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Differentialgetriebe mit axial verschiebbaren Die Erfindung betrifft
ein insbesondere in Kraft- Kugeln fahrzeugen verwendbares Differentialgetriebe mit
axial verschiebbaren Kugeln, die zwischen dem treibenden Teil und zwei mit einander
gegenüberliegenden gewellten nockenförmigen Stirnflächen versehenen getriebenen
Teilen so angeordnet sind, daß sich ihre Mittelpunkte längs der Erzeugenden einer
sich zusammen mit dem treibenden Teil drehenden und mit ihm gleichachsigen Zylinderfläche
bewegen können, wobei die Zahl der Wellungen der erwähnten Stirnflächen verschieden
ist und sich beide Zahlen von der Zahl der Kugeln unterscheiden. Ein bekanntes derartiges
Ausgleichsgetriebe besitzt im Antriebsrad Öffnungen für die Führung der Kugeln,
wobei das Antriebsrad durch zwei unmittelbar an ihm befestigte Schalen zu einem
Gehäuse ergänzt ist. Bei diesem Getriebe ist auch vorgesehen, daß die Öffnungen
für die Kugeln aus nach innen offenen Taschen mit halbkreisförmigem Querschnitt
ausgebildet sind. Eine andere bekannte Konstruktion weist im Antriebsrad axial verschieblich
gelagerte zylindrische Gleitbolzen mit kugeligen Enden auf, die den Kugeln des vorerwähnten
Getriebes entsprechen und die bei verschiedener Winkelgeschwindigkeit der Halbwellen,
auf denen die Antriebsräder des Fahrzeuges sitzen, parallel zur Achse des Getriebeantriebsrades
hin- und hergeschoben werden: Beiden bekannten Konstruktionen ist der Nachteil gemeinsam,
daß die Bewegungsverhältnisse der Rollkörper bzw. der Gleitbolzen nicht genügend
berücksichtigt sind. Dadurch ergibt sich entweder an einzelnen Berührungsstellen
der zusammenwirkenden Teile Gleitreibung, wo Rollreibung vorteilhafter wäre, oder
es treten an manchen Stellen unnötig große Flächenpressungen auf, die bereits bei
Rollreibung schwer zu beherrschen sind, bei Gleitreibung aber mit Sicherheit zur
vorzeitigen Abnutzung der Gleitbahnen führen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht somit darin, ein
Differentialgetriebe der genannten Art vorzusehen, das die Forderungen der Praxis
dadurch besser erfüllt als die bekannten Getriebe, daß es verminderte innere Reibung
besitzt und daß seine Teile geringerem Verschleiß ausgesetzt sind. Es ist daher
gemäß der Erfindung vorgesehen, daß jede Kugel mit einem Teil ihrer Oberfläche mit
Gleitsitz in eine entsprechende kugelförmige Aussparung eines Gleitstückes eingreift
und daß jedes Gleitstück in einer axialen Nut am Innenumfang des treibenden Teiles
verschiebbar geführt ist, so daß sich der Mittelpunkt der Kugel und der zugehörigen
Aussparung längs der Erzeugenden der Zylinderfläche bewegen kann, wobei sich alle
Gleitstücke zusammen mit dem treibenden Teil um die Hauptachse des Getriebes drehen
können.
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Die Aufteilung der beiden Bewegungen auf getrennte Flächen von erheblicher
Größe, die jeweils einer einfachen Bewegung zugeordnet sind, nämlich einer drehenden
bzw. einer gleitenden Bewegung; ermöglicht eine erhebliche Verringerung des Verschleißes
der Teile.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der
Zeichnung beschrieben.
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F i g. 1 ist ein axialer Schnitt durch eine Hälfte eines erfindungsgemäßen
Differentialgetriebes für Kraftfahrzeuge; F i g. 2 ist ein Querschnitt längs der
Linie II-11 in Fig.1; F i g. 3 ist ein Teil einer Abwicklung, der die Anordnung
der Kugeln gegenüber den gewellten Nockenflächen an den Stirnseiten der getriebenen
Teile erkennen läßt.
