DE3935365C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisch selbstsperrendes Differentialgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Das gattungsbildende Getriebe ist aus der DE 23 00 343 C2 Spalte 2 bis 4 und aus der DE 35 42 184 C2 bekannt, bei dem dort beschriebenen Gegenstand wirken enge Spalte als Schleppspalte.

Solche Differentialgetriebe werden üblicherweise auch als Kegelrad- oder Stirnrad-Planetengetriebe ausgeführt. Die Ausführung als Stirnrad-Planetengetriebe bietet den zusätzlichen Vorteil, daß das Antriebsmoment ungleich auf die beiden Abtriebe des Differentialgetriebes verteilt werden kann, was bei Zwischenachsdifferentialen häufig zweckmäßig ist.

In besonderen Betriebszuständen des Fahrzeuges, z. B. bei Durchdrehen eines Rades oder einer Achse auf glattem Untergrund ist es notwendig, die Ausgleichswirkung des Differentiales teilweise oder ganz aufzuheben, d. h. das Differential zu sperren, um an den noch greifenden Rädern des Fahrzeuges die Antriebskraft aufrechtzuerhalten. In der Praxis erweisen sich selbstsperrende Differentialgetriebe als zweckmäßig. Aus Gründen der Fahrsicherheit ist zu fordern, daß die Sperrwirkung sanft einsetzt und mit zunehmender Differenzdrehzahl der beiden Abtriebe des Differentialgetriebes ansteigt.

Es ist auch bekannt, Patentschriften DE 25 49 408 C2 und DE 35 42 184 C2, die Zahnräder und den Planetenträger eines Differentialgetriebes so auszubilden, daß sie als Zahnradpumpen wirken, und die Pumpwirkung zur Sperrung auszunutzen. Bei derartigen Lösungen wirken alle oder nur ein Teil der Zahnräder als Pumpenräder. Bei einer vorteilhaften derartigen Lösung, Patentschrift DE 35 42 184 C2, ist die selbsttätige Sperrung des Differentialgetriebes auf folgende einfache Weise erzielt: Zahnräder und Planetenträger werden so ausgebildet, daß sie als Zahnradpumpe wirken. Das Pumpenantriebsmoment wird als Sperrmoment ausgenutzt. Kanäle und/ oder Ventile für die Drosselung des Drucköles werden nicht vorgesehen. Statt dessen werden die Spalte zwischen den Zahnrädern und dem Planetenradträger so dimensioniert, daß das Lecköl als in genau bemessener Weise gedrosselter Leckölrückstand aus den Druckräumen abfließt.

Aus der amerikanischen Patentschrift 27 75 141 ist weiter ein selbstsperrendes Differentialgetriebe bekannt, dessen Wirkung auf der Ausnutzung von Reibung und der bewegungsdämpfenden Wirkung einer viskosen Flüssigkeit beruht. Besonders die Adhäsions- und Kohäsions-Eigenschaften einer Flüssigkeit sollen genutzt werden.

Nach den Ausführungen in den Spalten 1 und 2 der US 27 75 141 soll die Sperrwirkung des in der genannten Patentschrift beschriebenen Gegenstandes bei Auftreten von Differenzdrehzahlen auf folgenden Merkmalen bzw. Wirkungen beruhen:

Reibung zwischen relativ zueinander bewegten Bauteilen unter Nutzung der Eigenschaften einer viskosen Flüssigkeit, mit der das Differential befüllt ist; Eintauchen der Zahnräder in eine hochviskose Flüssigkeit; Ausnutzung der Pumpwirkung der ineinander eingreifenden Zähne der Zahnräder; Verstärkung der Pumpwirkung durch teilweisen Einschluß der Verzahnungen (Fig. 2) und Ausnutzung der Reibung der hierfür verwendeten Platten; Ausbildung bestimmter Bauteile des Getriebes als Flüssigkeits- bzw. Strömungskupplung oder -bremse; Verwendung einer magnetisierbaren Flüssigkeit, deren Viskosität durch Magnetisierung beeinflußt werden kann, wofür Permanentmagnete vorgesehen werden.

Wie aus den Ansprüchen 1 bis 13 der genannten Patentschrift hervorgeht, beruht die Wirkung des beschriebenen Gegenstandes hauptsächlich auf der geschützten Ausbildung bestimmter beschaufelter Bauteile als Bestandteile von Flüssigkeits- bzw. Strömungskupplungen oder -bremsen. Der Aufbau und die Ausnutzung eines hydraulischen Druckes ist beim Gegenstand der genannten Patentschrift mangels geeigneter Abdichtung (Einsperrung der Zahnräder im Planetenradträger) kaum möglich. Auch die Bildung eines abgedichteten Quetschölraumes ist nicht vorgesehen. Der in Fig. 2 zwischen den Teilen 37 und 46 vorgesehene Spalt dient aufgrund seiner Ausbildung mehr als Strömungskanal denn als Drosselspalt. Dies wird auch durch die Ausführungen im Text (Spalte 4 Zeilen 68 bis 73) zu den Öffnungen 56 im Teil 46 bestätigt, wo ausdrücklich Zirkulation der Flüssigkeit durch diese Öffnungen als beabsichtigt dargestellt wird. Der definierte, vergleichsweise große Spalt zwischen den Teilen 37 und 46 dient also nur einer relativen Einsperrung (Zeilen 65 bis 67) der Flüssigkeit. Eine nennenswerte Drosselung des Förderstromes oder des Quetschölstromes wird durch die Serie der Zirkulations-Öffnungen 56 verhindert.

