DE3806096A1

DE3806096A1 - Final drive assembly, especially for motor vehicles which - with full differential action when cornering - prevents spinning of a wheel irrespective of the torque introduced

Info

Publication number: DE3806096A1
Application number: DE19883806096
Authority: DE
Inventors: Werner Chudzik
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-02-26
Filing date: 1988-02-26
Publication date: 1988-07-28

Abstract

Final drive assembly, especially for motor vehicles which - with full differential action when cornering - prevents spinning of a wheel irrespective of the torque introduced. In order to create an final drive assembly which, in contrast to those hitherto used based on friction, is automatically fully locking but permits an especially smooth-running differential action of the wheels, even under load, and is also to be used for steering axles and as an intermediate or auxiliary transmission, the function of a double-acting freewheel mechanism is created by a certain arrangement of gears with internal and external toothing and an eccentric, which is formed by balls or barrel rollers and an eccentrically routed disc, two systems of which in a bevel gear differential produce an automatically releasing or locking differential as final drive assembly.

Description

Die Erfindung betrifft einen Achsantrieb, welcher bei leichtgängigen Ausgleich in Kurven das Durchdrehen ei nes Rades auf verschiedenartigen Untergrund verhindert. Sie kann auch als Zwischen- und Verteilergetriebe ge nutzt werden und soll Verwendung finden bei allen Kraft fahrzeugen, insbesondere bei Geländefahrzeugen und Trak toren. Den herkömmlichen Achsantrieben (Differentialen) haftet ein Nachteil an: Kommen die Antriebsräder auf ver schiedenartigen Untergrund zu stehen, (auch während der Fahrt) zum Beispiel ein Rad auf losen Untergrund, das andere auf festen Grund, wird das Rad mit der geringeren Bodenhaftung angetrieben, während das fester stehende Rad nur ein geringes, unter Umständen sogar kein An triebsmoment erhält. Ein stehendes Fahrzeug kann dann nicht anfahren - ein in Fahrt befindliches kommt zum Stillstand. Dieses wird durch den Achsantrieb (Erfin dungsgegenstand) verhindert. Dadurch ergeben sich Vor teile bei allen Fahrzeugen die auf gute Traktion der Antriebsräder angewiesen sind. Auch bei Personenwagen versucht man es heute mit Allradantrieb und Sperrung der Achsen, das Fahren sicherer zu machen. Die Schleuderge fahr wird gemindert, die Spurhaltung erhöht, beim Winter sport wird das Fahren im Schnee erleichtert.The invention relates to an axle drive, which at smooth compensation in curves the spinning prevents a wheel on various types of ground. It can also be used as an intermediate and transfer case be used and should be used with all strength vehicles, especially for off-road vehicles and trak goals. The conventional axle drives (differentials) there is a disadvantage: If the drive wheels come on ver to stand on different grounds (even during the Ride) for example a bike on loose ground, the others on firm ground, the wheel with the lesser Traction driven while the fixed one Wheel only a slight, possibly even no on receives drive torque. A stationary vehicle can then do not start - a vehicle in motion comes to a stop Standstill. This is achieved by the final drive (Erfin subject) prevented. This results in pre share the good traction of all vehicles Driving wheels are instructed. Even with passenger cars today you try it with all-wheel drive and locking the Axles to make driving safer. The slingshot Driving is reduced, tracking is increased, in winter sport makes driving in the snow easier.

