DE3908091C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein begrenzt sperrbares Stirnraddifferential mit einem zentralen außenverzahnten Sonnenrad, einem dazu koaxialen innenverzahnten Hohlrad und einem relativ zu beiden drehbaren Planetenradträger, an dem sich auf Lagerbolzen gelagerte und in Taschen des Planetenradträgers angeordnete mit dem Sonnenrad und Hohlrad kämmende Planetenräder befinden, deren eine Stirnfläche einschließlich des Zahneingriffes mit dem Sonnenrad durch den Planetenradträger unter Bildung eines Dichtspaltes abgedeckt ist und deren andere Stirnfläche einschließlich der Verzahnung eines der beiden Zentralräder teilweise einen Dichtspalt bildend abgedeckt ist, wobei der freigelassene Bereich als Durchlaß zur Befüllung der Zahnlücken der Verzahnungen ausgebildet ist.

Solche als Planetengetriebe aufgebaute Differentiale, bei denen die Planetenräder mit einem der Zentralräder als Zahnradpumpe zusammenwirken, sind beispielsweise aus der DE-OS 35 42 184 bzw. der US-PS 32 51 244 bekannt. Bei beiden Ausführungen ist die Wirkung anders als bei herkömmlichen Zahnradpumpen, weil keine Zulauf- und Ablaufseite vorgesehen ist, sondern sich das in den Zahnlücken beförderte Öl im Kämmbereich der Zahnräder durch die konstruktiv vorgegebenen Spalte durchquetschen muß. Diese reduzierten Spaltverluste erzeugen eine Sperrwirkung.

Die Sperrwirkung wird also durch die Anordnung und Ausbildung der Spalte beeinflußt. Bei den vorgenannten bekannten Ausführungen steht im allgemeinen die Sperrwirkung bei jeder sich einstellenden Drehzahldifferenz an.

Bei der Verwendung von sperrbaren Differentialen in Kraftfahrzeugen treten jedoch Betriebszustände auf, bei denen sich eine ständig anstehende Sperrwirkung einer bestimmten Größenordnung nachteilig auf das Fahrverhalten des Fahrzeuges auswirken kann. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von sperrbaren Differentialen in Verbindung mit automatischen Blockierverhinderern für die Fahrzeugräder der Fall.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein als Stirnraddifferential ausgebildetes sperrbares Planetengetriebe so weiter auszugestalten, daß die Sperrwirkung regelbar ist und insbesondere die Sperrwirkung von einem maximalen Wert bis zur Aufhebung der Sperrwirkung kontinuierlich verändert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die andere Stirnfläche in einem der beiden Kämmbereiche der Planetenräder mit den Zentralrädern durch einen axial verschiebbaren Abdeckring abdeckbar ist, während der jeweils andere Kämmbereich stets zum Ölraum offen ist.

Von Vorteil bei dieser Ausbildung ist, daß das Sperrmoment steuerbar wird und insbesondere für den Fall, daß das Fahrzeug mit einem Blockierverhinderer versehen ist, ein Aufheben der Sperrfunktion in Abhängigkeit von der Bremsbetätigung ermöglicht wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Planetenradträger geteilt ausgebildet ist, wobei ein Teil als Trägerelement, das Taschen für die Planetenräder aufweist, ausgebildet ist und das andere Teil ein Deckel ist und beide miteinander fest verbunden sind, wobei das Trägerelement zusätzlich eine zentrale Kammer für das Sonnenrad aufweist und daß der Abdeckring auf den Lagerbolzen, auf denen die Planetenräder gelagert sind, verschiebbar aufgenommen ist und die Lagerbolzen in den Taschen durchgreifend im Deckel und Trägerelement beidendig gelagert sind.

Die verschließbare Kammer zum Aufbau des Druckes wird durch die den Planetenradträger bildenden Bauteile dargestellt. In einfacher Weise können die zur Lagerung der Planetenräder erforderlichen Lagerbolzen gleichzeitig auch zur Verbindung der Bauteile miteinander genutzt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Kämmbereich der Planetenräder mit dem Sonnenrad von den dem Abdeckring zugeordneten Ansätzen abdeckbar ist, wobei die Ansätze dem Querschnitt der Taschen angepaßt sind und im Kämmbereich der Planetenräder mit dem Hohlrad einen Durchlaß zum Ölraum aufweisen.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß der Kämmbereich der Planetenräder mit dem Hohlrad von den dem Abdeckring zugeordneten Ansätzen abdeckbar ist, wobei die Ansätze dem Querschnitt der Taschen angepaßt sind und im Kämmbereich der Planetenräder mit dem Sonnenrad einen Durchlaß zum Ölraum aufweisen.

