DE3027282A1 - Differential fuer fahrzeuge mit vierrad-antrieb - Google Patents

Differential fuer fahrzeuge mit vierrad-antrieb

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DE3027282A1
DE3027282A1 DE19803027282 DE3027282A DE3027282A1 DE 3027282 A1 DE3027282 A1 DE 3027282A1 DE 19803027282 DE19803027282 DE 19803027282 DE 3027282 A DE3027282 A DE 3027282A DE 3027282 A1 DE3027282 A1 DE 3027282A1
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Description

PATENTANWÄLTE
DR.-ING. R. DÖRING _ 4 _ DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE
BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN
DANA Corporation
4500 Dorr Street Toledo Ohio 43697
"Differential für Fahrzeuge mit Vierrad-Antrieb"
Die Erfindung betrifft ein Differential für Fahrzeuge mit Vierra Antrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Die für den Anzug bekannten Vorteile eines Vierrad-Antriebes ist für den Bau von Gelände- oder Sportfahrzeugen von großer Bedeutung. Die Vorteile eines Vierrad-Antriebes lassen sich jedoch nicht ohne entsprechendes Antriebssystem und entsprechenden Betätigungsvorrichtungen verwirklichen, die wesentlich komplizierter sind als vergleichbare Vorrichtungen bei Fahrzeugen, die keinen Vierrad-Antrieb besitzen. Insbesondere muß ein Fahrzeug mit Vierrad-Antrieb ein Differential für die zusätzlich angetriebenen Fahrzeugachsen aufweisen, sowie Mittel, um selektiv die Antriebskraft auf dieses Differential übertraget zu können. Weiterhin müssen Einrichtungen, wie Nabenverriegelun; einrichtungen vorgesehen sein, um die Räder selektiv mit den getriebenen Achsen zu verbinden. Diese Einrichtungen erhöhen nicht nur die mechanische Kompliziertheit des Fahrzeuges, sonde erhöhen auch die Vielfalt der notwendigen Bedienungsvorgänge.
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Dies gilt insb. für den Fall, in dem die Nabenverriegelungen auf den Naben der zusätzlich angetriebenen Räder montiert sind und manuell zur Wirkung bzw. außer Wirkung gebracht werden müssen. Dies erfordert natürlich, daß die Bedienungsperson anhält, aus dem Fahrzeug aussteigt, zu jedem Rad geht und die Nabe verriegelt bzw. entriegelt. Dies ergibt erhebliche Verzögerungen, Gefahren und Unbequemlichkeiten in der Bedienungsweise, insb. wenn dies nachts oder bei ungünstigen Wetterbedingungen erfolgen muß.
Es ist Aufgabe der Erfindung hier Abhilfe zu schaffen und ein Differential der Eingangs näher bezeichneten Art zu schaffen, welches für den Vierrad-Antrieb einfach im Aufbau und einfach in der Bedienung ist, so daß weder die Mechnaik noch die. Bedienung besonders kompliziert ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß auf Wellenverzahnungen nahe den in dem Getriebegehäuse liegenden Enden der Achswellen Schaltkrägen mit Innenverzahnungen und zur Mitte des Getriebegehäuses weisenden Kupplungszähnen in und außer Eingriff mit stirnseitigen Kupplungszähnen der frei auf den Achswellen gelagerten Antriebsritzeln verschiebbar sind und ein Steuerelement für die Schaltkrägen über eine Betätigungseinrichtung zwischen zwei Stellungen bewegbar ist und über Kontrollglieder an den Schaltkrägen verschiebend angreift, wobei ein Kontrollglied als starrer Arm des Steuerelementes und das andere Kontrollglied als in dem Getriebegehäuse schwenkbarer Kontrollhebel ausgebildet ist, der mit vorbestimmter
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Vorspannkraft elasisch nachgiebig mit dem Steuerelement verbunden ist.
