DE4202427A1

DE4202427A1 - Sperrdifferential fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE4202427A1
Application number: DE19924202427
Authority: DE
Inventors: Uenal Gazyakan
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1992-01-29
Filing date: 1992-01-29
Publication date: 1993-08-05

Description

Die Erfindung betrifft ein Sperrdifferential für Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dabei sind in einem Antriebsgehäuse Ausgleichskegelräder, Achskegelräder und ein Tellerrad angeordnet, mit dem ein Antriebsritzel kämmt. Eine Sperreinrichtung dient zum Sperren des Differentialgetriebes, wenn ein Rad z. B. auf einem rutschigen Untergrund nicht mehr antreiben kann. Die Sperreinrichtung wird durch eine Radialkolbenpumpe mit Öl, das unter Druck steht, beaufschlagt. Ein derartiges Sperrdifferential ist bekannt aus der DE-OS 25 57 152. In dem Gehäuse dieses Sperrdifferentials ist eine Radialkolbenpumpe untergebracht, deren Kolben durch eine Differenzdrehzahl zwischen dem einen Achskegelrad und dem Gehäuse bewegt werden. Durch das geförderte Öl können über einen Ringkolben zwei Lamellenbremsen geschlossen werden. Dadurch wird die Differentialwirkung des Sperrdifferential ausgeschaltet.

Die Radialkolbenpumpe dieses Sperrdifferentials muß einerseits bereits bei sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten und damit sehr geringen Differenzdrehzahlen genügend Öl fördern, um das Differentialgetriebe zu sperren. Andererseits müssen die Pumpe und das Sperrdifferential auch bei höheren Geschwindigkeiten und höheren Differenzdrehzahlen funktionsfähig bleiben. Der große Umfang des Betriebsbereiches führt dabei erfahrungsgemäß zu Schwierigkeiten hinsichtlich der Sperrwirkung des Sperrdifferentials.

Das bekannte Sperrdifferential muß nahezu vollständig mit Öl gefüllt sein, damit die Kolben der Radialkolbenpumpe bei allen Betriebszuständen des Sperrdifferentials und des Kraftfahrzeuges genügend Öl ansaugen können. Eine große Ölmenge in dem Sperrdifferential führt durch eine sehr starke Verwirbelung des Öles zu erheblichen Panschverlusten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Sperrdifferential mit integrierter Radialkolbenpumpe derart zu verbessern, daß die Panschverluste und damit die gesamte Verlustleistung des Sperrdifferentials reduziert werden.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Sperrdifferential gelöst. Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Merkmalskombinationen der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Die Lösung erfolgt vor allem dadurch, daß das Antriebsgehäuse nur teilweise mit Öl gefüllt ist und daß alle in radial gerichteten Zylinderbohrungen geführte Kolben der Radialkolbenpumpe derart im unteren Teil des Sperrdifferentials angeordnet sind, daß wenigstens ihre Ansaugöffnungen bei allen Betriebszuständen des Sperrdifferentials und des Kraftfahrzeugs unterhalb des Ölspiegels liegen. Die Möglichkeit, das Antriebsgehäuse nur teilweise mit Öl zu befüllen, wird dadurch erreicht, daß die Kolben der Radialkolbenpumpe nicht mehr wie bisher rund um eine Antriebswelle in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sind. Die Kolben befinden sich vielmehr in einem eng begrenzten Winkelbereich im unteren Teil des Sperrdifferentials.

Die Kolben sind in axialer Richtung hintereinander angeordnet und arbeiten jeweils mit einem eigenen Exzenter zusammen. Ein vorteilhafter Platz für die Anordnung der Radialkolbenpumpe liegt zwischen den beiden Lagern der Ritzelwelle, da diese beiden Lager einen bestimmten Abstand aufweisen müssen. Ist der Abstand genügend groß, so können die Kolben in axialer Richtung in einer Reihe hintereinander angeordnet werden. Ist der Abstand jedoch kleiner, so ist es zweckmäßig, die Kolben um einen bestimmten Winkel zueinander verdreht anzuordnen.

