DE3308398A1

DE3308398A1 - Ausgleichsgetriebe

Info

Publication number: DE3308398A1
Application number: DE19833308398
Authority: DE
Inventors: Carl E. Blommfield Hills Mich. Schou
Original assignee: Tractech Inc
Current assignee: Tractech Inc
Priority date: 1980-03-04
Filing date: 1983-03-09
Publication date: 1984-09-13
Also published as: GB2136894A; FR2545177A1; GB2136894B; AU1232383A; SE440208B; CA1171694A; AU542595B2; SE8301342L; GB8307867D0; SE8301342D0

Description

ο ο η ο ο η ο '" - ■-" D-8000 München 80 Sckellstrasse

O J U O θαO

Telefon (089) 4482496

Telex 5215935

Telegramme patemus miinchen

Postscheck München 3941B-802

Reuschelbank München 2603007

Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesegang

zugelassen beim Europäischen Patentamt — admitted to the European Patent Office — Mandataire agree aupres Γ Office Europeen des Brevets

Ausgleichsgetriebe

Die Erfindung betrifft ein Ausgleichsgetriebe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art.

Das meist gebräuchliche Ausgleichsgetriebe ist von der Kegelradbauart. Das Ausgleichsgetriebe ist an die Antriebswelle eines Fahrzeuges angeschlossen und teilt das von der Maschine abgegebene Drehmoment gleichmäßig auf beide Antriebs-Halbwellen auf. Das Ausgleichsgetriebe ermöglicht es, daß die Drehgeschwindigkeiten der Halbwellen sich nach den Erfordernissen ändern.

Das konventionelle Ausgleichsgetriebe erlaubt es nicht, auf den Untergrund ein größeres Drehmoment als das doppelte Drehmoment über das langsamer laufende"· Rad auf den "Unte'rgrund zu übertragen. Wenn folglich die Traktion eines der Räder Null ist, z. B. das Rad auf Eis durchdreht, wird keine Leistung bzw. kein Drehmoment auf den Untergrund durch das betreffende Rad oder die zugehörige Halbwelle übertragen. Wie wohlbekannt ist, dreht sich beim Durchrutschen des einen Rades das andere Rad bei diesem konventionellen Ausgleichsgetriebe überhaupt nicht.

Es wurden folglich verschiedene Bauarten von leistungsteilenden oder den Schlupf begrenzenden Ausgleichsgetriebe ί zum Zweck der Leistungsübertragung über ein Rad entwickelt, wenn das gegengesetzte Rad durchrutscht, d. h. seine Traktion verliert. Ein Beispiel eines solchen leistungs-

teilenden Ausgleichsgetriebes findet sich im US-PS 2,720,796.

Im Handel erhältliche schlupfbegrenzte, leistungsunterteilende Ausgleichsgetriebe sind jedoch verhältnismäßig teuer und komplex im Aufbau und verschleissen schneller als das oben beschriebene konventionelle Ausgleichsgetriebe. Außerdem befriedigen sie bei geringer Untergrundreibung nicht, wenn das Fahrzeug durch eine Kurve fährt, wobei das äußere Rad schneller als das innere Rad drehen muß; in solchen Fällen herrscht eine Tendenz, aufgrund des Blockierens der Räder die Kontrolle zu verlieren, was zum Rutschen der Reifen führt. Wenn ferner ein Rad an Traktion verliert, besteht immernoch eine Tendenz zum Durchrutschen zu einem gewissen Ausmaß. Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Ausgleichsgetriebe zu schaffen, das zum unmittelbaren übertragen von Drehmoment zu dem· noch Traktion aufweisenden Rad imstande ist, während das andere Rad aaine Traktion verliert, und mit dem ferner das Problem beherrscht werden kann, daß ein Rad schneller als das andere dreht, ohne daß der Aufbau verkompliziert oder die Kosten erhöht sondern im Gegenteil vermindert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 2.

Die Erfindung schafft ein sogenanntes "Zwangskupplungs-Ausgleichsgetriebe" (positive clutch differential). Das Gehäuse des Ausgleichsgetriebes hat die gleiche Gestalt und Größe wie ein konventionelles Ausgleichsgetriebe . Jedoch sind in dem Ausgleichsgetriebe zwei selbsttätig einkuppelnde und drehmomentempfindliche Reibkupplungen aufgenommen, von denen jede mit einer der getriebenen Halbwellen verbunden ist. Wenn das Fahrzeug geradeaus-

fährt, sind beide Kupplungen eingerückt, und Drehmoment wird im wesentlichen gleichmäßig auf die beiden Halbwellen übertragen, so daß die getriebenen Räder gleichförmig umlaufen. Wenn sich jedoch das Fahrzeug um eine Kurve bewegt oder wendet, wird das Rad auf der Außenseite der Kurve abgekuppelt, d. h. die Kupplung entkuppelt, so daß das Rad frei umlaufen kann. Folglich wird die gesamte Leistung und das gesamte Drehmoment auf das kurveninnere Rad"übertragen, so daß dieses Innenrad nun das gesamte Drehmoment auf den Untergrund überträgt. Sollte in gleicher Weise eines der Räder seine Traktion verlieren, wird das gesamte Drehmoment auf das andere Rad übertragen. Das Ausgleichsgetriebe wirkt in beiden Fahrtrichtungen, d. h. sowohl bei Vorwärtsals auch bei Rückwärtsfahren des Fahrzeuges.

Das Ausgleichsgetriebe umfaßt einen zentralen Treibring, der mit einem üblichen Gehäuse eines Ausgleichsgetriebes zum Umlauf damit verbunden ist. Ein solches Gehäuse wird normalerweise mittels eines am Gehäuse befestigten Kegelbzw. Tellerrades in Drehung versetzt, welches mit einem an der Antriebswelle der Maschine angeordneten Ritzel kämmt. Der zentrale Treibring ist zwischen einem Paar Druckringen angeordnet, von denen jeder von der benachbarten Stirnfläche des zentralen Treibringes weg und dazu hin bewegbar ist.

