DE69710693T2

DE69710693T2 - Hydraulisch betätigbares Sperrdifferenzial

Info

Publication number: DE69710693T2
Application number: DE69710693T
Authority: DE
Inventors: Vincent C. Dettore; Donald S. Sowa
Original assignee: Tractech Inc
Current assignee: Tractech Inc
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1997-11-18
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2017-11-19
Also published as: EP0849501A2; CA2219369A1; US5865701A; CA2219369C; EP0849501B1; DE69710693D1; EP0849501A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Ein hydraulisch arbeitendes Sperrdifferential wird offenbart, das einen Durchlaß umfaßt, der zum Zuführen eines Druckfluids in dem Gehäuseeinstellring enthalten ist, um einen Reibstapel zum Verriegeln eines Abtriebszahnrads mit dem Differentialgehäuse zu betreiben.

Kurzbeschreibung des Standes der Technik

Ein Sperrdifferential gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der US-A-3,138,970 bekannt. Es ist ebenfalls aus dem patentierten Stand der Technik bekannt, einen hydraulisch betriebenen Reibstapel vorzusehen, um ein Abtriebszahnrad mit dem Gehäuse eines Differentials mit Schlupfbegrenzung zu kuppeln, was in den Patenten von Seitz et al. mit der Nr. 3,628,399, Mueller mit der Nr. 4,263,824, Ozaki et al. mit der Nr. 4,679,463, Hirota mit der Nr. 5,125,876 und Kobayashi mit der Nr. 5,133,696 neben anderen offenbart ist. Im allgemeinen sind diese Systeme ziemlich komplex und teuer und für einen nachträglichen Einbau in ein vorhandenes Differential-Achsgehäuse eines Kunden ungeeignet. Eine Schwierigkeit bei derartigen Differentialen besteht darin, den innerhalb des Drehantriebs des Differentialgehäuses untergebrachten Reibstapel hydraulisch zu betätigen. Die Erfindung wurde entwickelt, um ein verbessertes Differential zu schaffen, das die oben erwähnten und andere Nachteile von bekannten Differentialanordnungen vermeidet.

