DE4102288A1 - Sperrbares differentialgetriebe fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein sperrbares Differentialgetriebe für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Differentialkorb, der drehbar in einem sich nach innen erstreckenden Lagerelement des das Differentialgetriebe aufnehmenden Achsgehäuses gelagert und axial festgelegt ist, zwei jeweils mit einem Fahrzeugrad drehfest verbundenen Abtriebshalbwellen, die über im Differentialkorb gelagerte, mit drehfest auf den Abtriebshalbwellen sitzenden Abtriebskegelrädern kämmende Differentialkegelräder antreibbar sind, und einer Reibungslamellenkupplung zur willkürlichen Verbindung des Differentialkorbes mit einer der Abtriebshalbwellen, wobei die Reibungslamellenkupplung zwei ineinanderragende Kupplungsteile aufweist, die jeweils eine Vielzahl drehfester Reibungslamellen tragen, welche mittels einer Betätigungsvorrichtung von zwei Druckstücken axial zusammenpreßbar sind, die jeweils an einer Stirnseite des von den Reibungslamellen gebildeten Lamellenpaketes angreifen und über die auftretenden Axialkräfte aufnehmende sowie drehmomentfreie Kopplungsstellen (Lager) abgestützt sind, und die Betätigungsvorrichtung ein Aktionsglied und ein Reaktionsglied aufweist, von denen das Aktionsglied in einem sich nach innen erstreckenden Stützelement des Achsgehäuses axial verschiebbar ist und auf ein ihm zugeordnetes Druckstück einwirkt.

Bei Differentialgetrieben mit den angegebenen Merkmalen ist darauf zu achten, daß die Kegelrollenlager des Differentialkorbes nicht durch von der Betätigungsvorrichtung hervorgerufene Axialkräfte beaufschlagt werden, da sich hierdurch die genau eingestellte axiale Lage des Differentialkorbes ändern kann. Die Folge wäre nicht nur ein unnötig hoher Verschleiß dieser Lager, sondern auch des mit dem Differentialkorb verbundenen Tellerrades und des damit kämmenden Antriebsrades aufgrund eines nicht mehr einwandfreien Kämmeingriffs.

Für ein Differentialgetriebe, das wie in der DE 37 30 789 A1 in einem axial geteilten Achsgehäuse untergebracht ist, stellt sich dieses Problem nicht in einem gravierenden Maße, da es hier ohne Schwierigkeiten möglich ist, die die Lager und die Betätigungsvorrichtung aufnehmenden Achsgehäuseteile stabil genug auszuführen, um unzulässige Formänderungen zu verhindern. Problematisch wird es aber, wenn Differentialgetriebe in ungeteilte Achsgehäuse eingebaut werden sollen, wie sie vor allem bei kleineren Typen von Ackerschleppern zum Einsatz kommen. Derartige Achsgehäuse weisen in der Wandung eine zum Einsetzen des Differentialgetriebes geeignete Öffnung auf, die von einem Deckel verschließbar ist, auf dem das fertig vormontierte Differentialgetriebe gelagert ist. Zur Aufnahme der Lager und der Betätigungsvorrichtung dienen lageraugenähnlich ausgebildete Lager- bzw. Stützelemente, die vom Deckel radial abstehen. Infolge der verhältnismäßig großen Länge, mit der diese Lageraugen in den Innenraum des Achsgehäuses ragen, und ihrer geringen Erstreckung in Richtung der Antriebshalbwellen können unzulässige Verformungen der Lageraugen in dieser Richtung beim Betätigen der Betätigungsvorrichtung nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden.

Hiervon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Differentialgetriebe der eingangs beschriebenen Bauweise so auszubilden, daß beim Betätigen der Betätigungsvorrichtung keine Längskräfte wirksam werden, die die Lager des Differentialkorbes nachteilig beeinflussen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gegeben, da dadurch sich die Betätigungskraft und deren Reaktionskraft innerhalb der die Kupplung und die Betätigungsvorrichtung umfassenden Baueinheit aufheben und so das Achsgehäuse vollständig frei bleibt von Längskräften der Betätigungsvorrichtung.

Das Differentialgetriebe nach den Angaben in Anspruch 2 aufgebaut bringt eine sehr kurze Ansprechzeit der Kupplung mit sich, da beide Kolben gleichzeitig verschoben werden.

Eine Ausbildung des Differentialgetriebes gemäß Anspruch 2 hat zur Folge, daß die Druckstücke das Lamellenpaket der Kupplung in Art einer Zange zusammenpressen, wodurch sichergestellt ist, daß das sich am Differentialkorb abstützende Kupplungsaußenteil frei bleibt von die Lager axial belastenden Axialkräften.

