DE19609666B4

DE19609666B4 - Differentialgetriebe

Info

Publication number: DE19609666B4
Application number: DE19609666A
Authority: DE
Inventors: Makoto Ishizuka; Sakuo Kurihara; Yasuhiko Ishikawa; Masahiko Asahi
Original assignee: Tochigi Fuji Sangyo KK
Current assignee: GKN Driveline Japan Ltd
Priority date: 1995-03-16
Filing date: 1996-03-12
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2016-03-13
Also published as: US5728024A; DE19609666A1; GB9604600D0; GB2299140B; GB2299140A

Abstract

Differential für ein Kraftfahrzeug, mit:
einem um eine Achse drehbaren ersten Achswellenrad (39),
einem um dieselbe Achse drehbaren zweiten Achswellenrad (37),
einem das erste und das zweite Achswellenrad (39, 37) aufnehmenden, um dieselbe Achse drehbaren Differentialgehäuse (21),
einer in dem Differentialgehäuse (21) ausgebildeten, parallel zu der Achse verlaufenden ersten Bohrung (63),
einer in dem Differentialgehäuse (21) ausgebildeten, parallel zu der Achse verlaufenden zweiten Bohrung (65),
einem in der ersten Bohrung (63) gleitend drehbaren ersten Ritzel (67), von dem ein erster Zahnradabschnitt (71) mit dem ersten Achswellenrad (39) in Eingriff ist,
einem in der zweiten Bohrung (65) gleitend drehbaren zweiten Ritzel (69), von dem ein erster Zahnradabschnitt (77) mit dem zweiten Achswellenrad (37) und ein zweiter Zahnradabschnitt (79) mit einem zweiten Zahnradabschnitt (73) des ersten Ritzels (67) in Eingriff ist,
wobei wenigstens die Zahnradabschnitte eines Ritzels (67, 69) einen sich in Axialrichtung kontinuierlich...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Differential- oder Ausgleichsgetriebe, welches zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug oder dergleichen dient.

Ein Differentialgetriebe nach dem Stand der Technik, wie es aus der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung (kokai) Nr. 6-43401 bekannt geworden ist, ist in 11 gezeigt. Gemäß dieser Veröffentlichung weist das Differential 301 ein Differentialgehäuse 303, entsprechende Paare langer und kurzer schrägverzahnter Ritzel 305 und 307 und ein Paar von schrägverzahnten Achswellenrädern 309 und 311 an der Abtriebsseite des Differentials 301 auf. Die jeweiligen Ritzel 305 und 307 sind in Bohrungen 313 und 315 gelagert, welche in dem Differentialgehäuse 303 ausgebildet sind und drehen hierin unter Reibung. Die Antriebskraft eines Motors zum Drehen des Differentialgehäuses 303 wird von den Ritzeln 305 und 307 über die Achswellenräder 309 und 311 auf die Fahrzeugräder übertragen. Während einer Übertragung des Drehmomentes werden die jeweiligen Zahnköpfe der entsprechenden Ritzel 305 und 307 durch eine Reaktionskraft beim Eingriff mit den Achswellenrädern 309 und 311 gegen die Wände der Bohrungen 313 und 315 gedrängt, so daß zwischen den Ritzeln 305 bzw. 307 und den Bohrungen 313 bzw. 315 ein Reibwiderstand erzeugt wird. Zusätzlich wird aufgrund einer Druck- oder Schubkraft der miteinander in Eingriff stehenden schrägverzahnten Zahnrader ein Reibwiderstand auch zwischen dem Achswellenrad 309 und dem Achswellenrad 311, zwischen den Ritzeln 305 und 307 und dem Differentialgehäuse 303 oder zwischen den jeweiligen Achswellenrädern 309 und 311 und dem Differentialgehäuse 303 erzeugt. Somit wird die Differential-Grenzkraft (Sperrkraft) des Differentials 301 durch diese Reibwiderstände erhalten. Ein so aufgebautes Differential 301 wurde einem Blockier- oder Festfressungstest unterworfen, wobei Festfressen und Reibungsverschleiß der Reibteile untersucht wurden, nachdem eine Differentialdrehung entsprechend einer Links- und Rechtskurvenfahrt des Fahrzeuges in mehreren Zyklen dem Differential auferlegt wurde unter der Bedingung, daß die Öltemperatur des Differentialgehäuses abgesenkt wurde, so daß die Ölströmung beeinflußt wurde, während die Differentialdrehungen und das Eingangsdrehmoment auf jeweils vorher bestimmte Werte festgelegt wurden.

