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Für Differentiale mit begrenztem Schlupf sind viele
Strukturen bekannt, die aber komplex und teuer sind. Die
nachfolgenden älteren US-Patentschriften sind bei der Recherche
gefunden worden, jedoch sieht keine eine einfache und billige
Differentialstruktur mit begrenztem Schlupf vor: 1,355,170;
1,483,606; 1,505,570; 1,515,916; 1,934,721; 2,859,641;
2,923,174; 3,548,683; 3,581,597; 3,686,976; 3,700,982;
3,732,750; 4,104,931; 4,400,996; 4,498,355; 4,507,984;
4,524,640; 4,554,845; 4,598,609 und 4,640,143.
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Das französische Patent Nr.2374568 beschreibt ein
Differential geringen Schlupfes zur Verwendung in einem selbst
angetriebenen Fahrzeug mit Rädern, welches zwei Paar
Zahnradbauteile umfaßt, wobei die Zahnräder eines der Paare größer als
diejenigen des anderen Paares sind. Die kleineren Zahnräder
sind mit den Fahrzeugachsen verbunden, während die größeren
Zahnräder mit einem innen befindlichen Antriebsmechanismus
verbunden sind. Jedes der kleinen Zahnräder kämmt mit dem
jeweils größeren Zahnrad.
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Die US-PS-193472 beschreibt ein Drehmoment-Differential mit
einer Antriebswelle und einem Paar angetriebener Achsen. Ein
Träger ist an der Antriebswelle befestigt und treibt eine
Antriebsplatte an, welche in Drehung an einem Paar
kompensierender Ringe befestigt ist, von denen jeder, von einem
Exzenter umgeben, mit einer jeweiligen Achse verbunden ist.
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Ein Differential begrenzten Schlupfes gemäß der Erfindung
umfaßt ein Antriebsbauteil, zwei angetriebene Wellen und ein
Paar taumelnder Antriebsvorgelege, von denen eins das
Antriebsbauteil mit jeder angetriebenen Welle verbindet, wobei
jedes Antriebsvorgelege ein Eingangszahnrad aufweist, welches
um eine Achse der angetriebenen Welle rotierbar ist und an dem
Antriebsbauteil befestigt ist, mit einer Nockenscheibe, welche
mit der angetriebenen Welle verbunden ist und einem taumelnden
Zahnrad, welches zwischen dem Eingangszahnrad und der
Nockenscheibe befestigt ist, worin jedes der taumelnden
Antriebsvorgelege ein erstes Zahnrad mit einer größeren Anzahl von Zähnen
und ein zweites Zahnrad mit einer geringeren Anzahl von Zähnen
aufweist, wobei das erste Zahnrad von einem Antriebsvorgelege
und das zweite Zahnrad von dem anderen Antriebsvorgelege
taumelt und die taumelnden Zahnräder der Antriebsvorgelege
rotierbar untereinander verbunden sind, um den taumelnden
Zahnrädern das Taumeln in bezug zueinander zu gestatten, wenn
die Wellen in entgegengesetzten Richtungen rotieren.
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Dies schafft eine Positraktion (positraction) oder ein
Differential ohne Schlupf, welches es zwei Wellen oder Rädern
gestattet, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten (eine
schneller und die andere langsamer als das
Differentialgehäuse) zu rotieren. Der Geschwindigkeitsunterschied für jede
Welle in bezug auf das Gehäuse ist nur dann gestattet, wenn
die Welle oder das Rad langsamer oder schneller als die
Gehäusegeschwindigkeit rotieren soll. Das Differential besteht
aus zwei durch Nockenscheiben betriebenen Sätzen taumelnder
Zahnräder. Jede Achse oder Welle ist mit den Nockenscheiben
der jeweiligen Zahnradsätze verbunden. Das Differential wird
es einem Rad nicht gestatten, zu trudeln oder Drehmoment von
dem anderen abzuziehen, weil jeder durch Nockenscheiben
betriebene taumelnde Zahnradsatz das Drehmoment asymmetrisch
überträgt; durch die Befestigung der Nockenscheibe an der
Antriebswelle und des Zahnrades an dem Gehäuse kann das
Drehmoment der Welle das Zahnrad in bezug auf das Gehäuse
leichter rotieren, als das Drehmoment des Zahnrades die
Rotation der Nockenscheibe hervorrufen kann. Kurz gesagt, wenn
das Rad Zugkraft verliert, wird seine Nockenscheibe sofort mit
Gehäusegeschwindigkeit rotieren. Wenn eine Nockenscheibe bei
Gehäusegeschwindigkeit mit Einweg-Antrieb durch die
Nockenscheiben-Zahnradsätze rotiert, muß die andere
Nockenscheibe ebenfalls bei Gehäusegeschwindigkeit rotieren,
weil das Drehmoment durch den Nockenscheiben betriebenen
Zahnradsatz nicht rückwärts laufen kann.