Im Lauf der letzten Jahre sind eine ganze Reihe von Achs antrieben mit Sperrwirkung konstruiert und einige davon auch auf den Markt gebracht worden. Bei Geländefahrzeugen werden hauptsächlich Klauenkupplungen eingebaut, welche keinen Ausgleich der Antriebsräder zulassen. Für Perso nenwagen, Sport- und Rennwagen sowie leichten Geländewa gen werden sogenannte Selbstsperr-Differentiale einge baut. Bekannt sind unter anderem das System Thornton (Zeitschrift "Auto Motor-Sport", Heft 24 von 1965 Seiten 30-33), Sonderdruck VDI Zeitschrift Bd. 110 (1968) Nr. 6 von Dr. Ing. Loomann "Selbstsperrende Differentiale in Kraftfahrzeugen". Bekannt ist auch das durch Federn beauf schlagte System Borg Warner, sowie Systeme mit Gleitstei nen die Radial oder Axial angeordnet sind. Weiter sind Systeme bekannt, welche mit Freiläufen arbeiten, mit Drehzahlbegrenzung, oder, wie das Timken Differential, mit Verlagerung des Kraftangriffspunktes. Ebenfalls sind bekannt Sperr-Differentiale mit Exzenterzapfen sowie das Rheinmetall Schneckendifferential. (Automobile Industrie 1960 Nr. 8 Seite 39-44). Es wurden auch Lösungen gefun den, bei denen in das Ausgleichsgetriebe Pumpen mit Rei bungskupplungen kombiniert eingebaut wurden. (VDI Zeit schrift 1940 Bd. 84 Nr. 31 Seite 545-551). In Traktoren werden im Ausland Sperren eingebaut, welche im Achsge häuse Reibungskupplungen mit hydraulischen Zylindern be sitzen und von Ölpumpen über Leitungen und Ventile, von Hand gesteuert werden. (Landtechnik Heft 20, Oktober 1966 Seite 682). Bekannt ist auch ein System der Getrag, welches mit einer am Antriebskegelrad angebrachten Kegel fläche und Tellerfeder arbeitet. In neuerer Zeit werden sogar Versuche unternommen, um mit Hilfe von Sensoren die an den Rädern angebracht sind, den Motor zu drosseln um ein geringes Drehmoment an das durchdrehende Rad zu bringen.Over the past few years there have been quite a number of axles constructed with locking action and some of them also been brought to the market. For off-road vehicles mainly dog clutches are installed, which do not allow drive wheels to balance. For people indoor cars, sports and racing cars as well as light off-road vehicles so-called self-locking differentials are inserted builds. The Thornton system is well known ("Auto Motor-Sport" magazine, issue 24 of 1965 pages 30-33), reprint VDI Zeitschrift Vol. 110 (1968) No. 6 from Dr. Ing. Loomann "Self Locking Differentials in Motor vehicles ". This is also known by springs suggested System Borg Warner, as well as systems with sliding block NEN are arranged radially or axially. Are further Known systems that work with freewheels with Speed limit, or, like the Timken differential, with shifting the point of application of force. Also are known locking differentials with eccentric pin and that Rheinmetall worm differential. (Automobile industry 1960 No. 8 page 39-44). Solutions were also found those in the differential with pumps with Rei exercise clutches were installed combined. (VDI time p. 1940 vol. 84 no.31 page 545-551). In tractors locks are installed abroad, which in the axle housing friction clutches with hydraulic cylinders be sit and from oil pumps to pipes and valves, from Be controlled by hand. (Agricultural engineering booklet 20, October 1966 Page 682). A system of Getrag is also known which with a cone attached to the drive bevel gear surface and diaphragm spring works. More recently even attempts have been made to detect the are attached to the wheels to throttle the engine around a low torque to the spinning wheel bring.