Der Abdeckring kann mit seinen Ansätzen durch Verschieben auf den Lagerbolzen in eine angenäherte oder entfernte Position zu den abzudeckenden Kämmbereichen gebracht werden, wobei sich die Quetschspalten verändern. Bei einer stärkeren Annäherung und damit geringem Öffnungsquerschnitt ergibt sich ein höheres Sperrmoment. Bei in entfernter Position befindlichem Abdeckring ergeben sich größere Öffnungsquerschnitte, wodurch das Sperrmoment, das erzeugt werden kann, gegen Null reduziert wird.

Es ist denkbar, die Abdeckung entweder in den Kämmbereich der Verzahnungen des Hohlrades mit den Planetenrädern, also dem radial äußeren Bereich, oder in den Kämmbereich der Verzahnung des Sonnenrades mit den Planetenrädern, also im radial inneren Bereich, vorzusehen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Spalt zwischen dem Abdeckring und dem abzudeckenden Kämmbereich durch Axialverstellung über ein Regelorgan einstellbar ist. Dazu wird vorgeschlagen, daß der Abdeckring eine Nut für den Eingriff einer Schaltgabel, die vom Regelorgan beaufschlagbar ist, aufweist.

Aus EP 02 98 397 A2 ist eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug bekannt, welche u. a. ein Achsausgleichsgetriebe und ein Zwischenachsausgleichsgetriebe vorsieht, wobei dem Zwischenachsausgleichsgetriebe eine Getriebesperre mit einer Reibungskupplung zugeordnet ist. Die Getriebesperre ist mittels einer Steuereinheit hinsichtlich ihres Sperrgrades steuerbar, wobei die Steuereinheit unter Berücksichtigung der Getriebeübersetzung, Ausgleichsgetriebeübersetzung und der Reifengröße sowie der auftretenden Radlaufdrehzahlen ein Steuersignal ermittelt.

Als bevorzugte Anwendung wird ferner die Anordnung im Antriebsstrang zwischen den antreibenden Achsen eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen. Durch Veränderung der Sperrwirkung läßt sich die Aufteilung der Antriebsmomente zwischen den beiden Achsen und damit zwischen den Vorder- und Hinterrädern erzielen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Stirnraddifferential,

Fig. 2 einen Schnitt A-A gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt entsprechend Fig. 1 bezüglich einer alternativen Ausführungsform,

Fig. 4 ein Antriebsschema bezüglich eines frontangetriebenen Kraftfahrzeuges und

Fig. 5 ein Antriebsschema für ein vierradgetriebenes Kraftfahrzeug.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform eines Stirnraddifferentiales 1, das ein mit seiner Welle 5 im Gehäuse 4 gelagertes Sonnenrad 2, den über die Trägerwelle 8 gelagerten Planetenradträger 7, das koaxial zur Achse X-X der Sonnenradwelle 5 gelagerte Hohlrad 3 und umfangsverteilt angeordnete Planetenräder 6 aufweist. Im vorliegenden Beispiel dient vorzugsweise die Sonnenradwelle 5 als Antriebswelle und das Hohlrad 3 als Abtrieb.