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Die Zahnrad-Nockenscheiben-Sätze können mit begrenztem Schlupf
geneigt (biasing) ausgebildet sein, wodurch die teilweise
Fähigkeit gegeben ist, durch jeden Zahnrad-Nockenscheiben-Satz
in beide Richtungen zu laufen, so daß auf den Ladungsverlust
der einen Welle nicht das gesamte Drehmoment des Gehäuses auf
die verbleibende Antriebswelle übertragen wird, wodurch das
Drehmoment auf der verbleibenden Antriebswelle verdoppelt
wird. Dies kann durch unterschiedliche positive
Drehmomentübertragung in den zwei Richtungen durch den
Zahnrad-Nockenscheiben-Satz zustande gebracht werden, indem eine geeignete
Auswahl des Zanhradverhältnisses und des
Nockenscheibenverhältnisses in bezug auf den Reibungswiderstand des Zahnrad-
Nockenscheiben-Satzes getroffen wird. Die Nockenscheiben
betriebenen Zahnradsätze können um die Kanten taumelnde
Zahnräder, um die Stirnfläche taumelnde Zahnräder oder elliptische
Zahnräder verwenden.
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Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform eines
Differentials mit begrenztem Schlupf gemäß der Erfindung,
welches um die Stirnseite taumelnde Zahnräder verwendet;
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Fig. 2 ist eine Explosionsansicht eines Differentials gemäß
Fig. 1;
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Fig. 3 ist eine Längsschnittansicht einer alternativen
Ausführungsform eines Differentials, welches um die Kanten
taumelnde Zahnräder verwendet;
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Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht einer Struktur aus Fig. 3
entlang der Schnittebene 4-4 in Fig. 3; und
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Fig. 5 ist eine Explosionsansicht einer Struktur aus Fig. 3.
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Die vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung in der
Ausführung von anti-trudelnden Differentialen, worin zwei
Nockenscheiben betriebene Zahnradsätze verwendet werden, um
Differential-Drehmomente von den Nockenscheiben zu übertragen,
jedoch nicht in umgekehrter Richtung. Die spezifischen Typen
der verwendeten Zahnradvorgelege sind, um die Stirnseite
Taumelnde, um die Kanten Taumelnde sowie harmonische Antriebe.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 ist ein Paar Wellen 11
und 12 rotierbar in einem Differentialgehäuse 14 montiert,
welches um die Wellenachsen mit Hilfe von jedem geeigneten
Mittel, wie bspw. einem Kegelgetriebe, rotiert werden kann.
Ein Paar taumelnder Antriebsvorgelege verbindet die Wellen mit
dem Gehäuse.
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Das Antriebsvorgelege für die Welle 11 enthält , eine
Nockenscheibe 16, welche mit der Welle 11 über einen Stift 18
verbunden ist, ein taumelndes Zahnrad 20, welches für die
Rotation auf einem Vorsprung 22 auf der Nockenscheibe 16
montiert ist und einen Satz stirnseitiger Zähne 24 trägt, die
mit einem Satz stirnseitiger Zähne 26 auf der Innenseite des
Gehäuses 14 in Eingriff stehen. Weiterhin trägt das taumelnde
Zahnrad 20 ebenfalls einen Satz peripherer Zähne 28, welche
mit einem Satz Zähne 30 eines Ringzahnrades auf der Innenseite
eines Trägers 32 in Eingriff stehen.
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Das Antriebsvorgelege für die Welle 12 enthält eine
Nockenscheibe 34, welche mit der Welle 12 über einen Stift 36
verbunden ist, ein taumelndes Zahnrad 38, welches für die
Rotation auf einem Vorsprung 40 auf der Nockenscheibe 34
montiert ist und einen Satz stirnseitiger Zähne 42 trägt, die
mit einem Satz stirnseitiger Zähne 44 auf der Innenseite des
Gehäuses 14 in Eingriff stehen. Weiterhin trägt das taumelnde
Zahnrad 38 ebenfalls einen Satz peripherer Zähne 46, welche
mit einem Satz Zähne 48 eines Ringzahnrades auf der Innenseite
eines Trägers 32 in Eingriff stehen.
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Jede der Nockenscheiben 16 und 34 enthält eine Aussparung 50,
die derart ausgebildet ist, daß sie den
Zahnrad-Nockenscheiben-Satz ausgleicht.
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Die Zähne 28, 30 46 und 48 funktionieren als Keilnut-
(Keilverzahnungs-) Verbindung zwischen den Zahnrädern 20 und 38.
