DE3134204C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Stirnradausgleichsgetriebe zur Übertragung eines Antriebsmoments von einer Hauptantriebswelle auf zwei koaxial ausgerichtete Achswellen mit einem von der Hauptantriebswelle angetriebenen Gehäuse, mit zwei koaxial zu den Achs­ wellen angeordneten, schräg- oder schraubenverzahnten Achswellenzahnrädern, die drehfest auf inneren Enden der in das Gehäuse hineinragenden Achswellen gehalten sind und die mit mehreren Paaren schräg- oder schraubenverzahnter Differentialzahnräder kämmen, die jeweils in Bohrungen in gegenüberliegenden Seiten des zentralen Gehäuseabschnitts drehbar gelagert sind, die mit ihren einander überlappenden Bereichen mit­ einander kämmen und die achsparallel zur Drehachse der Achswellenzahnräder mit den Achswellenzahnrädern kämmen, und mit einem Abstandshalter zwischen den Achswellenzahnrädern.

Aus der DE-AS 11 36 585 ist ein Stirnradausgleichs­ getriebe bekannt, bei welchem die beiden Achswellen­ zahnräder mit mehreren Paaren von Differentialzahn­ rädern kämmen. Um die jeweils auf die beiden Achswellenzahnräder wirkenden Kippmomente aufzunehmen, ist ein stirnseitig in Bohrungen der beiden Achs­ wellenzahnräder eingreifender zentraler Zapfen vor­ gesehen, welcher die koaxiale Ausrichtung der beiden Achswellenzahnräder relativ zueinander beim Auftreten von Kippmomenten sicherstellt und damit eine einfache Lagerung der beiden Achswellenzahnräder ermöglicht. Weder die Achswellenzahnräder noch die Differential­ zahnräder sind ausdrücklich mit einer Schräg- oder Schraubenverzahnung versehen, so daß eine Abstützung der Achswellenzahnräder in axialer Richtung aus diesem Grund nicht nötig ist.

Dagegen offenbart die US-PS 37 06 239 ein Stirnrad­ ausgleichsgetriebe der eingangs beschriebenen Art mit schräg- oder schraubenverzahnten Differential­ zahnrädern, bei welchen ein internes Vorspannungs- oder Bremsmoment auftritt, sobald aufgrund der Differentialwirkung eine Relativbewegung auftritt.

