DE3927072A1 - Differentialgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Differentialgetriebe mit einem Schneckengetriebesystem, das beispielsweise bei Kraft­ fahrzeugen zur Anwendung kommt.

Ein herkömmliches Differentialgetriebe, das die Funktionen einer ungleichen Drehmomentverteilung und einer Begrenzung im Ausgleich erfüllt, umfaßt (a) einen Mechanismus, der eine Kombination eines Planeten-Ausgleichgetriebesystems und einer Visko-Kupplung enthält, oder (b) einen Mechanismus, der eine Kombination eines Kegelrad-Ausgleichgetriebesystems mit unter­ schiedlichen Größen in einer rechten und linken Position sowie einer Lamellenkupplung enthält.

Ein herkömmliches Differentialgetriebe des Schneckengetriebe­ systems ist Gegenstand der US-PS 44 19 035. Wie die beigefüg­ te Fig. 6 zeigt, umfaßt dieses Getriebe ein Paar von Schnec­ ken 2 L und 2 R, die in einem Differentialkorb 1 angeordnet sind, und drei Paare von Schneckenrädern 3 L sowie 3 R, die mit den Schnecken 2 L, 2 R kämmen und in Umfangsrichtung um diese Schnecken herum angeordnet sind.

Die vorher erwähnten Differentialgetriebe (a) und (b) sind derart aufgebaut, daß das erste System als eine ein ungleiches Drehmoment verteilende und das letztgenannte System als eine einen Ausgleich begrenzende Einrichtung arbeitet. Deshalb wird (i) die axiale Länge groß und der Differentiallagerka­ sten wird nicht gemeinsam am offenen Differential verwendet, weshalb dieses System den exklusiven Differentiallagerkasten benötigt, und (ii) weisen diese Vorrichtungen viele Teile auf, weshalb sie ein hohes Gewicht haben und hohe Kosten ver­ ursachen.

Das Differentialgetriebe des Schneckengetriebesystems der US-PS 44 19 035 erfüllt nicht die Funktion einer ungleichen Drehmomentverteilung, sondern lediglich diejenige einer Be­ grenzung im Ausgleich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Differentialge­ triebe des Schneckengetriebesystems zu schaffen, das die Funk­ tion der ungleichen Verteilung des Antriebsdrehmoments nach links und rechts oder nach vorwärts und rückwärts sowie die Funktion einer Begrenzung im Ausgleich erfüllt.

Ein Ziel der Erfindung wird hierbei darin gesehen, das Diffe­ rentialgetriebe mit geringen Größenabmessungen und niedrigen Kosten zu fertigen.

Um die gestellte Aufgabe zu lösen und das angegebene Ziel zu erreichen, sieht die Erfindung ein Differentialgetriebe vor, das umfaßt: ein Paar von Achswellen, die einen Differential­ korb lagern, ein Paar von in den Differentialkorb eingesetz­ ten, mit jeweils einem Ende der Achswellen für eine Drehung als Einheit mit diesen in Eingriff befindlichen Schnecken, zwischen die Stirnseiten der Schnecken sowie den Differential­ korb eingesetzte Druckscheiben und mehrere, paarweise einander zugeordnete Schneckenräder, die in dem Differentialkorb frei drehbar mit Bezug zur Achse der Schnecken gelagert sind, mit jeweils einer zugeordneten Schnecke kämmen sowie untereinander für eine Relativdrehung in Eingriff sind, wobei wenigstens einer der Teilungsdurchmesser, der den Kämmeingriff zwischen den Schneckenrädern und den Schnecken hervorbringt, unterschied­ lich zu anderen ist.

Durch den Erfindungsgegenstand wird somit ein Differentialge­ triebe des Schneckengetriebesystems geschaffen, das die den herkömmlichen Differentialgetrieben anhaftenden Nachteile beseitigt.

Der Erfindungsgegenstand wird unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:

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

Fig. 2 die Draufsicht auf das Getriebe nach der Pfeilrich­ tung II in der Fig. 1;

Fig. 3 den Schnitt nach der Linie III-III in der Fig. 1;

Fig. 4 den Schnitt nach der Linie IV-IV in der Fig. 1;

Fig. 5 einen Axialschnitt eines Differentialgetriebes in einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 6 einen Axialschnitt des eingangs bereits abgehandelten Differentialgetriebes nach dem Stand der Technik.

