DE2361859A1 - Teilsperrendes differentialgetriebe - Google Patents

Description

Teilsperrendes Differentialgetriebe

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Differential- oder Ausgleichgetriebe für Kraftfahrzeuge und. bezieht sich insbesondere auf ein Differentialgetriebe des in der US-Patentschrift 3 706 239 beschriebenen Typs. Bei diesem handelt es sich um ein Differentialgetriebe für die Antriebsachse, jedoch läßt sich dieses Getriebe, ebenso wie das Gegenstand der Anmeldung bildende Differentialgetriebe als Ausgleichgetriebe zum Verbinden der Antriebswellen mit den Radachsen von Lastkraftwagen mit Zweiachsantrieb verwenden.

Die genannte Patentschrift beschreibt ein Differentialgetriebe mit walzenförmigen Ritzeln und mit Zugkraftübertragung durch Pormschluß für ein Räder fahrzeug. Ein von einem Different-ialgehäuse getragenes Differential-Ringrad steht mit einem Differential-Antriebsritzel in Zahneingriff. Im Differentialgehäuse sind schrägverzahnte Seiten(zahn)räder oder Achsantriebsräder ausgebildet, von denen jedes an .eine gesonderte Achswelle oder Halbachse angeschlossen ist. Im Differentialgehäuse sind weiterhin diskrete Paare zylindrischer Öffnungen oder Taschen ausgebildet, wobei die Taschen jedes Paares einander schneiden. In jeder Tasche ist ein Ritzel mit

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überwiegender Längsausdehnung mit Laufsitz drehbar gelagert, wobei, wenn die Ritzel an der umgebenden zylindrischen Wand ihrer jeweiligen zylindrischen Aufnahmetasche anliegen, die Lagerstellen für die Ritzel sich am Kopficreis (Außendurchmesser) befinden.-Die Ritzel jedes Paares kämmen miteinander und mit jeweils den gesonderten Achsantriebsrädern. Auf die Ritzel wirkende Reibungskräfte werden durch die Reibung ergänzt, die zwischen den Achsantriebsrädern und den benachbarten Teilen des Gehäuses auftritt.

Die miteinander in Eingriff stehenden Teile der walzenförmigen Ritzel sind an einer sogenannten Mittelstütze abgestützt, die zwischen den inneren, nahe des zugehörigen Achsantriebsrades liegenden Enden der Halbachsen angeordnet ist.

Bei dieser Anordnung der Achsantriebsräder und der Differential-Ritzel wird jedesmal, wenn eines der Triebräder auf eine Fläche mit niedriger Reibung trifft und Aüsgleichwirkung eintritt, ein Vorspannmoment erzeugt, das sich teilweise aus kontrollierten Reibungskräften ergibt, die von Natur aus an der Grenzfläche (Berührungsfläche) zwischen den Differential-Ritzeln und den umgebenden zylindrischen Wänden der im Gehäuse ausgebildeten Taschen auftreten. Das Vorspannmoment rührt ebenfalls von der Reibungskräften her, die durch die Mittelstütze am Kopfkreis erzeugt werden. Das Vorspannmoment wird verstärkt durch Kippwirkung, die an jedem der Ritzel infolge der auf die Ritzel wirkenden versetzten Zahnkräfte am Schrägzahnrad auftritt, und durch die auf die End- oder Stirnflächen, der Achsantr.iebsräder wirkenden Reibungskräfte.

Bei einem herkömmlichen Differentialgetriebe wird das Antriebsmoment gleichmäßig auf die Halbachsen verteilt. Trifft eines der Triebräder auf eine Fläche mit niedriger Reibung, wird die maximale Antriebskraft auf nur das Zweifache der Zugkraft begrenzt, die über das jeweilige Rad auf die Fläche mit niedriger Reibung gebracht werden kann. Der für das andere Rad

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geltende günstige Haftzustand, kann nicht ausgenutzt werden. Im Gegensatz dazu wird bei einem teilspeitenden Differentialgetriebe, beispielsweise des in der erwähnten Patentschrift beschriebenen Typs, Dreh- oder Antriebsmoment ungleichmäßig auf die Halbachsen verteilt, bevor die Ausgleichwirkung im Getriebe einsetzt.

Es ist üblich, die Leistung eines teilsperrenden Differentialgetriebes als sein Vorspannverhältnis anzugeben, unter dem das Verhältnis des Momentes am Rad mit hohem Moment zum Moment am durchrutschenden Rad verstanden wird. Bei einem herkömmlichen Differentialgetriebe ist das Vorspannverhältnis 1. Je größer das Vorspannverhältnis, umso wirksamer ist ein teilsperrendes Differentialgetriebe bei der Verbesserung der Verteilung des Antriebsmomentes auf die Triebräder des Fahrzeuges.