Abriß der Erfindung

Demgemäß ist eine Hauptaufgabe der Erfindung, ein verbessertes Sperrdifferential zu schaffen, bei dem das Druckfluid zum Betreiben des innerhalb des Differentialgehäuses untergebrachten Reibstapels über einen Versorgungsdurchlaß zugeführt wird, der in dem Einstell- oder Haltering enthalten ist, der die Lager an einem Ende des Gehäuses in der zugehörigen Abtriebswellenöffnung hält, die in dem Differentialachsgehäuse vorgesehen ist.
Gemäß einer speziellen Aufgabe der Erfindung wird der ringförmige Reibstapel konzentrisch innerhalb der Gehäusekammer zwischen dem Nabenabschnitt eines Abtriebszahnrads und einer zylindrischen Wandfläche der Gehäusekammer angeordnet, und die Einrichtung zum Aktivieren des Reibstapels umfaßt eine hydraulische Stelleinrichtung, die zwischen einem Ende des Reibstapels und einer benachbarten Endwand der Gehäusekammer angeordnet ist, wobei ein Druckfluid der hydraulischen Stelleinrichtung über einen ersten Durchlaß, der in dem Einstell- oder Haltering enthalten ist, einen länglichen zweiten Durchlaß, der in dem zugehörigen Gehäuseendabschnitt enthalten ist, und einen dritten Durchlaß zugeführt wird, der eine kontinuierliche Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Durchlaß während Drehung des Gehäuses relativ zum Achsgehäuse gewährleistet. Der dritte Durchlaß umfaßt eine Umfangsnut, die in dem Außenumfang des Gehäuseendabschnitts enthalten ist, wobei Dichtungen zum Abdichten der Räume zwischen dem Gehäuseendabschnitt und dem Haltering an gegenüberliegenden Seiten der Nut vorgesehen sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Leckagesammelkammern an gegenüberliegenden Seiten der Dichtungen und einen vierten Durchlaß vorzusehen, der in dem Haltering zum Verbinden der Leckagesammelkammern mit einem Sumpf enthalten ist, um dadurch eine Kontaminierung von Öl innerhalb der Achse durch das der hydraulischen Stelleinrichtung zugeführte Hochdruckfluid zu vermeiden.
Die eben erwähnten Aufgaben werden durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Weitere Einzelheiten sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Vorzugsweise ist das Differentialgehäuse geteilt und umfaßt ein Mittelstück und ein Paar Endstücke, wobei das hydraulische Stellglied einen ringförmigen Zylinder umfaßt, der in einer Endwand der Gehäusekammer ausgebildet ist, die von einem Gehäuseendabschnitt getragen ist, wobei der ringförmige Kolben innerhalb der Kammer montiert ist. Der Kolben wirkt mit einer ringförmigen Federplatte zusammen, die mittels einer Keilverzahnung axial verschieblich zum Gehäuse ist, um dadurch die ringförmige Reibstapelanordnung zusammenzudrücken und das zugehörige Abtriebszahnrad mit dem Gehäuse zu kuppeln. Eine Federeinrichtung ist vorgesehen, die normalerweise die Federplatte von der Reibstapelanordnung weg vorspannt, so daß der Reibstapel normalerweise in einem deaktivierten Zustand ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Studium der folgenden Beschreibung der beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:
Fig. 1 eine Längsschnittansicht des verbesserten Sperrdifferentials der Erfindung entlang der Schnittlinie 1-1 in Fig. 2;
Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Schnittlinie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 eine linke Endansicht des Differentials gemäß Fig. 1;
Fig. 4 eine Endansicht des einstellbaren Halterings gemäß Fig. I;
Fig. 5 und 6 Schnittansichten längs der Schnittlinien 5-5 bzw. 6-6 in Fig. 4;
Fig. 7 eine Ansicht des Halterings und der Lippendichtungen in vormontiertem Zustand, wie anfänglich dem Kunden geliefert; und
Fig. 8 eine Schnittansicht eines Details von einer der Lippendichtungen nach Fig. 1.

