DE3834627C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Differential für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist bekannt, daß in Kraftfahrzeugen die Antriebsräder über ein Differential mit dem Antrieb verbunden werden, um bei Kur­ venfahrten verschiedene Drehzahlen der Räder zuzulassen. Weiter­ hin wird aus demselben Grund bei vierradgetriebenen Fahrzeugen ein zentrales Differential (zwischen den beiden Antriebsachsen) vorgesehen. Bei glatten Straßenverhältnissen tritt das Problem auf, daß eines der Antriebsräder durchdrehen kann und dann auf das andere Antriebsrad kein Antriebsdrehmoment mehr übertragen werden kann.

Aus der JP-GM 61-123250 ist ein Differential bekannt, das einen Schneckentrieb umfaßt, der dann wirksam wird, wenn das Kraft­ fahrzeug um eine Kurve fährt. Wenn das Fahrzeug auf gerader Straße fährt, ist das Getriebe über die Selbsthemmung des Schneckengetriebes gesperrt. Der Aufbau eines solchen Ge­ triebes kann jedoch kompliziert und bei einem niedrigen Wirkungsgrad eines Schneckengetriebes verschleißanfällig sein.

Aus der EP 00 25 499 A2, insbesondere Seiten 7 und 14, ist ein Differential bekannt, das ein drehbar gelagertes Differentialgehäuse, zwei zum Differen­ tialgehäuse drehbar gelagerte Ausgangswellen, zwei Planetenträger, die jeweils drehfest mit einer Ausgangswelle verbunden sind, zwei an verschiedenen Gehäusen befestigte, innere stirn­ verzahnte Seitenzahnräder, zwei miteinander drehfest verbundene im Gehäuse drehbar ge­ lagerte Sonnenräder und auf zwei Plane­ tenträger gelagerte Planeten aufweist, von denen die jeweils in einer Ebene angeord­ neten Planeten mit je einem Seitenzahn­ rad und einem Sonnenrad kämmen. Es ist eine Lamellenkupplung als Sperr­ einrichtung vorgesehen, um das Getriebe bei Bedarf zu sperren. Dann, wenn die Kupplung ausgerückt ist, kann auch bei Geradeausfahrt ein auf glat­ ter Straße laufendes Rad durchdrehen.

Aus der DE-PS 8 50 696 ist ein Differentialgetriebe mit Sperrein­ richtungen bekannt, das gestufte Planeten, Seitenzahnräder sowie ein einziges (gemeinsames) Mittelzahnrad umfaßt. Eine Sperrung kann hier auch durch eine Flüssigkeitsbremsung erfolgen.

Aus der WO 87/07348 ist ein Differential bekannt, bei wel­ chem Planeten, Seitenräder sowie Mittelräder als Ausgleichs­ räder vorgesehen sind. Eine Sperrung des Differentials kann auch hier durch eine Reibungskupplung vorgenommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Differential aufzuzeigen, das mit einfachen Mitteln und hohem Wirkungs­ grad eine begrenzte Sperrwirkung der Ausgangswellen bei Geradeausfahrt aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfin­ dung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Differentials,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Differentials, teilweise mit Wegbrechungen; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Differentials.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 ist ein Differential in einem Differentialträger 1 untergebracht, der ein Differential­ gehäuse 5 aufweist, wobei ein Tellerrad 4 mit Schrauben 6 an einem Flansch 5 f angebracht ist. Ein Antriebsritzel 3 an einem Ende einer Antriebswelle 2 steht mit dem Tellerrad 4 in Eingriff, um die Kraft eines Motors auf das Differential zu übertragen.

Das Differentialgehäuse 5 weist einen Zylinderkörper 5 a und eine Seitenwandscheibe 5 b auf, die an dem Zylinderkörper 5 a mit Schrauben 6 an ihren Flanschen 5 e und 5 f befestigt ist. Naben 5 c und 5 d, die an der Seitenwandscheibe 5 b und dem Zylinderkörper 5 a ausgebildet sind, sind mit Lagern 8 zu beiden Seiten drehbar gelagert, wobei die Lager 8 in Lager­ gehäusen 7 untergebracht sind, die an dem Differentialträger 1 befestigt sind. Antriebsradachsen 12 und 13, die mit Antriebs­ rädern 10 und 11 verbunden sind, sind in den Naben 5 c und 5 d gelagert und mit Öldichtungen 9 abgedichtet.

