DE871671C

DE871671C - Differentialgetriebe, insbesondere fuer Motorfahrzeuge

Info

Publication number: DE871671C
Application number: DEC4013A
Authority: DE
Inventors: Mario Casa-Massa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1948-09-20
Filing date: 1951-03-31
Publication date: 1953-03-26

Description

Differentialgetriebe, insbesondere für Motorfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf ein Differentialgetriebe, wie es z. B. in einem Motorfahrzeug zwischen der Antriebswelle und dem Endantrieb vorhanden ist und das mit den gewöhnlich im rechten Winkel zu der Kraftübertragungswelle liegenden Radachsen verbunden ist; jedoch kann das Differentialgetriebe infolge seiner ungewöhnlichen Arbeitsweise und der erzielten Ergebnisse auch für viele andere Zwecke benutzt werden.
Differentialgetriebe für sich aus eigener Kraft bewegende Fahrzeuge werden zur gleichmäßigen Verteilung der durch den Wagenmotor zugeführten Kraft auf die Antriebsräder verwendet und gleichzeitig, um es dem einen Rad zu ermöglichen, sich schneller zu drehen als das andere, wenn der Wagen auf der Straße eine Drehung ausführt, d. h. es ist Vorkehrung getroffen, die Geschwindigkeit der Radachsen zu differenzieren. Das wurde gewöhnlich mittels einer Kegelradanordnung erreicht.
Es treten jedoch bei den üblichen Differentialen ernste Nachteile auf. Das geschieht, wenn eines der hinteren, angetriebenen Räder an Zugkraft verliert, z. B. wenn es bei Eis, einer nassen Oberfläche, tiefem Sand, Schlamm u. dgl. zu rutschen beginnt. In einem solchen Fall dreht sich dieses Rad, ohne eine Zugkraft auszuüben, häufig mit großer Geschwindigkeit, das andere Rad jedoch, das greift, bleibt stehen, und das Fahrzeug bewegt sich nicht. Außerdem geben die gewöhnlichen Differentiale die meiste Kraft an das Rad ab, das die geringste Zugkraft.- ausübt und: die geringste-Kraft an das Rad mit der' größten Zugkraft, obwohl dieses gerade die größte ;Kraft notwendig hätte.
Diese fehlerhafte Differenzierung der Kraft; d. h: das Fehlen des Umstandes; daß dem Rad, das Zug ausübt, genügend Kraft zugeführt wird, damit es sich dreht und. gleichzeitig dem Rad, das ohne Zugkraft ist, wenig Kraft zufließt, hat zu ernsten Zwischenfällen geführt, abgesehen vom Versagen beim Starten des Fahrzeuges auf Eis; in Schlamm oder Sand: Der beschriebene Nachteil der fehlenden Differenzierung der Kraft hat ein Umschlagen von Rennwagen,. Traktoren und andere Mißstände auf diesem und dem militärischen Gebiet zur Folge.
Es sind bereits viele Anstrengungen gemacht worden um diese Schwierigkeit zu überwinden, die von dem Unterschied in dem Radzug herrühren, und. zwar hat man versucht, wenn notwendig, eine "innere Reibung oder Sperrung oder Verriegelung hervorzurufen: Dadurch wird erreicht, daß die Radachsen als fester Antrieb wirken. Diese Lösungen sind anerkanntermaßen Notbehelfe und stellen nicht zufrieden, da sie viele Nachteile haben, die die Vorteile überwiegen, die sie gegenüber dem gewöhnlichen Kegelraddifferential besitzen. Solche Sperr-oder Verriegelungsdifferentiäle unterliegen einer verhältnismäßig starken Abnutzung und brachen häufig bei den ziemlich höhen Anforderungen, die an sie gestellt werden und für die sie bestimmt sind, und sie versagen häufig gänzlich, da sie besondere Teile besitzen, die in die Vorrichtung eingesetzt oder aus ihr herausgenommen werden, wenn eine Verriegelung oder Sperrung des einen oder des anderen Rades erforderlich ist.
Die Erfindung schafft daher ein Differential, bei de-in die die Steuerung und Differenzierung bewirkenden Räder zum Unterschied von einer Verriegelung einen wahlweise veränderlichen Widerstand gegen Drehung haben, der selbsttätig je nach Bedarf der Räder des Fahrzeuges wechselt. Dieser wahlweise verstellbare Widerstand gegen Drehung ist ein Kennzeichen der Getriebe, welche die die Steuerung und Differenzierung bewirkenden Räder besitzen, die nach dem hier beschriebenen Verfahren und Angaben hergestellt sind, die bisher den auf diesem Gebiete Arbeitenden entgangen sind.
Die Erfindung sieht ein - verhältnismäßig einfaches Differentialgetriebe vor, das- im Vergleich zu anderen wenig Teile besitzt und in dem die Räder in gerader Richtung mitgenommen werden und in ständigem Eingriff stehen, wobei die Kraft und das Drehmoment gleichmäßig .auf beide Räder verteilt wird, wenn der Zug und die Radgeschwindigkeit gleich ist. Wenn jedoch der Zug an einem Rad unter den Betrag sinkt, -der dem Widerstand zwischen dem die Steuerung und den die Differenzierung bewirkenden Rädern der Vorrichtung entspricht,: dann wird die -Kraft hauptsächlich dem anderen- 'Rad zugeführt. Bei einem solchen Differential rutscht das Rad, das keinen Zug hat, dennoch niemals, da ihm nur ein Mindestmaß. an Kraft selbsttätig zugeführt wird, ohne daß eine Sperr- oder Verriegelungsvorrichtung notwendig ist.
