DE3927071C2 - Differentialgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Differentialgetriebe mit einem Differentialkorb, in dem Planetenräder und ein Paar Sonnenräder laufen, wobei die Sonnenräder über eine Druckeinrichtung gegen Anlaufflächen gedrückt werden.

Aus der AT/EP 01 30 806 ist ein Differentialgetriebe bekannt, dessen Sonnenräder mittels eines Federpaketes, das zwischen den Sonnenrädern angeordnet ist, nach außen gegen Anlaufflächen gedrückt werden.

Die US 2 778 245 offenbart ein Differentialgetriebe, das eine Druckeinrichtung aufweist, die im Differentialkorb des Getriebes angeordnet ist und die direkt eine nach innen gerichtete Druckkraft auf die Sonnenräder ausübt.

Aus der JP-GM-OS Nr. 60-500 009 ist ein weiteres Differentialgetriebe dieser Art bekannt. Dieses bekannte, in der beige­ fügten Fig. 11 gezeigte Getriebe umfaßt eine linke Achswelle 2L und eine rechte Achswelle 2R, die drehbar und koaxial zu­ einander in den Differentialkorb 1 eingesetzt sind. Ein lin­ kes und ein rechtes Sonnenrad 3L bzw. 3R ist über eine Keilnut­ verbindung mit der linken bzw. rechten Achswelle 2L bzw. 2R in Eingriff. Mehrere linke Planetenräder 4L und mehrere rech­ te Planetenräder 4R sind frei drehbar in den Differential­ korb 1 eingebaut und kämmen jeweils mit dem linken bzw. rech­ ten Sonnenrad 3L bzw. 3R. Ein Druckelement 5 ist zwischen dem linken und rechten Sonnenrad 3L, 3R angeordnet. Zwischen dem linken Sonnenrad 3L und der Innenwand des Differentialkorbs 1 befindet sich ein Drucklager 6, während zwischen dem rechten Sonnenrad 3R und der Innenwand des Differentialkorbs 1 ein Abstandshalter 7 angeordnet ist. Die Zähne des linken sowie rechten Sonnenrades 3L, 3R verlaufen schräg in der gleichen Rich­ tung.

Dieses herkömmliche Getriebe überträgt das durch das Teller­ rad 8 dem Differentialkorb 1 vermittelte Drehmoment über die Planetenräder 4L, 4R und die Sonnenräder 3L, 3R auf die linke sowie rechte Achswelle 2L und 2R, so daß die an den Achswellen befindlichen Fahrzeugräder zum Drehen gebracht werden.

Wenn das Fahrzeug geradeaus fährt, so drehen wegen der gleichen Drehung beider Fahrzeugräder der Differentialkorb 1, die Planetenräder 4L, 4R und die Sonnenräder 3L, 3R als Einheit, wobei das Drehmoment vom Tellerrad 1 gleichförmig verteilt wird und eine Relativdrehung zwischen allen Bauteilen sowie zwischen der linken und rechten Achswelle 2L, 2R nicht auf­ tritt.

Ist jedoch ein Unterschied in der Drehung der beiden Fahr­ zeugräder vorhanden, beispielsweise bei einer Kurvenfahrt, und tritt ein Unterschied in der Reibung zwischen den beiden Fahrzeugrädern auf, beispielsweise bei einem Schlupfen eines Rades auf einer mit Schlamm oder Schnee bedeckten Straße, so wird das vom Tellerrad 8 vermittelte Drehmoment in geeigne­ ter, passender Weise auf die linke und rechte Achswelle 2L, 2R durch die miteinander kämmenden linken und rechten Planetenräder 4L, 4R verteilt, so daß die Relativdrehungen zwi­ schen den Sonnenrädern 3L, 3R und zwischen diesen Sonnenrädern 3L, 3R sowie dem Differentialkorb 1 eintreten können. Demzufolge tritt an den Zahnflanken zwischen den Planetenrädern 4L, 4R und den Sonnenrädern 3L, 3R sowie an den Reibflächen zwischen den Sonnenrädern 3L, 3R und dem Druckelement 5 bzw. zwischen den Sonnenrädern und dem Drucklager 6 bzw. dem Abstandshalter 7 ein Reibungsdrehmoment auf, und durch das Drehmoment wird bei dem herkömmlichen Getriebe die Beziehung zwi­ schen dem Achswellen-Drehmoment T₁ auf der Seite mit höherer Drehzahl (schnellere Seite) und dem Achswellen-Drehmoment T₂ auf der Seite mit der niedrigeren Drehzahl (langsamere Seite) folgende:

T₂ = t · T₁,

worin t das Verhältnis der Drehmomente T₁ und T₂ ist.

