DE3935365A1 - Selbstsperrendes planeten-differentialgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisch selbstsperrendes Differen­ tialgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Das gattungsbildende Getriebe ist aus der DE 23 00 343 C2 Spalte 2 bis 4 bekannt, bei dem dort beschriebenen Gegenstand wirken enge Spalte als Schleppspalte.

Solche Differentialgetriebe werden üblicherweise auch als Kegelrad- oder Stirnrad-Planetengetriebe ausgeführt. Die Ausführung als Stirnrad-Plane­ tengetriebe bietet den zusätzlichen Vorteil, daß das Antriebsmoment un­ gleich auf die beiden Abtriebe des Differentialgetriebes verteilt werden kann, was bei Zwischenachsdifferentialen häufig zweckmäßig ist.

In besonderen Betriebszuständen des Fahrzeuges, z. B. beim Durchdrehen eines Rades oder eine Achse auf glattem Untergrund ist es notwendig, die Ausgleichswirkung des Differentialgetriebes teilweise oder ganz aufzuhe­ ben, 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 ein­ setzt und mit zunehmender Drehzahldifferenz der beiden Abtriebe des Dif­ ferentialgetriebes ansteigt.

Es ist auch bekannt, Patentschriften DE 25 49 408 C2 und DE 35 42 184 C2, 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 oder nur ein Teil der Zahnräder als Pumpenräder. Bei einer vorteilhaften derartigen Lösung, Patent DE 35 42 184 C2, ist die selbsttätige Sperrung des Dif­ ferentialgetriebes auf folgende einfache Weise erzielt: Zahnräder und Pla­ netenradträger werden so ausgebildet, daß sie als Zahnradpumpe wirken. Das Pumpenantriebsmoment wird als Sperrmoment ausgenutzt. Kanäle und/ oder Ventile für die Drosselung des Drucköles werden nicht vorgesehen. Statt dessen werden die Spalte zwischen den Zahnrädern und dem Plane­ tenradträger so dimensioniert, daß das Drucköl als in genau bemessener Weise gedrosselter Leckölrückstrom aus den Druckräumen abfließt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein hydraulisch selbstsperrendes Planeten- Differentialgetriebe zu schaffen, bei dem durch gezielte Ausnutzung des Quetschöl-Volumenstromes eine größere und verbessert regelbare Sperr­ wirkung erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Es wird der aus dem Bereich der Zahnradpumpen bekannte, dort allerdings unerwünschte Effekt des Abschlusses eines von den kämmenden Zahn­ rädern begrenzten und nicht in Verbindung mit dem Druck- und Saugraum der Pumpe stehenden Quetschraumes sowie des dort entstehenden Sperr­ momentes ausgenutzt.

Jede Zahnradpaarung bildet im Bereich des Doppelzahneingriffes einen solchen Quetschraum. Der Quetschraum wird durch feder- und/oder hy­ draulisch belastete Dichtplatten an den Stirnflächen der Zahnräder be­ grenzt. Gemäß der Gegenkraft an der Dichtplatte stellt sich im Quetsch­ raum durch die Verdrängung des sich dort befindenden Öles ein Druck ein, da der Quetschöl-Volumenstrom nur über die Spalte an den Dicht­ platten abströmen kann. Dieser Effekt trägt bei Zahnradpumpen nicht zur Erhöhung des Pumpendruckes bzw. des Förderstromes bei, sondern führt zu einer Verschlechterung des Pumpenwirkungsgrades.

Die Erfindung nach Anspruch 1 beruht also nicht auf der eigentlichen Pumpwirkung der Zahnradpaarung sondern auf der Ausnutzung des Quetschöl-Volumenstromes, der innerhalb der kämmenden Zahnräder ent­ steht, wobei es unbenommen bleibt (Anspruch 6) die Erfindung mit dem in bekannter Form hydrostatisch selbstsperrenden Differentialen zu kom­ binieren.

Bei Zahnradpumpen (Morlok, J.: Geräuschminderung bei Hochdruck-Kon­ stantpumpen, Stuttgart, Universität, Diss., 1979) werden ebenfalls kraft­ beaufschlagte Dichtplatten verwendet, jedoch zur Abdichtung zwischen Druck- und Saugseite der Pumpe, und so angeordnet, daß die gesam­ te Stirnfläche der Zahnräder sowie die Wirkräume der Pumpe überdeckt werden. Zur Eliminierung des Quetschraumdruckes werden z. T. Entla­ stungsnuten im Bereich des Zahneingriffes vorgesehen, um den Pumpen­ wirkungsgrad zu verbessern.

Zur Erzielung eines möglichst großen Sperreffektes aufgrund des Quetsch­ öl-Volumenstromes müssen die Verzahnungsdaten so gewählt werden, daß zum einen der Quetschölvolumenstrom und zum anderen der Bereich der Eingriffsstrecke, auf dem eine Sperrwirkung zu erzielen ist, maximal wer­ den.

Durch die Wahl einer Verzahnung mit Kopfhöhe größer gleich 1,25 mal Normalmodul und der Wahl eines Normal-Eingriffswinkels kleiner gleich 20° kann ein erhöhter Quetschölvolumenstrom erzielt werden.