Das Sonnenrad 2 weist eine Stirnverzahnung 2a auf, mit der die verzahnten Abschnitte 6a der Planetenräder 6 kämmen. Die Planetenräder 6 sind mit ihren verzahnten Abschnitten 6a mit dem innenverzahnten Abschnitt 3a des Hohlrades 3 in Eingriff. Der Innenraum 4a des Gehäuses 4 ist mit Öl gefüllt, welches zum Aufbau eines Sperrmomentes dient. Der Planetenradträger 7 ist geteilt ausgebildet. Er besteht aus einem Trägerelement 9, welches einen auf der Sonnenradwelle 5 gelagerten Abschnitt und einen Vorsprung 12 umfaßt. Im Bereich des Vorsprunges 12 wird eine Kammer 14 gebildet, in der das Sonnenrad 2 aufgenommen ist. Gleichzeitig besitzt der Bereich des Vorsprunges 12 umfangsverteilt angeordnete Taschen 11, in welchen die Planetenräder 6 angeordnet sind. Im Bereich der Taschen 11 befinden sich in einem Teil der Stirnfläche 17 des Sonnenrades 2 überdeckende Vorsprünge 15, die quasi eine in die Taschen 11 hineinragende Verlängerung darstellen. Von einem Deckel 10 wird die andere Stirnfläche 18 der Planetenräder 6 und des Sonnenrades 2 abgedeckt. Der Deckel 10 stützt sich an der Stirnfläche des Vorsprunges 12 ab. Trägerelement 9 und Deckel 10 sind über Lagerbolzen 13 zusammengehalten. Die Lagerbolzen 13 sind jeweils im Bereich der Taschen 11 angeordnet. Sie sind durch eine Bohrung 20 im Deckel 10, die als Durchgangsbohrung gestaltet ist, hindurchgesteckt. Auf ihrem Schaft sind die Planetenräder 6 jeweils mit Lagerbohrungen 24 aufgenommen und gelagert. Das andere Ende der Lagerbolzen 13 ist aus der Bohrung 21 des Trägerelementes 9 herausgeführt und über einen Sicherungsring gesichert. Die Umfangsflächen der Planetenräder 6 im Bereich der verzahnten Abschnitte 3a sind mit einem geringen Spalt gegenüber der Innenfläche 11a der Taschen 11 angeordnet. Zu den Stirnflächen 17 und 18 ergeben sich ebenfalls geringe Spalte. Ein Abdeckring 16 hat Ansätze 22, die in etwa die Form der Taschen 11 aufweisen und welche über Bohrungen 26 auf den Lagerbolzen 13 axial beweglich in der Ausnehmung 15 angeordnet sind. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein Durchlaßquerschnitt 19 vorgesehen, der als Spalt im Kämmbereich der verzahnten Abschnitte 3a und 6a von Hohlrad 3 und Planetenrädern 6 angeordnet ist. Der Durchlaßquerschnitt 19 ist als Zulauf gedacht, über den Öl aus dem Innenraum 4a des Gehäuses 4 in den Bereich zwischen die Zähne gelangen kann. Da kein Auslaß vorgesehen ist, wird durch die sich drehenden Planetenräder 6 bei Eintreten eines Drehzahlunterschiedes zwischen dem Hohlrad 3 und dem Sonnenrad 2 durch die Pumpwirkung Öl durch die Spalte hindurchgequetscht.

Bei der in Fig. 1, 3 dargestellten Position des Abdeckringes 16 und der Ansätze 22 an den Stirnflächen 17 gegenüber wird ein großer Bereich abgedichtet, so daß sich hohe Quetschverluste bei einer Relativbewegung der Zahnräder ergeben. Entsprechend wird ein hohes Sperrmoment aufgebaut. Soll sich das Differential 1 wie ein normales offenes Differential verhalten, also eine Relativbewegung zulassen, ohne ein Moment aufzubauen, kann der Abdeckring 16 nach links aus der Anlage seiner Ansätze 22 von den abzudeckenden Stirnflächenbereichen 17 wegbewegt werden, so daß sich der Durchlaßquerschnitt 19 vergrößert. Hierdurch wird ein praktisch freies Umpumpen erlaubt. Das in den Förderbereich der verzahnten Abschnitte 3a, 6a gelangende Öl kann also, ohne daß ein Druckaufbau erfolgt, wieder aus diesen Bereichen herausgelangen.

Zur Betätigung des Abdeckringes 16 ist dieser mit einer Ringnut 23 versehen, in welche eine Schaltgabel 25 eingreift, die aus dem Gehäuse 4 herausgeführt ist. Durch Betätigung der Schaltgabel 25 kann der Abdeckring 16 je nach dem gewünschten Arbeitsmodus in eine der Stirnfläche 17 angenäherte oder davon entfernte Position bewegt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Durchlaßquerschnitt 19 dem Bereich der verzahnten Abschnitte 2a und 6a von Sonnenrad 2 und Planetenrädern 6 zugeordnet. Er ist also auf einem kleineren Radius zum Getriebezentrum angebracht. Dies hat den Vorteil, daß die Quetschspalte vor allen Dingen im Bereich des größeren Radius, nämlich dem kämmenden Bereich zwischen den verzahnten Abschnitten 3a des Hohlrades 3 und 6a der Planetenräder 6 liegen. Hierdurch wird ein höheres Bremsmoment erzielt.

Durch die Ausbildung des Stirnraddifferentials 1 als eine Art Zahnradpumpe, bei der jedoch die Flüssigkeit zur Erzielung einer Verlustleistung durch Spalte gepreßt wird, soll mit steigender Differenzdrehzahl zwischen der treibenden Welle, beispielsweise der Sonnenradwelle 5 und dem Hohlrad 3 die Ausgleichsfunktion, die der Planetenradträger 7 übernimmt, gebremst werden, um ein Moment auf die langsamer laufende Welle oder stillstehende Welle zu übertragen.