Gemäß den Fig. 1-4 umfaßt das Differentialgetriebe einen Differentialkorb 1, in dessen innerem Teil linke und rechte Schneckenräder 12 L, 12 R paarweise zueinander angeordnet sind, welche frei drehbar im Korb 11 gelagert sind derart, daß die Achse eines jeden Schneckenrades unter einem rechten Winkel zur Längsachse des Differentialkorbs 11 liegt. Die Schnecken­ räder 12 L und 12 R sind mit Stirnrädern 12 La sowie 12 Ra verse­ hen, welche im Paar miteinander kämmen, so daß die Schnecken­ räder gemeinsam drehen.

In Längsrichtung des Korbs 11 und koaxial zu diesem sind eine linke sowie eine rechte Schnecke 13 L, 13 R angeordnet, deren am Außenumfang befindliche Zähne mit den Zähnen der linken und rechten Schneckenräder 12 L, 12 R kämmen. Am Innenum­ fang der Schnecke angeordnete Keilwellenprofile 13 La und 13 Ra stehen mit der (nicht dargestellten) linken und rechten Achs­ welle in Eingriff.

Zwischen der linken Schnecke 13 L und der rechten Schnecke 13 R ist eine Druckscheibe 14 angeordnet. Eine weitere Druckschei­ be 15 befindet sich zwischen der linken Schnecke 13 L und der inneren Wandfläche des Korbs 11, und zwischen der rechten Schnecke 13 R sowie der zugewandten inneren Wandfläche des Korbs 11 liegt eine Druckscheibe 16. Dieser Aufbau entspricht weitgehend demjenigen des herkömmlichen Differentialgetriebes.

Wie der Fig. 2 deutlich zu entnehmen ist, kann die Beziehung zwischen dem Teilungsradius R _L des linken Schneckenrades 12 L und dem Teilungsradius R _R des rechten Schneckenrades 12 R durch R _L < R _R ausgedrückt werden. Die Teilungsdurchmesser der linken und rechten Schnecke 13 L und 13 R sowie die Teilungs­ durchmesser r _p der Stirnräder 12 La und 12 Ra an den Schnecken­ rädern sind von gleicher Größe.

Bei diesem Differentialgetriebe wird in zum herkömmlichen Getriebe gleicher Weise das vom (nicht dargestellten) Teller­ rad eingetragene Drehmoment auf die Achswellen der linken und rechten Fahrzeugräder durch den Korb 11, die linken und rechten Schneckenräder 12 L, 12 R sowie die linken und rechten Schnecken 13 L, 13 R übertragen. Wenn das Fahrzeug geradeaus fährt, so drehen der Korb 11, die Schneckenräder 12 L, 12 R und die Schnecken 13 L, 13 R als Einheit, und das Drehmoment wird gleichmäßig auf die beiden Achswellen verteilt.

Bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs tritt zwischen der linken und rechten Achswelle ein Drehungsunterschied entsprechend dem Unterschied zwischen dem Bewegungsradius der äußeren und inneren Fahrzeugräder auf. Hierbei bringt die Schnecke, die der schnelleren Seite, d.h. dem äußeren Rad, zugeordnet ist, eines der Schneckenräder, das mit dieser Schnecke in Eingriff ist, zum Drehen und die Drehung dieses einen der Schnecken­ räder wird in entgegengesetzter Richtung zu den anderen Schnec­ kenrädern, die mit der Schnecke auf der langsameren Seite, d.h. der des inneren Rades, in Eingriff sind, durch die Stirn­ räder 12 La und 12 Ra, die miteinander kämmen, übertragen. Da­ durch dreht die Schnecke auf der langsameren Seite relativ zum Korb 11 in entgegengesetzter Richtung, die Drehung der Achswelle der langsameren Seite (des inneren Rades), die mit der Schnecke als Einheit dreht, nimmt ab, die Drehungen der linken und rechten Achswelle werden in Übereinstimmung mit dem Unterschied im Drehen zwischen dem äußeren und inneren Rad bei einem Kurven geregelt, und deshalb fährt das Fahrzeug ruhig und störungsfrei auf einer gekrümmten Bahn. Dieses Dif­ ferentialgetriebe des Schneckengetriebesystems arbeitet als eine einen Ausgleich begrenzende Vorrichtung der Drehmoment- Proportionalbauart, die das Drehmoment von der schnelleren Schnecke auf die langsamer drehende Schnecke mit der hohen Reibungskraft überträgt, welche durch die Eingriffsteile zwischen den Schneckenrädern 12 L, 12 R und den Schnecken 13 L, 13 R hervorgerufen wird, wenn das Fahrzeug eine Kurve durch­ fährt.