Jede der entgegengesetzten Stirnseiten des zentralen Treibringes ist mit keilartigen, nockenförmigen Verzahnungen versehen. Diese Verzahnungen sind mit entsprechenden Verzahnungen an den benachbarten Stirnflächen der Druckringe kuppelbar.

Jeder Druckring ist mit dem inneren Ende einer der HaIbwellen verbunden, welche in das Gehäuse hineinragen.

Die: Verbindung ist über eine Reibkupplung bewerkstelligt, welche einrückt oder kuppelt, wenn der entsprechende Druckring sich nach außen bewegt, d. h. vom zentralen Treibring weg, und ausrückt oder entkuppelt, wenn der Druckring sich axial einwärts, d. h. zum Treibring hin bewegt.

Wenn die Fahrzeugräder mit gleicher Drehgeschwindigkeit umlaufen, z. B. bei Geradeausfahrt eines Fahrzeuges, rotiert der zentrale Treibring mit dem Gehäuse aufgrund der von der Maschine übertragenen Leistung. Die Verzahnungen des Treibrings wirken mit den Verzahnungen an den beiden Druckringen zusammen und treiben diese aufgrund von Keilwirkung axial nach außen.

Aufgrund der axial nach außen wirkenden Keilkraft auf die Druckringe drücken diese ihrerseits die zugehörigen Reibkupplungen in Eingriff. Diese Kupplungen sind mit den Halbwellen verbunden, so daß Leistung auf die Halbwellen übertragen wird.

Wenn jedoch eine der Halbwellen schneller als die andere rotiert, wenn beispielsweise das Fahrzeug durch eine Kurve fährt, wobei das in der Kurve außen liegende Rad schneller drehen muß, dann überholt der Druckring dieses außen liegendenRades den zentralen Treibring oder läuft schneller als dieser um. Folglich kommen die Druckring-

.zähne ., die sich schneller als die Verzahnung am Treibring bewegen, von der letzteren frei. Dieses Freikommen resultiert zu einer Bewegung des Druckringes axial nach innen, d. h. zum Treibring hin, was seinerseits zum Entkuppeln der zugehörigen Kupplung führt. Wenn die Kupplung auskuppelt, erhält die zugehörige Halbwelle nicht länger Leistung oder Drehmoment; vielmehr wird das gesamte Drehmoment auf die entgegenge-

setzte Halbwelle übertragen. Folglich übernimmt beim "Freilaufen" einer der Halbwellen die andere Halbwelle das gesamte Drehmoment und überträgt es über das zugehörige Rad auf den Untergrund.
5

Da die Druckring-Verzahnung überholt oder schneller als die Treibring-Verzahnung umläuft, mit welcher sie zusammenwirkt, herrscht eine normale Tendenz zum Wiedereingreifen der Verzahnung. Mit anderen Worten kommen die Zähne der Verzahnungen auf ihren einen Flanken voneinander frei und tendieren zum Widdereingreifen auf den entgegengesetzten Flanken. Um dies zu verhindern, d. h. einen Spalt zwischen den Zähnen während des Überholzustandes beizubehalten , ist ein Stopring vorgesehen.

Der Stopring, der auch als Hemmring bezeichnet werden kann, ragt durch die Mitte des zentralen Treibrings hindurch und verbindet die beiden Druckringe miteinander. Jede Verbindung ist durch miteinander zusammenwirkende Zähne nach Art einer Keilverzahnung auf der Oberfläche des Stoprings und am inneren Umfang der Druckringe in den öffnungen, durch welche der Stopring hindurchragt, gebildet. Diese Zähne wirken relativ lose miteinander, um ein vorbestimmtes Maß an Spiel oder Totgang zu schaffen. Ein solcher Totgang läßt den Druckring sich ausreichend bewegen, so daß seine Stirnzähne von den entsprechenden Stirnzähnen, am zentralen Treibring freikommen, worauf jedoch die Keilzähne den betreffenden Druckring von einer weiteren Drehbewegung relativ zum.zentralen Treibring abhalten. Dies zusammen führt zum Beabstandethalten der entgegengesetzten Flanken der miteinander kämmenden keilförmigen Zähne oder Stirnzähne -am Druckring und am Treibring. Mit anderen Worten läßt das Spiel in den Keilzähnen eine begrenzte Bewegung zu und hält dann jeden Druckring von einer weiteren Bewegung relativ zum Treibring ab.

Detaillierter ausgedrückt überträgt das Ausgleichsgetriebe nach der Erfindung normalerweise etwa gleich großes Drehmoment auf beide Abtriebs-Halbwellen über eine Axiällastkupplung/ welche aus dem zentralen Treibring und einem Paar Druckringe gebildet ist, die miteinander .durch ihre keilförmigen Stirnverzahnungen miteinander gekuppelt sind. Die Druckringe sind je über eine Reibkupplung mit der zugehörigen Halbwelle verbunden. Beim überholen bzw. Schnellerlaufen einer der Halbwellen,

z. B. bei Kurvenfahrt oder bei Durchdrehen eines Rades mangels Traktion,rotiert ein Druckring schneller als der zentrale Treibring, so daß die ablaufenden Flanken der Stirnzähne des Druckringes sich von den auflaufenden Flanken der Stirnzähne des zentralen Treibringes wegbewegen, mit denen sie sonst bei Normalbetrieb in Kontakt sind. Es bildet sich momentan ein Spalt zwischen den entsprechenden Stirnverzahnungen, was zum Lösen des kraftübertragenden Mechanismus führt.

