DE19528004A1

DE19528004A1 - Differential mit drehbaren Zahnradhalterungen

Info

Publication number: DE19528004A1
Application number: DE19528004A
Authority: DE
Inventors: Joseph E Cilano
Original assignee: Zexel Torsen Inc
Current assignee: Zexel Torsen Inc
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 1996-02-01
Also published as: JPH08170712A; US5433673A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kraftfahrzeug-Diffe rentiale mit in Gehäusen angeordneten Zahnrädern, durch die eine Eingangswelle mit einem Paar von Abtriebswellen ver bunden wird, und bewegliche Halterungen zum Halten der Zahn räder in den Gehäusen.

Kraftfahrzeugdifferentiale sind in Transmissionen zum Aufteilen der Motorantriebsleistung auf zwei Abtriebswellen angeordnet. Durch ein vorderes und ein hinteres Differential wird die Motorleistung auf die Achsenhälften der vorderen und der hinteren Achse aufgeteilt, und Mitteldifferentiale verteilen die Motorleistung auf die Antriebswellen zur vor deren und zur hinteren Achse.

Durch einen in einem Differentialgehäuse angeordneten Planetengetriebesatz sind die beiden Abtriebswellen für eine Drehbewegung in entgegengesetzte Richtungen bezüglich des Gehäuses (d. h., eine Differenzdrehbewegung) miteinander verbunden. Eine Eingangswelle überträgt Motorleistung zum Gehäuse, um das Gehäuse zusammen mit dem Planetengetrie besatz um eine gemeinsame Achse des Paars von Abtriebswellen zu drehen.

Sonnenradelemente des Planetengetriebesatzes, die auch als "Seitenräder" oder "Nebenräder" bezeichnet werden, sind mit Innenenden der Abtriebswellen verbunden. Planetengetrie beelemente des gleichen Satzes sind innerhalb des Gehäuses angeordnet, um zwischen den Sonnenrädern Kraft zu übertra gen. Beispielsweise weisen Parallelachsen-Planetengetriebe sätze paarweise angeordnete Umlaufräder auf, die sich um je weilige Achsen drehen, die sich zur gemeinsamen Achse der Abtriebswellen und der Seitenräder parallel erstrecken. Ein Teil jedes Umlaufrades steht mit einem der Seitenräder und ein anderer Teil jedes Umlaufrades mit dessen gepaartem Um laufrad in Eingriff.

In der US-A-5122101 wird ein Parallelachsen-Ge triebedifferential beschrieben, bei dem die Umlaufräder als sogenannte "Kombinations"-Zahnräder mit durch einen Schaft oder ein Querglied getrennten Zahnradhaupt- und Zahnradüber gangsabschnitten ausgebildet sind. Der Zahnradhauptabschnitt steht sowohl mit einem der beiden Seitenräder als auch mit dem Übergangsabschnitt eines gepaarten Kombinationszahnrades in Eingriff. Der Zahnradübergangsabschnitt steht mit dem Zahnradhauptabschnitt des gepaarten Kombinationszahnrades in Eingriff. Die beiden Zahneingriffabschnitte zwischen gepaar ten Kombinationszahnrädern erstrecken sich über die Zahnein griffabschnitte zwischen den gepaarten Kombinationszahnrä dern und den Seitenrädern.

Bei einem anderen bekannten Parallelachsen-Getriebe differential weist jedes Umlaufradpaar ein Kombinationszahn radelement auf. Der Zahnradhauptabschnitt des einen Kombi nationszahnradelements steht mit einem der beiden Seiten räder und der Zahnradübergangsabschnitt mit dessen gepaartem Umlaufrad in Eingriff. Der einzelne Eingriffabschnitt zwi schen den gepaarten Umlaufrädern überlappt eine Seite der beiden Umlaufrad-Seitenrad-Eingriffabschnitte.

Die Umlaufräder können für eine Drehbewegung auf Wellen oder in im Gehäuse ausgebildeten Aufnahmeabschnitten gehal ten werden. Die Wellen werden in ebenfalls im Gehäuse ausge bildeten Öffnungen aufgenommen. Die Aufnahmeabschnitte bil den Lager zum Halten von Außenzylinderflächen der Umlauf räder, die die Kopfflächen der Umlaufradzähne einschließen. In der US-A-5244440 werden solche Aufnahmeabschnitte sowie Eingriffbeziehungen zum Aufrechterhalten bevorzugter Zahn radbewegungspositionen innerhalb der Aufnahmeabschnitte be schrieben.

In der hierin durch einen Literaturverweis eingeschlos senen US-A-5415599 wird ein alternatives Getriebehalterungs system beschrieben, bei dem die Umlaufräder zwischen Lager stützen paarweise angeordnet sind. Jede Lagerstütze weist zwei Zahnradhalterungsflächen zum Halten eines Elements je weils zweier benachbarter Umlaufräderpaare auf. Zahn radreaktionskräfte können zwischen den Umlaufräderpaaren übertragen werden, indem die Lagerstützen auf Drehachsen an geordnet werden.

Das Planetengetriebe wechselwirkt mit seinen Halte rungsflächen, um ein Reibungsmoment zu erzeugen, durch das eine ungleichmäßige Verteilung des Antriebsdrehmoments auf die beiden Abtriebswellen unterstützt wird. Das Reibungsmo ment wirkt der relativen Drehbewegung zwischen den Abtriebs wellen (d. h. der Differenzdrehbewegung) proportional zu ei nem auf das Gehäuse ausgeübten Antriebsdrehmoment entgegen. Dadurch wird das Antriebsdrehmoment gemäß einem sogenannten "Vorspannungs"- oder "Vorbelastungs"-Verhältnis, das als normalisiertes Verhältnis des Drehmoments der Abtriebswelle, die mehr Drehmoment erhält, dividiert durch das Drehmoment der Abtriebswelle, die weniger Drehmoment erhält, darge stellt wird, auf die eine relative Drehbewegung ausführenden Abtriebswellen verteilt.

