DE3835752A1

DE3835752A1 - Kettenfahrzeug mit einem epizyklischen lenkdifferential

Info

Publication number: DE3835752A1
Application number: DE3835752A
Authority: DE
Inventors: Barbagli Rino Oreste; Giorgio De Castelli
Original assignee: FiatGeotech SpA
Current assignee: FiatGeotech SpA
Priority date: 1988-10-20
Filing date: 1988-10-20
Publication date: 1990-04-26
Also published as: US5004060A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kettenfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine, einem epizyklischen von der Maschine angetriebenen Lenkdifferential zum Drehen der Antriebsräder und einem umkehrbaren, dem Differential zum Betrieb der Lenkung des Fahrzeugs zugeordneten Hilfsmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Fahrzeugen der oben beschriebenen Art wird das Fahrzeug durch die Drehung des Hilfsmotors im einen oder anderen Sinn, der auf die Eingangswelle des Differentials einwirkt, mit beträchtlich weniger Energieverlust als bei üblichen bekannten epizyklischen oder Bremsen- und Kupplungslenk systemen nach rechts oder links gelenkt.

Andererseits sind Systeme mit epizyklischen Lenkdifferen tialen sehr komplex und voluminös und umfassen eine große Anzahl zugeordneter epizyklischer Getriebezüge.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kettenfahr zeug mit einem epizyklischen Lenkdifferential zu schaffen, das nicht die oben erwähnten Nachteile aufweist und welches einfach, kompakt und billig herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird ein Lenkdifferential geschaffen, welches einen ersten und einen zweiten epizyklischen Getriebezug aufweist, die eine gemeinsame mittlere Achse haben, wobei jeder Getriebezug mit drei gegenseitig zusammenwirkenden Elementen (ein Sonnenzahnrad, ein Planetenträger, ein Ring zahnrad) versehen ist. Die Verbrennungskraftmaschine treibt das Differential entsprechend mit zwei ersten Elementen (einem Ringzahnrad und einem Planetenträger) des ersten bzw. zweiten epizyklischen Getriebezugs an, die um die Mittelachse miteinander drehbar befestigt sind; der Hilfs motor ist dem Differential mit zwei zweiten Planetenelemen ten des ersten und zweiten epizyklischen Getriebezugs zuge ordnet, die um die Mittelachse miteinander drehbar befestigt sind; das Differential dreht die Antriebsräder entsprechend mit zwei dritten Elementen des ersten bzw. zweiten epizykli schen Getriebezugs; und Geschwindigkeitsuntersetzungsein richtungen sind zwischen den dritten Elementen und den An triebsrädern für einen Rückausgleich der Antriebsdrehmomente und der Drehbeträge angeordnet.

Aufgrund der obigen Merkmale wird der Antriebsdrehmomentein gang zum Differential auf zwei Elemente der Getriebezüge verteilt, die miteinander drehbar befestigt sind und ein sehr zuverlässiges Differential bilden. Die zwei zweiten Elemente, die vom Hilfsmotor gedreht werden, erfordern kein Abbremsen, wenn der Hilfsmotor angehalten wird, da sie sich mit den entgegengesetzten Drehkräften zwischen sich im Gleichgewicht befinden, wenn das Fahrzeug auf einer geraden Linie fährt, wobei gleiche Drehmomente an den Antriebsrädern erforderlich sind.

Das Lenkdifferential des Fahrzeugs gemäß der Erfindung erfor dert keine Verwendung von Bremsen oder Kupplungen zum Lenken des Fahrzeugs, welches einer wirkungsvollen Übertragung des Antriebsdrehmoments auf die Ketten zugute kommt, auch beim Nichtgeradeausfahren.

