DE4242294C2 - Differential - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Differential der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Ein Differential der vorstehend genannten Art ist aus DE 17 63 679 U bekannt, bei dem eine Mehrzahl von Planetenrädern zwischen einer Position verschiebbar ist, in welcher die Planetenräder mit beiden Ausgangs- Zahnrädern in Kämmeingriff sind, und einer Position verschiebbar ist, in welcher die Planetenräder nur mit einem der Ausgangs-Zahnräder kämmen. Somit ist jedes der Planetenräder in jeder Position mit wenigstens einem Ausgangs-Zahnrad in Kämmeingriff, und es ist daher eine ständige Antriebs­ verbindung mit dem Differential vorhanden, so daß ein entsprechender Kraftstoffverbrauch und entsprechender Verschleiß in Kauf zu nehmen ist.

Differentiale sind allgemein bekannt und werden häufig im Antriebssystem vieler Fahrzeuge eingesetzt. Das Differential ist gewöhnlich zwischen einer Eingangs-Antriebswelle (gewöhnlich einer Antriebswelle eines Fahrzeug­ motors) und einem Paar getriebener Ausgangswellen angeordnet (gewöhnlich einem Paar Achswellen, die mit den Fahrzeugrädern verbunden sind). Das Differential verteilt das Drehmoment von der Eingangswelle gleichmäßig auf die beiden Ausgangswellen, wobei es ermöglicht, daß die Ausgangswellen unter bestimmten Bedingungen sich mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen. Als Folge hiervon wird das Drehmoment auf beide Räder des Fahrzeuges übertragen wenn es eine Kurve fährt, wobei das äußere Rand sich schneller drehen kann als das innere Rand.

Differentiale werden gewöhnlich in vierradgetriebenen Systemen verwendet, bei denen ein Differentialgehäuse das Drehmoment von dem Fahrzeugmotor aufteilt zwischen einem primären Radpaar und einem sekundären Radpaar. In diesen Systemen ist ein Differential für jedes der beiden Paare von Rädern vorgesehen. Beim Vierradantrieb wird das Drehmoment vom Differentialge­ häuse über das primäre und das sekundäre Differential zum primären und sekundären Radpaar übertragen in der oben beschriebenen Weise. Vierradantriebssystem dieses allgemeinen Typs werden häufig in gelände­ gängigen Fahrzeugen verwendet, da alle vier Räder angetrieben werden, um das Fahrzeug auf Flächen mit niedriger Traktion anzutreiben. Einige Vierradantriebssysteme sehen einen Mechanismus vor, um die Antriebsver­ bindung zwischen dem Übertragungsgehäuse und dem zweiten Differential zu unterbrechen, so daß das zweite Räderpaar vom Motor nicht angetrieben wird. Diese Teilzeit-Vierradantriebssysteme sind vorteilhaft, weil ein Vierradantrieb unerwünscht ist, wenn das Fahrzeug sich auf Straße oder anderen Oberflächen mit hoher Traktion befindet. In diesen Situationen ist der Vierradantrieb vom Standpunkt des Brennstoffverbrauches ineffizient und verursacht einen unnötigen Verschleiß. Durch Verwendung eines Differential­ gehäuses mit einem Mechanismus zum Trennen der Antriebsverbindung zwischen dem Differentialgehäuse und dem zweiten Differential kann das Fahrzeug wirksam sowohl auf Straßen wie im Gelände betrieben werden.

Nachteilig ist jedoch, daß selbst dann, wenn die Antriebsverbindung zwischen dem Differentialgehäuse und dem zweiten Differential unterbrochen ist, das zweite Radpaar die Teile des zweiten Differentiales in Gegenrichtung antreibt.