Demgegenüber ist bei einem Differentialgetriebe entsprechend den Ansprüchen 2 und 3 ein einfacherer Aufbau gegeben.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung gehen aus den übrigen Ansprüchen hervor.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 und 2 den linken bzw. rechten Teil eines Achsgehäuses mit dem darin eingesetzten Differentialgetriebe in einer Ansicht in Längsrichtung des mit dem Achsgehäuse auszurüstenden Fahrzeuges und

Fig. 3 das Achsgehäuse gemäß Fig. 1 und 2 in einer von oben betrachteten Schnittansicht.

Das Achsgehäuse 1 einer für den pendelbaren Anbau an einen Ackerschlepper bestimmten Lenkachse besteht aus einem mittleren, einen Einbauraum für ein Differentialgetriebe bildenden Gehäusebereich 1a und zwei seitlich daran anschließenden Gehäusebereichen 1b, 1c mit vermindertem Querschnitt, an deren nicht gezeigten freien Enden die Fahrzeugräder aufgehängt sind. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist der mittlere Gehäusebereich 1a in Achsmitte mit einem vorderen Lagerzapfen 1d und mit einer hinteren Lagerfläche 1e versehen. Beide Lagerinnenteile liegen auf einer gemeinsamen, senkrecht zur Längsachse des Achsgehäuses 1 verlaufenden Achse 1f und sind in passend am Fahrzeug angeordneten Lageraußenteilen verschwenkbar.

Der mittlere Gehäusebereich 1a stellt in seinem Inneren einen Einbauraum für das Differentialgetriebe 2 zur Verfügung, der durch eine Öffnung im Achsgehäuse 1a zugänglich und mittels eines Deckels 3 verschließbar ist. Dieser besitzt eine mittlere Habe 3a mit einer Lageranordnung 4 für eine endseitig mit einem Kegelritzel 5 versehene, vom Getriebe des Fahrzeuges anzutreibende Antriebswelle 6 für das Differentialgetriebe 2. Vom Deckel 3 ragen zwei im Abstand voneinander angeordnete Lagerelemente 7 sowie ein Stützelement 8 in den Einbauraum des mittleren Achsgehäuseteils 1a hinein. Die aus einem unteren, in den Deckel 3 übergehenden Teil 7a sowie einem oberen, mit dem unteren Teil 7a über Schrauben 9 verbundenen Teil 7b bestehenden Lagerelemente 7 sind mit einer in Längsrichtung des Achsgehäuses 1 verlaufenden Aufnahmebohrung für Kegelrollenlager 10 versehen, mittels denen der Differentialkorb 11 des Differentialgetriebes 2 axial unverschiebbar aber drehbar im Achsgehäuse 1 gelagert ist. Zum Antrieb des Differentialkorbes 11 ist dieser mit einem Tellerrad 12 verschraubt, das mit dem Kegelritzel 5 kämmt.

Im Inneren des Differentialkorbes 11 sind auf zwei sich kreuzenden Achsen je zwei Differentialkegelräder 14 drehbar gelagert, die in Kämmeingriff stehen mit zwei Abtriebskegelrädern 15, 16, von denen drehfest aber axial verschiebbar das Abtriebskegelrad 15 auf den inneren Endbereich einer Abtriebshalbwelle 17 und das Abtriebskegelrad 16 auf den inneren Endbereich einer Abtriebshalbwelle 18 aufgesteckt ist. Die Abtriebshalbwellen 17, 18 verlassen das Differentialgetriebe 2 seitlich und führen durch die äußeren Bereiche 1b, 1c des Achsgehäuses 1 zu den dort befindlichen Antriebsrädern. Jedem Abtriebskegelrad 15, 16 ist außerdem im Inneren des Differentialkorbes 11 eine Lamellenkupplung 19 zugeordnet, deren Lamellen 20 abwechselnd am Abtriebskegelrad 15 bzw. 16 und am Differentialkorb 11 gehalten sind, um dem Differentialgetriebe 2 bereits vorab eine bestimmte, geringe Sperrwirkung zu verleihen.

Um Drehzahlunterschiede zwischen den Abtriebshalbwellen 17, 18 und dem Differentialkorb 11 und damit den Schlupf der Räder der Lenkachse festzustellen, trägt der Differentialkorb 11 in seinem einen Endbereich ein gezahntes Sensorrad 21 und die dortige Abtriebshalbwelle 17 eine Buchse 22, in deren äußerem Endbereich ein weiteres Sensorrad 23 befestigt ist. Beide Sensorräder 21, 23 arbeiten mit nicht gezeigten Drehzahlsensoren zusammen.

