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Selbsthemmendes Differentialgetriebe mit Umlaufschnecken Die Erfindung
betrifft ein Differentialgetriebe mit Umlaufschnecken, insbesondere zur Verwendung
im Kraftübertragungssystem eines Landkraftfahrzeuges.
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Die bekannten Kraftfahrzeug-Differentialgetriebe besitzen verschiedene
Nachteile, zu denen insbesondere der gehört, daß beim überfahren einer schlüpfrigen
Bodenfläche mit nur einem Haftantriebsrad dieses seine Bodenhaftung verliert und
frei durchdreht, während das andere Haftantriebsrad seine Fahrzeugantriebskraft
verliert.
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Trotz dieser Mängel werden die üblichen Differentialgetriebe wegen
ihrer einfachen Bauart weiter verwendet. Man hat zwar schon Versuche zur Beseitigung
dieser Mängel vorgenommen, diese wurden aber nicht günstig beurteilt, weil die hierfür
vorgeschlagenenKonstruktionen kompliziertund teuer und obendrein laut und nicht
haltbar waren. Insbesondere wurden für derartige Differentialgetriebe bereits über
Zwischenzahnräder miteinander im Eingriff stehende Umlaufschnecken verwendet, was
jedoch den Nachteil hat, daß die Schnecken und Zahnräder jeweils über praktisch
nur einen einzigen Gang miteinander im Kontakt stehen und daher im Verhältnis zum
sonstigen Getriebeaufwand verhältnismäßig schwach sind.
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Auch sind bereits Differentialgetriebe mit Selbsthemmung bekannt,
die Paraboloidflächen verwenden oder als Hypoidgetriebe ausgebildet sind oder bei
denen der gewünschte Effekt in mehr oder weniger vollkommenem Maß nur durch Verwendung
einer großen Anzahl von Getriebeelementen erzielt wird. Demgegenüber zeichnet sich
das erfindungsgemäße Differentialgetriebe durch die Verwendung einer Mindestzahl
einzelner Getriebeelemente aus, deren Ausbildung darüber hinaus noch einfacher ist
als diejenige der bei den bekannten Getrieben verwendeten Zahnräder, Umlaufschnecken
usw.
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Demgemäß ist das selbsthemmende Differentialgetriebe mit Umlaufschnecken,
bei dem auf den getriebenen Wellen im Innern des Umlaufräderträgers stirnverzahnte,
mit zugehörigen, im Umlaufräderträger drehbaren Umlaufrädern kämmende Zentralfäder
sitzen, wobei jedes Umlaufrad mit einer koaxialen Umlaufschnecke verbunden ist,
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Umlaufschnecken unmittelbar
ineinandergreifen, die eine Umlaufschnecke rechts- und die andere linksgängig ist,
die eine Umlaufschnecke einen etwas größeren Durchmesser als die andere hat und
beide Umlaufschnecken dieselbe Gangzahl je Längeneinheit und sich radial
verjüngende Gänge _haben, so daß sie trotz der durch den Durchmesserunterschied
bedingten ungleichen Steigungswinkel stets ineinandergreifen.
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Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
F i g. 1 eine Seitenansicht und F i g. 2 einen Grundriß eines erfindungsgemäß
ausgestalteten, vollständigen Differentials mit dem Umlauffäderträger in Seitenansicht,
F i g. 2 a eine Ansicht des Differentials gemäß F i g. 2 im Schnitt
durch die Achsen der Räder 9, 1, 5,
F i g. 3 einen Schnitt längs
der Linie A-A in F i g. 2 in der einen Blickrichtung, F i g. 3 a einen
Schnitt ähnlich F i g. 3 längs der Linie B-B in F i g. 2, jedoch in derentgegengesetzten
Blickrichtung, F i g. 3 b eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen
Differentials, aus der das Ineinandergreifen der Räder ersichtlich ist, F i
g. 4 ein Zentralrad des Differentialgetriebes in Seiten- und in Stimansicht,
F i g. 5 die kleine Umlaufschnecke nebst zugehörigem Umlaufrad in Seiten-
und in Stimansicht, F i g. 6 die große Umlaufschnecke nebst zugehörigem Umlaufrad
in Seiten- und in Stimansicht. Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe ist selbsthemmend
ausgestaltet und besteht aus zwei seitlich nebeneinander in einem Umlaufräderträger
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angeordneten Zentralrädem 1 und 2 mit Stimverzahnung, die
je mittels Nut und Feder mit einer Differentialwelle x bzw. x, diesseits
und jenseits des Fahrzeugs verbunden sind.
