DE4224547A1 - Planeten-differentialgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Planeten-Differentialgetriebe insbesondere für schwere Kraftfahrzeuge. Insbesondere betrifft die Erfindung Sperr-Differentiale für Achs­ wellen.

Die meisten Planeten-Differentialgetriebe insbesondere in Schwerlastwagen werden in Reduziergetrieben verwendet, z. B. Übertragungsgehäusen. Es ist aber keineswegs üblich, Planeten-Differentiale für Achsen zu verwenden, wo das Drehmoment auf einer Basis von 50 zu 50 aufgeteilt wird. Die hinteren Antriebsachsen beinahe sämtlicher Schwerlastwagen haben daher Differentiale mit Kegelrädern, ähnlich denjenigen wie sie bei Personenkraftwagen verwendet werden.

Werden jedoch Planeten-Differentiale für die hinteren Antriebsachsen von Lastwagen verwendet, so haben diese typischerweise eine elektromagnetisch betätigte begrenz­ te Schlupf-Funktion unter Verwendung von Reibscheiben. In manchen Fällen können die Reibscheiben selektiv angeregt werden, um die koaxialen Wellen fest miteinander zu koppeln, wodurch bei Bedarf eine Differentialwirkung vermieden wird, wenn z. B. das Fahrzeug über schlüpfrige Straßen fährt, beispielsweise bei schlechten Wetterbe­ dingungen.

Ein Hauptnachteil jedoch liegt darin, daß die Reibscheiben unter der häufigen elek­ tromagnetischen Betätigung während ihres Betriebslebens verschleißen. Wenn ein solcher Verschleiß auftritt, kann der Fahrer die Fahrzeugachsen nicht mehr voll­ ständig fest miteinander koppeln, oder mit anderen Worten, die Differentialsperre funktioniert nicht mehr vollständig. Vorzuziehen ist daher ein System für die Differen­ tialsperrung, das nicht von Reibscheiben abhängt, die verschleißen und so ihre Wirksamkeit verlieren.

Das Planeten-Differential nach der vorliegenden Erfindung schafft eine positive oder zwangsweise Differentialsperre, die nicht von Reibscheiben oder Reibplatten abhängt. Vorzugsweise eignet sich das Differential zum Antrieb eines Paares von koaxialen Fahrzeugachsen und es umfaßt ein drehbares Gehäuse mit einem inneren an diesem befestigten Zahnring. Mit dem Zahnring laufen Sätze von Planeten-Ritzeln um, wobei ein Ritzel jedes Paares in Eingriff mit dem Zahnring ist. Jedes Paar von Ritzeln wird von einem Planeten-Träger getragen und das andere dieses Paares ist ein Eingriff mit einem Sonnenrad, das koaxial zu und radial im Zentrum des Zahnringes angeordnet ist. Der Planeten-Träger ist auf eine der Achsen aufgekeilt, während das Sonnenrad auf die andere Achse aufgekeilt ist. Ein Arretier-Ring ist selektiv auf den Planeten- Träger aufgekeilt, wobei dieser Arretier-Ring axial auf dem Sonnenrad verschiebbar und geführt ist. Ein Schalthebel ist mit dem Arretier-Ring gekoppelt zur Wechselwir­ kung mit einer Schaltgabel außerhalb des Differentialgehäuses. Der Arretier-Ring wird vom Fahrer axial verschoben aus einer ersten voll gesperrten oder eingerückten Stellung des Differentiales in eine zweite freie oder ausgerückte Stellung, in welcher der Arretier-Ring vollständig vom Planeten-Träger ausgerückt ist.

Der Arretier-Ring ist als einteiliges Element ausgebildet mit einem zentralen Ringkör­ per mit inneren und äußeren diametralen Abschnitten, einem ersten Kupplungs­ abschnitt, der sich axial von einem der diametralen Abschnitten des Ringes aus erstreckt, sowie einem zweiten Kupplungsabschnitt, der sich in umgekehrter Rich­ tung vom zweiten diametralen Abschnitt des Ringes aus erstreckt. Der erste Kupp­ lungsabschnitt des Arretier-Ringes hat ferner einen ringförmigen Kragen im Abstand von dem Ring, der mechanisch gekoppelt werden kann zur axialen Verschiebung des Arretier-Ringes in Richtung auf die ausgerückte Position.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch einen Fahrzeug-Antriebszug zeigt, der mit einem Plane­ ten-Sperrdifferential nach der Erfindung versehen ist.