Vorzugsweise sind die ersten zwei Elemente der Getriebezüge das Ringzahnrad des ersten Getriebezugs bzw. der Planeten träger des zweiten Getriebezugs und die zweiten zwei Ele mente die entsprechenden Sonnenräder des ersten und zweiten Getriebezugs.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht zur Dar stellung eines mit einem Übertragungssystem ver sehenen Kettenfahrzeugs;

Fig. 2 ein Blockdiagramm des Übertragungssystems des Fahrzeugs gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Aufsicht des Differentials von Fig. 1-2;

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Fig. 3 ähnlichen Differentials;

Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie V-V in Fig. 3-4, wobei das Differential sich in dem Zustand zum Geradeauslauf des Fahrzeugs befindet;

Fig. 6 eine Schnittansicht längs der Linie VI-VI in Fig. 3-4, wobei sich das Differential in einem Zustand zum Geradeauslauf des Fahrzeugs befindet;

Fig. 7 eine Fig. 5 ähnliche Ansicht zur Darstellung des Differentials in einem Zustand beim Lenken des Fahrzeugs nach links;

Fig. 8 eine Fig. 6 ähnliche Ansicht zur Darstellung des Differentials in einem Zustand zum Lenken des Fahrzeugs nach links;

Fig. 9 eine teilweise geschnittene Aufsicht des Differen tials entsprechend dem Diagramm von Fig. 3;

Fig. 10 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausfüh rungsform eines Differentials; und

Fig. 11 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausfüh rungsform des Lenkdifferentials.

In den Figuren ist ein Übertragungssystem für Kettenfahrzeuge allgemein mit 10 bezeichnet und umfaßt einen Getriebekasten 12, der mit einer Verbrennungskraftmaschine 14 verbunden ist, ein mit dem Getriebekasten 12 mittels einer Übertragungswelle 42 verbundenes Differential 16 und ein Paar Untersetzungsge triebeeinheiten 20, die zwischen dem Differential 16 und den Antriebsrädern R angeordnet sind. Das Differential 16 ist betriebsmäßig am Punkt 22 mit einem Hydraulikmotor I verbun den, der mittels einer Hydraulikpumpe P angetrieben wird, die wiederum von der Verbrennungskraftmaschine 14 über einen Hydraulikkreis F angetrieben wird.

Wie im folgenden erläutert wird, sorgt der umkehrbare Hydrau likmotor I für die Lenkung des Kettenfahrzeugs durch die Differentiation der Geschwindigkeiten der Antriebsräder R und der zugeordneten Ketten C.

Das Differential 16 umfaßt ein Gehäuse 24, das fest mit dem Aufbau bzw. dem Chassis des Fahrzeugs verbunden ist und erste und zweite epizyklische Getriebezüge A bzw. B aufweist, die eine gemeinsame mittlere Achse X-X haben. Der erste epizykli sche Getriebezug A besteht aus einem mittleren Sonnenrad 26, einem Planetenträger 28, von dem Planetenträger 28 drehbar gelagerte Planetenräder 30, die mit dem Sonnenrad 26 kämmen, und aus einem innen verzahnten Ringrad 32, das mit den Plane tenrädern 30 kämmt. Ähnlich umfaßt der zweite epizyklische Getriebezug B ein mittleres Sonnenrad 34, einen Planetenträ ger 36, der Planetenräder 38 drehbar lagert, und ein innen verzahntes Ringrad 49.

Der Planetenträger 28 dreht sich um die Achse X-X mittels der Antriebswelle 42, die in Längsrichtung des Kettenfahr zeugs angeordnet ist, an der eine Bremse F befestigt ist. Der Planetenträger 28 des ersten epizyklischen Getriebezugs A ist drehbar mit dem Ringrad 49 des zweiten epizyklischen Getriebezugs B verbunden. Weiter ist das Sonnenrad 26 des ersten Getriebezugs A fest mit dem Sonnenrad 34 des zweiten Getriebezugs B verbunden, und beide werden durch den Hydrau likmotor I mittels einer Antriebswelle 43 gedreht. Das Ring rad 32 des ersten Getriebezugs A ist drehbar mit einem Kegel zahnrad 32 a verbunden, das mit einem entsprechenden Kegel zahnrad 33 kämmt, das auf einer ersten Ausgangswelle 35 auf gekeilt ist, wobei die Welle 35 relativ zum Gehäuse 24 des Differentials drehbar angeordnet ist und eine der Unterset zungsgetriebeeinheiten 20 antreibt. In ähnlicher Weise ist ein Kegelzahnrad 36 a auf dem Planetenträger 36 des zweiten Getriebezugs B gekeilt und arbeitet mit einem entsprechenden Kegelzahnrad 37 zusammen, das auf einer zweiten Ausgangswelle 39 des Differentials 16 aufgekeilt ist und zum Antrieb einer der Untersetzungsgetriebeeinheiten 20 geeignet ist, die einer der Ketten C zugeordnet ist.