Zwischen den einander zugewandten Stirnflächen der Achswellenzahnräder ist zwar ein Zwischenstück ange­ ordnet, dies dient jedoch in erster Linie dazu, die Differentialzahnräder in radialer Richtung abzu­ stützen. In axialer Richtung findet bestenfalls eine Abstützung der Achswellenzahnräder, jedoch nicht der Achswellen selbst statt, so daß sich die Achswellen gegenüber den seitlichen Achswellenzahnrädern ver­ schieben können. Ein weiterer Nachteil des bekannten Stirnradausgleichsgetriebes ist darin zu sehen, daß sich das Zwischenstück nicht in einfacher Weise montieren läßt und eine genaue Positionierung der Achswellenzahnräder aufgrund des schwierigen Zusammen­ baus dieses Getriebes nur mit großem Aufwand möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Stirnradausgleichsgetriebe der bekannten Art konstruktiv möglichst einfach so aufzubauen, daß die Achswellen und die Achswellenzahnräder sowie alle übrigen Teile gegen die beim Differentialbetrieb auftretenden axialen Schubkräfte gesichert in einem bestimmten Abstand gehalten werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Stirnradausgleichsgetriebe der eingangs beschriebenen Art durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Vorteil eines derartigen Abstandshalters besteht darin, daß dieser die axialen Schubkräfte der Achs­ wellen und der Achswellenzahnräder aufnimmt, eine definierte Einstellung des axialen Spielraums dieser Teile erlaubt und gleichzeitig in der Lage ist, thermische Materialausdehnungen zu kompensieren. Darüber hinaus ist ein wesentliches Merkmal der vor­ liegenden Erfindung darin zu sehen, daß dieser Abstandshalter bei fertig montiertem Getriebe durch einen Zugang von außen her nachträglich zwischen die Enden der Achswellen eingesetzt werden kann, wofür einerseits der Zugang andererseits aber auch die Verstellbarkeit des Abstandshalters notwendig ist nur dadurch, daß man den Abstandshalter beim Ein­ schieben schmaler ausbildet und erst anschließend durch Anziehen des Bolzens aufweitet, kann dieser nachträglich eingesetzt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Stirnradausgleichsgetriebe hält auch dann die Übertragung des Drehmoments aufrecht, wenn ein Rad zu rutschen beginnt. Dabei wird eine positive Getriebewirkung auch ohne die Verwendung von Reibungsplatten erzielt. Weiterhin sind keine speziellen Schmiermittel und keine besonderen Justie­ rungen notwendig. Das neue drehmomentproportionierende (schlupfbegrenzende) Differential ist für mittelschwere Anwendungsbereiche konstruiert. Es ist geschmeidig und ruhig im Betrieb und wirkt wie ein normales offenes Differential, solange der Anzug kein Problem darstellt. Weiterhin tritt kein Klappern und keine Wirkung auf die Lenkbarkeit auf, selbst dann nicht, wenn das Differentialgetriebe in einer Frontantriebs­ achse in einem leichten Fahrzeug Verwendung findet. Sobald ein Rad Traktion verliert und rutscht, ent­ wickelt die einzigartige Getriebegeometrie des Differentials einen gesteuerten Widerstand gegen das Durchdrehen zwischen den Differentialrädern und dem Gehäuse, und zwar so weich, daß der Fahrer keinerlei Lenkwiderstand verspürt, selbst wenn die Einheit in der Vorderachse eingebaut ist. Das Dreh­ moment wird auf das Rad mit dem festesten Untergrund übertragen.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungs­ formen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsge­ mäßen Differentialgetriebes;

Fig. 2 eine Ansicht des Getriebes der Fig. 1 von der rechten Seite her, wobei das Deckelelement entfernt ist;

Fig. 3 eine Schnittansicht längs Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 eine Ansicht eines C-förmigen Fixier­ elementes;

Fig. 5 eine Seitenansicht einer Druckscheibe;

Fig. 6 eine Ansicht des zentralen Gehäuseab­ schnitts des in den Fig. 1 bis 3 dar­ gestellten Gehäuses von der linken Seite her;

Fig. 7 eine Draufsicht auf den zentralen Gehäuse­ abschnitt;

Fig. 8 eine Schnittansicht längs Linie 8-8 in Fig. 6;

Fig. 9 eine Schnittansicht längs Linie 9-9 in Fig. 7;

Fig. 10 eine Längsschnittansicht durch den Abstands­ halter der Fig. 3;

Fig. 11 eine Seitenansicht des Abstandshalters der Fig. 10;

Fig. 12 eine Ansicht des Abstandshalters der Fig. 10 von unten;

Fig. 13 eine Schnittansicht eines der Differential­ zahnräder der Fig. 3;

Fig. 14 eine Seitenansicht eines der Differential­ zahnräder der Fig. 3;

Fig. 15-17 Seitenansicht, Draufsicht und Endansichten einer Form zur Herstellung des zentralen Ge­ häuseabschnitts der Fig. 6 bis 8;

Fig. 18 eine Schnittansicht längs Linie 18-18 in Fig. 15;

Fig. 19 eine Schnittansicht längs Linie 19-19 in Fig. 17 und

Fig. 20 eine Schnittansicht längs Linie 20-20 in Fig. 17.

Das Gehäuse 10 des Differentialgetriebes umfaßt einen zen­ tralen Abschnitt 10 a, einen mit einem Flansch versehenen End­ abschnitt 10 b sowie einen ebenen Endabschnitt 10 c; alle Ab­ schnitte sind mittels Bolzen 12 fest miteinander verbunden (Fig. 1 bis 3). Zwischen dem zentralen Abschnitt 10 a und den beiden Endabschnitten 10 b und 10 c sind jeweils Druckscheiben 13 angeordnet (Fig. 5), die als Abstützung für die schrägverzahnten Differentialzahnräder 24 und 26 und die äußeren ringförmigen Endflächen 28 a bzw. 30 a von seitlichen Zahnrädern 28 bzw. 30 dienen, wie es weiter unten noch ausführlich beschrieben wird.