Die fortgesetzte Überholbewegung des Druckringes wird durch den Stopring angehalten, dessen Spiel den Spalt zwischen den ablaufenden Flanken der Druckring-Stirnzähne und den auflaufenden Flanken der Treibring-Stirnzähne ermöglicht, aber dann die entgegengesetzten Zahnflanken an einem in Eingriffkommen aufgrund eines Überholens hindert. Wenn nun die Stirnverzahnungen außer Eingriff gekommen sind, kann die Halbwelle und ihr Rad "freilaufen", und das gesamte Drehmoment wird auf die entgegengesetzte Halbwelle und das zugehörige Rad übertragen. Dieses Entkuppeln findet deshalb statt, weil der Druckring, der nicht länger unter Keilwirkung axial nach außen gedrückt wird, aufgrund des verlorenen Zahnkontaktes der Stirnzähiie sich axial nach einwärts zum Lösen der Kupplung bewegt.

Wenn die überholende Halbwelle wieder auf die Drehzahl

des Gehäuses und des zentralen Treibringes abbremst, kommen die Stirnzähne am Druckring wieder in Eingriff mit den Stirnzähnen am Treibring, und eine normale Leistungsübertragung findet erneut statt. Dies geschieht, weil die wieder in Eingriffjkommenden Stirnzähne erneut aufgrund von Keilwirkung auf die Druckringverzahnung den Druckring nach außen bewegen, so daß dieser erneut die zugehörige Kupplung einrückt.

Das Ausgleichsgetriebe gemäß der Erfindung umfaßt im wesentlichen fünf Elemente, die von relativ einfacher und billiger Konstruktion sind. Diese Elemente sind:

1. ein konventionell erscheinendes, d. h. in Größe und Gestalt konventionelles Gehäuse, das in konventioneller Weise vom üblichen Getriebe der Antriebswelle der Maschine angetrieben wird; 2. einen flachen, scheibenartigen zentralen Treibring, der mit dem Gehäuse innen verbunden ist; 3. ein Paar Druckringe, die auf entgegengesetzten Seiten des Treibrings angeordnet sind;

4. einen Stopring, der durch die axial aufeinander ausgerichteten Druckringe und den zentralen Treibring hindurchragt, wobei er mit den Druckringen über mit Spiel kämmende Keilverzahnungen kämmt; 5. eine Druckfeder, die um den Stopring herum zwischen den Druckringen angeordnet ist und sich durch eine zentrale Öffnung im Treibring erstreckt, um einen geringfügigen axialen Auswärtsdruck auf die Druckringe zu erzeugen.. Die Feder schafft praktisch augenblicklich ein Greifen der Kupplungen, wenn Antriebsleistung übertragen wird.

Diese fünf Elemente, insbesondere die Ringe, sind extrem einfach im Aufbau und billig herzustellen. Zum Beispiel können ihre keilförmigen Stirnzähne durch Schmieden mit minimaler spanender Bearbeitung hergestellt werden. Darüberhinaus erfordert das Ein- und Aus-

rücken der Kupplung eine Bewegung kleinen Ausmaßes, wie von wenigen Tausendstel Zoll, und diese Bewegung findet praktisch unmittelbar statt, so daß praktisch kein Kupplungsverschleiß entsteht, so daß von dem Ausgleichsgetriebe erwartet werden kann, daß es ein weit besseres Verschleißverhalten zeigt und länger lebt als derzeit erhältliche Ausgleichsgetriebe.

Mit der Erfindung wird ein Ausgleichsgetriebe insbesondere für Kraftfahrzeuge mit verbesserter Traktion bei Rutschbedingungen geschaffen, wobei das Durchrutschen eines Rades beim Verlieren von Traktion vermieden und ein höherer Wirkungsgrad und sicherer Betrieb erzielt sind. Das Ausgleichsgetriebe nach der Erfindung ist insbesondere zweckmäßig bei.vierrad-getriebenen Fahrzeugen und Geländefahrzeugen. Trotz seiner verbesserten Funktion ist sein Aufbau derart einfach, daß es billiger herstellbar ist als andere selbstsperrende Ausgleichsgetriebe.

Ferner ist das Ausgleichsgetriebe nach der Erfindung unter allen Fahrzuständen geräuschlos, auch dann, wenn die Leistung von der einen auf die andere Halbwelle aufgrund schlüpfrigem Untergrund oder beim · Fahren um Schlängelkurven o. dgl. wechselt. Schließlich eliminiert die Konstruktion nach der Erfindung die negativen Drehmomente, welche in einem Ausgleichsgetriebe induziert werden und zu sogenannten "stick-slip"-Bedingungen führen, welche üblich bei heute erhältlichen Ausgleichsgetrieben mit Schlupfbegrenzung sind.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausgleichsgetriebe

nach der Erfindung;
Fig. 2 eine Ansicht eines zentralen Treibrings und

zweier Druckringe des Ausgleichsgetriebes nach Fig. 1 bei normalen Antriebsbedingungen,

d. h. bei mit gleicher Geschwindigkeit angetriebenen Halbwellen;
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines . Stopringes und der beiden Druckringe des Ausgleichsgetriebes nach Fig. 1, wobei die Relativ

stellung ihrer miteinander kämmenden Zähne bei den normalen Antriebsbedingungen gemäß Fig. 2 dargestellt sind;

Fig. 4 eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 2, wobei jedoch der rechte Druckring von dem

zentralen Treibring freigekommen und seine zugehörige Kupplung zum Freilaufen der rechten Halbwelle gelöst ist;

Fig. 5 eine schematische Ansicht ähnlich Fig. 3, wobei die Relativstellung der Zähne am Stop-

ring und an den beiden Druckringen im Betriebszustand nach Fig. 4 dargestellt ist;

Fig. 6 einen Teilschnitt in auseinandergezogener Darstellung einer Anzahl von Teilen, welche das Ausgleichsgetriebe nach Fig. 1 bilden;

Fig. 7 einen Teilschnitt durch ein abgewandeltes Ausgleichsgetriebe gemäß der Erfindung mit Lamellenkupplungen und

Fig. 8 eine auseinandergezogene, teilweise geschnittene Darstellung der einzelnen Teile des Ausgleichs

getriebes nach Fig. 7.