Diese Gegenantriebswirkung ist unerwünscht aus den gleichen Gründen wie oben beschrieben wurde. Es ist nun bekannt, mittels einer mechanischen Einrichtung im zweiten Differential die Antriebsverbindung zwischen einigen oder allen Komponenten des Differentiales mit dem zweiten Radpaar zu unterbrechen. Als Folge hiervon kann das zweite Radpaar frei rotieren und erzeugt keinen oder nur geringen Zug auf den Fahrzeugmotor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Überwindung der zuvor geschilderten Schwierigkeiten ein Differential der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, welches ein Betreiben eines Fahrzeugs mit günstigeren Kraftstoffverbrauchswerten und verschleißarm gestattet.

Nach der Erfindung wird hierzu ein Differential mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 bereitgestellt, welches die Merkmale nach dem Kennzeichen des Anspruches 1 aufweist.

Bei dem erfindungsgemäßen Differential ist eine zweite Mehrzahl von Plane­ tenrädern vorgesehen, welche jeweils mit einem zweiten Ausgangs-Zahnrad kämmen können, und die zwischen einer eingerückten Position und einer ausgerückten Position verschiebbar sind. Wenn die zweiten Planetenräder in der ausgerückten Position sind, können sich die ersten und zweiten Ausgangs-Zahnräder frei relativ zum Differentialgehäuse drehen. Durch diese freie Drehbewegung der Ausgangs-Zahnräder in der ausgerückten Position erhält man einen günstigeren Kraftstoffverbrauch beim Fahrzeug, und der Verschleiß an den Fahrzeugreifen läßt sich reduzieren.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 12 wiedergegeben.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von bevorzugten Ausführungs­ formen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Differentials mit einer Verschiebeeinrichtung längs der Schnittlinie 1-1 in Fig. 2, wobei das Differential in eingerückter Position dargestellt ist,

Fig. 2 eine Schnittansicht des Differentials längs der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine Fig. 1 ähnliche Schnittansicht eines Differentials, welches in ausgerückter Position dargestellt ist,

Fig. 4 eine Schnittansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines Differentials mit einer Verschiebeeinrichtung in eingerück­ ter Position, und

Fig. 5 eine Fig. 4 ähnliche Schnittansicht des Differentials in ausge­ rückter Position.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine erste Ausführungsform eines Differentials 10 nach der Erfindung. Das Differential 10 umfaßt ein Gehäuse, das aus einer linken und einer rechten Gehäusehälfte 11 und 12 gebildet ist. Eine Mehrzahl von axial ausgerichteten Öffnungen 11a und 12a sind durch die Gehäusehälf­ ten 11 und 12 entsprechend ausgebildet. Die Öffnungen 11a und 12a sind vorgesehen zur Aufnahme von nicht gezeigten Schrauben oder Gewindebol­ zen, um die beiden Gehäusehälften 11 und 12 miteinander in bekannter Weise zu verbinden. Die Öffnungen 11a und 12a erlauben es ferner, einen nicht gezeigten üblichen Zahnring am Gehäuse des Differentials 10 anzubringen. Wie bekannt, arbeitet der Zahnring mit einem nicht gezeigten Ritzel zusammen, das am Ende einer Antriebswelle befestigt ist, um das Differentialgehäuse um eine Achse zu drehen.

Ein linkes und ein rechts Stirnrad 15 und 16 ist vorgesehen im Gehäuse des Differen­ tiales 10. Die Stirnräder 15 und 16 haben Innenverzahnungen 15a und 16a, damit sie mit entsprechenden nicht gezeigten Achswellen verbunden werden können. Die Achswellen erstrecken sich vom Differential 10 nach außen zu entsprechenden Rädern, die hierdurch angetrieben werden. Die Stirnräder 15 und 16 haben ferner eine Außenverzahnung 15b und 16b. Der Zweck der Zähne 15b und 16b wird im Detail nachfolgend erläutert.