Das Gehäuse 10 wird von einer Antriebswelle 14 über ein Antriebszahnrad 16 und einen Zahnring 18, der mittels Bolzen 19 am Gehäuse befestigt ist, in Drehantrieb ver­ setzt, wobei es normalerweise Abtriebswellen 20 und 22 antreibt. Der Antrieb erfolgt über Paare von Differential­ zahnrädern 24 und 26, die miteinander in Wirkverbindung stehen und links- bzw. rechtssinnig schräg- bzw. schrauben­ verzahnt sind. Weiterhin erfolgt der Antrieb über seitliche Zahnräder 28 bzw. 30, die drehfest auf den Abtriebswellen 20 und 22 aufgekeilt sind.

Eine nach außen gerichtete Verschiebung der Abtriebswellen 20 und 22 relativ zu den seitlichen Zahnrädern 28 und 30 wird durch C-förmige Fixierelemente 34 verhindert, die elastisch in entsprechende Nuten 36 in den mit Keilnuten versehenen Endbereichen der Abtriebswellen gehalten sind (Fig. 4).

Die Differentialzahnräder 24 und 26 sind frei drehbar in entsprechenden länglichen Bohrungen 40 und 42 gelagert, die in gegenüberliegenden Seiten des zentralen Gehäuse­ abschnitts 10 b angeordnet sind. Diese Bohrungen stehen an ihrem inneren Ende miteinander in Verbindung, wie sich aus Fig. 9 ergibt, so daß sie es ermöglichen, daß die inneren Bereiche der Differentialzahnräder 24 und 26 miteinander kämmen. Die seitlichen Zahnräder 28 und 30 sind drehbar in Bohrungen 46 und 48 gelagert, die in gegenüberliegenden Seiten des zentralen Gehäuseabschnittes ausgebildet sind (Fig. 8).

Erfindungsgemäß weist der zentrale Gehäuseabschnitt 10 a eine zentral angeordnete, quer verlaufende, durchgehende Öffnung 50 von rechteckigem Querschnitt auf, die mit den Bohrungen 46 und 48 in der aus Fig. 8 ersichtlichen Weise in Verbindung steht. In dieser Öffnung ist ein zusammen- und auseinanderführbarer Abstandshalter 54 mit keilförmigen Blöcken 56 und 58 angeordnet, die miteinander in Wirkverbin­ dung tretende geneigte Keilflächen 60 und 62 aufweisen sowie relativ zueinander ausgerichtete Bohrungen 64 bzw. 66 (Fig. 10). Die Bohrung 64 ist eine Gewindebohrung zur Aufnahme des freien Endes eines Bolzens 70, dessen Kopfteil 70 a an einem konzentrisch angeordneten Federring 72 anliegt, welcher den Bolzen vorspannt und thermische Materialveränderungen kom­ pensiert. Die Bohrung 66 ist überdimensioniert und hat einen Durchmesser, der größer ist als der des Gewindebereichs des Bolzens 70. Die einander abgewandten Flächen der keilförmigen Blöcke weisen elliptische Ausnehmungen 80 und 82 auf, welche die einen geringeren Außendurchmesser aufweisenden inneren Enden 20 a bzw. 22 a der Abtriebswellen 20 bzw. 22 aufnehmen, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist. Beim Festdrehen des Bolzens 70 werden die keilförmigen Blöcke 56 und 58 in Längs­ richtung zusammengezogen, und aufgrund der Zusammenwirkung der geneigten Flächen 60 und 62 ergibt sich daraus eine Ab­ standsvergrößerung der einander abgewandten Seiten der Blöcke, welche die Ausnehmungen 80 und 82 aufweisen. Dadurch werden die inneren Endflächen der Abtriebswellen abgestützt.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Differen­ tialzahnräder 24 und 26 schraubenförmig angeordnete Zähne mit linkem bzw. rechtem Schraubensinn, wobei jedes Zahnrad normalerweise acht Schraubenzähne mit einem Druckwinkel von etwa 30° und einem Schraubenwinkel von etwa 40° auf­ weist (Fig. 14).