Fig. 1 zeigt eine Ausführung eines Ausgleichsgetriebes nach der Erfindung, das Konus-Kupplungen verwendet. Das Ausgleichsgetriebe umfaßt ein drehbares äußeres Gehäuse

Das Gehäuse weist einen Flanschabschnitt 11 und einen Gegenabschnitt 12 auf, zwischen denen ein ebenes Ringteil 13 eingesetzt ist. Die beiden Gehäuseabschnitte sind miteinander durch Schrauben 14 verbunden, welche durch miteinander fluchtende Bohrungen in den beiden Teilen und auch durch Bohrungen 15 im Ringteil 13 hindurchgehen. Die Bohrungen im Gegenabschnitt 12 sind mit Gewinde versehen, so daß die Bolzen die beiden Abschnitte miteinander zu der hohlen Gehäuseform mechanisch verbinden.

Jeder Gehäuseabschnitt hat ein nabenartiges Lagerende 16, auf dem ein Lager 17 sitzt. Die Lager 17 sind ihrerseits in einem stationärem Außengehäuse unterstützt, so daß das Gehäuse 10 darin um die Lager 17 drehen kann. Das stationäre Außengehäuse ist nicht gezeigt, weil es üblich ist. Als Beispiel sei auf die Konstruktion nach US-PS 2,720,796 verwiesen, die eine solche Lagerabstützung zeigt.

Ein übliches Kegel- oder Tellerrad 18 ist am Flansch 19 befestigt, der einstückig mit dem Flanschabschnitt 11 des Gehäuses ist. Zur Befestigung des Tellerrades am Flansch dienen Schrauben 20. Das Tellerrad kämmt mit einem Antriebsritzel 21, welches am Ende einer Antriebswelle 22 sitzt, welche die Karda - oder Motorantriebswelle sein kann, wie üblich.

Ein Paar Halbwellen 25 erstrecken sich in dis Gehäuse durch die Lagerenden 16. Die inneren Enden der Hälbwellen sind mit Keilnuten 26 versehen. Achsnaben oder Achsringe 27 weisen Keilzähne 28 auf, welche mit den Keilnuten 26 der Halbwellen zusammenpassen, so daß die Achsringe axial auf den Halbwellen gleiten können. 35

Einstückig mit dem ebenen Ringteil 13, welches die beiden

Gehäuseabschnitte trennt, ist ein zentraler Treibring Der zentrale Treibring läuft mit dem Gehäuse wie ein damit einstückiges Teil um. Die entgegengesetzten Stirnseiten des zentralen Treibringes sind mit keilförmigen Stirnverzahnungen versehen, deren Zähne 31 im Querschnitt V-förmig sind.

Der zentrale Treibring ist zwischen einem Paar von Druckringen 32 angeordnet, von denen jeder eine Stirnverzahnung mit keilförmigen Zähnen 33 zum Kämmen oder Eingreifen mit den Stirnzähnen 31 des zentralen Treibringes aufweist.

Jeder Druckring 32 weist ferner Innenkeilnuten 34 auf.

Ein Stop- oder Hemmring 35 erstreckt sich im Gehäuse koaxial und durch die Mitten der Druckringe und des zentralen Treibringes. Auf seinen entgegengesetzten Enden trägt der Stopring Keilzähne 36, welche mit Spiel mit den Keilnuten 34 des Druckrings 32 zusammenwirken. Die Keilzähne 36 des Stoprings können als ein Paar im Abstand angeordnete Stirnradverzahnungen oder alternativ als am umfang des Ringes angeordnete durchgehende Stirnradzähne ausgebildet sein.

Die Ringkörper 37 der Druckringe 32 haben eine beträchtliche Stärke und sind jeweils mit einer innenliegenden konischen Kupplungsfläche 39 versehen, welche mit einer äußeren konischen Kupplungsfläche 40 an dem benachbarten Achsring 27 zusammenwirkt. Jeder Achsring weist ferner einen äußeren konischen Abschnitt 41 auf, der mit einem konischen Sitz 42 an den Gehäuseabschnitten 11 bzw. 12 (Fig. 1) zusammenwirkt.

Der Stopring 35 ist von einer Schraubenfeder 43 umgeben,

deren entgegengesetzte Enden an den entgegengesetzten Druckringen 32 anliegen. Die Schraubenfeder bringt einen geringfügigen Druck zum Pressen der Druckringe axial nach außen auf, so daß diese normalerweise augenblicklich sich nach außen im Einkuppelsinn bewegen.

Die Funktion des Ausgleichsgetriebes ist schematisch in den Fig. 2 bis 5 dargestellt. Gemäß Fig. 2 ist der zentrale Treibring 30 von dem umlaufenden Gehäuse angetrieben, wie durch den Pfeil angedeutet ist. Wenn der zentrale Treibring 30 rotiert, wirken seine keilförmigen Stirnzähne 31 mit dem benachbarten Stirnzähnen der beiden Druckringe 32 zusammen. Die zwischen den Zähnen wirkenden Keilkräfte sind durch kleine Pfeile dargestellt. Somit resultiert die Drehbewegung des zentralen Treibringes in einer entsprechenden Drehung der Druckringe. Die konischen Kupplungsflächen 38 wirken mit den entsprechenden konischen Kupplungsflächen 40 an den doppelt konischen Achsringen 27 zusammen. Daher rotieren diese zusammen mit den Druckringen und übertragen aufgrund ihrer Keilverbindung mit den Halbwellen ihre Drehbewegung auf die Halbwellen, welche folglich mit gleicher Drehzahl drehen, was Geradeausfahrt eines Fahrzeuges entspricht.