In einigen herkömmlichen teilsperrenden Differentialgetrieben werden Reibungskupplungen verwendet, um Relativdrehung zwischen einem Achsantriebsrad und dem Gehäuse entgegenzuwirken. Andere bekannte Ausbildungsformen weisen zwei Reibungskupplungen auf, wovon jede Drehung jeweils eines Achsantriebsrades gegenüber dem Gehäuse verhindert. Gewöhnlich ist das Vorspannverhältnis bei einer Doppelkupplung-Ausbildung.das gleiche, unabhängig davon, welches der Triebräder durchrutscht. Jedoch ist das Vorspannverhältnis bei einem Differentialgetriebe mit nur einer einzigen Kupplung unterschiedlich, je nachdem welches der angetriebenen Räder durchrutscht.

Ein Unterschied im Vorspannverhältnis kann auch bei einem Differentialgetriebe mit walzenförmigen Ritzeln des in der erwähnten Patentschrift beschriebenen Typs auftreten, bei dem das Differentialgehäuse aus zwei Teilen zusammengesetzt ist, die in Deckung miteinander zusammengefügt sind. Eine Veränderung des Vorspannverhältnisses zwischen den Getriebeseiten kann beispielsweise eintreten, wenn unter bestimmten Bedingungen

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der Reibbeiwert zwischen den Ritzeln und einer Seite des zweiteiligen Differentialgehäuses vom Reibbeiwert zwischen den,Ritzeln und der gegenüberliegenden Seite des Differentialgehäuses abweicht, oder wenn der Werkstoff der Mittelstütze einen vom Werkstoff des Gehäuses verschiedenen Reibbeiwert aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein teilsperrendes Differentialgetriebe zu schaffen, bei dem die Ungleichheit des Vorspannverhältnisses zwischen den Getriebeseiten aufgehoben oder verringert ist, um zu erreichen, daß unabhängig davon, welches der Triebräder an einer Fläche mit niedriger Reibung arbeitet, die wirksame Fahrzeug-Zugkraft gleich ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem teilsperrenden Differentialgetriebe gelöst, bei dem die walzenförmigen Ritzel alternierend oder symmetrisch paarweise angeordnet sein können, je nachdem ob der Ausgleich des Vorspannmomentes erforderlich ist oder angestrebt wird. Bei alternierend paarweiser Anordnung der Ritzel greift ein Ritzel eines diskreten Ritzelpaares in ein Achsantriebsrad, das entsprechende Ritzel des anderen Ritzelpaares jedoch nicht in das gleiche, sondern in das andere Achsantriebsrad ein. Bei symmetrischer Anordnung sind die einander entsprechenden Ritzel jedes diskreten Ritzelpaares in Eingriff mit dem gleichen Achsantriebsrad.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß Herstellung und Bearbeitung des Differentialgehäuses vereinfacht sind. In einer Ausbildungsform nach der Erfindung ist das Differentialgehäuse einstückig, und die zylindrischen Öffnungen (Taschen) zur Aufnahme der paarweise zusammengefaßten walzenförmigen Ritzel können in einer Bearbeitungsoperation hergestellt werden, die das Problem der Fluchtungsfehler ausschließt, das bei einem Differential mit zweiteELigem Gehäuse auftritt, wo in jedem Gehäuseteil getrennte Ritzeltaschen ausgebildet und beim Zusammenbau miteinander in Deckung gebracht werden.

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Die Ritzel erzeugen auf diese Weise an ihren Kopfkreisen einen ordnungsgemäßen Laufsitz. Diese erfindungsgemäße Ausbildungsform mit einstückigem Gehäuse ist von besonderem Vorteil bei einem billigen Differentialgetriebe mit niedrigem Moment (Drehmoment), bei dem nur zwei um 180° versetzte diskrete Ritzelpaare erforderlich wären. In den zwischen den Ritzelpaaren liegenden GehäuseSeiten können Fenster oder Aussparungen ausgebildet sein, um den Einbau der Achsantriebsräder zu ermöglichen. Ein die Fenster durchdringender und in diesen mit entsprechenden Haltemitteln oder Zwischenscheiben gehaltener Querzapfen vermag, wenn die Halbachsen mit ihren inneren Enden an ihm anliegen, Druckkräfte von jeder Halbachse auf das Differentialgehäuse zu übertragen.

Eine weitere Ausbildungsform nach der Erfindung, die für höhere Drehmomenterfordernisse geeignet ist, weist ein dreiteiliges Gehäuse auf. Im mittleren Gehäuseteil sind die verschiedenen Höhlungen (Taschen) zur Aufnahme der Ritzel ausgebildet. Mit dem mittleren Gehäuseteil sind an jedem Ende in Achsenrichtung Gehäuseendstücke verschraubt, um die Achsantriebsräder und die Ritzel nach ihrem Einbau in das mittlere Gehäuseteil in Lage zu halten. Die Forderungen nach hoher mechanischer Festigkeit und Härte der Bauteile können erfüllt werden, ohne daß es notwendig ist, die Gehäuseendstücke in speziellen Werkstoffen auszuführen oder in speziellen Verfahren zu bearbeiten. Auch für das mittlere Gehäuseteil ist die Anwendung von Pulvermetallurgie-Verfahren,möglich. Unabhängig jedoch davon, ob Pulvermetallurgie-Verfahren oder herkömmlichere Bearbeitungsmethoden angewandt werden, sind Fluchtungsfehler beim Zusammenbau bei den zylindrischen Taschen für die walzenförmigen Ritzel unmöglich. Es ist außerdem viel einfacher, die genaue Ausrichtung der zylindrischen Taschen gegenüber der Drehachse der Achsantriebsräder beizubehalten. Je nach Bedarf können die Gehäuseendstücke durch Bearbeiten von Gußstücken oder von Stangenmaterial oder als Sintermetallteile erhalten sein. Eines der Gehäuseendstücke kann zur Aufnahme eines Ringrades (Tellerrades) ausgebildet sein.