Durch den der Differenzdrehbewegung entgegenwirkenden Widerstand können ungleiche Grade der für ein Paar Antriebsräder verfügbaren Traktion kompensiert werden. Bei spielsweise kann durch ein Vorbelastungsverhältnis von 2 : 1 einem Antriebsrad eines Paars, das eine höhere Traktion oder Zugkraft als das andere aufweist, ein um einen Faktor Zwei höheres Drehmoment zugeführt werden. Dadurch wird verhindert, daß das Antriebsrad mit der geringeren Zugkraft bezüglich seiner Traktionsfläche durchdreht, und erreicht, daß ein größeres Gesamtdrehmoment zugeführt werden kann.

Das den relativen Drehbewegungen der Abtriebswellen entgegenwirkende Reibungsmoment wird aus mehreren einzelnen Reibungsmomenten gebildet, die im gesamten Getriebe an ver schiedenen Reibungsübergangsflächen erzeugt werden. Die Mu ster der Belastung an den Reibungsübergangsflächen ändern sich jedoch in Abhängigkeit von den Richtungen des Drehmomentübergangs durch das Getriebe. Beispielsweise än dern sich die Belastungsmuster zwischen einem Vorwärts antriebsbelastungszustand und einem Rückwärtsantriebsbela stungszustand.

Durch verschiedene Belastungsmuster können sich unter schiedliche Vorbelastungsverhältnisse ergeben. In einigen Fällen sind solche unterschiedlichen Vorbelastungsverhält nisse erwünscht und in anderen Fällen nicht erwünscht. Auch wenn verschiedene Vorbelastungsverhältnisse erwünscht sind, ist es möglich, daß jedes Vorbelastungsverhältnis einen bevorzugten Wert hat. Beispielsweise kann ein Vorbelastungsverhältnis für einen Vorwärtsantriebsbela stungszustand und ein anderes für einen Rückwärtsantriebs belastungszustand bevorzugt sein. Verschiedene Vorbe lastungsverhältnisse können auch in Mitteldifferentialen be vorzugt sein, um die Anteile des Drehmoments unabhängig zu steuern, das bei entgegengesetzten Richtungen der Differenzdrehbewegung auf die Vorder- und die Hinterachse verteilt werden kann. Dagegen ist für entgegengesetzte Richtungen der Differenzbewegung im vorderen und im hinteren Differential im allgemeinen nur ein Vorbelastungsverhältnis bevorzugt.

In den meisten Differentialen sind die Möglichkeiten zum unabhängigen Steuern der Vorbelastungsverhältnisse in den verschiedenen Richtungen der Drehmomentübertragung je doch begrenzt. Die meisten bisher unternommenen Versuche zum Steuern der Vorbelastungsverhältnisse umfassen Änderungen der Reibungskoeffizienten zwischen Übergangsflächen, die in zwei oder mehr Richtungen der Drehmomentübertragung unterschiedlich belastet werden. Beispielsweise werden gemäß der US-A-4890511 verschiedene Reibungskoeffizienten an entgegengesetzten Seiten einer ortsfesten Scheibe verwendet, um die Vorbelastungsverhältnisse in verschiedenen Richtungen der Differenzdrehbewegung zu beeinflussen. Gemäß der US-A-5232415 werden verschiedene Reibungskoeffizienten an Um laufradendflächen verwendet, um die Vorbelastungsverhält nisse sowohl zwischen entgegengesetzten Richtungen der Differenzdrehbewegung als auch zwischen dem Vorwärts- und dem Rückwärtsantriebszustand zu beeinflussen.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine bessere Steuerung der mit den verschiedenen Richtungen der Drehmo mentübertragung durch Fahrzeugdifferentiale verbundenen Vor belastungsverhältnisse erreicht. Beispielsweise können bewegliche Zahnradhalterungsflächen verwendet werden, um Vorbelastungsverhältnisse zwischen einem Vorwärts- und einem Rückwärtsbelastungszustand zu steuern. Änderungen des Ge triebeaufbaus bezüglich den beweglichen Halterungsflächen können verwendet werden, um die mit entgegengesetzten Rich tungen der Differenzdrehbewegung verbundenen Vorbelastungs verhältnisse zu steuern.

Ähnlich einem der in der US-A-5415599 beschriebenen Differentiale weist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse auf, das in der Vorwärts- und der Rückwärtsantriebsrichtung um eine gemeinsame Achse eines Paars von Antriebswellen drehbar ist. Ein erstes und ein zweites Seitenrad sind im Gehäuse angeordnet, um Enden der jeweiligen Antriebswellen aufzunehmen. Ein erstes und ein zweites Paar von Umlaufrädern sind im Gehäuse angeordnet und stehen für eine Drehbewegung um sich bezüglich der ge meinsamen Achse parallel erstreckende Achsen mit den Seiten rädern in Eingriff. Durch die Seiten- und die Umlaufräder sind die Antriebswellen für eine Drehbewegung in entgegenge setzte Richtungen bezüglich des Gehäuses verbunden.

Jedes der Umlaufräderpaare weist ein vorauseilendes oder vorderes Umlaufradelement und ein nachfolgendes oder hinteres Umlaufradelement auf. Das vordere Umlaufradelement ist bezüglich der Antriebsrichtung um die gemeinsame Achse winkelmäßig vor dem hinteren Umlaufradelement angeordnet.

Ein auch als Führungselement oder Stehlager bezeichne tes erstes Gelenkelement ist im Gehäuse zwischen dem ersten und dem zweiten Umlaufräderpaar drehbar angeordnet. Durch eine erste Lagerfläche des ersten Gelenkelements wird das vordere Element des ersten Umlaufräderpaars drehbar gehal ten, und durch eine zweite Lagerfläche des ersten Gelenkele ments wird das hintere Element des zweiten Umlaufräderpaars drehbar gehalten. Das erste Gelenkelement ist um eine erste Drehachse drehbar, die sich ebenfalls parallel zur gemeinsa men Achse erstreckt. Durch eine Winkelbewegung des ersten Gelenkelements werden Zahnradreaktionskräfte zwischen dem ersten und dem zweiten Umlaufräderpaar übertragen, um auf eines der Elemente der Paare eine Bremskraft auszuüben.