Wie am besten Fig. 2 zeigt, ist eine erste Mehrzahl von Planetenrädern 20 im Differential 10 vorgesehen. In der dargestellten Ausführungsform sind vier solcher ersten Planetenräder 20 vorgesehen, von denen jedes eine Mehrzahl von äußeren Zähnen 20a aufweist. Die Zähne 20a von jedem ersten Planetenrad 20 kämmen mit den Zähnen 16a des rechten Stirnrades 16. Die ersten Planetenräder 20 sind zur Drehung auf entsprechenden Wellen 21 in der linken und rechten Gehäusehälfte 11 und 12 drehbar gelagert. Die Wellen 21 sind mit Preßsitz oder anderweitig in den Gehäusehälften 11 und 12 gehalten, um eine relative axiale Bewegung zu verhindern. Die ersten Planetenräder 20 sind an einer axialen Bewegung relativ zu den Wellen 21 durch die inneren Oberflächen der Gehäusehälften 11 und 12 gehindert.

In gleicher Weise ist eine zweite Mehrzahl von Planetenrädern 22 im Differential 10 vorgesehen. In der dargestellten Ausführungsform sind vier solcher zweiten Planeten­ räder vorgesehen, von denen jedes eine Mehrzahl von äußeren Zähnen 22a besitzt. Die Zähne 22a von jedem der ersten Planetenräder 22 kämmen mit den Zähnen 15a des linken Stirnrades 15. Die zweiten Planetenräder 22 sind zur Drehung auf ent­ sprechenden Wellen 23 montiert. Die zweiten Planetenräder 22 sind an einer Axialbe­ wegung nach links relativ zu den Wellen 23 gehindert durch an ihnen angeformte Schultern 23a mit vergrößertem Durchmesser. Erste Schubringe 23b sind um die Wellen 23 zwischen den linken Enden der zweiten Planetenräder 22 und den Schul­ tern 23a angeordnet. In gleicher Weise werden die zweiten Planetenräder an einer Axialbewegung nach rechts relativ zu den Wellen 23 durch Schnappringe 24 gehin­ dert, die mit den Wellen 23 verbunden sind. Zweite Schubringe 24a sind um die Wellen 23 angeordnet zwischen den rechten Enden der zweiten Planetenräder 22 und den Schnappringen 24.

Anders als die Wellen 21, welche die ersten Planetenräder 20 tragen, sind jedoch die Wellen 23, welche die zweiten Planetenräder 22 tragen, axial beweglich relativ zum Gehäuse des Differentiales 10. Wie die Fig. 1 und 3 zeigen, sind die Wellen 23 für eine axiale Bewegung in entsprechenden fluchtenden axialen Bohrungen 25 und 26 gelagert, die in den Gehäusehälften 11 und 12 entsprechend ausgebildet sind. Ein ringförmiger Kanal 27 ist im Ende der linken Gehäusehälfte 11 ausgebildet, der mit jeder der Bohrungen 25 in Verbindung steht. Der Zweck dieses ringförmigen Kanals 27 wird nachfolgend erläutert. Die Bohrungen 26 durch die zweiten Gehäusehälfte 12 sind mit axial verlaufenden Nuten 26a ausgerüstet. Keile 28, die an den Enden der Wellen 23 vorgesehen sind, wirken mit den Nuten 26a zusammen, um eine Drehung der Wellen 23 relativ zu den Gehäusehälften 11 und 12 zu verhindern, während sie eine relative axiale Bewegung zwischen einer ersten Position (der eingerückten Position nach Fig. 1) und einer zweiten Position (der ausgerückten Position nach Fig. 3) erlauben.