Das Fahrzeug, das mit einem Differentialgetriebe nach der Erfindung ausgerüstet ist und Steuer- und Differentialräder hat, die in Übereinstimmung mit dem hier vorgeschlagenen Vorgehen gebaut sind, differenziert nicht nur die -Geschwindigkeit völlig unabhängig in seinem eigenen Bereich, sondern differenziert auch selbsttätig den Kraftbedarf, indem es dem Rad, das Zug hat und Kraft benötigt, den größeren Teil der durch die Kraftanlage erzeugten Kraft abgibt, dagegen dem Rad, das einen geringen oder gar keinen Zug hat, eine geringe Kraft, ohne auf eine Sperr- oder Verriegelungseinrichtung in dem Getriebe zurückzugreifen. Ein mit dem hier vorgeschlagenen Differentialgetriebe versehenes Fahrzeug wird nicht rutschen oder umschlagen, und beide Hinterräder' treiben an, unabhängig von der Beschaffenheit der Fläche, auf der sich das Fahrzeug bewegt.
Die Lösung des hier vorliegenden Problems ist auch früher schon versucht worden, indem man ein Differentialgetriebe mit Schnecken und Schraubenrädern anwendete. Da die auf diesem Gebiet Arbeitenden die kritischen Wirkungen eines solchen Getriebes übersehen haben, die durch die Erfindung gelöst werden, haben sich ihre Vorrichtungen als Fehlschläge erwiesen, wogegen die Vorrichtung nach der Erfindung bei einem gewöhnlichen fabrikmäßig hergestellten Kraftwagen erfolgreich gearbeitet hat. ` Es hat sich herausgestellt, daß bei einem Schraubenrad der Drehwiderstand in der rollenden Reibung und der gleitenden Reibung liegt. Da sich der Berührungspunkt fortlaufend entlang der Fläche der Radzähne bewegt, kann die statische Reibung praktisch vernachlässigt und es braucht nur die kinetische Reibung zwischen den Rädern in Betracht gezogen zu werden.
Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung, die mit einem Steuerrad und differenzierenden Rädern versehen ist, besteht ein Drehwiderstand für das Steuerrad, der zwischen diesem und dem differenzierenden Getriebe ausgeübt wird und der als Halte- oder Steuerwirkung bezeichnet werden soll. Für eine gegebene Belastung ist dieser Drehwiderstand von dem Schraubenwinkel abhängig.
Mit dem Ausdruck Belastung ist der Druck auf die Radzähne gemeint, der in einem bestimmten Verhältnis zu dem Unterschied der Belastung an dem Fahrzeug steht, z. B. ist, wenn beide Räder mit der gleichen Geschwindigkeit umlaufen, kein Druck vorhanden.
Da mit einem Schraubenwinkel von 45° die Haltewirkung gegen Drehung an dem differenzierenden Rad und dem Steuerrad in beiden Richtungen die gleiche ist, wird diese Tatsache bei dem Bau des neuen Differentialgetriebes benutzt. Bei der Ausführung der Erfindung wird daher der Winkel des Steuerrades und der differenzierenden Räder nach dem kritischen kinetischen Reibungswinkel für den Werkstoff bestimmt, der für die Räder gewählt wurde, und nach dem benützten Schmiermittel und der gewählten Oberflächenbeschaffenheit, um dadurch zwischen ihnen wahlweise eine Haltewirkung vorzusehen, so daß das Rad, das mit dem treibenden Fahrzeugrad verbunden ist, gesperrt wird und das mit dem nicht treibenden Rad zerbundene nicht festgehalten wird, sondern gleitet.
Die oben aufgezählten und andere Vorzüge der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen klar, die Beispiele der Erfindung zeigen, z. B. Automobildifferentiale, jedoch kann die Erfindung auch für Lokomotiven, Dreiräder und viele andere industrielle Kraftanlagen verwendet werden.
Fig. i ist ein Querschnitt durch ein Kraftfahrzeugdifferential mit einer Differentialvorrichtung gemäß der Erfindung; Fig.2 ist ein Grundriß des Gehäuses für die Differentialvorrichtung, z. T. fortgebrochen; Fig. 3 ist eine Ansicht längs der Linie 3-3 von Fig. 2; Fig.4 zeigt das Steuerrad und die Differentialräder des Differentialgetriebes sowie das ringförmige Rad, durch das sie in Gang gesetzt werden, auseinandergerückt; F ig. 5 ist ein Querschnitt längs der Linie 5-5 von Fig.6 und stellt eine abgeänderte Form des Differentialgetriebes gemäß der Erfindung dar; Fig.6 ist ein seitlicher Schnitt durch diese abgeänderte Form, und Fig.7 ist eine der Fig.4 ähnliche Darstellung dieses Getriebes mit auseinandergerückten Teilen. In den Zeichnungen und besonders in Fig. i bis 4 wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt, die als Dreiradanordnung bezeichnet werden soll und bei der ein Steuerrad und zwei Differentialräder verwendet werden. Dieses Differentialgetriebe gemäß der Erfindung ist in dem hinteren Automobildifferentialgehäuse io untergebracht.
Wie bei den üblichen Automobilen wird das Ringrad 12 durch die Antriebswelle 14 mittels des Antriebsrädchens 16 angetrieben (Fig. 5).
Der untere Teil 17 des Käfigs 18, in den das Differentialgetriebe gemäß der Erfindung eingeschlossen ist, sitzt in einer entsprechenden Vertiefung in dem Ringrad 12 und wird durch dieses gedreht. Das Ringrad 12 ist an dem Rahmen 21 angebracht, auf den später noch Bezug genommen wird, und zwar mittels Halteschrauben 2o und 22, die auch durch Muttern und Bolzen ersetzt werden können.
Ein Ende des Käfigs i8 ist in dem Gehäuse 1o in der üblichen Weise z. B. durch das Rollenlager 24 drehbar befestigt, und der Rahmen 21 ist z. B. durch das Rollenlager 26 mit dem Gehäuse verbunden.
Die Radachse 28 ist mittels im Innern angeordneter Nuten 3o mit dem Stirnrad 32 verbunden, während die andere Radachse 34 durch die inneren Nuten 36 mit dem Stirnrad 38 in Verbindung ist.