Wie in den Fig. 2, 3, 6 und 8 dargestellt, hat der zentrale Gehäuseabschnitt keine gleichmäßig zylindrische Außenkontur, sondern ist an beiden Enden so konturiert, daß zurückgesetzte Bereiche oder Rücksprünge 10 d gebil­ det werden, die den geschlossenen Enden der Bohrungen 40 und 42 gegenüberliegen. In gleicher Weise enthält der zentrale Gehäuseabschnitt 10 a an seinem Außenumfang zwei diametral gegenüber angeordnete Längsrücksprünge 10 e (Fig. 2 und 6). Die Druckscheiben 13 weisen entsprechende Rücksprünge 13 a auf (Fig. 5). Diese Außenkontur des zentra­ len Gehäuseabschnitts (und der Druckscheiben) reduziert das Gesamtgewicht des Differentialgetriebes, setzt die Herstel­ lungskosten herab und führt zu einer verbesserten Wärme­ dissipation während des normalen Differentialbetriebs, wobei jedoch die Festigkeit und Dauerhaftigkeit des Getriebes nicht beeinträchtigt werden.

Die Fig. 15 bis 20 zeigen eine Form, mit welcher der zentrale Gehäuseabschnitt der Fig. 6 bis 8 geformt wer­ den kann.

Betriebsweise: Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird angenommen, daß die seitlichen Zahnräder 28 und 30 auf die Abtriebswellen 20 und 22 aufgekeilt sind und daß die C-förmigen Fixierele­ mente 34 in die Umfangsnuten 36 eingeschnappt sind, die in den Abtriebswellen ausgebildet sind. Nachdem der Zahnkranz 18 mittels der Bolzen 19 an dem Flanschteil des Endabschnit­ tes 10 b befestigt ist, wird der Abstandshalter 54 im unge­ spannten, zusammengeführten Zustand durch die Einführöffnung 50 in den zentralen Gehäuseabschnitt 10 a eingeführt. Darauf­ hin wird der Bolzen 74 gespannt und zieht die keilförmigen Blöcke 56 und 58 in Längsrichtung aufeinander zu.

Durch die Keilwirkung, die von den geneigten Flächen 60 und 62 hervorgerufen wird, wird der Abstandshalter auf­ geweitet, so daß sich die einander abgewandten, die Aus­ nehmungen 80 und 82 aufweisenden Flächen voneinander ent­ fernen und dabei an den einen geringeren Durchmesser auf­ weisenden Enden der Abtriebswellen anliegen und diese ab­ stützen. Der Abstandshalter 54 kann nicht nur in das Ge­ häuse eingeführt werden, nachdem der Zahnring oder Zahn­ kranz 18 auf dem Differential befestigt ist, er dient auch als Reaktionselement, gegen welches die axialen Schub­ kräfte gerichtet werden, die von den seitlichen Zahnrädern während des Differentialbetriebes erzeugt werden. Ferner verhindert er, daß die Abtriebswellen sich in Richtung auf die Mitte des Differentials verschieben können.

