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Ausgleichgetriebe für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf
ein Ausgleichgetriebe für Kraftfahrzeuge, bei dem in die schneckenverzahnten Achswellenräder
schneckenverzahnte Ausgleichräder eingreifen, die mit ineinandergreifenden Kuppelrädern
verbunden sind.
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Bei einem solchen bekannten Ausgleichgetriebe haben die Achswellenräder
einen großen Steigungswinkel und können als Schneckenräder angesehen werden, während
die Ausgleichräder einen kleinen Steigungswinkel haben und daher als Schnecken betrachtet
werden können. Ein solches Differentialgetriebe ergibt einen zwangläufigen Antrieb,
wobei ein Durchdrehen eines der Fahrzeugräder verhindert wird.
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Diese bekannten Ausgleichgetriebe haben eine Reihe von Nachteilen.
Da die Achswellenräder die Form von Schneckenrädern haben, können sie die Aus gleichräder,
die in Schneckenform vorgesehen sind, nicht drehen. Wenn daher die Fahrzeugräder
mit verschiedener Drehzahl laufen, wie dies beispielsweise beim Durchfahren einer
Kurve oder bei Luftreifen mit ungleichem Durchmesser der Fall ist, kann das langsam
laufende Fahrzeugrad an das schneller laufende Fahrzeugrad keinen Teil des antreibenden
Drehmoments abgeben, das ihm vom Motor zugeführt wird. Mit anderen Worten: Das antreibende
Drehmoment bleibt bei dem Fahrzeugrad, das den kürzesten Weg durchläuft und den
größten Widerstand zu überwinden hat. Diese mögliche Überlastung eines Fahrzeugrades
erfordert eine sehr kräftige Ausführung des Ausgleichgetriebes und demgemäß ein
Ausgleichgetriebegehäuse von großem Durchmesser, wodurch die Bodenfreiheit des Fahrzeuges
übermäßig vermindert wird. Ferner kann bei einem Achsenbruch das ganze Ausgleichgetriebe
durch Splitter oder größere gebrochene Teile, die in das Ausgleichräderwerk gelangen,
vollständig zerstört werden, weil wegen des zwangläufigen Antriebs das Fahrzeug
nicht stehentleibt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Mängel
zu beseitigen.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Steigungswinkel der Schneckenzähne
der als Schnecken ausgebildeten Achswellenräder kleiner als der Steigungswinkel
der Schneckenzähne der als Schneckenräder ausgebildeten Ausgleichräder ist. Es hat
sich gezeigt, daß bei einer solchen Anordnung das antreibende Drehmoment fast gleichmäßig
auf die Fahrzeugräder aufgeteilt wird, selbst wenn diese mit verschiedener Drehzahl
laufen. Wenn die Steigungswinkel in geeigneter Weise gewählt werden, kann ein Fahrzeugrad
durchgedreht werden, sofern es ganz frei von Widerstand ist, wie dies beispielsweise
beim Anheben mittels eines Wagenhebers der Fall ist. Dies bedeutet einen Vorteil,
weil das Ausgleichgetriebe nicht dazu führen kann, daß der Wagen vom Wagenheber
abrutscht, wie dies bei dem bekannten Ausgleichgetriebe mit zwangläufigen Antrieb
der Fall ist. Ein sehr kleiner Widerstandswert, der auf dieses Fahrzeugrad gelangt,
beispielsweise bei schlüpfrigem Boden, verhindert das Fahrzeugrad am Durchdrehen.
Tritt ein Achsenbruch auf, so dreht sich das entsprechende Achswellenrad durch,
und der Fahrer kann das Fahrzeug sofort anhalten, wodurch eine weitere Zerstörung
durch Splitter oder größere abgebrochene Teile im Ausgleichräderwerk verhindert
wird.