Fig. 2 zeigt im Schnitt ein Planeten-Sperrdifferentialgetriebe nach der Erfindung.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Stirnansicht von Paaren von Planetenrädern, wie sie bei dem Differentialgetriebe nach der Erfindung verwendet werden.

Fig. 4 zeigt eine Stirnansicht eines Planeten-Trägers, der in dem Sperrdifferential nach der Erfindung verwendet wird.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt des Planeten-Trägers längs der Linie 5-5 von Fig. 4.

Fig. 6 zeigt eine Stirnansicht eines Schalthebels für das erfindungsgemäße Differential.

Fig. 7 zeigt in Seitenansicht den Schalthebel nach Fig. 6.

Fig. 8 zeigt in Stirnansicht einen inneren Schalt-Flansch bestehend aus einem Paar von U-förmigen Platten.

Fig. 9 zeigt den inneren Schalt-Flansch in Seitenansicht.

Fig. 1 zeigt einen Getriebezug oder Antriebszug 10 für einen Schwerlastwagen mit einem Motor 12, einem an diesem angeflanschten Getriebe 14 und einer durch das Getriebe angetriebenen drehbaren Antriebswelle 16. Wie Fig. 2 zeigt, umfaßt die Antriebswelle ein Kegelrad 18 zum Eingriff mit einem kegelförmigen Zahnring 24, der fest an einem Planeten-Differential 30 angebracht ist. Der Antriebszug nach Fig. 1 umfaßt Sätze von getriebenen Rädern 20 auf einem Paar Antriebsachsen 22, 23.

Das Differential 30 ist in Fig. 2 im Querschnitt detailliert dargestellt. Der Zahnring 24 ist fest mit einem Flansch 25 des Differentialgehäuses 26 verbunden. Die Achsen 22, 23 (Fig. 1) sind an ihren inneren Enden 21 (in Fig. 2 gestrichelt dargestellt) z. B. mit einer Keilverzahnung versehen, die sich entsprechend in eine innere Keilver­ zahnung des Sonnenrades 28 und in eine innere Keilverzahnung der Planeten-Träger­ nabe 32 hineinerstrecken. Das Sonnenrad 28 und die Nabe 32 können sich relativ zueinander im Differentialgehäuse 26 drehen, wie an sich bekannt.

Wie die Fig. 3, 4 und 5 zeigen, ist die Planeten-Trägernabe 32 ein integraler Teil eines Planeten-Trägers 33, der einen integralen Nabenflansch 34 aufweist. Der Flansch 34 trägt eine Mehrzahl von Trägerwellen 36 (Fig. 2), welche Sätze oder Paare 38, 39 (Fig. 3) von Planeten-Ritzeln abstützen zur Drehung zwischen dem Sonnenrad 28 und einem Planeten-Zahnring 42, der fest mit dem Gehäuse 26 ver­ bunden ist. Die Trägerwellen 36 sind auch an ihren Enden entgegengesetzt zum Flansch 34 abgestützt über eine Kopplungseinrichtung 40 (Fig. 2, 4 und 5). Die Kopplungseinrichtung 40 ist integral am Nabenflansch 34 angebracht mittels einer Mehrzahl von axial verlaufenden Streben 44 (Fig. 3, 4 und 5), die zwischen den Paaren von Planeten-Ritzeln 38, 39 verlaufen.

Das Differential 30 kann arretiert oder gesperrt werden, um zu gewährleisten, daß die Achsen 22, 23 zusammen rotieren. Zu diesem Zweck ist ein Arretier-Ring 50 (Fig. 2) geführt und axial beweglich längs des Sonnenrades 28 für selektiven Eingriff mit der außenverzahnten Kopplungseinrichtung 40. Der Arretier-Ring umfaßt einen axial verlaufenden radial äußeren Abschnitt 52, der innenverzahnt ist sowie einen innenverzahnten radial inneren Abschnitt 54, der auf das Sonnenrad 28 aufge­ keilt ist und in ständigem gleitenden Eingriff mit diesem verbleibt. Der Arretier-Ring hat einen zentralen Körper, der durch einen radial verlaufenden Ring 53 gebildet ist, welcher jeden der Teile 52 und 54 in radial beabstandeter, umgekehrt ausgerichteter Position bezüglich einander abstützt.