Bei einer Drehung der Antriebswelle 14 werden die Abtriebs­ wellen 20 und 22 normalerweise über das Zahnrad 16, den Zahnkranz 18, das Gehäuse 10, die schrägverzahnten Zahnräder 24 und 26 sowie die seitlichen Zahnräder 28 und 30 mit gleicher Geschwindigkeit angetrieben. Auf diese Weise wird das auf den Zahnkranz 18 übertragene Antriebsmoment über zwei parallele Drehmomentwege aufgeteilt, welche miteinander kämmende Paare von Differentialzahnrädern 24 und 26 um­ fassen. Dadurch werden die Zahnräder mit einer radialen Zahnbelastung beaufschlagt, die aufgrund der Drehung zu einem Reibungswiderstand führt, so daß ein inhärentes Reibungs- oder Vorspannungsmoment erzeugt wird. Wegen des Schrauben- oder Helixwinkels auf den Zahnrädern 24 und 26 und den entsprechenden seitlichen Zahnrädern wird auf den Zahnrädern eine axiale Schubkraft erzeugt, die einen Rei­ bungswiderstand erzeugt, der auf die Anlage der Zahnräder an den Endflächen ihrer jeweiligen Aufnahmebohrungen zu­ rückzuführen ist. Axiale Schubkräfte werden auch auf den Abstandshalter 54 ausgeübt, und zwar als Folge der axialen Zahnbelastung der beiden seitlichen Zahnräder. Schließ­ lich wird durch die axiale Zahnbelastung noch eine wei­ tere axiale Schubkraft auf die Zahnräder ausgeübt, welche auf die Druckscheiben 13 übertragen wird, die zwischen dem zentralen Gehäuseabschnitt und den beiden Endabschnitten angeordnet sind (Fig. 3 und 5). Die Druckscheiben nehmen die axialen Schubkräfte sowohl des Zahnrads 24 als auch des Zahnrads 26 und der Endflächen 28 a sowie 30 a der seitlichen Zahnräder 28 und 30 auf, wobei diese im letzte­ ren Fall umgekehrt gerichtet sind.

Unter normalen Bedingungen bei gleichen Übertragungseigen­ schaften auf beiden Rädern wird auf jedes seitliche Zahn­ rad eine gleiche Widerstandskraft wirken, so daß die Differentialzahnräder nicht differenzieren. Wenn jedoch eines der seitlichen Zahnräder dem das Zahnrad antreiben­ den Antriebsmoment einen größeren Widerstand entgegensetzt, und zwar aufgrund unterschiedlicher Bodenverhältnisse, dann trennen sich die entsprechenden Zahnräder von dem seitlichen Zahnrad und zwängen sich in die Ausnehmungen im Gehäuse. Wenn das Eingangsmoment zunimmt, werden die Zahnräder stärker in das Gehäuse gezwängt. Da der Reibungs­ koeffizient unter jedem Antriebsrad sich ändert, wird der Betrag des Antriebsmoments, der auf jedes Rad verteilt wird, automatisch angepaßt, so daß das Durchdrehen des Rades mit den schlechteren Bodenbedingungen gesteuert wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Differential nimmt das Brems- oder Vorspannungsmoment in dem Maße zu wie das Antriebs­ moment. Dies ist eine wünschenswerte Eigenschaft, da das Differential bei hohen Geschwindigkeiten ein nie­ driges Moment erfährt und wie ein Standarddifferential funktioniert. Bei niedrigen Geschwindigkeiten und hohen Momenten jedoch führt das Differential automatisch dem Antriebsrad mehr Drehmoment zu, das dem Durchdrehen einen größeren Widerstand entgegensetzt.

Das Differential benötigt einen bestimmten Bodenwider­ stand, um ein Brems- oder Vorspannungsmoment zu erzeugen, etwa in der Größe eines Moments, das ein leichter Last­ wagenreifen auf Schnee erzeugt. Ein Differential kann je­ doch kein solches Vorspannungs- oder Bremsmoment erzeugen, wenn das durchdrehende Rad vom Boden abgehoben ist. Wenn der Koeffizient unter 0,1 ist oder sogar 0 (entsprechend einem vom Boden abgehobenen Rad), betätigt der Fahrer einfach die Bremse leicht, bis genügend Widerstandsmo­ ment aufgebaut ist, um die Erzeugung eines Vorspannungs- oder Bremsmomentes zu ermöglichen und das Fahrzeug zu bewegen.

Geeignetes Schmieröl zur Erzeugung eines normalen Öl­ schmierfilmes kann in die Ausnehmungen der Zahnräder über eine Schmieröffnung 84 eingeführt werden, die sich im Endabschnitt 10 c befindet.

