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Sperrbares Stirnräder-Ausgleichgetriebe Die Erfindung bezieht sich
auf ein sperrbares Stirnräder-Ausgleichgetriebe für Kraftfahrzeuge, bei dem ein
mit einem Innengewinde versehenes Stirnrad auf einem Außengewinde verschraubbar
ist und in der einen Endstellung das Ausgleichgetriebe des Umlaufstirnräderträgers
sperrt.
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Bekannt sind bereits sperrbare Stirnräder-Ausgleichgetriebe, bei denen
die Drehkraftverteilung geändert oder eine Drehkraftdifferenz erheblicher Größe
an den Antriebsrädern erzeugt wird, wenn eines der Fahrzeugräder einen verhältnismäßig
geringen Zug ausübt. Diese bekannten sperrbaren Stirnräder-Ausgleichgetriebe haben
jedoch noch einen verwickelten und kostspieligen Aufbau und sind nach dem Zusammenbau
nicht gedrungen genug, so da.ß Änderungen in der Rahmenkonstruktion des Fahrzeuges
nötig sind. Ferner weisen diese bekannten Ausgleichgetriebe einen schlechten Wirkungsgrad
in einem weiten Betriebsbereich des Fahrzeuges auf. Außerdem bedingt der Zusammenbau
der verschiedenen Einheiten meistens äußerste Sorgfalt und Genauigkeit bei der richtigen
Einstellung und Ausrichtung der verschiedenen zusammenwirkenden oder ineinandergreifenden
Teile derselben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sperrbares Stirnräder-Ausgleichgetriebe
zu schaffen, das die vorerwähnten Mängel vermeidet und schnell, wirksam und selbsttätig
anspricht, um die Betriebsbedingungen zu ändern.
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Die Erfindung bei einem sperrbaren Stirnräder-Ausgleichgetriebe der
eingangs genannten Art besteht darin, daß das Außengewinde auf einer Buchse angebracht
ist, die auf einer der Achswellen aufgekeilt ist und auf der das mit dem Innengewinde
versehene, als eines der Achswellenstirnräder dienende Stirnrad verschraubbar ist,
das in der einen Endstellung eine Scheibe des Umlaufstirnräderträgers zwischen sich
und einem Bund der Buchse festklemmt und sich in der anderen Stellung mit der Buchse
kuppelt.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsheispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht des sperrbaren
Stirnräder-Ausgleichgetriebes nach der Erfindung, das die relative Stellung von
vier im Abstand angeordneten Scheiben zeigt, die den Umlaufstirnräderträger bilden,
und verschiedene ineinandergreifende Stirnräder, die dazwischen liegen, wobei die
Schraubenbolzen zum Zusammenhalten des Umlaufstirnräderträgers teilweise entfernt
sind, , Fig. 2 eine Fig. 1 ähnliche perspektivische Ansicht des Stirnräder-Ausgleichgetriebes,
bei der eine der Endscheiben des Umlaufstirnräderträgers abgenommen und ein Satz
der Umlaufstirnräder freigelegt ist, dessen Umlaufstirnräder sich im Eingriff mit
dem Sonnenrad befinden, das mit der Achswelle eines der Fahrzeugräder durch Keilverzahnung
verbunden ist, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Stirnräder-Ausgleichgetriebes,
bei der die eine Endscheibe- und die benachbarte Zwischenscheibe des Umlaufstirnräderträgers
sowie bestimmte damit verbundene Stirnräder entfernt sind, Fig. 4 eine perspektivische
Ansicht der angetriebenen Endscheibe des Umlaufstirnräderträgers, Fig. 5 eine vergrößerte,
-teilweise geschnittene Ansicht eines verbesserten Stirnräder-Ausgleichgetriebes
nach Fig. 1, von links gesehen, Fig. 6 einen Axialschnitt nach Linie 6-6 in Fig.
