DE4414435C2 - Selbstsperrendes Ausgleichsgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstsperrendes Ausgleichsgetriebe für Fahrzeu­ ge, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein Ausgleichsgetriebe dieser Art ist aus der DE 37 13 119 C2 bekannt, das mehrere Axialkolbenpumpenpaare aufweist, die bei einer Drehzahldifferenz zwischen einem Planetenträger und dem Getriebegehäuse durch eine Nockenscheibe wechselweise hin- und hergeschoben werden. Dabei wird eine Spreizkraft ausgeübt, die einerseits eine Druckscheibe gegen zwei Lamellenpakete und andererseits den Planetenträger gegen ein drittes Lamellenpaket drückt, so daß es zur gewünschten, die Selbstsper­ rung des Getriebes ergebenden Bremswirkung kommt. Es handelt sich hierbei um einen auf eine gesonderte Ausführung eines Ausgleichsgetriebes angepaßten Sperrmechanismus. Die bekannte Vorrichtung benötigt nicht nur eine relativ hohe Anzahl von Sperrscheibenpaketen, sondern auch Druckkolben mit hoher Druckkraft. Außerdem eignet sich dieses Sperrsystem nur für das in der DE 37 13 119 C2 be­ schriebene spezielle Ausgleichsgetriebe.

In der DE 25 57 152 C2 ist ein Kegelradausgleichsgetriebe mit begrenzter Sperrwir­ kung offenbart, bei welchem die Sperrwirkung unter Verwendung von Lamellen­ reibkupplungen erhalten wird. Diese sind jeweils zwischen einem der Abtriebsräder und dem angetriebenen Gehäuse angeordnet und werden durch das im Ausgleichs­ getriebe selbst bereitgestellte Druckmittel gemäß dem Ausmaß des jeweiligen Schlupfes progressiv eingerückt. Dabei ist mindestens eine Druckpumpe vorgese­ hen, deren Pumpenkolben bei einer Relativdrehung zwischen dem Gehäuse und wenigstens einem der Abtriebsräder angetrieben werden. Des weiteren ist minde­ stens ein ringförmiger Kupplungsbetätigungskolben vorgesehen, welcher in einer ringförmigen Zylinderkammer des Gehäuses axial verschiebbar geführt und mit sei­ nem vorderen Kolbenabschnitt drehfest mit einem der Abtriebsräder verbunden ist. Der Betätigungskolben trägt auf seinem vorderen Kolbenabschnitt eine in Umfangs­ richtung verlaufende Nockenfläche, die mit in radialen Zylinderbohrungen des Ge­ häuses verschiebbaren Pumpenkolben zusammenwirkt. Die ringförmige Zylinder­ kammer steht mit der Förderseite der Druckpumpe in Verbindung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe der eingangs genannten Art mit einem Selbstsperrmechanismus zu entwickeln, der universeller, insbesondere auch für bewährte Ausgleichsgetriebearten anwendbar ist und mit geringen hy­ drostatischen Drücken auskommt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Es ist somit ein erfindungsgemäßes, selbstsperrendes Ausgleichsgetriebe für Fahr­ zeuge gegeben, das mit einem Ausgleichsgehäuse und mit mit Achswellen verbun­ denen Zahnrädern, sowie mit jeweils auf das Ausgleichsgetriebe und einer Achs­ welle wirkenden Sperrscheiben ausgestattet ist, die bei einer Relativbewegung zwi­ schen dem Ausgleichsgehäuse und einer Achswelle von einer nockenbetätigbaren Radialkolbenpumpe zusammengedrückt werden. Die Druckseite der Radialkolben­ pumpe wirkt strömungstechnisch über einen Sammelkolben auf die Sperrscheiben. Die Radialkolbenpumpe besitzt ein mit einer Achswelle fest verbundenes Nockenrad mit einer Vielzahl von Nocken, welche mit kugelförmig ausgebildeten Kolben zu­ sammenwirken. Deren radialgerichtete Zylinder sind mit dem Ausgleichsgehäuse fest verbunden. Die Hübe (H) sind je in eine Ölansaugphase (H₂) und eine Förder­ phase (H₁) aufgeteilt.

Das erfindungsgemäße selbstsperrende Ausgleichsgetriebe besteht somit im we­ sentlichen aus der Radialkolbenpumpe und dem auf die Sperrscheiben wirkenden Sammelkolben. Die Radialkolbenpumpe besteht aus dem koaxial mit einer der Achswellen fest verbundenen Nockenrad und einer Vielzahl von Kolben, deren Kol­ benzylinder mit dem Differentialgehäuse fest verbunden sind. Das Nockenrad kann als ein getrenntes, mit der Achswelle verbundenes Bauteil oder als ein mit der Achs­ welle verbundenes Bauteil, z. B. einem Kegelrad, ausgeführt sein. Das Nockenrad enthält eine Vielzahl von Nocken, die je nach Ausführung der Anzahl von Kolben entsprechen können.

