Abschnitten 3 a des Hohlrades 3 und 6 a der Planetenräder 6 liegen. Hierdurch wird ein höheres Bremsmoment erzielt.

Durch die Ausbildung des Stirnraddifferentiales 1 als eine Art Zahnradpumpe, bei der jedoch die Flüssigkeit zur Er­ zielung einer Verlustleistung durch Spalte gepreßt wird, soll mit steigender Differenzdrehzahl zwischen der trei­ benden Welle, beispielsweise der Sonnenradwelle 5 und dem Hohlrad 3 die Ausgleichsfunktion, die der Planetenrad­ träger 7 übernimmt, gebremst werden, um ein Moment auf die langsamer laufende Welle oder stillstehende Welle zu über­ tragen.

In den Fig. 4 und 5 sind Anwendungsbeispiele für ein solches Stirnraddifferential 1 dargestellt. Bei dem Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 4 ist ein vorderradangetrie­ benes Kraftfahrzeug 27 erkennbar. Die beiden Vorderräder 28 werden vom Motor 30 über das Hauptgetriebe 31, das Vorderachsdifferential 32 und vordere Seitenwellen 33 angetrieben. Die beiden Hinterräder 34 sind nicht ange­ trieben.

Das Vorderachsdifferential 32 kann entsprechend dem Stirn­ raddifferential 1 gemäß den Zeichnungsfiguren 1 bis 3 ausgebildet sein. Dabei wird beispielsweise das Hohlrad 3 über das Hauptgetriebe 31 vom Motor 30 angetrieben. Das eine der beiden Vorderräder 28 kann dabei über eine der vorderen Seitenwellen 33 mit der zum Sonnenrad 2 gehörenden Sonnenradwelle 5 verbunden sein, während das Vorderrad 28 über die andere Seitenwelle 33 mit der mit dem Planetenradträger 7 verbundenen Trägerwelle 8 drehmomentmäßig verbunden sein kann. Zu Steuerung der Stellung des Abdeckringes 16 bezüglich der Stirnfläche 17 und damit dessen Verschiebung in eine angenäherte Position zur Erzielung eines kleinen Durchlaßquerschnittes oder in eine entfernte Position zur Erzielung eines größeren Durchlaßquerschnittes ist eine Steuerung vorgesehen, die abhängig von der Bremsbetätigung einen Schaltimpuls auslöst. Das Bremssystem, das mit den Bremsen 29, die den Rädern 28,34 zugeordent sind, umfaßt eine Kontrolleinheit 35, die mit der Steuereinheit 40 für das Vorderachs­ differential 32 in Verbindung steht. Bei Betätigung der Bremsen 29 wird ein Impuls von der Kontrolleinheit 35 ausgelöst, welcher die Steuereinheit 36 veranlaßt, den Abdeckring 16 in eine zur Stirnfläche 17 entfernte Positi­ on zu bewegen, um eine Überführung des Stirnraddifferen­ tials in eine offene Arbeitsweise zu überführen. Im Nor­ malfall, d. h. wenn die Bremsen 29 nicht betätigt werden, findet sich der Abdeckring 16 in der angenäherten Positi­ on, so daß für den Fall, daß an einem der beiden Vorder­ räder 28 ein Haftbeiwert zum Boden, auf dem das Fahrzeug 27 bewegt wird, wirksam ist, der geringer ist, als der des anderen Vorderrades 27, so würde das mit dem höheren Haftbeiwert stillstehen und das andere auf dem glatteren Untergrund leer durchdrehen. Das Fahrzeug 27 könnte sich also nicht bewegen. Aufgrund des Durchdrehens eines Rades 28 ergibt sich eine Relativbewegung zwischen dem Planetenradträger 7 und dem Sonnenrad 2 und damit gegenüber dem Hohlrad 3. Hierdurch erfolgt eine Förderung von Öl in den verzahnten Abschnitten 2 a, 3 a und 6 a, wodurch ein Bremsmoment aufgebaut wird, welches bewirkt, daß das stillstehende Vorderrad in Bewegung gesetzt wird.

Würde dieser Zustand bei einer hohen Geschwindigkeit des Fahrzeuges 27 auftreten, so könnte dies zum Ausbrechen des Fahrzeuges 27 führen, und zwar insbesondere, wenn die Betriebsbremse 29 betätigt wird. Aus diesem Grunde sorgen die Kontrolleinheit 35 und die Steuereinheit 36 dafür, daß sich bei Betätigung der Bremsen 29 das Vorderachs­ differential 32 wie ein offenes Differential verhält, indem der Abdeckring 16 in eine Position überführt wird, bei der ein Druckaufbau durch das geförderte Öl verhindert wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 handelt es sich um ein vierradgetriebenes Fahrzeug, bei dem ein zusätzliches Stirnraddifferential entsprechend einer Ausbildung nach den Fig. 1 bis 3 in dem Antriebstrang zwischen der Vorderachse und der Hinterachse, d. h. zwischen den Vorder­ rädern 28 und den Hinterrädern 34, eingeschaltet ist. Dieses Zwischenachsdifferential ist mit 37 bezeichnet und wird vom Vorderachsdifferential 32 mit angetrieben und es treibt selbst über die Längswelle 38 das Hinterachs­ differential 39 und über hintere Seitenwellen 40 die bei­ den Hinterräder 34. Es ist ebenfalls eine Steuerung in Form der Kontrolleinheiten 35 und 36 vorgesehen, welche zusätzlich zu der Steuerung der Sperrung des Vorderachs­ differentiales 32 eine Steuerung des Zwischenachs­ differentiales 37 und ggfs. des Hinterachsdifferentiales 39 bewirken.