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Das gezeigte Differentialgetriebe soll bei einem Kraftfahrzeug dazu
dienen, ein Antriebsrad, das als Gehäuse 1 ausgebildet und zusammen mit seiner hohlen
Antriebswelle 2 in den schematisch dargestellten Lagern 3 gelagert ist, mit den
getriebenen Rädern zu verbinden, bei denen es sich um in dem Gehäuse 1 angeordnete
ringförmige Scheiben 4 a und 4 b handelt, die je mit einer der gleichachsigen
Halbwellen 5 a und 5 b drehfest verbunden sind, welche ihrerseits
mit den zugehörigen Rädern des Fahrzeugs verbunden sind. Die Halbwellen 5 a und
5 b
müssen beim Durchfahren einer Kurve zwar gleichzeitig angetrieben werden,
jedoch mit verschiedenen Drehzahlen rotieren können.
Der Mechanismus
umfaßt einen ringförmigen Kranz von Kugeln 6, die durch das Gehäuse 1 in Umdrehung
um dessen Achse versetzt werden und mit den entsprechend F i g. 3 nockenförmigen,
gewellten Randabschnitten 7 a und 7 b der beiden getriebenen Räder
4 a und 4 b zusammenarbeiten. Um bei einem solchen Differentialgetriebe die gewünschte
Wirkungsweise zu erzielen, muß man bekanntlich für die Zahl der Kugeln 6, die Zahl
der Wellungen an dem Rand 7a und die Zahl der Wellungen an dem Rand 7 b drei verschiedene
Werte wählen, z. B. entsprechend den beiden nachstehenden Beispielen, von denen
das erste vorteilhafter sein dürfte als das zweite. Bei beiden Gruppen von Beispielen
gibt jede Zeile drei Zahlen an, bei denen es sich der Reihe nach um die Zahl der
Wellungen des einen nockenförmigen Randes, die Zahl der Kugeln und die Zahl der
Wellungen des anderen nockenförmigen Randes handelt. Im folgenden ersten Satz von
Beispielen liegt die Zahl der Kugeln zwischen den verdoppelten Zahlenwerten für
die Anzahl der Wellungen an den beiden Rändern.
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7 - 15 - 8, 8 - 17 - 9, 5 - 11 - 6, (wie in der Zeichnung dargestellt).
Im nachstehenden zweiten Satz von Beispielen liegt die Zahl der Kugeln. zwischen
den einfachen Zahlenwerten für die Anzahl der Wellungen.
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15 - 16 - 17, 14 - 16 - 18.
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Bei dem ersten Satz von Beispielen ist unter Berücksichtigung der
reihenförmigen Anordnung der Kugeln innerhalb des Kranzes jeweils eine die Antriebskraft
übertragende Kugel vorgesehen, während die folgende Kugel Haltefunktion hat. Im
Falle des zweiten Satzes von Beispielen findet man unter den gleichen Bedingungen
eine halbe Reihe von Kugeln, die den Antrieb vermitteln, und eine halbe Reihe von
Kugeln, die als Halteorgane wirken. Welche Zahlenwerte auch gewählt werden mögen,
die Randabschnitte 7a und 7b erhalten gemäß der Erfindung eine glatte, zügig verlaufende
Sinusform nach F i g. 3; diese Gestaltung ermöglicht eine Verringerung des Verschleißes
der gewellten Ränder.
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Das beschriebene Differentialgetriebe arbeitet je nach der Gestalt
der Bahn des Fahrzeugs auf zwei verschiedene Weisen. Wenn sich das Fahrzeug längs
einer geraden Bahn bewegt, so daß sich die Halb- ; wellen 5 a und
5 b mit gleicher Drehzahl drehen müssen, werden diese Wellen durch einige
der Kugeln 6 angetrieben, die sich zwischen einander gegenüberliegenden Teilen der
gewellten Ränder 7 a und 7 b
festklemmen; diese Betriebsweise wird
im folgenden ; als normaler Betrieb bezeichnet. Wenn das Fahrzeug eine Kurve durchfährt,
müssen sich die beiden Wellen 5 a und 5 b verschieden schnell drehen; diese
Betriebsweise wird nachstehend als Differentialbetrieb bezeichnet.