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Die Größe der Steigungswinkel der Achswellenräder und der Ausgleichräder
kann gemäß dem gewünschten Resultat variieren, wobei natürlich vorausgesetzt bleibt,
daß der Steigungswinkel der Achswellenräder kleiner als 45° und der Steigungswinkel
der Ausgleichräder größer als 45° bleibt. Wenn es erwünscht ist, daß ein Fahrzeugrad
sich durchdrehen läßt, wenn es ganz frei ist, so sollte der Steigungswinkel der
Achswellenräder 35° und der Steigungswinkel der Ausgleichräder dementsprechend 55°
betragen. Hierbei ist eine Toleranz von 2° nach oben und unten möglich. Wird ein
mehr zwangläufiger Antrieb gewünscht, so kann der Steigungswinkel der Achswellenräder
27° und dementsprechend der Steigungswinkel der Ausgleichräder 63°, ebenfalls mit
einer Toleranz von 2° nach oben und unten, betragen. In jedem Fall können die Achswellenräder
infolge ihrer Schneckenform die Ausgleichräder leicht um ihre Achse drehen, was
bei den bekannten Bauarten nicht der Fall ist.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Fig.1 eine schematische Darstellung eines Ausgleichgetriebes gemäß
der Erfindung, Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt,
Fig.
3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2, Fig. 4 die Stirnansicht bei abgenommenem
Deckel, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 3, Fig. 6 einen Längsschnitt
durch eine andere Ausführungsform, Fig.7 und 8 schematische Darstellungen weiterer
Ausführungen und Fig.9 eine perspektivische Ansicht eines Doppelachsantriebs.
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Bei dem schematisch dargestellten Getriebe nach Fig. 1 wird das Drehmoment
von der Kardanwelle 12 durch das Kegelritzel 11 auf das Tellerrad 10 und damit auf
den Räderkäfig 13 übertragen, in dem die Wellenenden 24 der schneckenverzahnten
Ausgleichräder 25 gelagert sind, die mit ihren Wellenenden ein Stück bilden. Diese
Ausgleichräder sind miteinander durch Kuppelräder 20 verbunden, die als Stirnräder
od. dgl. ausgeführt sein können, und kämmen mit den schneckenverzahnten Achswellenrädern
27. Der Steigungswinkel γ1 der Ausgleichräder 25 ist gemäß der Erfindung größer
als 45°, so daß diese Ausgleichräder als Schneckenräder bezeichnet werden können,
während der Steigungswinkel γ2 der Achswellenräder 27 kleiner als 45° ist,
so daß diese Achswellenräder als Schnecken angesehen werden können.
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Es ist ersichtlich, daß bei einer solchen Anordnung keine Antriebskraft
auf die Achswellenräder übertragen werden würde, wenn die Kuppelräder fehlen würden;
denn die als Schneckenräder ausgebildeten Ausgleichräder 25 würden sich beim Umlauf
des Räderkäfigs 13 nur auf den Achswellenrädern 27 abwälzen, d. h. sich um die eigene
Achse drehen. Diese bei beiden Ausgleichrädern in gleichem Drehsinn eintretende
Drehung wird durch die Kuppelräder 20 verhindert, die sich nicht in gleichem Drehsinn,
sondern nur gegenläufig drehen können. Infolge dieser Sperrwirkung der ineinandergreifendem
Kuppelräder 20 wird das Drehmoment gleichmäßig verteilt auf die Achswellenräder
übertragen, wenn die angetriebenen Fahrzeugräder und damit auch die Achswellenräder
mit gleicher Drehzahl laufen.
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Sofern dagegen beim Durchfahren einer Kurve das eine Achswellenrad
schneller umläuft als das andere, kann das schneller umlaufende Achswellenrad 27
infolge seiner Ausführung als Schnecke das zugehörige Ausgleichrad 25 leicht drehen.
Da nun dieses Ausgleichrad 25 mit dem anderen Ausgleichrad 25 durch die Kuppelräder
20 getrieblich verbunden ist, so will auch das andere Ausgleichrad 25 mitgedreht
werden. Dieses Ausgleichrad 25 ist aber ein Schneckenrad und kann seinerseits das
zugehörige Achswellenrad nicht drehen, d. h., es ergibt sich eine Selbstsperrung,
und damit gelangt das Drehmoment weiterhin gleichmäßig verteilt auf beide Achswellenräder.
Trotzdem also die Differentialwirkung beim Durchfahren einer Kurve in der üblichen
Weise erhalten wird, findet keine ungleichmäßige Verteilung des antreibenden Drehmoments
auf die Fahrzeugräder statt.
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Das Ausgleichgetriebe gemäß der Erfindung hat daher gegenüber den
bekannten Bauarten eine völlig abweichende Wirkungsweise. Bei den früheren Bauarten
hängt die Übertragung des Drehmomentes mit der Differentialwirkung so zusammen,
daß man von miteinander verbundenen Funktionen sprechen kann. Bei dem vorliegenden
Getriebe sind diese Funktionen ,getrennt.