Wie die Fig. 6 und 7 zeigen, ist eine Schalteinrichtung 60 vorgesehen, die einen inneren Schalt-Flansch 80 aufweist zum Eingriff mit einer äußeren radialen Nut 78 (Fig. 2) im inneren Abschnitt 54 des Arretier-Ringes 50. Die Nut 78 wird begrenzt durch einen Bund 79. Der Bund erleichtert die axiale Verschiebung des Sperr-Ringes 50 zwischen eingerückter und ausgerückter Position. Wie Fig. 7 zeigt, erfordert die richtige Anordnung des Bundes 79 einen Freiraum, d. h. eine Nut oder eine Aus­ nehmung 88 zwischen dem Flansch 80 und den Verschiebeteilen 68 der Schalt­ einrichtung 60. Wie die Fig. 8 und 9 zeigen, ist der innere Schalt-Flansch 80 gebildet aus einem Paar U-förmiger, bzw. halbringförmiger Platten 82, 84 zur Erleich­ terung des Einbaus der radial inneren Abschnitte 86 der Platten in die Nut 78 des vorzugsweise einstückigen ringförmigen Arretier-Ringes 50.

Die Platten 82, 84, die den Flansch 80 bilden, sind fest an einem Bügel 70 (Fig. 7) angebracht, der außerhalb des Gehäuses 26 liegt, jedoch axial relativ zu diesem beweglich ist. Zu diesem Zweck ist eine Mehrzahl von langgestreckten Wellenstutzen 64 vorgesehen, die flache Montageköpfe 90 haben, welche sich in und durch abge­ schrägte Öffnungen 92 in den Platten 82 und 84 erstrecken. Die Wellenstutzen 64 sind mit einem Gewinde 66 versehen und mittels Muttern 71 an dem äußeren Schalt­ bügel 70 befestigt. Jeder Wellenstutzen 64 hat einen Gleit-Abschnitt 68 mit ver­ größertem Durchmesser und jeder Abschnitt 68 verläuft durch eine Bohrung 62 (Fig. 2) in eine Stirnwand 56 des Gehäuses 26.

Der Schaltbügel 70 hat ein Paar beabstandeter Flansche 72, 74, die radial von einem integralen zentralen Ringkörper 73 aus verlaufen (Fig. 5). Die beabstandeten Flan­ sche 72, 74 bilden einen ringförmigen Kanal 76 zur Aufnahme einer extern betätigten Schaltgabel (nicht gezeigt), um axial die Schalteinrichtung 60 zu verschieben, um selektiv den Arretier-Ring zwischen eingerückter und ausgerückter Position "A" und "B" zu schalten (Fig. 2).

Wahlweise kann das Planeten-Sperrdifferential 30 durch ein Federsystem 100 (Fig. 2) in normalerweise offene oder ausgerückte Position vorgespannt sein. Das Federsy­ stem, hier als eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Schraubenfedern dargestellt, ist zwischen der Gehäusestirnwand 56 und dem Flansch 72 des Schalt­ bügels 70 eingebaut. Anstelle der Schraubenfedern können alternativ beispielsweise auch Tellerfedern oder Wellenringe verwendet werden.

