DE3937440C2 - Differential mit einer Reibkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Differential mit einer Reibkupplung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-PS 1 065 731 ist ein derartiges Differential bekannt, bei dem eine Reibkupplung zwischen einem Differen­ tialkorb und einer Achswelle vorgesehen ist und sowohl durch die aus der Verzahnung resultierenden Spreizkräfte als auch durch eine ansteuerbare Stellvorrichtung betätigt wird. Die Betätigungskräfte wirken jeweils auf die gegen­ überliegenden Stirnseiten eines gemeinsamen Lamellenpakets. Dadurch kommt der jeweils später wirksam werdenden Betäti­ gungskraft erst dann eine Bedeutung zu, wenn sie die früher einsetzende Betätigungskraft übersteigt. Die einzelnen Re­ gelparameter können nur ungenügend differenziert aufeinan­ der abgestimmt werden. Außerdem verändert sich der Zahnein­ griff zwischen den Achskegelrädern und den Ausgleichsrädern sowohl in Abhängigkeit vom Drehmoment als auch in Abhängig­ keit von der zusätzlichen Betätigungskraft. Es ist schwie­ rig, die axiale Verstellung der Achskegelräder für den un­ günstigsten Fall, daß nur sehr hohe, drehmomentabhängige Betätigungskräfte wirken, in zulässigen Grenzen zu halten. Der aus der Kegelräderspreizkraft stammende Sperrwert ist nämlich vom jeweiligen Verhältnis zwischen Sperrmoment und Tellerradmoment abhängig und somit durch die Auslegung der Kegelradverzahnung und des Lamellenpakets festgelegt. In der Praxis wird er meistens nur auf einen Wert (z. B. 50%) ausgelegt, der deutlich niedriger ist als zu einer Voll­ sperrung nötig wäre, um Reifenverschleiß und Zerstörungen empfindlicher Fahrbahnen (wie z. B. Grasnarbe bei Trakto­ ren) bei häufigen Fahrmanövern, wie beim Lenken durch Kur­ ven etc., weitgehend zu vermeiden. Bei anderen Einsätzen jedoch, wie z. B. bei Fahrbahnen mit stark unterschiedli­ chen Kraftschlußbeiwerten an beiden Rädern einer Achse, beispielsweise beim Anfahren, Steigungsfahrten, Gelände­ fahrten, Erdbewegungseinsätzen, zum Pflügen etc., sollen jedoch durch bewußte verstärkte Sperrung des Differentials mit den gleichen Mitteln stufenlos steigerbare Sperrwerte bis zu 100% des zur Vollsperrung erforderlichen Sperrmo­ ments verfügbar sein.

Die Erfüllung dieser Doppelanforderungen (einerseits selbsttätig und schwach wirkend, andererseits individuell dosierbar bis zu stärkstmöglich) stößt mit den bisher be­ kannten Sperrdifferentialkupplungen nach dem Stand der Technik jedoch auf Schwierigkeiten. Einerseits würden bei den üblichen kurzen Lamellenpaketen, die in der Regel für den Normalbedarf aufgrund der Kegelräderspreizkraft und bis ca. maximal 50% des vollen Sperrwerts ausgelegt werden, bei häufigem Hinzukommen der Fremdkraft die Reibflächen meistens zu hoch belastet und somit schnell zerstört. Ande­ rerseits ist es aus mehreren Gründen auch nicht möglich, die Zahl der Lamellen eines Paketes zur Senkung der jewei­ ligen spezifischen Belastung beliebig zu vergrößern, weil sonst das Gesamtspiel aller gemeinsam wirkenden Lamellen­ paare größer wird als der zulässige gesamte Spreizhub auf­ grund der Trennkräfte der Kegelräderverzahnung. Zudem er­ höht sich die Reibleistung mit steigender Lamellenzahl nicht mehr linear und es fehlt meistens auch an Platz für eine Verlängerung des Lamellenpakets.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ausgehend vom Stand der Technik nach der DE-PS 1 065 731, ein derartiges Differential so weiterzuent­ wickeln, daß schon mit geringem Verzahnungsspreizhub ein für den Normalbetrieb günstiges Teilsperrmoment bei tragba­ ren Reibflächenbelastungen entsteht, aber sich auch bei Ansteuerung mittels zusätzlicher Fremdkraftbetätigung bis zur Vollsperrung die Belastung der Reibflächen noch in tragbarem Rahmen halten läßt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit einem Differential gelöst, das neben den Merkmalen des Gat­ tungsbegriffs auch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs aufweist.