Der Betrag der axialen Bewegung der Druckringe nach auswärts aufgrund der Keilwirkung und zwischen den miteinander zusammenwirkenden Stirnverzahnungen können in der Größenordnung von 1/2 mm (20 - 30/1000 Zoll) liegen. Je kleiner dieser Betrag ist, desto kürzer ist die Ansprechzeit. Normalerweise ist die Ansprechzeit sehr klein, so daß ein praktisch unmittelbares Eingreifen stattfindet, daß für alle praktischen Zwecke ausreicht, was wesentlich den Zeitraum erhöht, in welchem beide angetriebenen Halbwellen das zum Aus-

gleichsgetriebe übertragende Drehmoment aufteilen.

Während des AntriebszuStandes nach Fig. 2 sind die Keilzähne 36 des Stopringes 35 relativ zu den Keilnuten 34 des Druckringes zentriert. Die Keilzähne der Keilverzahnungen 34, 36 wechseln lose miteinander ab, so daß ausreichend Totgang vorhanden ist, um die Zähne wie in Fig. 3 übertrieben dargestellt zentriert in Mittelstellung zu halten.

In Fig. 4 ist der rechte Druckring 32 als von der Kupplungsverbindung mit dem Achsring 27 freigekommen dargestellt. Ein solcher Betriebszustand stellt sich ein, wenn das Fahrzeug eine Linkswendung- oder Linkskurve durchfährt, so daß das rechte Fahrzeugrad schneller drehen muß als das linke Fahrzeugrad. Während der Zeit größerer Geschwindigkeit dreht sich die Halbwelle des rechten Rades mit größerer Drehzahl als der Treibring und das Gehäuse 10.

Wenn die Halbwelle schneller als der Treibring dreht, tendiert der zugehörige Druckring zum Überholen oder Schnellerlaufen als der Treibring wegen der Kupplungsverbindung -zwischen dem Achsring 27 und dem benach-^ harten Druckring. Dies führt zu einer Trennung der kämmenden Stirnzähne 31, 33 (s. Fig. 4), weil die Druckring-Zähne 33 schneller umlaufen als die keilförmigen Stirnzähne 31 des Treibringes. Somit bewegen sich die ablaufenden Flanken der Stirnzähne 33 des Druckrings von den auflaufenden Flanken der Stirnzähne 31 des Treibrings weg. Dies könnte sehr wohl dazu führen, daß die Stirnzahnpaarungen an ihren entgegengesetzten Zahnflanken wieder in Eingriff kommen. Mit anderen Worten könnte eine fortgesetzte Überholbewegung dazu führen, daß die auflaufenden

Flanken der Druckring-Stirnzähne 33 an den ablaufenden Planken der Treibring-Stirnzähne 31 anlaufen.

Um jedoch die momentan getrennten Stirnzähne an einem Wiedereingreifen an ihren entgegengesetzten Flanken zu hindern, ist der Stopring 35 so angeordnet, daß seine Keilzähne mit den Keilnuten der beiden Druckringe nun zusammenwirken. Wie in Fig. 5 dargestellt ist, wirken die ablaufenden Flanken der Keilzähne des rechten Druckringes mit der auflaufenden Flanken der Keilzähne am Stopring zusammen. Das Entgegengesetzte geschieht an der linken Keilverzahnung. Mit anderen Worten ist der Totgang aufgehoben, und die Keilverzahnungen wirken so zusammen, daß sie einen Anschlag bilden und dadurch die Stirnzähne 31,33 in dem. eingriffslosen Zustand gemäß Fig. 4 rechts halten.

Da die keilförmigen Stirnzähne gemäß Fig. 4 rechts nicht in Eingriff sind, bewegt sich der rechte Druckring axial nach innen, d. h. links und zentriert sich selbst in unbelasteter Stellung. Folglich trennen sich die miteinander zusammenwirkenden Kupplungsflächen der rechten Kupplung. Der Achsring 27 ist nun vom Druckring freigekommen, so daß er unabhängig vom zentralen Treibring rotieren kann. Als Ergebnis kann die rechte Halbwelle nun freilaufen, d. h. leistungslos. Die linke Halbwelle bleibt jedoch angetrieben, weil der linke Druckring mit seinen Stirnzähnen weiterhin in Eingriff mit den Stirnzähnen des Treibringes bleibt und normal arbeitet.

Wie ersichtlich arbeiten die mit Spiel zusammenwirkenden Keilverzahnungen des Stoprings und des Druckringes zur Bildung eines Anschlages miteinander zusammen. Im einen Betriebszustand ermöglicht dieser Anschlag ein Zusammen-

wirken der Stirnzähne des Treibrings mit denjenigen des Druckringes. Im anderen Betriebszustand, wenn eine Halbwelle das Gehäuse überholt, läßt der Anschlag die Stirnzähne ausrücken und hält sie in ausgerücktem Zustand.

Während des Zeitraumes, in dem die Stirnzähne in Eingriff sind, zwingt die Keilwirkung die Druckringe axial nach außen. Wenn die Stirnverzahnungen nicht im Eingriff sind, zeigen die Druckringe eine Tendenz, sich selbsttätig axial einwärts zu bewegen. Um ein unmittelbares Ansprechen der Kupplung zu bewirken, ist die Schraubenfeder 43 vorgesehen, welche mit einer geringfügigen Federkraft die beiden Druckringe voneinander weg und axial auswärts in Kupplungseinrückstellung drückt.

