DE4135753A1 - Selbstsperrendes ausgleichgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein selbstsperrendes Ausgleichgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und geht aus von der beispielsweise durch die DE-C 15 05 737 bekannten Gattung, derzufolge ein axial zwischen Differentialbolzen und Gehäusestirnwand gespreiztes Federelement ein Reibflächenpaket in Schließrichtung belastet, das bei Drehmomentunterschieden an beiden Achswellen lüftbar ist mittels einer Schrägflächeneinrichtung zwischen einem zugeordneten Abtriebskegelrad und einem Wellenflansch.

Diese bekannte Anordnung erforderte speziell bei kompakter Bauweise relativ großen Montage-, Einstell- und Überwachungsaufwand, um eine optimale Abstimmung von Reibflächenabständen, Schrägflächenhub, Umfeldbestimmung, Zahneingriffstiefe, Federweg und Lagerspiel etc. sicherzustellen. Dabei ist es schwierig, Einflüsse von Fertigungstoleranzabweichungen bzw. auch Abrieb an Reibflächen, Zähnen, Lagern etc. schnell und ohne lange Einsatzpausen, z. B. für Probeläufe etc., treffsicher zu erkennen und zu korrigieren.

Eine ausführlichere Darlegung über die bei selbstsperrenden Ausgleichgetrieben der gleichen Gattung herrschenden Einstellprobleme etc. ist noch in der unter gleichem Datum erfolgten Parallelanmeldung mit anderer Lösung (P 40 34 886.5) wiedergegeben. Indessen ist weder aus dem Stand der Technik noch aus der erwähnten Parallelanmeldung ein Hinweis ersichtlich, wie bei Montage gewählte Einstellungen der Federvorspannung bzw. des Federweges ohne weitgehende erneute Demontage des Ausgleichgetriebes korrigiert werden könnten, oder wie eine Feinjustage unter Vermeidung des nachträglichen Wechsels bzw. nachträglichen Verwendens von Beilagscheiben und somit ebenfalls eine Demontage vermieden werden könnte, wenn Torsionsprüfungen auf fehlerhaftes Verhalten der jeweiligen Ausführung schließen lassen. Da es bisher für derartige Ausgleichgetriebe keine Möglichkeit gab, am Verhalten eines Selbstsperrdifferentials ohne erneute Demontage nochmals etwas zu ändern, mußten selbst bei an sich seriengleichen Getrieben mit an sich identischen Abmessungen und Werkstoffen, z. B. wegen Toleranzabweichungen, oft so starke Unterschiede im Betriebsverhalten in Kauf genommen werden, daß bei Vergleichsversuchen immer wieder Getriebe aussortiert und durch erneuten Umbau mühsam einsatzfähig gemacht werden mußten.

Neben den infolge Toleranzabweichungen und geringere Serienqualität auftretenden Funktionsstreuungen können sich solche auch nach der Einlaufphase durch Abnutzung bzw. Setzen von Reibflächen, Lagern usw. bzw. durch Federermüdung etc. ergeben und eine eingeschränkte Funktionalität bzw. sogar ein Versagen verursachen, das sich entweder durch ein Ausbleiben oder Überhöhen der Selbstsperreffekte bemerkbar macht. Auch bei solchen Erscheinungen galt die Totaldemontage zur Neueinstellung bisher als unvermeidbar.

Die Aufgabe der Erfindung wird hiervon ausgehend darin gesehen, eine Bauweise für selbstsperrende Ausgleichgetriebe mit Federelementen vorzuschlagen, durch die eine Veränderung der Federvorspannung bzw. des Federweges von außerhalb des Getriebegehäuses her, und ohne daß dieses dazu geöffnet werden muß, möglich ist.

Die Lösung wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 insbesondere durch folgende Maßnahme erreicht:

Indem eine auf den Federweg bzw. den Abstand der Anlageflächen wirkende und in einer Innenbohrung des Differentialbolzens untergebrachte Verstellvorrichtung vorgesehen wird, kann nun eine Einstellungsänderung an undemontierten Ausgleichgetrieben von außerhalb deren Gehäuse, z. B. durch einfaches Betätigen von Einstellschrauben erfolgen. Dazu bedarf es keines zusätzlichen Bauraumes, und auch das Baugewicht wird nur in unerheblichem Maße verändert. Hiermit gelingt es nun, bei entsprechend ausgerüsteten, selbstsperrenden Ausgleichgetrieben nicht nur Funktionseinschränkungen infolge einer Aufsummierung der Fertigungstoleranzen, die z. B. bei Auswertung eines normalen Probelaufes festgestellt werden, ohne Getriebeöffnung und binnen kürzester Frist bei minimalem Arbeitsaufwand zu beheben, sondern es kann auch im Rahmen üblicher Fahrzeugwartungsdienste eine Kompensation von eventuell eingetretenen Abnutzungen oder Setzerscheinungen bei minimalem Zeit- und Kostenaufwand erfolgen. Wegen der damit erreichbaren, weit größeren Einstellpräzision im Fertigungszustand braucht bei Serienfertigungen der genauen Überwachung der Toleranzen und der Teilepaarungen ebenfalls weniger Aufmerksamkeit gewidmet werden, und die Gefährdung bzw. Beanstandungsquote seitens der Fahrzeugbenutzer kann nachhaltig verringert werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