Die taumelnden Zahnräder 20 und 38 haben beide 30 Zähne in den
Sätzen 24 und 42, jedoch sind die Zahnanzahlen in den Sätzen
26 und 44 auf der Innenseite des Gehäuses mit 31 Zähnen- im
Satz 26 und mit 29 Zähnen im Satz 44 unterschiedlich dazu.
Resultierend daraus wird eine Drehung der Welle 11 in bezug
auf das Gehäuse 14 hervorrufen, daß das taumelnde Zahnrad 20
um ein Dreißigstel einer Drehung in bezug auf die Welle 11
nachläuft, und eine Drehung der Welle 12 in bezug auf das
Gehäuse 14 wird hervorrufen, daß das taumelnde Zahnrad 38 um
ein Dreißigstel einer Drehung in bezug auf die Welle 12
vorläuft (führt).
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Indem die taumelnden Zahnräder auf diese Weise getrennt
werden, ruft die Rotation der Wellen 11 und 12 eine gleiche
Rotation der taumelnden Zahnräder 24 und 42 hervor, und die
Zahnräder 24 und 42 rotieren in bezug auf das Gehäuse 14 in
der gleichen Richtung, wenn die Wellen 11 und 12 in bezug
zueinander in entgegengesetzter Richtung rotieren und dabei
unterschiedliche Aktionen produzieren. Die Rotation der beiden
Wellen muß gleich und entgegengesetzt sein, weil die beiden
taumelnden Zahnräder 24 und 42 dazu gezwungen werden, über
die Keilnutverbindung durch die Zähne 28, 30, 46 und 48 und
den festen Träger 32 in der gleichen Richtung bei der gleichen
Geschwindigkeit zu rotieren.
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Wenn die Last (Kraft) von der einen Welle entfernt wird, bspw.
von Welle 11, während das Gehäuse 14 angetrieben wird, wird
der Widerstand der Last (Kraft) auf der anderen Welle 12
versuchen, das Differential anzutreiben, um die Welle 11 in der
entgegengesetzten Richtung zu drehen, aber diese Gegendrehung
wird nicht stattfinden, weil das durch die Zähne 30
angetriebene taumelnde Zahnrad 20 durch dem um ein Dreißigstel
schnelleren Antrieb der Zahnräder 24 und 26 mit dem
Reibungswiderstand der Berührungsfläche zwischen der Nockenscheibe 16
und dem taumelnden Zahnrad 20 die Welle 11 nicht antreiben
kann, damit diese in bezug auf das Gehäuse 14 rotiert.
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Es soll erwähnt werden, daß eine Auswahl des Nockenwinkels für
die Nockenscheibe 34 möglich ist, um die Unterschiede in den
Umfängen der Zahnsätze 42 und 44 exakt kompensieren zu können,
obwohl dies für die Zahnsätze 24 und 26 nicht der Fall ist.
Somit entspricht der Umfang des Zahnsatzes 44 29mal der
Zahnteilung, und der Umfang des Zahnsatzes 42 entspricht 30-
mal der Zahnteilung. Die Durchmesser der beiden Sätze sind die
gleichen, bezogen auf eine Ebene lotrecht zur Achse der Welle
12, wenn der Nockenscheibenwinkel arccos 29/30, dies
entspricht 14.8 Grad, beträgt. Dies gestattet es dem Vorsprung
40, konzentrisch zur Achse der Welle 12 in der Ebene der Zähne
42 zu sein. Auf der anderen Seite ist der Mittelpunkt des
Vorsprungs 22 von der Achse der Welle 11 weggesetzt (off-set) und
zwar in Richtung der Seite, wo die Zähne 24 und 26 in Eingriff
stehen.
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Wenn ein Rad auf einer der Wellen 11 oder 12 an Zugkraft
verliert oder aber von der Antriebsoberfläche abkommt, wird sein
Zahnradvorgelege schließen. Wenn die Nockenscheibe 16 relativ
zum Zahnrad 20 stoppt, muß das Zahnrad 20 relativ zum Zahnrad
26 stoppen; keinerlei Bewegung eines Rades kann relativ zum
Gehäuse 14 stattfinden, und das gesamte Differential wird sich
als Einheit bewegen; dieses Charakteristikum gilt als
Positraktion.
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Wenn eine Nockenscheibe ein Zahnrad mit X+Y Zähnen, weiches
ein Zahnrad mit X Zähnen kämmt, antreibt, wird sich das
angetriebene Zahnrad in der gleichen Rotationsrichtung wie die
Nockenscheibe bewegen. Wenn eine Nockenscheibe ein Zahnrad mit
X Zähnen, welches ein Zahnrad mit X+Y Zähnen kämmt, antreibt,
wird sich das angetriebene Zahnrad mit X Zähnen in
entgegengesetzter Rotationsrichtung zur Nockenscheibe bewegen.
