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1. Erfindungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf ein Differentialgetriebe, das eine Differenz der
Rotationsgeschwindigkeit zwischen rechten und linken oder vorderen
und hinteren Antriebsrädern
eines Kraftfahrzeugs zuläßt, gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Herkömmliche Kraftfahrzeug-Differentialgetriebe
sind üblicherweise
so aufgebaut, dass ein Ritzel zwischen einem Paar von Kegelrädern wirkt,
die an Ausgangswellen gekoppelt sind, und das Ritzel wird aufgrund
einer Differentialbewegung gedreht, die durch Ausübung einer
externen Rotationskraft auf die Ritzel-Welle verursacht werden kann,
so dass die Differenz der Rotationsgeschwindigkeiten zwischen den
Ausgangswellen ermöglicht
werden kann. Eine andere Art von Differentialgetriebe ist aus dem Dokument
EP-A-678 439 bekannt, das alle Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs
1 offenbart. Das Differentialgetriebe umfaßt eine Anzahl von Kugeln,
die zwischen zwei scheibenförmigen
drehbaren Elementen angeordnet und durch einen Käfig gehalten sind. Dieses Differentialgetriebe
ermöglicht
unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeiten zwischen zwei Ausgängen eines
Differentialgetriebes, neigt jedoch dazu, die Differenz der Rotationsgeschwindigkeiten durch
einen Bremseffekt zu minimieren, der durch die Kugeln ausgeübt wird.
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Es ist ferner ein weiterer Typ von
Differentialgetrieben bekannt, die eine Differentialbewegungs-Begrenzungsfunktion
aufweisen, durch die verhindert wird, dass eines der Antriebsräder während der
Kurvenfahrt oder während
der Fahrt auf einer Fahrbahn mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten
leerläuft
und bei der eine Vielscheiben-Kupplung auf der Rückseite des Kegelrades angebracht und
durch eine Druckkraft des Kegelrades gedrückt wird, so dass sie eine
Reibungskraft erzeugt, wodurch die Übertragung einer Antriebskraft
erreicht wird.
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Für
Mechanismen wie etwa die Vielscheiben-Kupplung, die eine Gleitreibung
zur Kraftübertragung
ausnutzen, war es jedoch sehr schwierig, die Reibungskraft in einem
halb gekoppelten Zustand auf einen bestimmten Wert zu begrenzen.
Bei einer niedrigeren Rotationsgeschwindigkeit war insbesondere
die Differentialbewegungs-Begrenzungskraft unvorteilhafterweise
erheblich instabil, und es trat das sogenannte Ruck-Gleiten auf,
d. h., eine intermittierende Erzeugung von statischer Reibung und
dynamischer Reibung auf Kupplungs-zu-Kupplungs-Basis. Ferner wird
eine instabile Reibungskraft zu einer Erzeugung von Lärm und Vibrationen
führen,
was die Laufeigenschaften nachteilig beeinflußt.
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ZAUSAMMENFASSUNG DER ERINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde in
Anbetracht der oben genannten Probleme konzipiert. Es ist daher
ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Differentialgetriebe zu
schaffen, das beständig
eine stabile Differentialbewegungs-Begrenzungskraft selbst bei einer
niedrigen Rotationsgeschwindigkeit sicherstellt.
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Zur Erreichung dieses Ziels ist die
Erfindung durch die Merkmale von Anspruch gekennzeichnet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird zur Erreichung des oben genannten Ziels ein Differentialgetriebe
geschaffen, mit einem eingangsseitigen drehbaren Element, das durch
eine äußere Antriebskraft
gedreht wird, einem Paar ausgangsseitiger drehbarer Elemente, die
koaxial zu dem eingangsseitigen drehbaren Element angeordnet sind,
und Übertragungsmitteln
zur Übertragung
einer Rotationskraft des eingangsseitigen drehbaren Elements auf
die ausgangsseitigen drehbaren Elemente bei gleichzeitiger Gestattung
einer Differenz in der Drehzahl zwischen den ausgangsseitigen drehbaren
Elementen, welches Differentialgetriebe ferner eine Anzahl von Rollen
umfaßt,
die sich axial zwischen gegenüberliegenden
Flächen
des eingangsseitigen drehbaren Elements und wenigstens einem der
ausgangsseitigen drehbaren Elemente befinden, welche Rollen beim
Auftreten einer Differenz in der Drehzahl zwischen den beiden ausgangsseitigen
drehbaren Elementen abrollen können,
während
sie sich in Berührung
mit den gegenüberliegenden
Flächen
des eingangsseitigen und des ausgangsseitigen drehbaren Elements
befinden, sowie einem Rollenhalter zum Halten der Anzahl der Rollen
in vorgegebenen Abständen
in einer frei drehbaren Anordnung auf einem vorgegebenen Umfang
um die Drehachse der eingangsseitigen und ausgangsseitigen drehbaren
Elemente herum, wobei die Rollachsen der Rolle um vorgegebene Winkel
in bezug auf eine Ebene geneigt sind, die die Drehachsen der eingangsseitigen
und der ausgangsseitigen drehbaren Elemente einschließt.