Das Ergebnis war, daß einige der kurzen Ritzel einem Reibverschleiß in ihren axialen Mittelbereichen und andere einem Reibverschleiß an ihren jeweiligen axialen Enden unterworfen sind. Es wird angenommen, daß der Grund für dieses Phänomen wie folgt zu suchen ist:

12 zeigt eine Querschnittsdarstellung des Differentials 301. In 12 ist das kurze Ritzel 307 so angeordnet, daß, wenn das Fahrzeug vorwärts fährt, das Ritzel 307 dem vorgeschalteten langen Ritzel 305 in einer Drehrichtung des Differentialgehäuses 303 (mit dem Pfeil 300 dargestellt) drehend folgt. 12 zeigt auch einen Eingriffsbereich zwischen dem kurzen Ritzel 307 und dem Achswellenrad 311 und einen weiteren Eingriffsbereich zwischen dem kurzen Ritzel 307 und dem langen Ritzel 305.

13 zeigt eine Seitenansicht auf das kurze Ritzel 307 mit einer Zahneingriffslinie 319 hiervon, und zwar gesehen aus einer Richtung Y in 12. Weiterhin zeigt 14A eine Endfläche des Ritzels 307 mit einer Endfläche (Hälfte) gesehen aus einer Richtung A von 13 auf der linken Seite der Figur und einer Endfläche (Hälfte) gesehen aus einer Richtung B in 13 auf der rechten Seite dieser Figur. in den 13 und 14A bezeichnen die Buchstaben EA und EB jeweils axiale Endpunkte von Bereichen des Ritzel 307 (das heißt Kontaktstellen des Ritzels 307 mit dem Differentialgehäuse 303), wobei diese Bereiche einer Kraft F in 12 aufgrund einer Drehung des Differentialgehäuses 303 unterworfen sind und der Buchstabe N bezeichnet eine Mitte des Zahnrades 305 in Axialrichtung.

Wenn, wie in 12 gezeigt, das Fahrzeug entsprechend einer Richtung eines Pfeiles 317 vorwärts fährt, drängt das Ritzel 307, welchem die Kraft F aufgrund einer Umdrehung des Differentialgehäuses 303 durch eine Wandung der Bohrung 315 auferlegt wird, das Achswellenrad 311 und das Ritzel 305, so daß das Ritzel 307 von den Zahnrädern 311 bzw. 305 Reaktionskräfte f1 bzw. f2 erhält.

Da, wie in 13 gezeigt, diese Reaktionskräfte f1 und f2 jeweils Angriftspunkte an untersohiedlichen Stellen in Axialrichtung haben, wirken um den Punkt N Kräfte 321 auf das Ritzel 307, so daß die Endpunkte EA und EB durch das sich ergebende Moment in 14A in die Richtungen 323 und 325 gedrängt werden.

Hierdurch wird das Ritzel 307 in eine Richtung geneigt, daß ein Steigungswinkel θ der Zahneingriffslinie 319 verringert wird, wie durch die gestrichelte Linie 327 gezeigt, so daß zwischen dem Ritzel 307 und der Wand der Bohrung 317 ein Abstand oder Freiraum x erzeugt wird. Das dem Differentialgehäuse 303 übertragene Antriebsdrehmoment wird in das Ritzel 307 über dessen gesamte Länge durch die Wand der Bohrung 315 eingegeben, während das Ritzel 307 hohen Reaktionskräften an den jeweiligen Eingriffspunkten unterworfen ist, so daß es an die Wand der Bohrung 315 anschlägt.

Unter Bezug auf 14B wird nun der Abstand x berechnet.