In dem Differentialgehäuse 5 ist ein ringförmiges Hohl­ rad 20 auf einer Innenwand des Zylinderkörpers 5 a drehbar gelagert. Das Hohlrad 20 hat ein Paar von Innenver­ zahnungen 20 a und 20 b, die sich voneinander in ihrer Zähnezahl unterscheiden. Je ein ringförmiges Seitenzahnrad 21 und 22 ist auf einer Seite des Hohlrades 20 angeordnet und am Zylinderkörper 5 a jeweils mit Stiften 23 befestigt.

Die Anzahl der Zähne des Seitenzahnrades 21 unterscheidet sich von der Anzahl der Zähne des Seitenzahnrades 22. Es sind zwei Planetenträger 25 und 30 vorgesehen, die jeweils einen zylindrischen Abschnitt 25 a bzw. 30 a aufweisen, über welchen sie drehfest mit einem gezahnten Bereich 26 der je­ weiligen Antriebsachse 12 bzw. 13 verbunden sind. Dort sind sie mit Federstiften 27 gesichert.

Die Träger 25 und 30 haben zwei beidseits eines gestuften Planetenrades 24 bzw. 29 angeordnete Trägerplatten 25 b und 30 b, an denen Achsen 28 mit Kraftschluß befestigt sind. Ein gestuftes Planetenrad 24 sitzt drehbar auf der Achse 28. Das Planetenrad 24 hat eine äußere Stufe 24 a, die mit dem Seitenzahnrad 21 kämmt, und eine innere Stufe 24 a′, die mit der Innenverzahnung 20 a des Hohl­ rades 20 kämmt. Die äußere und innere Stufe 24 a, 24 a′ unterscheiden sich voneinander in der Anzahl der Zähne. Drei solcher gestuften Planetenräder 24 sind auf dem Träger 25 in gleichen Winkelabständen in dem Zylinder­ körper 5 a angeordnet.

In gleicher Weise ist ein gestuftes Planetenrad 29 drehbar auf der Achse 28 gestützt. Das Planetenrad 29 hat eine äußere Stufe 29 b, die mit dem Seitenzahnrad 22 kämmt, und eine innere Stufe 29 b′, die mit der Innenverzahnung 20 b des Hohl­ rades 20 in Eingriff steht. Die Stufen 29 b und 29 b′ unterscheiden sich ebenfalls voneinander in der Anzahl der Zähne.

Für den Differentialbetrieb hat das Getriebe eine nachstehend näher erläuterte Funktion. Wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt, drehen sich die bezüglich der Kurve inneren und äußeren Antriebsräder 10 bzw. 11 jeweils um den gleichen Betrag um das Differential in entgegengesetzten Richtungen.

Wenn die Träger 25 und 30 um eine Umdrehung gedreht werden, so können die Drehzahlen na und nb der Innenverzahnungen 20 a und 20 b des Hohlrades 20 folgendermaßen dargestellt werden:

na = 1 - (S 1 · P′ 1/C 1 · P 1)
nb = 1 - (S 2 · P′ 2/C 2 · P 2),

wobei
S 1 = Zähnezahl des Seitenzahnrades 21
C 1 = Zähnezahl der Innenverzahnung 20 a des Hohlrades 20
P 1 = Zähnezahl der äußeren Stufe 24 a
P′ 1 = Zähnezahl der inneren Stufe 24 a′
S 2 = Zähnezahl des Seitenzahnrades 22
C 2 = Zähnezahl der Innenverzahnung 20 b des Hohlrades 20
P 2 = Zähnezahl der äußeren Stufe 29 b und
P′ 2 = Zähnezahl der äußeren Stufe 29 b′.