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Bei der Ausbildungsform mit dem dreiteiligen Differentialgehäuse ist einstückig mit dem mittleren Gehäuseteil ein Mittelabstandstück ausgebildet, das teilweise zwischen die inneren Enden der Halbachsen und zwischen die Achsantriebsräder eindringt und dadurch die Übertragung von Druckkräften von den Halbachsen unmittelbar auf das Differentialgehäuse ermöglicht. Das mit dem Gehäuse einstückige Abstandstück hilft ebenfalls beim Festhalten der Ritzel. Eine Verschiebung dieses Abstandstückes infolge von auf die walzenförmigen Differentialritzel wirkenden Querkräften oder infolge der Kippwirkung der Ritzel ist anders als bei dem in der bereits erwähnten Patentschrift beschriebenen und dargestellten Typ mit dem sogenannten zweiteiligen Gehäuse nicht möglich. Bei der Ausbildungsform mit zweiteiligem Gehäuse kann es beispielsweise vorkommen, daß sich die Mittelstütze oder das Mittelabstandstück infolge der Kippwirkung eines Ritzelpaares in Quer— oder Umfangsrichtung verschiebt, so daß sie bzw. es störend in die Drehbewegung der Ritzel der anderen Ritzelpaare eingreift und in der Auslegung einer Einheit im Hinblick auf die Erfüllung spezieller Drehmomenterfordernisse einen gewissen Grad an Nichtvorherbestimmbarkeit und statischer Unbestimmtheit hervorruft. Es kann auch zu einer sogenannten Ungleichheit im Vorspannverhältnis zwischen den beiden Halbachsen beitragen.

Bestimmte teilsperrende Differentialgetriebe herkömmlicher Bauart weisen auf ganzer Umfangslänge der einzelnen Achsantriebsräder angeordnete walzenförmige Ritzel auf, die ständig in gegenseitigem Eingriff stehen. Hierzu sei beispielsweise auf die US-Patentschriften 3 406 593 und 2 972 265 verwiesen. Durch den ständigen Eingriff der Ritzel kann bei einem teilsperrenden Differentialgetriebe eine unerwünschte statische Unbestimmtheit eingeführt werden. Diese ergibt sich daraus, daß es während der Fertigung schwierig ist, den Zwischenabstand der Ritzeltaschen in Umfangsrichtung genau einzuhalten. Weist Jedes Ritzel zwei Eingriffspunkte auf, wie

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es bei herkömmlichen Ausbildungsformen mit ständigem Ritzeleingriff der Pail ist, dann ist einer der Eingriffspunkte inaktiv und außerstande, Zahnrad-Zahnkräfte zu übertragen, bis die Zahnflanken an den Ritzeln oder die Ritzeltaschen abgenutzt sind oder bis am Kopfkreis ein ausreichend großer Verschleiß eintritt. In den Ausbildungsformen nach der Erfindung sind jedoch diskrete Ritzelpaare verwendet, so daß sich ein statisch weniger unbestimmter Aufbau ergibt als bei einer Ausbildungsform, bei der ein vollständiger Kranz von Differentialritzeln ständig in zwei Punkten im Eingriff sind. Da die Konstruktion statisch besser bestimmt ist, arbeitet das Getriebe zuverlässiger und entspricht in seiner tatsächlichen Drehmomentkapazität besser den Konstruktionszielen.

Wie im Falle des einstückigen Gehäuses läßt sich auch bei der Ausbildungsform mit dreiteiligem Gehäuse bei Milderung der Drehmomenterfordernisse die Anzahl der Ritzelpaare und dadurch die Herstellungskosten verringern. Zur Erfüllung spezieller Konstruktionsbedingungen lassen sich bei beiden Ausbildungsformen auch die Zahnschrägungswinkel, die Teilung und der Teilkreisdurchmesser verändern. Bei herkömmlichen Differentialgetrieben mit ständig in gegenseitigem Eingriff stehenden Ritzeln besteht diese Flexibilität nicht.