Diese Anordnung ermöglicht in einfacher Weise eine Fernbedienung zur Verbindung der Antriebsachsen mit dem Differential bzw. zur Aufhebung dieses Antriebes. Der Fahrzeugfahrer kann diesen Schaltvorgang daher einfach von der Fahrerkabine aus vornehmen, muß also das Fahrzeug nicht verlassen. Damit läßt sich die Umschaltung schnell und bequem durchführen. Auch braucht das Fahrzeug nicht unbedingt angehalten zu werden.
Das Differential kann in üblicher Weise und einfach ausgebildet sein, wobei die zur Umschaltung benötigten Teile vollständig geschützt in dem Differentialgehäuse angeordnet sein können, so daß sich ein auch im schweren Gelände zuverlässiger und störungsfreier Betrieb ergibt. Die Umschalteinrichtung bildet somit einen integralen Teil des Differential, was die fabrikmäßige Herstellung und den Ein- und Ausbau wesentlich vereinfacht. Auch läßt sich die Umschalteinrichtung leicht in bisher übliche Differentiale integrieren, ohne daß aufwendige Zusatzeinrichtungen notwendig sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt eines Differential gemäß der Erfingung.
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Figur 2 im Ausschnitt und im zur Antriebsachse der Räder senkrechten Schnitt entlang der Schnittlinie II-II der Figur 1.
Figur 3 im Ausschnitt einen zu dem Schnitt nach Figur 2 parallelen Schnitt entlang der Schnittlinie III-III der Figur 1 und
Figur 4 in ähnlicher Darstellung wie Figur 1 die Umschalteinrichtung in einer anderen Schaltstellung, wobei in Fig. A gegenüber Fig. 1 einige Teile zur Vereinfachung und Verdeutlichung der Zeichnung fortgelassen sind.
Figur 1- zeigt ein Differential mit einer Umschalteinrichtung gemäß der Erfindung. Das Differential ist allgemein mit 10 bezeichnet. Das Differential 10 umfaßt ein hohles elliptisches Gehäuse 12, welches vorzugsweise mit verschiedenen inneren Stützflächen zur Montage oder Unterstützung von Getriebeteilen gegossen ist. Insbesondere umfaßt das Gehäuse buchsenartige zylindrische Ansätze 14, in denen jeweils das hohle langgestreckte Achsgehäuse 16 der anzutreibenden Achswellen 22 aufgenommen ist. Das Gehäuse 12 kann außerdem entsprechende Wartungsöffnungen 18 aufweisen, die durch entsprechende Deckel 20 abgedichtet sind. Konzentrisch innerhalb jedes Achsgehäuses 16 ist die zugehörige Achswelle 22 drehbar gelagert. Hierzu dienen entsprechende reibungsarme Lager 2k,
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Zentral innerhalb des Gehäuses 12 ist um die geraeinsame Achse der Achswellen 22 drehbar ein Differentialradträger 26 gelagert. Dieser wird durch zwei reibungsarme Lager 28 unterstützt, die bevorzugt als Kegelrollenlager ausgebildet sind. Ein Zahnring 30 ist lösbar an dem Radträger 26 mit entsprechenden Gewindeelementen 32 befestigt. Der Zahnkranz 30 weist vorzugsweise eine Vielzahl von spiralverzahnten Kegelradzähnen auf und ist konzentrisch zu der gemeinsamen Drehachse der Achswellen 22 angeordnet. Der Zahnkranz wird durch ein nicht dargestelltes Antriebs- oder Eingangsritzel angetrieben, wie dies bei solchen Differentialen üblich ist.
Der Radträger 26 umfaßt weiterhin zwei kreisförmige Öffnungen in denen ein Wellenstummel 36 aufgenommen ist, der sich senkrecht zur gemeinsamen Achse der Achswellen 22 erstreckt. Der Wellenstummel 36 ist innerhalb des Radträgers 26, speziell in den Öffnungen 34 mit Hilfe von entsprechenden Querstiften und entsprechenden Bohrungen 38 gehalten. Auf dem Wellenstummel 36 sind innerhalb des Radträgers 26 zwei Umlaufräder AO frei drehbar gelagert. Jedes Umlaufrad AO steht in Eingriff mit einem konzentrisch zu den Achswellen 22 angeordneten Antriebsritzeln 42 der Achswellen. Die Antriebsritzel 42 sind mit reibungsarmen Lagern wie Rollenlagern 44 auf den im Gehäuse 12 liegenden freien Enden der Achswellen 22 gelagert. Jedes Antriebsritzel 42 weist außerdem einen Nabenabschnitt 46 auf, auf dem mehrere radial orientierte und axial vorspringende Kupplungszähne 48 vorgesehen sind, und zwar auf der nach außen weisenden Stirnseite der Nabe 46.