Die genannte amerikanische Patentschrift ist auch insofern bezüglich der Erfindung nicht neuheitsschädlich, als der Spalt zwischen den Teilen 37 und 46 durch einen deutlichen Absatz an der Stirnfläche des Teiles 37 definiert ist. Die Abdichtung eines Quetschraumes ist beim Gegenstand der amerikanischen Patentschrift nicht möglich, daß die Platte 46 wegen des erwähnten Absatzes an Teil 37 nicht gleitend angepreßt werden kann.

Erfindungsgemäß sind hier für die Dichtplatten bzw. die Oberfläche des Planetenradträgers gleitfähige Werkstoffe vorgesehen. Eine Ausnutzung von Reibungskräften ist nicht beabsichtigt. Durch die Verwendung gleitfähiger Werkstoffe soll vielmehr die Reibung klein gehalten werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein hydraulisch selbstsperrendes Planeten-Differential zu schaffen, bei dem durch gezielten Ausnutzung des Quetschöl-Volumenstromes eine größere und verbessert regelbare Sperrwirkung erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung entsprechend der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Es werden der aus dem Bereich der Zahnradpumpen bekannte, dort allerdings unerwünschte Effekt des Abschlusses eines von den kämmenden Zahnrädern begrenzten und nicht in Verbindung mit dem Druck- oder Saugraum der Pumpe stehenden Quetschraumes sowie das dort entstehende Sperrmoment ausgenutzt.

Jede Zahnradpaarung bildet im Bereich des Doppelzahneingriffes einen solchen Quetschraum. Der Quetschraum wird durch feder- und/ oder hydraulisch belastete Dichtplatten an den Stirnflächen der Zahnräder begrenzt. Gemäß der Gegenkraft an der Dichtplatte stellt sich im Quetschraum durch die Verdrängung des sich dort befindenden Öles ein Druck ein, da der Quetschöl-Volumenstrom nur über die Spalte an den Dichtplatten abströmen kann. Dieser Effekt trägt bei Zahnradpumpen nicht zur Erhöhung des Pumpendruckes bzw. des Förderstromes bei, sondern führt zu einer Verschlechterung des Pumpenwirkungsgrades.

Die Erfindung nach den Ansprüchen 1 und 2 beruht also nicht auf der eigentlichen Pumpwirkung der Zahnradpaarung sondern auf der Ausnutzung des Quetschöl-Volumenstromes, der zwischen den kämmenden Zahnrädern entsteht, wobei es unbenommen bleibt (Anspruch 7), die Erfindung mit den in bekannter Form hydrostatisch selbstsperrenden Differentialen zu kombinieren.

Bei Zahnradpumpen (Morlock, J.: Geräuschminderung bei Hochdruck- Konstantpumpen. Dissert. Universität Stuttgart 1979) werden ebenfalls kraftbeaufschlagte Dichtplatten verwendet, jedoch zur Abdichtung zwischen Druck- und Saugseite der Pumpe, und so angeordnet, daß die gesamte Stirnfläche der Zahnräder sowie die Wirkräume der Pumpe überdeckt werden. Zur Eliminierung des Quetschraumdruckes werden z. T. Entlastungsnuten im Bereich des Zahneingriffes vorgesehen, um den Pumpenwirkungsgrad zu verbessern.

Zur Erzielung eines möglichst großen Sperreffektes aufgrund des Quetschöl-Volumenstromes müssen die Verzahnungsdaten so gewählt werden, daß zum einen der Quetschöl-Volumenstrom und zum anderen der Bereich der Eingriffsstrecke, auf dem eine Sperrwirkung zu erzielen ist, maximal werden.

Durch die Wahl einer Verzahnung mit Kopfhöhe größer gleich 1,25 mal Normalmodul und die Wahl eines Normal-Eingriffswinkels kleiner gleich 20° kann ein erhöhter Quetschöl-Volumenstrom erzielt werden.

Die Profilverschiebung muß so gewählt werden, daß am treibenden Rad die Fußeingriffsstrecke maximal und die Kopfeingriffsstrecke nicht größer als die halbe Eingriffsteilung bei einer Verzahnung mit Flankenspiel und nicht größer als ein Viertel der Eingriffsteilung bei einer spielfreien Verzahnung wird. Ist die Kopfeingriffsstrecke größer als o. g. Grenzen, so müssen an den Dichtplatten die in Anspruch 4 genannten Nuten angebracht werden.