Claims (10)

1. Planeten-Differentialgetriebe zum Antrieb eines Paares koaxialer Achsen, mit einem drehbaren Gehäuse, einem inneren an diesem befestigten Zahnring, einer Mehrzahl von Planeten-Ritzel-Paaren, wobei ein Ritzel jedes Paares in Eingriff mit dem Zahnring steht, ferner mit einem Planeten-Träger, der die Ritzel-Paare trägt, einem Sonnenrad, das auf eine der Achsen aufgekeilt ist, während der Planeten-Träger auf die andere Achse aufgekeilt ist, wobei das andere Ritzel jedes Ritzel-Paares in Eingriff mit dem Sonnenrad steht, gekenn­ zeichnet durch einen axial beweglichen Sperr-Ring mit einem ersten Kupp­ lungsabschnitt, der auf das Sonnenrad aufgekeilt und in kontinuierlichem Eingriff mit diesem steht, daß ferner der Sperr-Ring einen zweiten Kupplungs­ abschnitt hat zum selektiven Eingriff mit dem Planeten-Träger, und daß der zweite Kupplungsabschnitt einen radialen Abstand vom ersten Kupplungs­ abschnitt hat, ferner durch eine Schalt-Einrichtung, die mit dem Sperr-Ring gekoppelt ist zur axialen Verschiebung des Sperr-Ringes aus einer ersten voll gesperrten Stellung des Differentiales, in welcher der zweite Kupplungsab­ schnitt des Sperr-Ringes in Eingriff mit dem Planeten-Träger steht, in eine zweite, nicht gesperrte Stellung des Differentiales, in welcher der zweite Kupplungsabschnitt vollständig vom Planeten-Träger ausgerückt ist.

2. Planeten-Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperr-Ring einen zentralen Körper aufweist, der einen radial verlaufenden Ring mit inneren und äußeren diametralen Abschnitten besitzt, daß ferner einer von jedem der ersten und zweiten radial beabstandeten Kupplungs­ abschnitte fest angeordnet ist relativ zu einem der inneren und äußeren diametralen Abschnitte, und daß jeder Kupplungsabschnitt sich axial erstreckt und umgekehrt bezüglich des anderen ausgerichtet ist.

3. Planeten-Differentialgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kupplungsabschnitt des Sperr-Ringes einen ringförmigen Bund auf­ weist, der axial beabstandet zu dem radial verlaufenden Ring ist, und daß der Bund in die Schalt-Einrichtung eingreifen kann.

4. Planeten-Differentialgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Planeten-Träger eine Kopplungseinrichtung aufweist, die zum Eingriff mit dem Sperr-Ring aufgekeilt ist und die einen integralen Teil des Planeten- Trägers bildet.

5. Planeten-Differentialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schalt-Einrichtung einen inneren Schalt-Flansch aufweist, daß der erste Kupplungsabschnitt des Sperr-Ringes eine radial äußere Nut zur Aufnahme der Schalteinrichtung aufweist, die durch den radial verlaufenden Ring und den Bund gebildet ist, und daß der innere Schalt- Flansch in diese Nut eingreift.

6. Planeten-Differentialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schalt-Einrichtung einen Schalt-Bügel aufweist, der außerhalb des Differentialgehäuses angeordnet ist, ferner eine Mehrzahl von Wellenstutzen und Muttern, durch welche der innere Schalt-Flansch und der Bügel fest miteinander verbunden sind, zur axialen Verschiebung der Schalt-Einrichtung relativ zum Gehäuse.

7. Planeten-Differentialgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine Stirnwand mit Bohrungen hat, und daß die Wellenstutzen Abschnitte haben, welche in diese Bohrungen in der Gehäusestirnwand ein­ greifen und daß diese Abschnitte integral mit den Wellenstutzen ausgebildet sind.

8. Planeten-Differentialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der innere Schalt-Flansch ein Paar Hälften hat, die durch U-förmige oder halbringförmige Platten gebildet sind, und daß diese Platten den Einbau des inneren Schalt-Flansches in die radiale Nut des Sperr- Ringes erleichtern.

9. Planeten-Differentialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung des Planeten-Trägers fest um die Nabe abgestützt ist mit Hilfe eines radialen Flansches, der sich von der Nabe aus erstreckt und einer Mehrzahl von axial verlaufenden Stre­ ben, die integral mit der Nabe, dem Flansch und der Kopplungseinrichtung des Planeten-Trägers ausgebildet sind.

10. Planeten-Differentialgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Vorspannfeder zwischen der Stirnwand des Gehäuses und dem Schalt-Bügel der Schalt-Einrichtung angeordnet ist, um das Differential in eine offene, ausgerückte Position vorzuspannen.