Die erforderlichen Dimensionierungsgrößen zum Erzielen eines Selbsteinrückens oder -sperrens der Konus-Kupplungen des Ausgleichsgetriebes lassen sich in dem folgenden mathematischen Zusammenhang ausdrücken:

Tan R - ^{tan Ar}

^{Tan B} - 4 RU '

worin: B = Keilwinkel

r = mittlerer Radius der Keilverzahnungskupplung

R = mittlerer Radius der Kupplungsflächen

U = Reibkoeffizient

A = Kegelwinkel
30

sind.

Der Keilwinkel B ist der Flankenwinkel eines keilförmigen Stirnzahnes relativ zu derjenigen Linie, welche das von den entgegengesetzten Flanken des benachbarten

Zahnes gebildete Dreieck halbiert, mit anderen Worten der Winkel zwischen der Hypotenuse (Zahnflanke) und der Basis des gleichseitigen Dreieckes, welches von den benachbarten Zahnflanken gebildet wird.

Wenngleich die Kupplungen als Konuskupplungen dargestellt sind, können auch je nach den Anforderungen an das Ausgleichsgetriebe Scheiben- oder Lamellenkupplungen verwendet werden. So zeigen die Fig. 7 und 8 eine abgewandelte Ausführung, die hinsichtlich Betriebsweise und Aufbau ähnlich der Ausführung nach Fig. 1 bis 6 ist, jedoch Lamellenkupplungen anstelle von Konuskupplungen verwendet. Fig. 7 zeigt das Ausgleichsgetriebe mit einem Gehäuse 10 aus Gehäuseabschnitten und 12 ähnlich dem Gehäuse in Fig. 1. Gegenüberliegende Halbwellen 25 sind in das Gehäuse in gleicher Weise wie oben beschrieben eingesetzt, und jede Halbwelle weist einen Achsring bzw. eine Achsnabe 45 mit innerer' Keilverzahnung auf, welche mit der äußeren Keilverzahnung auf dem axial inneren Ende der zugehörigen Halbwelle 25 zusammenwirkt.

Die inneren oder aufeinander zuweisenden Enden der Achsringe 45 sind im Durchmesser zurückgenommen und von einem Stopring 46 mit einer äußeren Keilverzahnung umgeben. Eine Schraubenfeder 48 umgibt den keilverzahnten Stopring und paßt in die offene Mitte eines zentralen Treibringes 30, der ähnlich dem anhand der Fig. 1 beschriebenen Treibring gestaltet ist.

Druckringe 32a weisen keilförmige Stirnzähne 33 auf, welche mit entsprechenden keilförmigen Stirnzähnen am zentralen Treibring 30 wie oben beschrieben zusammenwirken.

Der Druckring 32 weist eine Innen-Keilverzahnung 34 auf, welche mit der Außen-Keilverzahnung 47 in gleicher Weise zusammenwirkt, wie sie oben anhand der Fig. 3 und 5 bei der Ausführung nach Fig. 1 beschrieben ist. Jedoch ist eine zweite Außen-Keilverzahnung 49 am äußeren Umfang der Druckringe vorgesehen. Diese Keilverzahnung 49 kämmt mit einer Innen-Keilverzahnung an Kupplungsringen 51, welche die Druckringe umgeben.

Ein Paket von ebenen Kupplungs-iamellen 52 umgibt jeden Achsring 45 und ist axial zwischen der axial nach außen weisenden Druckringfläche 53 und einer Ringrippe oder einem Ringvorsprung 54 am Gehäuse aufgenommen (s. Fig. 7) .

Die Kupplungs-Lamellen 52 haben abwechselnd äußere Vorsprünge, welche die Zähne der Keilverzahnung 50 des äußeren Kupplungsrings 51 umfassen und im Durchmesser verringerte Lamellen mit inneren Vorsprüngen, welche die Zähne der Keilverzahnung 55 auf dem betreffenden Achsring 45 umfassen. Somit wechseln im jeden Kupplungs-Lamellen-Paket 52 Lamellen 56 mit großem Durchmesser mit Lamellen 57 mit kleinem Durchmesser ab, wobei sämtliche Lamellen durch den Druck zusammengepresst sind, welcher durch die Stirnfläche 53 des zugehörigen Druckrings zur Stirnfläche der Ringrippe 54 hin auf das Paket ausgeübt wird. Dieser Druck stellt sich ein, wenn die Druckring-Stirnzähne 33 in Eingriff mit den antreibenden Stirnzähnen 33 des zentralen Treibrings sind, wie in Fig. 2 dargestellt ist.

Wenn eine Halbwelle überholt, bewegt sich der zugehörige Druckring in die in Fig. 4 dargestelltebeabstandete Position, in welcher die keilförmigen Stirnzähne außer Eingriff sind und der zugehörige

Druckring mit der ebenen Stirnfläche 53 sich axial einwärts zum zentralen Treibring hin bewegt, so daß die Druckbelastung von den Kupplungs-Lamellen weggenommen und dadurch die Kupplung gelöst wird. 5

Die Innen-Keilverzahnung 34a des Druckrings 32a wirkt zusammen mit der Keilverzahnung 47 des Stoprings 46 und gleitet axial zu diesem, um die in Fig. 5 dargestellte Anschlags- und Abstandhaltewirkung hervorzurufen.

