DE1803679A1

DE1803679A1 - Mit Filter versehenes Differentialgetriebe

Info

Publication number: DE1803679A1
Application number: DE19681803679
Authority: DE
Inventors: Christie Chester Dale
Original assignee: Eaton Yale and Towne Inc
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1967-10-18
Filing date: 1968-10-17
Publication date: 1969-06-19
Also published as: FR1589236A; GB1175768A; US3502177A

Description

Mit Filter versehenes Differentialgetriebe Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Filtrieren des Schmiermittels in einem Differentialgetriebe, z.B. einem Differentialgetriebe für eine Ein- oder Mehrgangachse, insbesondere eine zum Aufnehmen und Filtrieren des Schmiermittels dienende Vorrichtung, die mit dem Tellerrad des Differentials einer Kraftfahrzeugantriebsachse gekuppelt ist.
Zum Schmieren der sich bewegenden Teile von Differentialen, wie sie an Antriebsachsen von Kraftfahrzeugen verwendet werden, ist das Differentialgehäuse gewöhnlich mit einem Schmiermittelbehälter versehen und bewegen sich das Tellerrad und das Gehäuse des Differentials durch den Schmiermittelbehälter, um von diesem Schmiermittel aufzunehmen. Dieses Schmiermittel wird dann in der erforderlichen Weise auf die Teile des Differentials verteilt. In Kraftfahrzeugen, die nur gering beansprucht werden, kann man das Schmiermittel dadurch verteilen, daß es infolge der Bewegung der beweglichen Teile des Differentials verspritzt wird. In hochbeanspruchten Fahrzeugen, wie Lastkraftwagen, Autobussen und dergleichen, insbesondere bei Mehrgangachsen, sind die sich bewegenden Teile und die tragenden Flächen des Differentials für eine Antriebsachse dagegen schweren Belastungen und Drücken ausgesetzt.
Es ist daher notwendig, bei allen Fahrzeuggeschwindigkeiten eine genügende Umwälzung des Öls zu allen Teilen und Flächen au gewährleisten, die geschmiert werden müssen.
Es ist schon vorgeschlagen worden, für die Antriebsachsen von Lastkraftwagen und dergleichen eine Druckschmierung @@@@@schen, und es sind für diesen Zweck verschiedene Anordnungen vorgeschlagen worden. In anderen Schmiereinrichtungen wird das Schmiermittel von einer Trommel aufgenommen, die sich mit dem Tellerrad dreht und von der das Schniermittel dann abgenommen und in Leitungen geleitet wird, die au den Lagern oder anderen zu schmierenden Teilen führen. Ein besonders befriedigendes Schmiersystem dieser Art ist in der USA-Patentschrift 3.153.464 dargestellt. Im Betrieb des Fahrzeuges gelangen jedoch oft verschiedenartige Rückstände und Verunreinigungen, z.B.
Metallteilchen, Kohlenstoffteilchen usw. in das Schmiermittel. Diese Teilchen werden in Betrieb des Fahrzeuges ständig mit dem Schmiermittel umgewälzt, weil da in dem Behälter befindliche Schmiermittel von dem Tellerrad und dem Gehäuse ständig in Bewegung gehalten wird, so daß die Teilchen in dem Schmiermittel suspendiert bleiben. Die genannten Teilchen können zu einer su schnellen Abnutzung der Teile des Differentials führen, weil die Teilchen ein Schleifwirkung haben oder das genügende Fließen des Schmiermittels hindern. In besonderen Fällen können diese Teilchen sogar zu einem Ausfall des Differentials führen, weil sie sich an einer Stelle sammeln und die notwendige Drehung der Teile des Differentials verhindern.