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Wenn bei dem oben beschriebenen Differentialgetriebe
eine Differenz der Rotationsgeschwindigkeit zwischen den ausgangsseitigen
drehbaren Elementen auftritt, können
die Rollen abrollen, während sie
in Berührung
mit den einander zugewandten Flächen
der eingangsseitigen und der ausgangsseitigen drehbaren Elemente
stehen, und sich entlang der Rotationsbahnen der ausgangsseitigen
drehbaren Elemente bewegen, während
sie durch die Halter darin begrenzt werden, in einer Richtung zu
rollen, die um einen vorbestimmten Winkel zu den Rotationsbahnen
der ausgangsseitigen drehbaren Elemente geneigt ist. Auf diese Weise
wird eine Reibungskraft zwischen den Rollen und ihren Berührungsoberflächen geschaffen,
was zu einem Widerstand führt,
der die Differentialbewegungen einschränkt. Gleichzeitig erzeugen
die Rollen eine Gleitreibungskraft während des Rollvorgangs, so
dass es möglich
wird, beständig
eine stabile Reibungskraft selbst bei einer niedrigeren Rotationsgeschwindigkeit
zu erhalten, so dass Lärm
und Vibrationen sicher verhindert werden können. Ferner kann durch Festlegen
der Neigungswinkel der Rollen auf beliebige Werte die Reibungskraft in
ihrer Größe variiert
werden, so dass eine gewünschte
Differentialbewegungs-Begrenzungskraft erzielt
wird.
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Bei dem vorstehend beschriebenen
Differentialgetriebe ist die Anzahl der Rollen vorzugsweise in einer
frei geneigten Stellung derartig angeordnet, dass ein Winkel gebildet
wird zwischen den Drehachsen der Rollen und einer Ebene, die die
Drehachsen der eingangsseitigen und der ausgangsseitigen drehbaren
Elemente einschließt,
wenn eine Differenz in der Drehzahl zwischen den ausgangsseitigen
drehbaren Elementen in einer Drehrichtung auftritt, anders als ein
Winkel, der gebildet wird, wenn die Differenz der Drehzahl auftritt
zwischen den ausgangsseitigen drehbaren Elementen in der anderen
Drehrichtung, zwischen den Rollachsen der Rollen und der Ebene,
die die Rotationsachsen der eingangsseitigen und der ausgangsseitigen
drehbaren Elemente einschließt.
Auf diese Weise werden unterschiedliche Neigungswinkel der Rollen
zu unterschiedlich großen Reibungskräften führen, so
dass es möglich
wird, die die Differentialbewegung begrenzende Kraft zu vergrößern, wenn
in einer Rotationsrichtung eine Differenz in der Rotationsgeschwindigkeit
zwischen den ausgangsseitigen drehbaren Elementen auftritt, die die
Differentialbewegung begrenzende Kraft jedoch vermindert wird, wenn
die Differenz in der anderen Rotationsrichtung auftritt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und weitere Ziele, Aspekte,
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der
folgenden genauen Beschreibung mit Bezug auf die folgenden beigefügten Zeichnungen
besser ersichtlich:
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1 ist
ein seitlicher Schnitt durch ein Differentialgetriebe, der eine
erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ist
ein Schnitt entlang einer Linie 2-2 in 1, aus der Richtung des Pfeils betrachtet;
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3 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung des Differentialgetriebes;
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4A und 4B sind vergrößerte Darstellungen
größerer Teile
des Differentialgetriebes;
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5 ist
ein erläuterndes
Schema des Betriebs des Differentialgetriebes;
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6 ist
ein erläuterndes
Schema des Betriebs, das ein Prinzip der Erzeugung einer Reibungskraft
darstellt;
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7 ist
ein erläuterndes
Schema des Betriebs, das ein Prinzip der Erzeugung einer Reibungskraft
darstellt;
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8 ist
eine Vorderansicht eines größeren Teils,
die eine Variante der ersten Ausführungsform zeigt;
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9A und 9B sind erläuternde
Darstellungen der Funktionsweise der Rollen;
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10 ist
ein seitlicher Schnitt durch ein Differentialgetriebe, der eine
zweite Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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11 ist
ein Schnitt entlang einer Linie 11-11 in 10, aus der Richtung des Pfeils betrachtet;
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12 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung des Differentialgetriebes;
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13 ist
ein seitlicher Schnitt durch ein Differentialgetriebe, der eine
dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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14 ist
ein Schnitt entlang einer Linie 14-14 in 13, aus der Richtung des Pfeils betrachtet;
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15 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung des Differentialgetriebes;
und
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16 ist
eine Abwicklung der Nuten.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Differentialgetriebe gemäß dieser
Ausführungsform
umfaßt
ein Getriebegehäuse 1,
eine Getriebegehäuse-Abdeckung 2,
die dazu dient, ein Ende des Getriebegehäuses 1 zu verschließen, ein Paar
von Kegelzahnrädern 3,
die koaxial angeordnet sind und einander gegenüberliegen, insgesamt vier Ritzeln 4,
die zwischen den Kegelzahnrädern 3 angeordnet
sind, ein Paar von Druckringen 5, die einander gegenüberliegen
und zwischen denen die Kegelzahnräder angeordnet sind, ein Paar
von Druckplatten 6, die der Rückseite der Druckringe 5 zugewandt sind,
einer Anzahl von Rollen 7, die zwischen den Druckringen 5 und den
Druckplatten 6 angeordnet sind, und Scheibenfedern 8,9
zum Drücken
der Druckplatten 6 in Richtung der Druckringe 5.
Ein eingangsseitiges drehbares Element wird gebildet aus dem Getriebegehäuse 1,
der Getriebegehäuse-Abdeckung 2 und
den Druckringen 5, während
ein ausgangsseitiges drehbares Element aus den Kegelzahnrädern 3 gebildet
wird.