Alle bisher bekanntgewordenen Differential-Sperren oder Selbstsperr-Differentiale haben Nachteile, auch die in letzter Zeit aufgekommene Viscose Kupplung und das soge nannte Torsen Differential der Firma Gleason in dem sich 22 Schnecken und Schneckenräder aneinander reiben. (Auto- Motor-Sport Heft 24-1985 Seite 57-60 und Heft 1-1987 Seite 19-25, sowie Heft 2-1988 Seite 8-24.) Der Haupt nachteil wird in dem Sonderdruck der VDI Zeitschrift Bd. 110 - 1968 Nr. 6 Seite 209-216 genannt: Sperrdifferentiale sind Ausgleichsgetriebe mit absichtlich schwergängiger Aus gleichsbewegung. So ist bei den in Lastwagen und Perso nenwagen verwendeten, ein- und ausrückbaren Klauenkupplun gen der Ausgleich voll gesperrt und wirkt wie eine Starr achse. Sie darf nur im Gelände benutzt werden, auf fester Straße muß sie wieder ausgeschaltet werden falls nicht etwas brechen soll. Hierzu ist ein Gestänge oder auch eine hydraulische Anlage erforderlich. Das heute am häufigsten verwendete System Thornton hat Reibelemente zur Bremsung des Ausgleichs im Differential. Die Sperrwirkung wird vom Werk berechnet und eingestellt und hat eine Sperrwirkung von 25-80%. Nachteile hierbei sind: Die Sperre spricht auch bei normaler Kurvenfahrt an, wodurch die Reibflächen bald abgenutzt sind und die Sperrwirkung nachläßt. Ist die Sperrwirkung zu hoch eingestellt, ist das Fahrzeug schlecht in eine Kurve zu bekommen. Von Nachteil ist auch daß hierbei die volle Sperrwirkung erst dann einsetzt, wenn vom Motor her das volle Kraftmoment einsetzt. Ein auf weichem Untergrund stehendes Fahrzeug kann sich dann schon festfahren. Die durch Federn beaufschlagten Sper ren erreichen immer nur die vorher bestimmte Sperrwir kung, erzeugen Wärme - da sie auch stets eingeschaltet sind - und sind ebenfalls von außen nicht nachzustellen. Die früher verwendeten Systeme mit Gleitsteinen nutzen sich zu schnell ab und ergaben keinen Ausgleich der An triebsräder, weil es hier keine Verzweigung des Energie stroms gab, sondern nur ein wechselweises Ab- oder Zu schalten eines Treibrades. Die bekannten, mit Freiläu fen arbeitenden Systeme (oder auch mit Drehzahlbegren zung) wurden einmal zu teuer, (wie auch die Schnecken differentiale) oder die Torsensperre. Manche mußten von Hand für vor- und rückwärts umsteuerbar sein. Bei der Aus führung als Exzenterzapfen Differential, welche wohl einen Sperrwert von 100% erreichen können, ist das dau ernde wandern des Antriebs von einem Rad zum andern recht unangenehm. Zu den Systemen welche mit hydrauli schen Mitteln eine Sperrwirkung erzielen muß noch gesagt werden, daß eine Pumpe nicht immer absolut dicht ist. Allein durch undichtigkeit im hydraulischen System er gibt sich bereits eine Ausgleichsmöglichkeit. Viscose Kupplungen lösen nicht bei unterschiedlichen Drehzahlen der Antriebswellen und benötigen viel Platz.All known differential locks or Locking differentials have disadvantages, even those in recently emerged viscose clutch and the so-called called Torsen differential of the company Gleason in which 22 Rub the worms and worm gears together. (Automobile- Motor-Sport issue 24-1985 page 57-60 and issue 1-1987 Pages 19-25, and Issue 2-1988 Pages 8-24.) The main disadvantage in the special print of the VDI magazine vol. 110 - 1968 No. 6 page 209-216: limited slip differentials are differential gears with intentionally stiff off equal movement. This is the case with trucks and people claw clutches that can be used and disengaged the balance fully locked and acts like a rigid axis. It may only be used off-road, on a firm one Street it must be switched off again if not something should break. For this is a linkage or one hydraulic system required. Most common today The Thornton system used has friction elements for braking of differential compensation. The blocking effect is from Plant calculated and set and has a locking effect from 25-80%. Disadvantages are: The lock speaks even during normal cornering, which reduces the friction surfaces are soon worn out and the blocking effect wears off. Is the locking effect is set too high, the vehicle is bad to get into a curve. Another disadvantage is that the full blocking effect only occurs when the full torque is applied from the engine. A A vehicle standing on a soft surface can then already stuck. The springs acted upon by springs only ever reach the pre-determined barrier kung, generate heat - because they are always switched on are - and also cannot be adjusted from the outside. Use the previously used systems with sliding blocks fell off too quickly and did not result in a compensation of the An driving wheels because there is no branching of energy here current, but only an alternate off or on switch a driving wheel. The well-known, with free water systems (or with speed limits tongue) were once too expensive (like the snails differential) or the torso lock. Some had to Hand can be reversed for forward and backward. At the end leadership as an eccentric pin differential, which probably that can reach a blocking value of 100% The drive drives from one wheel to the other quite uncomfortable. To the systems with hydraulic achieve a blocking effect must still be said that a pump is not always absolutely tight. Simply due to a leak in the hydraulic system there is already a possibility of compensation. Viscose Clutches do not release at different speeds of the drive shafts and require a lot of space.