Demzufolge ist bei dem herkömmlichen Getriebe, wenn das Achs­ wellen-Drehmoment auf der schnelleren Seite T₁ gleich 0 ist, das Achswellen-Drehmoment auf der langsameren Seite T₂ eben­ falls gleich 0. Wenn nun beispielsweise das Fahrzeugrad in ein Loch abgefallen ist und gänzlich in der Luft hängt, so dreht das Rad in der Luft, wobei sein Widerstand gleich 0 ist. Als Ergebnis dessen ist auch das Achswellen-Drehmoment des anderen Rades gleich 0, so daß das Fahrzeug nicht aus dem in der Luft hängenden Zustand herauskommen kann. Das beruht darauf, daß der Radwiderstand bei dem Hängen in der Luft 0 ist und die Reaktionskraft von dem Sonnenrad auf der Radseite verlorengeht, weshalb das Drehmoment vom Tellerrad auf das Sonnenrad auf der in der Luft hängenden Seite übertra­ gen wird.

Dem Anmeldungsgegenstand liegt die Aufgabe zugrunde, ein Differentialgetriebe geringer Baubreite zu schaffen, dessen Restantriebsmomente mit geringem konstruktiven Aufwand variiert werden können.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Gestaltung des Differentialgetriebes mit der Dreifachanordnung der Druckscheiben erlaubt eine besonders einfache Veränderung der Restantriebsmomente.

Durch die Erfindung wird somit ein Differentialgetriebe der Schneckengetriebe-Bauart geschaffen, das von den Nachteilen und Mängeln des herkömmlichen, oben geschilderten Getriebes frei ist und die gestellte Aufgabe löst.

Weitere Ziele der Erfindung wie auch die Merkmale und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden aus der auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsfor­ men deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Differentialgetriebes in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 2 den Längsschnitt nach der Linie II-II in der Fig. 1;

Fig. 3 ein Schema zum Getriebe von Fig. 1;

Fig. 4 ein Diagramm zu Kennwerten des Getriebes von Fig. 1;

Fig. 5 ein Schema eines Getriebes in einer zweiten Ausfüh­ rungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 6 ein Diagramm zu Kennwerten des Getriebes von Fig. 5;

Fig. 7 ein Schema eines Getriebes in einer dritten Ausfüh­ rungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 8 ein Diagramm zu Kennwerten des Getriebes von Fig. 7;

Fig. 9 einen Längsschnitt eines Getriebes in einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 10 einen Längsschnitt eines Getriebes in einer fünften erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 11 ein herkömmliches Differentialgetriebe im Längsschnitt.

Gemäß Fig. 1 umfaßt ein Getriebe nach der Erfindung einen Differentialkorb 11 und im Inneren dieses Korbs 11 jeweils paarweise angeordnete linke und rechte Planetenräder 12L sowie 12R, die im Korb 11 frei drehbar gelagert sind, wobei die Achse eines jeden Schneckenrades rechtwinklig zur Mittel­ achse des Korbs 11 liegt. Planetenradzähne 12La und 12Ra sind miteinander in Eingriff, so daß die Schneckenräder zusammen drehen. Im Korb 11 sind koaxial zu diesem und zueinander ein linkes sowie rechtes Sonnenrad 13L, 13R angeordnet, deren am Außenumfang befindliche Zähne 13La, 13Ra mit den Zähnen 12Lb, 12Rb der Planetenräder 12L und 12R in Eingriff sind. Am In­ nenumfang der Sonnenräder 13L, 13R ausgebildete Keilprofile 13Lb, 13Rb sind mit der (nicht dargestellten) linken bzw. rechten Achswelle in Eingriff.