Die Unteransprüche 2 bis 9 betreffen vorteilhafte Wei­ terbildungen des erfindungsgemäßen Differentials.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schemati­ schen Zeichnung näher erläutert. Nach der Zeichnung kämmt je ein Ausgleichskegelrad 1 mit einem von zwei einander koaxial gegenüberliegenden Abtriebsrädern 2A bzw. 2B. Diese sind auf einander zugewandten freien Enden von Achswel­ len 21 und 22 drehfest, jedoch axial verschieblich geführt. Auf den Naben der Abtriebsräder 2A und 2B sind Lamellenpa­ kete 31 und 32 angeordnet, deren Außenlamellen 4A bzw. 4B sich am Differentialkorb 5 abstützen. Das in der Fig. 1 links gezeichnete Lamellenpaket 31 besteht aus einem Innen­ teil I und einem Außenteil E. Der Innenteil I ist hier mit einem gleichen Sperrwert wie das rechts gezeichnete Lamel­ lenpaket 32 ausgestattet. Der Außenteil E ist für die zu­ sätzliche Fremdbetätigung gemeinsam mit dem Innenteil I vorbereitet. Die Trennkraft aus der Verzahnung der Zahnräder 1, 2A, 2B erzeugt in den aus Innenlamellen 3A bzw. 3B und Außenlamellen 4A bzw. 4B bestehenden Lamellenpaketen 31I und 32 zwischen den Achswellen 21 und 22 bzw. den auf ihnen verschieblichen Naben der Abtriebsräder 2A bzw. 2B einerseits und dem die Außenlamellen 4A bzw. 4B drehfest haltenden Differential­ korb 5 bzw. dem daran befestigten Tellerrad, das von dem dorther eingeleiteten Moment abhängige Sperrmoment. Damit dieses jeweils auf beiden Achswellen 21 und 22 bzw. deren Räder erwa gleich groß wird, empfiehlt es sich, auf beiden Seiten der Differentialmitte M je ein für gleich große Sperrmomente ausgelegtes Lamellenpaket 31I und 32 vorzuse­ hen. Mindestens eines davon ist nach der Erfindung zusätz­ lich fremdbetätigbar, jedoch durch entsprechend größere Lamellenanzahl darauf eingerichtet, bei Einleitung einer Fremdkraft F noch ohne Überbeanspruchung der Reibflächen arbeiten zu können. In dem fremdbetätigbaren Lamellenpa­ ket 31, das axial unterteilt ist in einen dem Abtriebs­ rad 2A zugewandten kürzeren Innenteil I und einen längeren Außenteil E, befindet sich axial zwischen denselben ein Anschlagring 6. Ihm ist ein Zwischenring 7 zugeordnet, wel­ cher axialverschieblich geführt ist, aber an seinem Außen­ rand eine Eindrehung 6A besitzt, deren axiale Tiefe bis zu einer Stirnfläche 6D etwas größer als die axiale Breite des Anschlagringes 6 ist. Damit ist der Zwischenring 7 nur in Richtung des Außenteils E axial festgelegt und hat zum Ab­ triebsrad 2A hin einen axialen Freigang, der größer ist als der Hub des Innenteils I. Diesem Zwischenring 7 außen vor­ geordnet ist das Außenteil E des fremdkraftbetätigbaren Lamellenpakets 31. Der Zwischenring 7 ist auch als Außenla­ melle mitverwendbar, wenn er entsprechende Verzahnung und Durchmesser erhält. Damit können Lamellen eingespart wer­ den.