Das Differential gehört zu den drehmomentempfindlichen Drehmoment verteilenden Differentialen. Es besteht aus zwei getrennten Sätzen von Planetengetrieben. Die seit­ lichen Zahnräder sind die Sonnenräder, die Differential­ zahnräder sind die Planetenräder. Alle sind schräg- oder schraubenverzahnt und haben parallele Achsen. Jedes seit­ liche Zahnrad kämmt mit einem entsprechenden Zahnrad des entgegengesetzten Planetengetriebes. Alle Zahnräder sind in Ausnehmungen im Gehäuse aufgenommen.

Das Differentialgehäuse hat dieselben Außenabmessungen wie ein Standardgehäuse, so daß die gleichen Einbaumethoden im Hinblick auf die Einstellung des Spiels zwischen An­ triebszahnrad und Zahnkranz und im Hinblick auf die Lager­ belastung des Differentials gewählt werden können.

Indem man den Schraubenwinkel der Zähne verändert, kann die axiale Schubkraft der Zahnräder auf das Gehäuse er­ höht oder herabgesetzt werden. Durch Veränderung des Druckwinkels der Zähne kann die die Zahnräder von den seitlichen Zahnrädern trennende Kraft erhöht oder er­ niedrigt werden. Durch die Veränderung der Anzahl der Differentialzahnradpaare kann die Drehmomentkapazität des Differentials erhöht oder erniedrigt werden. Durch Veränderung des Schraubenwinkels und des Druckwinkels der Zähne kann man eine gewünschte Drehmomentverteilung und ein gewünschtes Vorspannungs- oder Bremsmoment erhal­ ten.

Claims (1)

1. Stirnradausgleichsgetriebe zur Übertragung eines Antriebsmoments von einer Hauptantriebswelle auf zwei koaxial ausgerichtete Achswellen mit einem von der Hauptantriebswelle angetriebenen Gehäuse, mit zwei koaxial zu den Achswellen angeordneten, schräg- oder schraubenverzahnten Achswellenzahn­ rädern, die drehfest auf inneren Enden der in das Gehäuse hineinragenden Achswellen gehalten sind und die mit mehreren Paaren schräg- oder schrauben­ verzahnter Differentialzahnräder kämmen, die jeweils in Bohrungen in gegenüberliegenden Seiten des zentralen Gehäuseabschnitts drehbar gelagert sind, die mit ihren einander überlappenden Be­ reichen miteinander kämmen und die achsparallel zur Drehachse der Achswellenzahnräder mit den Achswellenzahnrädern kämmen, und mit einem Abstands­ halter zwischen den Achswellenzahnrädern, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentraler Gehäuseabschnitt (10 a) einen zentralen Zugang (50) mit einem rechteckförmigen Querschnitt aufweist, dessen Seiten parallel und senkrecht zu Drehachsen der Achswellenzahn­ räder (29, 30) verlaufen, daß der Abstandshalter (54) zwei keilförmige Blöcke (56,58) umfaßt, die beide senkrecht zur gemeinsamen Achse der Achswellen­ zahnräder (28, 30) angeordnet sind und die miteinander in Wirkverbindung tretende, geneigte Keilflächen (60, 62) sowie eine Bolzenverschiebung aufweisen, mittels welcher die Blöcke (56, 58) relativ zueinander zwischen einer zusammengeführten und einer auseinandergeführten Stellung verschieb­ bar sind, daß der Abstandshalter im zusammenge­ führten Zustand durch den zentralen Zugang (50) im zentralen Gehäuseabschnitt (10 a) in das Getriebe­ gehäuse (10) zwischen die Enden der Achswellen (20, 22) einsetzbar ist und in der auseinandergeführten Stellung an den inneren Enden der Achswelle (20, 22) anliegt, so daß der Abstandshalter (54) die nach innen gerichteten axialen Kräfte aufnimmt, die auf die Achswellen (20, 22) und die von diesen abge­ stützten Achswellenzahnräder (28, 30) wirken, und daß Fixiermittel (34) als Anschläge für die Achs­ wellen (20, 22) an den Achswellenzahnrädern (28, 30) vorliegen.