5, Fig. 7 einen abgewickelten Schnitt nach Linie 7-7 in Fig. 5, der durch die, Achsen
der Umlaufstirnräder hindurchgeht, wobei außerdem das Achswellenstirnrad mit Innengewinde
und das ändere Achswellenstirnrad schematisch auf entgegengesetzten Seiten der Schnittansicht
mit dem Kraftfluß der Antriebskraft dargestellt sind, der in gebrochenen Linien,
ausgehend von dem Achs-wellenstirnrad, durch die Umlaufs.tirnräder zu dem Achswellenstirnrad.
mit Innengewinde gezeigt ist, Fig. 8 ein Querschnitt nach der Linie 8-8 der Fig.
6, Fig.9 eine perspektivische auseinandergezogeneAnsicht, bei der das Ausgleichstirnrad
mit Innengewinde und die Buchse dargestellt ist, wobei die letztere die mit Keilverzahnung
versehene Mittelbohrung derselben zur Aufnahme der Achswelle eines der Fahrzeugräder
aufweist, Fig. 10 eine perspektivische Ansicht des Achswellenstirnrades, die die
mit Keilverzahnung versehene Mittelbohrung desselben zeigt,
Fig.
11 eine perspektivische Ansicht eines der Umlaufstirnräder, Fig. 12 eine perspektivische
Ansicht eines Abstandstückes für die Scheiben des Umlaufstirnräderträgers, Fig.
13 eine vergrößerte perspektivische Ansicht der verdeckten Fläche der Endscheibe
des Umlaufstirnräderträgers, die in Fig. 1 gezeigt ist, und Fig.14 eine perspektivische
Ansicht einer der Zwischenscheiben des Umlaufstirnräderträgers.
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In den Zeichnungen, insbesondere in Fig. 1 bis 4, ist ein sperrbares
Stirnräder-Ausgleichgetriebe gezeigt, das einen Umlaufstirnräderträger A enthält,
der aus vier koaxial. relativ im Abstand voneinander angeordneten Scheiben 1, 2,
3 und 4 besteht, die miteinander durch mehrere Schraubenbolzen 8 und Muttern verbunden
sind, die sich durch ringförmig im Abstand angeordnete Bohrungen 9 erstrecken, die
in jeder Scheibe vorhanden sind. Die Scheiben 1 und 4 sind Endscheiben, und die
Scheiben 2 und 3 sind die Zwischenscheiben des Umlaufstirnräderträgers A. Die Zwischenräume
5, 6 und 7, die zwischen den Scheiben 1, 2, 3 und 4 vorhanden sind, können sich
den verschiedenen Stirnrädern anpassen, wie nachfolgend beschrieben ist.
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Die Endscheibe 1, die deutlicher in Fig. 4 zu sehen ist, ist mit einem
ringförmigen, sich nach auswärts erstreckenden Flansch 1 a: versehen, an dem ein
ringförmiges Tellerkegelrad 21 befestigt ist. Das Tellerkegelrad 21 wird durch die
Antriebswelle des Fahrzeuges angetrieben, in die das Stirnräder-Ausgleich-Betriebe
eingebaut ist. Das ganze Stirnräder-Ausgleichgetriebe ist in einem nicht gezeigten
Achsgehäuse einschließbar.
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Von der Innenfläche der Endscheibe 1, die der Zwischenscheibe 2 benachbart
ist, stehen mehrere symmetrisch angeordnete Vorsprünge 1 b von ähnlicher Gestalt
ab, von denen jeder am äußeren Umfang einen bogenförmigen Flansch 1 c besitzt, der
beim Zusammenbau des Stirnräder-Ausgleichgetriebes in einer Aussparung 2a zu liegen
kommt, die am Umfang der Zwischenscheibe 2 (Fig. 14) angeordnet sind, so daß die
Scheiben 1 und 2 in der richtigen Stellung zueinander festgehalten werden. Die Vorsprünge
1 b sind symmetrisch um eine zentrale Vertiefung 1 d angeordnet, in der eine zentrale
Lagerbohrung 1 e gebildet ist, durch die sich die nicht gezeigte Achswelle eines
Fahrzeugrades und eine Buchse 15 erstrecken, mit der das Ende der Achswelle durch
eine Keilverzahnung verbunden ist. Radial von der zentralen Vertiefung 1 d erstrecken
sich und sind in symmetrischer Beziehung dazu angeordnet äußere Vertiefungen 1 f,
von denen jede mit einer Lagerbohrung 1g zur Aufnahme eines Umlaufstirnrades 10
versehen ist, was nachfolgend im einzelnen beschrieben wird.