• - Bei Verwendung einer Verstellvorrichtung, die aus einem in einer Innenbohrung des Differentialbolzens mit Gewinde geführten und gegen unbeabsichtigte Verdrehung sicherbaren Spreizbolzen mit keilförmiger bzw. konischer Spitze besteht, welche an einem in einem Fenster des Differentialbolzens zur Bolzenachse querverschieblichen Gleitstück unter Abstandsveränderung der daran abgestützten jeweiligen Andruckplatte entlangführbar ist, kann eine z. B. bei Bremsnachstelleinrichtungen bewährte Ausgestaltung genutzt werden, die einfach und ohne nennenswerte Festigkeitsminderungen beim Differentialbolzen anwendbar ist.
• - Indem die Verstellvorrichtung auf eine Andruckplatte wirkt, die als bolzenseitiger Lagerring eines dem Federelement vorgeordneten Wälzlagers gestaltet ist und auf einer ebenen Fläche am Differentialbolzen unmittelbar abgestützt ist, wobei das Wälzlager auf seinem Innendurchmesser von einem in einer Mittenbohrung einer Federzentrierungshülse hineinreichenden bolzenabgewandten Achsstummel der Andruckplatte zentriert ist und die Federzentrierungshülse bis in eine Innenbohrung des Abtriebskegelrades hineinreicht, ergibt sich eine gute Zentrierung von Lager, Federelement, Abtriebskegelrad und Schrägflächeneinrichtung gegenüber dem Reibflächenpaket und können Hub- und Schubbewegungen der Achswelle zuverlässig aufgenommen werden.
• - Werden anstelle der vom Spreizbolzen auf die Lagerplatte wirkenden Gleitstücke Wälzkörper bzw. Kugeln verwendet, so können die Vorteile von deren Präzision, Werkstoffgüte und Preiswürdigkeit günstig mitgenutzt werden.
• - Wird von jeder Stirnseite des Differentialbolzens ein separater Spreizbolzen eingesetzt, dessen konischem Ende ein knapp oberhalb der Drehachse geführtes Gleitstück zugeordnet ist, das mittenversetzt zum Gleitstück des gegenüberliegenden Spreizbolzens angeordnet ist, so lassen sich die Andruckplatten für jede der beiden Achswellen unabhängig voneinander einstellen.

Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombinationen der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Nachfolgend werden die schematischen Zeichnungen, die die Erfindung darstellen, anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert:

Fig. 1 zeigt das Ausgleichgetriebe als Längsdifferential im unmittelbaren Anschluß an ein Getriebegehäuse mit je einem in den Differentialbolzen eingeführten Spreizbolzen für jede von dessen Stirnseiten, der die Feineinstellung der Federvorspannung von außerhalb des Differentialgehäuses her ermöglicht.

Nach Fig. 1 besteht das selbstsperrende Ausgleichgetriebe aus einem z. B. über ein angeflanschtes Tellerrad antreibbaren und weitgehend achs- und rotationssymmetrisch gebauten Differentialkorbgehäuse 1, welches um eine Drehachse 2 bzw. durch an seinen Stirnseiten angebrachte Gehäuselager 3 drehbar geführt ist. Die Drehachse 2 wird rechtwinklig gekreuzt von mindestens einem das Differentialkorbgehäuse 1 in seiner Mitte durchdringenden Differentialbolzen 4. Auf diesem sind in spiegelgleicher Anordnung und gegen die Innenseite des Differentialkorbgehäuses 1 mit einer balligen Rückfront anlaufend je ein Ausgleichskegelrad 5 drehbar angeordnet. Beide kämmen mit je zwei einander auf der Drehachse 2 gegenüberliegenden Abtriebskegeirädern 6, welche mit dem ihnen abtriebsseitig vorgelagerten, jeweiligen bolzenseitigen Ende ihrer zugehörigen, aus dem Differentialkorbgehäuse 1 herausführenden Abtriebswellen 7 eine Drehmitnahmeverbindung in Form einer Schrägflächeneinrichtung 8 mit vorzugsweise als Rollen, Walzen oder Tonnen vorgesehenen Wälzkörpern 9 hat. Letztere sind auf an sich bekannte Art in einer kreisförmigen Rastkurve mit von axial eingelassenen Taschen und tangentialen Anlaufschrägen gebildetem sinusförmigem Querschnitt geführt, welcher sowohl in der Außenstirnseite des zugehörigen Abtriebskegelrades 6 als auch in einer mit der Welle 7 verbundenen Gegenfläche eingearbeitet ist.