Die radialen RitzeUcräfte, die auf die Ritzeltaschenwände wirken, welche die Ritzel vollständiger umschließen als bei herkömmlichen Ausbildungsformen mit ständig in Eingriff stehenden Ritzeln,.rufen ein erhöhtes Vorspannmoment hervor. Dies rührt daher, daß jedes Ritzel jedes diskreten Ritzelpaares eine unausgeglichene Zahnkraft ausübt, deren Gegenkraft von der umgebenden Wand der Ritzeltasche aufgenommen wird. Die daraus sich ergebende erhöhte Reibung macht es "möglich, eine ausreichende Vorspannung zu erhalten, ohne daß für die Vorbelastung der Ritzel Federn verwendet werden müßten. Dadurch, daß keine Federn erforderlich sind, werden die Lenkgegenkräfte auf die lenkbaren Fahrzeugräder und die

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Herstellungskosten verringert und Veränderungen der Vorspannung infolge Federverschleiß ausgeschlossen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematisolier Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Gehäuses für ein Differentialgetriebe mit walzenförmigen Ritzeln und niedriger Drehmomentkapazität, wobei in dem aus einem Stück angefertigten Gehäuse seitliche Öffnungen ausgebildet sind, um den Einbau der Ach.santriebsrad.er zu ernöglichen,

Fig. 2 eine Stirnansicht des in Fig. 1 dargestellten Gehäuses,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht in der Ebene der Schnittlinie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 eine Fig. 3 ähnlidie Ansicht, jedoch bei in die Aufnahmetaschen eingebauten Zahnrädern,

Fig. 5 eine Seitenansicht eines in das Getriebe entsprechend Fig. 4 eingebauten walzenförmigen Ritzels,

Fig. 6 eine Seitenansicht eines in das Getriebe entsprechend Fig. 4 eingebauten Achsantriebsrades,

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Querbolzen-Stütze zum Festhalten der in Fig. 4 gezeigten Mittelwelle,

Fig. 8 eine Seitenansicht des Querbolzens, der die Fenster der in Fig. 4 dargestellten Konstruktion durchdringt und von der Querbolzen-Stutze entsprechend Fig. 7 gehalten ist,

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^iti. 9 eine Seitenansicht eines zwischen den Achsantriebsrädern des in Fig. 4 dargestellten Getriebes angeordneten Mittelabstandstückes, von dem insgesant zwei erforderlich sind,

Fig. 10 eine Stirnansicht des in Fig. 9 gezeigten Mittelabst and stück e s,

Fig. 11 einen Längsschnitt durch ein Differentialgetriebe mit walzenförmigen Ritzeln und dreiteiligem Gehäuse,

Fig. 12 eine Schnittansicht in der Ebene der Schnittlinie 12-12 in Fig. 13 des Mittelteils des in Fig. 11 gezeigten Gehäuses,

Fig. 13 eine Querschnittsansicht in der Ebene der Schnittlinie 13-13 in Fig. 12,

Fig. 14 eine schematisierte Darstellung der Anordnung der diskreten Ritzelpaare entlang des Außenumfanges jedes Achsantriebsrades des Differentialgetriebes,

Fig. 15 ein Schaubild, in dem in einer einzigen Ebene die relativen Stellungen der einzelnen Ritzel jedes diskreten Ritzelpaares dargestellt sind, wobei die einzelnen Ritzel jedes diskreten Ritzelpaares gegenüber den entsprechenden Ritzeln eines benachbarten Paares versetzt angeordnet sind,

Fig. 16 eine symmetrische Ritzelanordnung, bei der die einzelnen Ritzel jedes diskreten Ritzelpaares in der gleichen Querebene wie die entsprechenden Ritzel des benachbarten Paares angeordnet sind,

Fig. 17 in schematisierter Darstellung ein Paar miteinander kämmender Ritzel und die entsprechenden, mit diesen in Eingriff stehenden Achsantriebsräder eines Differentialgetriebes mit walzenförmigen Ritzeln,

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Fig. 17 --,B,C und D Darstellungen der verschiedenen Kräfte, die auf die Differeirfcial-Ritzel in den verschiedenen, in Fig. 17 mit .i, B, C und D bezeichneten Ebenen wirken, wobei der gezeichnete Betriebszustand der Vorwärtsfahrt bei durchrutschendem linken Fahrzeugrad entspricht,

Fig. 18 A,B,G und D Darstellungen der in einen Differentialgetriebe mit walzenförmigen Ritzeln in den in Fig. 17 mit A, 3, C und D bezeichneten Ebenen v/irksamen Kräfte bei Vorwärtsfahrt mit durchrutschenden rechten Rad,

r'ir.*. 19 -, h" ^{u 1}^ '~^J ■') -.rStellungen der Ritzelkräfte in den in Fig. 17 mit „, B, C und D bezeichneten Hbenen bei Rückwärtsfahrt mit durchrutschenden linken Rad, und

Fig. 20 a,B,C und D Darstellungen der Zahnradkräfte an den Ritzeln in den in Fig. 17 mit A,B,G und D bezeichneten Ebenen bei Rückwärtsfahrt mit durchrutschendem rechten Rad.

Fig. 1 bis 4 zeigen ein Differentialgetriebe mit einem einzigen Gehäuse und zwei Paar Differential-Ritzeln. Das in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnete Gehäuse ist einstückig und mit einem im wesentlichen zylindrischen Mittelteil und einem Flansch 12 zur Aufaahine eines Diff erential-Tellerrades ausgeführt. Es weist zv/ei Lageraufnahme-'Vellenstummel 14 und 16 auf, die in einem (nicht gezeichneten) Differential-Achsgehäuse in entsprechenden Ls,gern drehbar aufnehmbar sind.