Detaillierte Beschreibung

Zuerst soll insbesondere auf Fig. 1 Bezug genommen werden. Das Sperrdifferential der Erfindung umfaßt ein Gehäuse 2, das innerhalb eines Differential-Achsgehäuses 4 montiert ist, um ein Paar Abtriebswellen 6 und 8 durch eine Antriebswelle 10 über ein Antriebsritzel 11, ein Tellerrad 12, ein Gehäuse 2, eine Ritzelwelle 14, Ritzel 16 und Abtriebszahnräder 18 und 20 anzutreiben, die mit den Abtriebswellen 6 bzw. 8 über eine Keilverzahnung verbunden sind. Das Gehäuse 2 ist hohl und umfaßt ein Paar rohrförmige Endabschnitte 2a und 2b, die drehbar in gegenüberliegenden Achsöffnungen 22 und 24 im Achsgehäuse von Lagern 26 bzw. 28 unterstützt sind. Gemäß einem kennzeichnenden Merkmal der Erfindung wird das Lager 26 relativ zum Abtriebszahnrad 18 mittels eines ringförmigen, einstellbaren Halterings 30 an Ort und Stelle gehalten, der über ein Gewinde an seinem Außenumfang mit der Achsgehäuseöffnung 22 verschraubt ist, und das andere Lager 28 wird mittels einer herkömmlichen Befestigungsmutter 32 an Ort und Stelle gehalten. Es ist klar, daß, wenn die Befestigungsmutter 32 relativ zum Lager 28 gelockert wird, das Gehäuse durch Verdrehen des einstellbaren Halterings axial verschoben werden kann, um einen genauen Eingriff des Tellerrads 12 mit dem Antriebsritzel 11 zu bewirken, woraufhin die Befestigungsmutter 32 festgezogen wird, um das Gehäuse entgegen einer axialen Verschiebung relativ zum Achsgehäuse 4 starr zu halten.
Das Abtriebszahnrad 18 hat einen rohrförmigen Nabenabschnitt 18a, um den herum eine ringförmige Reibstapelanordnung 36 konzentrisch montiert ist, die einen Stapel von nebeneinander angeordneten Reibplatten und Gegenplatten umfaßt, die mit Keilnuten für eine axiale Verschiebung relativ zu dem Abtriebszahnrad bzw. einem zylindrischen Seitenwandabschnitt der Gehäusekammer versehen sind. Das rechtsseitige Ende der Reibstapelanordnung liegt an einer ringförmigen Stützplatte 40 an, und auf das linksseitige Ende der Anordnung wirkt eine ringförmige Federplatte 42, die undrehbar, jedoch axial verschieblich mit dem Gehäuse keilverzahnt ist. Eine Schraubenfedereinrichtung 44 zwischen der Reibplatte und dem Gehäuse spannt die Federplatte nach links vor, um auf übliche Weise den Reibstapel in einen deaktivierten Zustand zu versetzen, wodurch das Abtriebszahnrad 18 bezüglich dem Gehäuse 2 frei drehen kann. Um die Reibstapelanordnung axial zusammenzudrücken und dadurch das Abtriebszahnrad 18 mit dem Gehäuse 2 zu verriegeln, ist eine hydraulische Stelleinrichtung mit einem ringförmigen Zylinder 46 vorgesehen, der in der Gehäusekammerendwand zur Aufnahme des ringförmigen Kolbens 48 ausgebildet ist, der mit der Federplatte 42 zusammenwirkt. Ein hydraulisches Hochdruckfluid wird von einer Quelle 50 (bei einem Druck von ungefähr 41 bis 48 bar (600 bis 700 psi)) der Arbeitskammer des hydraulischen Stellglieds über ein manuell betreibbares Ventil 52, eine Leitung 53, eine Halteringeinlaßöffnung 54, einen ersten Durchlaß 56, der in dem Haltering enthalten ist, eine Ringnut 58, die in dem Außenumfang des Gehäuseendabschnitts 2a enthalten ist, und einen zweiten Durchlaß 60 zugeführt wird, der sich in Längsrichtung des ersten Gehäuseendabschnitts 2a erstreckt. Wie am besten in den Fig. 5 und 7 dargestellt ist, umfaßt der erste Durchlaß 56 in dem Haltering einen axialen ersten Abschnitt 56a, der sich in Achsrichtung des Rings erstreckt, und einen zweiten Abschnitt 56b, der sich radial nach innen zur Nut 58 erstreckt. Die Ringnut 58 definiert einen dritten Durchlaß, der den ersten Durchlaß 56 mit dem zweiten Durchlaß 60 dauernd verbindet. Geschlitzte