Die Exzenter für die einzelnen Kolben sind mit der Ritzelwelle des Antriebsritzels fest verbunden und weisen untereinander eine bestimmte Winkelteilung auf, die von der Lage der Kolben abhängt. So sind beispielsweise die Exzenter bei in einer Reihe hintereinander angeordneten Kolben mit gleicher Winkelteilung zueinander verdreht angeordnet. Sind dagegen die Kolben zueinander verdreht angeordnet, so müssen die Exzenter derart angeordnet werden, daß sich ein gleichmäßig verteilter Durchlauf der Totpunktstellungen der einzelnen Kolben ergibt.

Um den Ölspiegel in dem Antriebsgehäuse weiter abzusenken, ist es zweckmäßig, in dem Bereich der Radialkolbenpumpe einen Sammelraum teilweise abzutrennen. In diesen Sammelraum wird von dem sich drehenden Tellerrad geschöpftes Öl hineingefördert.

Die Radialkolbenpumpe fördert das Öl zunächst in einen Beruhigungs- oder Tilgerraum, in dem Druckpulsationen abgebaut werden können. Anschließend wird das Öl zu der Sperreinrichtung des Sperrdifferentials geleitet. Der Öldruck wird durch ein Druckproportionalventil in Abhängigkeit von dem Schlupf der Antriebsräder geregelt, das an einen von der Radialkolbenpumpe zu der Sperreinrichtung führenden Druckkanal angeschlossen ist.

Für den Fall, daß durch einen Ausfall des Druckproportionalventils in dem Kanalsystem ein zu hoher Druck entstehen würde, ist an den Druckkanal ein Druckbegrenzungsventil angeschlossen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Teilschnitt durch das erfindungsgemäße Sperrdifferential mit einem Längsschnitt durch die Radialkolbenpumpe;

Fig. 2 einen Teilschnitt durch die Radialkolbenpumpe in schematischer Darstellung nach der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 ein Leitungsschema des erfindungsgemäßen Sperrdifferentials.

In einem Antriebsgehäuse 1 ist ein Differentialgetriebe mit nicht dargestellten Ausgleichskegelrädern und Achskegelrädern und mit einem Tellerrad 2 angeordnet. Das Differentialgetriebe kann sowohl ein Längs- als auch ein Querdifferential sein. Das Tellerrad 2 kämmt mit einem Antriebsritzel 3, das mit einer Ritzelwelle 4 fest verbunden ist. Die Ritzelwelle 4 trägt an ihrem dem Antriebsritzel 3 abgewandten Ende einen Flansch 5, beispielsweise für die Verbindung mit einer nicht dargestellten Kardanwelle. Die Ritzelwelle 4 ist mit zwei Lagern 6 und 7 in einem Hals 8 des Antriebsgehäuses 1 gelagert.

Zwischen den beiden Lagern 6 und 7 ist eine Radialkolbenpumpe 10 angeordnet. Die Radialkolbenpumpe 10 besitzt drei Exzenter 11, 12 und 13, die mit der Ritzelwelle 4 fest verbunden sind. An den Exzentern 11, 12, 13 werden Kolben 14, 15, 16 durch Druckfedern 17 in Anlage gehalten. Die Kolben 14, 15, 16 sind in Zylinderbohrungen 18 verschiebbar geführt, die in dem Antriebsgehäuse 1 angeordnet sind. Die Zylinderbohrungen 18 sind durch Stopfen 20 verschlossen.