In den Fig. 4 und 5 sind Anwendungsbeispiele für ein solches Stirnraddifferential 1 dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist ein vorderradangetriebenes Kraftfahrzeug 27 erkennbar. Die beiden Vorderräder 28 werden vom Motor 30 über das Hauptgetriebe 31, das Vorderachsdifferential 32 und vordere Seitenwellen 33 angetrieben. Die beiden Hinterräder 34 sind nicht angetrieben.

Das Vorderachsdifferential 32 kann entsprechend dem Stirnraddifferential 1 gemäß den Zeichnungsfiguren 1 bis 3 ausgebildet sein. Dabei wird beispielsweise das Hohlrad 3 über das Hauptgetriebe 31 vom Motor 30 angetrieben. Das eine der beiden Vorderräder 28 kann dabei über eine der vorderen Seitenwellen 33 mit der zum Sonnenrad 2 gehörenden Sonnenradwelle 5 verbunden sein, während das andere Vorderrad 28 über die andere Seitenwelle 33 mit der mit dem Planetenradträger 7 verbundenen Trägerwelle 8 drehmomentmäßig verbunden sein kann. Zur Bewegung des Abdeckringes 16 bezüglich der Stirnfläche 17 und damit dessen Verschiebung in eine angenäherte Position zur Erzielung eines kleinen Durchlaßquerschnittes oder in eine entfernte Position zur Erzielung eines größeren Durchlaßquerschnittes ist eine Steuerung vorgesehen, die abhängig von der Bremsbetätigung einen Schaltimpuls auslöst. Das Bremssystem mit den Bremsen 29, die den Rädern 28, 34 zugeordnet sind, umfaßt eine Kontrolleinheit 35, die mit der Steuereinheit 36 für das Vorderachsdifferential 32 in Verbindung steht. Bei Betätigung der Bremsen 29 wird ein Impuls von der Kontrolleinheit 35 ausgelöst, welcher die Steuereinheit 36 veranlaßt, den Abdeckring 16 in eine zur Stirnfläche 17 entfernte Position zu bewegen, um eine Überführung des Stirnraddifferentials in eine offene Arbeitsweise zu überführen. Im Normalfall, d. h. wenn die Bremsen 29 nicht betätigt werden, befindet sich der Abdeckring 16 in der angenäherten Position. Für den Fall, daß an einem der beiden Vorderräder 28 ein Haftbeiwert zum Boden wirksam ist, der geringer ist, als der des anderen Vorderrades 28, so würde das mit dem höheren Haftbeiwert stillstehen und das andere auf dem glatteren Untergrund durchdrehen. Das Fahrzeug 27 könnte sich also nicht bewegen. Aufgrund des Durchdrehens eines Rades 28 ergibt sich eine Relativbewegung zwischen dem Planetenradträger 7 und dem Sonnenrad 2 und damit gegenüber dem Hohlrad 3. Hierdurch erfolgt eine Förderung von Öl in den verzahnten Abschnitten 2a, 3a und 6a, wodurch ein Bremsmoment aufgebaut wird, welches bewirkt, daß das stillstehende Vorderrad in Bewegung gesetzt wird.

Würde dieser Zustand bei einer hohen Geschwindigkeit des Fahrzeuges 27 auftreten, so könnte dies zum Ausbrechen des Fahrzeuges 27 führen, und zwar insbesondere, wenn die Betriebsbremse 29 betätigt wird. Aus diesem Grunde sorgen die Kontrolleinheit 35 und die Steuereinheit 36 dafür, daß sich bei Betätigung der Bremsen 29 das Vorderachsdifferential 32 wie ein offenes Differential verhält, indem der Abdeckring 16 in eine Position überführt wird, bei der ein Druckaufbau durch das geförderte Öl verhindert wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 handelt es sich um ein vierradgetriebenes Fahrzeug, bei dem ein zusätzliches Stirnraddifferential entsprechend einer Ausbildung nach den Fig. 1 bis 3 in dem Antriebsstrang zwischen der Vorderachse und der Hinterachse, d. h. zwischen den Vorderrädern 28 und den Hinterrädern 34, eingeschaltet ist. Dieses Zwischenachsdifferential ist mit 37 bezeichnet und wird vom Vorderachsdifferential 32 mit angetrieben und es treibt selbst über die Längswelle 38 das Hinterachsdifferential 39 und über hintere Seitenwellen 40 die beiden Hinterräder 34. Es ist ebenfalls eine Steuerung in Form der Kontrolleinheiten 35 und 36 vorgesehen, welche zusätzlich zu der Steuerung der Sperrung des Vorderachsdifferentiales 32 eine Steuerung des Zwischenachsdifferentiales 37 und ggfs. des Hinterachsdifferentiales 39 bewirken.