Wenn in diesem Beispiel angenommen wird, daß die Zahnradbreite plus Abschrägungen des Ritzels 307 durch L mm, den Steigungswinkel θ und den Kopfdurchmesser R gegeben ist, wird die umfangsseitige Länge zwischen dem Endpunkt EA und dem Endpunkt EB erhalten durch: L × tan θ

Daher ist die umfangsseitige Länge zwischen jedem der Endpunkte EA und EB und dem Punkt N die Hälfte der Länge L × tan θwird weiterhin angenommen, daß der Winkel, der durch ein Liniensegment zwischen dem Punkt N und einem Mittelpunkt 0 (eine Achse des Ritzels 307) und einem anderen Liniensegment zwischen den jeweiligen Endpunkten EA und EB und dem Mittelpunkt 0 durch α gegeben ist, wird ein Ausdruck für α wie folgt erhalten: α = [(L × tanθ)/2]/(R × n) × 360 .... (1)

Wird weiterhin angenommen, daß die Versetzungen der jeweiligen Endpunkte EA und EB entlang Richtungen 323 und 325, welche durch die Neigung des Ritzels 307 bewirkt werden, durch δ vertreten sind, wobei der Abstand zwischen dem Ritzel 307 und der Bohrung 315 durch "x" definiert ist, wird ein Ausdruck für x wie folgt erhalten: x = sin α × 6 mm .... (2)

Der Wert von x (mm) entspricht jedem Abstand an den Endpunkten EA und EB der Zahneingriffslinie 310. Je näher sich die jeweiligen Endpunkte EA und EB dem Punkt N annähern, umso kleiner wird der Wert α in der obigen Gleichung (1) und der Wert x in der obigen Gleichung (2). Schließlich ist der Abstand x am Punkt N null. Dies bedeutet, daß, wenn das Fahrzeug vorwärts fährt, und das Ritzel 307 im Nahbereich des Punktes N in (Reib)Kontakt mit der Wand der Bohrung 315 gerät, der Verschleiß weiter fortschreitet. Dies bedeutet, daß, da ein Kontaktrand des Ritzels 307, wobei der Rand mit der Wand der Bohrung 315 in Anlage bringbar ist, wenn ein Antriebsdrehmoment dem Differentialgehäuse 303 übertragen wird, durch eine Verringerung eines Steigungswinkels verkürzt wird, der aufgrund der oben erwähnten Neigung bewirkt wird, nur der Bereich im Nahbereich des Punktes N des Ritzels 307 in Kontakt mit der Wand der Bohrung 315 gerät, so daß nicht erwartet werden kann, daß das Ritzel 307 im gleichmäßigen Kontakt mit der Bohrung 315 über die gesamten Zahnbreiten hinweg gerät. Infolge dessen schreitet, je höher das anliegende Drehmoment ist, die Abnutzung umso weiter fort.

Umgekehrt werden, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt, Kräfte entgegengesetzt den Reaktionskräften f1 und f2 der 12 und 13 auf das Ritzel 307 ausgeübt. In diesem Fall wird dann das Ritzel 307 durch die Kräfte 329 in 13 zur entgegengesetzten Richtung geneigt, so daß der Steigungswinkel θ anwächst. Hierbei erreicht der Abstand x sein Maximum im Nahbereich des Punktes N, während er an den jeweiligen Endpunkten EA und EB null ist. Somit wird das Ritzel 307 einer fortschreitenden Abnutzung um die Punkte EA und EB herum unterworfen, während das Ritzel 307 stark an der Bohrung 315 anliegt.