In dem Bereich zwischen den beiden Lagern 6 und 7, in dem die Radialkolbenpumpe 10 liegt, ist ein Sammelraum 21 angeordnet. Der Sammelraum 21 ist im oberen Bereich des Antriebsgehäuses 1 offen zu dem Raum, der das Tellerrad 2 und das Sperrdifferential enthält. Im Bereich der Ritzelwelle 4 ist der Sammelraum 21 nach außen durch einen Wellendichtring 22 und in Richtung auf das Ritzel 3 durch einen Lagerdichtring 23 abgedichtet. An seinem oberen Rand ist der Sammelraum 21 durch einen Gehäusefortsatz 24 erweitert. Der Gehäusefortsatz 24 besitzt einen Durchbruch 25, durch den das von dem Tellerrad 2 aus einem Ölsumpf 26 geschöpfte und durch eine Fangvorrichtung 27 gesammelte Öl in den Sammelraum 21 geleitet werden kann.

Die Zylinderbohrungen 18 mit den Kolben 14, 15, 16 befinden sich im unteren Teil des Sperrdifferentials, so daß wenigstens ihre Ansaugöffnungen bei allen Betriebszuständen des Sperrdifferentials und des Kraftfahrzeuges unterhalb des Ölspiegels des nur teilweise gefüllten Antriebsgehäuses 1 liegen. Der Ölspiegel muß außerdem so hoch liegen, daß das Tellerrad 2 genug Öl schöpfen kann. Liegt der Ölspiegel, gegeben durch die konstruktiven Gegebenheiten der Radialkolbenpumpe 10 und des Tellerrades 2, so niedrig, daß das Lager 7 nicht ausreichend geschmiert wird, so kann in dem Lagerdichtring 23 eine entsprechende Schmierbohrung angeordnet werden.

Die Kolben 14, 15, 16 können in axialer Richtung in einer Reihe hintereinander angeordnet sein. Dann sind die Exzenter 11, 12, 13 auf der Ritzelwelle 4 in gleicher Winkelteilung - bei drei Kolben unter 120 Grad - zueinander verdreht angeordnet.

In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kolben 14, 15, 16 um einen bestimmten Winkel zueinander verdreht angeordnet. Dadurch kann der axiale Abstand zwischen den beiden Lagern 6 und 7 verkürzt werden. In diesem Fall sind die Exzenter 11, 12, 13 derart verdreht zueinander auf der Ritzelwelle 4 angeordnet, daß sich ein gleichmäßig verteilter Durchlauf der Totpunktstellungen der einzelnen Kolben 14, 15, 16 ergibt. Beträgt der Winkel α zwischen den Achsen der Kolben 14 und 15 bzw. 15 und 16 beispielsweise 25 Grad, so muß dieser Winkel jeweils von dem Winkel zwischen den Symmetrieebenen der Exzenter 11 und 12 bzw. 12 und 13 abgezogen werden. In dem Ausführungsbeispiel beträgt damit der Winkel β 95 Grad.

Allgemein ausgedrückt bedeutet dies, daß bei einer Radialkolbenpumpe mit n-Kolben, deren Achswinkel zueinander α Grad beträgt, die Winkel β zwischen den Symmetrieebenen der Exzenter mit den Ordnungsnummern 1 bis n (360 : n - α) Grad betragen.

An die Druckseite der Radialkolbenpumpe 10 ist ein Beruhigungs- bzw. Tilgerraum 28 angeschlossen, an den sich ein Filter 30 anschließt. Von dort gelangt das Öl über Kanäle 31, die in Fig. 3 schematisch dargestellt sind, zu einer Betätigungseinrichtung 32 für die Sperreinrichtung des Sperrdifferentials. Der Öldruck in den Kanälen 31 wird durch ein Druckproportionalventil 33 gesteuert. Der Maximaldruck in den Kanälen 31 wird durch ein Druckbegrenzungsventil 34 begrenzt. Vor der Radialkolbenpumpe 10, d. h. vor dem Sammelraum 21, kann ein Grobfilter 35 eingebaut sein.

Die Erfindung ist am Beispiel einer Radialkolbenpumpe mit drei Kolben beschrieben. Die erfindungsgemäßen Vorteile werden jedoch ebenso mit Radialkolbenpumpen mit nur einem oder zwei oder mit mehr als drei Kolben erreicht.