Gußeisendichtringe 62 und 64 liefern Dichtungen in dem Raum zwischen dem Gehäuseendabschnitt 2a und dem Innenumfang des Halterings an gegenüberliegenden Seiten der Nut 58, und elastische Lippendichtungen 66 und 68 (wie die Lippendichtungen mit den Nr. 32330 und 31135 der Firma Chicago Rawhide), die in entsprechenden Senkbohrungen im Haltering 30 aufgenommen sind, bilden Leckageauffangkammern 70 bzw. 72, um jegliches ausgetretenes hydraulisches Fluid zurück zu einem Sumpf 76 über einen vierten Durchlaß 78, eine Abgabeöffnung 80 und eine Leitung 81 zurückzuführen. Der vierte Durchlaß 78 umfaßt einen sich in Längsrichtung erstreckenden Durchgangsbohrungsabschnitt 78a, einen radial nach außen gerichteten Abschnitt 78b und einen sich in Längsrichtung erstreckenden Abschnitt 78c, der mit dem Auslaß 80 in Verbindung steht. Wie in Fig. 7 dargestellt ist, sind die fernen Enden der Durchgangsabschnitte 56b und 78b ständig von Stopfen 82 verschlossen, und die Einlaß- und Auslaßöffnung 54 und 80 sind anfänglich aufgrund entfernbarer Schraubstopfen 80 bzw. 86 verschlossen. Das freie Ende der Bohrung 60 neben dem Haltering ist ständig von dem Stopfen 88 verschlossen, wie in Fig. 7 dargestellt ist.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß anfänglich alle vier Einlaß- und Auslaßöffnungen des Halterings durch zwei Sätze entfernbare Stopfen 84 und 86 gemäß Fig. 7 verschlossen sind, worauf, nach Einstellen des Abtriebszahnrades durch geeignete Dreheinstellung des Halterings 30 die geeignetsten Einlaß- und Auslaßstopfen entfernt werden, um den Anschluß der Kunststoff-Hochdruckeinlaß- bzw. -auslaßleitung 53 bzw. 81 zu ermöglichen.
Aus Herstellungsgründen ist das Gehäuse 2 geteilt und umfaßt ein Mittelstück 2c und ein Paar Endstücke, welche die Endabschnitte 2a bzw. 2b enthalten, wobei die Abschnitte miteinander verschraubt sind. Um den Betrieb zu verbessern und die Lebensdauer des Differentials zu erhöhen, sind Druckscheiben 90 und 92 zwischen den Abtriebszahnrädern und den zugehörigen Gehäusekammerwänden vorgesehen.
Gemäß den Vorteilen der Erfindung läßt das verbesserte hydraulische Transfersystem zu, das hydraulische Fluid von außerhalb des ortsfesten Achsgehäuses in das sich drehende Differential einzubringen, um die Reibstapelanordnung zu betätigen. Die Standard-Lippendichtungen werden eingesetzt, um das hydraulische Fluid zurückzuhalten und umzupumpen, ohne das Schmieröl im Achsgehäuse zu kontaminieren. Eine Schmieröffnung 90 kann zwischen dem Gehäusemittelstück und dem ersten Endstück definiert sein, um ein Einführen des Schmieröls aus dem Achsgehäuse in die Reibstapelanordnung zu ermöglichen. Die Verwendung eines Kunststoff-Hochdruckrohrs ermöglicht ein Anschließen der Hydraulikfluidzuführ- und rückführleitungen nach der Tellerradeinstellung ohne Spezialwerkzeuge und ohne Beschränkungen wegen einer Öffnungsposition hinnehmen zu müssen. Das eingebaute Auffangsystem leitet eine Leckage des hydraulischen Fluids von der Drehdichtung zurück in den Sumpf, und die Größe der Öffnung kann für die Steuerung der Sperr-Ansprechzeit verwendet werden. Die verbesserte Konstruktion ermöglicht eine vollständige Sperrung und bewirkt Schlupf unmittelbar vor Bruch der Achswellen aufgrund eines Überlastdrehmoments. Ferner ist die Konstruktion für einen nachträglichen Einbau in ein bereits existierendes Differentialgehäuse mit minimalen Abänderungen geeignet. Schließlich kann diese verbesserte Konstruktion durch Variieren des hydraulischen Drucks zur vollständigen Sperrung oder zum proportionalen Sperren bei einem Differential mit begrenztem Drehmoment eingesetzt werden.