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Zwischen den Zwischenscheiben 2 und 3 sind mehrere im wesentlichen
keilförmige Abstandstücke 22 (Fig. 12), angeordnet, die die Zwischenscheiben 2 und
3 im richtigen Abstand halten. Bei jedem Abstandstück 22 sind die an den Zwischenscheiben
anliegenden Seiten am äußeren Umfang mit bogenförmigen Flanschen 22a versehen, die
ihrerseits beim Zusammenbau des Stirnräder-Ausgleichgetriebes in den Aussparungen
2a und 3 a zu liegen kommen, die am äußeren Umfang der Zwischenscheiben 2 bzw. 3
vorgesehen sind. Die Zwischenscheiben 2 und 3 sind von gleicher Form, und daher
wird nur eine dieser Zwischenscheiben nachfolgend näher beschrieben. In jedem Abstandstück
22 ist eine axiale Bohrung 22b vorgesehen, die die mit Flanschen versehenen, an
dien Zwischenscheiben anliegenden Seiten des Abstandstückes verbindet und mit den
Bohrungen 9 für die Schraubenbolzen 8 ausgerichtet werden kann, die in den. Scheiben
1, 2, 3 und 4 vorgesehen sind.
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Die Endscheibe 4 (Fig. 13) ist in gleicher Weise mit symmetrisch angeordneten
Vorsprüngen 4a zum Einhalten des Abstandes versehen, die in gleicher Weise wie die
Vorsprünge 1 b der Endscheibe 1 wirken und die Scheiben 3 und 4 in der richtigen
Stellung festhalten. Die Vorsprünge 4a haben eine größere axiale Länge als die Vorsprünge
1 b, weil die Endscheibe 4, aus der sie vorstehen, eine vorspringende Anlagefläche
4 b aufweist. In der vorspringenden Anlagefläche 4 b ist eine zentrale Lagerbohrung
4 c angeordnet, die die nicht dargestellte Achswelle des anderen Fahrzeugrades sowie
ein Ende eines Achswellenstirnrades 19 aufnimmt, was nachfolgend näher beschrieben
ist. Die vorspringende Anlagefläche 4 b besitzt ebenfalls sich radial erstreckende
Abschnitte 4d, die ihrerseits mit Lagerbohrungen 4 e versehen sind, um die vorher
erwähnten Umlaufstirnräder 10 aufzunehmen.
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In den Zwischenräumen 5, 6 und 7, die zwischen den Scheiben 1 bis
4 gebildet sind, sind mehrere Umlaufstirnräder 10 angeordnet, die aus zwei miteinander
verbundenen Ritzelteilen bestehen und von denen eines deutlicher in Fig. 11 gezeigt
ist. Jedes Umlaufstirnrad hat die gleiche Konstruktion und besitzt Endzapfen 11,
einen Mittelzapfen 12 und zwei Ritzelteile 13, die zu beiden Seiten des Mittelzapfens
12 angeordnet sind. Die Ritzelteile 13 jedes Umlaufstirnrades 10 haben die gleiche
Gestalt und sind so ausgebildet, daß sie, wenn die Umlaufstirnräder 10 und die Scheiben
1 bis 4 zusammengebaut sind, durch jede Zwischenscheibe 2 oder 3 getrennt werden..