Bezugszeichen

1 Antriebsgehäuse
2 Tellerrad
3 Antriebsritzel
4 Ritzelwelle
5 Flansch
6 Lager
7 Lager
8 Hals
9 -
10 Radialkolbenpumpe
11 Exzenter
12 Exzenter
13 Exzenter
14 Kolben
15 Kolben
16 Kolben
17 Druckfeder
18 Zylinderbohrung
19 -
20 Stopfen
21 Sammelraum
22 Wellendichtring
23 Lagerdichtring
24 Gehäusefortsatz
25 Durchbruch
26 Ölsumpf
27 Fangvorrichtung
28 Tilgerraum
29 -
30 Filter
31 Kanal
32 Betätigungseinrichtung
33 Druckproportionalventil
34 Druckbegrenzungsventil
35 Grobfilter

Claims

1. Sperrdifferential für Kraftfahrzeuge, mit in einem Antriebsgehäuse (1) angeordneten Ausgleichsrädern, Achskegelrädern und einem Tellerrad (2), mit dem ein Antriebsritzel (3) kämmt und mit einer Sperreinrichtung zum Sperren des Sperrdifferentials, wobei die Sperreinrichtung durch eine in dem Sperrdifferential integrierte Radialkolbenpumpe (10) mit unter Druck stehendem Öl beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Antriebsgehäuse (1) nur teilweise mit Öl gefüllt ist und
- daß die Radialkolbenpumpe (10) einen oder mehrere in radial gerichteten Zylinderbohrungen (18) geführte Kolben (14, 15, 16) aufweist, die alle derart im unteren Teil des Sperrdifferentials angeordnet sind, daß wenigstens ihre Ansaugöffnungen bei allen Betriebszuständen des Sperrdifferentials und des Kraftfahrzeugs unterhalb des Ölspiegels liegen.

2. Sperrdifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben (14, 15, 16) mit einem eigenen Exzenter (11, 12, 13) zusammenarbeitet.

3. Sperrdifferential nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzenter (11, 12, 13) mit einer Ritzelwelle (4) des Antriebsritzels (3) fest verbunden und in axialer Richtung hintereinander zwischen zwei Lagern (6, 7) der Ritzelwelle (4) angeordnet sind.

4. Sperrdifferential nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Kolben (14, 15, 16) in axialer Richtung in einer Reihe hintereinander angeordnet sind und
- daß die Exzenter (11, 12, 13) auf der Ritzelwelle (4) in gleicher Winkelteilung zueinander verdreht angeordnet sind.

5. Sperrdifferential nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Kolben (14, 15, 16) um einen bestimmten Winkel (α) zueinander verdreht angeordnet sind und
- daß die Exzenter (11, 12, 13) derart verdreht zueinander auf der Ritzelwelle (4) angeordnet sind, daß sich ein gleichmäßig verteilter Durchlauf der Totpunktstellungen der einzelnen Kolben (14, 15, 16) ergibt.

6. Sperrdifferential nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Radialkolbenpumpe (10) n-Kolben (14, 15, 16) enthält, deren Winkel zueinander α Grad beträgt und
- daß die Winkel (β) zwischen den Symmetrieebenen der Exzenter (11, 12, 13) mit den Ordnungsnummern 1 bis n (360 : n - α) Grad betragen.

7. Sperrdifferential nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

- daß ein Teil des Tellerrades (2) unterhalb des Ölspiegels des Sperrdifferentials liegt und
- daß das von dem Tellerrad (2) geschöpfte Öl einem Sammelraum (21) zugeführt wird, in dem die Radialkolbenpumpe (10) liegt.

8. Sperrdifferential nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an die Druckseite der Radialkolbenpumpe (10) ein Tilgerraum (28) angeschlossen ist.

9. Sperrdifferential nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an einem von der Radialkolbenpumpe (10) zu einer Betätigungseinrichtung (32) der Sperreinrichtung führenden Kanal (31) ein Druckproportionalventil (33) angeschlossen ist.