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Aif jeder Achswelle 22 ist ein Kupplungskragen 50 konzentrisch angeordnet und zwar jeweils nahe dem innenliegenden Ende der zugehörigen Achswelle. Jeder Kupplungskragen 50 weist eine Innenverzahnung 52 auf, die mit einer korapliraentären Außenverzahnung 54 auf der zugehörigen Achswelle 22 in Eingriff steht. Diese Verzahnungen 52 und 54 gestatten eine relative axiale Bewegung zwischen dem Kupplungskragen 50 und der Achswelle 22, wobei eine relative Drehbewegung zwischen den beiden Teilen zuverlässig verhindert wird. Jeder Kupplungskragen 50 umfaßt weiterhin mehrere radial orientierte Kupplungszähne 56, die von der axial nach innen weisenden Stirnfläche nach innen vorspringen und mit den Zähnen 48 an den Eingangsritzeln 42 in Eingriff verbracht werden können. Weiterhin weist jeder Kupplungskragen 50 eine äußere ringförmige Nut 58 auf, die nahe den jeweils äußeren Enden der Kupplungskrägen 50 liegt.
Das Differential 10 umfaßt weiterhin eine Steuereinrichtung 60. Diese umfaßt eine zwei Stellungen ansteuernde Betätigungseinrichtung 62. Die Betätigungseinrichtung 62 ist im dargestellten Fall als pneumatisch arbeitende Betätigungseinrichtung vorgesehen. Sie kann mittels Vakuum oder Druckluft arbeiten um eine lineare Verschiebung zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung zu ermöglichen. Selbstversätndlich sind hierfür auch andere hydraulisch, elektrisch oder auf andere Weise arbeitende Betätigungseinrichtungen einsetzbar, welche ein wahlweises Ansteuern von zwei verschiedenen Stellungen ermöglicht. Die Betätigungseinrichtung 62 ist in einer entsprechenden Gehäuse-Öffnung 64 des Getriebegehäuses 12 mit Hilfe entsprechender
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lösbarer Befestigungseinrichtungen 66 festgelegt. Die Steuereinrichtung 60 umfaßt weiterhin ein langgestrecktes oder stangenförraiges Steuerelement 68, das durch die Betätigungseinrichtung 62 in seiner Längsrichtung zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung verschiebbar ist. Die Steuerstange 68 kann in ihrer Stellung innerhalb des Gehäuses stabilisiert werden, indem sie in einem integralen Lagerauge 70 des Gehäuses 12 geführt ist.
Aus den Figuren 1 und 3 geht hervor, daß die Steuereinrichtung weiterhin zwei Kontrollglieder 72 und 80 aufweist. Das Kontrollglied 72 ist fest auf der Steuerstange 68 mittels Befestigungsschraube 74 festgelegt. Das Kontrollglied J2. bildet somit eine Art starrer Arm, der sich von der Steuerstange 68 in Richtung auf die Achswelle 22 rechts in Figur 1 erstreckt und einen gegabelten Abschnitt 76 aufweist. Der gegabelte Abschnitt 76 umgreift halbkreisförmig den zugehörigen Schaltkragen und weist zwei sich gegenüberliegende und nach innen ragende Lappen 78 auf, die in der Ringnut 58 des rechts in Figur 1 dargestellten Schaltkragens 50 eingreift.