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Durch Auswahl der Steigungswinkel der Achswellenräder und der Ausgleichräder
können Ausgleichgetriebe hergestellt werden, die sämtlich einen zwangläufigen Antrieb
vermitteln, jedoch eine verschiedene Wirkungsweise haben. Wenn beispielsweise ein
Ausgleichgetriebe gewünscht wird, bei dem das Drehmoment auf beide Fahrzeugräder
in gleichem Verhältnis von 50:50 übertragen werden soll, solange beide Fahrzeugräder
den gleichen Reibungswiderstand auf der Fahrbahn haben und das Drehmoment im Verhältnis
100:0 übertragen werden soll, wenn ein Fahrzeugrad etwa auf einer vereisten Stelle
durchdreht und daher das noch fassende Fahrzeugrad das volle Drehmoment erhalten
soll, so wird der Steigungswinkel der Achswellenräder mit 27° und der der Ausgleichräder
mit 63° gewählt. Dieser Winkel von 27 bzw. 63° kann nach oben oder unten um etwa
2° variieren, ohne daß die gewünschte Wirkung verlorengeht. Allerdings ergibt ein
kleinerer Steigungswinkel als 27° bei den Achswellenrädern einen geringen Nachteil,
weil die auf die Verzahnungen ausgeübten Scherkräfte größer werden.
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Wird ein Ausgleichgetriebe gewünscht, bei dem die Achswellenräder
bei einem Achsbruch od. dgl. leer laufen, so wird der Steigungswinkel der Achswellenräder
mit 35° gewählt, und der der Ausgleichräder beträgt dann 55°.
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Die Wirkungsweise, daß ein Fahrzeugrad ohne Reibungswiderstand kein
Drehmoment erhält, ergibt sich aus Fig. 1. Es sei angenommen, daß das links liegende
Fahrzeugrad, das mit dem als Schnecke ausgebildeten linken Achswellenrad 27 verbunden
ist, frei umlaufen kann. Hierbei ist die Reaktionskraft von dem Achswellenrad 27
auf das Ausgleichrad 25, die dieses Ausgleichrad um seine Achse drehen will, sehr
klein. Das Ausgleichrad 25 läuft auf einer Kreisbahn um das Achswellenrad 27 um,
und da dieses Achswellenrad infolge der fehlenden Bodenhaftung keinen Widerstand
leisten kann, fehlt praktisch jede Reaktionskraft. Gleichzeitig läuft aber das rechte
Ausgleichrad ebenfalls auf einer Kreisbahn um das rechte Achswellenrad 27 um. Dieses
Achswellenrad 27 vermittelt einen normalen Widerstand, weil das zugehörige Fahrzeugrad
genügend Bodenhaftung hat. Nun sind aber beide Ausgleichräder 25 durch die Kuppelräder
20 miteinander verbunden, und da das linke Ausgleichrad 25 das linke Achswellenrad
infolge der Selbstsperrung nicht antreiben kann, wird das ganze Drehmoment auf das
rechte Fahrzeugrad übertragen, das genügend Reibungswiderstand auf der Fahrbahn
vorfindet.
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Anders ausgedrückt wird also bei dem vorliegenden Ausgleichgetriebe
das antreibende Drehmoment normalerweise unter allen Betriebsbedingungen gleichmäßig
verteilt auf beide angetriebene Fahrzeugräder übertragen, solange beide Fahrzeugräder
auf der Fahrbahn genügend Reibungswiderstand vorfinden. Das antreibende Drehmoment
wird aber bei ungleichem Haften der angetriebenen Fahrzeugräder auf der Fahrbahn
in direktem Verhältnis zur Haftwirkung übertragen, d. h. das stärker fassende Fahrzeugrad
erhält im Verhältnis den größeren Drehmomentanteil.
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Fig. 2 bis 6 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel des Ausgleichgetri.ebes.
Es sind hier drei Ausgleichräderpaare vorhanden, die im Winkel von 120° zueinander
versetzt liegen (vgl. Fig. 4). Die Ausgleichräder sitzen in einem Räderkäfig 30,
an dessen Flansch 31 ein Tellerrad 32 angeschraubt ist, wie in Fig. 3 strichpunktiert
angedeutet ist. Zur Aufnahme von Befestigungsschrauben hat der Flansch 31 eine Reihe
von Bohrungen 34. An einem Ende des Räderkäfigs 30 befindet sich ein Stutzen 35,
der in einem Lager des Ausgleichgetriebegehäuses gelagert ist (nicht dargestellt).