Die vorliegende Erfindung basiert teilweise auf eine neuartige Beurteilung der durch die vorderen und die hinte ren Umlaufräder in verschiedene Richtungen der Drehmo mentübertragung auftretenden Belastungsmuster. In diesem Zu sammenhang wird durch die Erfindung die erste Drehachse nä her an der ersten oder der zweiten Lagerfläche als an der anderen Lagerfläche angeordnet, um die mechanische Kraftver stärkung bzw. eine Hebelübersetzung der Kraftübertragung zwischen vorderen und hinteren Zahnradelementen benachbarter Umlaufradpaare zu ändern. Zwischen der Drehachse und jewei ligen Normalen an Kontaktpunkten auf den ersten und den zweiten Lagerflächen sind erste und zweite Hebel arme defi niert. Die Position der Drehachse wird so gewählt, daß die relativen Längen der beiden Hebel arme gesteuert werden kön nen.

Beispielsweise kann die erste Drehachse näher an der ersten als an der zweiten Lagerfläche angeordnet sein, um das erste Gelenkelement zugunsten von durch das hintere Um laufrad ausgeübten Reaktionskräften ins Ungleichgewicht zu bringen. Wenn die Reaktionskraft des hinteren Umlaufrades größer ist als die Reaktionskraft des vorderen Umlaufrades, was in der Vorwärtsantriebsrichtung der Fall ist, wird auf das vordere Umlaufrad eine größere Bremskraft ausgeübt. Wenn jedoch die Reaktionskraft des hinteren Umlaufrades kleiner ist als die Reaktionskraft des vorderen Umlaufrades, was in der Rückwärtsantriebsrichtung der Fall ist, wird auf das hintere Umlaufrad eine geringere Bremskraft ausgeübt. Weil die durch das erste Gelenkelement ausgeübte Bremskraft in der Vorwärtsantriebsrichtung größer ist als in der Rück wärtsantriebsrichtung, erhöht sich das Vorbelastungsverhält nis in der Vorwärtsantriebsrichtung bezüglich dem Vorbela stungsverhältnis in der Rückwärtsantriebsrichtung.

Ein zweites Gelenkelement kann ähnlicherweise um eine zweite Drehachse zwischen dem ersten und dem zweiten Um laufräderpaar angeordnet werden. Eine erste Lagerfläche des zweiten Gelenkelements hält drehbar das vordere Element des zweiten Umlaufräderpaars, und eine zweite Lagerfläche des zweiten Gelenkelements hält drehbar das hintere Element des ersten Umlaufräderpaars. Die zweite Drehachse ist ebenfalls näher an der ersten oder an der zweiten Lagerfläche des zweiten Gelenkelements angeordnet als an der anderen der beiden Lagerflächen, und im vorliegenden Beispiel näher an der ersten Lagerfläche als an der zweiten Lagerfläche an geordnet, um das Vorbelastungsverhältnis in der Vorwärtsan triebsrichtung bezüglich dem Vorbelastungsverhältnis in der Rückwärtsantriebsrichtung zu erhöhen.

Die erste und die zweite Drehachse können anstatt näher an der ersten auch näher an der zweiten Lagerfläche des er sten und des zweiten Gelenkelements angeordnet sein, um das Vorbelastungsverhältnis in der Rückwärtsantriebsrichtung bezüglich dem Vorbelastungsverhältnis in der Vorwärtsan triebsrichtung zu erhöhen. Außerdem können mehr als zwei drehbare Gelenkelemente und mehr als zwei Umlaufräderpaare verwendet werden. Dann würde das zweite Gelenkelement Reak tionskräfte anstatt zwischen dem ersten und dem zweiten Um laufräderpaar zwischen dem ersten oder dem zweiten und einem dritten Umlaufräderpaar übertragen.

In jedem Paar von Umlaufrädern steht das vordere oder das hintere Element mit dem ersten Seitenrad und das andere mit dem zweiten Seitenrad in Eingriff. Zwischen den Umlauf räderpaaren können jedoch verschiedene Zahneingriffanordnun gen verwendet werden. Beispielsweise können nicht im Gleich gewicht stehende bzw. unausgeglichene Vorbelastungsverhält nisse durch Ineingriffbringen des vorderen Elements des er sten Umlaufräderpaars mit dem ersten Seitenrad und durch Ineingriffbringen des vorderen Elements des zweiten Umlauf räderpaars mit dem zweiten Seitenrad minimiert werden. Eine gerade Anzahl zusätzlicher Paare von Umlaufrädern kann in einer ähnlich alternierenden Weise angeordnet werden. Al ternativ kann das Ungleichgewicht der Vorbelastungsverhält nisse durch Ineingriffbringen der vorderen Elemente beider Umlaufräderpaare mit dem ersten Seitenrad erhöht werden.

Fig. 1 zeigt eine axiale Querschnittansicht entlang der Linie 1-1 von Fig. 2 durch ein erfindungsgemäßes Parallel achsen-Getriebedifferential;

Fig. 2 zeigt eine Querschnittansicht entlang der Linie 2-2 von Fig. 1 durch das gleiche Differential in Querrich tung;

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer von vier in den Fig. 1 und 2 dargestellten Halterungssäulen oder -blöcken;

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines von vier Gelenkelementen, die auf den Halterungssäulen drehbar angeordnet sind, um benachbarte Umlaufräderpaare anzuordnen;

Fig. 5 zeigt ein Diagramm eines axialen Querschnitts eines Teils eines ähnlichen Differentials zum Darstellen von Kräften und Momenten bezüglich eines Gelenkelements mit ei ner Drehachse, die näher an einer von zwei Zahnradlager flächen angeordnet und in einer Vorwärtsantriebsrichtung oder einer Rückwärtsleerlaufrichtung vorbelastet ist;

Fig. 6 zeigt ein ähnliches Diagramm wie Fig. 5, zum Darstellen der Belastung des Gelenkelements der Rück wärtsantriebsrichtung oder eines Vorwärtsleerlaufrichtung;

Fig. 7 zeigt ein ähnliches Diagramm eines Gelenkele ments mit einer Drehachse, die näher am anderen der beiden Zahnradlagerflächen angeordnet und in der Vorwärts antriebsrichtung oder der Rückwärtsleerlaufrichtung belastet ist;

Fig. 8 zeigt ein ähnliches Diagramm wie Fig. 7 zum Dar stellen der Belastung des Gelenkelements in der Rückwärts antriebsrichtung oder der Vorwärtsleerlaufrichtung;

Fig. 9 zeigt eine Anordnung von Umlaufräderpaaren zum Erhöhen des Ungleichgewichts eines Vorbelastungsverhältnis ses zwischen entgegengesetzten Richtungen der Differenz drehbewegung; und

Fig. 10 zeigt ein ähnliches Diagramm wie Fig. 9 zum Dar stellen einer Anordnung zum Verringern des Ungleichgewichts eines Vorbelastungsverhältnisses zwischen entgegengesetzten Richtungen der Differenzdrehbewegung.