Das Mittelteil des Gehäuses 10 weist zwei seitliche Aussparungen oder Fenster 18 auf, die den Einbau von ichsantriebsrädern 20 und 22 im Gehäuse ermöglichen. Das Achsantriebsrad 20 ist in einer Ausnehmung 24 angeordnet, in deren im Durchmesser verkleinerten Abschnitt 26 ein ähnlich einem \7ellenstummel

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ausgebildeter Führungsbund 28 des Achsantriebsrades 20 aufgenommen ist. In ähnlicher Weise ist das Achsantriebsrad 22 in einer Ausnehmung 30 aufgenommen, in deren im Durchmesser verkleinerten Abschnitt 32 ein ähnlich einem Wellenstummel ausgebildeter Führungsbund 34 des Achsantriebsrades 22 aufgenommen ist. Im Gehäuse 10 ist mit zur Drehachse der Achsantriebsräder 20 und 22 paralleler Achse eine zylindrische Öffnung oder Tasche 36 und neben dieser, als Gegenstück, eine Tasche 38 ausgebildet, von der ein Abschnitt mit der Tasche 36 in Verbindung steht. In der Tasche 36 ist drehbar ein Ritzel 40 mit Laufsitz am Kopfkreis und in der Tasche in ähnlicher Weise ein entsprechendes Ritzel gelagert. Beide Ritzel kämmen miteinander im Bereich der Überschneidung der Taschen 36 und 38. Das Ritzel 40 steht in Eingriff mit dem Achsantriebsrad 20, das Gegenritzel mit dem Achsantriebsrad

Gegenüber den Taschen 36 und 38 um 180° versetzt ist ein zweites Paar zylindrischer Taschen 42,44 ausgebildet. In der Tasche 42 ist drehbar ein Ritzel 46 mit Laufsitz am Kopfkreis aufgenommen, das mit einem in ähnlicher Weise in der zylindrischen Tasche 44 drehbar gelagerten Gegenritzel kämmt, das in gleicher Weise wie das Ritzel 46 mit dem Achsantriebsrad mit dem Achsantriebsrad 20 in Eingriff ist.

In den sich gegenüberliegenden Fenstern 18 ist jeweils ein kreisrundes Querbolzen-Stütz- und -Halteelement 48 (Fig. 7) angeordnet. In beiden Stütz- und Halteelementen 48 ist eine Mittelöffnung 50 zum Abstützen eines Endes eines Querbolzens 52 (Fig. 8) ausgebildet. In einer entsprechenden, jeweils am Ende des Querbolzens 52 ausgebildeten Nut ist ein Schnappring 54 (Fig. 4) aufgenommen. Der Querbolzen 52 vermag Druckkräfte von jeder Halbachse auf das Gehäuse zu übertragen, sobald an ihm die inneren Enden der Halbachsen zur Anlage kommen.

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Der Querbolzen 52 paßt in eine konkave, nach innen weisende Flache 56 an einem zwischen den Achsantriebsrädern 22 und angeordneten Abstandstück 58. In der Außenfläche des Abstandstückes 58 ist ein Paar zylindrischer Rundhöhlungen 60 und 62 ausgebildet, die zu den benachbarten Differential-Ritzeln passen.

An der entgegengesetzten Seite des Querbolzens 52 ist ein Abstandstück 64 angeordnet, das mit dem Abstandstück 58 gleich ausgeführt sein kann. Es paßt mit seinen Außenflächen zum Ritzel 46 und dessen Gegenritzel, mit seiner Innenfläche zum Querbolzen 52.

Die zylindrische Tasche 36 ist mit einer Abschlußplatte 66 verschlossen, die mit einem Schnappring 68 in Lage gehalten ist. Eine entsprechende Abschlußplatte ist für das Ende der zylindrischen Tasche für das Gegenritzel vorgesehen. In ähnlicher Weise verschließt eine Abschlußplatte 70 das Ende der zylindrischen Tasche 42 und eine ähnliche Abschlußplatte das Ende der das Gegenstück zu dieser bildenden zylindrischen Tasche. Sie ist mit einem Schnappring 72 in Lage gehalten.

Fig. 5 und 6 zeigen die Schrägverzahnung des Ritzels 46 und des Achsantriebsrades 20. Die anderen Ritzel und das andere Achsantriebsrad 22 sind jenen ähnlich ausgebildet, wobei allerdings die Schrägverzahnung des Achsantriebsrades 22 rechtssteigend, die des Achsantriebsrades 20 linkssteigend ausgeführt ist. Die Schrägungswinkel der Ritzel sind an die der jeweils zugehörigen Achsantriebsräder angepaßt.

Eine in Fig. 11, 12 und 13 dargestellte Ausbildungsform nach der Erfindung weist ein dreiteiliges Gehäuse auf. In dessen Mittelteil 74 sind paarweise angeordnete zylindrische Taschen ausgebildet, wovon zwei zu einem Paar zusammengefaßte Taschen mit 76 bzw. 78 bezeichnet sind. Diese Taschen nehmen den weiter oben beschriebenen ähnliche Ritzelpaare auf.