Die Radialkolbenpumpe weist kugelförmig ausgebildete Kolben auf, deren Hübe je in eine Ölansaugphase (H₂) und eine Förderphase (H₁) aufgeteilt sind. So können bei­ spielsweise 1/2 bis 3/4 des Hubes für eine Ölansaugphase und das restliche 1/2 bzw. bis 1/4 für die Förderphase vorgesehen werden.

Diesbezüglich können die Zylinder beispielsweise an mindestens einer Umfangs­ stelle in der Einmündung mit einer Nut ausgebildet sein, durch die das Öl in dem Entlastungshub in den Hubraum eingesaugt werden kann. In der Druckphase wird dann Öl solange aus dem Hubraum durch die Nutstelle entweichen, bis der Äquator der kugelförmigen Kolben die Nutstelle überwindet und den restlichen Hubraum ab­ schließt.

Aus der DE 30 25 282 A1 ist eine Differentialsperre mit einem hydraulisch betätigten Kolben bekannt, der den Hydraulikdruck auf die Sperrscheiben überträgt. Die Druckmittelzufuhr wird über eine Druckregeleinrichtung in Abhängigkeit von der Drehzahl der beiden Achswellen gesteuert. Hierzu sind Sensoren und die Druckre­ geleinrichtung notwendig.

Bei dem erfindungsgemäßen selbstsperrenden Ausgleichsgetriebe handelt es sich dagegen um eine selbststeuernde Einrichtung, bei der die Radialkolbenpumpe so­ wohl die Druckerzeugung als auch die Regelfunktion übernimmt. Sensoren, Rege­ leinrichtungen und Druckmittelförderungsleitungen oder -rohre zu einem externen Druckgerät sind nicht erforderlich.

Gegenüber der Vorrichtung nach der DE 37 13 119 ist darüber hinaus der Vorteil gegeben, daß die Radialkolbenpumpe, unabhängig von der Ausführung des Aus­ gleichsgetriebes, innerhalb oder auch außerhalb des Ausgleichsgehäuses, je nach Anwendung an geeigneter Stelle angeordnet werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß bei der erfindungsgemäßen Ausführung, im Gegensatz zum Stand der Technik, nur ein einziges Sperrscheibenpaket notwendig ist. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist, daß die Übertragung des Pumpendruckes auf einen großflächigen Sam­ melkolben erfolgt, der gleichzeitig als Druckplatte für das Sperrscheibenpaket dient oder auf eine getrennte Druckplatte wirken kann. Beim Stand der Technik dagegen begrenzt sich die Druckfläche auf die kleinen Querschnitte der Kolben. Bei der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung können daher in selbststeuernder Weise ausreichende Brems- bzw. Sperrwirkungen mit geringeren Pumpendrücken ermöglicht werden.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Ausgleichsgetriebes bleiben die Lamellen bzw. Sperrscheiben ohne Vorspannung, so daß der Verschleiß der Sperrscheiben auf ein Minimum reduziert werden kann. Bei Kurvenfahrten wird außerdem vom langsamer laufenden Rad kein Momentenverlust des Antriebsmomentes bewirkt.

Beim Stand der Technik ist darüber hinaus das Kolbenpumpensystem in einem der Sonnenräder des Ausgleichsgetriebes eingebaut. Beim Anmeldungsgegenstand ist die Radialkolbenpumpe dagegen von den das Ausgleichsgetriebe bildenden Bautei­ len unabhängig.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Drucköl aus der Radial­ kolbenpumpe über Membranventile eines dem Sammelkolben zugeordneten Sam­ melzylinders in den Sammelzylinder gedrückt. Der Druck wird dabei vom Sammel­ kolben direkt oder mittelbar über eine Druckplatte auf die lamellenartigen Sperr­ scheiben übertragen, die dabei zusammenpreßt werden und damit eine kraftschlüs­ sige Verbindung zwischen einem Sonnenrad oder Tellerrad bzw. einer Achswelle und dem Differentialgehäuse bewirken.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist dem Fluidsystem des Aus­ gleichsgetriebes wenigstens ein Strombegrenzungsventil und/oder mindestens ein Druckbegrenzungsventil zugeordnet. Dieses verleiht dem Sperrsystem eine selbstre­ gulierende bzw. selbststeuernde Funktionscharakteristik. Das Strombegrenzungs­ ventil steuert den Rückfluß des Druckmediums aus dem Sammelzylinderraum, wäh­ rend das Druckbegrenzungsventil einer Überlastung der Sperrscheiben entgegenwir­ ken soll.