Das in Fig. 4 dargestellte Differential ist dem in Fig. 3 dargestellten ähnlich, wobei der einzige wesentliche Unter schied darin besteht, daß die gemeinsame Achse X-X der zwei Getriebezüge A und B quer zur von der Maschine 14 angetrie benen Welle 42 angeordnet ist. In Fig. 4 sind die gleichen Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die An triebswelle 42 dreht den Planetenträger 28 des ersten Ge triebezugs A und das Ringrad 49 des zweiten Getriebezugs B gleichzeitig mittels eines Paares Kegelzahnrädern 42 a. Der Antrieb von dem Differential 16 dient als Ausgang zu den Untersetzungsgetriebeeinheiten 20 entsprechend mit dem Zahn rad 32 a, das drehbar mit dem Ringrad 32 des ersten Getriebe zugs A verbunden ist. Ähnlich ist das Zahnrad 36 a zum An trieb der entsprechenden Untersetzungsgetriebeeinheiten 20 am Planetenträger 36 des zweiten Getriebezugs B koaxial zur Achse X-X mittels einer Hohlwelle 13 verkeilt. Die mit dem Hydraulikmotor I verbundene Antriebswelle 43 ist zur koaxia len Drehung mit der Hohlwelle 13 befestigt.

In Fig. 5 ist der tangentiale Geschwindigkeitseingang zum Differential 16 entsprechend dem Ringrad 49 des zweiten Ge triebezugs B als V ₁ bezeichnet; ähnlich ist die Tangential geschwindigkeit des Planetenträgers 36 des zweiten Getriebe zugs B als V ₂ bezeichnet. In der gleichen Weise bezeichnet V ₃ in Fig. 6 die Tangentialgeschwindigkeit des Ringrads 32, das von den Planetenrädern 30 gedreht wird, die vom Planeten träger 28 getragen werden, der eine Tangentialgeschwindigkeit V ₄ aufweist. Der in Fig. 5 und 6 dargestellte Zustand bezieht sich auf den Geradeauslauf des Fahrzeugs, wobei die Sonnen räder 26 und 34 stationär sind und Anlaß zu gleichen entge gengesetzten Reaktionsdrehmomenten geben (wobei für die Ketten C gleiche Drehmomente erforderlich sind). In diesem Fall unterliegt der Hydraulikmotor I keiner Reaktionskraft. Da die Winkelgeschwindigkeiten der Drehung des Ringrads 32 des ersten Getriebezugs A und des Planetenträgers 36 des zweiten Getriebezugs B voneinander unterschiedlich sind, müssen die Kegel- oder Stirnräder zusammen mit den Unter setzungsgetriebeeinheiten 20 einen gleichen Drehbetrag der Antriebsräder R sicherstellen.