Claims

1. Sperrdifferential zum Antreiben eines Paars axial ausgerichtete Abtriebswellen (6, 8) durch eine Drehantriebswelle (10), wobei das Differential für den Einbau in ein hohles Differential-Achsgehäuse (4) ausgelegt ist, das ein Paar ausgerichtete Abtriebswellenöffnungen aufweist, umfassend;

(a) ein hohles Differentialgehäuse (2), das eine Kammer enthält und ein Paar rohrförmige Endabschnitte (2a, 2b) aufweist, die gegenüberliegende Abtriebswellenöffnungen umfassen, die eine Drehachse des Gehäuses relativ zum Achsgehäuse definieren;

(b) Abstützeinrichtungen zum drehbaren Lagern der Gehäuseendabschnitte in den jeweiligen Abtriebswellenöffnungen (22, 24) des Achsgehäuses, wobei jede Abstützeinrichtung umfaßt:

1) einen ringförmigen Lageraufbau (26, 28), der konzentrisch um den zugehörigen Gehäuseendabschnitt (2a, 2b) angeordnet ist, wobei der Lageraufbau konzentrisch angeordnete, innere und äußere Laufringe und mehrere zwischen den Laufringen angeordnete Lagerteile umfaßt; und

2) eine ortsfeste Halteeinrichtung (30, 32), die zu einer Gewindeverbindung in der zugehörigen Gehäuseabtriebswellenöffnung gestaltet ist, um den Lageraufbau bezüglich eines zugehörigen, ersten Gehäuseendabschnittes zu halten, und einen ortsfesten Haltering (30) umfaßt, der konzentrisch um den ersten Gehäuseendabschnitt angeordnet ist, wobei der Haltering außen mit einem Gewinde zur Verbindung mit dem Differentialgehäuse versehen ist;

(c) ein Paar Abtriebszahnringe (18, 20), die jeweils neben und fluchtend mit den Abtriebswellengehäuseöffnungen angeordnet sind, wobei die Abtriebszahnringe jeweils zu einer konzentrischen, undrehbaren Anbringung an den Abtriebswellen ausgebildet sind;

(d) eine Planetenrad- und Zahnradeinrichtung (14, 16), welche die Abtriebszahnringe (18, 20) zu einer Differentialbewegung relativ zueinander und zum Gehäuse kuppelt; und

(e) eine Einrichtung zum lösbaren Sperren eines ersten Abtriebszahnringes mit dem Gehäuse umfassend:

1) einen ringförmigen Reibstapel (36), der konzentrisch zwischen dem ersten Abtriebszahnring (18) und einem zylindrischen Seitenwandabschnitt der Gehäusekammer angeordnet ist, wobei der Reibstapel mehrere nebeneinander angeordnete, ringförmige Reibplatten und Gegenplatten umfaßt, die zu einer axialen Gleitbewegung relativ zum ersten Abtriebszahnring bzw. zum zylindrischen Seitenwandabschnitt der Gehäusekammer verbunden sind, wobei der Reibstapel normalerweise deaktiviert ist, um eine freie Drehung der Abtriebszahnringe relativ zum Gehäuse zuzulassen; und

2) eine normalerweise deaktivierte, hydraulische Stelleinrichtung, die den Reibstapel aktivieren kann, um den ersten Abtriebszahnring mit dem Gehäuse zu verbinden, wobei die hydraulische Stelleinrichtung umfaßt:

(a) einen ringförmigen, hydraulischen Stellantrieb (46, 48), der in dem Gehäuse konzentrisch um die Drehachse zwischen dem Reibstapel (36) und einer ersten Endwand der Gehäusekammer angeordnet ist; und

(b) eine Einrichtung zum Zuführen eines Druckfluids von einer außerhalb des Gehäuses liegenden Druckfluidquelle (50) zum hydraulischen Stellantrieb (46, 48) umfassend:

1) einen ersten Durchlaß (56), der in dem Haltering (30) enthalten ist;

2) einen zweiten Durchlaß (60), der in dem ersten Gehäuseendabschnitt (2a) enthalten ist und sich längs des ersten Gehäuseendabschnitts (2a) erstreckt; und