Fig. 1 und 2 zeigen ein Parallelachsen-Getriebediffe rential 10 mit einem Gehäuse 12 mit einem Flanschende 14 und einem durch vier Säulen 18 verbundenen Aufsatzende 16. Das Flanschende 14 weist Öffnungen 20 zum Anordnen eines Hohlra des (nicht dargestellt) auf, durch das Antriebsleistung auf das Gehäuse 12 übertragen wird. Durch nicht-ausgerichtete Bolzen 22 und 24 sind die Säulen 18 mit dem Flanschende 14 und dem Aufsatzende 16 verbunden. Keilförmige Vorsprünge 26 der Säulen 18 (auch in Fig. 3 dargestellt) weisen flache Po sitionierungsflächen 28 auf, die mit Seitenwänden von Schlitzen 30 im Flanschende 14 in Eingriff gebracht werden können. Sowohl durch die nicht-ausgerichteten Bolzen 22 und 24 als auch durch die Paßvorsprünge 26 und die Schlitze 30 wird eine Drehbewegung der Säulen 18 verhindert.

Das Gehäuse 12 ist um eine gemeinsame Achse 32 eines Paars von Abtriebswellen 34 und 36 in der Vorwärts antriebsrichtung 38 und der Rückwärtsantriebsrichtung 40 drehbar. Die Seitenräder 42 und 44 sind mit den Innenenden der beiden Abtriebswellen 34 und 36 für eine Drehbewegung mit diesen um die gemeinsame Achse 32 verbunden. Die Seiten räder 42 und 44 sind durch vier Umlaufräderpaare 46 mitein ander verbunden, wobei jedes Paar ein vorderes Umlauf radelement 48 und ein hinteres Umlaufradelement 50 aufweist, die um sich parallel zur gemeinsamen Achse 32 erstreckende Achsen 52 bzw. 54 drehbar sind. Das vordere Umlaufradelement 48 ist um die gemeinsame Achse in der Vorwärts antriebsrichtung 38 winkelmäßig vor dem hinteren Umlaufrade lement 50 angeordnet.

Vier Gelenkelemente 56 sind auf den Säulen 18 drehbar angeordnet, so daß sie eine Winkelbewegung um ebenfalls par allel zur gemeinsamen Achse 32 verlaufende Drehachsen 58 ausführen können. Jedes der vier Gelenkelemente 56 (auch in Fig. 4 dargestellt) weist eine erste Lagerfläche 60 zum drehbaren Halten des vorderen Elements 48 eines der Umlauf räderpaare und eine zweite Lagerfläche 62 zum drehbaren Hal ten des hinteren Elements 50 eines benachbarten Umlaufräder paares auf.

Ein Achszapfenabschnitt 66 der Säulen 18 paßt mit einer dritten Lagerfläche 64 der Gelenkelemente 56 zusammen, um die Gelenkelemente 56 im Gehäuse 12 drehbar anzuordnen. Ab standsflächen 68 und 70 der Gelenkelemente 56 sind bezüglich Säulenflächen 72 und 74 winkelmäßig beabstandet, um eine Winkelbewegung in einem bestimmten Bereich um die Drehachsen 58 zu ermöglichen. Alternativ kann eine der Säulenflächen 72 oder 74 so angeordnet sein, daß sie einen Anschlag zum Be grenzen der Bewegung der Gelenkelemente 56 in eine Richtung um die Drehachsen 58 bildet.

Bei dieser Ausführungsform sind die Drehachsen 58 näher an den ersten Lagerflächen 60 als an den zweiten Lagerflä chen 62 angeordnet, um die Kraftübertragung der Umlaufradre aktionskräfte von den hinteren Elementen 50 auf die vorderen Elemente 48 der benachbarten Umlaufräderpaare zu be günstigen. Die Drehachsen können jedoch auch näher an den zweiten Lagerflächen 62 als an den ersten Lagerflächen 60 angeordnet sein, wodurch sich die entgegengesetzte Wirkung ergibt.

Kraftdiagramme in den Fig. 5 bis 8 zeigen die Wir kungen verschiedener Drehachsenpositionen in Richtung des Vorwärtsantriebs und in Richtung des Rückwärtsantriebs. In beiden Antriebsrichtungen wird vom Differentialgehäuse 12 Leistung auf die Abtriebswellen 34 und 36 übertragen. Im Gegensatz dazu wird in der Vorwärtsleerlaufrichtung und in der Rückwärtsleerlaufrichtung Kraft von den Abtriebswellen 34 und 36 auf das Gehäuse 12 übertragen. Daher bezeichnen die Ausdrücke "vorwärts" und "rückwärts" entgegengesetzte Richtungen der Drehbewegung des Gehäuses und die Ausdrücke "Antrieb" und "Leerlauf" entgegengesetzte Richtungen der Kraftübertragung zwischen dem Gehäuse 12 und den Abtriebs wellen 34 und 36. Diese Unterscheidungen sind wichtig, weil Differentialbelastungsmuster in Richtung des Vorwärtsan triebs Belastungsmustern in der Rückwärtsleerlaufrichtung ähnlich sind und Belastungsmuster in der Rückwärtsantriebs richtung Belastungsmustern in der Vorwärtsleerlaufrichtung ähnlich sind.

Fig. 5 zeigt beispielsweise die Funktion eines Gelenk elements 80 in der Vorwärtsantriebsrichtung (oder der Rückwärtsleerlaufrichtung) 82 und Fig. 6 die Funktion des gleichen Gelenkelements in der Rückwärtsantriebsrichtung (oder der Vorwärtsleerlaufrichtung) 84. Das Gelenkelement 80 trennt ein erstes Paar aus einem vorderen und einem hinteren Umlaufradelement 86 und 88 von einem zweiten Paar aus einem vorderen und einem hinteren Umlaufradelement 90 und 92. Die vorderen Elemente 86 und 90 beider Umlaufräderpaare stehen mit einem Seitenrad 94 in Eingriff, und die hinteren Ele mente 88 und 92 stehen mit einem Seitenrad 96 in Eingriff.