16 zeigt ein kurzes Ritzel 333, bei dem eine Zahneingriffslinie 331 in der entgegengesetzten Richtung zu derjenigen des oben erwähnten Ritzels 307 ausgebildet ist. Es sei festzuhalten, daß das Ritzel 333 ebenfalls so angeordnet ist, daß es dem vorlaufenden langen Ritzel bezuglich der Drehrichtung 300 des Differentialgehäuses 303 ähnlich wie das Ritzel 307 drehend folgt. Wenn das Fahrzeug vorwärts fährt, wird das Ritzel 333 Kräften 335 unterworfen, welche in Reaktionskräften f1 und f2 begründet sind, so daß sich die Zahneingriffslinie 331 neigt, wodurch der Steigungswinkel θ erhöht wird, wie durch eine gestrichelte Linie 337 gezeigt. Wenn im Gegensatz hierzu das Fahrzeug rückwärts fährt, wird das Ritzel 333 durch die entgegengesetzten Kräfte 339 geneigt, so daß der Steigungswinkel θ der Zahneingriffslinie 331 abnimmt. Demzufolge erreicht, wenn das Fahrzeug vorwärts fährt, der Abstand x sein Maximum im Nahbereich des Punktes N wie in 17 gezeigt, so daß nicht erwartet werden kann, daß das Ritzel 333 im gleichförmigen Kontakt mit der Bohrung 315 über die gesamten Zahnbreiten gerät, was ähnlich zu dem "Rückwärtsfahrt"-Zustand der 12 und 13 ist. Wenn somit vorwärts gefahren wird, wird das Ritzel 337 einer erhöhten Abnutzung um die Punkte EA und EB herum unterworfen, wo das Ritzel 307 stark an der Bohrung 315 anliegt, wohingegen das Ritzel 337 einer verstärkten Abnutzung um den Punkt N herum unterworfen ist, wenn rückwärts gefahren wird.

Wie oben erwähnt, hängt, welcher Bereich des schrägverzahnten Zahnrades abgenutzt wird, von der Richtung der Zahneingriffslinie und der Fahrrichtung des Fahrzeuges ab.

In den 18, 19 und 20 bezeichnet ein Pfeil 351 eine Drehrichtung des Differentialgehäuses 303, wenn das Fahrzeug vorwärts fährt. Bei einem derartigen Vorwärtsfahrt-Zustand ist jedes der langen Ritzel 305 so angeordnet, daß es vor dem Ritzel 307 in Drehrichtung 351 des Differentialgehäuses 303 dreht.

Wenn das Differentialgehäuse 303 gemäß 18 in die Richtung 351 dreht, wirkt ein Drehmoment entsprechend dem gestrichelten Pfeil 353 und 355 auf einen ersten Zahnradabschnitt 341 des Ritzels 305 und einen ersten Zahnradabschnitt 347 des Ritzels 307 von den Bohrungen 313 bzw. 315, während ein Lastmoment als Reaktionskraft gemäß den mit durchgezogenen Linien dargestellten Pfeilen 357 und 359 auf das Differentialgehäuse 303 über die Bohrungen 313 bzw. 315 ausgeübt wird.

Somit werden, wie in den 19 und 20 gezeigt, Eingriffs-Reaktionskräfte F1 und F2 durch den gegenseitigen Eingriff der Zahnräder in entgegengesetzten Richtungen an zweiten Zahnradabschnitten 349 und 343 der Ritzel 307 und 305 erzeugt. Andererseits werden an den jeweiligen ersten Zahnradabschnitten 341 und 347 Eingriffs-Reaktionskräfte F3 und F4 in gleicher Richtung durch die jeweiligen Eingriffsvorgänge der Ritzel 305 und 307 mit den Achswellenrädern 309 und 311 erzeugt, wie in 20 dargestellt.

Wie sich aus 20 erkennen läßt, ist ein Kippmoment an dem langen Ritzel 305 größer als das, welches an dem kurzen Ritzel 307 anliegt, da die Richtungen der Kräfte F2 und F4 an dem Ritzel 305 einander entgegengesetzt sind, während die Richtungen der Kräfte F1 und F3 an dem Ritzel 307 im Wesentlichen zueinander identisch sind. Auf diese Weise wird jedes der langen Ritzel 305 in Richtung der Drehachse durch das Kippmoment geneigt, so dass die jeweiligen axialen Enden hiervon sich aus einer Position zum Zeitpunkt ohne Last zu einer anderen Position zum Zeitpunkt eines belasteten Zustandes bewegen, wie durch die durchgezogenen und doppelt gestrichelten Linien in 22 gezeigt.