Es sind schon verschiedenartige Schmiermittelfilter vorgeschlagen worden, die jedoch für die Verwendung mit Differentialen, besonders für die Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs, nicht gut geeignet sind. Außen angeordnete Schmiermittelfilter haben hohe Anschaffungs- und Instandhaltungskosten und benötigen Platz, der auf dem Fahrgestell des Lastkraftwagens u.U. nicht vorhanden ist. Dem Erfinder ist kein früherer Vorschlag bekannt, innerhalb eines Differentials ein Schmiermittelfilter vorzusehen, wobei die durch die Drehung, des Tellerrades erzeugte Fliehkraft dazu ausgenutzt wird, das Umwälzen des Schmiermittels durch das Filter zu gewährleisten und das Filter einen Teil des unter einem gewissen Druck arbeitenden Schmiersystems des Differentials bildet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit in der Schaffung eines verbesserten Differentials, insbesondere zur Verwendung an der Antriebsachse eines Kraftfahrzeuges oder dergleichen, mit einem, Innenfilter, das in dem Strömungsweg des Schmiermittels 50 angeordnet ist, daß Verunreinigungen von dem Schmiermittel entfernt werden.
Eine weitere' Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verbesserten Differentials der vorstehend genannten Art, in dem das Filter in Bezug auf das Tellerrad des Differentials so angeordnet ist, daß die auf, das Schmiermittel ausgeübte Fliehkraft für die Bewegung des Schmiermittels qurch das Filter ausgenutzt wird.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht außerdem in der Schaffung eines verbesserten Differentials der vorstehend angegebenen Art, das mit dem Filter versehen werden kann, aber nicht oder nur wenig teurer ist als ähnliche Differentiale, die kein Schmiermittelfilter besitzen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht weiter in der Schaffung eines verbesserten Differentials der vorstehend angegebenen Art, dem ein Schmiermittelfilter zugeordnet ist und das ferner mit magnetischen Mitteln versehen werden kana, damit Metallteilchen wirksamer von dem Schmiermittel entfernt werden.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht ferner in der Schaffung eines verbesserten Differentials der vorstehend angegebenen Art, das mit einem Schmiermittelfilter versehen ist, das mit Schmiersystemen bekannter Art zusammenwirken kann, die zu diesem Zweck gar nicht oder nur geringfügig abgeändert zu werden brauchen.
Die Erfindung schafft ein Diferential, dem ein Schmiersystem zugeordnet ist. Ferner ist dem Differential ein Schmiermittelfilter zugeordnet, das eine Entfernung -ton Verunreinigungen aus dem durch das Differential u-" gewälzten Schmiermittel gewährleistet. Das Schmiermittelfilter besitzt eine Trommel, die mit einem geeigneten Teil des Differentiale, s.B. dem Zahnkranz, drehfest verbunden und geeignet ist, Schmiermittel dem Schmiersystem des Differentials zuzuführen. Die Trommel ist mit Mitteln zum fördern von Schmiermittel in das Trommelinnere versehen beispielsweise mit mehreren Schöpfern. In der Trommel ist ein Filterelement vorgesehen, das sich über Öffnungen im Rand der Trommel erstreckt. Das Schmiermittel fließt durch das Filterelement und durch die genannten Öffnungen, so daß feste Teilchen aus dem Schmiermittel abfil triert werden und auf dem Filterelement, zurückbleiben.
Weitere Aufgaben und Vorteil der Erfind'ung ergeben sich für den mit Einrichtungen der vorstehend angegebenen Art vertrauten Fachmann aus der nachstehenden' Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen; Fig. 1 schematisch einem Teil des Differentials, das mit einem Druckschmiersystem und dem erfindungsgemäßen Schmiermittelfilter versehen ist, Fig. 2 einen zentralen Horizontalschnitt durch das Differential, Fig. 3 im Zentralschnitt einen Teil der Trommel, die mit dem Tellerrad des Differentials verbunden ist, Fig. 4 in einer Ansicht den in Fig. 3 gezeigten Teil von dessen rechtem Ende gesehen, und Fig. 5 in einer einem Teil der Fig. 1 ähnlichen Darstellung in größerem Maßstab ei'ne abgeänderte Ausführungsform.
