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Die
Erfindung betrifft eine Prüf-
und Lehrvorrichtung für
Differentialgetriebe.
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Differentialgetriebe,
auch Ausgleichsgetriebe, sind spezielle Planetengetriebe mit einer
kompakten Bauform, bei denen Zahnräder und/oder Schneckenräder innerhalb
eines Gehäuses
angeordnet sind. Diese Differentialgetriebe werden insbesondere
in Kraftfahrzeugen zum Ausgleich von Drehzahlen eingesetzt.
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Das
häufigste
Einsatzgebiet eines Differentialgetriebes im Automobilbau ist das
Ausgleichsgetriebe zwischen den angetriebenen Rädern einer Achse. Da die beiden
Räder einer
Achse während der
Fahrt in Kurven unterschiedlich lange Wege zurücklegen und sich somit unterschiedlich
schnell drehen, dürfen
diese nicht starr miteinander verbunden werden. Diese Getriebe werden
als offenes Differential bezeichnet.
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Ferner
gibt es aber auch viele Hersteller, die eine Teilsperrung im Differential
zur Verbesserung der Traktion vorsehen. Ferner sind Autos mit Allradantrieb
bekannt. Hierfür
ist ein Verteilergetriebe, ein sogenanntes Zentral- oder auch Längsdifferential
im Auto vorgesehen. Dieses Zentraldifferential verteilt das Antriebsmoment
auf die angetriebenen Achsen des Fahrzeugs nach einem voreingestellten
Verhältnis.
Da auch bei einem Fahrzeug mit Allradantrieb sich bei Kurvenfahrt
die Vorder- und Hinterachse verschieden schnell drehen sowie unterschiedliche Traktionsmomente
auf Vorder- bzw. Hinterachse aufgebracht werden, ist auch hier ein
Drehzahlausgleich und eine Drehmoment abhängige Verbindung erforderlich,
was die Ausstattung des Fahrzeugs mit einem Zentral- oder auch Längsdifferential
notwendig macht.
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In
der Lehre und der Aus- und Weiterbildung, gerade im Autmobilsektor,
fehlt es an aussagekräftigen
Lehrmodellen für
Differentialgetriebe, um die Wirkungsweise der Sperrfunktion des
Differentialgetriebes zu demonstrieren und fassbar zu machen. Um
dem Auszubildenden anschaulich das Differentialgetriebe, seine Wirkungsweise
und die dafür
notwendigen Wirkmittel darzulegen, wird eine neue Lehrvorrichtung
benötigt,
mittels der es möglich
wird, die Sperrfunktion des Differentialgetriebes und die damit
verbundene Kraft- und Drehmomentverteilung dem Auszubildenden anhand
von mechanischen Modellen zu verdeutlichen.
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Zur Überprüfung von
Differentialgetrieben, insbesondere zur Überprüfung der Kraftverteilung und
des voreingestellten Sperrwertes gibt es derzeit auf dem Gebiet
der Wareneingangsprüfung
keine einfache Möglichkeit,
um die Kraftverteilung und den Sperrwert eines Differentialgetriebes
zu verifizieren. Entsprechend besteht ein Bedarf, um auf einfache Weise
die Voreinstellung eines Differentialgetriebes überprüfen zu können.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine anschauliche und einfache Prüf- und Lehrvorrichtung für Differentialgetriebe
anzugeben.
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Gelöst wird
diese Aufgabe mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1.
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Wenn
die Prüf-
und Lehrvorrichtung für
Differentialgetriebe mit einem Hauptgestell, einer Aufnahme für ein Differentialgetriebe
mit einem Gehäuse oder
einem Gehäuse
mit einer Antriebswelle und zwei Abtriebsausgängen, einer Betätigungsmöglichkeit
eines Antriebsdrehmomentes auf das Gehäuse oder die Antriebswelle
des Diffenrentialgetriebes und zwei unabhängigen Abtriebswellen, die
jeweils eine Differentialgetriebe-nahe und eine Differentialgetriebe-ferne
Seite aufweisen und jeweils an der Differentialgetriebe-nahen Seite
mit einem Abtriebsausgang des Differentialgetriebes drehverbunden
angeordnet sind, wobei an den Enden der Abtriebswellen Mittel zur
Messung eines Drehmomentes und/oder einer Kraft vorgesehen sind,
ausgestaltet ist, dann lassen sich so Differentialgetriebe auf deren
Drehmoment- und/oder Kraftverteilung hin überprüfen und anschaulich darstellen.