Die Radachse 28 erstreckt sich durch eine öffnung in dem oberen Ende 39 des Käfigs i8 hindurch und ist drehbar in der Buchse 41 gelagert. Die Radachse 34- geht durch. eine Öffnung in dem Rahmen 21, der, wie bereits gesagt, an dem Ringrad 12 befestigt ist und die Buchse 45 trägt, in der die Welle 34 drehbar gelagert ist.
Die Differentialvorrichtung gemäß der Erfindung läuft demnach in den Lagern 24 und 26 um, und gleichzeitig drehen sich die Radachsen 28 und 34 in den Buchsen 41 und 45.
Die Gegenwelle 40, durch die die Radachse 28 angetrieben wird, ist drehbar in dem .Käfig 18 gelagert und trägt das Antriebsstirnrad 42, das mit dem Stirnrad 32 im Eingriff steht und dieses sowie die Radachse 28 und das Differentialrad 44 antreibt, das mit dem Steuerrad 46 kämmt.
Die Arbeitsweise des Differentialrades und des Steuerrades, die Schraubenräder sind, sowie die Art der Wahl ihrer Winkel und Bauart, durch die die neuartige und ungewöhnliche Differenzierung erreicht wird, wird später genauer beschrieben.
Die andere Gegenwelle 48, durch die die andere Radachse 34 angetrieben wird, ist ebenfalls drehbar in dem Käfig 18 gelagert, und an ihr ist das Antriebsstirnrad 5o befestigt, das mit dem Stirnrad 38 kämmt, sowie das Differentialrad 52, das auch mit dem Steuerrad 46 kämmt.
Ein Ende der Gegenwelle 40 ist drehbar in einer Aussparung 53 in dem Ende 39 des Käfigs gelagert, und das andere Ende dieser Gegenwelle erstreckt sich durch eine Öffnung 55 in der Platte 63 an dem Ende 17 des Käfigs 18 in die ausgesparte Buchse 57 in dem Rahmen 21 hinein.
Ein Ende der Gegenwelle 48 ist drehbar in der Aussparung 59 des Käfigs 18 und das andere Ende in dem Lager 61 an dem Ringrad 12 gelagert. Um den richtigen Einbau der Welle 48 zu ermöglichen, ist in das untere Ende 17 des Käfigs 18 eine Platte 63 eingesetzt.
Zum Verständnis der Theorie der Arbeitsweise einer Differentialvorrichtung gemäß der Erfindung müssen die beiden Differenzierungsaufgaben betrachtet werden, die durch sie ausgeführt werden, nämlich die Differenzierung. der Geschwindigkeit zwischen den beiden Fahrzeugrädern und die Differenzierung des Kraftbedarfs, wenn ein Rad zieht und das andere einen geringeren oder keinen Zug ausübt.
Wenn das Fahrzeug normal arbeitet, d. h. wenn beide Hinterräder mit der gleichen Geschwindigkeit angetrieben werden, z. B. wenn es auf einer geraden Strecke fährt, drehen sich die differenzierenden Räder nicht gegeneinander. Das Ringrad 12 dreht auf diese Weise den hinteren Käfig 18, der durch die Räder 42 und 32 sowie 5o und 38 die beiden Radachsen 28 und 34 gleichmäßig, d. h. mit der gleichen Geschwindigkeit, antreibt.
Wenn ein Geschwindigkeitsunterschied zwischen den beiden Rädern eintritt, wenn z. B. das Fahrzeug eine Drehung ausführt und angenommen wird, daß die Anforderungen an das Drehmoment die gleichen sind, wie wenn der Widerstand an jedem Rad gleich ist, dann drehen sich die Differentialr « der so, daß sie die Differenz in der Geschwindigä keit ausgleichen. Wenn z. B. das Rad an der Welle a8 das Außenrad des Fahrzeuges ist, so müß' sich die Welle 28 mit einer größeren Geschwindigkeit drehen als die Welle 34, daher dreht sich das Differentialrad 44 schneller als das Rad 52. Da beide Räder in dem Käfig 18 angeordnet sind, der durch das Ringrad 12 angetrieben wird, kommt es auf die Geschwindigkeit der Differentialräder an.
Wie bei einem üblichen Differentialgetriebe wird die zusätzliche Drehungsgeschwindigkeit, die der Achse 28 erteilt wird, tatsächlich von der Geschwindigkeit abgezogen, die die Achse 34 erhält; und zwar durch die Drehung des Käfigs 18 durch die Differentialräder 44 und 52, die mit dem Steuerrad 46 kämmen,. dessen Welle 54 drehbar in dem Käfig 18 gelagert ist. Die Ebene, in der die Längsachse der Welle 54 liegt, ist rechtwinklig zu den Ebenen angeordnet, in denen die Längsachsen der Gegenwellen 40 und 48 liegen, wobei die Welle 54 in gleichem Abstand von den Wellen 40 und 48 zwischen diesen gelagert ist.
Mit anderen Worten, die Längsachsen der Wellen 40 und 48 liegen rechtwinklig zur Drehebene des Ringrades 12 und die Längsachse der Welle 54 parallel zur Drehebene des hinteren Rades, d. h. die Drehachsen des Differentialrades liegen rechtwinklig zur Drehachse des - Steuerrades.
Die Welle 54 ist drehbar in Aussparungen in den Seiten des Käfigs 18 gelagert, wobei ein Stopfen 65 in eine Seite des Käfigs eingesetzt ist und dort durch Schrauben 67 gehalten wird, um ein Einlegen und Entfernen der Welle zu ermöglichen. Die Seiten des Käfigs r8 sind offen, so daß die Differentialräder 44 und 52 herausragen können, wie aus Fig: r ersichtlich.
Durch die neue Bauart und Bestimmung der Winkel der Zähne an den Differentialrädern 44 und 52 und dem Steuerrad 46, die Schraubenräder sind, kann ein Differentialgetriebe erreicht werden, das die Erfordernisse zufriedenstellend erfüllt, die auftreten, wenn das Drehmoment an den beiden Rädern aus irgendwelchen Ursachen an der Fahrbahn, auf der sich das Fährzeug befindet, ungleich ist. Mit einer Differentialvorrichtung gemäß der Erfindung -wird die größte Kraft selbsttätig auf die Achse übertragen, die die größte Belastung hat, und gleichzeitig wird auf die Achse, die die kleinere Belastung hat, ein geringeres Drehmoment übertragen.