Das Gelenkelement 80 weist eine erste Lagerfläche 98 zum drehbaren Halten des vorderen Umlaufradelements 86 und eine zweite Lagerfläche 100 zum drehbaren Halten des hinte ren Umlaufradelements 92 auf. Eine Drehachse 102, die näher an der ersten Lagerfläche 98 als an der zweiten Lagerfläche 100 angeordnet ist, hält das Gelenkelement 80 drehbar in nerhalb eines Gehäuses (nicht dargestellt).

In der Vorwärtsantriebsrichtung 82 (in Fig. 5 dar gestellt) erzeugen die hinteren Umlaufradelemente 88 und 92 hohe und die vorderen Umlaufradelemente 86 und 90 geringe Zahnradreaktionskräfte. Dies ist der Fall, weil die durch die Zahneingriffe zwischen den hinteren Umlaufradelementen 88 und 92 und dem Seitenrad 96 und den vorderen Umlaufrad elementen 86 und 90 erzeugten Reaktionskräfte additiv sind, wohingegen die durch die Zahneingriffe zwischen den vorderen Umlaufradelementen 86 und 90 und dem Seitenrad 94 und den hinteren Umlaufradelementen 88 und 92 subtraktiv sind.

Genau das entgegengesetzte Belastungsmuster tritt in der Rückwärtsantriebsrichtung 84 auf (Fig. 6). D.h., die vorderen Umlaufradelemente 86 und 90 erzeugen höhere und die hinteren Umlaufradelemente 88 und 92 niedrigere Zahn radreaktionskräfte. In der hierin durch einen Literaturver weis eingeschlossenen US-A-5244440 werden Verfahren zum Be rechnen dieser Zahnradreaktionskräfte beschrieben.

Gemäß Fig. 5, in der eine Belastung in der Vorwärtsan triebsrichtung 82 ausgeübt wird, übt das hintere Umlauf radelement 92 eine radiale Reaktionskraft "W_f" auf die zweite Lagerfläche 100 auf. Die Reaktionskraft "W_f" erzeugt über das Gelenkelement 80 ein Moment "M_f1" um die Drehachse 102. Das Moment "M_f1" (wobei die Reibung um die Drehachse 102 vernachlässigt wird) wird als Produkt der Reaktionskraft "W_f" und einer Hebelarmlänge "L_f1" berechnet, die zwischen der Drehachse 102 und einer Normalen 104 zur zweiten Lager fläche 100 an einem Punkt des Kontakts mit dem hinteren Um laufelement 92 gemessen wird.

Das Moment "M_f1" überträgt die Reaktionskraft "W_f" über die erste Lagerfläche 98 als Bremskraft "B_g1" gegen das vor dere Umlaufradelement 86. Die Bremskraft "B_g1" wird als Quo tient aus dem Moment "M_f1" und einem Hebelarmlänge "L_g1" be rechnet, die zwischen der Drehachse 102 und einer Normalen 106 gemessen wird, die mit der Bremskraft "B_g1" zusammen fällt. Daher sind die Größen der Reaktionskraft "W_f" und der Bremskraft "B_g1" ihren jeweiligen Hebelarmlängen "L_f1" bzw. "L_g1" umgekehrt proportional.

Weil der Hebelarm "L_f1" länger ist als der Hebelarm "L_g1" nimmt die auf das vordere Umlaufradelement 86 aus geübte Bremskraft "B_g1" bezüglich der Zahnradreaktionskraft "W_f" in der Vorwärtsantriebsbelastungsrichtung 82 zu. Durch die erhöhte Bremskraft "B_g1", durch die ein der Drehbewegung des vorderen Umlaufradelements 86 entgegenwirkendes Rei bungsmoment erhöht wird, werden die Vorbelastungsverhält nisse in der Vorwärtsantriebsbelastungsrichtung (oder der Rückwärtsleerlaufbelastungsrichtung) 82 erhöht.

Gemäß Fig. 6, in der eine Belastung in der Rückwärtsan triebsrichtung 84 ausgeübt wird, übt das vordere Umlaufradelement 86 eine radiale Reaktionskraft "W_g" auf die erste Lagerfläche 98 aus. Die Reaktionskraft "W_g" erzeugt über das Gelenkelement 80 ein Moment "M_g1" um die Drehachse 102. Das Moment "M_g1" überträgt die Reaktionskraft "W_g" über die zweite Lagerfläche 100 als Bremskraft "B_f1" gegen das hintere Umlaufradelement 92.

Weil die Drehachse 102 sich nicht bewegt hat, bleiben die Längen der Hebelarme "L_f1" und "L_g1" in Fig. 6 unverän dert. Daher nimmt die auf das hintere Umlaufradelement 92 ausgeübte Bremskraft "B_f1" bezüglich der Zahnradreakti onskraft "W_g" ab. Durch die relativ verringerte Bremskraft "B_f1" werden die Vorbelastungsverhältnisse in der Rückwärts antriebsbelastungsrichtung 84 vermindert.

Daher ergibt sich dadurch, daß die Drehachse 102 näher an der ersten Lagerfläche 98 als an der zweiten Lagerfläche 100 angeordnet wird, eine Zunahme der Vorbelastungsverhält nisse in der Vorwärtsantriebsbelastungsrichtung (oder der Rückwärtsleerlaufbelastungsrichtung) 82 bezüglich den Vorbelastungsverhältnissen in der Rückwärtsantriebs belastungsrichtung (oder der Vorwärtsleerlaufbelastungs richtung) 84. Der Grad der relativen Zunahme kann durch Einstellen der relativen Längen der Hebelarme "L_f1" bzw. "L_g1" gesteuert werden.

Fig. 7 und 8 zeigen die Funktion eines Gelenkelements 110 in der Vorwärtsantriebsrichtung 82 und in der Rückwärtsantriebsrichtung 84. Es ist das gleiche Getriebe dargestellt wie in Fig. 5 und 6, wobei lediglich das Gelenk element 110 und die Position einer Drehachse 112 verschieden sind.