Die Profilverschiebung muß derart gewählt werden, daß am treibenden Rad die Fußeingriffsstrecke maximal und die Kopfeingriffsstrecke nicht größer als die halbe Eingriffsteilung bei einer Verzahnung mit Flankenspiel und ein Viertel der Eingriffsteilung bei einer spielfreien Verzahnung wird. Ist die Kopfeingriffsstrecke größer als o. g. Grenzen, so müssen an den Dichtplatten die gemäß dem Anspruch 3 genannten Nuten angebracht wer­ den.

Unter der Ausnützung des Sperrmomentes aufgrund des Quetschölvolumen­ stromes kann die in den o. g. Patenten beschriebene Sperrwirkung erhöht werden. Ein entscheidender Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit geringem fertigungstechnischem Aufwand ein Sperrmoment erzielt werden kann, ohne daß enge Toleranzen am Planetenradträger erforderlich sind. Zur Erzielung eines großen Sperreffektes sollten die Zahnräder an den Stirnflächen gemeinsam überschliffen werden. Damit lassen sich zwischen der Druckplatte und der Verzahnung kleinste Spalte in der Größe von we­ nigen Mikrometern realisieren, wodurch sich die erwünschte starke Dros­ selwirkung im Spalt ergibt. Temperaturbedingte Ausdehnungen der Bautei­ le sind ohne Bedeutung.

Als Beispiel für die Ausführung der Erfindung ist in Fig. 1 ein als Stirn­ radplanetengetriebe ausgebildetes selbstsperrendes Differentialgetriebe wiedergegeben.

In Fig. 1 bedeutet
1 inneres Zentralrad
2 Planeten
3 Planetenradträger (Stahl, nitriert)
4 äußeres Zentralrad
5 Planetenbolzen
6 federbelastete, axial bewegliche Dichtplatte (Bronze)
7 Tellerfederpaket
8 Sekundärdichtung (O-Ring).

Claims (6)

1. Hydraulisch selbstsperrendes Planeten-Differentialgetriebe mit zwei Zentralrädern, die mit einem oder mehreren Planeten im Eingriff ste­ hen, welche in einem Planetenradträger drehbar gelagert sind, der derart ausgeführt ist, daß im Bereich der Eingriffsstrecken der Zentralräder und Planeten die Stirnflächen der Verzahnungen abgedichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenradträger entweder auf der einen Seite des Zahneingrif­ fes aus einem gleitfähigen Material besteht und auf der anderen Seite eine ebenfalls aus gleitfähigem Material bestehende, axial bewegliche Dichtplatte besitzt, die druckbelastet im Bereich des Zahneingriffes an den Zahnrädern anliegt oder auf beiden Seiten der Zahnräder im Be­ reich des Zahneingriffes druckbelastete, axial bewegliche und gleitfähige Dichtplatten angeordnet sind, so daß durch Drosselung des im Bereich des Zahneingriffes entstehenden Quetschöl-Volumenstromes ein Druck­ aufbau bewirkt wird, der ein mit wachsender Differenzdrehzahl der beiden Zentralräder ansteigendes Sperrmoment bewirkt.

2. Hydraulisch selbstsperrendes Planeten-Differentialgetriebe nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbelastung der an der Verzahnung anliegenden, axial be­ weglichen und gleitfähigen Dichtplatten durch Druckfedern und/oder hydraulisch erfolgt und die Anpreßkraft entsprechend der zu erzielen­ den Sperrwirkung gewählt wird.

3. Hydraulisch selbstsperrendes Planeten-Differentialgetriebe nach An­ spruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Verzahnungen mit Kopfhöhen größer gleich 1,25 mal Normalmodul und Normal-Eingriffswinkeln kleiner gleich 20° gewählt werden und/oder daß die unter Anspruch 1 genannten, druckbelasteten Dichtplatten ent­ sprechend der Eingriffslinie der abzudichtenden Verzahnung Nuten be­ sitzen, die gemäß der Kopfeingriffsstrecke des treibenden Rades bei Verzahnungen mit Spiel im Bereich der halben Eingriffsteilung nach dem Wälzpunkt angebracht sind bzw. bei spielfreien Verzahnungen im Bereich eines Viertels der Eingriffsteilung nach dem Wälzpunkt ange­ bracht sind und zu Räumen außerhalb des Bereiches des Zahneingriffes führen.

4. Hydraulisch selbstsperrendes Planeten-Differentialgetriebe nach An­ spruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Verzahnungen mit Kopfhöhen größer gleich 1,25 mal Normalmodul und Normal-Eingriffswinkeln kleiner gleich 20° gewählt werden und daß die Profilverschiebungsfaktoren derart gewählt werden, daß die Fußeingriffs­ strecke des treibenden Rades maximal wird und die Kopfeingriffsstrecke des treibenden Rades der halben Eingriffsteilung bei Zahnradpaarungen mit Flankenspiel und einem Viertel der Eingriffsteilung bei Verzahnun­ gen ohne Flankenspiel entspricht.

5. Hydraulisch selbstsperrendes Planeten-Differentialgetriebe nach An­ spruch 1 und 2 oder 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder Kegelräder sind und gewölbte Dichtplatten verwendet werden.

6. Hydraulisch selbstsperrendes Planeten-Differentialgetriebe in bekann­ ter Form in Kombination mit den Ansprüchen 1 und 2 oder 3 oder 4 oder 5.