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In das Zentralrad 2 greift ein Umlaufrad 4 und in das Zentralrad
1 ein Umlaufrad 5 ein, die je auf Zapfen 4A oder
5A im Umlaufr*äderträger3 gelagert
sind. Das Umlaufrad 4
trägt eine linksgängige, gehärtete Umlaufschnecke 6, die mit der vom
Um-
laufrad 5 getragenen rechtsgängigen, gehärteten Umlaufschnecke
7 im Eingriff steht. Umlaufrad und Umlaufschnecke bestehen dabei jeweils
aus einem Stück. Die linksgängige Umlaufschnecke 6 besitzt zwar einen etwas
größeren Durchmesser als die rechtsgängige Umlaufschnecke 7, aber die gleiche
Steighöhe oder Gewindegangzahl je Axiallängeneinheit wie diese, so daß die
Voreilungs- oder Steigwinkel der beiden Umlaufschnecken in bezug auf die zu ihrer
Achse lotrechte Ebene etwas verschieden sind. Dieser Steigwinkelunterschied würde
zwar bei Flacha W
"e indeschnecken am Eingriff hindern, die beiden Schneckengewinde
6 und 7 sind aber ähnlich dem Trapezgewinde radial etwas abgeschrägt
und ermöglichen daher einen gegenseitigen Eingriff selbst dann, wenn ihre Voreilungs-
oder Steigwinkel etwas verschieden sind. Dieser Winkelunterschied ist aber für das
Verriegelungsmerkmal des erfindungsgemäßen Differentials von Bedeutung. Bei gewöhnlichen
Schrägverzahnungsgetrieben einschließlich des Falls ineinandergreifender Links-
und Rechtsgangschnekken sind die Steigwinkel der ineinandergreifenden Zähne oder
Gewinde gleich, die Berührungspunkte auf den Teilkreisen beider Zahnräder oder Schnecken
haben gleiche Lineargeschwindigkeit und ihre Winkelgeschwindigkeiten sind dem Teilkreisdurchmesser
umgekehrt proportional. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind bei den beiden
Umlaufschnecken die Steigwinkel etwas verschieden, die Gangzahl je
Axiallängeneinheit
jedoch gleich. Die Lineargeschwindigkeit der Berührungspunkte auf dem Teilkreis
der größeren Schnecke 6 muß zwar größer als die bei der kleineren Schnecke
7 sein, andererseits müssen aber die Winkelgeschwindigkeiten der beiden Schnecken
6 und 7 gleich sein, damit die Axialbewegung des flacheren Gewindes
der großen Schnecke ebenso schnell wie die des steileren Gewindes der kleinen Schnecke
ist und beide Schnecken im Eingriff gehalten w.erden. Dies ist eine völlig neue
Idee bezüglich der Anpassung von Schnecken und Zahnrädern.
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Aus diesen Umständen ergibt sich, daß die Teilkreise der beiden Umlaufschnecken
in Gleit- und nicht etwa wie bei normalen Schrägverzahnungsgetrieben in Abrollberührung
miteinander stehen. Gemäß F i g. 3 steht die kleine Schnecke 7 über
das Umlaufrad 5 mit dem seitlichen Zentralrad 1 und gemäß F i
g. 3 a die größere Umlaufschnecke 6 über das Umlaufrad 4 mit dem seitlichen
Zentralrad 2 im Eingriff. Infolgedessen könnte bei alleinigem Vorhandensein nur
dieser beiden Umlaufräder zwar das Zentralrad 2 über die große Schnecke
6 und die von ihm angetriebene Schnecke 7 das Zentralrad
1 antreiben, aber nicht umgekehrt, weil die kleine Schnecke 7 die
große Schnecke 6 nicht anzutreiben vermag. Wie aber die F i g. 1, 3
und 3 a zeigen, ist noch ein weiterer Satz von Umlaufrad-Umlaufschneckenpaaren,
nämlich Umlaufrad 8a nebst großer Umlaufschnecke 8 und Umlaufrad
9 a nebst kleiner Umlaufschnecke 9 vorhanden, wobei gemäß F i
g. 1 die große Schnecke 8 über das Umlaufrad 8 a
mit
dem Zentralrad 1 und die kleine Schnecke 9 über das Umlaufrad
9 a mit dem Zentralrad 2 im Eingriff steht und dadurch ihr Verriegelungseffekt
entgegengesetzt ist. Infolgedessen kann keines der beiden Zentralräder
1 und 2 das andere antreiben. Wenn je-
doch beide Zentralräder durch
äußere Kräfte unabhängig voneinander in richtiger Richtung und mit richtiger Geschwindigkeit
angetrieben werden, existiert in der Anordnung nichts, was sie verriegelt, solange
keine Triebkraft von der einen auf die andere Seite übertragen wird, oder sie am
Entriegeln hindert, falls sie vorher infolge einer seitlichen Kraftübertragung veriegelt
war.