Das andere Kontrollglied 80 ist als zweiarmiger Hebel ausgebildet und um eine feste Schwenkachse 82 des Getriebegehäuses 12 schwenkbar gelagert. Der Kontrollhebel 80 umfaßt an einem Ende eine Öffnung 84, durch die die Steuerstange 68 frei hindurchgreift. Die Steuerstange 68 umfaßt zwei in gegenseitigem Abstand angeordnete ringförmige Nuten 86, die zur Montage von zwei kreisförmigen und sich radial erstreckenden Anschlägen, z.B. C-förmige Scheiben 88 dienen. Eine Druckfeder 90 ist
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zwischen der der Betätigungseinrichtung zunächst liegenden Scheibe 88 und dem hebeiförmigen KOntrollglied 80 angeordnet. Hierdurch wird federnd die axiale Bewegung der Steuerstange auf den Kontrollhebel 80 übertragen. Die Druckfeder 90 weist vorteilhafterweise eine freie Länge auf, die etwas größer ist als der Abstand zwischen dem Hebel 80 und dem in Figur 1 am weitesten rechts liegenden Anschlag 88, so daß die Feder in der in Figur 1 gezeigten Montagestellung eine nach links gerichtete Vorspannkraft für den Kontrollhebel 80 liefert. Der Kontrollhebel 80 weist wie das Kontrollglied 72 am unteren Ende einen gegabelten Abschnitt 92 auf, der mit zwei sich gegenüberliegenden und nach innen gerichteten Lappen 94 in die Ringnut 58 des links in Figur 1 gezeigten Kupplungskragens 50 eingreift.
Die Steuereinrichtung 60 ist ein wesentliches Merkmal des Differentials 10 und trägt wesentlich zu der Funktion des Gegenstandes der Erfindung bei. Wie Figur 1 zeigt ist die Wirkungsrichtung der Betätigungseinrichtung 62 und insb. der zugehörigen Steuerstange 68 allgemein parallel und im Abstand von der gemeinsamen Achse der Achswellen 22 und der Kupplungskrägen 50. Das Kontrollglied 72, das dem rechten Kragen 50 in Figur 1 zugeordnet ist, ist lösbar aber starr mit der Steuerstange 68 über die Setzschraube 74 verbunden. Damit wird die Verschiebebewegung der Betätigungseinrichtung und der Steuerstange 68 direkt auf den rechten Kupplungskragen 50 in Fig. 1 übertragen.
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Der ordnungsgemäße Eingriff zwischen den stirnseitigen Kuppkungszähnen 48 auf dem rechts liegenden Eingangsritzel 72 und den dazu passenden Zähnen 56 an dem rechts in Figur 1 liegenden Kupplungskragen 50 kann somit dadurch erhalten werden, daß die Betätigungseinrichtung 62 in die Eingriffsstellung überführt wird, die Setzschraube 74 gelöst wird und die gewünschte und ordnungsgemäße Stellung des Kontrollgliedes 72 auf der Steuerstange 68 bei entsprechend ordnungsgemäßem Eingriff der Zähne ausgewählt wird, worauf die Setzschraube 74- wieder angezogen wird.
Wie zuvor erklärt, ist eine Einwärts- und Auswärtsbewegung beider Kragen 50 zum synchronen Eingriff oder Lösen der Kupplung durch die Ausbildung des Kontrollgliedes 80 als Kontrollhebel gewährleistet. Der Kontrollhebel 80 wird nach links oder nach rechts um den Schwenkzapfen 82 in Figur 1 verschwenkt und treibt dabei den linksseitigen Kuppluhgskragen 50 nach rechts oder nach links.
Um einen ordnungsgemäßen Eingriff beider Kupplungskrägen 50 sicherzustellen und zugleich die Anordnung und die Einstellung der Steuereinrichtung 60 zu erleichtern, ist die mechanische Verbindung zwischen dem Kontrollhebel 80 und der Steuerstange nicht starr oder zwangsweise wie dies der Fall bei der Verbindung zwischen dem KOntrollglied 72 und der Steuerstange 68 ist. Vielmehr ist eine nachgiebige Verbindung durch die Druckfeder 90 vorgesehen. Der lineare Verschiebeweg und die Kraft der Betätigungseinrichtung 62, welche über die Steuerstange
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zur Wirkung kommen, werden nachgiebig federnd auf den KOntrollhebel 80 über die Feder 90 übertragen.