Aufgrund einer Neigung des Ritzels 305 wird jedes Ritzel 305 an entsprechenden Punkten in Kontakt mit der Bohrung 303 gebracht, wie durch die Pfeile 361, 363 und 365 in 25 gezeigt, so dass eine Oberflächenpressung in diesen Bereichen sehr hoch wird. Infolgedessen werden das Ritzel 305 und die Bohrung 303 teilweise abgenutzt, wodurch die Lebensdauer des Differentials 301 verringert wird.

Wenn andererseits das Fahrzeug rückwärts fährt, wobei das Differentialgehäuse 303 sich in die entgegengesetzte Richtung dreht, erfolgt ein derartiger Punktkontakt an den kurzen Ritzeln 307, so dass die Lebensdauer des Differentials 301 ebenfalls verschlechtert wird.

Weiterhin ist aus der prioritätsälteren, aber nachveröffentlichten DE 195 38 016 A1 ein Differential für ein Fahrzeug bekannt mit einem Differentialgehäuse, das durch eine Antriebskraft eines Motors des Fahrzeuges gedreht wird; einem Paar von Achswellenrädern, die in dem Differentialgehäuse angeordnet sind, einander gegenüber liegen und koaxial zu einer Achse des Differentialgehäuses drehbeweglich gelagert sind; wenigstens einem Paar von Ritzeln, die radial außerhalb der Achswellenräder angeordnet sind, wobei die Ritzel jeweils erste Zahnradabschnitte im Eingriff mit den Achswellenrädern und zweite Zahnradabschnitte in Eingriff miteinander aufweisen; wenigstens einem Paar von Bohrungen, die in dem Differentialgehäuse um die Achswellenräder herum ausgebildet sind, um die Ritzel auf zunehmen, so dass diese reibend hierin drehen; und Mitteln zum Aufrechterhalten eines Kontaktbereiches jedes der Ritzel mit der Bohrung, selbst wenn das Ritzel gegenüber einer Achse der Bohrung durch Reaktionskräfte verkippt wird, welche von der Bohrung auf die ersten und zweiten Zahnradabschnitte aufgebracht werden.

Es ist von daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Differential (Ausgleichsgetriebe) so auszubilden; dass die jeweiligen Ritzel durch Bohrungen gestützt werden, die in einem Differentialgehäuse ausgebildet sind, wobei ein teilweiser Verschleiß aufgrund geneigter oder verkippter Ritzel verhindert wird, so dass die Haltbarkeit oder Lebensdauer des Differentials verbessert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Da das Ritzel aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung zu der Achse der Bohrung geneigt ist, so dass der Steigungswinkel der Zahneingriffslinie erhöht wird, gerät das Ritzel in starken Kontakt mit der Bohrung im Nahbereich der jeweiligen axialen Endabschnitte des Ritzels. Da das Ritzel so ausgebildet ist, dass die Zahntiefen der Zahnradzähne allmählich von den jeweiligen axialen Endabschnitten in Richtung eines axialen mittleren Bereiches anwachsen, gerät das Ritzel in gleichförmigen Kontakt mit der Bohrung über die gesamte Zahnbreite der Zahnradzähne. Infolgedessen ist es möglich, das Auftreten eines teilweisen Verschleißes und Fressens über die gesamten Zahnbreiten des Ritzels hinweg ebenfalls zu verhindern.

Vorteilhafte Weiterbildung in der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der vorliegenden Erfindung sind bevorzugt die Ritzel so angeordnet, dass, wenn das Fahrzeug vorwärts fährt, das Ritzel mit den Achswellenrädern umläuft, während es dem anderen Ritzel bezüglich der Drehrichtung des Differentialgehäuses folgt.

In so einem Fall ist es möglich, das Auftreten von teilweisem Verschleiß und Fressen bei der Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges wirksam zu verhindern, bei der ein höheres Drehmoment auf die Ritzel im Vergleich dazu aufgebracht wird, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt.