Wie im Fall der Konus-Kupplung findet eine sehr kleine Bewegung in axialer Richtung des Druckringes, z. B.

in der Größenordnung von wenigen Tausendstel Zoll, statt, um die zu der zugehörigen Halbwelle gehörende Kupplung ein- oder auszurücken. Somit entsteht an den Kupplungsflachen minimaler Verschleißend Einkuppeln und Auskuppeln geschieht praktisch augenblicklich. Bei der Lamellenkupplung kommen ebenso wie bei der Konus-Kupplung die Kupplungsflächen in Eingriff, wenn die Teile mit gleicher Drehzahl laufen, was Verschleiß beim Einrücken oder Ausrücken der Kupplung entscheidend vermindert.

Die erforderlichen Dimensionierungsgrößen der Bauteile des Ausgleichsgetriebes mit Lamellen-Kupplung nach Fig. 7 und 8 zum Erzielen eines Selbstsperrens oder Kuppeins der Kupplungen verhalten sich geringfügig unterschiedlich zu den Dimensionierungsgrößen, jwie sie in der obigen Formel für die Konus-Kupplung angegeben ist. Im vorliegenden Fall gilt folgende Formel:

^{Tan B} " RNU

worin

B = Keilwinkel

r = mittlerer Radius der Keilverzahnungs-Kupplung

R = mittlerer Radius der Lamellen-Kupplung

N = Anzahl der Reibflächen der Lamellen-Kupplung

U = Reibkoeffizient

bedeuten.

Die Konstruktion des beschriebenen Ausgleichsgetriebes, sei es mit Konus-Kupplung oder mit Lamellen-Kupplung, ist nicht kompliziert, und die Bauteile sind ohne Aufwand verhältnismäßig einfach herstellbar. Polglich ist die beschriebene Konstruktion wirtschaftlich herzustellen und außerdem wirksamer, verschleißarm und hinsichtlich der Funktion früheren vergleichbaren Ausgleichsgetrieben überlegen.

■ 36,_t

- Leer so ite -

Claims

Telefon (089)4482496 Telex 5215935 Telegramme patemus münchen Postscheck München 39418-802 Reuschelbank München 2603007 Patentanwalt Dr.-ing. R. Liesegang zugelassen beim Europäischen Patentamt — admitted to the European Patent Office — Mandataire agree aupres Γ Office European des Brevets TRACTECH, INC. Michigan, USA P 104 09 Patentansprüche

1.) Ausgleichsgetriebe zum Drehantrieb eines Paares axial aufeinander ausgerichteter Halbwellen (25) mit einem Gehäuse (10), in das die einander zugewandten Endabschnitte der beiden Halbwellen hineinragen und das um eine mit den Halbwellenachsen fluchtende Achse drehbar ist, sowie mit Mitteln zum lösbaren Verbinden der Halbwellenenden mit dem Gehäuse, um dadurch die Halbwellen zu drehen, gekennzeichnet durch einen zentralen Treibring (30), der axial mit dem Gehäuse (10) ausgerichtet und zur gemeinsamen Drehung verbunden ist;

ein Paar Druckringe (32) , die axial auf den Treibring (30) ausgerichtet und jeweils davon benachbart angeordnet und axial um eine kurze Distanz relativ zum Treibring (30) bewegbar sind;

im wesentlichen V-förmige,keilartige Verzahnungen (31,33), die an den einander zugewandten Stirnabschnitten des zentralen Treibrings (30) und der Druckringe (32) ausgebildet sind und lose miteinander kämmen, so daß Drehung des zentralen Treibringes (30) die Druckring-Verzahnungen (33) in Eingriff kommen und axial nach außen von den Treibring-Verzahnungen (31) wegdrücken läßt, bei Drehung eines Druckringes(32) mit größerer Ge-

schwindigkeit als der Treibring jedoch die Druckring-Verzahnung (33) außer Eingriff mit der entsprechenden benachbarten Treibring-Verzahnung· (31) kommen läßt, so daß die Keilwirkung vermindert wird, wobei die Druckringe sich axial in Richtung zum zentralen Treibring bewegen können;

einen Stopring (35) innerhalb des und koaxial mit dem Treibring (30), der sich durch axial ausgerichtete Öffnungen in den Druckringen (32) erstreckt und zahnradartige Zähne (36) auf seinen entgegengesetzten Endabschnitten aufweist, welche mit entsprechenden Zähnen (34) an die Öffnungen umgebenden Umfangen der Druckringe (32) kämmen, wobei die Stopring- und Druckringzähne mit Spiel zusammenwirken, um eine relative Drehbewegung zwischen Stopring und Druckring zuzulassen, bevor ihre Zähne in Eingriff sind;

wobei das Spiel zwischen den benachbarten Druckringzähnen (34) und Stopringzähnen (36) so gewählt ist, daß die benachbarten Zähne in Eingriff kommen, wenn die Treibringverzahnungen (31) und die benachbarten Druckringverzahnungen (3 3) in einem solchen Abstand voneinander sich befinden, daß in etwa die beabstandeten Zähne (31,33'·) zentriert und die entgegengesetzten Zahnflanken der . zähne·' (31>33) . an einem in Eingriffkommen gehindert sind;

eine lösbare Kupplung (39-42;52) zum Kuppeln eines Druckrings (32) mit der entsprechenden benachbarten Halbwelle (25) dann, wenn der entsprechende Druckring durch Keilwirkung in Richtung axial weg vom zentralen Treibring (30) während des Zusammenwirkens der entsprechenden Verzahnungen gedrängt wird, und zum Lösen des Druckringes von der ihm zugehörigen Halbwelle dann, wenn die entsprechenden Verzahnungen beabstandet sind; eine die beiden Druckringe (32) auseinander und in Eingriff mit den entsprechenden Kupplungsteilen drückende

Feder (43) ;

wodurch normale Drehung des zentralen Treibringes (33) mit dem Gehäuse beide Druckringe (32) und Halbwellen (25) mittels der Kupplungen (39,40) drehen läßt, jedoch bei Überholen einer der beiden Halbwellen, d. h. höherer Drehgeschwindigkeit der entsprechenden Halbwelle als das Gehäuse, die Verzahnung (33) des entsprechenden Druckringes (32) von der entsprechenden Verzahnung (31) des Treibringes (30) freikommt, so TO daß der Druckring sich axial in Richtung des zentralen Treibringes (30) bewegt, um dadurch seine Kupplungsverbindung mit der zugehörigen Halbwelle (25) zu lösen, so daß diese unabhängig vom Gehäuse (10) drehen kann.