Bei dem oben erwähnten Arbeiten des Differentialgetriebes des Schneckengetriebesystems gleichen die Tangentialkräfte F an den Teilungsradien einander an der Eingriffsstelle zwi­ schen dem linken Schneckenrad 12 L und dem rechten Schneckenrad 12 R aus. Wenn das Drehmoment der linken und rechten Schnecken­ räder 12 L bzw. 12 R jeweils mit T _L und T _R bezeichnet wird, so folgt:

T _L = F · r _p
T _R = F · r _p

worin r _p den Teilungsradius des Stirnrades bezeichnet. Deshalb wird

T _L = T _R.

Was die Übertragungsbedingung des Drehmoments an jeder der Eingriffsstellen des linken und rechten Schneckenrades und der Schnecken betrifft, wenn die Tangentialkraft in der Dreh­ richtung an der Eingriffsstelle des linken Schneckenrades 12 L und der linken Schnecke 13 L mit f _L sowie die Tangential­ kraft in der Drehrichtung an der Eingriffsstelle des rechten Schneckenrades 12 R und der rechten Schnecke 13 R mit f _R bezeich­ net werden, so folgt:

Da T _L = T _R und R _L < R _R sind, wird

f _L < f _R.

Die Abtriebswellen-Drehmomente T′ _L und T′ _R, die bei den Schnec­ ken 13 L und 13 R auftreten, sind im allgemeinen proportional den Tangentialkräften f _L und f _R , wobei der Drehungsunterschied zwischen den Ausgängen nicht auftritt, weshalb die Ausgangs­ drehmomente ungleich verteilt werden, d.h. T′ _L < T′ _R.

Wenn der Unterschied zwischen der linken und rechten Achs­ welle auftritt, so daß das Fahrzeug eine Kurve durchfährt oder auf einer Straße mit abnormaler Reibung, z.B. einer schlammigen oder schneebedeckten Straße, fährt, so arbeitet das Differentialgetriebe des Schneckengetriebesystems wie die herkömmliche Vorrichtung als eine den Ausgleich begren­ zende Vorrichtung, wodurch die Verteilung der Drehmomente im Verhältnis zu den Größen des Drehungsunterschiedes zwi­ schen der linken und rechten Achswelle verändert wird. Es sei beispielsweise angenommen, daß das Verhältnis der Tei­ lungsradien der Schneckenräder 12 L und 12 R als R _L : R _R =6 : 4 gegeben ist, so werden, wenn der Unterschied nicht auftritt, die Drehmomente und die Abtriebswellen-Dreh­ momente:

T′ _L : T′ _R = f _L : f _R = 4 : 6,

weshalb die Antriebsdrehmomente ungleich verteilt werden.

Wenn der Unterschied zwischen der linken und rechten Abtriebs­ welle auftritt und wenn beispielsweise angenommen wird, daß die rechte Schnecke 13 R auf der langsameren Seite ist, so erhöht sich das Ausgangsdrehmoment T′ _R auf T′ _R/T′ _L < 6/4 (ex. T′ _R/T′ _L = 8/2).

Wenn angenommen wird, daß die rechte Schnecke 13 R auf der schnelleren Seite ist, so vermindert sich das Ausgangsdreh­ moment auf T′ _R/T′ _L < 6/4 (ex. T′ _R/T′ _L = 4/6).