Diese Nachteile werden durch die vorliegende Erfindung beseitigt.These disadvantages are overcome by the present invention eliminated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Achsan trieb zu schaffen, welcher in jeder Situation das Durch drehen eines Rades verhindert, jedoch beim Durchfahren von Kurven einen möglichst leichtgängigen Ausgleich der Antriebsräder untereinander ermöglicht und vielseitig zu verwenden ist. Der Erfinder ist also den umgekehrten Weg der Konstrukteure von Selbstsperr-Differentialen gegangen.The invention is based on the object, an axle urged to create which in every situation the through prevents turning of a wheel, but when driving through smoothest possible compensation of curves Driving wheels made possible among each other and versatile use is. So the inventor is the opposite way of designers of self-locking differentials.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch eine bestimmte Anordnung von Zahnrädern mit Innen- und Außen-Verzahnung, sowie eines Exzenters der durch Kugeln oder Tonnenrollen und einer exzentrisch ausgear beiteten Scheibe gebildet wird, die Funktion eines dop pelt wirkenden Freilaufs entsteht und selbsttätig die Sperrung oder das Lösen eines Rades tätigt. Je ein System wird mit einer Halbachse und dem Korb eines Kegelradaus gleichsgetriebes herkömmlicher Art verbunden. Das kann innerhalb oder außerhalb des Korbes geschehen. Durch seine Wirkungsweise kann das System auch als Zwischen- oder Verteilergetriebe - vor allem aber auch in gelenk ten Antriebsachsen Verwendung finden. Ein Einbau in Pla netenradgetriebe ist ebenfalls möglich.This object is achieved in that through a certain arrangement of gears with internal and external teeth, and an eccentric through Balls or barrel rolls and one eccentrically processed disc is formed, the function of a dop pelt-acting freewheel is created and automatically Locking or loosening a wheel. One system each with a semi-axis and the basket of a bevel gear same conventional gear connected. That can happen inside or outside the basket. By the system can also work as an intermediate or transfer case - but above all in joints drive axles are used. Installation in pla planetary gear is also possible.

Weitere mit der Erfindung erzielte Vorteile sind:
Sperrfaktor bei vollem Ausgleich immer 100%. Keine Ab nutzung der die Sperrwirkung erzeugenden Teile weil nur rollende Bewegung. Kein Zwang zum geradeaus Fahren. ABS tauglich und bei Allradantrieb Trennung der Hinterachse.Further advantages achieved with the invention are:
Blocking factor with full compensation always 100%. No use of the parts producing the locking effect because only rolling motion. No need to drive straight ahead. ABS compatible and with all-wheel drive separation of the rear axle.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich nung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is in the drawing voltage and is described in more detail below. It shows

Fig. 1 den Aufbau und Teile der Sperre, Fig. 1 shows the structure and parts of the lock,

Fig. 2 den Einbau und Funktion in einem Kegelraddifferen tial. Fig. 2 tial installation and function in a bevel gear differential.