Wenn die Differenz zwischen den beiden obigen Gleichungen zu Null wird, die Drehzahl na also gleich der Drehzahl nb in derselben Richtung ist, wird der Ausgleichs­ betrieb erreicht. Wenn die Drehzahl eines Rades, um die es sich in die entgegengesetzte Richtung zum anderen Rad dreht, durch einen negativen Drehzahl-Wert repräsentiert wird, so lassen sich die obigen Gleichungen folgendermaßen ausdrücken:

- na - nb = 0
(S 1 · P′ 1/C 1 · P 1) + (S 2 · P′ 2/C 2 · P 2) = 2.

So kann die Zähnezahl der jeweiligen Zahnräder bestimmt werden, um die obige Gleichung zu erfüllen.

Wenn andererseits das Fahrzeug geradeausfährt, so tritt keine Drehung der Zahnräder 24 und 29 auf. Es werden nämlich Kräfte mit verschiedenen Drehzahlen an das Hohlrad 20 über das Differential­ gehäuse 5, die Seitenzahnräder 21 und 22 sowie die gestuften Planetenräder 24 und 29 angelegt. Dementsprechend ist das Hohlrad 20 nicht in der Lage, sich zu drehen, so daß das Getriebe in den Nicht-Ausgleichszustand geht. Somit sind die Zahnräder mit dem Differentialgehäuse 5 so integriert, daß die Kraft in gleicher Weise auf die Antriebsradachsen 12 und 13 übertragen wird.

Im folgenden wird auf Fig. 3 Bezug genommen, die den Aus­ gleichsbetrieb zeigt. Wenn sich die Antriebswelle 2 dreht, dreht das Antriebsritzel 3 das Tellerrad 4 und somit das Differentialgehäuse 5, so daß sich die Seitenzahnräder 21 und 22 drehen und dadurch die Planetenräder 24 und 29 drehen.

Wenn das Fahrzeug eine Kurve nach links fährt, so wird das Antriebsrad 11 auf der Antriebsradachse 13 in einer Richtung gedreht, die mit einem Pfeil angedeutet ist, wobei der Träger 30 dafür sorgt, daß die äußere Stufe 29 b des Planetenrades 29 um die Antriebsradachse 13 herumläuft und sich um die Achse 28 dreht. Infolgedessen sorgt die Innen­ verzahnung 20 b dafür, daß sich das Hohlrad 20 dreht. Wenn die Drehzahl des Antriebsrades 11 den Wert Δ n hat, die Hohlraddrehzahl Δ n′c ist, und das Übersetzungsverhältnis K′ gegeben ist durch

K′ = S 2 · P′ 2/C 2 · P 2,

so ist die Hohlraddrehzahl Δ n′c gegeben durch

Δ n′c = (1 - K′) Δ n.

In gleicher Weise wird das Antriebsrad 10 in der entgegen­ gesetzten Richtung bezüglich des Differentials gedreht, und das Planetenrad 24 wird vom Träger 25 gedreht, so daß das Hohlrad 20 gedreht wird. Wenn die Drehzahl des Antriebs­ rades 10 gegeben ist durch - Δ n, die Hohlraddrehzahl Δ nc beträgt, so ist das Übersetzungsverhältnis K gegeben durch

K = S 1 · P′ 1/C 1 · P 1,

und die Hohlraddrehzahl Δ nc ist gegeben durch

Δ nc = -(1 - K) Δ n.

Da festgestellt wird, daß K + K′ = 2 ist, wird die Gleichung ersetzt durch

Δ nc = (1 - K′) Δ n.

Somit wird

Δ n′c = Δ nc

erhalten, was einen glatten Differentialausgleichsbetrieb ergibt.

Bei Geradeausfahrt ist jedes der gestuften Planetenräder 24 und 29 der Drehkraft des Differentialgehäuses 5 über die Seiten­ zahnräder 21 und 22 ausgesetzt. Jedoch sind die Drehzahlen der beiden Planetenräder, die mit dem Hohlrad 20 kämmen, voneinander verschieden. Wegen der beidseitig verschiedenen Über­ setzungsverhältnisse steht das Hohlrad 20 relativ zum Gehäuse 5. Somit ist der Getriebezug gesperrt, so daß die Antriebsradachsen 12 und 13 fest mit dem Differentialgehäuse 5 in Eingriff stehen und sich gemeinsam drehen.