Zwischen je einem den Differentialbolzen 4 beidseits in der Drehachse 2 vorgelagerten Drucklager 10 und den ihm zugewandten Innenstirnseiten des Abtriebskegelrades 6 ist jeweils ein Federelement 11 abgestützt, das beispielsweise aus auseinanderspreizenden Tellerfedern sowie eventuell noch hinzugefügten Beilagscheiben besteht. Die Zahl bzw. Dicke der Tellerfedern und Beilagscheiben kann ebenso wie die Baulänge des Drucklagers 10 zwecks Grobeinstellung bedarfsgerechter Federwege und Federkräfte variiert werden. Jedes Drucklager 10 hat auf der dem Federelement 11 zugewandten Seite eine zur Drehachse 2 mittels eines hülsenförmigen Vorsprunges 12A konzentrisch geführte und begrenzt axialbewegliche Andruckscheibe 12. Denselben sind im Beispiel bolzenseitig eigene Wälzkörper 13 z. B. in Form von Rollen, Walzen oder Tonnen vorgelagert, die bolzenseitig jeweils an einer Lagerplatte 14 anlaufen, welche sich gegen an den Differentialbolzen 4 angearbeitete und mit ihm einstückige Anlageflächen 15 anliegen. Die Lagerplatte 14 kann hierzu mit extra harten Laufflächen versehen sein, und die Wälzkörper 13 können durch einen in der Zentralbohrung der Andruckscheibe 12 zentrierten, von der Lagerplatte 14 ausgehenden Achsstummel 28 radial genau geführt werden und somit auch die Lagerkräfte einer pendelnden Achswelle ertragen. Nach Fig. 1 ist die Andruckscheibe 12 mit einem die Federelemente 11 zentrierenden Achsstummel 28 versehen, gegen dessen bolzenseitige Stirnseite in einem Fenster 16 des Differentialbolzens 4 sich jeweils ein im Fenster 16 koaxial geführtes, gehärtetes Gleitstück 17 durch einen Spreizbolzen 18 angepreßt ist. Dieser ist in eine Innenbohrung des Differentialbolzens 4 von dessen Stirnseite her eingeschraubt. Durch weiteres Einschrauben des Spreizbolzens 18 in den Differentialbolzen 4 hinein läßt sich über das Gleitstück 17, die Lagerplatte 14 und die Andruckscheibe 12 der Axialabstand 11A der Andruckscheibe 12 von der Mittenachse des Differentialbolzens 4 unter Vorspannung des Federelementes 11 etwas vergrößern und das Federspiel verringern bzw. auch umgekehrt durch Zurückschrauben des Spreizbolzens 18 vergrößern. Die Lagerplatte 14 zentriert und stützt dabei das innere Drucklager 10. Durch Messen der Einschraubtiefe der Spreizbolzen 18 wird die z. B. durch entsprechend dicke Lagerplatten 14 oder Beilagscheiben grob vorgebbare Vorspannung des Federelementes 11 gegenüber dem Abtriebskegelrad 6 und damit gegenüber der Schrägflächeneinrichtung 8 feststellbar. Die Schrägflächeneinrichtung 8 ist gegen den auf der Abtriebswelle 7 drehfesten, aber begrenzt verschieblichen Wellenflansch 19 abgestützt, dessen äußere, differentialbolzenabgewandte Stirnfront über ein äußeres Drucklager 20 mit etwa gleichem mittlerem Durchmesser wie die Schrägflächeneinrichtung 8 gegen die nur die Abtriebswelle 7 durchlassende Außenwand des Gehäuses 1 unmittelbar, also ohne dazwischenbefindliches Drucklager, axial abgestützt ist. Das äußere Drucklager 20 kann auf einen größeren Durchmesser als der bolzenseitige Teil des Wellenflansches 19 erweitert und ähnlich wie das innere 10 mit radial angeordneten Wälzkörpern 21 und zugeordneten, eventuell gehärteten Laufringen versehen sein, um die Reibungsverluste klein und das Ansprechverhalten günstig zu halten. Der Wellenflansch 19 ist dabei zumindest kurz vor dem Drucklager 20 im Durchmesser so weit vergrößert, daß nur eine geringe Lagerflächenpressung entsteht. Der schlankere Innenbereich des Wellenflansches 19 wird dabei außen durch eine bolzenabgewandte Axialverlängerung 22 der Nabe des Abtriebskegelrades 6 mit engem Spiel umfaßt, die als Lamellenträger ausgebildet ist und Innenlamellen eines koaxialen Reibflächenpaketes 23 trägt, dessen Außenlamellen im Differentialkorbgehäuse 1 gehaltert sind und auch gegen dessen Innenstirnwand eine unmittelbare äußere Anlagefläche 24 der Endlamelle haben.