Zwischen dem linken Sonnenrad 13L und dem rechten Sonnenrad 13R sind Druckscheiben 14a, 14b und 14c angeordnet. Druck­ scheiben 15a und 15b befinden sich zwischen der linken Schnec­ ke 13L und der Innenwandfläche des Differentialkorbs 11. Gleicherweise liegen Druckscheiben 16a und 16b zwischen dem rechten Sonnenrad 13R und der Innenwand des Differentialkorbs 11. Dieser Aufbau entspricht weitgehend dem Aufbau des bekannten Differentialgetriebes.

In den Innenwänden des Differentialkorbs 11 sind den Rückseiten der Druck­ scheiben 15a und 16a zugewandte Sacklöcher 11A sowie 11B für Federn ausgebildet, und zwar werden üblicherweise acht bis zehn Löcher vorgesehen, die in Umfangsrichtung gleiche Abstän­ de zueinander haben. Schraubenfedern 17L und 17R werden im komprimierten oder vorgespannten Zustand in die Löcher 11A, 11B eingesetzt, wobei jede Feder 17L, 17R jeweils die Druck­ scheiben 15a, 15b bzw. 16a, 16b gegen die zugeordneten Sonnenräder 13L, 13R hin drückt.

Bei diesem Differentialgetriebe wird wie bei dem geschilder­ ten herkömmlichen Getriebe das vom (nicht dargestellten) Tellerrad ausgehende Drehmoment auf die linke sowie rechte Achswelle durch den Differentialkorb 11, die linken sowie rechten Planetenräder 12L, 12R und das linke sowie rechte Sonnenrad 13L, 13R übertragen.

Während der Geradeausfahrt des Fahrzeugs drehen der Differentialkorb 11, die Planetenräder 12L, 12R und die Sonnenräder 13L, 13R als Einheit, und das Drehmoment wird gleichförmig auf beide Achs­ wellen verteilt. Bei einer Kurvenfahrt wird das Drehmoment durch die miteinander drehenden Planetenräder 12L, 12R im Verhältnis zu den auf die beiden Fahrzeugräder einwirkenden Widerstände verteilt und auf das linke sowie rechte Sonnenrad 13L, 13R übertragen. Hierbei drehen der Differentialkorb 11 und das linke sowie rechte Sonnenrad 13L, 13R relativ zueinander, womit an der linken und rechten Achswelle die Differential- oder Aus­ gleichdrehung erlangt wird.

Wenn jeder der Zähne 13La, 13Ra der Sonnenräder 13L, 13R ent­ gegen dem Uhrzeigersinn läuft und das Fahrzeug vorwärts von der Frontseite der Fig. 2 zur Rückseite fährt, so wirkt bei der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs die Schubkraft Fth in der Richtung der linken Achswelle, wie Fig. 2 zeigt, durch die auf der Drehung des Differentialkorbs 11 beruhende Reibungskraft zwischen den Planetenrädern 12L, 12R sowie den Sonnenrädern 13L und 13R, und durch den Druck der Schraubenfeder 17R wird die Schubkraft in der in Fig. 2 gezeigten Richtung zugefügt. Bei einer Kurven­ fahrt drehen die Bauteile des Differentialgetriebes mit Bezug zueinander, wobei an den Druckscheiben zwischen dem Differentialkorb 11 sowie dem linken und dem rechten Sonnenrad ein Gleiten erfolgt und Reibungskräfte auftreten. Wie allgemein bekannt ist, tritt das Gleiten an der Druckscheibe an der Fläche eines kleinsten Reibungsmoments auf, d.h., im gleichen Radius der Reibfläche tritt das Gleiten an der Fläche eines kleinsten Reibungskoeffizienten auf.