Im anderen Endbereich trägt der Differentialkorb 11 drehfest und axial unverschiebbar ein Kupplungsaußenteil 24 einer Reibungslamellenkupplung für die vollständige Sperrung des Differentialgetriebes 2. In das Kupplungsaußenteil 24 greift ein Kupplungsinnenteil 26 ein, welches drehfest aber axial verschiebbar über den verlängerten Hals 16a des Abtriebskegelrades 16 auf der Abtriebshalbwelle 18 gelagert und an seinem äußeren Umfang mit Längsschlitzen 26a versehen ist, in denen eine Anzahl Innenlamellen 27 gehalten sind. Zwischen diesen Innenlamellen 27 befinden sich ähnlich ausgebildete Außenlamellen 28, welche in Längsschlitzen 24a des Kupplungsaußenteils 24 drehkraftübertragend geführt sind. In dem dem Differentialkorb 11 zugewandten Endbereich besitzt der Kupplungsinnenteil 26 ein radial nach außen ragendes Druckstück 26b als Anlage für die Lamellen 27, 28.

Auf der dem Differentialgetriebe 2 abgewandten Stirnseite ist am Kupplungsinnenteil 26 mittels Schrauben 29 eine Kragenscheibe 30 befestigt, die einen nach innen ragenden Kragen 30a mit einer sphärischen Anlagefläche für den anliegenden Ring eines Axiallagers 31 aufweist. An dem anderen Ring des Axiallagers 31 liegt ein nach außen ragender Kragen 32a einer die Abtriebshalbwelle 18 mit geringem Abstand umschließenden Buchse 32 an. Diese ist fest mit einem Kolben 33 einer Betätigungsrichtung 34 für die Reibungslamellenkupplung 25 fest verbunden. Der Kolben 33 ist axial verschiebbar in einer mit den Bohrungen in den Lagerelementen 7 achsgleichen Bohrung des Stützelementes 8, in der außerdem ein weiterer auf der Buchse 32 abgedichtet gleitenden Kolben 35 geführt ist. Zwischen den beiden Kolben 33, 35 befindet sich ein Ringraum 36, der zum Sperren der Reibungslamellenkupplung 25 über eine nicht gezeigte Druckmittelleitung mit Druckmittel beaufschlagbar ist. Im Ringraum 36 ist ferner in eine Nut in der Bohrung 39a ein Sicherungsring 37 eingesetzt, der ein unkontrolliertes axiales Wandern der Kolben 33, 35 in beiden Richtungen unterbindet und damit verhindert, daß einige Lamellen 27, 28 entweder aus den Kupplungsteilen 24, 26 herausfallen können oder unerwünschter Kontakt zwischen dem Kupplungsinnenteil 26 und dem Kupplungsaußenteil 24 auftritt.

Außen stützt sich am Kolben 35 ein Axiallager 38 ab, an das ein topfartiges Druckstück 39 unter dem Einfluß von mehreren zwischen dem Druckstück 39 und der Kragenscheibe 30 angeordneten, vorgespannten Druckfedern 40 anliegt. Das Druckstück 39, in dessen Bohrung 39a die Kragenscheibe 30 geführt ist, erstreckt sich bis unmittelbar vor dem von den Lamellen 27, 28 gebildeten Blechpaket der Reibungslamellenkupplung 25.

Bei nicht eingerückter Reibungslamellenkupplung 25 ist der Ringraum 36 drucklos und der Kolben 35 unter dem Einfluß der Druckfedern 40 gegen den Sicherungsring 37 geschoben. Gleichzeitig sind das Kupplungsinnenteil 26 und der Kolben 33 über die Buchse 32 und das Axiallager 31 in Richtung des Differentialkorbes 11 geschoben. In diesem Zustand sind die Lamellen 27, 28 nicht zusammengepreßt und das Kupplungsaußenteil 24 kann sich beliebig relativ zum Kupplungsinnenteil 26 drehen. Wird im Falle einer Sperrung des Differentialgetriebes 2 der Ringraum 36 unter Druck gesetzt, bewegen sich gleichzeitig beide Kolben 33, 35 in entgegengesetzten Richtungen voneinander weg, bis die Lamellen 27, 28 zu einem festen Lamellenpaket zusammengeschoben sind. Dabei bewegen sich das Druckstück 39 und das Druckstück 26b des Kupplungsinnenteils 26 aufeinander zu. Die auf den Kolben 35 ausgeübte Kraft des Druckmittels wird über das Axiallager 38 und das Druckstück 39 in das Lamellenpaket eingeleitet. Gleichzeitig wird die auf den Kolben 33 ausgeübte Axialkraft über die Buchse 32 das Axiallager 31, die Kragenscheibe 30 sowie das Druckstück 26b Kupplungsinnenteils 26 auf die innere Seite des Lamellenpaketes übertragen. Da sowohl die auf das Lamellenpaket übertragenen Kräfte als auch die auf die Kolben 33, 35 wirkenden Kräfte in entgegengesetzten Richtungen wirken, gleichen sie sich vollständig aus, so daß das Stützelement und die Lagerelemente in unterschiedlichen Richtungen frei von Axialkräften bleiben.