Ähnlich wie in Fig. 5 und 6 weist das Gelenkelement 110 von Fig. 7 und 8 eine erste Lagerfläche 114 zum drehbaren Halten des vorderen Umlaufradelements 86 und eine zweite Lagerfläche 116 zum drehbaren Halten des hinteren Umlaufradelements 92 auf. Die Drehachse 112 ist jedoch näher an der zweiten Lagerfläche 116 als an der ersten Lagerfläche 114 angeordnet.

In Fig. 7 wird die Reaktionskraft "W_f" durch ein Moment "M_f2" über das Gelenkelement 110 übertragen und als ver ringerte Bremskraft "B_g2" gegen das vordere Umlaufrad 86 ausgeübt. Die Bremskraft "B_g2" steht mit der Reaktionskraft "W_f" in Beziehung und ist umgekehrt proportional zu den Län gen der Hebelarme "L_g2" und "L_f2". Durch die Verringerung der Bremskraft "B_g2" bezüglich der Reaktionskraft "W_f" wer den die Vorbelastungsverhältnisse in der Vorwärtsan triebsbelastungsrichtung 82 vermindert.

In Fig. 8 wird die Reaktionskraft "W_g" durch ein Moment "M_g2" über das Gelenkelement 110 übertragen und auf das hin tere Umlaufradelement 92 als erhöhte Bremskraft "B_f2" aus geübt. Durch die Erhöhung der Bremskraft "B_f2" bezüglich der Reaktionskraft "W_g" werden die Vorbelastungsverhältnisse in der Rückwärtsantriebsbelastungsrichtung 84 erhöht.

Daher bewirkt die Bewegung der Drehachse 112 zur zwei ten Lagerfläche 100 eine Verringerung der Vorbelastungsver hältnisse in der Vorwärtsantriebsbelastungsrichtung (oder der Rückwärtsleerlaufbelastungsrichtung) 82 bezüglich den Vorbelastungsverhältnissen in der Rückwärtsantriebsbela stungsrichtung (oder der Vorwärtsleerlaufbelastungsrichtung) 84. Diese für die Fig. 5 bis 8 beschriebenen Wirkungen der Vorbelastungsverhältnisse können verwendet werden, um andere unausgeglichene Vorbelastungsverhältnisse in den Dif ferentialen zu kompensieren oder solche Ungleichgewichte zwischen den beiden Belastungsrichtungen 82 und 84 zu erzeu gen.

Die Vorbelastungsverhältnisse in beiden Belastungs richtungen 82 oder 84 können weiter relativ verringert wer den, indem eine Drehbewegung der Gelenkelemente 80 oder 110 in eine der beiden entgegengesetzten Richtungen verhindert wird. Beispielsweise können die zunächst in Fig. 2 darge stellten Säulenflächen 72 oder 74 anstoßend an die Abstands flächen 68 oder 70 der Gelenkelemente 56 angeordnet werden, um dies zu erreichen.

Fig. 9 und 10 zeigen Planetengetriebeanordnungen zum Ausgleichen oder zum Erzeugen eines Ungleichgewichts der Vorbelastungsverhältnisse zwischen entgegengesetzten Rich tungen der Differenzdrehbewegung. Die mit einem ersten Seitenrad 118 in Eingriff stehenden Umlaufräder sind durch "A" und die mit einem zweiten Seitenrad 120 in Eingriff ste henden Umlaufräder durch "B" bezeichnet.

Gemäß Fig. 9 werden vier Paare vorderer und hinterer Umlaufräder 122 und 124 durch vier drehbare Gelenkelemente 126 radial gehalten. Die Drehachse 128 jedes Gelenkelements 126 ist näher an den vorderen Umlaufrädern 122 als an den hinteren Umlaufrädern 124 angeordnet. Alle vorderen Umlaufräder 122 stehen, wie durch den Buchstaben "B" darge stellt, mit dem zweiten Seitenrad 120 in Eingriff und alle hinteren Umlaufräder stehen, wie durch den Buchstaben "A" bezeichnet, mit dem ersten Seitenrad 118 in Eingriff.

Wenn die einem der beiden Seitenräder 118 bzw. 120 zu geordneten Umlaufräder "A" oder "B" höhere Reaktions- oder Bremskräfte erfahren, kann zwischen entgegengesetzten Rich tungen der Differenzdrehbewegung ein Ungleichgewicht des Vorbelastungsverhältnisses erzeugt werden. Durch die Posi tion der Drehachse 128 in Fig. 9 wird erreicht, daß die Bremswirkung für die vorderen Umlaufräder 122 größer ist als für die hinteren Umlaufräder 124. Weil alle vorderen Umlaufräder 124 mit dem zweiten Seitenrad 120 in Eingriff stehen, kann zwischen entgegengesetzten Richtungen der Differenzdrehbewegung ein Ungleichgewicht des Vorbelastungs verhältnisses erzeugt werden.

In Fig. 10 steht eine gleiche Anzahl von vorderen und hinteren Umlaufrädern 132 und 134 abwechselnd in Eingriff mit dem ersten Seitenrad 118 und dem zweiten Seitenrad 120. Beispielsweise stehen zwei der vorderen Umlaufräder 132 und zwei der hinteren Umlaufräder 134, die alle durch "A" be zeichnet sind, mit dem ersten Seitenrad 118 in Eingriff. Je des der Gelenkelemente 126 überträgt Zahnradreaktionskräfte zwischen den durch "A" oder durch "B" bezeichneten Umlaufrä dern. Weil eine gerade Anzahl von Gelenkelementen 126 vor gesehen ist, ist deren Wirkung gleichmäßig verteilt zwischen den dem ersten und dem zweiten Seitenrad 118 bzw. 120 zuge ordneten Umlaufrädern "A" und "B". Dadurch wird das Un gleichgewicht der Vorbelastungsverhältnisse zwischen entge gengesetzten Richtungen der Differenzdrehbewegung vermin dert.