Bezugszeichenliste

 1 Stirnraddifferential
 2 Sonnenrad
 2a Verzahnung des Sonnenrades
 3 Hohlrad
 3a verzahnter Abschnitt des Hohlrades
 4 Gehäuse
 4a Ölraum
 5 Sonnenradwelle
 6 Planetenräder
 6a verzahnte Abschnitte der Planetenräder
 7 Planetenradträger
 8 Trägerwelle
 9 Trägerelement
10 Deckel
11 Tasche
11a Innenfläche der Tasche
12 Vorsprung
13 Lagerbolzen
14 Kammer
15 Vorsprung
16 Abdeckring
17, 18 Stirnflächen
19 Durchlaß
20 Durchgangsbohrung im Deckel
21 Bohrung im Trägerelement
22 Ansätze
23 Nut im Abdeckring
24 Lagerbohrung im Planetenrad
25 Schaltgabel
26 Lagerbohrung
27 Fahrzeug
28 Vorderräder
29 Bremsen
30 Motor
31 Hauptgetriebe
32 Vorderachsdifferential
33 vordere Seitenwellen
34 Hinterräder
35 Kontrolleinheit für Bremsen
36 Steuereinheit für Differential
37 Zwischenachsdifferential
38 Längswelle
39 Hinterachsdifferential
40 hintere Seitenwellen

Claims (7)

1. Begrenzt sperrbares Stirnraddifferential mit einem zentralen außenverzahnten Sonnenrad (2), einem dazu koaxialen innenverzahnten Hohlrad (3) und einem relativ zu beiden drehbaren Planetenradträger (7), an dem sich auf Lagerbolzen gelagerte und in Taschen des Planetenradträgers (7) angeordnete mit dem Sonnenrad (2) und Hohlrad (3) kämmende Planetenräder (6) befinden, deren eine Stirnfläche (18) einschließlich des Zahneingriffes mit dem Sonnenrad (2) durch den Planetenradträger (7) unter Bildung eines Dichtspaltes abgedeckt ist und deren andere Stirnfläche (17) einschließlich der Verzahnung eines der beiden Zentralräder (2, 3) teilweise einen Dichtspalt bildend abgedeckt ist, wobei der freigelassene Bereich als Durchlaß zur Befüllung der Zahnlücken der Verzahnungen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Stirnfläche (17) in einem der beiden Kämmbereiche der Planetenräder (6) mit den Zentralrädern (2, 3) durch einen axial verschiebbaren Abdeckring (16) abdeckbar ist, während der jeweils andere Kämmbereich stets zum Ölraum (4a) offen ist.

2. Stirnraddifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenradträger (7) geteilt ausgebildet ist, wobei ein Teil als Trägerelement (9), das Taschen (11) für die Planetenräder (6) aufweist, ausgebildet ist und das andere Teil ein Deckel (10) ist und beide miteinander fest verbunden sind, wobei das Trägerelement (9) zusätzlich eine zentrale Kammer (14) für das Sonnenrad (2) aufweist und daß der Abdeckring (16) auf den Lagerbolzen (13), auf denen die Planetenräder (6) gelagert sind, verschiebbar aufgenommen ist und die Lagerbolzen (13) in den Taschen (11) durchgreifend im Deckel (10) und Trägerelement (9) beidendig gelagert sind.

3. Stirnraddifferential nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kämmbereich der Planetenräder (6) mit dem Sonnenrad (2) von den dem Abdeckring (16) zugeordneten Ansätzen (22) abdeckbar ist, wobei die Ansätze (22) dem Querschnitt der Taschen (11) angepaßt sind und im Kämmbereich der Planetenräder (6) mit dem Hohlrad (3) einen Durchlaß (19) zum Ölraum (4a) aufweisen.

4. Stirnraddifferential nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kämmbereich der Planetenräder (6) mit dem Hohlrad (3) von den dem Abdeckring (16) zugeordneten Ansätzen (22) abdeckbar ist, wobei die Ansätze (22) dem Querschnitt der Taschen (11) angepaßt sind und im Kämmbereich der Planetenräder (6) mit dem Sonnenrad (2) einen Durchlaß (19) zum Ölraum (4a) aufweisen.

5. Stirnraddifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen dem Abdeckring (16) und dem abzudeckenden Kämmbereich durch Axialverstellung über ein Regelorgan einstellbar ist.

6. Stirnraddifferential nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdeckring (16) eine Nut (23) für den Eingriff einer Schaltgabel (25), die vom Regelorgan beaufschlagbar ist, aufweist.

7. Stirnraddifferential nach einem oder mehreren der vorhandenen Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anordnung im Antriebsstrang zwischen den angetriebenen Achsen eines Kraftfahrzeuges (27).