In den beigefügten Zeichnungen ist eine Antriebsachse 10 eines Kraftfahrzeuges gezeigt. Diese Achse ist mit einem erfindungsgemäßen Schmiermittelfilter versehen, das dem Differential für die Achse zugeordnet ist. Die Erfindung kann auf die verschiedenartigsten Differentialgetriebe, beispielsweise Ein- und Mehrgangsgetriebe, angewendet werden. Die hier dargestellte Zweigang-Antriebsachse ist von bekannter Art und stellt nur ein Anwendungsbeispiel dar. Diese Achse wird nachstehend nur kurz beschrieben, damit eine Anordnung erläutert wird, auf welche die Erfindung angewendet werden kann.
In dieser Ausführungsform ist die Achse 10 mit einen Gehäuse 11 und einem Differentialsgetriebe 12 vers@hen, das hier als Zweiganggetriebe ausgebildet ist und zur Aufgabe eines Drehmoments an Antriebsräder dient, die auf Achswellen 13 montiert sind,die von dem Getriebe seitlich in einander entgegengesetzten Richtungen vorstehen. Das Gehäuse 11 hat einen erweiterten, mittleren Teil 14, der eine Getriebekammer 15 enthält, in der ein Getriebe 12 angeordnet ist. Das Gehäuse 11 hat ferner rohrförmige Teile 16, die von dem mittleren Teil 14 in einander entgegengesetzten Richtungen seitwärts vorstehen und durch die sich die Achswellen13 erstrecken. Der untere Teil der Getriebekammer 15 bildet einen Behälter 17, der einen Vorrat eines Schmiermittels enthält, das zum Schmieren der verschiedenen in der Getriebekammer angeordneten Teile dient.
Der zentrale Gehäuseteil 14 enthält zwei seitlich im Abstand voneinander angeordnete Lager 20 und 21, mit denen das in der Kammer 15 angeordnete Getriebe ua eine Achse 19 drehbar gelagert ist, die auch die Drehachse der Achswellen 13 ist. Der mittlere Gehäuseteil 14 besitzt auf der Vorderseite einen Vorsprung 22, in dem eine Ritzelwelle 23 und ein Lager 24 zur Drehlagerung der Ritzelwelle angeordnet sind.
Der mittlere Gehäuseteil 14 ist auf der RtLekseite mit einer Zugangsöffnung 25 verschen, die sich in die Getriebekammer 15 erstreckt und durch welche das Getriebe 12 in diese Kammer eingebracht werden kann. Durch geeignete Befestigungsschrauben 27A ist mit dem zentralen Gehäuseteil 14 abnehmbar ein Deckel 26 verbunden, der zum Schließn der Zugangsöffnung dient. Der Deckel 26 besitzt eine konkave Wand 28 und einen ringförmigen Randflansch 27, den die Schrauben 27A durchsetzen.
Das Getriebe 12 ist von Ublioher Art und mit einem Getriebegehäuse 29 versehen, das ein geeignetes Planetengetriebe zur Übertragung eines Drehmoments auf die Achswellen 13 enthält. Das Getriebe 12 besitzt ferner ein Tellerrad 30, das außerhalb des Getriebehäuses@ 29 angeordnet und mit ihm verbunden ist. Das Tellerrad 30 ist ein Kegelrad, und auf der Ritzelwelle 23 ist ein Ritzel ia Form eines Kegelrades 31 angeordnet, das mit dem Tellerrad 90 käsat. Das Getriebe 12 ißt ein Zweiganggetriebe und mit Hilfe einer Schalteinrichtung 32 bekannter Art von einem Gang auf den anderen umschaltbar.