Die verschiedenen Abmessungen von Schrägflächeneinrichtung 8, Federn 11 und Reibflächenpaket 23 sind vorzugsweise derart miteinander abgestimmt, daß bei nicht aktivierter Schrägflächeneinrichtung 8 die Vorspannung des Federelementes 11 zum sicheren Schließen des Reibflächenpaketes 23 ausreicht, jedoch die Zahneingriffstiefe der Kegelräder 5, 6 noch nicht ungünstig wird und gleichzeitig bei aktivierter Schrägflächeneinrichtung 8 das zugehörige Abtriebskegelrad 6 entweder durch das zugehörige Federelement 11 oder durch einen separaten, z. B. rohrförmigen Distanzhalter 31 zwischen Differentialbolzen 4 und Innenseite des Abtriebskegelrades 6 auf Minimalabstand gehalten wird, wenn die Schrägflächeneinrichtung 8 auf der das Reibflächenpaket 23 reibungsfrei machenden, extremen Abstandsposition ist. Die Wälzkörper 9 der Schrägflächeneinrichtung 8 sind zwischen den beiden zugehörigen Sinuskurven in den Stirnflächen von Abtriebskegelrad 6 und Wellenflansch 19 radial geführt durch entsprechend ihrem Axialhub beabstandete Axialvorsprünge 25, 26 an den Innendurchmessern der einander zugewandten Stirnflächen des radialen Steges des Abtriebskegelrades 6 und des Wellenflansches 19, In diese Innendurchmesser hinein reicht der hülsenförmige Axialvorsprung 12A der Andruckscheibe 12. Ein an der differentialbolzenseitig vorgeordneten Lagerplatte 14 befestigter Achsstummel 28 zentriert nochmals die Andruckscheibe 12 mit nur wenig Radialspiel unter konzentrischer Abstützung der Federn 11 zur Drehachse 2 und innerem Drucklager 10.

Die geschilderte Verstelleinrichtung ist unabhängig von der Bauart der Schrägflächeneinrichtung 8 einsetzbar. Hiermit kann sowohl bei der Montage als auch bei geschlossenem Gehäuse 1 durch einfache Veränderung der Einschraubposition des Spreizbolzens 18 mittels stufenlosen Vorschubs von einer entsprechenden Gegenfläche am Gleitstück 17 die Andruckplatte 12 im Sinne einer Vorspannungsänderung verschoben werden.

Die Selbstsperrfunktion des selbstsperrenden Ausgleichgetriebes entspricht im wesentlichen derjenigen, die aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt ist. Danach ist die Schrägflächeneinrichtung 8 unter Federdruck bei Drehmomentgleichheit offen, bei Drehmomentunterschieden jedoch so lange belastet, als diese durch das durchrutschende Abtriebskegelrad noch nicht wieder ausgeglichen sind. Durch die geschilderte, in den Differentialbolzen 4 integrierte Verstelleinrichtung kann für solche Ausgleichgetriebe eine genauere, ruckärmere, langlebigere und auch exakter reproduzierbare Arbeitsweise bei einfacher Fertigung ohne längere Wartungsintervalle oder Einstellversuche sichergestellt werden. Die Variation und Arretierung der gewählten Einstellung wird beispieisweise auch mittels eines aus zwei konterbaren Schraubnippeln bestehenden Gewindes mit Verdrehsicherung 30 im äußeren Endbereich des Differentialbolzens 4 erreicht.