3) einen dritten Durchlaß (58) zur kontinuierlichen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Durchlaß (56, 60) während Drehung des Gehäuses relativ zum Haltering, wobei der dritte Durchlaß eine Umfangsnut aufweist, die im Außenumfang des ersten Gehäuseendabschnitts gebildet ist, wobei der erste Durchlaß einen radial nach innen gerichteten Abschnitt aufweist, welcher der Umfangsnut gegenüberliegend endet, und der zweite Durchlaß einen Abschnitt aufweist, der sich von der Umfangsnut in Längsrichtung des ersten Gehäuseendabschnitts zum hydraulischen Stellantrieb erstreckt; und

(f) eine Einrichtung zum Dichten der Umfangsnut gegenüber dem Inneren des Differentialachsgehäuses umfassend:

ein Paar ringförmige Drehdichtungen (62, 64), die jeweils konzentrisch zwischen dem Gehäuseendabschnitt und dem Haltering (30) an gegenüberliegenden Seiten der Umfangsnut angeordnet sind; und

gekennzeichnet durch

eine Lippendichtung, die ein Paar ringförmige Leckageauffangkammern (70, 74) bildet, die konzentrisch zwischen dem Haltering und dem ersten Gehäuseendabschnitt an gegenüberliegenden Seiten der Drehdichtung angeordnet sind, wobei der Haltering (30) einen vierten Durchlaß (78) zum Verbinden der Leckageauffangkammern mit einem Sumpf enthält.

2. Sperrdifferential nach Anspruch 1, bei dem der hydraulische Stellantrieb einen ringförmigen Zylinder (46), der durch eine Ringnut in der ersten Gehäusekammerendwand definiert ist und einen ringförmigen Kolben (48) enthält, der innerhalb des ringförmigen Zylinders enthalten ist, wobei der dritte Durchlaß (58) mit dem ringförmigen Zylinder in Verbindung steht.

3. Sperrdifferential nach Anspruch 2, das eine ringförmige Federplatte (42) zwischen dem Kolben und dem ersten Ende des Reibstapels (36) sowie eine Federeinrichtung (44) umfaßt, welche die Federplatte von dem Reibstapel weg vorspannt, um diesen normalerweise zu deaktivieren.

4. Sperrdifferential nach Anspruch 3, bei dem die Federplatte mit dem Gehäuse undrehbar, jedoch axial verschieblich verkeilt ist.

5. Sperrdifferential nach Anspruch 4, das eine ringförmige Rückenplatte umfaßt, die zwischen dem fernen zweiten Ende des Reibstapels und einer entsprechenden, gegenüberliegenden zweiten Endwand der Gehäusekammer angeordnet ist.

6. Sperrdifferential nach Anspruch 5, bei dem das Gehäuse geteilt ist und ein Mittelstück sowie ein erstes und ein zweites Endstück umfaßt, die den ersten bzw. den zweiten Endabschnitt tragen, wobei die erste bzw. zweite Kammerendwand von dem ersten Endstück bzw. dem Mittelstück getragen werden.

7. Sperrdifferential nach Anspruch 2, bei dem der zylindrische Wandabschnitt der Gehäusekammer eine Ölöffnung für eine Verbindung zwischen der Kammer und dem Inneren des Achsgehäuses aufweist, um eine Schmierung des Reibstapels zu gewährleisten.

8. Sperrdifferential nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse zwischen dem ersten und dem zweiten Endabschnitt einen ringförmigen Flanschabschnitt umfaßt, der zur Verbindung mit einem einem Antriebsritzel auf der Antriebswelle zugeordneten Tellerrad ausgelegt ist, wobei das Haltebauteil relativ zum Achsgehäuse drehbar ist, um das Gehäuse axial relativ zum Achsgehäuse zu verschieben, um dadurch die Position des Tellerrads relativ zum Antriebsritzel einzustellen ist; und wobei eine zweite Halteeinrichtung in Verbindung mit dem zweiten Ende des Gehäuses eine mit einem Außengewinde versehene Befestigungsmutter umfaßt, die mit der zugehörigen Achsgehäuseöffnung verschraubt ist, um dadurch das Gehäuse in einer Position relativ zum Achsgehäuse zu blockieren.