In jeder Zwischenscheibe 2 oder 3 sind mehrere offenendige, sich radial erstreckende
Taschen 24 vorgesehen, die in. dem Umfang derselben gebildet sind. Die Weite jeder
Tasche 24 ist etwas größer als der Durchmesser des Mittelzapfens 12 des Umlaufstirnrades
10, wodurch das letztere leicht hinsichtlich der Zwischenscheiben 2 und 3 mit ihnen
vereinigt werden kann. Jede Zwischenscheibe 2 und 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel
mit drei Taschen 24 versehen, um drei Umlaufstirnräder 10 aufzunehmen. Zwischen
den benachbarten Taschen der Zwischenscheibe 2 oder 3 befinden sich ein Paar Bohrungen
9 und 24a. Die Bohrung 9, die bereits vorher erwähnt wurde, dient dazu, den Schraubenbolzen
8 aufzunehmen. Die Bohrung24a andererseits nimmt den Endzapfen 11 des Umlaufstirnrades
10 auf, das in der Tasche 24 der anderen Zwischenscheibe angeordnet ist. Auf diese
Weise befinden sich, wenn das Stirnräder-Ausgleichgetriebe zusammengebaut ist, die
Bohrungen 24a von der Zwischenscheibe 2 in Übereinstimmung mit den Taschen 24 von
der Zwischenscheibe 3 und umgekehrt. Die Dicke jeder Zwischenscheibe 2 und 3 ist
etwas geringer als die axiale Abmessung jedes Mittelzapfens 12 der Umlaufstirnräder
10.
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Die Ritzelteile 13 der Umlaufstirnräder 10, die im Zwischenraum 5
angeordnet sind, befinden sich im Eingriff mit einem mit Innengewinde 14 a versehenen
Stirnrad 14. Das Stirnrad 14 ist schraubb ar auf einer zylindrisch geformten Buchse
15 (Fig. 9) angebracht und ist in dem Zahnradraum 5 angeordnet. Die Axiallänge des
Stirnzahnrades 14 ist geringer als der Abstand zwischen der zentralen Vertiefung
1 d der Endscheibe 1 und der benachbarten Zwischenscheibe 2. Auf diese Weise wird
sich -das Stirnrad 14 unter gewissen Betriebsbedingungen axial zu dem Gewinde-
Schaftteil
17 der Buchse 15 bewegen und verursachen, daß die Zwischenscheibe 2 zwischen das
Stirnrad 14 und einen Bund 18 geklemmt wird, der an der Buchse 15 vorgesehen ist,
oder es wird sich in der entgegengesetzten Richtung bewegen und gegen die Endscheibe
1 anliegen.
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Die Buchse 15 ist im Innern 15 a mit einer Keilverzahnung zur Aufnahme
des Endes der linken, nicht dargestellten Achswelle des Fahrzeugrades versehen.
Der Außenumfang des einen Endes 16 der Buchse ist etwas im Querschnitt verringert
und bildet einen Zapfen, der in der zentralen Lagerbohrung 1 e der Endscheibe 1
angeordnet ist. Ein Gewindeschaftteil 17 der Buchse 15 ist außen mit Gewinde versehen
und kann mit dem Innengewinde 14a des Zahnrades 14 in Eingriff treten. Das entgegengesetzte
Ende der Buchse 15 ist mit einem ringförmigen Bund 18 versehen, der im Zwischenraum
6 angeordnet werden kann. Wie in Fig..8 zu sehen ist, ist der Außendurchmesser des
Bundes 18 derart, daß der Bund sich außer Berührung mit- den Ritzelteilen 13 der
Umlaufstirnräder 10 befindet, die in diesem Zwischenraum 6 angeordnet sind. Der
Teil 15 b des Schaftes der Buchse 15 zwischen dem in der Mitte außen mit Gewinde
versehenen Gewindeschaftteil 17 und dem Bund 18 bildet einen Zapfen, der durch eine
zentrale Lagerbohrung 2 b, die in der Zwischenscheibe 2 gebildet ist (Fig. 14),
gestützt werden kann.