Während im vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel beide Kolben 33, 35 axial verschiebbar sind und somit ein schnelles Sperren des Differentialgetriebes 2 ermöglichen, kann in einer Abwandlung der Erfindung auch entweder der Kolben 35 oder der Kolben 37 axial festgelegt sein. In diesem Falle kann es sinnvoll sein, auf diesen Kolben überhaupt zu verzichten und die Buchse 32 direkt mit dem Stützelement 8 zu verbinden.

Claims (8)

1. Sperrbares Differentialgetriebe für Kraftfahrzeuge, bestehend aus

• - einem Differentialkorb (11), der drehbar in einem sich nach innen erstreckenden Lagerelement (7) des das Differentialgetriebe (2) aufnehmenden Achsgehäuses (1) gelagert und axial festgelegt ist,
• - zwei jeweils mit einem Fahrzeugrad drehfest verbundenen Abtriebshalbwellen (17, 18), die über im Differentialkorb (11) gelagerte, mit drehfest auf den Abtriebshalbwellen sitzenden Abtriebskegelrädern (15, 16) kämmende Differentialkegelräder (14) antreibbar sind, und
• - einer Reibungslamellenkupplung (25) zur willkürlichen Verbindung des Differentialkorbes (11) mit einer der Abtriebshalbwellen (17, 18),
• - wobei die Reibungslamellenkupplung (25) zwei ineinanderragende Kupplungsteile aufweist, die jeweils eine Vielzahl drehfester Reibungslamellen (27, 28) tragen, welche mittels einer Betätigungsvorrichtung (34) von zwei Druckstücken (26b, 39) axial zusammenpreßbar sind, die jeweils an einer Stirnseite des von den Reibungslamellen (27, 28) gebildeten Lamellenpaketes angreifen und über die auftretenden Axialkräfte aufnehmende sowie drehmomentfreie Kopplungsstellen (Lager (31, 38)) abgestützt sind,
• - und die Betätigungsvorrichtung (34) ein Aktionsglied und ein Reaktionsglied aufweist, von denen das Aktionsglied in einem sich nach innen erstreckenden Stützelement (8) des Achsgehäuses (1) axial verschiebbar ist und auf das ihm zugeordnete Druckstück einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Druckstück (26b oder 39) ohne Einbeziehung des Achsgehäuses (1) mit dem Reaktionsglied zusammenwirkt.

2. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsglied (Kolben (33 oder 35)) axial verschiebbar ist.

3. Differentialgetriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - das Kupplungsaußenteil (24) ist drehfest mit dem Differentialkorb (11) verbunden und ausgebildet zur lediglich drehmomentübertragenden Aufnahme der Außenlamellen (28),
• - das Kupplungsinnenteil (26) ist drehfest aber axial verschiebbar auf der Abtriebshalbwelle (18) gelagert und weist in seinem dem Differentialkorb (11) zugewandten Endbereich ein Druckstück (26b) auf, das bei betätigter Betätigungsvorrichtung (34) die dem Differentialkorb (11) zugewandte Seite des Lamellenpaketes beaufschlagt und ein Andrücken des Lamellenpakets an das Kupplungsaußenteil (24) verhindert,
• - die Betätigungsvorrichtung (34) weist in einer zur dem Differentialgetriebe (2) abgewandten Seite der Kupplung (25) angeordneten Stützelementes (8) zwei axial verschiebbare Kolben (33, 35) auf, von denen der kupplungsnahe Kolben (35) mit dem Druckstück (39) für die dem Differentialkorb (11) abgewandte Seite des Lamellenpaketes zusammenarbeitet und von denen der kupplungsferne Kolben (33) fest mit einer die Abtriebshalbwelle (18) umschließenden Buchse (32) verbunden ist, die mit einem sich radial nach außen erstreckenden Kragen (32a) einen sich radial nach innen erstreckenden Kragen (30a) am Kupplungsinnenteil (26) mit Abstand hintergreift, wobei zwischen den Kragen (30a, 32a) ein Axiallager (38) angeordnet ist.

4. Differentialgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangslage der Kolben (33, 35) im Stützelement (8) durch einen Anschlag (Sicherungsring (37)) vorgegeben ist.

5. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsglied (Kolben (33 oder 35)) axial festgelegt ist.

6. Differentialgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die Buchse (32) am Stützelement (8) ersetzt ist.

7. Differentialgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch vorgespannte Druckfedern (40) zwischen dem Druckstück (39) und der Kragenscheibe (30) zum Lüften der Lamellen (27, 28).

8. Differentialgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Führung der Kragenscheibe (30) in einer Bohrung des Druckstücks (39).