Fig. 7 bis 8, die den Fig. 5 und 6 ähnlich sind, zeigen den Zustand des Differentials 16 beim Lenken nach links, wobei ein Lenkradius relativ zur Mittellinie des Fahrzeugs gleich der Hälfte des Bereichs vorliegt (innere Kette angehalten). Um dieses Lenken zu erreichen, muß der reversible Hydraulik motor I die Sonnenräder 34 und 26 mit einer Tangentialge schwindigkeit V ₅ drehen, die in einem vorbestimmten Verhält nis zur Tangentialgeschwindigkeit V ₃ des Ringrads 32 des zweiten Getriebezugs B steht. Die Drehgeschwindigkeit des Planetenträgers 36 des zweiten epizyklischen Getriebezugs B wird somit aufgehoben (die Drehung der Planetenräder 38 um sich selbst ist mittels des Pfeils S in Fig. 7 dargestellt). Die linke Kette wird somit angehalten. Die Geschwindigkeit V ₅ des Sonnenrads 26 des ersten Getriebezugs A bewirkt eine Steigerung der Geschwindigkeit des Ringrads 32 des ersten Getriebezugs A mit einer entsprechenden Verdoppelung der Tangentialgeschwindigkeit V ₃ des Ringrads 32. Hierdurch wird die Vorwärtsgeschwindigkeit der rechten Spur in bezug auf den Geradeauslauf verdoppelt, wodurch das gewünschte Lenken erreicht wird.

Fig. 9 zeigt ein Differential 16, das dem Diagramm gemäß Fig. 3 entspricht. Die Antriebswelle 42 ist relativ zum Gehäuse 24 des Differentials unter Zwischenanordnung der zylindrischen Rollenlager 50 drehbar befestigt und ein Punkt 51 mit dem Planetenträger 28 verkeilt, der drei Stifte 52, die im Abstand von 120° zueinander angeordnet sind, trägt, an denen die Planetenräder 30 unter Zwischenanordnung von Rollenlagern 53 befestigt sind. Der Planetenträger 28 ist bei Punkt 54 mit dem innenverzahnten Ring 49 verkeilt, der dem Ringrad 32 zugewandt ist und mit den Planetenrädern 28 zusammenwirkt. Letztere sind drehbar auf Stiften 55 befe stigt, die fest am Planetenträger 36 befestigt sind, der einen rohrförmigen Abschnitt 36 b und einen Abschnitt 36 a aufweist, der als ein Ringkegelrad ausgebildet ist. Der Planetenträger 36 ist relativ zum Gehäuse 24 unter Zwischen anordnung von Schrägrollenlagern 56 drehbar befestigt.

Die beim Punkt 43 a mit dem Hydraulikmotor I verbundene An triebswelle 43 ist entsprechend mit dem rohrförmigen Ab schnitt 36 b des Planetenträgers 36 eingesetzt, und zwei die Sonnenräder 26 und 34 bildenden Zahnräder sind daran ver keilt. Die Planetenräder 30 des ersten epizyklischen Getrie bezugs A kämmen mit dem Ringrad 32, das bei Punkt 57 mit einem rohrförmigen Element 58 verkeilt ist, das koaxial zur Welle 42 relativ zum Gehäuse 24 des Differentials 16 drehbar befestigt ist, wobei Schrägrollenlager 59 dazwischen ange ordnet sind. Das rohrförmige Element 58 hat einen Abschnitt 32 a, welcher als Kegelritzel ausgebildet ist und mit dem entsprechenden Ringkegelrad 33 kämmt, das drehbar mit der Nabe 35 befestigt ist, die relativ zum Differentialgehäuse 24 drehbar befestigt ist, wobei Schrägrollenlager 60 dazwi schen angeordnet sind. Ähnlich kämmt der Ringkegelradab schnitt 36 a des Planetenträgers 36 mit dem entsprechenden Ringkegelrad 37, das mit der Nabe 39 verkeilt ist, die rela tiv zum Differentialgehäuse 24 drehbar befestigt ist, wobei Schrägrollenlager 61 dazwischen angeordnet sind.