Bezugszeichen

 1, 1A, 1B Differentialkorbgehäuse mit Anbauteilen
 2 Drehachse
 3 Gehäuselager
 4 Differentialbolzen
 5 Ausgleichskegelräder
 6 Abtriebskegelräder
 7 Abtriebswellen
 8 Schrägflächeneinrichtung
 9 Wälzkörper von 8
10 Inneres Drucklager an 4
11 Federelement
11A Axialabstand von 12 und 6
12 Andruckscheibe von 10
12A Hülsenförmiger Vorsprung von 12
13 Wälzkörper von 10
14 Lagerplatte
15 Anlageflächen an 4
16 Fenster in 4 für 29
17 Gleitstücke vor 14 in 16
18 Spreizbolzen in 4
19 Wellenflansch
20 Äußeres Drucklager von 19 gegen 1
21 Wälzkörper von 20
22 Nabenverlängerung von 6 für 23
23 Reibflächenpaket
24 Anlagefläche für 23 an 1
25 Axialvorsprung von 6 für 9
26 Axialvorsprung von 19 für 9
27 -
28 Achsstummel an 14
29 Konus bzw. Keil an 18
30 Gewinde mit Drehsicherung an 18
31 Distanzelemente für 11A

Claims (6)

1. Selbstsperrendes Ausgleichgetriebe

• - mit einem von mindestens einem Ausgleichkegelräder (5) führenden Differentialbolzen (4), welcher ein Differentialkorbgehäuse (1) quer zu dessen Drehachse (2) durchdringt,
• - wobei aus dem Gehäuse auf einander gegenüberliegenden Seiten relativ zum Gehäuse drehbar geführte Abtriebswellen (7) herausführen,
• - an deren bolzenzugewandtem Ende ein gegen das Gehäuse (1) über ein äußeres Drucklager (20) abgestützter Wellenflansch (19) drehfest, aber begrenzt verschieblich angeordnet ist,
• - welchem eine mit einem bolzenseitig vorgeordneten Abtriebskegelrad (6) zusammenwirkende axial gerichtete Schrägflächeneinrichtung (8) mit ineinandergreifenden, etwa sinusförmigen Taschen und Anlaufkurven zugeordnet ist,
• - die bei Drehmomentunterschieden der mit je zwei am Differentialbolzen (4) drehenden Ausgleichkegelrädern (5) kämmenden Abtriebskegelräder (6) ein von deren Zahnkräften und von den Federelementen (11) belastetes Reibflächenpaket (23) lüftet,
• - dessen Innenlamellenträger eine axiale Nabenverlängerung (22) des Abtriebskegelrades (6) und dessen Außenlamellenträger ein Innenprofil des Differentialkorbgehäuses (1) ist,
  e

dadurch gekennzeichnet,

• - daß über zentrale Innenbohrungen des Differentialbolzens (4) betätigbare Verstellvorrichtungen (15, 16, 17, 18) für die den Federweg der Federelemente (11) begrenzenden Abstände (11A) derselben zwischen ihrer Anlagefläche (15) und einer entlang der Drehachse (2) verschieblichen Andruckplatte (12) vorgesehen sind.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Verstellvorrichtung aus einem im Differentialbolzen (4) mittels eines Gewindes mit Verdrehsicherung (30) geführten und gegen Lockerung sicherbaren Spreizbolzens (18) mit keilförmiger bzw. konischer Spitze (29) besteht,
• - die an einer dem Konus der Spitze (29) entsprechenden Schrägfläche eines Gleitstückes (17) unter Veränderung des Axialabstandes (11A) der Andruckflächen des Federelementes (11) entlangführbar ist,
• - wobei das Gleitstück (17) durch ein Fenster (16) des Differentialbolzens (4) im Bereich der Drehachse (2) greifend die Innenseite der Andruckplatte (12) belastet.

3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Gleitstück (17) nächstmöglich zur Drehachse (2) angeordnet ist und zunächst gegen eine Lagerplatte (14) drückt,
• - die in einer Ausnehmung auf der Oberfläche des Differentialbolzens (4) radial geführt ist und als bolzenseitiger Lagerring eines zur Drehachse konzentrischen inneren Drucklagers (10) dient,
• - und daß der Lagerplatte (14) ein in eine Zentralbohrung der Andruckplatte (12) mit engem Spiel hineinreichender Achsstummel (28) angeformt ist,
• - wobei ein hülsenförmiger Vorsprung (12A) der Andruckplatte (12), dessen Außendurchmesser zur Innenzentrierung der Federelemente (11) dient, mit engem Spiel in eine Zentralbohrung des Abtriebskegelrades (6) hineinreicht.

4. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitstücke (17) aus Lagerwälzkörpern bzw. Kugeln oder Kugelabschnitten bestehen.

5. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von jeder Stirnseite des Differentialbolzens (4) ein separater Spreizbolzen (18) eingesetzt ist, dessen konische bzw. keilförmige Spitze (29) knapp oberhalb der Drehachse (2) einem mit entsprechendem Konus bzw. Keil versehenen Gleitstück (17) zugeordnet ist.