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Wie in Fig. 13 zu erkennen, überschneiden sich, die Taschen 76 und 78 und ermöglichen dadurch das Ineinandergreifen der Ritzel jedes diskreten Ritzelpaares, Das mittlere Gehäuseteil 74 kann aus hochwertigem Stahl hergestellt sein? dessen Härte und Festigkeit auf die jeweiligen speziellen Konstruktionserfordernisse abgestimmt sind. Die anderen Gehäuseteile, die mit 80 bzw. 82 bezeichnet sind, sind an entgegengesetzten Seiten des mittleren G-ehäuseteils 74 angeordnet und in gegenseitiger Ausrichtung mit Befestigungsschrauben 84 zusammengehalten. Das mittlere Gehäuseteil 74 ist zur Aufnahme der Befestigungsschrauben mit Schraubenlö-chern 84' versehen.

Im mittleren Gehäuseteil 74 sind weiterhin zur Aufnahme von Achsantriebsrädern Rundhöhlungen 86 und 88 ausgebildet. Die darin aufgenommenen Achsantriebsräder sind mit den im Zusammenhang mit der Ausbildungsform entsprechend Fig. 4 beschriebenen Achsantriebsrädern 20 und 22 ähnlich ausgebildet. Zwisclm den Achsantriebsrädern ist eine Mittelwand oder Mittelstütze 90 angeordnet, die auf die Achsantriebsräder wirkende Druckkräfte aufzunehmen vermag. Sie läßt sich ebenfalls mit den ■ inneren Enden der Halbachsen in Deckung bringen, so daß Achskräfte unmittelbar auf das Gehäuse verteilt werden können. Wie am deutlichsten aus Fig. 13 zu erkennen, ist die Mittelstütze 90 mit paarweise angeordneten, einander benachbarten Rundhöhlungen 92 und 94 versehen, wobei jeweils eine Höhlung mit einem einzelnen Ritzel der Ritzelpaare in Deckung steht. Sowohl bei der Ausbildungsform entsprechend Fig. 11 bis 13 als auch beim in Fig. 1 bis 12 gezeigten Beispiel ist das Problem der Fluchtungsfehler bei den zylindrischen Taschen zur Aufnahme der walzenförmigen Ritzel sowie Unrundheit oder Versetzung einer Achsantriebsrad-Aufnahme gegenüber der anderen ausgeschlossen.

In Fig. 14 sind schematisiert die Relativstellungen der um die Achse des Differentialgetriebes angeordneten Ritzel gezeichnet; Jedes der vier Ritzelpaare ist mit A und B bezeichnet, und zwar das erste diskrete Paar mit A1,B1, das

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zweite mit A2,B2, und so fort. Es ist möglich, die Ritzel gegeneinander versetzt anzuordnen (3?ig„ 15)» oder die Ritzel A1,A2,A3 und A4 in einer gemeinsamen Ebene anzuordnen (Pig. 16). Im Beispiel der Pig. 16 sind die Ritzel B1,B2,33 und B4 ebenfalls in einer.gemeinsamen Ebene angeordnet. Beide Figuren 15 und 16 sind Darstellungen in ebener Abwicklung. Bei der versetzten Anordnung entsprechend Fig. 15 liegt das Ritzel §. eines Paares in der Ebene des Ritzels B des benachbarten Paares, und so fort. In Fig, 15 und 16 sind jeweils vier Ritzel A und vier Ritzel B gezeichnet. Die Anzahl der Ritzelpaare ist jedoch je nach Kapazitätsforderung veränderbar.

Unter bestimmten Bedingungen ist es vorteilhaft, die Ritzel, wie in Fig. 15 angegeben, gegeneinander zu versetzen, während es unter anderen Bedingungen zweckmäßig ist, die in Fig. 16 gezeichnete Anordnung zu verwenden. Welche Anordnung jeweils benutzt wird, hängt davon ab_? ob sich aus Konstruktionsparametern, wie z.B. den Reibbeiwerten der verschiedenen Werkstoffe, ergibt, daß die Vorsparmverliältnisse für die beiden Seiten des Differentialgetriebes miteinander gleich sind. Ist beispielsweise das Mittelabstandstück aus einem anderen Werkstoff oder aus einem Werkstoff mit anderer Härte als die Innenflächen des Gehäuses hergestellt, oder soll die. in Fig. 16 gezeichnete Anordnung benutzt werden, ist es möglich, daß die Vorspannverhältnisse der beiden Seiten voneinander abweichen. Die Unterschiede im Vorspannverhältnis, die auf verschiedene Reibbeiwerte zurückzuführen sind, lassen sich jedoch verringern oder aufheben,, wenn die Ritzel entsprechend der Darstellung in Fig. 15 angeordnet werden.