Es wird hier angenommen, daß ein Gleiten an der rechten Seite der Druckscheibe 15a zwischen dem Differentialkorb 11 und dem linken Sonnenrad 13L, an der linken Seite der Druckscheibe 14b zwi­ schen dem linken sowie rechten Sonnenrad 13L sowie 13R und an der linken Seite dem rechten Sonnenrad 13R sowie dem Korb 11 jeweils auftritt. Jeder der Reibungskoeffizienten an der rechten Seite der Druckscheibe 15a, an der linken Seite der Druckscheibe 14b und an der linken Seite der Druckscheibe 16a wird jeweils mit µ 1, µ 2 bzw. µ 3 bezeichnet, während jeder der wirksamen Radien der Reibungsflächen mit R 1, R2 bzw. R3 (R1 = R2 = R3) bezeichnet wird.

Beispielsweise dreht bei der Vorwärts- und Kurvenfahrt im Uhrzeigersinn des Fahrzeugs das linke Sonnenrad 13L schneller als das rechte Sonnenrad 13R, wobei die durch den Eingriff von jedem der Sonnenräder zur Wirkung gebrachten axialen Schubkräfte Fth1 an der linken Schnecke 13L und Fth2 an dem rechten Sonnenrad 13R sind. Wenn das Antriebsdrehmoment des linken Sonnenrades 13L auf der schnelleren Seite mit Tg1 und das Antriebsdrehmoment des rechten Sonnenrades 13R auf der lang­ sameren Seite mit Tg2 bezeichnet werden, dann ergibt sich für das linke Achswellendrehmoment T1 auf der schnelleren Seite und das rechte Achswellen-Drehmoment T2 auf der langsa­ meren Seite:

T1 = Tg1 - µ 2 · R2 (Tth2 + Fsp2) - µ 1 · R1 · (Tth1 + Tth2 + Fsp2)
T2 + Tg2 + µ 2 · R2 · (Tth2 + Fsp2) + µ 3 · R3 · Fsp2

und folglich ist

T2 = t · T1 + C (1)

worin ist:
t = Das Verhältnis der Drehmomente T₁ und T₂;
C = Konstante

Daraus folgt für das Antriebsmoment T beider Räder:

T = T1 + T2 = (1 + t) T1 + C (2)

Bei dem herkömmlichen Differentialgetriebe, bei dem die Druckkraft der Schraubenfeder 17R nicht vorhanden ist, ist

T2′ = t · T1 (3)

worin ist:
t = Verhältnis der Drehmomente T₁ und T₂; (gleich t in Gleichung (1)),
und das Antriebsdrehmoment T der beiden Räder ist:

T = (t + 1) T1 (4)

Das Antriebsdrehmoment T der Gleichung (2) ist also um die Konstan­ te C aus der Druckkraft der Schraubenfeder 17R größer als das Antriebsdrehmoment T der Gleichung (4).

Wenn das linke Rad in der Luft dreht und das Drehmoment T1 = 0 ist, so ergibt sich nach der Gleichung (1) für das Drehmoment T2 der rechten Achswelle:

T2 = C,

d.h., daß das Drehmoment T2 nicht 0 ist.

Das Kennwertediagramm von Fig. 4 beruht auf den obigen Glei­ chungen. T bezeichnet das Antriebsdrehmoment beider Räder, T1 das Achswellen-Drehmoment auf der schnelleren Seite und T′ das Antriebsdrehmoment beider Räder bei dem herkömmlichen Differen­ tialgetriebe. Wie aus dem Diagramm deutlich wird, ist das Antriebsdrehmoment T beider Räder bei dem Erfindungsgegen­ stand um die Druckkraft C aus der Vorspannung größer als das Antriebsdrehmoment T′ bei dem herkömmlichen Getriebe, und sie wird nicht 0, selbst wenn das Achswellen-Drehmoment T1 auf der schnelleren Seite zu 0 geworden ist. Die Antriebskraft T beider Räder ändert sich am Punkt α, weil der Straßen-Rei­ bungskoeffizient des Reifens auf der schnelleren Seite den Schlupf-Grenzwert des Reifens oberhalb der Drehung am Punkt α erreicht.

Im rückwärts oder gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden Fall wird, wenn das Sonnenrad auf der schnelleren Seite lediglich den Platz mit dem Sonnenrad auf der langsameren Seite tauscht, das gleiche Ergebnis erhalten.