Fig. 10 und 11 zeigen weitere Ausführungsformen des Differen tials 16. In Fig. 10 sind zwei Stirnräder 32 a und 36 a, die einen Teil des Differentials bilden, nicht jeweils an jedem Ausgang des Differentials 16 angeordnet, sondern beide sind an einem einzigen Ausgang angeordnet und kämmen miteinander, um die Geschwindigkeitsberichtigung des Ausgangs zu den Untersetzungsgetriebeeinheiten 20 zu erreichen, und um eben falls den Antriebssinn zu berichtigen, da die Ausgangssinne der zwei Getriebezüge A und B bei diesem Zustand unterschied lich sind. Bei dieser Lösung findet der Antriebseingang mittels der Welle 42 mittels eines Kegelritzels 42 b statt, das den Antrieb auf die Planetenräder 26 und 34 überträgt. Der Planetenträger 36 des zweiten Getriebezugs B und des Ringrads 32 des ersten Getriebezugs A werden mittels des Hydraulikmotors I mittels eines Kegelritzels 65 gedreht. Bei der Lösung gemäß Fig. 10 werden wiederum die Verhältnisse der zwei epizyklischen Getriebezüge A und B geeignet entspre chend dem Verhältnis zwischen den Rädern 32 a und 36 a bestimmt, wobei die Reaktionsdrehmomente des Planetenträgers 36 des zweiten Getriebezugs B und des Ringrads 32 des ersten Ge triebezugs A entgegengesetzt gleich sind (für gegebene glei che Drehmomente an den Ketten C), so daß Reaktionen auf den umkehrbaren Hydraulikmotor I vermieden werden.

Die in Fig. 11 dargestellte Ausführungsform entspricht der von Fig. 10 und unterscheidet sich von letzterer in der unterschiedlichen Anordnung der epizyklischen Getriebezüge A und B, die so angeordnet sind, daß die Achse X-X mit der Achse der Eingangswelle 42 zusammenfällt. Die Ausgänge der Untersetzungsgetriebeeinheiten 20 sind entsprechend den Kegelrädern 67 und 66 angeordnet, die mit entsprechenden Ringkegelrädern 32 a und 36 a kämmen, die am Ringrad 49 des zweiten Getriebezugs B bzw. am Planetenträger 28 des ersten Getriebezugs A verkeilt sind.

Wenn bei den in Fig. 3 bis 4 dargestellten Ausführungsformen die Anzahl der Zähne des dem Getriebezug B zugeordneten Stirn- oder Kegelrads 36 a N _r′ ist, die Anzahl der Zähne des dem Getriebezug A zugeordneten Stirn- oder Kegelrads 32 a N _r′′ ist und die Anzahl der Zähne der Elemente der epizykli schen Getriebezüge N _x ist (wobei x das Bezugszeichen der entsprechenden Elemente darstellt), so muß folgende Gleichung für einen korrekten kinematischen Betrieb des Differentials 16 erfüllt sein:

Ähnlich gilt für die Ausführungsformen der Fig. 10 bis 11 folgende Gleichung:

Alle oben beschriebenen Ausführungsformen des Differentials 16 haben die gleichen Betriebseigenschaften. Bei angehaltenem umkehrbaren Hydraulikmotor I fährt das Fahrzeug geradeaus. Wenn gleiche Drehmomente an den Ketten C benötigt werden, wirkt auf den reversiblen Hydraulikmotor I ein Drehmoment von Null. Die mit den zwei unterschiedlichen Elementen der zwei Getriebezüge A und B verbundene Rotation des Hydraulik motors I bewirkt ein Lenken nach rechts oder nach links in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Hydraulikmotors ohne Energieverlust, wobei die Geschwindigkeit der inneren Kette vermindert und die der äußeren Kette gleichzeitig vergrößert wird, wobei die mittlere Geschwindigkeit des Fahrzeugs ent sprechend beibehalten wird. Der mittlere Lenkradius hängt sowohl von dem Drehbetrag des Hydraulikmotors I und von der mittleren Geschwindigkeit des Fahrzeugs ab. Wenn der Dreh betrag bzw. die Drehgeschwindigkeit des Hydraulikmotors I konstant gehalten wird, nimmt der Lenkradius des Fahrzeugs ab, wenn die mittlere Geschwindigkeit abnimmt, d.h., bei einer mittleren Geschwindigkeit von Null dreht sich das Fahrzeug um sich selbst, da die Ketten sich entgegengesetzt drehen.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß das Prinzip der Erfin dung beibehalten wird und die Ausführungsformen und konstruk tiven Einzelheiten hinsichtlich der beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten leicht abgeändert werden können, ohne sich aus dem Erfindungsbereich zu bewegen.