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X kann jede beliebige Anzahl von Zähnen sein. Y kann eine
andere Anzahl von Zähnen sein. Wenn X gleich 10 und Y gleich 1
gewählt wird, dann hat das X Zahnrad 10 Zähne und das X+Y
Zahnrad 11 Zähne.
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Sich kreuz ende gemischte Zahnräder mit unterschiedlichen
Anzahlen von Zähnen gestatten es der Welle 11, sich in
entgegengesetzter Rotationsrichtung zur Welle 12 zu bewegen.
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In den Fig. 3 bis 5 ist ein Differential vom über die Kanten
taumelnden Typ dargestellt. Diese Figuren stellen ein
vierbis fünfzähniges Taumelbauteil dar, jedoch kann jede beliebige
Anzahl von Zahnradzähnen verwendet werden. Zahnrad 52 ist fest
am Gehäuse 54 befestigt; Zahnrad 52 hat X+Y Zähne (in diesem
Beispiel 5 Zähne). Zahnrad 56 ist fest am Gehäuse 54 befestigt
und hat X Zähne (in dieser Zeichnung 4 Zähne). Zahnrad 58 wird
durch die Achsen-Nockenscheibe 60 relativ zum Zahnrad 56
bewegt; Zahnrad 58 hat in diesem Beispiel 5 Zähne. Zahnrad 62
wird durch die Achsen-Nockenscheibe 64 relativ zum Zahnrad 52
bewegt; Zahnrad 62 hat in diesem Beispiel 4 Zähne.
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Platte 66 ist ein Kreuz-Verbinder. Die Platte 66 hat zwei
Kerben, die auf entgegengesetzten Seiten eingeschnitten sind,
so daß eine Kerbe senkrecht zur anderen Kerbe steht. Eine
Zunge 68 auf Zahnrad 58 gleitet in einer Kerbe 70 in Platte
66. Eine Zunge 72 auf Zahnrad 62 gleitet in der
entgegengesetzten Kerbe in Platte 66. Das Gehäuse 54 kann durch ein
Stirnzahnrad, ein Ringzahnrad, eine Zahntrommel oder ein
anderes geeignetes Mittel angetrieben werden. Wenn die Achsen-
Nockenscheibe 64 relativ zum Gehäuse 54 verzögert oder
verlangsamt wird, wird die Achsen-Nockenscheibe 64 das Zahnrad 62
relativ zum Zahnrad 52 bewegen. Zahnrad 62 wird in umgekehrter
Richtung zur Achsen-Nockenscheibe 64 rotieren. Zahnrad 62 wird
die Platte 66 durch gleichzeitiges Drehen und Gleiten in der
Kerbe bewegen. Die Platte 66 wird das Zahnrad 58 relativ zum
Zahnrad 56 durch Drehen und Gleiten in der Kerbe mit Zahnrad
58 bewegen. Zahnrad 58 wird es der Achsen-Nockenscheibe 60
gestatten, sich entgegengesetzt zur Achsen-Nockenscheibe 64 zu
bewegen. Die Achsen-Nockenscheibe 60 wird sich dann in eine
Vorwärts-Richtung drehen und schneller: als das Gehäuse 54
rotieren. Wenn die Achsen-Nockenscheibe 60 ihr Eingangs-
Differential-Drehmoment verliert, wird sie nicht rotieren, und
das Zahnrad 58 wird nicht relativ zur Achsen-Nockenscheibe 60
rotieren. Das Zahnrad 58 wird nicht relativ zum Zahnrad 56
rotieren, und das Differential wird schließen und als
Differential mit begrenztem Schlupf arbeiten.
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Diese Differentiale können konstruiert werden, indem
Zahnradsätze von einem der drei Typen taumelnder Zahnräder mit einem
zweiten Zahnradsatz von dem gleichen oder einem unter
schiedlichen Typ taumelnder Zahnräder verwendet werden.
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Beispiel: Ein um die Stirnfläche taumelnder Zahnradsatz kann
mit einem modifizierten Kreuz-Verbinder an einem über die
Kanten taumelnden Zahnradsatz befestigt werden, um ein
Differential mit begrenztem Schlupf zu bilden.
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Eine weitere Modifikation kann erreicht werden, wenn zwei
identische Sätze taumelnder Zahnräder verwendet werdend. Das
bedeutet, wenn das taumelnde Bauteil auf beiden Seiten das
Zahnrad mit der geringeren Zahnzahl bzw. mit der größeren
Zahnzahl ist, wird eine Umkehreinheit zwischen den taumelnden
Hälften plaziert, um ein Differential zu bilden.