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Das Getriebegehäuse 1 ist rohrförmig mit
einem offenen Ende und ist in seiner Mitte mit einem Lager 1a zur
Lagerung von einem der Kegelzahnräder 3 versehen. Um
das Getriebegehäuse
1 herum ist ein Flansch 1b angeordnet, der eine Vielzahl
von Löchern 1c zum
Einsetzen von Schraubbolzen aufweist. Eine Anzahl sich axial erstreckender
Nuten 1d ist in der inneren Oberfläche des Getriebegehäuses 1 in
Umfangsrichtung beabstandet angeordnet.
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Die Getriebegehäuse-Abdeckung 2 ist
scheibenförmig
und in ihrer Mitte mit einem Lager 2a zur Lagerung des
anderen Kegelzahnrads 3 versehen. Um die Getriebegehäuse-Abdeckung 2 ist
ein Flansch 2b angeordnet, der eine Vielzahl von Löchern 2c zum
Einsetzen von Schraubbolzen aufweist. Das heißt, die Getriebegehäuse-Abdeckung 2 wird
an dem Getriebegehäuse 1 durch
nicht dargestellte Schraubbolzen zur Befestigung der Flansche 1b und 2b aneinander
befestigt.
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Die Kegelzahnräder 3 sind auf solche
Weise angeordnet, dass ihre jeweils gezahnten Seiten einander zugewandt
sind, und sie sind dazu vorgesehen, mit einer nicht dargestellten
Antriebswelle auf der Rad-Seite verbunden zu werden. Eine Anzahl sich
axial erstreckender Nuten 3a ist in der Rückseite der
Kegelzahnräder 3 in
Umfangsrichtung beabstandet angeordnet.
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Die Ritzeln 4 sind drehbar
auf Ritzelwellen 4a gelagert, deren Längsachsen senkrecht zueinanderstehen,
und stehen im Eingriff mit den Kegelzahnrädern 3.
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Die Druckringe 5 sind so
geformt, dass sie die Kegelzahnräder 3 und
die Ritzel 4 von beiden Stirnseiten in der axialen Richtung
verdecken, und sie weisen auf ihren äußeren Umfangsoberflächen eine
Vielzahl von Vorsprüngen 5a auf,
die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind und dazu dienen,
in die Nuten 1d des Getriebegehäuses 1 eingepaßt zu werden.
Die einander zugewandten Seiten der Druckringe 5 sind jeweils
mit insgesamt vier V-förmigen
Nuten 5b verse hen, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet
sind. Wie in 5 gezeigt
ist, ist die Ritzelwelle 4a in den Nuten 5b der Druckringe 5 aufgenommen.
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Die Druckplatten 6 sind
jeweils mit einem Loch 6a versehen, das sich durch die
Rückseite
des Kegelzahnrads 3 erstreckt und auf seinem inneren Umfang
mit einer Anzahl von Vorsprüngen 6b versehen
ist, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind und dazu
dienen, in die Nuten 3a des Kegelzahnrads 3 eingepaßt zu werden.
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Wie in den 4A und 4B gezeigt
ist, haben die Rollen 7 jeweils eine zylindrische Form,
die sich gleichförmig
in der axialen Richtung erstreckt, und sie sind in einem ringförmigen Käfig 7a in
bestimmten Abständen
in Umfangsrichtung gehalten. Der Käfig 7a hat eine Anzahl
von Löchern 7b zur
Aufnahme der Rollen 7 auf solche Weise, dass diese frei
abrollen können,
und die Löcher 7b,
die in 4B gezeigt sind,
sind auf solche Weise angebracht, dass die Rollachsen X der Rollen 7 um
einen Winkel theta gegenüber
einer Ebene geneigt sind, die die Rotationsachse des Getriebekörpers einschließt, mit
anderen Worten, eine Linie Y, die sich aus dem Rotationszentrum
des Getriebekörpers
erstreckt.
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Die Scheibenfedern 8, 9 sind
mit Löchern 8a, 9a versehen,
die sich durch die Rückseite
des Kegelzahnrads 3 erstrecken, und einerseits weist das
Loch 8a der Schraubenfeder 8 auf seinem inneren
Umfang eine Anzahl von Vorsprüngen 8b auf,
die dazu vorgesehen sind, in die Nuten 3a des Kegelzahnrads 3 eingepaßt zu werden,
während
andererseits die Scheibenfeder 9 auf ihrem äußeren Umfang
eine Anzahl von Vorsprüngen 9b aufweist,
die dazu vorgesehen sind, in die Nuten 1d des Getriebegehäuses 1 eingepaßt zu werden.
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Bei dem so aufgebauten Differentialgetriebe ist
ein nicht dargestelltes Ringgetriebe an dem Flansch 1b des
Getriebegehäuses 1 zur Übertragung der
Antriebskraft eines Motors angebracht, so dass das gesamte Getriebe
um die Achse des Getriebegehäuses 1 rotieren
kann. Genauer gesagt, wenn eine Antriebskraft auf das Getriebegehäuse 1 einwirkt, wird
die Antriebskraft von dem Getriebegehäuse 1 auf die Druckringe 5 übertragen.
Die auf die Druckringe 5 übertragene Antriebskraft wird
dann durch die Nuten 5b der Druckringe 5 auf die
Ritzelwellen 4a weitergegeben, und ferner durch die Ritzel 4 auf
die Kegelzahnräder 3.