Das andere Ende des Räderkäfigs
30 ist durch einen Deckel 36 verschlossen,
der ebenfalls einen Stutzen 37 zur Lagerung im Ausgleichgetriebegehäuse hat.
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An dem Flansch 31 sitzen Käfigteile 30a, die gegenseitig um 120° versetzt
liegen und am Ende Gewindebohrungen 38 zur Aufnahme der Deckelschrauben 39 haben.
Zwischen den Käfigteilen 30a sitzen abnehmbare Halter 40, die an einem Ende einen
Gewindezapfen 42 haben, der durch eine Bohrung des Flansches hindurchgeht und mittels
einer Mutter 42 in dieser Bohrung befestigt ist. Am anderen Ende tragen die Halter
40 ebenfalls Gewindezapfen 43, die durch Bohrungen des Deckels 36 durchgehen und
mittels Muttern 44 festgeschraubt sind. Der Deckel 36 hat einen Randflansch 46,
der die gebogene Außenfläche der Käfigteile 30a und der Halter 40 übergreift. Die
Innenflächen 48 und 49 der Halter 40 liegen im Winkel von 120° zueinander, so daß
zwischen zwei benachbarten Haltern parallele Innenflächen 48 bzw. 49 vorliegen.
In Bohrungen 50 der Halter 40 sind die Wellenenden 62 der Ausgleichräder 60 gelagert,
die auf beiden Seiten je ein Kuppelrad 61 haben.
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Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind die Achswellenräder als Schnecken
70 mit zahlreichen Schneckenzähnen ausgebildet. Jede Schnecke 70 hat auf einer Seite
einen Lagerzapfen 71, der in einem Lager 72 des Räderkäfigs 30 gelagert ist. Beide
Achswellenräder sind gleich ausgeführt mit der geringen Abweichung, daß das eine
Achswellenrad einen längeren Lagerzapfen 71 hat, der in dem Teil des Räderkäfigs
liegt, der wegen des Tellerrades 31 stärker ausgeführt ist als der gegenüberliegende
Deckel 36 des Räderkäfigs. Beide Achswellenräder haben in der Innenbohrung eine
Keilverzahnung, in die die Achswellen 75 mit einer entsprechenden Keilverzahnung
76 eingreifen. Gemäß Fig. 2 kämmen die Kuppelräder 61 der Ausgleichräder 60 miteinander,
während die als Schnekkenräder ausgebildeten Ausgleichräder mit den Achswellenrädern
70 im Eingriff sind, zwischen denen vorzugsweise ein Drucklager 80 liegt (vgl. Fig.
3). Weitere Drucklager 81 und 82 befinden sich zwischen den Achswellenrädern und
dem Boden bzw. Deckel des Räderkäfigs.
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Aus dem dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich, daß das gesamte
Ausgleichgetriebe innerhalb eines normalen Ausgleichgetriebegehäuses ohne Vergrößerung
desselben untergebracht werden kann. Durch die Anwendung von drei Ausgleichräderpaaren
wird die Belastungsfähigkeit des Ausgleichgetriebes wesentlich erhöht. Die Anordnung
der Halter 40; die beim Zusammenbau sowohl einen Teil des Räderkäfigs als auch die
Lager für die Ausgleichräder bilden, ergibt einen leichteren Zusammenbau, eine Erhöhung
der Festigkeit und eine Verminderung der Abmessungen. Selbstverständlich können
die Halter 40 mit dem Räderkäfig ein Stück bilden.
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In Fig. 6 ist eine vereinfachte Ausführungsform dargestellt. Von dem
Teil 115 einer Kupplung, die sonst nicht dargestellt ist, wird ein Stirnrad
116 angetrieben, das in einem Ansatz des Ausgleichgetriebegehäuses gelagert ist.