Wenn die Wellen 23 sich in der eingerückten Position befinden, sind die zweiten Planetenräder 22 allgemein axial ausgerichtet mit den ersten Planetenrädern 30. Die zweiten Planetenräder 22 kämmen daher mit den ersten Planetenrädern 20 in Paaren (siehe Fig. 2). Als Folge hiervon bewirkt eine Drehung des Gehäuses des Differentia­ les 10 eine Drehung der Stirnräder 15 und 16 in bekannter Weise. Jedoch wenn die Wellen 23 sich in der ausgerückten Position befinden, sind die zweiten Planetenräder 22 axial versetzt gegen die ersten Planetenräder 20. Daher kämmen die zweiten Planetenräder 22 nicht mit den ersten Planetenrädern 20. Als Folge hiervon bewirkt eine Drehung des Gehäuses des Differentiales 10 keine Drehung der Stirnräder 15 und 16. Die Stirnräder 15 und 16 (und die ersten und zweiten Planetenräder 20 und 22 die mit ihnen in Eingriff sind) können daher frei relativ zum Gehäuse des Differen­ tiales 10 rotieren.

Es sind Mittel vorgesehen, um die Wellen 23 (und damit die zweiten Planetenräder 22, die auf ihnen sitzen) zwischen der eingerückten und der ausgerückten Position zu verschieben. In der in den Fig. 1 und 3 dargestellten Ausführungsform ist ein ringförmiger Kolben 30 an den Enden von jeder der Wellen 23 mittels einer Mehrzahl von Gewindebolzen 31 befestigt, von denen nur einer dargestellt ist. Eine axiale Bewegung des Kolbens 30 bewirkt somit eine gleichzeitige axiale Bewegung von jeder der Wellen 23 und der auf ihnen montierten zweiten Planetenräder 22. Der Kolben 30 ist in dem ringförmigen Kanal 27 angeordnet, der im Ende der linken Gehäusehälfte 11 ausgebildet ist. Dichtungen 32 und 33 sind an der inneren und äußeren Umfangsfläche des Kolbens 30 vorgesehen, zum Eingriff mit den entspre­ chenden Oberflächen des ringförmigen Kanales 27 in luftdichter Weise.

Eine Mehrzahl von Sacklochbohrungen 35 (von denen nur eine dargestellt ist) ist in der ersten Gehäusehälfte 11 ausgebildet, die sich axial nach rechts vom ringförmigen Kanal 27 aus erstrecken. Innerhalb jeder der Sacklochbohrungen 35 ist eine Feder 36 angeordnet. Die Federn 36 wirken axial gegen den Kolben 30 und drücken ihn nach links in die ausgerückte Position nach Fig. 3. Demzufolge werden auch die Wellen 23 und die zweiten Planetenräder 22 in Richtung zur ausgerückten Position gedrückt.

Ein Adapterring 40 ist um das linke Ende der linken Gehäusehälfte 11 montiert mittels einem Paar von luftdichten Dichtungen 41 und 42. Der Adapterring 40 und die Dichtungen 41 und 42 sind an der linken Gehäusehälfte 11 mittels eines Halterin­ ges 43 gehalten, der dort aufgepreßt ist. Der Adapterring 40, die Dichtungen 41 und 42 und die äußere Oberfläche der linken Gehäusehälfte 11 bilden eine ringförmige Kammer 45. Eine Mehrzahl von radialen Kanälen 46 (von denen nur einer dargestellt ist) bildet eine Verbindung zwischen der ringförmigen Kammer 45 und dem inneren Teil des ringförmigen Kanales 27 (d. h. dem Abschnitt des ringförmigen Kanales 27, der rechts vom Kolben 30 und den Dichtungen 32 und 33 liegt). Ein konventioneller pneumatischer Fitting 47 ist mit dem Adapterring 40 verbunden um eine selektive Verbindung zwischen der ringförmigen Kammer 45 und einer konventionellen Vaku­ umquelle (nicht gezeigt) zu schaffen, vorzugsweise eine Vakuum, das vom Motor des Fahrzeuges erzeugt wird.