Es können verschiedene andere Kombinationen von Drehachsenpositionen und Eingriffsanordnungen von Umlaufrä dern verwendet werden, um das Ungleichgewicht von Vorbelastungsverhältnissen zu steuern. Beispielsweise können die Drehachsen abwechselnd näher an den vorderen und an den hinteren Umlaufrädern angeordnet werden. Eine ungerade An zahl von Umlaufräderpaaren kann ebenfalls verwendet werden, um ein Ungleichgewicht der Vorbelastungsverhältnisse zu er zeugen. Die die Drehachsen definierenden Säulen können auch durch Zapfen gebildet werden.

Claims

1. Parallelachsen-Getriebedifferential mit:
einem in eine Vorwärtsantriebs- und eine Rück wärtsantriebsrichtung um eine gemeinsame Achse für eine Drehbewegung eines Paars von Antriebswellen drehbaren Gehäuse;
einem ersten und einem zweiten Seitenrad, die in nerhalb des Gehäuses angeordnet sind, um Enden der ent sprechenden Antriebswellen für eine Drehbewegung mit diesen um die gemeinsame Achse aufzunehmen;
einem ersten und einem zweiten Paar von Umlaufrä dern, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und mit den Seitenrädern in Eingriff stehen, um eine Dreh bewegung um jeweilige Achsen auszuführen, die sich par allel zur gemeinsamen Drehachse erstrecken;
wobei jedes der Paare von Umlaufrädern ein vor deres und ein hinteres Umlaufradelement aufweist;
und das vordere Umlaufradelement jedes Paars in Richtung des Vorwärtsantriebs um die gemeinsame Achse winkelmäßig vor dem hinteren Umlaufradelement jedes Paars angeordnet ist;
und mit einem im Gehäuse zwischen dem ersten und dem zweiten Umlaufräderpaar angeordneten ersten Gelenk element mit einer ersten und einer zweiten Lagerfläche;
wobei die erste Lagerfläche des ersten Gelenkele ments das vordere Element des ersten Umlaufräderpaars drehbar hält;
die zweite Lagerfläche des ersten Gelenkelements das hintere Element des zweiten Umlaufräderpaars dreh bar hält;
das erste Gelenkelement um eine erste Drehachse drehbar ist, die sich parallel zu den Umlaufradachsen erstreckt, um eine Zahnradreaktionskraft zwischen den vorderen und den hinteren Elementen des ersten und des zweiten Umlaufräderpaars zu übertragen; und
die erste Drehachse näher an der ersten oder der zweiten Lagerfläche als an der jeweils anderen der bei den Lagerflächen angeordnet ist, um die mechanische Kraftverstärkung der Kraftübertragung zwischen den vor deren und den hinteren Elementen des ersten und des zweiten Umlaufräderpaars zu ändern.

2. Differential nach Anspruch 1, wobei das erste Gelenk element als Reaktion auf die Übertragung eines Dreh moments in der Vorwärtsantriebsrichtung eine Brems kraft auf das vordere Element des ersten Umlaufräder paars ausübt und als Reaktion auf die Übertragung eines Drehmoments in der Rückwärtsantriebsrichtung eine Bremskraft auf das hintere Element des zweiten Umlauf räderpaars ausübt.

3. Differential nach Anspruch 2, wobei die Drehachse des ersten Gelenkelements näher an der ersten als an der zweiten Lagerfläche angeordnet ist, um die auf das vor dere Element in der Vorwärtsantriebsrichtung ausgeübte Bremskraft bezüglich der auf das hintere Element in der Rückwärtsantriebsrichtung ausgeübten Bremskraft zu er höhen.

4. Differential nach Anspruch 2, wobei die Drehachse des ersten Gelenkelements näher an der zweiten als an der ersten Lagerfläche angeordnet ist, um die auf das vor dere Element in der Vorwärtsantriebsrichtung ausgeübte Bremskraft bezüglich der auf das hintere Element in der Rückwärtsantriebsrichtung ausgeübten Bremskraft zu ver mindern.

5. Differential nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei das vor dere Element des ersten Umlaufräderpaars und das hin tere Element des zweiten Umlaufräderpaars mit dem er sten Seitenrad in Eingriff stehen.

6. Differential nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei die vor deren Elemente des ersten und des zweiten Umlaufräder paars mit dem ersten Seitenrad in Eingriff stehen.

7. Differential nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner mit einem zweiten Gelenkelement und einem dritten Um laufräderpaar mit einem vorderen und einem hinteren Element.

8. Differential nach Anspruch 7, wobei das zweite Gelenke lement eine erste Lagerfläche aufweist, die das vordere Element des zweiten Umlaufräderpaars drehbar hält, und eine zweite Lagerfläche, die das hintere Element des dritten Umlaufräderpaars drehbar hält, wobei das zweite Gelenkelement um eine zweite Achse drehbar ist, die sich parallel zu den Umlaufräderachsen erstreckt.

9. Differential nach Anspruch 8, wobei die zweite Drehachse näher an der ersten oder der zweiten als an der anderen dieser beiden Lagerflächen des zweiten Ge lenkelements angeordnet ist.

10. Differential nach Anspruch 9, wobei die erste und die zweite Drehachse näher an der ersten Lagerfläche als an der zweiten Lagerfläche des ersten und des zweiten Ge lenkelements angeordnet sind, um den Reibungswiderstand bezüglich der Differenzdrehbewegung in der Vor wärtsantriebsrichtung bezüglich der Rückwärtsantriebs richtung zu erhöhen.

11. Differential nach Anspruch 9 oder 10, wobei die erste und die zweite Drehachse näher an der zweiten Lagerflä che als an der ersten Lagerfläche des ersten und des zweiten Gelenkelements angeordnet sind, um den Reibungswiderstand bezüglich der Differenzdrehbewegung in der Rückwärtsantriebsrichtung bezüglich der Vor wärtsantriebsrichtung zu erhöhen.

12. Differential nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine geradzahlige Anzahl der Umlaufräderpaare durch eine gleiche Anzahl der Gelenkelemente gehalten werden.

13. Differential nach einem der Ansprüche 9 bis 12, ferner mit einem dritten und einem vierten Gelenkelement, die um eine dritte bzw. eine vierte Achse drehbar sind, und einem vierten Umlaufräderpaar mit einem vorderen und einem hinteren Element.

14. Differential nach Anspruch 13, wobei zwei der vorderen Elemente mit dem ersten Seitenrad und zwei andere der vorderen Elemente mit dem zweiten Seitenrad in Eingriff stehen.