Alternativ hierzu kann es vorteilhaft sein, dass das Ritzel einen abgeschrägten Bereich aufweist, wobei das Ritzel bezüglich seiner

Drehachse durch Eingriffs-Reaktionskräfte geneigt ist, welche auf den ersten Zahnradabschnitt und den zweiten Zahnradabschnitt einwirken.

Auch in diesem Fall kann, da der Kontaktbereich des geneigten Ritzels mit der Bohrung durch den sich verringernden Bereich aufrechterhalten werden kann, ein teilweiser Verschleiß des Ritzels aufgrund eines Punktkontaktes und des Anwachsens eines Oberflächendruckes vermieden werden, wodurch die Haltbarkeit des Differentials wesentlich verbessert wird.

In der vorliegenden Erfindung sind weiterhin bevorzugt die Ritzel so angeordnet, daß, wenn das Fahrzeug vorwärts fährt, das Ritzel mit dem abgeschrägten Bereich um die Achswellenräder umläuft, während es von dem anderen Ritzel bezüglich der Drehrichtung des Differentialgehäuses gefolgt wird.

Da in diesem Fall der abgeschrägte Bereich an dem Ritzel ausgebildet ist, welches einem hohen Kippmoment ausgesetzt ist, wenn das Fahrzeug vorwärts fährt, kann die Haltbarkeit des Differentials weiter verbessert werden. Da weiterhin ein derartiger abgeschrägter Bereich nicht an dem anderen Ritzel ausgebildet ist, welches nicht schräggestellt wird, wenn das Fahrzeug vorwärts fährt, können die Herstellungskosten verringert werden.

Der abgeschrägte Bereich ist mit Zahnradzähnen versehen, deren Zahntiefen allmählich in Richtung der jeweiligen Endabschnitte des Ritzels abnehmen, wodurch ein sich verjüngernder oder sphärisch abschrägter Bereich erhalten wird.

Auch in diesem Fall ist es möglich, eine Verschlechterung der Haltbarkeit des Differentiales zu vermeiden, die durch eine Neigung des Ritzels bewirkt wird. Da es beispielsweise einfach ist, einen sich verjüngernden abgeschrägten Bereich herzustellen, können auch die Herstellungskosten verringert werden. Obgleich sich weiterhin der Steigungswinkel des Ritzels in dem Fall, in dem das Differentialgehäuse eine etwas geringe Steifigkeit hat oder in dem Fall, in dem die Achswellenräder durch den Getriebeeingriff etwas in radialer Richtung verschoben werden, andert, ist es möglich, einer derartigen Änderung des Steigungswinkels dadurch zu begegnen, daß der Radius R (die Krümmung) des abgeschrägten Bereiches so eingestellt wird, daß der Punktkontakt der Bohrung in Antwort auf Änderungen des Steigungswinkels wirksam verhindert werden kann, so daß die Haltbarkeit des Differentials verbessert wird.

Weiterhin bevorzugt weist der abgeschrägte Bereich einen sich verjüngenden oder sphärischen Teil an der Seite der axialen Endabschnitte auf, mit Zahnradzähnen, deren Zahntiefen allmählich in Richtung der jeweiligen axialen Enden des Ritzels abnehmen.

In diesem Fall ist es durch Anordnen des sich verjüngenden oder sphärischen Bereiches auf Seiten der axialen Endabschnitte des Ritzels möglich, den Punktkontakt zwischen dem Ritzel und der Bohrung zu vermeiden, der bei, einer Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges bewirkt werden würde.

Wenn weiterhin das Fahrzeug rückwärts fährt oder im Leerlauf auf der Straße rollt, wird keine Neigung in jedem Ritzel bewirkt, da die Richtung eines hieran angelegten Drehmomentes entgegengesetzt zu derjenigen ist, die bei der Vorwärtsfahrt vorliegt. Da in jedem dieser Fälle das Ritzel in Kontakt mit der Bohrung gelangt, kann ein Punktkontakt zwischen dem Ritzel und der Bohrung verhindert werden. Auf diese Weise ist es möglich, zu verhindern, daß das Ritzel aufgrund von Punktkontakten in beiden Fällen, das heißt der Vorwärtsfahrt und der Rückwartsfahrt, teilweise abgenutzt wird, so daß die Haltbarkeit des Differentials wesentlich verbessert werden kann.