Wie oben erwähnt, drücken die Federn 36 den Kolben 30, die Wellen 23 und die zweiten Planetenräder 22 nach links in die ausgerückte Position nach Fig. 3. Wenn der Fitting 47 an die Vakuumquelle angeschlossen ist, wird die Luft, die in der ringförmigen Kammer 45, den radialen Kanälen 46 und dem inneren Abschnitt des ringför­ migen Kanales 27 enthalten ist, evakuiert. Als Folge hiervon wird eine Druckdifferenz über dem Kolben 30 erzeugt. Diese Druckdifferenz übt eine Kraft auf den Kolben 30 aus und drückt ihn nach rechts gegen die Kraft der Federn 36. Die Federn 36 werden so gewählt, daß die von ihnen ausgeübte Kraft kleiner ist als die durch die Druckdif­ ferenz erzeugte Kraft. Demzufolge werden der Kolben 30, die Wellen 23 und die zweiten Planetenräder 22 nach rechts in die eingerückte Position nach Fig. 1 bewegt.

Wenn der Kolben 30 zurück in die ausgerückte Position nach Fig. 3 verschoben werden soll, wird einfach der Fitting 47 zur Atmosphäre entlüftet. Diese Entlüftung beseitigt die Druckdifferenz, die durch das Vakuum über dem Kolben 30 erzeugt worden ist. Die Federn 36 können daher den Kolben 30 zurück in die ausgerückte Position nach Fig. 3 verschieben. Jede bekannte Schaltvorrichtung kann verwendet werden, um den Fitting 47 mit der Vakuumquelle zu verbinden oder um ihn zur Atmosphäre zu entlüften.

In den Fig. 4 und 5 ist eine zweite Ausführungsform eines Differentiales 50 nach der Erfindung dargestellt. Die meisten Komponenten des Differentiales 50 sind gleich denjenigen des Differentiales 10, das oben beschrieben wurde und gleiche Bezugs­ zeichen werden für gleiche Teile verwendet. Anders als das oben beschriebene Differential 10 verwendet das Differential 50 kein Vakuum, um die Wellen 23 und die zweiten Planetenräder 22 zwischen der eingerückten und der ausgerückten Position zu verschieben. Stattdessen sind die Enden der Wellen 23 an einen ringförmigen Bund 51 angeschlossen, der außerhalb der linken Gehäusehälfte 11 des Differentiales 50 liegt. Diese Verbindung kann erfolgen mit Hilfe einer Mehrzahl von quer ver­ laufenden Stiften 52 (von denen nur einer gezeigt ist), die in fluchtende Bohrungen im Bund 51 und in den Wellen 23 eingepreßt sind.

Der Bund 51 hat eine Umfangsnut 51a, welche eine konventionelle nicht gezeigte Schaltgabel aufnehmen kann. Die Schaltgabel ist an ein koventionelles mechanisches Gestänge angeschlossen, das manuell betätigbar ist, und nach rechts und links axial bewegt werden kann. Eine solche axiale Bewegung bewirkt eine entsprechende Bewegung der Wellen 23 und der zweiten Planetenräder 22. Das Differential 50 arbeitet somit ebenfalls sowie in eingerückter als auch in ausgerückter Art und Weise, wie sie oben beschrieben wurde.

Claims (12)

1. Differential mit einem Gehäuse (11, 12), das um eine Achse drehbar ist, ersten und zweiten Ausgangs-Zahnrädern (15, 16), die im Gehäuse (11, 12) relativ zu diesem drehbar angeordnet und jeweils mit einer Ausgangswelle verbindbar sind, und einer ersten Mehrzahl von Planetenrädern (20), die in dem Gehäuse (11, 12) relativ zu diesen drehbar angeordnet sind, und jeweils mit dem ersten Ausgangs- Zahnrad (16) kämmen,
gekennzeichnet durch eine zweite Mehrzahl von Planetenrä­ dern (22), die in dem Gehäuse (11, 12) relativ zu diesem drehbar angeordnet sind, und jeweils mit dem zweiten Ausgangs-Zahnrad (15) kämmen, und
eine Einrichtung (27, 30, 47; 51) zum Verschieben der zweiten Planetenräder (22) zwischen einer eingerückten Position, in welcher jedes der zweiten Planetenräder (22) mit einem entsprechenden ersten Planetenrad (20) kämmt, und einer ausgerückten Position, in der keines der zweiten Planetenräder (22) mit den ersten Planetenrädern (20) kämmt.

2. Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten Planetenräder (20) drehbar auf einer ersten Welle (21) angeordnet ist, die im Gehäuse (11, 12) gehalten ist, und daß die ersten Wellen (21) axial unbeweglich relativ zum Gehäuse (11, 12) sind.

3. Differential nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der zweiten Planetenräder (22) drehbar auf einer zweiten Welle (23) angeordnet ist, die im Gehäuse (11, 12) gehalten ist, und daß die zweiten Wellen (23) axial beweglich relativ zu dem Gehäuse (11, 12) zwischen der eingerückten und der ausgerückten Position sind.

4. Differential nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (30, 51) zum Verschieben der zweiten Planetenräder (22) einen ringförmigen Kanal (27) umfassen, der im Gehäuse (11, 12) ausgebildet ist, ferner einen ringförmigen Kolben (30), der in dem ringförmigen Kanal (27) angeordnet ist und jeder der zweiten Wellen (23) zur Bewegung mit diesen verbunden ist, und durch Mittel (47) zum Erzeugen einer Druckdifferenz über dem Kolben (30), um diesen, die zweiten Wellen (23) und die zweiten Planetenräder (22) zwischen der eingerückten und der ausgerückten Position zu verschieben.

5. Differential nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen einer Druckdifferenz eine Einrichtung (47) aufweisen zum Evakuieren eines Teils der ringförmigen Kammer (27).

6. Differential nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Evakuieren eines Teiles des ringförmigen Kanales (72) ein ringförmiges Element (40) aufweist, das um das Gehäuse (11, 12) angeordnet ist und eine ringförmige Kammer (45) bildet, ferner eine Einrichtung (46), um eine Verbindung zwischen der ringförmigen Kammer (45) und dem ringförmigen Kanal (27) zu schaffen und eine Einrichtung zum Verbinden der ringförmigen Kammer (45) mit einer Vakuumquelle.

7. Differential nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Kammer (45) sich konzentrisch um den ringförmigen Kanal (27) erstreckt und daß die Einrichtung zum Schaffen einer Verbindung eine Mehrzahl von Kanälen (46) aufweist, die sich radial zwischen der ringförmigen Kammer (45) und dem ringförmigen Kanal (27) er­ strecken.

8. Differential nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Einrichtungen (36), um die Planetenräder (20, 22) in die ausgerückte Position zu drücken.

9. Differential nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Verschieben der Planetenräder (20, 22) eine Federeinrichtung (36) umfaßt, die gegen den Kolben (30) wirkt, um diesen, die zweiten Wellen(23) und die zweiten Planetenräder (22) in Richtung zur ausgerückten Position zu drücken.

10. Differential nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung eine Mehrzahl von Sacklochbohrungen (35) umfaßt, die im Gehäuse (11, 12) ausgebildet sind und daß eine Feder (36) in jeder dieser Sachlockbohrungen (35) angeordnet ist und diese Federn (36) den Kolben (30) beaufschlagen.

11. Differential nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Verschieben der zweiten Planetenräder (22) einen ringförmigen Bund (51) aufweisen, der außerhalb des Gehäuses (11, 12) angeordnet ist und mit jeder der zweiten Wellen (23) zur Bewegung mit diesen verbunden ist, und daß Mittel vorgesehen sind, um diesen Bund (51) zu verschieben, um die zweiten Wellen (23) und die zweiten Planetenräder (22) zwischen der eingerückten und der ausgerückten Position zu verschieben.

12. Differential nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Bund (51) mit einer Umfangsnut (51a) versehen ist zur Aufnahme einer Schaltgabel.