Die Verwendung eines solchen Hebels bietet wenigstens zwei Vorteile. Beim Fehlen der Feder wird die Grenze des Eingriffsweges (nach links in Figur 1) durch die Steuerstange 68 bestimmt und zwar entweder durch die Grenze der Verschiebebahn der Betätigungseinrichtung oder durch den Punkt des maximalen Eingriffs der zuerst in Eingriff gelangenden Zahnpaare 48 und 56. Es ist möglich, daß das andere Eingriffspaar der Zähne und 56 somit nicht voll oder ausreichend an dieser Stelle in Eingriff gelangt, um bei minimaler Abnutzung eine zuverlässige Kraftübertragung zu gewährleisten. Die Verwendung der Druckfeder 90 gestattet es, daß das rechte Paar der Kupplungszähne 48 und 56 voll in Eingriff gelangen kann, wie dies zuvor beschrieben wurde, während die Feder 90 jede weitere Steuerstangenverschiebung absorbiert, die den Wert übersteigt, der notwendig ist, um einen vollen Eingriff des linksseitigen Paares der Kupplungszähne 48 und 56 sicherzustellen. Andererseits liefert die Feder durch die Vorspannung eine zusätzliche Verschiebung über das Maß hinaus, das durch die Steuerstange oder durch den Eingriff des rechtsseitigen Kupplungszahnpaares 48 und 56 vorgegeben ist, um so einen vollen Eingriff des linksseitigen Paares der Kupplungszähne 48 und sicherzustellen.
Die Verwendung der Feder vermindert außerdem den Aufwand zur Einstellung der Steuereinrichtung 60 und der Schaltkrägen 50. Dabei liefert die Feder einen Mechanismus, der sowohl der Ab-
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nutzung der Kupplungszähne 48 und 56, der Nuten 58 der Schaltkrägen sowie der zugehörigen Komponenten durch Kompensation Rechnung trägt. Weiterhin sorgt die Feder dafür, daß eine unabhängige Einstellung der axialen Stellungen des Kontrollgliedes 72 und des Kontrollhebels 80 gegenüber der Steuerstange 68 nicht notwendig ist, um einen vollständigen ordnungsgemäßen Eingriff der zugehörigen Kupplungszahnpaare 48 und sicherzustellen.
Die Arbeitsweise eines Differentials 10, das die Merkmale der Erfindung umfaßt, wird am Besten bei Vergleich der Figuren 1 und 4 ersichtlich. In Figur 1 ist das Differential wiedergegeben in einer Stellung, bei der der Antrieb der Achswellen unterbrochen ist oder die zugehörigen Laufräder frei umlaufen. Insbesondere befinden sich die Betätigungseinrichtung 62 und die zugehörige Steuerstange 68 in ihrer ersten oder rechts liegenden Stellung in den Figuren. Die Folge ist, daß die beiden Kupplungskrägen 50 und die zugehörigen Zähne 56 außer Eingirff mit den Kupplungszähnen 48 an den Eingangsritzeln sind. Die Achswellen 22 können daher unabhängig von den Ritzeln 42 und den anderen Komponenten des Radträgers 26 rotieren und können auch unabhängig voneinander frei umlaufen.
In Figur 4 ist ersichtlich, daß die Betätigungseinrichtung und die zugehörige Steuerstange 68 in der zweiten Stellung gezeigt sind. Hierbei werden die Achswellen 22 durch die zugehörigen und ineinandergreifenden Zähne 48 und 56 mit den Antriebsritzeln 42 antriebsmäßig verriegelt. Insbesondere ist
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die Steuerstange 68 dabei in die am weitesten links liegende Stellung bewegt. Die Kupplungskrägen 50 sind dabei vermittels der Kontrollglieder 72 und 80 in Richtung auf die zugehörigen Eingangsritzel 42 der Achswellen nach innen bewegt. Hierbei sind die Kupplungszähne 48 und 56 jeweils in Eingriff gelangt. Auf diese Weise kann Antriebskraft von dem Ringzahnrad 30 über den Umlaufradträger 26 und die darin montierten Komponenten auf die Eingangsritzel 42 über die in Eingriff stehenden Zähne 48 und 56 auf die verzahnten Kupplungskrägen 50 übertragen werden, die die Antriebskraft auf die Achswellen 22 weiterleiten.