Bevorzugt weist das Ritzel weiterhin konisch abgeschrägte Bereiche auf, die an den jeweiligen axialen Enden des Ritzels ausgebildet sind.

In diesem Fall kann, selbst wenn das Ritzel in Richtung der Drehachse schräggestellt wird, der Kontaktbereich des Ritzels mit den Endflächen der Bohrung durch die konisch abgeschrägten Bereiche aufrechterhalten werden, um den Druck zu verringern, der zwischen den axialen Enden des Ritzels und den Endflächen der Bohrung erzeugt wird. Infolgedessen kann eine exzentrische Abnutzung verhindert und so die Haltbarkeit des Differentials verbessert werden.

Zusätzlich kann durch Vorsehen der abgeschrägten Bereiche an den axialen Enden des Ritzels der Gleitvorgang des Ritzels an den Endflächen der Bohrung stabilisiert werden. Von daher wird es bei schrägverzahnten Zahnrädern als Ritzel möglich, die die Differentialwirkung einschränkende, vom Drehmoment abhängige Funktion des Differentials zu stabilisieren, die in einem Eingriffsschub zwischen den schrägverzahnten Zahnrädern begründet liegt.

Bevorzugt beinhaltet eines der Paare von Ritzeln einen Achsenabschnitt, der den ersten Zahnradabschnitt mit dem zweiten Zahnradabschnitt verbindet.