Wenn weiterhin beispielsweise das Antriebsrad 10 während der Fahrt des Fahrzeugs auf eine rutschige Stelle kommt, versucht der Träger 25 seine Drehbewegung gegenüber dem Differentialgehäuse zu ändern. Da aber die Radien r 1 und r 1′ der Wälzkreise der jeweiligen Stufen 24 a und 24 a′ der Planetenräder 24, 29 nur geringfügig voneinander abweichen, werden beide Antriebsradachsen 12, 13 weiterhin angetrieben. Dementsprechend werden die Relativ­ drehzahlen der Planetenträger 25, 30 zum Differentialgehäuse 5 eingeschränkt.

In gleicher Weise wird die Drehung des Trägers 25 eingeschränkt, so daß die Kraft auf das Antriebsrad 11 übertragen wird.

Der Differentialausgleichsvorgang wird bei der Kurvenfahrt durchgeführt, ohne eine Einschränkung durch Reibung vorzunehmen. Bei der Geradeausfahrt ist das Differential gesperrt, so daß das Fahrverhalten verbessert wird.

Claims (4)

1. Differential für ein Kraftfahrzeug, umfassend

• - ein drehbar gelagertes und antreibbares Differentialge­ häuse (5),
• - ein Paar von Ausgangswellen (12, 13), die in dem Diffe­ rentialgehäuse (5) drehbar gelagert sind,
• - ein Paar von Planetenträgern (25, 30), die in dem Diffe­ rentialgehäuse (5) drehbar gelagert und jeweils mit einer der Ausgangswellen (12, 13) drehfest verbunden sind,
• - zwei gehäusefeste, innen stirnverzahnte Seitenzahnräder (21, 22),
• - ein im Differentialgehäuse (5) drehbar gelagertes innen­ verzahntes Hohlrad (20),
• - ein Paar von Planetenrädern (24, 29), die je­ weils
  • - eine gestufte Verzahnung (24 a, 24 a′; 29 b, 29 b′) auf­ weisen,
  • - in einem der Planetenträger (25, 30) drehbar gelagert sind,
  • - mit ihrer im Gehäuse (5) äußeren Verzahnung (24 a, 29 b) mit dem jeweiligen Seitenzahnrad (21, 22) kämmen, und
  • - mit ihren inneren Verzahnungen (24 a′, 29 b′) mit dem innenverzahnten Hohlrad (20) kämmen.

2. Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Wälzkreises der inneren Stufe (24 a′) des einen Planetenrades (24) zum Wälzkreis der damit kämmenden einen Verzahnung (20 a) des gelagerten Hohlrades (20) von dem Verhältnis des Wälzkreises der der inneren Stufe (29 b′) des anderen Planetenrades (29) zum Wälzkreis der damit in Eingriff stehenden Verzah­ nung (20 b) des drehbar gestützten Hohlrades (20) abweicht.

3. Differential nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (20) zwei voneinander getrennte innere Verzahnungen (20 a, 20 b) aufweist, die jeweils mit einer der gehäuseinneren Verzahnungen (24 a′, 29 b′) der gestuften Planetenräder (24, 29) kämmen.

4. Differential nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne folgende Gleichung erfüllen: (S 1/C 1) (P′ 1/P 1) + (S 2/C 2) (P′ 2/P 2) = 2wobei
S 1 = Zähnezahl des einen Seitenzahnrades (21),
S 2 = Zähnezahl des anderen Seitenzahnrades (22),
C 1 = Zähnezahl (20 a) des Hohlrades (20), die mit dem einen Planetenrad (24) kämmt,
C 2 = Zähnezahl (20 b) des Hohlrades (20), die mit dem anderen Planetenrad (29) in Eingriff steht,
P′ 1 = Zähnezahl des einen Planeten (24), die mit dem einen Seitenrad (21) kämmt,
P 1 = Zähnezahl des einen Planeten (24), die mit dem Hohlrad (20) in Eingriff steht,
P′ 2 = Zähnezahl des anderen Planeten (29), die mit dem anderen Seitenrad (22) kämmt und
P 2 = Zähnezahl des anderen Planeten (29), die mit dem Hohlrad (20) in Eingriff steht.