Das Zahnrad 1 mit Keilnuten 2 und Außenverzahnung befin det sich in der Mitte des Systems, Zahnrad 3 mit Innenver zahnung und Kugellauffläche ist aus der Mitte versetzt und wird durch die Kugeln 4 und der Exzenterscheibe 5, mit der darin eingefrästen Nute 6 in seiner Position ge halten. Die Exzenterscheibe 5 ist auf der gleichen Achse wie Zahnrad 1 lose gelagert. Zur Steuerung - Sperren - ist das Zahnrad 3 in Nuten 7 am Differentialkorb 8 dreh bar gelagert.The gear 1 with splines 2 and external teeth is located in the middle of the system, gear 3 with internal teeth and ball tread is offset from the center and is by the balls 4 and the eccentric 5 , with the milled groove 6 in its position hold. The eccentric disc 5 is loosely mounted on the same axis as gear 1 . To control - lock - the gear 3 is mounted in grooves 7 on the differential carrier 8 rotatable bar.

Mode of action

Der Antrieb der Räder erfolgt vom Motor-Getriebe über das Tellerrad am Differentialkorb 8 über den Bolzen 9 und die Ausgleichskegelräder 10 auf die Achskegelräder 11 mit der Achse 12. Dreht sich nun der Korb 8, werden beide Achsen (Räder) in Drehung versetzt. Bei griffigen Unter grund drehen sich beide Achsen gleichschnell mit. Das Zahnrad 1 mit den Keilnuten 2 auf der Achse 12 befestigt, dreht sich mit und da der Korb 8 ebenfalls mit gleicher Drehzahl läuft, drehen sich auch die Exzenterscheibe 5 mit den Kugeln 4 und dem Zahnrad 3 mit gleicher Geschwin digkeit, da sie durch die außermittig angebrachten Nuten 7 im Korb 8 mitgenommen werden. Wird nun eine Kurve ge fahren, läuft das kurveninnere Rad langsamer und das äu ßere Rad schneller. Zeigt nun Fig. 1 das innere Rad, dreht sich die Achse 12 langsamer als der Korb 8 (be dingt durch die Ausgleichskegelräder 10). Dadurch ent steht eine gegensätzliche Drehrichtung zwischen Zahnrad 1 und Zahnrad 3. Zahnrad 1 dreht Zahnrad 3, welches da bei die Kugeln 4 durch die Nuten 6 in der Exzenter scheibe 5 dreht wie bei einem normalen Kugellager. Dieses ist möglich, weil die Nute 6 in der Exzenterscheibe 5 un gleichmäßig tief ist und die Kugeln 4 dadurch auf ihrem Umfang ungleichmäßig tragen, genau so, als wären sie größer oder kleiner. Die Exzenterscheibe 5 ist lose in der Nute 13 am Korb 8 in der Mitte aufgehängt und fixiert sich selbst, weil in Drehrichtung der Abstand zwischen Zahnrad 3 und der Nute 6 in der Exzenterscheibe 5 kleiner wird. Es können die Kugeln 4 also nur auf der Nute 6 lang laufen wobei ihr Abrollumfang kleiner wird. Auf der an deren Radseite geschieht das gleiche in anderer Drehrich tung. Die Ausgleichskegelräder 10 drehen sich dabei um ihre Achse.The wheels are driven by the engine gearbox via the ring gear on the differential cage 8 via the pin 9 and the differential bevel gears 10 on the axle bevel gears 11 with the axle 12 . If the basket 8 now rotates, both axes (wheels) are rotated. In the case of a grippy surface, both axes rotate at the same speed. The gear 1 with the splines 2 attached to the axis 12 rotates with and since the basket 8 also runs at the same speed, the eccentric disc 5 with the balls 4 and the gear 3 rotate with the same speed, as they through the off-center grooves 7 are carried in the basket 8 . If you now take a curve, the inside wheel will run slower and the outside wheel will run faster. Now shows Fig. 1, the inner wheel, the axis 12 rotates slower than the basket 8 (be caused by the differential bevel gears 10 ). This creates an opposite direction of rotation between gear 1 and gear 3 . Gear 1 rotates gear 3 , which disc 5 because of the balls 4 through the grooves 6 in the eccentric rotates as in a normal ball bearing. This is possible because the groove 6 in the eccentric disc 5 is unevenly deep and the balls 4 thereby bear unevenly on their circumference, just as if they were larger or smaller. The eccentric disc 5 is loosely suspended in the groove 13 on the basket 8 in the middle and fixes itself because the distance between the gear 3 and the groove 6 in the eccentric disc 5 becomes smaller in the direction of rotation. The balls 4 can therefore only run long on the groove 6 , their rolling circumference becoming smaller. On the other side of the wheel, the same thing happens in a different direction of rotation. The differential bevel gears 10 rotate about their axis.