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Während des normalen Betriebs arbeiten die wirksamen Kugeln 6 als
Keile, durch die die getriebenen Räder 4 a und 4 b zwangläufig miteinander gekuppelt
werden, wobei diese Kugeln ausschließlich eine Translationsbewegung ausführen, die
ihnen durch das Antriebsgehäuse 1 erteilt wird.
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Während des Differentialbetriebs ist die Bewegung jeder Kugel 6 dagegen
erheblich komplizierter, weil zusätzlich zu ihrer erwähnten Translationsbewegung
auf einem Kreis um die Hauptachse zwei weitere Bewegungen hervorgerufen werden.
Einerseits wird eine Drehbewegung der Kugel um ihren Mittelpunkt erzeugt. Andererseits
erfolgt eine geradlinige Hin- und Herbewegung des Kugelmittelpunktes längs einer
zur Hauptachse der Räder 4a und 4b parallelen Linie: Um gemäß der Erfindung möglichst
günstige Bedingungen für die Hin- und Herbewegung der Kugeln zu schaffen, ist zwischen
jeder Kugel 6 und der Innenwand des Gehäuses 1 ein Gleitstück 8 angeordnet, das
eine Aussparung S aufweist, die sich in Richtung auf die getriebenen Räder öffnet,
und deren Wand einen Teil einer Kugelfläche bildet. Alle Gleitstücke 8
werden
gleichzeitig um die gemeinsame Achse des Antriebsgehäuses 1 und der getriebenen
Räder 4a und 4 b gedreht, denn sie sind jeweils in einer Gleitführung 9 an der Innenseite
des Gehäuses 1 verschiebbar; diese Gleitführungen 9 erstrecken sich parallel zu
der erwähnten Achse und besitzen eine ausreichende Länge, um die erforderlichen
Bewegungen der Gleitstücke zu ermöglichen.
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Ferner ist bei der gezeigten bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung
der Durchmesser der Kugeln so groß, daß die Kugeln zwar von den Randabschnitten
7 a und 7 b der getriebenen Räder 4 a
und
4 b erfaßt werden, jedoch aus deren Zwischenraum heraus so nach außen ragen,
daß sie mit Gleitsitz in der Aussparung S ihres zugehörigen Gleitstückes 8 liegen.
Somit bleibt der Raum zwischen den Enden der Räder 4 a und 4 b frei, und man kann
daher diese Organe gemäß F i g. 1 so anordnen, daß sich ihre Stirnflächen berühren.
Ferner ist die Profilform der gewellten Ränder 7a und 7b so gewählt, daß die Amplitude
der Hin- und Herbewegung der Kugeln 6 ebenso groß sein kann wie der Kugeldurchmesser.
Bei der gezeigten Konstruktion hat jedes Gleitstück 8 gemäß F i g. 2 die
Form eines Zylindersektors, in dessen Flachseite die kugelförmige Aussparung S angebracht
ist. Die Mitnehmern9 haben eine halbrunde Querschnittsform, deren Radius im wesentlichen
gleich dem Radius der Zylinderfläche des Gleitstücks 8 ist.
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Wegen des Vorhandenseins der Gleitstücke 8 zwischen den Kugeln 6 und
dem Antriebsgehäuse 1 entsprechen den drehenden und hin- und hergehenden Bewegungen
der Kugeln jeweils bestimmte Reibungsflächen. Des weiteren haben alle relativ zueinander
bewegten Teile erhebliche Berührungsflächen. Bei diesen Berührungsflächen handelt
es sich bezüglich der Drehbewegung der Kugeln um die kugelförmige Wandung der Aussparung
S und bezüglich der Hin-und Herbewegung um die Nuten 9, in denen die Gleitstücke
8 geführt sind.