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Wenn dann eine Differenz der Rotationsgeschwindigkeiten
zwischen den Kegelzahnrädern 3 auftritt,
drehen sich die Ritzel 4, so dass Differentialbewegungen
zwischen den Kegelzahnrädern 3 erzeugt
werden. Gleichzeitig rotieren die Platten 6 und die Scheibenfeder 8 einerseits
jeweils gemeinsam mit den Kegelzahnrädern 3, während andererseits die
Scheibenfeder 9 gemeinsam mit dem Getriebegehäuse 1 rotiert.
Wie in 5 gezeigt ist,
wird aufgrund einer Neigung der Berührungsflächen der Nuten 5b der
Druckrinne 5 mit der Ritzelwelle 4a gegenüber der
Eingangsrichtung der Antriebskraft bei einer Übertragung der auf das Getriebegehäuse 1 wirkenden
Antriebskraft auf die Druckringe 5 eine Druckkraft F erzeugt,
da der Druckring 5 zu einer Bewegung in Richtung der Rotationsachse
gedrängt
wird. Wie in 6 gezeigt
ist, rollen daher die Rollen 7 ab, während sie in Druckkontakt sowohl
mit den Druckringen 5 als auch der Druckplatte 6 stehen,
was zu einer Rotation des Käfigs 7a führt. Wie
in 7 gezeigt ist, bewegen
sich gleichzeitig die Rollen 7 entlang der Rotationsbahn
(Richtung durch eine durchgezogene Linie gekennzeichnet) der Druckplatte 6,
während
sie durch den Käfig 7a daran
gehindert werden, in der Richtung zu rollen (die durch eine strichpunktierie
Linie bezeichnete Richtung), die um einen Winkel theta gegenüber der
Rotationsbahn der Druckplatte 6 geneigt ist, so dass eine
Reibungskraft auftritt, die der Druckkraft F zwischen den Rollen 7 und
dem Druckring 5 und der Druckplatte 6 entspricht,
und die Reibungskraft wirkt als Widerstand zur Begrenzung der Differentialbewegungen
zwischen den Kegelzahnrädern 3.
Da in diesem Fall die Rollen während
des Abrollens Gleitreibung erzeugen, wird stets eine gleichmäßige Reibungskraft
erzeugt, die aus der dynamischen Reibung entsteht, so dass sichergestellt
wird, dass ein sofortiges Übergehen
zu dynamischer Reibung aufgrund des Abrollens der Rollen 7 erreicht wird,
obwohl im Ausgangszustand statische Reibung vorherrscht. Die Rollen 7 unterliegen
ferner einer Last durch einen Steuerdruck der Scheibenfedern 8, 9,
zusätzlich
zu der Druckkraft F.
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Bei einem Differentialgetriebe gemäß einer derartigen
Ausführungsform
wird eine Anzahl von Rollen 7 zum Abrollen gebracht, während sie
in Druckkontakt mit dem Druckring 5 und der Druckplatte 6 durch
die Druckkraft der Kegelzahnräder 3 gebracht
werden, und die Rollachsen der Rollen 7 sind in einem vorbestimmten
Winkel gegenüber
einer Ebene geneigt, die die Rotationsachsen der Kegelzahnräder 3 einschließt, so dass
eine Differentialbewegungs-Begrenzungskraft durch die Gleitreibung erzeugt
wird, die mit dem Abrollen der Rollen
7 einhergeht, so
dass stets das Auftreten einer gleichförmigen Differentialbewegungs-Begrenzungskraft
gewährleistet
wird, sowie die Erzeugung von Lärm
und Vibrationen sicher verhindert wird. Ferner ist es durch Festlegen
des Neigungswinkels theta der Rollen auf einen bestimmten Winkel
zur Variation der Größe der Reibungskraft
möglich,
eine gewünschte
Differentialbewegungs-Begrenzungskraft zu erhalten.
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Die 8 und 9A, 9B zeigen eine Variante der oben beschriebenen
Ausführungsform,
bei der die Rollen 7 frei geneigt angeordnet sind. Das
heißt, ein
in den 8 und 9A, 9B gezeigter Käfig 7c weist eine
Anzahl von Löchern 7d zur
Aufnahme der Rollen 7 auf, die ein freies Abrollen ermöglichen,
und diese Löcher 7d sind
fächerförmig, beginnend
an einer Stirnseite der Rolle 7, wobei die beiden Kanten,
die von diesem Ende ausgehen, in unterschiedlichen Winkeln gegenüber der
Ebene geneigt sind, die die Rotationsachse des Getriebekörpers einschließt.
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Falls bei der oben genannten Konstruktion eine
Differenz der Rotationsgeschwindigkeit zwischen dem Druckring 5 und
der Druckplatte 6 in einer der Rotationsrichtungen auftritt,
wie es in 9A gezeigt
ist, rollen die Rollen 7 dann in einen Zustand, in dem
sie in Richtung eines Endes des Käfigs 7c geneigt sind.
Falls eine Differenz in der Rotationsgeschwindigkeit zwischen dem
Druckring 5 and der Druckplatte 6 in der anderen
Rotationsrichtung auftritt, wie es in 9B gezeigt
ist, dann rollen die Rollen 7 in einen Zustand, in dem
sie in Richtung des anderen Endes des Käfigs 7c geneigt sind.