Wenn das Drehmoment ungleich ist, steigert die Achse mit der stärksten Belastung den Druck auf die Zähne des Differentialrades, das an der entsprechenden Gegenwelle angebracht ist. Dadurch wird die kinetische Reibung zwischen dem Differentialrad und dem eingreifenden Steuerrad größer als die für das Differentialrad der anderen Radachse und das Steuerrad.
Die Anwendung, dieses Umstandes ist neben anderen Dingen der Aufmerksamkeit der auf diesem Gebiet arbeitenden Techniker entgangen, da die von ihnen vorgeschlagenen Differentialgetriebe nicht in der gleichen Weise arbeiten wie das vorliegende und deswegen die Aufgaben, die nunmehr gelöst sind, nicht lösen konnten. Gemäß der Erfindung wird -die kinetische Reihung an den Radzähnen zur Steuerung des Differentialgetriebes benutzt, dessen Räder sich, wie man sieht, verhältnismäßig langsam bewegen: So erzeugen alle Faktoren, die die kinetische Reibung der Radzähne bewirken, die Steuerwirkung und müssen bei der Wahl des Schraubenwinkels der Differentialräder und des Steuerrades berücksichtigt werden.
Das Differentialrad mit dem geringsten Widerstand wird durch den Käfig 18 über das Steuerrad .1:6 leichter angetrieben als das Differentialrad mit dem größeren Widerstand. Es findet daher eine wahlweise Sperr- oder Haltewirkung statt, die auf das Rad, das sie benötigt, das größere Drehmoment überträgt, ohne daß dafür eine Riegel- oder Sperrvorrichtung benutzt wird.
Die Wirkung, die durch das Differential gemäß der Erfindung erzielt wird, ist eine unmittelbare Folge des Schraubenwinkels der Differentialräder und des Steuerrades. Wenn der Schraubenwinkel z. B. 45° beträgt, können beide Differentialräder mit der gleichen Kraft angetrieben werden, so daß dadurch ein umkehrbarer Antrieb entsteht. Die von dem Drehmoment der Achse in diesem Fall erzeugte kinetische Reibung ist so groß, daß ein Druck erzeugt wird, der die Festigkeit der Radzähne übersteigt, so daß sie brechen oder herausgerissen werden.
Wenn andererseits der Schraubenwinkel so ist, daß er einen nicht umkehrbaren Antrieb hervorruft, wie bei einem Schneckenradgetriebe, geschieht das gleiche; die Richtung der Nichtumkehrbarl:eit bestimmt jedoch, ob das Versagen durch das Drehcnoment der Achse hervorgerufen wird oder durch das Drehmoment, das auf das Ringrad übertragen wird.
Das: Differential ist infolge des Winkels des Steuerrades und des zugehörigen Winkels der Differentialräder halb umkehrbar.
Diese halb umkehrbare Anordnung bezieht sich auf die Achsen, d. h. die Achse kann durch ihre Räder das Steuerrad leichter bewegen, als das Steuerrad die Achse bewegen kann, obwohl, wie zu bemerken ist, das Steuerrad die Achse bewegen kann, ohne sie fest zu verriegeln. Die Steuerung ändert sich unmittelbar mit dem Drehmomentunterschied zwischen den Achsen.
Wenn ein Schraubenrad umzulaufen beginnt, ist der Widerstand gegen Drehung die rollende und die gleitende Reibung, wobei sich das Rad um einen Berührungspunkt dreht, der sich fortlaufend über die Fläche der Radzähne bewegt. In diesem Fall kann die statische Reibung bei der Bestimmung der Winkel der Steuerradspirale und der Spirale des Differentialrades außer acht gelassen werden, und nur die kinetische Reibung zwischen den Rädern müß beachtet werden.
Ein Widerstand gegen Drehung des Steuerrades wird zwischen dem Steuerrad und dem Differentialgetriebe ausgeübt, der als Halte- oder Steuerwirkung bezeichnet wird.
Bei einer gegebenen Belastung ist der Widerstand gegen Drehung des Steuerrades eine Funktion des Steuerrades und des Differentialrades, und mit Belastung ist der Druck auf die Radzähne gemeint.
Dieser Druck auf die Radzähne steht in Beziehung zu der unterschiedlichen Belastung der Räder des Fahrzeuges, und wenn z. B. sich beide Räder mit der gleichen Geschwindigkeit drehen, ist kein Druck vorhanden.
Bei einen Schraubenwinkel von q.5° sowohl bei dem Steuerrad als auch bei dem Differentialrad ist die Haltewirkung gegenüber der Drehung in beiden Richtungen an beiden Rädern, d. h. bei dem Steuerrad und dem Differentialrad, die gleiche. Es sei bemerkt, daß von der Größe der Haltewirkung nicht gesprochen wird, sondern nur davon, (aß sie unabhängig von der Größe der Kraft in beiden Richtungen gleich ist.
Unter Berücksichtigung dessen. wird der zusammengehörige Schraubenwinkel es Steuerrades und der Differentialräder in folgender Weise bestimmt, durch die, unter anderen Dingen z. B. Bau und Radzahnverhältnisse, die ungewöhnlichen Ergebnisse erzielt werden, die sich aus dem neuen Differentialgetriebe ergeben.
Für eine gewählte Schmierung, die für die Differentialgetriebe benutzt wird, für eine ausgewählte Oberflächenbeschaffenheit der Räder und für einen g ewa -hlten Werkstoff, aus dem die Räder hergestellt sind, wird der kritische kinetische Reibungswinkel bestimmt, der in einer Normaltabelle gefunden werden kann. Dieser kritische Winkel wird halbiert und das Ergebnis zu q.5° hinzugefügt bzw. von a.5° abgezogen.
d.5°, zuzüglich der Hälfte des kritischen Reibungswinkels für das Schmiermittel, der Oberflächenbeschaffenheit und des Radwerkstoffs, ist gleich dem Schraubenwinkel des Differentialrades. Das gibt die theoretische Idealbedingung, die innerhalb praktischer Grenzen v erändert werden kann, die durch die Festigkeit der Radzähne bestimmt werden.