Die Differentialsperre des erfindungsgemäßen Ausgleichsgetriebes ist ortsunabhän­ gig und läßt sich gemäß einer raumsparenden Anordnung innerhalb des Getriebe­ gehäuses so plazieren, daß die Sperrscheiben mit einer Druckplatte auf der einen Seite und die Radialkolbenpumpe und der Sammelkolben auf der anderen Seite der Getrieberäder zu liegen kommen. In diesem Fall ist der Sammelkolben vorzugsweise mittels Stößel, Stegen oder dergleichen mit einer Druckplatte verbunden. Es ist na­ türlich auch möglich, die Radialkolbenpumpe zusammen mit den Sperrscheiben auf derselben Achswelle an­ zuordnen, wobei der Sammelkolben gleichzeitig die Druckplatte bildet.

Die erfindungsgemäße Differentialsperre eignet sich besonders gut für die bekann­ ten und bewährten Ausgleichsgetriebe, die aus zwei Achswellenkegelrädern und mit diesen zusammenwirkenden Ausgleichskegelrädern bestehen. Es ist daher möglich, Getriebe dieser Art mit einer selbststeuernden Sperrung auszurüsten, ohne das Grundkonzept des Getriebes verändern zu müssen.

Das für die Funktion der Differentialsperre vorgesehene Druckölsystem wird vor­ zugsweise durch einen Ölfang mit begrenztem Öldurchlaß vom Ölsumpf des Aus­ gleichsgetriebes getrennt, um eindeutige Druckverhältnisse im Differentialsperrsy­ stem zu gewährleisten. Die begrenzten Öldurchlässe sorgen im Zusammenhang mit der als Pumpe wirkenden Zentrifugalkraft für eine erforderliche Kühlung der Differen­ tialsperre und der angrenzenden Bauteile.

Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 das Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 die Radialkolbenpumpe im Schnitt,

Fig. 3 ein Detail aus Fig. 2 und

Fig. 4 und 5 je einen Ausschnitt aus Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein Ausgleichsgetriebe 10 für zwei Achswellen 11 und 12, bestehend aus einem Ausgleichsgehäuse 13, das mit einem Tellerrad 14 fest verbunden ist, zwei Achswellenkegelrädern 15 und 16, die mit den Achswellen 12 bzw. 11 drehfest ver­ bunden sind und aus Ausgleichskegelrädern 18 und 19 nach konventioneller Art.

Das Ausgleichsgetriebe 10 hat eine selbststeuernde Differentialsperre, bestehend aus lamellenartigen Sperrscheiben 20, die abwechselnd mit dem Ausgleichsgehäuse 13 und einem der Achswellenkegelräder 15 verbunden sind, einer Radialkolben­ pumpe 22 und einem Sammelkolben 24 zur Übertragung der Druckkraft von der Ra­ dialkolbenpumpe 22 auf das Lamellen- bzw. Sperrscheibenpaket 20. Diese Differen­ tialsperre zeichnet sich dadurch aus, daß mit geringen Kolbendrücken, die auf einen großflächigen axialen Sammelkolben 24 wirken, eine relativ hohe Kraft zum Zusam­ menpressen der Sperrscheiben 20 erzeugt wird. Das System ist ferner geeignet, be­ züglich der Anordnung sich an räumliche Möglichkeiten des Ausgleichsgetriebes 10 optimal anzupassen, zumal eine räumliche Zuordnung zwischen der Radialkolben­ pumpe 22 und dem Sperrscheibenpaket 20 nicht notwendig ist.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt der Radialkolbenpumpe 22. Mit der Achswelle 11 ist ein mit Nocken 30 versehenes Nockenrad 16' vorgesehen. Gemäß dem Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 1 ist dieses Nockenrad 16' Bestandteil eines der beiden Achswellenkegelräder 16. Dieses bietet sich bei einem Ausgleichsgetriebe 10 gemäß Fig. 1 an, um Raum zu sparen. Dem mit 16 Nocken 30 ausgebildeten Nockenrad 16' sind ebenso viele kugelförmige Kolben 26 und Druckzylinder 31 zugeordnet. Die Druckzylinder 31 sind mit dem Ausgleichsgehäuse 13 fest verbunden.