Zu diesem Zeitpunkt unterscheiden sich die Neigungswinkel der Rollen 7 in
Abhängigkeit
von den Rotationsrichtungen des Druckrings 5 und der Druckplatte 6,
so dass unterschiedliche Reibungskräfte auftreten werden, abhängig von
den jeweiligen Neigungswinkeln. Es ist daher möglich, die Kraft zur Begrenzung
der Differentialbewegung zu vergrößern, wenn die Differentialbewegung
der Kegelzahnräder 3 in
einer Rotationsrichtung auftritt, die Kraft jedoch zu vermindern,
wenn sie in der anderen Rotationsrichtung auftritt, was für den Mechanismus,
der solche Funktionen erfordert, vorteilhaft ist.
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Obwohl eine Druckkraft bei der oben
beschriebenen Ausführungsform
durch Druckringe 5 erzeugt wird, ist die vorliegende Erfindung
auch auf eine Konstruktion anwendbar, die keine Druckringe 5 aufweist,
da die Druckkraft auch zwischen den gezahnten Flächen der Kegelzahnräder 3 und
der Ritzel 4 auftritt.
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Die 10 bis 12 zeigen eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei 10 ein
seitlicher Schnitt durch das Differentialgetriebe ist, 11 ein Schnitt entlang einer
Linie 11-11 in 10 ist,
betrachtet aus der Richtung des Pfeils, und 12 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung
des Differentialgetriebes.
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Dieses Differentialgetriebe umfaßt ein Getriebegehäuse 10,
eine Getriebegehäuse-Abdeckung 11,
die dazu dient, ein Ende des Getriebegehäuses 10 zu verschließen, ein
Paar Scheibenplatten 12, die koaxial einander zugewandt
sind, eine Mittelplatte 13, die zwischen der Scheibenplatte 12 angeordnet ist,
eine Anzahl von Kugeln 14, die durch die Mittelplatte gehalten
werden, so dass sie frei abrollen können, und eine Anzahl von Rollen 15,
die auf der Rückseite
der Scheibenplatten 12 angeordnet sind. Ein eingangsseitiges
drehbares Element wird aus dem Getriebegehäuse 10, der Getriebegehäuse-Abdeckung 11 und
der Mittelplatte 13 gebildet. Ein ausgangsseitiges drehbares
Element wird aus den Scheibenplatten 12 gebildet.
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Das Getriebegehäuse 10 ist rohrförmig, mit einem
offenen Ende, und es ist in seiner Mitte mit einem Lager 10a zur
Lagerung der Scheibenplatten 12 versehen. Um das Getriebegehäuse 10 ist
ein Flansch 10b angebracht, der eine Anzahl von Löchern 10c zum
Einsetzen von Schraubbolzen aufweist. Die innere Oberfläche des
Getriebegehäuses 10 ist
mit einer Nut 10d zur Sicherung der Mittelplatte 13 versehen.
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Die Getriebegehäuse-Abdeckung 11 hat
die Form einer Scheibe, die in ihrer Mitte ein Lager 11a zur
Lagerung der anderen Scheibenplatte 12 aufweist. Um die
Getriebegehäuse-Abdeckung 11 ist
ein Flansch 11b angeformt, der eine Anzahl von Löchern 11c zum
Einsetzen von Schraubbolzen aufweist. Das heißt, die Getriebegehäuse-Abdeckung 11 wird
an dem Getriebegehäuse 10 durch
nicht dargestellte Schraubbolzen zur Befestigung der Flansche 10b und 11b montiert.
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Die Scheibenplatten 12 haben
jeweils flache einander zugewandte Seiten, und ihr gegenüberliegendes
Ende ist mit einem Kupplungsbereich 12a zum Ankuppeln einer
nicht dargestellten Antriebswelle auf der Rad-Seite versehen. Die
einander zugewandten Seiten der Scheibenplatten 12 sind
mit Nuten 12b versehen, in denen Kugeln 14 auf
solche Weise einliegen, dass sie frei abrollbar sind, und die Nuten 12b sind
durchgehend in der Umfangsrichtung ausgeformt. Wie in 11 gezeigt ist, weisen die
Nuten 12b jeweils einen ersten Führungsabschnitt 12b-1 auf,
in dem die Kugeln 14 von der radial inneren Seite der Scheibenplatte 12 zur
Außenseite
hin bewegt werden, sowie einen zweiten Führungsabschnitt 12b-2,
in dem die Kugeln 14 von der radial äußeren Seite zur inneren Seite
der Scheibenplatte 12 hin bewegt werden, welche ersten
und zweiten Führungsabschnitte
in der Umfangsrichtung aneinander anschließen. Zum einen hat in der Scheibenplatte 12 der
erste Führungsabschnitt 12b-1 in
Umfangsrichtung eine Länge,
die größer ist
als diejenige des zweiten Führungsabschnitts 12b-2,
während
andererseits in der Scheibenplatte 12 der zweite Führungsabschnitt 12b-2 in
Umfangsrichtung eine Länge aufweist,
die größer ist
als diejenige des ersten Führungsabschnitts 12b-1.
Das heißt,
die Anordnung in den einander zugewandten Seiten der Scheibenplatten 12 ist
so gewählt,
dass dann, wenn die Lagen, in denen die Kugeln 14 umgekehrt
werden, auf einer Seite (der äußeren Seite
in dem Schema) der Nuten 12b zusammenfallen, wie es in 11 gezeigt ist, sie dann
in Umfangsrichtung gegeneinander auf der gegenüberliegenden Seite (der Innenseite
in dem Schema) verschoben sind.