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Die Lagerbohrungen 1 g, die in den sich radial erstreckenden Vertiefungen
1 f der Endscheibe 1 (Fig.4) gebildet sind, nehmen eines der Zapfenenden 11 der
Umlaufstirnräder 10, die mit dem Stirnrad 14 im Eingriff stehen, auf.
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Die Ritzelteile 13, die in dem Zwischenraum 6 untergebracht sind,
sind in einer solchen Weise angeordnet, daß drei Sätze von ineinandergreifenden
Stirnradpaaren gebildet sind, so. daß der Kraftfluß direkt von der Endscheibe 1
über die von dieser getragenen Umlaufstirnräder 10, die durch die Endscheibe 4 gehalten
werden, an das Achswellenstirnrad 19 übertragen wird, dessen einer Endzapfen 19
a, in der zentralen Lagerbohrung 3 b (Fig. 6) der Zwischenscheibe 3 angeordnet ist.
Der andere Endzapfen 19a ist in der zentralen Lagerbohrung 4 c der Endscheibe 4
angeordnet. Das Innere 20 des Achswel.lenstirnrades 19 ist mit einer Keilverzahnung
versehen und so ausgebildet, um das Ende der rechten, nicht gezeigten Achswelle
für das andere Fahrzeugrad aufzunehmen.
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Der Kraftfluß durch das Stirnräder-Ausgleichgetriebe ist durch die
gebrochenen Linien in Fig.6 und 7 gezeigt. Zum besseren Verständnis der Wirkung
des sperrbaren Stirnräder-Ausgleichgetriebes nach der Erfindung unter verschiedenen
Betriebsbedingungen des Fahrzeuges sind die linken und rechten Achswellen, die mit
den Endscheiben 1 bzw. 4 zusammenwirken, in Fig. 6 angegeben. Drei der verschiedenen
Bedingungen, unter denen das Stirnräder-Ausgleichgetriebe arbeiten kann, sind: Bedingung
1. Geradlinige Vorwärtsbewegung des Fahrzeuges mit gleicher Zugkraft für beide Fahrzeugräder.
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Bedingung 2. Geradlinige Vorwärtsbewegung des Fahrzeuges mit guter
Zugkraft am linken Fahrzeugrad und geringer Zugkraft am rechten Fahrzeugrad.
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Bedingung 3. Kurvenfahrt des Fahrzeuges mit gleicher Zugkraft für
beide Fahrzeugräder, wobei das linke Fahrzeugrad mit Bezug auf das rechte Fahrzeugrad
vorgerückt wird.
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Obwohl zahlreiche andere Betriebsbedingungen auftreten können, die
andere als die vorerwähnten sind, dürften die drei Bedingungen zum Erläutern der
Wirkung des Stirnräder-Ausgleichgetriebes ausreichen. Bedingung 1 Es sei angenommen,
daß das Fahrzeug aus einer Standstellung anfährt. Nach Anfahren aus der Standstellung
wird die Endscheibe 1 in einer Richtung (im Uhrzeigersinne, s. Fig.5) durch das
Tellerkegelrad 21 angetrieben, worauf das Stirnrad 14 mit Innengewinde 14a durch
die Ritzelteile 13 der Umlaufstirnräder 10, die von der Endscheibe 1 gehalten werden,
in einer Richtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne gedreht werden wird. Das Stirnrad
14 seinerseits wird sich relativ zu der Buchse 15 drehen; denn das linke Fahrzeugrad
steht so lange still, bis das Stirnrad 14 gegen die Zwischenscheibe 2 anliegt und
die letztere wirksam zwischen das Stirnrad 14 und den ringförmigen Bund 18 klemmt,
der an der Buchse 15 vorgesehen ist. Wenn dieser letztere Zustand eintritt, werden
das Stirnrad 14, die Buchse 15, die Umlaufstirnräder 10 und die Scheiben 1 bis 4
zusammengeschlossen, wodurch das ganze Stirnräder-Ausgleichgetriebe als eine Einheit
in Uhrzeigerrichtung umläuft. Gleichzeitig mit dem Verriegeln des Stirnrads 14,
der Buchse 15, den LTmlaufstirnrädern 10 und den Scheiben 1, 2, 3 und 4 wird das
Achswellenstirnrad 19 ebenfalls in der gleichen Richtung durch die Ritzelteile 13
der Umlaufstirnräder 10 gedreht, die von der Endscheibe 4 gehalten werden. Auf diese
Weise wird unter Bedingung 1 eine gleiche Drehkraft auf jedes Fahrzeugrad ausgeübt.