Das Getriebegehäuse 29 des Differentials hat eine zur Aufnahme von Schmiermittel dienende, zylindrische Außenfläche 39, die teilweise in dem in dem Behälter befindlichen Schmiermittel eingetaucht ist. Der Spiegel dieses Schmiermittels ist bei L angedeutet. Die Fläche 39 nimmt bei ihrem Umlauf schmiermittel aus dem Behälter auf und rührt; 08 Dit sich. Das von der Fläche 39 mitgeführte Schmiermittel wird von dieser durch eine Schmiermittelführung 41 abgenommen, wie sie in der am 1. Oktober 1965 eingereichten und auf die Anmelderin übertragenen USA-Patentanmeldung Ser. No. 492 027 dargestellt und bschrieben ist. In nächster Nähe eines Endes der Schmiermittelführung 41 ist ein Schmiermittelaufnehmer 42 angeordnet, der zu dem Lager 20 führt. Der Schmiermittelaufnehmer 42 gibt Schmiermittel an das Lager 20 ab, von dem das Schmiermittel in das Getriebegehäuse 29 (Fig. 2) und durch dieses tritt, so daß die in dem Gehäuse 29 befindlochen Getriebeelemente geschmiert werden Das Schmiermittel verläßt dann das Getriebegehäuse 29 und tritt durch das Lager 21 und kehrt dann in den Behälter 17 zurück.
Im Bereich des Umfanges des Tellerrades 30 sind weitere Schmiermittelaufnehmer 38 bekannter Art vorgesehen, die in geeigneter Weise Scheiermittel von der Fläche 3ûA des Tellerrades aufnehmen und an das Lager 24 und geEsebenenfalls an andere bewegliche Teile der Achsanordnung abgeben.
Vorstehend wurde eine bekannte Anordnung ausführlich beschrieben, die ein Anwendungsbeispiel für den Erfindungsgegenstand darstellt und diesen aufnehmen kann. Jetzt sei der Erfindungsgegenstand selbst betrachtet. Auf der Nabe 59 des Tellerrades 30 ist auf der desen Zähnen entgegengeo setzter Seite eine Trommel 34 taontiert.
Die Trommel 34 besitzt einen Mantel 51, der von mehregen in der Umfangsrichtung in Abständen voneinander angeordneten, gewöhnlich kreisförmigen Öffnungen 52 durchsetzt ist. Ein Flansch 53 erstreckt sich von dem einen Rand des Mantels 51 radial einwärts. Die Trommel 34 hat eine ringförmige Endwand 54, die sich von dem anderen Rand des Mantels 51 einwärts erstreckt und einen äußeren Teil 56 und einen inneren Teil 97; besitzt. Der äuBere Teil 56 ist gegen die Drehachse 19 unter einem relativ großen Winkel geneigt, d)ar kleiner ist als 900 und z.B. etwa 750 beträgt. Der innere Teil 57 erstreckt sich radial einwärts und besitzt eine Anzahl von durch Einschneiden und Ziehen gebildeten, in der Umfangsrichtung in Abständen voneinander angeordneten Federfingern 58, die gegen'-über einer Radialebene geneigt sind. Die Trommel 34 ist auf der Nabe 59 (Fig. 2) des Tellerrades 30 montiert An den Federfinern 58 greift ein Haltering 61 an, der mit Mutterschrauben 62 an dem Tellerrad befestigt ist.
In dem äußeren Teil 56 der Stirnwand 54 der Trommel 34 sind mehrere Schöpfer 63 vorgesehen, die in der Umfangsrichtung in Abständen voneinander angeordnet sind.
Jeder Schöpfer 63 besitzt eine Endkante 64, die durch einen Schnitt durch den äußeren Teil 56 gebildet worden ist. Ein allgemein dreieckiger Teil 66 des Metalls ist auswärts von dem übrigen Teil 56 angeordnet, so daß der Schöpfer 63 hohl und teilweise kegelförmig ist. Der Schöpfer stellt eine Verbindung zwischen der Innenseite und der Außenseite der Trommel 34 herO Die Schöpfer 63 sind in der Richtung offen, in der sich das Tellerrad 30 während der Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges dreht, so daß bei einer Bewegung der Schöpfer durch den Schmiermittelbehälter 17 Schmiermittel durch die Schöpfer in das Innere der Trommel 34 tritt.