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Die Mittelplatte 13 hat
flache Endflächen
und eine Umfangsoberfläche,
die mit einem Vorsprung 13a versehen ist, der dazu vorgesehen
ist, in die Nut 10d eingepaßt zu werden, die in der inneren
Umfangsoberfläche
des Getriebegehäuses 10 vorgesehen
ist, so dass die Mittelplatte 13 hierdurch am Inneren des
Getriebegehäuses 10 befestigt
wird. Die Mittelplatte 13 hat eine Anzahl von Langlöchern 13b,
die in Umfangsrichtung in gleichen Abständen voneinander beabstandet
sind und dazu vorgesehen sind, die Kugeln 14 auf solche
Weise aufzunehmen, dass die Kugeln 14 frei abrollen können, und
die Langlöcher 13 erstrecken
sich rechtwinklig in radialer Richtung und sind in der axialen Richtung
durchgehend gestaltet.
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Die Kugeln 14 sind innerhalb
der Langlöcher 13b der
Mittelplatte 13 aufgenommen und liegen in den Nuten 12b der
Scheibenplatten 12 ein.
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Die Rollen 15 haben jeweils
die Form von Zylindern, die sich gleichförmig in der axialen Richtung erstrecken
und durch einen ringförmigen
Käfig 15a in gleichen
Abständen
in der Umfangsrichtung gehalten werden. Der Käfig 15a weist eine
Anzahl von Löchern 15b zur
Aufnahme der Rollen 15 auf solche Weise auf, dass die Rollen 15 frei
abrollen können.
Vergleichbar zur ersten Ausführungsform,
sind die Löcher 15b so
angeordnet, dass die Rollachsen der Rollen 15 um vorbestimmte Winkel
gegenüber
einer Ebene geneigt sind, die Rotationsachse des Getriebekörpers einschließt.
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Bei dem so aufgebauten Differentialgetriebe ist
ein nicht dargestelltes Ringgetriebe an dem Flansch 10b des
Getriebegehäuses 10 zur Übertragung
einer Antriebskraft vom Motor her angebracht, so dass das gesamte
Getriebe um die Achse des Getriebegehäuses 10 rotieren kann.
Genauer gesagt, wenn eine Antriebskraft auf das Getriebegehäuse 10 ausgeübt wird,
wird die Mittelplatte 13 gemeinsam mit dem Getriebegehäuse 10 rotiert,
und die erzeugte Rotationskraft wird durch die Kugeln 14 auf
die Nuten 12b der Scheibenplatten 12 und weiter
auf die nicht dargestellten Antriebswellen übertragen, die mit den Scheibenplatten 12 verbunden
sind.
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Wenn dann eine Differenz der Rotationsgeschwindigkeiten
zwischen den Scheibenplatten auftritt, werden die Kugeln 14 innerhalb
der Langlöcher 13b durch
die Nuten 12b geführt
und rollen hin- und hergehend entlang der entsprechenden Langlöcher 13b.
Genauer gesagt, die Kugeln 14, die auf der radial äußeren Seite
in 11 liegen, werden
entlang der ersten Führungsabschnitte 12b-1 der
Nuten 12b zur radial inneren Seite bewegt, und nachdem
sie die inneren Umkehrpunkte erreicht haben, werden sie zur radial äußeren Seite
entlang der zweiten Führungsabschnitte 12b-2 der
Nuten 12b bewegt. Wie in 11 gezeigt
ist, kann in diesem Fall jede zweite Kugel 14, dass heißt, die
Hälfte
aller Kugeln 14 die äußeren Umkehrpunkte
der Nuten 12b erreichen, während die verbleibende Hälfte der
Kugeln 14 die inneren Umkehrpunkte nicht erreichen kann,
da die Anordnung der einander zugewandten Flächen so gewählt ist, dass dann, wenn entweder
die inneren oder die äußeren Umkehrpunkte
der Nuten 12b zusammenfallen, die verbleibenden Umkehrpunkte
gegeneinander verschoben sind. Das heißt, wenn die Kugeln die Umkehrpunkte
der Nuten 12b erreichen, wird keine Kraft zwischen den
Kugeln 14 und den Nuten 12b übertragen, so dass sichergestellt
werden muß,
dass alle Kugeln 14 gleichzeitig die Umkehrpunkte der Nuten 12b erreichen.
Wenn ferner die auf das Getriebegehäuse 10 ausgeübte Antriebskraft
auf die Scheibenplatten 12 übertragen wird, werden Reaktionskräfte auf
die Berührungsflächen der
Nuten 12b der Scheibenplatten 12 mit den Kugeln 14 wirken,
die die Scheibenplatten 12 in Richtung der Rotati onsachsen
drücken,
so dass eine Druckkraft erzeugt wird. Dies wird es ermöglichen,
dass die Rollen 15 abrollen, während sie in Druckkontakt mit
den Stirnflächen
der Scheibenplatte 12 auf einer Seite und dem Getriebegehäuse 10 und
mit den Stirnflächen
der Scheibenplatte 12 auf einer Seite und der Getriebegehäuse-Abdeckung 11 gebracht
werden. Somit erzeugen wie bei der ersten Ausführungsform die Rollen 15 Reibungskräfte proportional
zu den Druckkräften,
was dazu dient, einen Widerstand zur Begrenzung der Differentialbewegung
der Scheibenplatte 12 zu schaffen.