Zum Beispiel bestimmt die Bruchfestigkeit der Radzähne, innerhalb welcher Grenzen der kritische Winkel geändert werden kann.
Der Schraubenwinkel des Steuerrades ist der Ergänzungswinkel zu dem Schraubenwinkel des Differentialrades. Bei einem Differentialgetriebe, das z. B. bei einem gewöhnlichen Serienautomobil geprüft wurde, ist auf diese Art festgestellt worden, daß ein Differentialgetriebe mit Differentialrädern, deren Schraubenwinkel q.7° 43' betrug, und einem Steuerrad mit einem Schraubenwinkel von q.2° 17' in der hier angegebenen Weise ausgebildet ist.
Bei q.5° besteht, wie schon festgestellt, keine wahlweise Haltewirkung, da der Widerstand gegen Drehung für eine gewählte Belastung in beiden Richtungen gleich ist: Wenn der Schraubenwinkel von q:5° abweicht, wird der Widerstand gegen Drehung in einer Richtung geringer als in der entgegengesetzten Richtung.
In einem Differentialgetriebe mit Differentialrädern und Steuerrad, die gemäß der Erfindung gewählt sind, erhält das gehemmte Rad, wenn das freie Rad immer nur leicht gehalten wird, den Prozentsatz an Kraft, der durch den Schraubenwinkel und die betreffenden Radverhältnisse bestimmt wird.
Zusammengefaßt, der kritische Reibungswinkel bestimmt die gewählte Haltewirkung bei dem Rad, die hinterher durch Veränderung der Radverhältnisse, d. h. Größe und Festigkeit innerhalb der baulichen Grenzen, vergrößert oder vermindert werden kann.
Bei der Anwendung der Erfindung wird der Höchstbetrag des Drehmomentes in Meterkilogramm von der Motorkraft hergeleitet. Man kann annehmen, daß' dieses Drehmoment gleichmäßig auf die beiden Radachsen des Fahrzeuges verteilt wird. Dieses Drehmoment wird in einen Druck in Kilogramm auf die Zähne des Steuerrades und des Differentialrades umgewandelt, die miteinander im Eingriff stehen, unter Berücksichtigung der betreffenden Hebelarme, die durch den Teilkreisradius der umlaufenden Räder gebildet werden.
Dieser Drack in Kilogramm wird in einen mittleren oder Durchschnittsdruck umgewandelt, der als der Druck angenommen wird, der während der Arbeit des Differentials am meisten benutzt wird. Der größte Druck wird zur Bestimmung der Größe und Festigkeit der Radzähne und der Mittelöder Durchschnittsdruck zur Bestimmung des wirksamen Schraubenwinkels verwendet. Wenn man diesen mittleren Druck benutzt, dann geben veröffentlichte Tabellen der gleitenden Reibung den kritischen Reibungswinkel für den zu verwendenden Werkstoff an, der dazu benutzt wird, die Schraubenwinkel für die Differentialräder und das Steuerrad zu bestimmen, wie zuvor beschrieben.
Bei der praktischen Durchführung der dargestellten Erfindung sind die Achsenräder 32 und 38 mit je einunddreißig Zähnen und die Zwischenräder .:12 und 5o, die als die schwächsten in der Anordnung angesehen werden können, mit je zwanzig Zähnen versehen. Die Differentialräder 44 und 52 besitzen je zwölf Zähne, und das Steuerrad 46, mit dem sie im Eingriff stehen, hat neun Zähne.
Diese Übersetzungsverhältnisse, die ungefähr 3 : 2 und d. : 3 betragen, können als kritisch angesehen werden, und wo zwei Differentialräder und ein Steuerrad verwandt werden, können sie mit bestem Erfolg benutzt werden.
Eine solche Anordnung sichert, daß das Rad mit dem geringsten Straßenwiderstand ein Mindestmaß von 6 % der zugeführten Kraftleistung erhält, wähnend der Rest durch das Rad mit dem größten Straßenwiderstand aufgenommen wird.
Sollte das erste Übersetzungsverhältnis, d. h. von dem Achsenrad auf das Zwischenrad-, in 2 : r geändert werden, dann würde der Achsdruck an dem Steuerrad proportional vermindert werden, indem das Mindestmaß von 6 % auf ungefähr d °/o verkleinert wird. Dieser Steuerprozentsatz könnte auf die ursprüngliche Größe gesteigert werden, wenn man den Schraubenwinkel an dem Steuerrad 4.6 vergrößert,- wobei das Umgekehrte auch richtig wäre. Der Grund dafür ist, daß die kinetische Reibung sich mit der Belastung ändert, die auf der in Frage kommenden Oberfläche lagert.
Ein Differentialgetriebe gemäß der Erfindung ermöglicht es, das Fährzeug weiterzubewegen, auch wenn ein Rad sich auf einer schlüpfrigen Unterlage befindet, z. B. auf nassem Pflaster oder glattem Eis, und das andere Rad nicht gleitet, -da dieses Rad; das anzieht, die Kraft aufnimmt und das nicht treibende Rad nur ,geringe Kraft erhält, eine Arbeitsweise, die zuvor durch gewöhnliche Differentiale nicht erreicht wurde, außer wenn das Differential mit Sperr- oder Verriegelungsmitteln versehen ist: Ferner vermindert oder verlangsamt das Differentialgetriebe gemäß der Erfindung die Drehbeschleunigung eines Rades, wenn es die tragende Fläche verläßty so daß der schnelle Umlauf und auch die Abnutzung der Räder stark vermindert wird, wenn das Fahrzeug über rauhe Flächen fährt.