2. Ausgleichsgetriebe zum Drehantrieb eines Paares axial ausgerichteter Wellen,wie der Radwellen eines Kraftfahrzeugs , gekennzeichnet durch ein drehbares Gehäuse (10) zur Aufnahme der Endabschnitte der Halbwellen (25) koaxial mit der Drehachse des Gehäuses;

einen zentralen Treibring (30), der koaxial im Gehäuse angeordnet und zur gemeinsamen Drehung damit verbunden ist, wobei der Treibring normal zur Gehäuseachse sich erstreckende Stirnflächen hat, welche mit einstückigen, keilförmigen Verzahnungen (31) zum Bilden einer Kupplungsverzahnung auf den entgegengesetzten Stirnseiten des zentralen Treibrings versehen sind; je einen Druckring (32), der koaxial mit dem Gehäuse auf jeder Stirnseite des Treibringes angeordnet ist und das zugehörige Wellenende der betreffenden Welle umgibt, wobei jeder Druckring eine entsprechende einstückige Kupplungsverzahnung auf seiner Stirnseite aufweist, welche die entsprechende Stirnseite des Treibringes überlappt und darauf ausgerichtet ist, um mit der zugehörigen Treibring-Verzahnung zusammenzuwirken,

wobei die Verzahnungen relativ lose ineinandergreifen, d. h. genügend Flankenspiel haben, so daß ein Abstand zwischen den benachbarten Zähnen besteht und beide Druckringe sich axial um eine begrenzte Distanz in Richtung vom Treibring weg und zu diesem hin bewegen können, um die Verzahnungen (33) an jedem Druckring (32) relativ zur zugehörigen Verzahnung (31) am Treibring grob zu zentrieren;
einen mit der Gehäuseachse koaxialen Stopring (35), der sich

TO durch den zentralen Treibring (30) hindurch und zwischen die beiden Druckringe (32) erstreckt und Umfangszähne (36) auf seinen entgegengesetzten Enden trägt, welche lose mit entsprechenden Zähnen (34) an den beiden Druckringen kämmen und so dimensioniert sind, daß die miteinander kämmenden Zähne des Stoprings und der Druckringe in Kontakt kommen, wenn die Verzahnungen (31,33) des Treibrings und der Druckringe voneinander beabstandet sind, und außer Eingriff sind, wenn die Verzahnungen (31,33) des Treibrings (30) und der Druckringe (32) in Eingriff sind;

Kupplungen (39-42;52) zum lösbaren Kuppeln und Entkuppeln der Druckringe (32) mit den benachbarten Wellenenden durch axiale Bewegung des betreffenden Druckringes relativ zum Treibring;

und eine Feder (43), die normalerweise die beiden Druckringe (32) auseinander, d. h. vom zentralen Treibring (30) weg zum Zusammenwirken der teilartigen Verzahnungen und der Kupplungen drückt, so daß unter normalen Antriebsbedingungen das Gehäuse den zentralen Treibring (30) und dieser die Druckringe (32) dreht, welche ihrerseits die Halbwellen (25) über die miteinander gekuppelten Kupplungen (39-42;52) mitnehmen, jedoch dann, wenn eine der Halbwellen mit größerer Drehzahl als das Gehäuse (10) umläuft, der zugehörige Druckring (32) zu einer schnelleren Drehung als der zentrale Treibring (30) tendiert, so daß die

miteinander kämmenden Verzahnungen in Abstand kommen und aufgrund des Zusammenwirkens der Stop-

ringzähne (36) mit den Druckring ζ ahnen (34) grob zentriert werden, so daß der betreffende Druckring sich axial gegen den Treibring zum Lösen der betreffenden Kupplung hinbewegt und die entsprechende Halbwelle frei drehen kann.

3. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungen je eine konische Kupplungsfläche (39) an jedem Druckring (32) zum Reibeingriff mit einer entsprechenden konischen Kupplungsfläche (40) an einem Achsring (27) aufweist, weicherauf dem Ende der zugehörigen Halbwelle (25) montiert ist, um somit den Druckring mit dem entsprechenden Halbwellenenden zu kuppeln bzw. davon zu entkuppeln.

4. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kupplung ein Paket von aneinandergereihten ι Kupplungslamellen (52) aufweist, die abwechselnd am zugehörigen Druckring (32) und einer Kupplungsnabe (45) drehfest und axial relativ zueinander beweglich in stirnseitigen Kupplungskontakt bzw. außer Kontakt bringbar sind, wenn die zugehörigen Druckringe (32) sich entsprechend relativ zum zentralen Treibring (30) bewegen.

5. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (43) als Schraubenfeder ausgebildet ist, welche den Stopring (35) umgibt, durch den zentralen Treibring (30) hindurchragt und mit ihren entgegengesetzten Enden auf Druckflächen zum Auseinanderdrücken der beiden Druckringe, d. h. zum Bewegen dieser Druckringe in Richtung

weg von dem zentralen Treibring (30) wirkt, um einen Eingriff der keilförmigen Verzahnungen (31 ,33) und der Kupplungsflächen (39,40 bzw. 52) zu bewirken.