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Es versteht sich, dass bei dieser
Ausführungsform
wie bei der Variante der ersten Ausführungsform die Rollen 15 frei
geneigt angeordnet werden können,
so dass die Kraft zur Begrenzung der Differentialbewegung vergrößert werden
kann, wenn eine Differentialbewegung zwischen den Scheibenplatten 12 in
einer Rotationsrichtung auftritt, jedoch die Kraft zur Begrenzung
der Differentialbewegung vermindert werden kann, wenn sie in der
anderen Rotationsrichtung auftritt.
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13 bis 16 zeigen eine dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, 13 ist
ein seitlicher Schnitt durch das Differentialgetriebe, 14 ist ein Schnitt entlang
der Linie 14-14 in 13,
betrachtet aus der Pfeilrichtung, und 15 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung des Differentialgetriebes.
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Das Differentialgetriebe gemäß dieser
Ausführungsform
umfaßt
ein Getriebegehäuse 20,
eine Getriebegehäuse-Abdeckung 21 zum
Verschließen eines
Endes des Getriebegehäuses 20,
ein Paar von Kugelscheiben 22, die koaxial zueinander angeordnet
sind, eine Anzahl von Kugelhaltern 23, die zwischen den
Kugelscheiben 22 angeordnet sind, eine Anzahl von Kugeln 24,
die von den Kugelhaltern 23 so gehalten werden, dass die
Kugeln 24 frei abrollen können, eine Anzahl von Rollen 25,
die auf der Rückseite
der Kugelscheiben 22 angeordnet sind, und eine Anzahl von
Rollen 26, die zwischen den Kugelscheiben 22 angeordnet
sind. Ein eingangsseitiges drehbares Element wird gebildet aus dem
Getriebegehäuse 20,
der Getriebegehäuse-Abdeckung 21 und
den Kugelhaltern 23. Ein ausgangsseitiges drehbares Element
wird durch die Kugelscheiben 22 gebildet.
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Das Getriebegehäuse 20 ist rohrförmig mit einem
offenen Ende und ist in seiner Mitte mit einem Lager 20a zur
Lagerung einer der Kugelscheiben 22 versehen. Um das Getriebegehäuse 20 rum
ist ein Flansch 20b vorgesehen, der eine Anzahl von Löchern 20c zum
Einsetzen von Schraubbolzen aufweist. Die innere Umfangsoberfläche des
Getriebegehäuses 20 ist
mit einer Anzahl von Nuten 20d zur Aufnahme der Kugeln 24 versehen,
welche Nuten 20d sich rechtwinklig in der axialen Richtung
des Getriebegehäuses 20 erstrecken
und in Umfangsrichtung in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind.
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Die Getriebegehäuse-Abdeckung 21 hat
die Form einer Scheibe, die in ihrer Mitte ein Lager 22a zur
Lagerung der anderen Kugelscheibe 22 aufweist. Um die Getriebegehäuse-Abdeckung
21 herum ist ein Flansch 21b angebracht, der eine Anzahl
von Löchern 21c zum
Einsetzen von Schraubbolzen aufweist. Das heißt, die Getriebegehäuse-Abdeckung 21 wird
an dem Getriebegehäuse 20 durch
nicht dargestellte Schraubbolzen zur Befestigung der Flansche 20b und 21b aneinander
montiert.
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Die Kugelscheiben 22 haben
jeweils eine zylindrische Form, mit einem Kupplungsbereich 22a an einem
Ende zum Ankuppeln einer nicht dargestellten Antriebswelle. Die
Kugelscheiben 22 haben den gleichen äußeren Durchmesser und jeweils
einander zugewandte Stirnflächen.
Die äußeren Umfangsoberflächen der
Kugelscheiben 22 sind mit Nuten 22b versehen,
in denen die Kugeln 24 frei rollend einliegen, und die
Nuten 22b sind in Umfangsrichtung durchgehend ausgestaltet. 16 ist eine flache Abwicklung
der Kugelscheiben 22, in der die Winkel von 0 bis 360° die Umfangspositionen
bezeichnen. Das heißt,
die Nuten 22b umfassen alternierend einen ersten Führungsabschnitt 22b-1,
in dem die Kugeln 24 von einer axialen Seite der Kugelscheibe 22 zur gegenüberliegenden
Seite bewegt werden, sowie einen zweiten Führungsabschnitt 22b-2,
in dem die Kugeln 24 von der axial gegenüberliegenden
Seite der Kugelscheibe 22 zu der ersten Seite hin bewegt
werden, welche ersten und zweiten Führungsabschnitte aneinander
anschließen.
In der einen Kugelscheibe 22 weist der erste Führungsabschnitt 22b-1 in
Umfangsrichtung eine Länge
auf, die größer ist
als diejenige des zweiten Führungsabschnitts 22b-2,
während
in der anderen Kugelscheibe 22 der zweiten Führungsabschnitt 22b-2 in
Umfangsrichtung eine Länge
aufweist, die größer ist
als diejenige des ersten Führungsabschnitts 22b-1.
Das heißt,
wie bei der zweiten Ausführungsform
ist die Anordnung der Kugelschei ben 22 so gewählt, dass
dann, wenn die Lagen, in denen die Kugeln 14 umgekehrt
werden, miteinander auf einer Seite in der axialen Richtung der Nuten 22b zusammenfallen,
sie in Umfangsrichtung auf der anderen Seite gegeneinander verschoben sind.