Die Einleitung der Fremdkraft F kann auf bekannte Wei­ se durch beliebige Stellorgane (hydraulisch, magnetisch, mechanisch etc.) erfolgen. Im Beispiel ist dazu eine axial­ verschiebliche Muffe 8 unter einem Stützlager hindurch ge­ gen eine dem Außenteil E vorgeordnete, lose geführte Druck­ platte 9 vorgesehen. Die Abstützung des Lamellenpakets 31 erfolgt bei einer die Spreizkraft S überwiegenden Fremd­ kraft F unter gleichmäßiger Pressung aller Lamellenpaare und der Zwischenscheibe 7 gegen eine Druckplatte 4 an der Anlagefläche 10 des Differentialkorbs 5. Bei Spreizhub alleine kommt es nur zur Anlage gegen die Anlagefläche 11 des Abtriebsrades 2A. Die Anlagefläche 11 zur Druckplatte 4 braucht daher nur weniger als halb so groß sein wie die Fläche 10, die bei größerer Fremdkraft F das volle Sperrmo­ ment halten muß. Dazu ist der Differentialkorb 5 über dem Lamellenpaket 31 bis unter das Tellerrad vergrößert.

Mit der vorgeschilderten Anordnung halten der An­ schlagring 6 und der Zwischenring 7 den Außenteil E des fremdkraftbetätigbaren Lamellenpakets 31 außer Aktion, wenn lediglich die Spreizkraft S wirkt. Andererseits werden die­ se Lamellen des Außenteils E zuzüglich derjenigen des In­ nenteils I gemeinsam beaufschlagt, sobald die Fremdkraft F eingeleitet wird. Wenn diese gegenüber der Spreizkraft S überwiegt, wird der Zwischenring 7 in Richtung Abtriebs­ rad 2A vom Anschlagring 6 weggeschoben. Dies wird dadurch erreicht, daß die Breite der Eindrehung 6A im Zwischen­ ring 7 größer ist als die Summe aus der Breite des Ringes 6 und des maximalen Hubes des Innenteils I. Es ist auch mög­ lich, den Anschlagring 6 in Richtung Abtriebsrad 2A ver­ schieblich einzusetzen, wobei er einen axialen Freigang haben muß, der größer als der Hub des Innenteils I ist. Alle Lamellen 3A und 4A sowie der Zwischenring 7 werden dabei gleichmäßig durch die Druckplatte 9 gegen die Außen­ fläche 10 gepreßt.

Zwischen der äußeren Anlagefläche 7A des Zwischenringes 7 und der außenliegenden Fläche 6B des Anschlagringes 6 er­ gibt sich somit ein Axialabstand von größer als Null. Dabei muß der Abstand von der Fläche 7A zur Differentialmitte M größer sein als von der Fläche 6B zur Mitte M, damit sich der außenliegende Teil E des Lamellenpakets 31 bei überwie­ gendem Anteil der Fremdkraft F unter gleichem Lamellendruck über den Zwischenring 7 gegen die äußere Anlagefläche 10 des Gehäuses 5 abstützt. Beim Spreizhub allein liegen die Lamellen des Innenteils I gegen die Außenfläche 11 des Ab­ triebsrads 2A an, bei überwiegender Fremkraft F gegen die Anlagefläche 10 des Gehäuses 5.

Im Beispiel sind für beide Teile E und I des fremdbe­ tätigbaren Lamellenpakets 31 gleich große Lamellen 3A und 4A eingesetzt und für das auf der Gegenseite des Diffe­ rentials angeordnete, nicht direkt ansteuerbare Lamellenpa­ ket kleine Lamellendurchmesser vorgesehen.

Dies hat den Vorteil, daß ein einteiliges Gehäuse einge­ setzt werden kann. Dabei bleibt es möglich, durch eine ent­ sprechende Lamellenanzahl einen etwa gleichen Sperrwert wie mit den auf Spreizhübe des Abtriebsrads 2A ansprechenden größeren Lamellen des Innenteils I des kombinierten Lamel­ lenpakets auf der anderen Seite einzustellen. Bevorzugt wird dieser Selbstsperrwert für Schlepper und Baufahrzeuge bei etwa 20 bis 30% Sperrwert angesetzt. Letzterer wird aber ohne Überlastung der Lamellen des Innenteils I er­ reicht, wenn die erfindungsgemäße Lamellenkombination mit­ tels einer Fremdkraft F höher belastet wird als durch die Spreizkraft S.