Fig.17 zeigt verschiedene Ebenen, in denen die in den Fig.17A bis 19D dargestellten Kräfte bestimmt sind. Dabei befindet sich links der strichpunktierten Linie das linke, rechts das rechte Rad. LH und RH bezeichnen die Steigungsrichtung (linke Hand, rechte Hand). Alle dargestellten Kräfte wirken auf das Ritzel zum Unterschied zu jenen, die am Gehäuse oder den Antriebsrädern angreifen. Die in Fig.17A dargestellten Kräfte sind z.B. jene

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die in der Ebene A-A (Fig« 17) auftreten» Die Kräfte, die in einer im wesentlichen radialen Richtung wirken, wie z.B. die Kräfte F₀τ, und Pm-D₅ verlaufen im wesentlichen normal zu

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den Ritzeln und stellen die Kraftreaktionen dar, die vom Gehäuse auf die Ritzel übertragen werden. Mit (S2> ist die Drehrichtung der Ritzel, mit T die Richtung des Drehmomentes bezeichnet. Die Symbole IW-d und Τ?γηι\ stellen die Kippkräfte dar, denen die Ritzel infolge ihres Schrägungswinkels unterliegen. Mit G- sind die Zahnrad-Zahnkräfte an den Eingriffsstellen bezeichnet. Die unbezeichneten Pfeile geben die Reibungskräfte an den Ritzeln an.

Bei aufeinanderfolgender Betrachtung der Pig. 17A bis 17D, 18a bis 18D, 19A bis 19D und 2OA bis 2OD wird der Richtungswechsel deutlich., den die verschiedenen, auf die Ritzel wirkenden Kräfte in verschiedenen Betriebszuständen des Differentialgetriebes mitmachen. Der für jede der Figuren zutreffende Betriebszustand ist in der Zeichnung angegeben.

Jedes der Ritzel ist im wesentlichen vollständig von einer Höhlungswand umgeben und unterliegt einem Kippkräftepaar, Diese beiden Merkmale erhöhen das Vorspannmoment und verbessern die Fahrzeug-Zugkraftj wenn ein Rad auf eine Fläche mit geringer Reibung trifft.

Es läßt sich analytisch beweisen, daß, wenn immer die Summe aus dem Reibbeiwert an der Stelle der Ebene A und dem Reibbeiwert in der Ebene C gleich ist der Summe aus den Reibbeiwerten in den Ebenen B und D, das Vorspannverhältnis nicht im Ungleichgewicht ist. Dies rührt daher, daß die Reibungskräfte in den Ebenen A und C dem Drehmoment am linken Rad und die Reibungskräfte in den Ebenen B und D dem Drehmoment am rechten Rad proportional sind.

Bei Vorwärtsfahrt wirkt den auf die Ritzel wirkenden Kräften die Mittelstütze entgegen (P_RB)· Dies trifft nur für die

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Ebene B zu. Man vergleiche beispielsweise 'Figo 17B und 18B. Ein verschiedener Reibbeiwert für das Mittelabstandstück kann infolge des Vorhandenseins dieser Kräfte die Drehmomentvorspannung aus dem Gleichgewicht bringen.

Verändern sich die Reibbeiwe rte in den Ebenen A und C gegenüber jenen in den Ebenen B und D, wird das Gleichgewicht zwischen den Vorspannverhältnissen aufgehoben und das Differentialgetriebe arbeitet in ähnlicher Weise wie ein herkömmliches teilsperrendes Differentialgetriebe mit einer einzigen Reibungskupplung. Dies wurde in der Beschreibungseinleitung "beschrieben. Andererseits führt eine Zunahme des Reibbeiwertes in der Ebene C nicht zu einer Ungleichheit des Vorspannverhältnisses, wenn dieser Zunahme eine Zunahme des Reibbeiwertes in der Ebene D gegenübersteht.

Hinsichtlich der Beziehungen zwischen Vorspannung und Drehmoment und der Konstruktion von teilsperrenden Differentialgetrieben im allgemeinen sei auf einen Artikel von Ronald H. Haas und Richard C. Manwaring verwiesen, der von der Society of Automotive Engineers veröffentlicht wurde (7.-11. Juni 1971).

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Claims (10)

ANSPRÜCHE

1. Teilsperrendes Differentialgetriebe mit einem umlaufenden und an ein (dreh-)momentabgebendes Bauteil anschließbaren Differentialgehäuse j in dem in Deckung zueinander und gleichachsig mit der Drehachse des Differentialgehäuses ein Paar an momentaufnehmende Wellen anschließbare Aehsantriebsrader angeordnet ist, mit im Gehäuse ausgebildeten diskreten Paaren zylindrischer Taschen zur Aufnahme jeweils eines Ritzels mit laufsitz am Kopfkreis, wobei die Taschen jedes Paares einander überschneiden und jedes Taschenpaar von einem · benachbarten Taschenpaar unabhängig ist, und wobei ein Ritzel jedes Ritzelpaares mit einem Achsantriebsrad und das andere Ritzel dieses Paares mit dem anderen Achsantriebsrad in Eingriff ist, dadurch, gek ennz e i ohne "t, daß das Differentialgehäuse (10) ein einstückiges Teilstück aufweist, in dem die zylindrischen Taschen (36y38j>42,44) ausgebildet sind, wobei die Achse irgendeines Teiles jeder Tasche genau gleichachsig mit irgendeinem in Achsenrichtung benachbarten Teil dieser Tasche verläuft, und wobei die durch den Laufsitz der Ritzel (40,46) an ihrem jeweiligen Kopfkreis erzeugten Reibungskräfte für jeden beliebigen Betriebszustand bestimmend und vorbestimmbar sind.

2. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgehäuse (10) einstückig ausgebildet ist, daß im Gehäuse (10) ein Paar zylindrischer Taschen (36»38) aus einer axialen Richtung in einer zur Achse der Achsantriebsräder (20,22) parallelen Richtung und ein zugehöriges Paar zylindrischer Taschen (42,44) aus der entgegengesetzten axialen Richtung parallel zur Achse

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der Achsantriebsräder (20,22) ausgebildet sind, daß im Gehäuse (10) zwischen den Achsantriebsrädern (20,22) ein Abstandstück (58) angeordnet ist, an dem die Ritzel (40,46) gleitend angreifen, daß eine im Gehäuse (10) ausgebildete seitliche Aussparung (18) zwischen den Taschenpaaren (36,38 bzw. 42,44) angeordnet ist, um den Einbau der Achsantriebsräder (20,22) in das Gehäuse (10) zu ermöglichen, und daß jedes Achsantriebsrad (20,22) von einer im Gehäuseinneren ausgebildeten Höhlung (24,30) umgeben ist, in der das Achsantriebsrad (20 bzw. 22) im Zahneingriff mit jeweils einem Ritzel jedes Ritzelpaares drehbar gelagert ist„

3 ο Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgehäuse aus drei Teilen (74,80,82) zusammengesetzt ist, wovon ein Teil (74), in welchem die zylindrischen Taschen (76,78) ausgebildet sind, einstückig ausgeführt ist, und daß in Achsenrichtung an jeder Seite des einstückigen Gehäuseteils (74) ein Endstück (80 bzw. 82) angeordnet und am einstückigen Gehäuseteil (74) befestigt ist„

4. Differentialgetriebe nach Anspruch 3_S dadurch

gek ennz eichne t, daß das einstückige Gehäuseteil (74) ein inneres Abstandstück (90) aufweist, das zwischen den Achsantriebsrädern angeordnet ist und Teil des einstückigen Gehäuseteils (74) bildet, wobei die auf die Achsantriebsräder und die axialen Wellen wirkenden Druckkräfte auf das Gehäuse (74,80,82) verteilt werden.

5. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß von jedem diskreten Ritzelpaar (40,46) die einander entsprechenden Ritzel in dasselbe Achsantriebsrad (20 bzw. 22) und die anderen Ritzel in das andere Achsantriebsrad eingreifen.

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44 102 O Q R 1 Q Γ; Q

6. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ritzel (A1) eines diskreten Ritzelpaares (A1,B1) mit einem Achsantriebsrad und das andere Ritzel (B1) dieses Ritzelpaares (A1,B1) nit dem anderen Achsantriebsrad in Eingriff ist, wobei die einander entsprechenden Ritzel (A1 und A2 bzw. B1 und B2) einander benachbarter Ritzelpaare (A1,B1 und A2,B2) in axialer Richtung alternierend versetzt angeordnet sind und jeweils in die entgegengesetzten Achsantriesbräder eingreifen.

7. Differentialgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandstück (58) ein Einsatz mit konkaven Flächen (60,62) ist, an denen die Kopfkreise der Ritzel (40,46) zur Anlage bringbar sind, wobei Gleitreibungskräfte eingeleitet werden, und daß am Einsatz (58) die Achsantriebsräder (20,22) zur Anlage bringbar sind, wenn diese Druckkräfte auf das Gehäuse (10) verteilen.

8. Differentialgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandstück (58,64) ein zweiteiliger Einsatz mit konkaven Flächen (60,62) ist, an denen die Kopfkreise beider Ritzelpaare (40,46) zur Anlage bringbar sind, wobei Gleitreibungskräfte eingeleitet werden, und daß am Abstandstück (58,64) die Achsantriebsräder (20,22) zur Anlage bringbar sind, wenn diese Druckkräfte auf das Gehäuse (10) verteilen.

9. Differentialgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandstück (90) ein Einsatz mit konkaven Flächen ist, an denen die Kopfkreise der Ritzel zur Anlage bringbar sind, wobei Gleitreibungskräfte eingeleitet werden, und daß am Abstandstück (90) die Achsantriebsräder zur Anlage bringbar sind, wenn diese Druckkräfte auf das Abstandstück (90) verteilen.

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44 1C2

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10. Differentialgetriebe nach. Anspruch A, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandstück (90) ein Einsatz mit konkaven Flächen ist, an denen die Kopfkreise der Ritzel zur Anlage bringbar sind und die mit den zylindrischen Taschen (76,78) durchgehende zylindrische Lagerflächen (92,94) für die Ritzel bilden, wobei Gleitreibungskräfte eingeleitet werden, und daß am Abstandstück (90) die Achsantriebsräder zur Anlage bringbar sind, wenn diese Druckkräfte auf das Abstandstück (90) verteilen.

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