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Die Kugelhalter 23 haben
die Form einer Platte, die sich von der Umfangsoberfläche der
Kugelscheibe 22 auf einer Seite zur Umfangsoberfläche der
Kugelscheibe 22 auf der anderen Seite erstreckt, und sie
ist gleitend zwischen dem Getriebegehäuse 20 und den Kugelscheiben 22 angeordnet.
Jeder der Kugelhalter 23 weist insgesamt zwei Löcher 23a zur jeweiligen
Aufnahme einer Kugel 24 auf einer Kugelscheibe 22 sowie
einer Kugel 24 auf der anderen Kugelscheibe 22 auf
und bewegt sich in der axialen Richtung der Kugelscheiben 22 hin
und her, während er
die Kugeln 24 auf den jeweiligen Kugelscheiben 22 in
bestimmten Abständen
hält.
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Die Kugeln 24 sind in den
Löchern 23a der Kugelhalter 23 aufgenommen
und liegen jeweils sowohl in der Nut 20d des Getriebegehäuses 20 und
in den Nuten 22b der Kugelscheiben 22 ein.
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Die Rollen 25,26 haben
jeweils die Form eines Zylinders, der sich gleichförmig in
der axialen Richtung erstreckt, und sind durch ringförmige Käfige 25a, 26a in
bestimmten Abständen
in Umfangsrichtung gehalten. Die Käfige 25a und 26a sind
jeweils mit einer Anzahl von Löchern 25b und 26b versehen, die
die Rollen 25 und 26 auf solche Weise aufnehmen,
dass die Rollen frei abrollen können.
In gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform sind die Löcher 25b, 26b so
angeordnet, dass die Rollachsen der Rollen 25, 26 um
einen vorbestimmten Winkel gegenüber
einer Ebene geneigt sind, die die Rotationsachse des Getriebekörpers einschließt.
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Bei dem so aufgebauten Differentialgetriebe ist
ein nicht dargestelltes Ringgetriebe an dem Flansch 20b des
Getriebegehäuses 20 zur Übertragung
der Antriebskraft vom Motor her angebracht, so dass das gesamte
Getriebe um die Achse des Getriebegehäuses 20 gedreht wird.
Das heißt,
wenn eine Antriebskraft auf das Getriebegehäuse 20 ausgeübt wird,
rotieren die Kugelhalter 23 gemeinsam mit dem Getriebegehäuse 20,
und die erzeugte Rotationskraft wird durch die Kugeln 24 auf
die Nuten 22b der Kugelscheiben 22 und ferner
auf die nicht dargestellte Antriebswelle übertragen, die an die Kugelscheiben 22 gekoppelt
ist.
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Wenn zu diesem Zeitpunkt eine Differenz
der Rotationsgeschwindigkeiten zwischen den Kugelscheiben 22 auftritt,
werden die Kugeln 24 durch die Nuten 22b der Kugelscheiben 22 geführt und
rollen hin- und hergehend in der axialen Richtung der Kugelscheiben 22 gemeinsam
mit den Kugelhaltern 23. Obwohl bei der Konstruktion gemäß der ersten
und zweiten Ausführungsform
die Druckkraft in der gleichen Richtung wirkt (der Richtung der
beiden Enden der Rotationsachse), trotz unterschiedlicher Übertragungsrichtungen
der Antriebskraft, werden bei der Konstruktion dieser Ausführungsform
die Richtungen, in denen die Druckkraft wirkt, auch voneinander abweichen,
wenn die Antriebskräfte
in unterschiedlichen Richtungen übertragen
werden. Genauer gesagt, wenn eine Antriebskraft in einer Rotationsrichtung übertragen
wird, geraten die Kugeln 24 innerhalb der Nuten 22b in
Berührung
mit der axial äußeren Seite
der Kugelscheiben 22, so dass die Kugelscheiben 22 eine
Druckkraft in Richtung der axial äußeren Seite erzeugen können, so
dass eine Reibungskraft durch die Rollen 25 erzeugt wird,
die auf der Rückseite
der Kugelscheiben 22 liegen. Wenn im Gegensatz dazu die
Antriebskraft in der anderen Rotationsrichtung übertragen wird, geraten die
Kugeln 24 innerhalb der Nuten 22b in Berührung mit
der axial inneren Seite der Kugelscheiben 22, so dass die
Kugelscheiben 22 eine Druckkraft in Richtung der axial inneren
Seite erzeugen können,
und eine Reibungskraft durch die Rollen 26 erzeugt wird,
die zwischen den Kugelscheiben 22 liegen. Wählt man
daher eine der Rollen 25 und 26 dazu aus, eine
größere Reibungskraft
zu erzeugen, und die andere dazu, eine kleinere Reibungskraft zu
erzeugen, ist es möglich, unterschiedliche
Kräfte
zur Begrenzung der Differentialbewegung zu erzeugen, abhängig von
der Übertragungsrichtung
der Antriebskraft. Falls beispielsweise das Differentialgetriebe
zwischen den vorderen und hinteren Rädern eines vierrädrigen Fahrzeugs
angeordnet wird, wird ein sicherer Betrieb des Antiblockiersystems
gewährleistet,
indem die Kraft zur Begrenzung der Differentialbewegung beim Abbremsen
reduziert wird, so dass die vorderen und hinteren Antriebsräder daran
gehindert werden, sich gegenseitig zu blockieren.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
in Verbindung mit bestimmten bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde,
versteht es sich, dass verschiedene Änderungen und Abwandlungen
vorgenommen werden können,
ohne dass vom Umfang der beanspruchten Erfindung abgewichen wird.