Die Differentialsperre arbeitet folgendermaßen. Besteht beispielsweise bei glatter Fahrbahn eine Drehzahldifferenz zwischen den beiden Achswellen 11 und 12, dann verdreht sich das Nockenrad 16' gegenüber den Zylindern 31 der Radialkolbenpum­ pe 22, so daß die kugelförmigen Kolben 26 gegen eine Rückstellfeder 32, Fig. 3, betätigt werden. Die Konfiguration der Nocken 30 bestimmt den Hub H, den der Kol­ ben 26 bestreitet. Dieser Hub H ist durch eine Aussparung 33 an der Einmündung des Zylinders 31 in zwei Funktionsphasen H₁ und H₂ aufgeteilt. Die Aussparung 33 dient dazu, einen Ölansaugkanal 34 zu bilden, wenn nach Beendigung des Druck­ hubes der Kolben 26 von der Rückstellfeder 32 zurückgedrückt wird und der Äquator 35 des Kugelkolbens 26 nach einer ersten Hubphase H₁ den Bereich der Ausspa­ rung 33 erreicht bzw. überschreitet, so daß während der zweiten Hubphase H₂, die als Ansaugphase H₂ bezeichnet werden kann, über den freigegebenen Kanal 34 Öl in den Zylinderraum 36 angesaugt wird.

Fig. 3 zeigt in der gestrichelten Darstellung den entlasteten Kolben 26, der sich im Nockental 37 befindet. Infolge einer Drehzahldifferenz zwischen den beiden Achs­ wellen 11 und 12 ist eine Drehzahldifferenz zwischen dem Nockenrad 16' und den Zylindern 31 der Radialkolbenpumpe 22 bedingt, wodurch der Kolben 26 aus dem Nockental 37 heraus über eine Nocke 30 in den Zylinder 31 gedrückt wird. Dabei wird in der Ansaugphase H₂ nunmehr Öl aus dem Zylinderraum 36 durch den Kanal 34 herausgedrückt. Erst nach Überwindung dieser Hubphase H₂ wird der Zylinder­ raum 36 vom Äquator 35 des Kolbens 26 geschlossen, womit die Förderphase H₁ beginnt, bei der der Öldruck über eine Auslaßöffnung 38 ein Membranventil 23 öff­ net, so daß das Drucköl zum Sammelkolben 24 gelangt, der über Stößel 25 die Druckplatte 21 gegen das mittels einer Feder 50 vorgespannte Sperrscheibenpaket 20 drückt.

Dem Sammeldruckraum 51 des Sammelkolbens 24 ist, wie in Fig. 5 näher gezeigt, ein Strombegrenzungsventil 41 zugeordnet, dessen Steuerkolben 54 über einen Ka­ nal 53 vom Druckmedium aus den Sammeldruckraum 51 gegen eine Feder 52 be­ aufschlagt wird und eine Ausflußöffnung 55 für das Druckmedium steuert. Das aus der Ausflußöffnung 55 entweichende Druckmedium gelangt wieder in das Druckmit­ telsystem 47.

Um eine Überlastung der Sperrscheiben 20 zu vermeiden, ist ein Druckbegren­ zungsventil 40 vorgesehen. Eine Anordnung eines Druckbegrenzungsventils 40 ist in Fig. 4 gezeigt. Der Druckkolben 60 ist strömungstechnisch über einen Kanal 61 mit dem Sammeldruckraum 51 verbunden. Überwindet der Druck des Druckmediums die auf den Druckkolben 60 wirkende Federkraft 62, wird die Verbindung des Ka­ nals 61 mit einer Auslaßöffnung 63 zur Druckentlastung hergestellt.

Sowohl die Auslegung als auch die Anordnung dieser selbststeuernden Differential­ sperre ist flexibel, sie läßt sich ohne weiteres an den jeweiligen Anwendungsfall bzw. an das jeweils gewählte Ausgleichsgetriebesystem anpassen.

Gemäß dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Radial­ kolbenpumpe 22 sechzehn Zylinder 31 bzw. Kolben 26, die insgesamt mit einer För­ dermenge um 100 cm³ pro Umdrehung ausgelegt sind. Dabei ist der Hub H in etwa 1/2 bis 3/4 Ansaugphase H₂ und 1/2 bzw. bis 1/4 Förderphase H₁ aufgeteilt. Bei hö­ heren Drehzahldifferenzen erfolgt ein progressiver Druckaufbau, der durch das Druckbegrenzungsventil 40 auf einen Wert z. B. 160 bar begrenzt werden kann, um die Lamellen bzw. Sperrscheiben 20 nicht zu überlasten. Zur Regulierung und Steue­ rung der Fördermenge sorgt das Strombegrenzungsventil 41.