Bezugszeichenliste

 1 Stirnraddifferential
 2 Sonnenrad
 2 a Verzahnung des Sonnenrades
 3 Hohlrad
 3 a verzahnter Abschnitt des Hohlrades
 4 Gehäuse
 4 a Ölraum
 5 Sonnenradwelle
 6 Planetenräder
 6 a verzahnte Abschnitte der Planetenräder
 7 Planetenträger
 8 Trägerwelle
 9 Trägerelement
10 Deckel
11 Tasche
12 Vorsprung
13 Lagerbolzen
14 Kammer
15 Ausnehmung im Trägerelement
16 Abdeckring
17, 18 Stirnflächen
19 Durchlaß
20 Durchgangsbohrung im Deckel
21 Bohrung im Trägerelement
22 Ansätze
23 Nut im Abdeckring
24 Lagerbohrung im Planetenrad
25 Schaltkabel
26 Lagerbohrung
27 Fahrzeug
28 Vorderräder
29 Bremsen
30 Motor
31 Hauptgetriebe
32 Vorderachsdifferential
33 vordere Seitenwellen
34 Hinterräder
35 Kontrolleinheit für Bremsen
36 Steuereinheit für Differential
37 Zwischenachsdifferential
38 Längswelle
39 Hinterachsdifferential
40 hintere Seitenwellen

Claims (7)

1. Begrenzt sperrbares Stirnraddifferential mit einem zentralen außenverzahnten Sonnenrad, einem dazu koaxi­ alen innenverzahnten Hohlrad, einem gegenüber beiden relativ drehbaren Planetenradträger für an diesem auf Lagerbolzen gelagerten und mit dem Sonnenrad und Hohl­ rad kämmenden Planetenrädern, die in Taschen des Pla­ netenradträgers angeordnet und deren Stirnflächen einschließlich der der Verzahnungen von Sonnenrad und Hohlrad von dem Planetenradträger teilweise, einen Dichtspalt bildend, beidseitig abgedeckt sind, wobei der freigelassene Bereich als Durchlaß zur Befüllung der Zahnlücken der Verzahnungen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Stirnflächen (18) vom Planetenradträger (7) und vom Hohlrad (3) abgedeckt ist, daß die andere Stirnfläche (17) in einem der beiden Kämmbereiche der Planetenräder (6) mit den Zen­ tralrädern (2, 3) durch einen axial verschiebbaren Abdeckring (16) abdeckbar ist, während der jeweils andere Kämmbereich stets zum Ölraum (4 a) offen ist.

2. Stirnraddifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenradträger (7) geteilt ausgebildet ist und ein Teil, das Taschen (11) für die Planetenräder aufweisende Trägerelement (9) und das andere Teil ein Deckel (10) ist und beide miteinander fest verbunden sind, wobei das Trägerelement (9) zusätzlich eine zentrale Kammer (14) für das Sonnenrad (2) aufweist und daß der Abdeckring (16) auf den Lagerbolzen (13), auf denen die Planetenräder (6) gelagert sind, ver­ schiebbar aufgenommen ist, welche die Taschen (11) durchgreifend im Deckel (10) und Trägerelement (9) beidendig gelagert sind.

3. Stirnraddifferential nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kämmbereich der Planetenräder (6) mit dem Sonnenrad (2) von dem Abdeckring (16) zugeordneten Ansätzen (22), welche dem Querschnitt der Taschen (11) angepaßt sind, abdeckbar ist, die jedoch im Kammbe­ reich der Planetenräder (6) mit dem Hohlrad (3) einen Durchlaß (19) zum Ölraum (4 a) aufweisen.

4. Stirnraddifferrential nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kämmbereich der Planetenräder (6) mit dem Hohlrad (3) von dem Abdeckring (16) zugeordneten An­ sätzen (22), welche dem Querschnitt der Taschen (11) angepaßt sind, abdeckbar ist, die jedoch im Kämmbe­ reich der Planetenräder (6) mit dem Sonnenrad (2) einen Durchlaß (19) zum Ölraum (4 a) aufweisen.

5. Stirnraddifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen dem Abdeckring (16) und dem abzudeckenden Kämmbereich durch Axialverstellung über ein Regelorgan einstellbar ist.

6. Stirnraddifferential nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdeckring (16) eine Nut (30) für den Eingriff einer Schaltgabel (26), die vom Regelorgan beauf­ schlagbar ist, aufweist.

7. Stirnraddifferential nach einem oder mehreren der vorhandenen Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anordnung im Antriebsstrang zwischen den angetriebenen Achsen eines Kraftfahrzeuges (27).