Auf der Innenfläche des Mantels 51 der Trommel 34 ist eine ringförmige Schicht 67 (Fig. 3) aus Filtermaterial angeordnet, welche die Öffnungen 52 bedeckt. Das in das Innere der Trommel 34 eintretende Schmiermittel fließt unter der Fliehkraftwirkung. auswärts, wem der. Zahnkranz 30 und die Trommel 34 zusammen rotieren. Das Schmiermittel durchsetzt die Filterschicht 67, so daß Rückstände, beispielsweise Metallteilchen, aus dem Schmiermittel her ausfiltriert und auf der Filterschicht festgehalten werden. Das durch die Öffnungen 52 austretende Schmiermittel ist daher im wesentlichen frei von fssten Teilchen. Man erkennt, daß der Zahnkranz 90 und die Trommel 34 eine Kammer 68 (Fig. 2) bilden, die im wesentlichen geschlossen ist und in der die festen Teilchen festgehalten werden, die mit Hilfe der Filterschicht 67 aus dem Schmiermittel entfernt werden.
Die Filterschicht 67 kann auf verschiedene Weise festgehalten werden. Eine für diesen Zweck besondere gut geeignete Anordnung ist in Fi. 3 dargestellt. Eine in Form eines Ringes angeordnete, zickzack- oder wellenförmige Feder 71 ist zwischen dem Flansch 53 und dem Wandteil 56 angeordnet. Die Feder 71 greift an der Innenfläche der Filterschicht 67 an und federt auswärts, so daB die Filterschicht satt gegen die Innenwandung des Mantels 51 der Trommel 34 angehalten wird. Die Feder 71 besteht vorzugsweise.aus magnetischem Material, das etwa in dem Schmiermittel enthaltene Metallteilchen ansieht, so daß die Entfern von Metallteilchen aus dem durch das Innere der Trommel 34 fließenden Schmiermittel entfernt wird.
Die Wirkungsweise der kraftübertragenden Elemente des Differentials ist dieselbe wie in üblichen Differentialen und braucht daher nicht beschrieben zu werden.
Jetzt sei der Schmiermittelfluß betrachtet.
Wenn das Tellerrad 30 von dem Kegelrad 31 gedreht wird, erfolgt eine Aufnahme von Schmiermittel aus dem Schmiermittelbehälter, und zwar auf der Außenfläche des Tellerrades 30 und der Trommel 34 und durch die Schöpfer 63, durch die Schmiermittel in das Innere der Trommel tritt. Das in das Innere der Trommel 34 eintretende Schmier-' mittel fließt unter der Wirkung der Fliehkraft radial auswärts und durch die Filterschicht 67 und danach durch die Öffnungen 52, so daß das Schmiermittel auf die Außenfläche der Trommel 34 gelangt. Wen das durch das Innere der Trommel 34 fließende Schmiermittel feste Teilchen enthält, werden diese von dem Filter 67 festgehalten und können sie nicht durch, das Schmiermittelsystem des Differentials wandern. Es fließt zwar nicht das ganze Schmiermittel kontinuierlich durch die Filterschicht 67, doch tritt kontinuierlich ein beträchtlicher Teil des Schmiermittels durch die Filterschicht. Infolgedessen bleibt das Schmiermittel im wesentlichen frei von Teilchen, die sonst zu einer Beschädigung oder einer zu schnellen Abnutzung der Teile des Differentials führen würden.
Durch die Öffnungen 52 austretendes Schmiermittel kehrt dann in den Behälter 17 zurück, um in beliebiger Weise umgewälzt zu werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Schmiermittel aus dem Behälter von den Flächen 30A und 39 aufgenommen und in der vorstehend beschriebenen Weise verteilt.
Das Filterelement 67 braucht nur in großen Zeitabständen erneuert eu werden. Diese Erneuerung kann leicht im Zeitpunkt der Überholung des Laufwerks des betreffenden Fahrzeuges erfolgen.
Gegebenenfalls kann man im Bereich der Außenfläche der Trommel 34 auch eine Einrichtung. z.B. einen Abstrsicher 38A (Fig. 5) vorsehen, die frisch filtriertes Schmiermittel von der Trommel aufnimmt und es an eine geeignete Verteilereinrichtung 43 zum Schmieren des Lagers 24 abgibt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Differential mit einem Schmiermittelbehälter und einer Einrichtung zum Zuführen von Schmiermittel zu Teilen des Differentials, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein Filter (67) und eine Schmiermittelumwälzeinrichtung (34), die beim Antrieb der Teile (30) des Differentials Schmiermittel durch das Filter hindurch umwälzt und. das Schmiermittel danach an die Teile (30) des Differentials abgibt.