Die ungleiche Drehmomentverteilung zeigt die folgenden Wir­ kungen. Wenn das Differentialgetriebe des Schneckengetriebe­ systems als ein Mittendifferential eines Fahrzeugs zur Anwen­ dung kommt und angenommen wird, daß das Drehmomentverhältnis des Mittendifferentials T _R /T _F =6/4 ist, wenn das Belastungs­ verhältnis zwischen den Vorder- und Hinterrädern Rv/Fv = 6/4 ist, wobei Fv die Vorderradlast und Rv die Hinterradlast sind, dann werden die Griffigkeitsgrenzwerte der Vorder- und Hinter­ räder auf denselben Wert geregelt, weshalb folglich die Motor­ leistung bis zur maximalen Grenze genutzt wird.

Bei der Beschleunigungsbewegung wird das Belastungsverhält­ nis zwischen den Vorder- und Hinterrädern verschoben, so daß die Hinterradseite größer wird, beispielsweise als R/F=8/2. Hierbei bringt das Vorderrad eine Spur hervor und dreht schnell wie das Hinterrad, und das Drehmomentverhältnis zwischen den Vorder- und Hinterrädern wird beispielsweise zu T _R /T _F =8/2. Deshalb wird das Drehmoment im Verhältnis zur Berührungslast des Reifens auf den Reifen übertragen, weshalb folglich die Motorleistung bis zur maximalen Grenze genutzt wird.

Bei einem Bremsen wird gegensätzlich zum Obigen die Belastung am Vorderrad erhöht, beispielsweise zu R/F = 4/6. Hierbei ruft das Hinterrad eine Spur hervor und dreht schnell, wes­ halb folglich das Drehmomentverhältnis der Vorder- und Hinter­ räder zu beispielsweise T _R /T _F =4/6 zusammen mit dem Differen­ tial-Begrenzungseffekt wird.

Die Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung. Bei dem Differentialgetriebe des Schneckengetriebe­ systems sind die Teilungsradien der linken und rechten Schnec­ kenräder 12 L′ und 12 R′ dieselben, jedoch sind die Teilungs­ radien der linken und rechten Schnecke 13 L′ und 13 R′ unter­ schiedlich. Um dieselbe Wirkung wie bei der ersten Ausführungs­ form zu erlangen, wird, wie der Fig. 5 deutlich zu entnehmen ist, die Beziehung zwischen dem Teilungsradius R′ _L , der lin­ ken Schnecke 13 L′ und dem Teilungsradius R′ _R der rechten Schnecke 13 R′ mit R′ _L < R′ _R angesetzt.

Diese Ausführungsform arbeitet in der gleichen Weise wie die erste Ausführungsform als ein Differential-Begrenzungs- und ein das Drehmoment ungleich verteilendes System.

Als weitere Ausführungsform wird ein Differentialgetriebe in Betracht gezogen, bei dem jeder der Teilungsradien eines Paars von Schneckenrädern und eines Paars von Schnecken unter­ schiedlich bemessen ist.

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß die Erfindung ein Differentialgetriebe des Schneckengetriebesystems schafft, das die Funktionen einer Differentialbegrenzung und einer ungleichen Drehmomentverteilung erfüllt, das jedoch nicht groß bemessen ist und eine geringe Anzahl an Teilen aufweist, weshalb dieses Getriebe kompakt und mit niedrigen Kosten zu bauen ist.

Claims (2)

1. Differentialgetriebe, gekennzeichnet

• - durch ein Paar von Achswellen, die einen Differential­ korb (11) lagern,
• - durch ein Paar von in den Differentialkorb (11) einge­ setzten, mit jeweils einem Ende der Achswellen für eine Drehung als Einheit mit diesen in Eingriff befindli­ chen Schnecken (13 L, 13 R),
• - durch zwischen die Stirnseiten der Schnecken sowie den Differentialkorb eingesetzte Druckscheiben (14, 15, 16) und
• - durch mehrere, paarweise einander zugeordnete Schnecken­ räder (12 L, 12 R), die in dem Differentialkorb (11) frei drehbar mit Bezug zur Achse der Schnecken (13 L, 13 R) gelagert sind, mit jeweils einer zugeordneten Schnecke kämmen sowie untereinander für eine Relativdrehung in Eingriff sind,
• - wobei wenigstens einer der Teilungsdurchmesser, der den Kämmeingriff zwischen den Schneckenrädern und den Schnecken hervorbringt, unterschiedlich zu anderen ist.

2. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mehreren, paarweisen Schneckenräder (12 L, 12 R) in drei Paaren vorhanden sind.