Es wird darauf hingewiesen, da eine Umschaltung von eingerückter und ausgerückter Kupplung sehr rasch und bequem ausgeführt werden kann. Die Umschaltung kann dabei durch Fernbedienung über ein entsprechendes Steuersystem erfolgen, das mit der Betätigungseinrichtung 62 verbunden ist. Damit kann die zugehörige Steuereinrichtung für die Betätigungseinrichtung 62 ohne weiteres in der Fahrerkabine in Reichweite des Fahrers angeordnet werden. Dieser braucht damit nicht mehr das Fahrzeug zu stoppen und auszusteigen, um die Umschaltung vorzunehmen.
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Claims (7)

" P-ÄT E' N.T a:n W Ä'LTn DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE 'BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN Ansprüche
1./Differential für Fahrzeuge mit Vierrad-Antrieb, bestehend aus einem die Differentialkomponenten aufnehmenden Getriebegehäuse, an dieses anschließbare Achsgehäuseteile der anzutreibenden Achswellen, einem in dem Getriebegehäuse gleichachsig mit den Achswellen drehbar gelagerter Radträger mit einem Zahnkranz und Umlaufrädern, mit denen Antriebsritzel der Achswellen in Eingriff stehen, dadurch gekennzeichnet, daß auf Wellenverzahnungen (54) nahe den in dem Getriebegehäuse (12) liegenden Enden der Achswellen(22] Schaltkrägen (50) mit Innenverzahnungen (52) und zur Mitte des Getriebegehäuses weisenden Kupplungszähnen (56) in und außer Eingriff mit stirnseitigen Kupplungszähnen (48) der frei auf den Achswellen (22) gelagerten Antriebsritzel (42) verschiebbar sind, und ein Steuerelement (68) für die Schaltkrägen (50) über eine Betätigungseinrichtung (62) zwischen zwei Stellungen bewegbar ist und über Kontrollglieder (72,80) an den Schaltkrägen (50) verschiebend angreift, wobei ein Kontrollglied (72) als starrer Arm des Steuerelementes (68) und das andere Kontrollglied (80) als in dem Getriebegehäuse (12) schwenkbarer Kontrollhebel ausgebildet ist, der mit vorbestimrater Vorspannkraft (90) elastisch nachgiebig mit dem Steuerelement (68) verbunden ist.
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2. Differential nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkrägen (50) jeweils auf ihrem Umfang eine Ringnut (58) zum Eingriff des einen Endes der Kontrollglieder (72,80) aufweisen.
3. Differential nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse, entlang der das Steuerelement (68) zwischen seinen beiden Stellungen verschiebbar ist im wesentlichen parallel zur Drehachse des Radträgers (26) verläuft.
4. Differential nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine pneumatisch arbeitende Betätigungseinrichtung (62) zum Verschieben des Steuerelementes (68) zwischen den beiden Stellungen vorgesehen ist.
5. Differential nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kontrollglieder (72,80) jeweils an ihrem freien Ende einen Gabelabschnitt (76 bzw. 92) aufweisen, wobei die Gabelenden in die Umfangsnut (58) der Schaltkrägen greifende Ansätze (78) bzw. (94) aufweisen.
6. Differential nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollglieder (72,80) an ihrem anderen Ende eine Ausnehmung aufweisen, durch welche das stangenförmige Steuerelement (68) greift, wobei die Ausnehmung (84) des schwenkbaren Kontrollhebels (80) für eine
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freie relative Bewegung zwischen stangenförtnigem Steuerelement (68) und Kontrollhebel (80) bemessen ist.
7. Differential nach anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf das stangenförmige Steuerelement (68) eine Vorspannfeder (90) aufgefädelt ist, die sich einerseits auf einem festen Anschlag (86,88) und dem durch einen Gegenanschlag abgestützten Kontrollhebel (80), bevorzugt unter Vorspannung abgestützt ist.
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