2. Differential nach Anspruch 1, d a d u r e h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Schmiermittelumwälzeinrichtung (34) unter der Wirkung einer Drehung des Tellerrades (30) des Differentials drehbar ist, das Filter (6;?) ringförmig ist und die Umwälzeinrichtung das Schmiermittel veranlaßt, unter Fliehkraftwirkung radial auswärts durch das Filter su treten.
3. Differential nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r a b g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schmiermittelumwälzeinrichtung ein ringförmiges Element (34) besitzt, das mit mitteln (63) eum Einführen von Schmiermittel in das Innere des ringförmigen Elements verrehen ist, zwischen der Innenseite und der Außenseite des ringförmigen Elements Durchlässe (52) vorgeschen sind und das Filter (67) sich quer über die Durchlässe erstreckt.
4. Differential nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß mit der Außenfläche des ringförmigen Elements (34) ein Schmiermittelaufnehmer (38A) zusammenwirkt, der dazu dient, von der Außenfläche des ringförmigen Elements Schmiermittel aufzunehmen und es den genannten Teilen des Differentials zuzuführen.
5. Differential nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r o h g e k e n n z e i c h n a t , daß den Filter (67) eine magnetische Einrichtung (?1) zugeordnet ist die sum Entfernen von Metallteilchen von dem Schmiermittel dient.
6. Differential nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend ein Gehause mit einer Antriebskammer und einem Schmiermittelbehälter, ein Antriebsritzel, ein in der Getriebekammer angeordnetes Sellerrad, das von des Ritzel angetrieben wird, ein von dem Tellerrad angetriebenes Ausgleichsgetriebe und von dem Ausgleichsgetriebe angetriebene Wellen, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß mit dem Tellerrad (30) eine Trommol (34) gekuppelt ist, die durch den Schmiermittelbehälter (17) hindurch bewegbar ist, eine Einrichtung (63) zum Zuführen von Schmiermittel zum Innern der Trommel bei deren Bewegung durch den Schmiermittelbehälter, Durchlässe (52) zwischen der Innenseite und der Außenseite der Trommel und ein Filter (67), das sich quer über die Durchlässe erstreckt und zum Filtrieren von Teilchen von dem Schmiermittel dient.
7. Differential nach Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n £ e i o h n e t , daß außerhalb der Trommel (34) im Bereich derselben ein Schmiermittelaufnehmer (38A) angeordnet ist, der sich bis nahe an die Außenfläche der Trommel erstreckt und dazu dient, Schmiermittel von ihr aufzunehmen, und daß Schmiermittelkanäle (43) von dem Aufnehmer zu den zu schmierenden Teilen führen.
8. Differential nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r o g e k e n n z e i c h n e t , daß das Filter eine ringförmige Filterschicht (67) besitzt, die in der Trommel angeordnet ist und auf der Innenfläche des Mantels liest.
Differential nach Anspruch 8, d a d u r o h g e -k e n n z e i c h n e t , daß eine Federanordnung (71) vorgesehen ist, die dazu dient, die Filterschicht (67) in der Trommel (34) festzuhalten und sie elastisch gegen die Innenfläche zu drücken.
10. Differential nach Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n 8 e i c h n e t , daß die Federanordnung (71) im wesentlichen wellenförmig ist und einen Ring bildet.
11. Differential nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 10,, d a d u r c h g e.k e n n z e i c h n e t, daß die Trommel (34) eine einwärtsgerichtete Stirnwand (54) besitzt, die mit Schöpfern (53) versehen ist, die zum Einführen von Schmiermittel in das Innere der Trommel dient.
12. Differential nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t daß die Trommel (34) an dem Tellerrad (30)befestigt ist und mit ihm eine im wesentlichen geschlossenen Kammer bildet, in der das Filter (67) angeordnet ist.

L e e r s e i t e