Unter Ausnutzung des Sperrmomentes aufgrund des Quetschöl-Volumenstromes kann die in den oben genannten Patentschriften beschriebene Sperrwirkung erhöht werden. Ein entscheidender Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit geringem fertigungstechnischem Aufwand ein Sperrmoment erzielt werden kann, ohne daß enge Toleranzen am Planetenradträger erforderlich sind. Zur Erzielung eines großen Sperreffektes sollten die Zahnräder an den Stirnflächen gemeinsam überschliffen werden. Damit lassen sich zwischen der Druckplatte und der Verzahnung kleinste Spalte in der Größe von wenigen Mikrometern realisieren, wodurch sich die erwünschte starke Drosselwirkung im Spalt ergibt. Temperaturbedingte Ausdehnungen der Bauteile sind ohne Bedeutung.

Als Beispiel für die Ausführung der Erfindung ist in Fig. 1 ein als Stirnradplanetengetriebe ausgebildetes selbstsperrendes Differentialgetriebe wiedergegeben.

In Fig. 1 bedeuten:

1 inneres Zentralrad
2 Planeten
3 Planetenradträger (z. B.Stahl, nitriert)
4 äußeres Zentralrad
5 Planetenbolzen
6 federbelastete axial bewegliche Dichtplatte (z. B. Bronze)
7 Tellerfederpaket
8 Sekundärdichtung (z. B. O-Ring)

Claims (6)

1. Hydraulisch selbstsperrendes Planeten-Differentialgetriebe mit zwei Zentralrädern, die mit einem oder mehreren Planeten in Eingriff stehen, welche in einem Planetenträger drehbar gelagert sind, der derart ausgeführt ist, daß im Bereich der Eingriffsstrecken der Zentralräder und Planeten die Stirnflächen der Verzahnungen anliegend überdeckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenträger auf der einen dem Zahneingriff zugewandten Seite aus einem gleitfähigen Material besteht und auf der anderen Seite eine ebenfalls aus gleitfähigem Material bestehende, axial bewegliche Dichtplatte besitzt, die druckbelastet im Bereich des Zahneingriffes an den Zahnrädern anliegt, so daß durch Drosselung des im Bereich des Zahneingriffes entstehendes Quetschöl-Volumenstromes ein Druckaufbau bewirkt wird, der ein mit wachsender Differenzdrehzahl der beiden Zahnräder ansteigendes Sperrmoment bewirkt.

2. Hydraulisch selbstsperrendes Planeten-Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten der Zahnräder im Bereich des Zahneingriffes druckbelastete, axial bewegliche, aus gleitfähigem Material bestehende Dichtplatten angeordnet sind.

3. Hydraulisch selbstsperrendes Planeten-Differentialgetriebe nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbelastung der an der Verzahnung anliegenden, axial beweglichen und gleitfähigen Dichtplatten durch Druckfedern und/ oder hydraulisch erfolgt und die Anpreßkraft entsprechend der zu erzielenden Sperrwirkung gewählt wird.

4. Hydraulisch selbstsperrendes Planeten-Differentialgetriebe nach den Ansprüchen 1 und 3, oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Verzahnungen mit Kopfhöhen größer gleich 1,25 mal Normalmodul und Normal-Eingriffswinkeln kleiner 20° gewählt werden und/oder daß die unter Anspruch 1 genannten druckbelasteten Dichtplatten entsprechend der Eingriffslinie der abzudichtenden Verzahnung Nuten besitzen, die gemäß der Kopfeingriffsstrecke des treibenden Rades bei Verzahnungen mit Spiel im Bereich der halben Eingriffsteilung nach dem Wälzpunkt angebracht sind bzw. bei spielfreier Verzahnung im Bereich eines Viertels der Eingriffsteilung nch dem Wälzpunkt angebracht sind und zu Räumen außerhalb des Bereiches des Zahneingriffes führen.

5. Hydraulisch selbstsperrendes Planeten-Differentialgetriebe nach den Ansprüchen 1 und 3, oder 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Verzahnungen mit Kopfhöhen größer gleich 1,25 mal Normalmodul und Normal-Eingriffswinkeln kleiner gleich 20° gewählt werden und daß die Profilverschiebungsfaktoren derart gewählt werden, daß die Kopfeingriffsstrecke des treibenden Rades der halben Eingriffsteilung bei Zahnradpaarungen mit Flankenspiel und einen Viertel der Eingriffsteilung bei Verzahnungen ohne Flankenspiel entspricht.

6. Hydraulisch selbstsperrendes Planeten-Differentialgetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder Kegelräder sind und an die stirnseitige Geometrie der Kegelräder im Bereich des Zahneingriffes angepaßte Dichtplatten verwendet werden.