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Dadurch,
dass auf der Differentialgetriebe-fernen Seite Mittel zur Messung
eines Drehmomentes vorgesehen sind, können so die Abtriebsdrehmomente
und deren Verteilung gemessen werden. Diese Messwerte können zueinander
in Relation gebracht werden, wodurch sich ein entsprechendes Verhältnis ergibt,
das weiter beispielsweise zur Bestimmung des Sperrwertes ausgewertet
werden kann.
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Um
die Drehmomente, die an der Abtriebswelle anliegen, in Form einer
Kraft zu messen, ist jeweils auf der Differentialgetriebe-fernen
Seite der Abtriebswelle ein radial nach aussen gerichteter Hebelarm
mit einer Abtriebswellen-nahen Seite und einer Abtriebswellen-fernen
Seite mit der Abtriebswellen-nahen Seite an der Abtriebswelle angeordnet.
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Wenn
die Hebelarme gleich lang ausgebildet sind, ist der Vergleich der
entsprechend gemessenen Kräfte
einfach durchzuführen.
Ebenso wird eine fassbare Darstellung durch unterschiedlich lange
Hebelarme nicht weiter beeinträchtigt.
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Dadurch,
dass an der Abtriebswellen-fernen Seite der Hebelarme Mittel zur
Messung einer Kraft vorgesehen sind, kann die dort wirkende Kraft
detektiert und gemessen werden.
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Wenn
das Mittel zur Messung einer Kraft und/oder einer Kraftdifferenz
ein am Hauptgestell um einen verstellbaren Drehpunkt schwenkbarer
Wiegebalken ist, wobei der Drehpunkt in Bezug zur Längserstreckung
des Wiegebalkens verstellbar ausgebildet ist und die Enden des Wiegebalkens
mit den Abtriebswellen-fernen Seiten der Hebelarme wirkverbunden
ausgebildet sind, lassen sich so anschaulich die Verhältnisse
der Abtriebsmomente zueinander erfassen.
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Um
eine entsprechende skalare Auswertung zu erhalten, ist am Hauptgestell
parallel zum Wiegebalken entlang des Verstellbereichs des Drehpunktes eine
Skala angeordnet.
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Dadurch,
dass die Skala einen Nullpunkt hat, der die Mitte zwischen den beiden
Abtriebswellen-fernen Seiten der Hebelarme darstellt, läßt sich die
Skala mit ihrem Nullpunkt justieren. An diesem Punkt sind die Kräfte gleich,
da auf Grund gleicher Hebellängen
und entsprechend gleich großen
Kräften,
die Auslenkung des Wiegebalkens gleich Null ist.
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Wenn
zur Verstellung des Drehpunktes ein Langloch in dem Wiegebalken
vorgesehen ist, kann so eine stufenlose Verstellung des Drehpunktes
des Wiegebalkens und somit der beiderseits wirksamen Hebellänge innerhalb
des Langloches erfolgen. Somit kann jede gewünschte Position des Drehpunktes festgesetzt
werden.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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Darin
zeigen:
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1 eine
Vorderansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
der Prüf-
und Lehrvorrichtung,
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2 eine
Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels
der Prüf-
und Lehrvorrichtung,
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3 eine Draufsicht auf einen Wiegebalken
der Prüf-
und Lehrvorrichtung in
- a einer Ruhelage mit
dem verstellbaren Drehpunkt in der Nullposition und
- b einer Auslenkungslage.
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1 zeigt
eine Vorderansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Prüf- und Lehrvorrichtung 1 für Differentialgetriebe. Die
Prüf- und Lehrvorrichtung 1 besteht
aus einem Hauptgestell 2, das eine Basis 22, einen
linken Wellenhalter 23 mit einem Lager 21 und
einen rechten Wellenhalter 24 mit einem weiteren Lager 21 aufweist.
Hierbei ist der linke Wellenhalter 23 an der linken Seite
L und der rechte Wellenhalter 24 an der rechten Seite R
an der Basis 22 angeordnet.
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Etwa
in der Mitte der Prüf-
und Lehrvorrichtung 1 zwischen den beiden Wellenhaltern 23 und 24 und
im oberen Bereich der Vorrichtung ist ein Differentialgetriebe 3 vorgesehen.
An diesem Differentialgetriebe 3 ist auf der linken Seite
L eine linke Abtriebswelle 41 und auf der rechten Seite
R eine rechte Abtriebswelle 42 vorgesehen. Diese Abtriebswellen 4 sind
jeweils mit den Abtriebsausgängen
des Differentialgetriebes 3 wirkverbunden angeordnet. Die
Abtriebswellen 4 werden auf der Differentialgetriebe-fernen
Seite jeweils durch das Lager 21 auf der dementsprechenden
linken L oder rechten Seite R geführt, gehalten und gelagert.