Bedingung 2 Die Relativbewegung des Stirnrades 14 mit Innengewinde 14a in bezug
auf die Buchse 15, um das Einklemmen der Zwischenscheibe 2 zwischen dem Stirnrad
14 und dem Bund 18 der Buchse zu bewirken, ist im wesentlichen die gleiche, wie
sie unter der Bedingung 1 beschrieben ist. Nachdem die Klemmwirkung eingetreten
ist, wird das ganze Ausgleichgetriebe als eine Einheit umlaufen. Es wird jedoch
mehr Drehkraft durch das linke Fahrzeugrad hindurch übertragen als durch das rechte
Fahrzeugrad, wegen des größeren Widerstandes, der durch das linke Fahrzeugrad auftritt.
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Bedingung 3 Es sei angenommen, daß vor der Kurvenfahrt des Fahrzeuges
das letztere geradlinig in Vorwärtsrichtung lief und daß das Stirnrad 14 mit Innengewinde
und der Bund 18 der Buchse 15 mit der Zwischenscheibe 2 in Klemmeingriff gestanden
hat.
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Durch das Vorrücken des linken Fahrzeugrades bewegt sich der Bund
18 von der Zwischenscheibe 2 weg. Gleichzeitig findet eine Verzögerung des rechten
Fahrzeugrades und dadurch des Achswellenstirnrades 19 statt. Das Verzögern des Achswellenstirnrades
19 veranlaßt die Ritzelteile 13, das Stirnrad 14 mit Innengewinde in einer neutralen
Stellung zu halten. Daher sind, bis das Fahrzeug die Linkswendung vollendet hat,
alle Stirnräder frei.
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Durch das Vorrücken des rechten Fahrzeugrades wird das Achswellenstirnrad
19 veranlaßt, sich mit einer höheren Geschwindigkeit zu bewegen, ein Zustand, der
an die Ritzelteile 13 übertragen wird und das Stirnrad 14 mit Innengewinde veranlaßt,
sich von
der Zwischenscheibe 2 weg zu bewegen, so daß diese Zwischenscheibe
nicht mehr zwischen dem Stirnrad 14 und dem Bund 18 eingeklemmt wird.
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Auf diese Weise wird. während der Kurvenfahrt eine Differentialbewegung
zwischen den Fahrzeugrädern bis zu dem Ausmaß zugelassen, die dem Kurvenradius entspricht.
Nach Beendigung der Kurvenfahrt, wenn der Vorwärtsantrieb wieder aufgenommen wird,
wird die Zwischenscheibe 2 wieder erfaßt, und der Antrieb wirkt wieder auf beide
Fahrzeugräder. Wenn sich dabei ein Fahrzeugrad auf Eis befinden würde und keinen
Widerstand findet, kann es nicht drücken und die Antriebskraft zum Nachteil des
anderen Fahrzeugrades verbrauchen, wie es in gewöhnlichen Ausgleichgetrieben der
Fall ist.
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Die gleiche Wirkung tritt während des Rückwärtsantriebes ein, außer
daß der Druck auf die Scheiben 1 und 3 ausgeübt und davon entfernt wird, anstatt
auf die Scheibe 2.
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Auf diese Weise wird die größere Antriebskraft immer an das Fahrzeugrad
übertragen, das die größere Zug-,virkung besitzt, wodurch der Kraftverlust vermindert
wird.