Die Erfindung ist auch anwendbar, wenn beide Seiten des Differentials mit identischen, fremdbetätigbaren Lamel­ lenkupplungen versehen werden. Gleichfalls ist für die Er­ findung unmaßgeblich, wie die übrige Gestaltung des Sperr­ differentials ist, oder auf welche Weise die Fremdkraft über die Stellgliedverlängerung bzw. Betätigungsmuffe 8 eingeleitet wird.

Claims (9)

1. Differential mit einer Reibkupplung,

• 1. - bei welcher zwischen einem Differentialkorb (5) und einer Achswelle (21, 22) ein Lamellenpaket (31) in Drehrichtung abgestützt ist,
• 2. - welches auf seiner einen Stirnseite durch drehmoment­ abhängige Spreizkräfte (S), die aus der Verzahhung des Abtriebsrads (2A) mit einem Ausgleichsrad (1) resul­ tieren
• 3. - und auf seiner anderen Stirnseite durch ein ansteuer­ bares Stellglied (8) beaufschlagbar ist,
• 4. - wobei sich das Lamellenpaket (31) zum Abtriebsrad (2A) hin an eine Druckscheibe (4) abstützt, deren axialer Weg durch einen Anschlag (10) im Differentialkorb (5) zum Abtriebsrad (2A) hin begrenzt ist,

dadurch gekennzeichnet,

• 1. - daß das Lamellenpaket (31) durch einen Zwischen­ ring (7) in einen Innenteil (I) und einen Außen­ teil (E) - bezogen auf die Differentialmitte (M) - axial unterteilt ist
• 2. - und daß der Zwischenring (7) sich zum Stellglied (8) hin an einem zweiten Anschlag (6) abstützt, zum Ab­ triebsrad (2A) hin aber verschiebbar ist.

2. Differential nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet,

• 1. - daß der zweite Anschlag von einem Anschlagring (6) gebildet ist, der in einer Ringnut (6C) in einem La­ mellenträger (5A) axial gesichert ist,
• 2. - und welcher mit einer Stirnfläche (6D) an einer Schul­ ter einer zum Stellglied (8) hin offenen Eindre­ hung (6A) des Zwischenringes (7) anliegt,
• 3. - wobei die axiale Stärke des Anschlagringes (6) gerin­ ger ist als die axiale Breite der Eindrehung (6A).

3. Differential nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zwischenring (7) eine verstärkte Außenlamelle (4A) mit Eindrehung (6A) ist.

4. Differential nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Innenteil (I) des ge­ teilten Lamellenpakets (31) einen kleineren Reibflächenan­ teil als der Außenteil (E) aufweist.

5. Differential nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hauptabmessungen und die Axialprofile der Lamellen (3A, 4A) für den Innen­ teil (I) und den Außenteil (E) der Reibkupplung gleich sind.

6. Differential nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet,

• 1. - daß der Innenlamellenträger (2AA) des Lamellenpa­ kets (31) eine Außenverzahnung einer Nabe des Ab­ triebsrads (2A) ist,
• 2. - die ihrerseits eine Innenverzahnung aufweist, in der eine Keilverzahnung der Achswelle (21) axial beweglich geführt ist,
• 3. - wobei vor den Stirnseiten beider Achswellen (21, 22) ausreichend Freiraum für Axialbewegungen der Wel­ len (21, 22) vorhanden ist.

7. Differential nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet,

• 1. - daß der Druckscheibe (4) des Innenteils (I) eine Anla­ gefläche (10) des Differentialkorbs (5) zugeordnet ist, die größer als die Anlagefläche (11) am Abtriebs­ rad (2A) ist
• 2. - und daß bei überwiegender Fremdkraft (F) durch das ansteuerbare Stellglied (8) beide Anlageflächen (10, 11) radial fluchten.

8. Differential nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Außenlamellenträ­ ger (5A) des Lamellenpakets (31) eine Innenverzahnung des Differentialkorbs (5) ist.

9. Differential nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ringnut (6C) im Außen­ lamellenträger (5A) eingearbeitet ist.