Darüber hinaus vermindert die wahlweise Haltewirkung zwischen dem Steuerrad und dem Differentialrad das Bestreben des Wagens, zu rutschen, besonders wenn er- über ausgebesserte Straßen fährt.
Bei dem Differential gemäß der Erfindung ist ständig eine Zugkraft -vorhanden, die wenigstens zur Bewegung des Wagens ausreicht.
Das beschriebene Dreiraddifferentiäl dient vorzugsweise für gewöhnliche Belastungen, wie sie bei Personen- und Lastwagen auftreten. Ob eine Dreiradanordnung; eine Achtradanordnung, wie in Fig. 5 bis 7 gezeigt, oder eine andere Anordnung benutzt werden muß, wird durch die durch den Ring und das Zahnrädchen übertragene Kraft und die Beschränkungen des Raumes bestimmt, in denen das Differential angebracht werden soll.
In ;Fig. 5 bis 7 ist eine abgeänderte Form des Differentials gezeigt, die Verwendung findet, wo eine zusätzliche Festigkeit für ein schweres Nutzfahrzeug gewünscht wird, z. B. für einen Lastwagen öder Traktor, obwohl auch das Differentialgetriebe, wie in Fig. i bis q. gezeigt, wenn es ausreichend berechnet ist, auch für schwere Lasten verwendet werden kann.
Grundsätzlich ist ein Differentialgetriebe gemäß der Erfindung mit zwei Differentialrädern für jedes Steuerrad versehen. Die bevorzugte Anordnung ist die Dreiradanordnung, wie in Fig. i bis q, gezeigt. Wo für größere Beanspruchungen mehr Räder gewünscht werden, würde die nächste Anordnung eine Sechsradänordnung sein, d. h. vier Differentialräder für zwei Steuerräder.
Es hat sich herausgestellt, daß es bei einer solchen Anordnung zufriedenstellender ist, zusätzlich zweizwischengeschaltete Steuerräder zu benutzen, wie bei der in Fig. 5 bis 7 gezeigten Achtradanordnung. Eine solche Anordnung ist möglich, weil das benachbarte Differentialrad in einer entgegengesetzten Richtung umläuft und daher das Einschelten der zusätzlichen Zwischenräder ermöglicht. -So werden die Vorteile eines Übersetzungsverhältnisses der Differentialräder zu den Steuerrädern von 2 : i tatsächlich nutzbar gemacht, jedoch mit kleineren und leichteren Rädern ohne Verlust an Festigkeit, da beider Achtradanordnung die Kraft auf eine größere Zahl von Zähnen verteilt wird.
In Fig. 5 bis 7 ist die Differentialvorrichtung in dem hinteren Gehäuse 56 untergebracht, in dem der Differentialkäfig 58 auf gewöhnlichen Rollenlagern 6o und 62 drehbar gelagert ist.
Die untere Platte 57 des Käfigs 58 liegt in einer entsprechenden Aussparung in dem Ringrad 12. Der Käfig 58 ist an dem Teil 57 mittels der Halteschraube 64 befestigt.
Das Gehäuse 58, in dem das abgeänderte Differentialgetriebe eingeschlossen ist, ist durch die Deck- oder Endplatte 66 mittels der Schraube 68 verschlossen.
Wie aus der in gleichem Maßstab angefertigten, auseinandergerückten Darstellung in Fig. 7 ersichtlich, wird die Radwelle 7o, die drehbar in der von dem Gehäuse 58 getragenen Buchse 72 angebracht ist, durch die beiden Differentialräder 7¢ und 76 und die beiden zwischengeschalteten Steuerräder 78 und 8o gesteuert.
Die Differentialräder und die Steuerräder der in Fig. 5 bis 7 gezeigten abgeänderten Ausführungsform sind Schraubenräder mit Schraubenwinkeln, die auf die zuvor mit Bezug auf die Ausführungsform nach Fig. i bis q. beschriebene Weise bestimmt werden.
Auf der Radwelle 70 ist das angetriebene Stirnrad 82 befestigt, das mit dem Antriebsstirnrad 84 auf einer der Gegenwellen 86 kämmt, deren eines Ende sich durch die Öffnung 88 in dem Käfig 58 hindurch erstreckt und in einer Vertiefung 87-in dem Teil 5; liegt und deren anderes Ende in dem ausgesparten Lager 88 des Käfigs 58 angeordnet ist.
Das Stirnrad 82 kämmt auch mit dem Stirnrad 85 an dem unteren Ende der Welle 112, die diagonal quer zur Welle 86 liegt.
Ein Ende der anderen Gegenwelle 92, die auch zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit benutzt wird, mit der die Radwelle 7o arbeitet, und zur Steuerung des Kraftverhältnisses, das auf diese übertragen wird, ist in dem ausgesparten Lager 94: des Käfigs 5$ angebracht. Das andere Ende der Gegenwelle 92 (nicht gezeigt) liegt in einer Nut in der End- oder Deckplatte 66.
Das Differentialrad 76 wird von der zweiten Gegenwelle 92 getragen und kämmt mit dem Steuerrad 78; das seinerseits mit dem Differentialrad 74 auf der Gegenwelle 86 im Eingriff steht: Das Steuerrad 78 ist auf der Welle 96 befestigt, die zwischen der Gegenwelle 86 und 92 angeordnet und bei 98 abgeflacht ist, so daß sie sich an die Abflachung ioo an dem Teil der Welle 96 anpaßt, auf den das Steuerrad io2 aufgesetzt und befestigt ist.
Die andere Radwelle 10d. ist in der Buchse io6 in der End- oder Deckplatte 66 angeordnet, die ihrerseits in dem Differentialgehäuse 56 auf den Rollenlagern 6o gelagert ist.
Auf der Radwelle io¢ ist das angetriebene Stirnrad i o8 befestigt, das mit dem Antriebsstirnrad i i ,o auf der Gegenwelle i2o kämmt und mit dem Stirnrad 93 auf der diagonal gegenüberliegenden Gegenwelle 92.