Die Ölversorgung für die Differentialsperre erfolgt in einem vom allgemeinen Öl­ sumpf 43 des Ausgleichsgetriebes 10 getrennten Bereich. Hierzu ist eine Man­ schette 44 vorgesehen, die um die eine Achswelle 11 angeordnet ist und im oberen Bereich eine Öffnung 45 enthält, durch die Öl vom Bereich des Ölsumpfes 43 des Ausgleichsgetriebes 10 in den Bereich für die Differentialsperre gelangt, der aus ei­ nem von der Manschette 44 umschlossenen Raum 46 und mehreren Kanälen des Druckmittelsystems 47 besteht, durch die das Öl über den Zylinderraum 36 (Fig. 3) zum Sammelkolben 24 und wieder zurück in den von der Manschette 44 umschlos­ sen Raum 46, 47 gelangen kann. Weitere Kanäle 65 (Fig. 1 und 4) sorgen für den Transport des Öles zur Schmierung der Zahnflanken 66 des Räderwerkes 16, 18 (Fig. 1). Die Schmierung des Räderwerkes 16, 18 kann aber auch durch nicht darge­ stellte Öffnungen im Ausgleichsgehäuse 13 erfolgen. In diesem Fall wird das Druckölsystem für die Differentialsperre mittels Dichtungen 67 vom Kanalsystem der weiteren Kanäle 65 des Räderwerkes 16, 18 getrennt.

Der Sammelkolben 24 kann selbstverständlich gleichzeitig die Druckplatte für das Sperrscheibenpaket 20 bilden. Die Radialkolbenpumpe 22 kann beispielsweise zu­ mindest mit dem Sammelkolben 24 eine Baueinheit bilden, die außerhalb des Aus­ gleichsgehäuses 13 angeordnet wird. Es ist denkbar, daß das Sperrscheiben­ paket 20 in die Baueinheit integriert wird. Das heißt, die Radialkolbenpumpe 22 kann je nach Anwendungsfall zweckmäßig angeordnet werden, wobei eine Lage sowohl auf derselben Seite des Lamellenpaktes 20 als auch außerhalb des Ausgleichsge­ häuses 13 möglich ist.

Claims (6)

1. Selbstsperrendes Ausgleichsgetriebe (10) für Fahrzeuge, mit einem Ausgleichs­ gehäuse (13) und mit mit Achswellen (11, 12) verbundenen Zahnrä­ dern (15, 16), sowie mit jeweils auf das Ausgleichsgetriebe (10) und eine Achswelle (11, 12) wirkenden Sperrscheiben (20), die bei einer Relativbewe­ gung zwischen dem Ausgleichsgehäuse (13) und einer Achswelle (11, 12) von einer nockenbetätigbaren Radialkolbenpumpe (22) zusammengedrückt wer­ den, deren Druckseite strömungstechnisch über einen Sammelkolben (24) auf die Sperrscheiben (20) wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialkolben­ pumpe (22) ein mit einer Achswelle (11) fest verbundenes Nockenrad (16) mit einer Vielzahl von Nocken (30) hat, die mit kugelförmig ausgebildeten Kol­ ben (26) zusammenwirken, deren radialgerichtete Zylinder (31) mit dem Aus­ gleichsgehäuse (13) fest verbunden sind und deren Hübe (H) je in eine Ölan­ saugphase (H₂) und eine Förderphase (H₁) aufgeteilt sind.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Drucköl der Ra­ dialkolbenpumpe (22) ein oder mehrere Strombegrenzungs- und/oder Druck­ begrenzungsventile (41 bzw. 40) zugeordnet sind.

3. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radialkolbenpumpe (22) Membranventile (23) zugeordnet sind, durch die das Drucköl zum Sammelkolben (24) gelangt, der mittelbar oder unmittelbar die Sperrscheiben (20) in Abhängigkeit des Öldruckes zusammendrückt.

4. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ausgleichsgetriebe (10) aus zwei Achswellenkegelrädern (15, 16) und mit diesen zusammenwirkenden, mit dem Ausgleichsgehäuse (13) drehbeweglich verbundenen Ausgleichskegelrädern (18, 19) besteht.

5. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sperrscheiben (20) auf der einen Seite, die Radialkolben­ pumpe (22) und der Sammelkolben (24) auf der anderen Seite des Räderwer­ kes (15, 18, 19) des Ausgleichsgehäuses (10) angeordnet sind.

6. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die aus der Radialkolbenpumpe (22) und dem Sammelkol­ ben (24) gebildete, selbststeuernde Differentialsperre (22, 24) außerhalb des Ausgleichsgehäuses (13) angeordnet, gegebenenfalls als eine Baueinheit aus­ gebildet ist.