15. Differentialsystem mit:
einem um eine gemeinsame Drehachse eines Paars von Antriebswellen drehbarem Gehäuse;
einem ersten und einem zweiten Seitenrad, die im Gehäuse angeordnet sind, um Enden der entsprechenden Antriebswellen für eine Drehbewegung mit diesen um die gemeinsame Achse aufzunehmen;
mindestens zwei im Gehäuse angeordneten Paaren von Umlaufrädern, die mit den Seitenrädern für eine Drehbe wegung um jeweilige parallele Achsen in Eingriff ste hen, wobei jedes der Umlaufräderpaare ein erstes und ein zweites Umlaufradelement aufweist;
einem Drehgelenk, das um eine sich parallel zu den Umlaufradachsen erstreckende Achse drehbar ist;
wobei eine erste Lagerfläche des Gelenkelements eine erste Kraft an einem Punkt des Kontakts mit dem ersten Element eines der Umlaufräderpaare aufnimmt;
eine zweite Lagerfläche des Gelenkelements eine zweite Kraft an einem Punkt des Kontakts mit dem zwei ten Element des anderen Umlaufräderpaares aufnimmt;
eine dritte Lagerfläche des Gelenkelements die er ste und die zweite Lagerfläche um die Drehachse drehbar hält;
ein erster Hebelarm sich von der Drehachse senk recht zur ersten Kraft erstreckt;
ein zweiter Hebelarm sich von der Drehachse senk recht zur zweiten Kraft erstreckt; und
der erste Hebelarm länger ist als der zweite He belarm, um die zweite Kraft bezüglich der ersten Kraft zu erhöhen.

16. System nach Anspruch 15, wobei das Gehäuse in einer Vorwärtsantriebsrichtung und einer Rückwärtsan triebsrichtung um die gemeinsame Achse drehbar ist und die Seiten- und die Umlaufräder im Gehäuse Reibungs kräfte erzeugen, die der relativen Drehbewegung der Antriebswellen entgegenwirken.

17. System nach Anspruch 16, wobei die ersten Umlaufradele mente in der Vorwärtsantriebsrichtung um die gemeinsame Achse winkelmäßig vor den zweiten Umlaufradelementen angeordnet sind.

18. System nach Anspruch 17, wobei die Drehachse näher an der Achse des mit der ersten Lagerfläche in Kontakt stehenden ersten Umlaufradelements als an der Achse des mit der zweiten Lagerfläche in Kontakt stehenden zwei ten Umlaufradelements angeordnet ist, um den Reibungs widerstand bezüglich der relativen Drehbewegung der An triebswelle in der Vorwärtsantriebsrichtung bezüglich der Rückwärtsantriebsrichtung zu erhöhen.

19. System nach Anspruch 17, wobei die Drehachse näher an der Achse des mit der zweiten Lagerfläche in Kontakt stehenden zweiten Umlaufradelements als an der Achse des mit der ersten Lagerfläche in Kontakt stehenden er sten Umlaufradelements angeordnet ist, um den Reibungs widerstand bezüglich der relativen Drehbewegung der An triebswelle in dem Vorwärtsantriebsrichtung bezüglich der Rückwärtsantriebsrichtung zu vermindern.

20. System nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das mit der ersten Lagerfläche in Kontakt stehende erste Umlaufradelement und das mit der zweiten Lagerfläche in Kontakt stehende zweite Umlaufradelement mit dem ersten Seitenrad in Eingriff stehen.

21. System nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei das mit der ersten Lagerfläche in Kontakt stehende erste Umlaufradelement mit dem ersten Seitenrad und das mit der zweiten Lagerfläche in Kontakt stehende zweite Um laufradelement mit dem zweiten Seitenrad in Eingriff steht.

22. Parallelachsen- Getriebedifferential mit:
einem in einer Vorwärtsantriebsrichtung und in ei ner Rückwärtsantriebsrichtung um eine gemeinsame Drehachse eines Paars von Antriebswellen drehbaren Ge häuse;
einem ersten und einem zweiten Seitenrad, die in nerhalb des Gehäuses angeordnet sind, zum Aufnehmen von Enden der jeweiligen Antriebswellen für eine Drehbewe gung mit diesen um die gemeinsame Achse;
einem ersten und einem zweiten Umlaufräderpaar, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und mit den Seitenrädern für eine Drehbewegung um jeweilige Achsen in Eingriff stehen, die sich parallel zur gemeinsamen Drehachse erstrecken;
wobei jedes der Umlaufräderpaare ein vorderes Um laufradelement und ein hinteres Umlaufradelement auf weist;
das vordere Umlaufradelement jedes Paars in der Vorwärtsantriebsrichtung um die gemeinsame Achse win kelmäßig vor dem hinteren Umlaufradelement des Paars angeordnet ist;
ferner mit: einem im Gehäuse zwischen dem ersten und dem zweiten Umlaufräderpaar angeordneten ersten Ge lenkelement mit einer ersten und einer zweiten Lager fläche;
wobei die erste Lagerfläche des ersten Gelenkele ments das vordere Element des ersten Umlaufräderpaars drehbar hält;
die zweite Lagerfläche das hintere Element des zweiten Umlaufräderpaars drehbar hält;
das erste Gelenkelement um eine sich parallel zu den Umlaufradachsen erstreckende erste Drehachse dreh bar ist, um Zahnradreaktionskräfte zwischen den vorde ren und den hinteren Elementen des ersten und des zwei ten Umlaufräderpaars zu übertragen; und
das vordere Element des ersten Umlaufräderpaars und das hintere Element des zweiten Umlaufräderpaars mit dem ersten Seitenrad in Eingriff stehen.

23. Differential nach Anspruch 22, wobei das hintere Ele ment des ersten Umlaufräderpaars und das vordere Ele ment des zweiten Umlaufräderpaars mit dem zweiten Sei tenrad in Eingriff stehen.

24. Differential nach Anspruch 23, ferner mit einem dritten und einem vierten Umlaufräderpaar mit vorderen und hin teren Elementen.

25. Differential nach Anspruch 24, wobei zwei der vorderen Elemente mit dem ersten Seitenrad in Eingriff stehen und die anderen der vorderen Elemente mit dem zweiten Seitenrad in Eingriff stehen.