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Weiter
ist an dem Differentialgetriebe 3 ein Flansch 71 angeordnet,
der es ermöglicht,
bei diesem hier dargestellten Differentialgetriebe 3 einen Betätigungshebel 7 an
dessen Antriebseingang bzw. dessen Gehäuse anzuordnen.
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Auf
der Differentialgetriebe-fernen Seite der Abtriebswellen 41 und 42 ist
zu diesem radial jeweils ein linker 51 bzw. entsprechend
ein rechter Hebelarm 52 mit der jeweiligen Abtriebswelle 41 bzw. 42 wirkverbunden
angeordnet. Die beiden Hebelarme 51 und 52 sind
gleichlang ausgebildet und weisen nach unten in Richtung der Basis 22 des
Hauptgestells 2.
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Auf
der Basis 22 des Hauptgestells 2 ist ein Wiegebalken
schwenkbar angeordnet, so dass sich dieser um einen verstellbaren
Drehpunkt 63 verschwenken lässt. Der verstellbare Drehpunkt 63 ist mittels
einer Schraube oder dergleichen feststellbar als auch verschiebbar
ausgebildet, wobei sich die Schraube oder dergleichen in einer Langlochbohrung 62 befindet
und die Verstellung des verstellbaren Drehpunktes 63 in
Bezug zur Längserstreckung
des Wiegebalkens erfolgt. An beiden Enden des Wiegebalkens 6 sind Aufnahmen 64 vorgesehen.
In diese Aufnahmen 64 des Wiegebalkens 6 münden die
Abtriebswellen-fernen Seiten der beiden Hebelarme 51, 52.
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Nachfolgend
wird die Wirkungsweise anhand eines ersten Ausführungsbeispiels der Prüf- und Lehrvorrichtung
erläutert.
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Zur
Prüfung
oder zur Demonstration eines Differentialgetriebes 3 wird
mittels des Betätigungshebels 7 ein
Drehmoment auf das Gehäuse
bzw. den Antriebseingang des Differentialgetriebes ausgeübt. Dieses
Drehmoment wird durch das Differentialgetriebe 3 auf die
Abtriebswellen 41 und 42 übertragen, wodurch sich diese
drehen. Dabei werden die an den Differentialgetriebe-fernen Seiten
angeordneten Hebelarme 51 und 52 jeweils aus ihrer
Ruhelage ausgelenkt. Worauf die beiden Hebelarme 51 und 52 an
ihren Abtriebswellen-fernen
Seiten eine Kraft auf den Wiegebalken 6 ausüben. Diese
Kraft wirkt auf den Wiegebalken 6 ein und versucht diesen
aus dessen Ruhelage zu bringen. Durch den verstellbaren Drehpunkt 63,
der mit der Basis 22 des Hauptgestells 2 verbunden
ist, wird der Wiegebalken 6 jedoch widergelagert, so dass
sich dieser höchstens
verdrehen aber nicht senkrecht zu seiner Längserstreckung verschieben
kann.
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Wenn
der verstellbare Drehpunkt 63 genau in der Mitte M, nämlich der
halben Strecke zwischen den beiden Hebelarmen 51 und 52,
in der Langlochbohrung 62 des Wiegebalkens 6 justiert
ist, wirken gleich große
Kräfte
auf beide gleich langen Hebelarme des Wiegebalkens 6 und
der Wiegebalken 6 verdreht sich nicht. Dieses Nicht-Verdrehen
erfolgt jedoch auch bei einer Verschiebung des verstellbaren Drehpunktes 63 in
Längserstreckung
des Wiegebalkens 6, also wenn der verstellbare Drehpunkt 63 nicht
mehr in der Mitte M justiert ist, sondern nach, wie in diesem Ausführungsbeispiel
dargestellt zur linken Seite L geführt wird, und zwar solange,
solange diejenige Position in der Langlochbohrung 62 erreicht wird,
bis das Differentialgetriebe 3 seine spezifische voreingestellte
Sperrwirkung erreicht. An dieser Position des verstellbaren Drehpunkts 63 verdreht
sich der Wiegebalken 6 das erste mal aus seiner Ausgangsposition.
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Hierdurch
lässt sich
sowohl der Sperrwert eines Differentialgetriebes 3 ermitteln
oder verifizieren, als auch die Wirkungsweise eines Differentialgetriebes 3 anhand
einer Kraftwaage darstellen.