Befinden sich die Antriebsräder nun auf verschiedenarti gen Untergrund, zum Beispiel das linke Rad auf festem Grund (Fig. 1) und das rechte Rad auf Eis, würde das rechte Rad durchdrehen, während das linke Rad bewegungs los bliebe. Zum Antrieb dreht sich nun der Korb 8 und weil ja die Achse 12 stehen bleibt, steht auch Zahnrad 1 fest. Über die exzentrisch angebrachten Nuten 7 wird nun auch das Zahnrad 3 mit den Kugeln 4 zur Seite ge drückt gegen die Exzenterscheibe 5. Diese Kippbewegung entsteht dadurch, daß sich die Innenverzahnung von Zahnrad 3 an der Außenverzahnung von Zahnrad 1 abstützt und mit der Nute 7 im Korb 8 einen Hebel bildet, welcher nach außen drückt. Die Kugeln 4 können sich ja nur dre hen wenn sich auch Zahnrad 3 dreht. Es wird also der Korb 8 solange gegen Drehung gesperrt bis sich die Achse 12 mitdreht. Beim Antrieb vom Korb 8 her kann also kein Rad zurück bleiben, erst wenn bei Kurvenfahrt durch die Rela tivbewegung der Räder zueinander Kraft von außen kommt, können sich die Räder langsamer oder schneller drehen als der Korb 8. Auch unter Last, wobei keine Reibung entsteht, da die Kraft ja über die Ausgleichsräder 10 übertragen und die Sperre wie ein Kugellager laufen wird.If the drive wheels are now on different types of ground, for example the left wheel on firm ground ( Fig. 1) and the right wheel on ice, the right wheel would spin while the left wheel would remain motionless. To drive the basket 8 now rotates and because the axis 12 stops, gear 1 is also fixed. About the eccentrically mounted grooves 7 is now the gear 3 with the balls 4 to the side ge presses against the eccentric disc. 5 This tilting movement arises from the fact that the internal toothing of gear 3 is supported on the external toothing of gear 1 and forms a lever with the groove 7 in the basket 8 which presses outwards. The balls 4 can only turn if the gear 3 also rotates. The basket 8 is thus locked against rotation until the axis 12 rotates with it. When driving from the basket 8 here, no wheel can remain, only when force comes from outside when cornering due to the relative movement of the wheels, the wheels can turn slower or faster than the basket 8 . Even under load, with no friction, since the force is transmitted via the differential gears 10 and the lock will run like a ball bearing.

Claims

1. Axle drive, especially for motor vehicles - which prevents the spinning of a wheel with full compensation in curves - regardless of the introduced torque - characterized in that there is a lock on each axis within a bevel gear differential, which is formed by a certain arrangement of gears with internal and external teeth, as well as an eccentric, which is formed by balls and an eccentrically made disc.

2. final drive according to claim 1, characterized in that for transmission larger Forces instead of balls, barrel rollers for the eccentric be used.

3. final drive according to claim 1 and 2, characterized in that when using the axis drive as an intermediate gear, with only one lock the uncoupling of an axis in push mode or at Braking is possible.