Bisher wurde von der Ausführungsform mit zwei Schraubenfedern 17L und 17R für das Vorspannen auf beiden Seiten der Sonnenräder 13L und 13R, wie das die Fig. 3 zeigt, gesprochen. Jedoch ist die Erfindung auch für eine Ausführungsform mit nur einer Schraubenfeder 17R am rechten Ende der rechten Sonnenrades 13R, wie die Fig. 5 zeigt, zu verwirklichen. Das Kennwertediagramm dieser Ausführungsform ist in Fig. 6 dargestellt, wobei TF die Kennkurve für vorwärts und TR die Kennkurve für rückwärts sind.

Die Ausführungsform mit nur einer Schraubenfeder 17L auf der linken Seite des linken Sonnenrades 13L ist in Fig. 7 gezeigt, wobei die Fig. 8 das Kennwertediagramm hierzu ist. T′F ist die Kennkurve für vorwärts, T′R ist diejenige für rückwärts.

In allen Fällen behält im Vergleich mit dem herkömmlichen Getriebe das Antriebsdrehmoment auf der langsameren Seite das auf dem Vorspanndruck der Schraubenfedern beruhende Dreh­ moment, selbst wenn das Drehmoment auf der schnelleren Seite gleich 0 wird.

Falls Schraubenfedern mit unterschiedlichen Federkonstanten auf den Seiten der Sonnenräder 13L und 13R jeweils angeordnet werden, so hält das langsamere Rad, d.h. mit der niedrigeren Drehzahl, das Antriebsdrehmoment durch die Vorspannung der Schraubenfedern. In diesem Fall wird das Kennwertediagramm einen mittleren Wert zwischen denen von Fig. 6 und 8 zeigen.

Andere Ausführungsformen für die Vorspann- oder Druck ausüben­ den Einrichtungen sind in Fig. 9 und 10 gezeigt. Gemäß Fig. 9 werden zwei Federn 20L und 20R koaxial auf die beiden Endab­ schnitte (linker und rechter Abschnitt) der Sonnenräder 13L und 13R gesetzt. Nach Fig. 10 kommen zwei Kegel- oder Teller­ federn 30L und 30R an den Stirnseiten der Sonnenräder 13L und 13R anstelle der Schraubenfedern zur Anwendung.

Claims (5)

1. Differentialgetriebe mit einem Differentialkorb (11), in dem Planetenräder (12L, 12R) und ein Paar Sonnenräder (13L, 13R) laufen, wobei über eine Druckeinrichtung, die zwischen dem Differentialkorb (11) und mindestens einem Sonnenrad (13L, 13R) angeordnete federnde Elemente (17L, 17R; 20L, 20R; 30L, 30R) aufweist, mindestens ein Sonnenrad (13L, 13R) über zumindest zwei aneinander anliegende und gegeneinander verdrehbare Druckscheiben (15a, 15b, 16a, 16b) nach innen gedrückt wird, wobei zwischen den gegenüberliegenden Stirnseiten der Sonnenräder (13L, 13R) eine Druckscheibeneinrichtung aus drei Druckscheiben (14a, 14b, 14c) eingesetzt ist, die aneinander anliegen und gegeneinander verdrehbar sind.

2. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinrichtung zumindest eine Schraubenfeder als federndes Element (17L, 17R, 20R, 20L) aufweist.

3. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinrichtung zumindest eine Tellerfeder als federndes Element (30L, 30R) aufweist.

4. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine zweite Druckeinrichtung mit zumindest einem federnden Element (17L, 17R; 20L, 20R; 30L, 30R), die gegenüber der ersten Druckeinrichtung zwischen dem Differentialkorb (11) und einem Sonnenrad (13R) angeordnet ist und die Sonnenräder (13L, 13R) gegen Anlaufflächen (14a, 14c) drückt.

5. Differentialgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Druckeinrichtung Schraubenfedern (17L, 17R; 20L, 20R) als federnde Elemente aufweisen und die Schraubenfedern (17L, 17R) der ersten Druckeinrichtung eine andere Federkonstante als die Schraubenfedern (20L, 20R) der zweiten Druckeinrichtung aufweisen.