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Beim eigentlichen Fahrzeugbetrieb wird der Umlaufräderträger
3 über nicht dargestellte Vorgelege vom Fahrzeugmotor her und werden die
Fahrzeugräder über die beiden Zentralräder 1 und 2 vom Umlaufräderträger
her angetrieben. Solange die Fahrzeugräder gute Bodenhaftung haben und das Fahrzeug
geradlinig läuft, tritt innerhalb des Umlaufräderträgers 3 keine Relativbewegung
auf und die beiden getriebenen Wellen x, und x2 auf den beiden Fahrzeugseiten bewegen
sich gemeinsam. Wenn jedoch das Fahrzeug um die Ecke oder durch eine Kurve fährt,
dann zwingt die Bodenhaftung das kurveninnere Rad zu kleinerer Fahrgeschwindigkeit
als das kurvenäußere Rad in bezug auf den Umlaufräderträger, der sich kinematisch
in der Mitte zwischen beiden getriebenen Wellen befindet und mit deren mittlerer
Geschwindigkeit umläuft. Die beiden Fahrzeugräder werden durch äußere Kräfte mit
gleicher Geschwindigkeit entgegengesetzt angetrieben, wobei diese Bewegungen genau
diejenigen sind, die ein Auftreten der Hemmwirkung der Anordnung verhindern, weil
in diesem Fall keine Antriebskraft von der einen auf die andere Seite übertragen
wird. Sobald aber eines der beiden Fahrzeugfäder seine Bodenhaftung infolge von
Schmutz, Schnee oder sonstigem schlüpfrigen Kontakt verliert, sind die Wirkung der
Antriebskraft des Motors über den Umlaufräderträger 3 und die Bodenhaftung
am nicht rutschenden Rad dieselbe, als ob die eine Differentialseite zwecks Antriebs
der anderen gedreht würde. Hierdurch wird das Differential verriegelt und infolgedessen
wird die Motorantriebskraft auf das Rad mit guter Bodenhaftung übertragen. Das Fahrzeug
setzt daher trotz des Rutschens des anderen Rades seine Fahrt fort und wird selbsttätig
am Stehenbleiben gehindert, was sonst bei normalen Differentialen ohne Hemmung der
Fall wäre.
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Der Hauptvorteil des erfindungsgemäß verbesserten Differentialgetriebes
liegt in seiner Fähigkeit, selbst dann eine volle, direkte Kraftübertragung auf
beide Fahrzeugfäder aufrecht zu erhalten, wenn bei einem Rad die Haftung teilweise
oder ganz verloren geht. Bei vollkommener Haftung zwischen den beiden Fahrzeugrädem
und dem Boden ist die Wirkung so, als ob die Räder mit dem Boden im Zahneingriff
ständen, und bei jeglichem Schlupf zwischen einem Fahrzeugrad und dem Boden geht
der Haftantrieb über das andere Fahrzeugrad weiter. Dies tritt in der Praxis mit
wiederkehrender Häufigkeit jedesmal dann auf, wenn die Räder etwas auf der Straße
springen, und tatsächlich können die beiden Fahrzeugräder entweder gemeinsam oder
abwechselnd sowohl auf gerader Bahn als auch bei Wendungen auf gekrümmter Bahn angetrieben
werden.