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In 2 ist
eine Seitenansicht des gezeigten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Prüf- und Lehrvorrichtung 1 dargestellt.
Hier wird die Reaktion aufgezeigt, die auf eine bestimmungsgemäße Betätigung des
Betätigungshebels 7 ausgelöst wird.
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Auf
die Betätigung
des Betätigungshebels 7 in
Richtung X verteilt das Differentialgetriebe 3 das Drehmoment
auf die Abtriebswellen 4. Diese Abtriebswellen 4 bringen
den Hebelarm 5 dazu, dass dieser in Richtung Y ausgelenkt
wird.
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Da
jedoch der Hebelarm 5 in der Aufnahme 64 des Wiegebalkens
wirkverbunden mit diesem angeordnet ist, überträgt der Hebelarm 5 die
durch das Drehmoment der Abtriebswelle 4 ausgelöste Kraft auf
den Wiegebalken 6. Als Reaktion auf diese Kraft wird der
Wiegebalken 6 versuchen, sich in Y-Richtung zu verdrehen.
Dies tritt jedoch nur dann ein, wenn der verstellbare Drehpunkt 63 entsprechend der
Voreinstellung der Sperrwirkung des Differentialgetriebes 3 justiert
wurde. Andernfalls wirkt auf der anderen Seite des Wiegebalkens,
entsprechend der Darstellung aus 1 eine entsprechende
Gegenkraft, so dass sich der Wiegebalken nicht verdreht.
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In 3a ist
eine Draufsicht auf die Widerlagerebene W mit Darstellung des Wiegebalkens 6 auf der
Basis 22 des Hauptgestells 2 der erfindungsgemäßen Prüf- und Lehrvorrichtung 1 in
einer Ruhelage mit dem verstellbaren Drehpunkt 63 in der
Nullposition dargestellt.
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Ferner
ist noch eine Skala 61 auf der Basis 22 vorgesehen,
die dabei hilft, die entsprechende Differentialgetriebe-spezifische
Sperrwirkung zu ermitteln und unterschiedliche Differentialgetriebe-spezifische
Sperrwirkungen miteinander zu vergleichen oder zu verifizieren.
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In 3b ist
eine weitere Draufsicht auf die Widerlagerebene W mit Darstellung
des Wiegebalkens 6 auf dem Hauptgestell 2 der
erfindungsgemäßen Prüf- und Lehrvorrichtung 1 dargestellt.
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Hierbei
befindet sich der Wiegebalken 6 in einer Auslenkungslage,
wobei der verstellbare Drehpunkt 63 so weit von dem Nullpunkt,
der Mitte M, verschoben wurde, dass die Sperrwirkung des Differentialgetriebes 3 aufgehoben
wird. Aus der dann vorliegenden Kräfteverteilung kann der Sperrwert
des Differentialgetriebes 3 abgeleitet werden.
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Diese
Verdrehung des Wiegebalkens 6 aus seiner Nulllage Z resultiert
daraus, dass auf den beiden Seiten des Differentialgetriebes 3 unterschiedliche
Drehmomente durch das Differentialgetriebe 3 auf die Abtriebswellen 4 übertragen
werden. Diese Drehmomente werden dann durch die Hebelarme 5 in
Form einer Kraft auf die Aufnahmen 64 des Wiegebalkens 6 übertragen,
wobei zwei Kräfte
miteinander direkt verglichen werden. Die so gebildete Kräftedifferenz
resultiert in einer Verdrehung des Wiegebalkens 6 aus dessen
Nulllage Z.
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- 1
- Prüf- und Lehrvorrichtung
- 2
- Hauptgestell
- 21
- Lager
- 22
- Basis
- 23
- linker
Wellenhalter
- 24
- rechter
Wellenhalter
- 3
- Differentialgetriebe
- 4
- Abtriebswelle
- 41
- linke
Abtriebswelle
- 42
- rechte
Abtriebswelle
- 5
- Hebelarm
- 51
- linker
Hebelarm
- 52
- rechter
Hebelarm
- 6
- Wiegebalken
- 61
- Skala
- 62
- Langlochbohrung
- 63
- verstellbarer
Drehpunkt
- 64
- Aufnahme
- 7
- Betätigungshebel
- 71
- Flansch
- M
- Mittelachse
- L
- Linke
Seite
- R
- Rechte
Seite
- W
- Widerlagerebene
- X
- Drehrichtung
des Betätigungshebels
- Y
- Bewegungsrichtung
des Hebelarms
- Z
- Nulllage