Auf der Gegenwelle 112 ist eines der Differentialräder 114 angebracht, das mit dem Steuerrad io2 und dem Steuerrad 8o im Eingriff steht.
Ein Ende der Gegenwelle 112 liegt in einer Lagernut in dem Käfig 58 (nicht gezeigt, jedoch ähnlich der Nut 87) und das andere Ende in einer Nut in der End- oder Deckplatte 66 (nicht gezeigt, jedoch ähnlich der Nut 88).
Ein Ende der anderen Gegenwelle i2o, die auch zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit benutzt wird, mit der die Radachse 104 angetrieben wird, und zur Steuerung des Kraftanteils, der auf sie übertragen wird, ist in dem ausgesparten Lager 122 in dem Käfig 58 angebracht. Das andere Ende dieser Gegenwelle liegt in einer Nut 116 in der Deck- oder Endplatte 66.
Das Differentialrad 124 ist auf dieser anderen Gegenwelle 12o angebracht und steht mit dem Steuerrad io2 auf der Welle 96 und dem Steuerrad 126 auf der Querwelle 128 im Eingriff, auf der auch das Steuerrad 8o befestigt ist.
Die Gegenwellen sind so in dem Käfig 58 angebracht, daß die verschiedenen zuvor erwähnten Stirnräder so lagern, daß sie miteinander im Eingriff stehen.
Sowohl die Steuerradwelle 96 als auch die Steuerradquerwelle 128 ist drehbar in dem Käfig 58 (Fig. 6) angebracht. Wie in Fig. 6 gezeigt, ist die Duerwelle 128 bei 13o ausgeschnitten, um das Einbringen der Welle 96 über der Querwelle 128 bei dem Zusammensetzen der Vorrichtung zu ermöglichen.
Es sei bemerkt, daß, wie die in Fig. i bis 4 gezeigte Form zeigt, die Gegenwellen, auf denen die Differentialräder befestigt sind, rechtwinklig zur Drehebene des Ringrades 12 liegen. Diese Gegenwellen liegen also parallel zur Drehachse des Käfigs 58 des Differentialgetriebes und in gleichem radialen Abstand um sie herum.
Die Welle 96, auf der die Steuerräder 78 und io2 befestigt sind, und die Querwelle 128, auf der die Steuerräder 8o und 126 angebracht sind, liegen in einer Ebene, die parallel zur Drehebene des Ringrades 12 oder zur Drehrichtung des Käfigs 58 liegt.
Zwischen jedem Paar von Differentialrädern ist ein Steuerrad angeordnet, mit dem sie im Eingriff stehen, wobei die Welle, auf der das Steuerrad befestigt ist, rechtwinklig zu den Wellen liegt, auf denen die mit ihnen kämmenden Differentialräder befestigt sind. Die Differentialräder 74 und 76 kämmen z. B. mit dem Steuerrad 78, die Differentialräder 76 und 114 mit den Steuerrädern 8o, die Differentialräder 114 und 124 mit dem Steuerrad io2 und die Differentialräder 124 und 74 mit dem Steuerrad 126.
Bei der Ausführung nach Fig. 4 bis 7 ebenso wie bei der Ausführung nach Fig. i bis 4 wird die zusätzliche Drehgeschwindigkeit, die einer Radachse auf Grund der Differentialräder und der Steuerräder zugeteilt wird, von der Geschwindigkeit abgezogen, die auf die andere Radachse. durch die Drehung des Käfigs übertragen wird, der an dem Ringrad befestigt ist.
Die Schraubenwinkel der eingeschalteten Differentialräder und der Steuerräder der in Fig. 5 bis ,~ gezeigten Ausführung sind in der gleichen Weise gewählt, so daß die Differentialräder, und zwar entweder der aus den Rädern 74 und 76 oder der aus den Rädern 114 und 124 bestehende Satz, leichter durch den Käfig 58 bzw. durch die Steuerräder 78 und io2 angetrieben werden, wobei die Steuerräder So und 126 nur zwischengeschaltete Gegensteuerräder bilden. Es besteht hier die gleiche Art einer wahlweisen Sperr- oder Haltewirkung, die dem Rad, das es benötigt, ein größeres Drehmoment zuteilt und dem Rad, das es nicht notwendig hat, ein geringeres Drehmoment.
Der Schraubenwinkel des Differentialrades beträgt, wie in der ersten Ausführung beschrieben, 45°, zuzüglich der Hälfte des kritischen kinetischen Reibungswinkels für das benutzte Schmiermittel, der Oberflächenbeschaffenheit der Räder und des für die Räder verwendeten Werkstoffs, und der Schraubenwinkel des Steuerrades beträgt dann 9o° abzüglich des Schraubenwinkels des Differentialrades.
Obwohl hier nur die Anwendung der Erfindung auf ein Kraftfahrzeug beschrieben wurde, kann sie auch für andere ;Fahrzeuge, wie Traktoren, Lokomotiven und Dreiräder, Verwendung finden sowie auch für andere Zwecke verwendet werden, bei denen ein Differential benötigt wird, durch das zwei verschiedenen Wellen Kraft zugeführt wird.
Die Ausführung der Erfindung kann im einzelnen auch abgewandelt werden, ohne aus .dem Schutzbereich zu gelangen, der nicht auf die dargestellten und beschriebenen Beispiele beschränkt sein soll.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Differentialgetriebe, insbesondere für Motorfahrzeuge, mit einem angetriebenen, umlaufenden Käfig, in dem zwei gleichachsig angeordnete angetriebene Wellen drehbar gelagert sind, die sich zu beiden Seiten des Käfigs nach außen erstrecken und deren innerhalb des Käfigs liegende Enden einen gewissen Abstand voneinander haben und je ein angetriebenes Zahnrad tragen, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Käfigs (i8) zwei Gegenwellen (40, 48) drehbar gelagert sind, deren Längsachsen parallel zu den Längsachsen der angetriebenen Wellen (28, 34) liegen und je ein Antriebsrad (42, 5o) tragen, das mit einem angetriebenen Rad auf einer der angetriebenen Wellen im Eingriff steht, und ferner die Gegenwellen je ein Differentialrad (44, 52) innerhalb des Käfigs tragen und beide Differentialräder mit einem Steuerrad (46) kämmen, das auf einer Querwelle (54) sitzt, die zwischen den Gegenwellen (40, 48) und den Enden der angetriebenen Wellen (28, 34) in dem Käfig so drehbar gelagert ist, daß die Längsachse der Querwelle in einer Ebene liegt, die senkrecht zu der Ebene liegt, in der die Längsachsen der Gegenwellen und der angetriebenen Wellen liegen.
2. Differentialgetriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Differentialräder und das Steuerrad Schraubenräder sind, deren Schraubenwinkel sich zu 9o' ergänzende Winkel bilden. 3: -Differentialgetriebe nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß- das Übersetzungsverhältnis von dem angetriebenen Rad zu dem Antriebsrad ungefähr 3:2 und das Übersetzungsverhältnis des Differentialrades zu dem Steuerrad ungefähr q. : 3 beträgt. 4. Differentialgetriebe nach Anspruch i, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsräder und die angetriebenen Räder Stirnräder sind. 5. Differentialgetriebe nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenwinke! des .Steuerrades 45' abzüglich der Hälfte des kinetischen Reibungswinkels für die Oberflächen der miteinander kämmenden Steuer- und Differentialräder beträgt, wie diese für die baulichen Erfordernisse festgelegt wurden, wobeider .Schraubenwinkel der Differentialräder go0 abzüglich .des Betrages des Schraubenwinkels des Steuerrades beträgt. 6. Differentialgetriebe nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenwinkel des Steuerrades ungefähr q:2° 17' und der Schraubenwinkel der Differentialräder ungefähr- 47' 43' beträgt. 7. Differentialgetriebe nach Anspruch i und 2, bei dem die Differentialräder und das Steuerrad sich zu 9o' ergänzende Winkel haben, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel so gewählt sind, daß der Widerstand gegen Drehung in einer Richtung geringer ist als der Widerstand gegen Drehung in der entgegengesetzten Richtung, wodurch eine wahlweise Haltewirkung an den Steuerradzähnen entsteht, die mit den Zähnen des Differentialrades auf der Querwelle im Eingriff stehen, die die Fahrzeugradwelle antreibt, die treibend wirkt. B. Differentialgetriebe nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerschraubenrad an seinen gegenüberliegenden Seiten mit den beiden Differentialschraubenrädern in wirksamem Eingriff steht und der Schraubenwinkel des Steuerrades kleiner als 450 ist und die Schraubenwinkel der Differentialräder Komplimentärwinkel zu dem Schraubenwinkel des Steuerrades sind. g.- Differentialgetriebe nach Anspruch 8, da--durch gekennzeichnet, daß der Schraubenwinkel des -Steuerrades 45" abzüglich der Hälfte des kinetischen Reibungswinkels für die den Bedingungen für die bauliche Ausführung des Differentialgetriebes unterworfenen :Oberflächen der im Eingriff stehenden Steuer- und Differentialräder beträgt und der Schraubenwinkel der Differentialräder Komplimentärwinkel zu dem Schraubenwinkel des Steuerrades ist. io. Differentialgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß: der Schraubenwinkel des -Steuerrades ungefähr 420 17' und der Schraubenwinkel der Differentialräder ungefähr 470 43' beträgt. i i. Differentialgetriebe nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenwinkel der Differentialräder und des Steuerrades sich so zu 9o0 ergänzen; daß der Widerstand gegen Drehung in einer Richtung geringer ist als der Widerstand gegen Drehung in der entgegengesetzten Richtung, wodurch eine wahlweise Haltewirkung an den Zähnen des Steuerrades entsteht, die mit dem Differentialrad: im Eingriff stehen, dessen Drehung in einem größeren Maße gehemmt ist als die Drehung des anderen Differentialrades. 12. Differentialgetriebe, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Teile aufweist: Einen von Kraft angetriebenen, umlaufenden Käfig (58), eine erste angetriebene Achse (7o), eine zweite angetriebene Achse (io4), eine erste Gegenwelle (86), die in dem Käfig drehbar gelagert ist und die erste angetriebene Achse antreibt, eine zweite Gegenwelle (92), die in dem Käfig drehbar gelagert ist und die zweite Achse antreibt, eine dritte (1i2) und: eine vierte Gegenwelle (i2o), die in dem Käfig drehbar angeordnet sind, eine erste umlaufende Querwelle (96) in dem Käfig, .die zwischen der ersten- und dritten Gegenwelle und zwischen der zweiten und vierten Gegenwelle angeordnet ist, eine zweite umlaufende Querwelle (i28) in dem Käfig, die zwischen der ersten und vierten Gegenwelle und zwischen der zweiten und.dritten Gegenwelle liegt, ein erstes Differentialrad (74) auf der ersten Gegenwelle, ein zweites Differentialrad (76) auf der zweiten Gegenwelle, ein drittes Differentialrad (114) auf der dritten Gegenwelle,: ein viertes Differentialrad (i24) auf der vierten Gegenwelle; ein erstes Steuerrad (78) auf der ersten Querwelle, das zwischen: dem ersten und dritten Differentialrad liegt und mit diesen in wirksamem Eingriff steht, ein zweites Steuerrad (8o) auf der zweiten Querweile, das zwischen dem zweiten und dritten Differentialrad liegt und mit diesen in wirksamem Eingriff steht, ein drittes Steuerrad (io2) auf der ersten Querwelle, das zwischen dem zweiten und vierten Differentialrad liegt und mit diesen in wirksamem Eingriff steht und ein viertes Steuerrad (i26) auf der zweiten Querwelle, das zwischen dem ersten und vierten Differentialrad liegt und mit diesen in wirksamem Eingriff steht, wobei die Längsachsen der Querwellen und angetriebenen Wellen rechtwinklig zur Drehrichtung des Käfigs und die Längsachsen der Querwellen parallel zur Drehrichtung des Käfigs liegen.