Claims

1. Kettenfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine, einem von der Maschine angetriebenen epizyklischen Lenk differential zum Drehen der Antriebsräder und einem um kehrbaren, dem Differential zum Betrieb der Lenkung des Fahrzeugs zugeordneten Hilfsmotor, dadurch gekennzeichnet,
daß das Differential (16) einen ersten und einen zweiten epizyklischen Getriebezug (A, B) mit einer gemeinsamen mitt leren Achse (X-X) und mit jeweils drei gegenseitig zusam menarbeitenden Elementen (26, 34, 28, 36, 33, 49) umfaßt,
daß die Verbrennungskraftmaschine (14) das Differential entsprechend den zwei ersten Elementen des ersten (A) bzw. zweiten (B) epizyklischen Getriebezugs antreibt, die um die Mittelachse (X-X) miteinander drehbar befestigt sind,
daß der Hilfsmotor (I) dem Differential mit zwei zweiten Elementen des ersten bzw. zweiten epizyklischen Getriebe zugs (A, B) zugeordnet ist, die um die Mittelachse (X-X) miteinander drehbar befestigt sind,
daß das Differential (16) die Antriebsräder (R) entspre chend mit zwei dritten Elementen des ersten (A) bzw. zwei ten (B) epizyklischen Getriebezugs dreht, und
daß Geschwindigkeitsuntersetzungseinrichtungen (20) zwischen den dritten Elementen und den Antriebsrädern (R) angeordnet sind.

2. Kettenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten zwei Elemente der Planetenträger (28) des ersten Getriebezugs (A) bzw. das Ringzahnrad (49) des zwei ten Getriebezugs (B) ist, und daß die zweiten zwei Elemente die entsprechenden Sonnenräder (26, 34) des ersten und zwei ten Getriebezugs (A, B) sind.

3. Kettenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten zwei Elemente die entsprechenden Sonnenräder (26, 34) des ersten und zweiten Getriebezugs (A,B) sind, und daß die zweiten zwei Elemente das Ringzahnrad (32) des ersten Getriebezugs (A) bzw. der Planetenträger (36) des zweiten Getriebezugs (B) sind.

4. Kettenfahrzeug nach Anspruch 2, wobei das Differential ein am Fahrzeugchassis befestigtes Gehäuse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Differential umfaßt:
eine erste, im wesentlichen in Längsrichtung des Fahrzeugs angeordnete Welle (42), die vom Gehäuse (24) drehbar gelagert ist, von der Verbrennungskraftmaschine (14) angetrieben wird und mit dem Planetenträger (28) des ersten Getriebezugs (A) und dem Ringzahnrad (49) des zweiten Getriebezugs (B) ver keilt ist,
eine zweite, koaxial zur ersten Welle (42) angeordnete Welle (43), die relativ zum Gehäuse (24) drehbar befestigt ist, von dem Hilfsmotor (I) gedreht wird und an der die entspre chenden Sonnenräder (26, 34) des ersten und zweiten Getriebe zugs (A, B) verkeilt sind,
ein erstes, vom Gehäuse (24) drehbar, koaxial zur ersten Welle (42) gelagertes und mit dem Ringrad (32) des ersten Getriebezugs (A) verkeiltes Kegelzahnrad (32 a),
ein zweites, vom Gehäuse (24) drehbar, koaxial zur zweiten Welle (43) gelagertes und mit dem Planetenträger (36) des zweiten Getriebezugs (B) verkeiltes Kegelzahnrad (36 a),
ein Paar vom Gehäuse (24) drehbar um eine Achse quer zur Achse (X-X) der ersten und zweiten Wellen (42, 43) gelagerter Naben (35) zum Drehen der Antriebsräder (R), und
ein Paar mit den Naben (35) verkeilter Ringkegelräder (33, 37), die mit dem ersten Kegelzahnrad (32 a) bzw. dem zweiten Kegelzahnrad (36 a) kämmen.