Dieses Stirnrad 116 kämmt mit einem weiteren Stirnrad 117, das auf einem Stutzen
118 des Räderkäfigs 119 sitzt. Dieser Stutzen ist in einer Lagermuffe 120 des Ausgleichgetriebegehäuses
gelagert. Die Ausgleichräder 121 sind durch die Kuppelräder 122 miteinander verbunden
und kämmen mit den Achswellenrädern, deren Naben 123 im Boden bzw. Deckel des Räderkäfigs
gelagert sind. Die Enden 126 der Achswellen 124, 125 haben Keilverzahnungen die
in die Naben 123 eingesetzt sind. In Fig. 7 ist schematisch eine Abänderung des
Ausgleichgetriebes nach Fig. 1 dargestellt. Die Kuppelräder 20' und 21' haben hier
statt eines Übersetzungsverhältnisses von 1:1 einen verschiedenen Durchmesser. Die
Verteilung des Antriebsdrehmoments ist dadurch nicht gleichmäßig, sondern hängt
von dem Übersetzungsverhältnis ab. Dies ist erwünscht, wenn das Ausgleichgetriebe
den Antrieb auf mehrere Achsen verteilen soll und eine Achse davon eine größere
Belastung aufzunehmen hat als die andere. Soll beispielsweise die Vorderachse eines
Fahrzeugs eine Belastung von 1 t und die Hinterachse eine Belastung von 10 t aufnehmen,
so ist es vorteilhaft, ein größeres Drehmoment auf die Hinterachse zu leiten. Wird
in einem solchen Fall bei den Kuppelrädern ein Übersetzungsverhältnis von
3: 1 angewendet, so werden 25 0/o des Drehmoments auf die Vorderachse und
75 0/o auf die Hinterachse übertragen.
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In Fig. 8 ist dargestellt, daß eine verschiedene Verteilung auch durch
einen verschiedenen Steigungswinkel bei den Rädern erhalten werden kann. Es kämmen
hier die als Schnecken ausgebildeten Achswellenräder 27a und 27a' mit den Ausgleichrädern
25a und 25a', und die Kuppelräder 20 von gleichem Durchmesser sind wieder miteinander
im Eingriff. Für die Ausgleichräder 25a' kann nun ein Steigungswinkel von 63° und
für die Ausgleichräder 25a ein solcher von 55° vorgesehen werden.
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Fig. 9 zeigt einen Doppelachsantrieb eines Fahrzeugs. Die beiden Vorderachswellen
90 sind an ein Ausgleichgetriebe angeschlossen, dessen Räderkäfig einen Radkranz
92 mit Stirnverzahnung trägt, in die ein Antriebsritzel 93 eingreift. Dieses Ritzel
93 sitzt auf einer Welle, die über Kegelräder 94 und 95 angetrieben wird. Der gleiche
Aufbau ist an der Hinterachse vorhanden. Der Antrieb erfolgt über die Welle 100,
die mit einem Verteilergetriebe 101 verbunden ist, das dem bereits beschriebenen
Ausgleichgetriebe entspricht und Ausgleichräder 102 und 102a hat. Eine Zwischenwelle
103, die an ein Kardangelenk 104 angeschlossen ist, geht durch das Kegelrad 94 und
ein inneres Achswellenrad des Getriebes 101 hindurch, das mit den Ausgleichrädern
102 a kämmt, und ist mit dem Achswellenrad verbunden, das mit den Ausgleichrädern
102 im Eingriff ist.
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Das Kardangelenk ist auf der anderen Seite mit einer weiteren Zwischenwelle
105 verbunden, die ein Kegelrad 107 trägt, das mit einem Kegelrad 108 kämmt, von
dem aus ein Stirnrad 109 angetrieben wird. Dieses Stirnrad 109 ist mit dem Radkranz
110 des hinteren Ausgleichgetriebes im Eingriff, das an dessen Räderkäfig 112 sitzt.
Von diesem Ausgleichgetriebe werden die Hinterachswellen 113 angetrieben.
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Bei dieser Anordnung besteht die Möglichkeit, das Räderpaar des Fahrzeugs,
also entweder die Vorder-oder die Hinterräder, das gerade gute Bodenhaftung hat,
mit einem erhöhten Drehmoment anzutreiben als das andere Räderpaar, das sich zur
Zeit auf einer schlüpfrigen Bodenfläche befindet. Damit werden die unerwünschten
Wirkungen, die sich sonst ergeben, vermieden, und trotzdem ist ein zwangläufiger
Antrieb für jede Achse gegeben. Auch in diesem Fall kann im übrigen grundsätzlich
eine ungleichmäßige Verteilung des Drehmoments auf die beiden Achsen vorgenommen
werden. Hierbei lassen sich die Möglichkeiten nach Fig. 7 und B anwenden.