Im Betrieb hat das lange Ritzel einen langen Abstand zwischen Angriffspunkten der Eingriffs-Reaktionskräfte, so daß das Ritzel einem hohen Kippmoment ausgesetzt ist. Unter der Bedingung, daß ein Abstand zwischen dem langen Ritzel und der Bohrung gleich demjenigen zwischen dem kurzen Ritzel und der Bohrung ist, hat das kurze Ritzel einen hohen Steigungswinkel aufgrund seiner Kürze im Vergleich mit dem Steigungswinkel des langen Ritzels. Von daher neigt das lange Ritzel dazu, einen höheren Oberflächendruck an Punktkontaktbereichen auszuüben. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, eine teilweise Abnutzung des Ritzels und der Bohrung aufgrund einer Neigung des Ritzels in allen Fällen zu verhindern, wodurch die Haltbarkeit wesentlich verbessert werden kann.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt:
1 eine Längsschnittdarstellung eines Differentials oder Ausgleichsgetriebes gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht einer Getriebeanordnung, welche das Differential von 1 bildet;
3 eine Längsschnittdarstellung eines kurzen Ritzels in dem Differential qemäß der ersten Ausführungsform;
4 eine perspektivische Ansicht einer Getriebeanordnung eines Differentials gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 eine Längsschnittdarstellung eines kurzen Ritzels in dem Differential gemäß der zweiten Ausführungsform;
6 eine Längsschnittdarstellung eines Differentials gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 eine Seitenansicht eines langen Ritzels, welches in dem Differential gemäß der dritten Ausführungsform verwendet wird;
8 eine Seitenansicht eines kurzen Ritzels, welches in dem Differential gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
9 ein Differential gemäß einer Abwandlung der obigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
10 ein Differential gemäß einer weiteren Abwandlung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
11 eine Längsschnittdarstellung durch ein Differential nach dem Stand der Technik;
12 eine Querschnittsdarstellung durch einen Teil des Differentials von 11;
13 eine Seitenansicht auf ein schrägverzahntes Ritzel zur Erläuterung einer Schrägstellung des Zahnrades;
14A eine axiale Endansicht auf ein schrägverzahntes Ritzel zur Erläuterung einer Schrägstellung des Zahnrades;
14B eine vergrößerte Ansicht von 14A;
15 eine teilweise Querschnittsdarstellung zur Erläuterung eines Abstandes "x" zwischen dem Ritzel und einer Bohrung zur Aufnahme des Zahnrades;
16 eine Seitenansicht eines schrägverzahnten Ritzels, welches in einer Richtung unterschiedlich zu derjenigen von 13 schräg gestellt ist;
17 eine ausschnittsweise Querschnittsdarstellung eines Abstandes zwischen dem Ritzel von 16 und der Bohrung zur Aufnahme des Zahnrades hierin;
18 eine perspektivische Ansicht einer Getriebeanordnung in einem Differential nach dem Stand der Technik zur Darstellung von schräg gestellten Ritzeln in der Anordnung;
19 eine Querschnittsdarstellung der im Eingriff befindlichen Ritzel von 18 mit den jeweiligen Richtungen der Eingriffs-Reaktionskräfte, die auf die Ritzel ausgeübt werden;
20 eine perspektivische Ansicht der Getriebeanordnung von 18 mit entsprechenden Richtungen der Eingriffs-Reaktionskräfte, welche auf die langen und kurzen Ritzel einwirken; und
21 eine Seitenansicht des herkömmlichen Ritzels zur Veranschaulichungen von Punktkontakt-Bereichen des schräg gestellten Ritzels mit der Bohrung;
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug auf die 1, 2 und 3 beschrieben.
1 ist eine Querschnittsdarstellung eines Differentials oder Ausgleichsgetriebes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt eine Getriebeanordnung des Differentials, welche im wesentlichen aus einem Paar von schrägverzahnten Ritzeln und einem Paar von schrägverzahnten Achswellenrädern besteht. Es sei festzuhalten, daß in 2 die dargestellten linken und rechten Richtungen den linken und rechten Richtungen von 1 entsprechen.
Wie in 1 gezeigt, ist ein Differentialgehäuse 21 des Differentials 7, das durch die Antriebskraft eines nicht dargestellten Motors gedreht wird, im wesentlichen aus einer Gehäusekörper 31 und einer
Abdeckung 33 aufgebaut, die mit dem Gehäusekörper 31 über einen Schraubbolzen 35 verbunden ist. Ein Paar von linken und rechten schrägverzahnten Achswellenrädern 37 und 39 ist in dem Differentialgehäuse 21 aufgenommen. Die schrägverzahnten Achswellenräder 37 und 39 umfassen hohle flanschartige Vorsprünge 41 und 43, welche drehbeweglich durch Lagerteile 45 und 47 des Differentialgehäuses 21 und vergrößerte diametrale (einander gegenüberliegende) Ausnehmungen 49 und 51 gelagert sind, die innerhalb der flanschartigen Vorsprünge 41 und 43 ausgebildet sind.
Radial innerhalb der vergrößerten Ausnehmungen 49 und 51 ist ein Axiallagerblock 53 angeordnet, der dazu dient, die jeweiligen freien Enden der schrägverzahnten Achswellenräder 37 und 39 zu lagern, so daß die freien Enden der schrägverzahnten Achswellenräder 37 und 39 zentriert werden.
In der Zeichnung nicht dargestellte linke und rechte Hinterachsen, welche durch flanschartige Vorsprünge 55 und 57 in das Differentialgehäuse 21 eintreten, sind über eine Keilwellenverbindung mit den flanschartigen Vorsprüngen 41 und 43 der schrägverzahnten Achswellenräder 37 und 39 verbunden und untereinander durch den Axiallagerblock 53 zugeordnet. Zwischen den jeweiligen schrägverzahnten Achswellenrädern 37 und 39 und dem Differentialgehäuse 21 sind Unterlegscheiben 59 angeordnet, und eine weitere Unterlegscheibe 61 ist zwischen den schrägverzahnten Achswellenrädern 37 und 39 vorgesehen.
Entlang den äußeren Umfängen der schrägverzahnten Achswellenräder 37 und 39 weist der Gehäusekörper 31 mehrere Paare von langen und kurzen Bohrungen 63 und 65 auf, die so ausgebildet sind, daß sie sich parallel zu einer Drehachse der Antriebswellen erstrecken. In dem Gehäusekörper 31 sind lange schrägverzahnte Ritzel 67 so aufgenommen, daß sie reibend in den langen Bohrungen 63 drehen, wohingegen kurze schrägverzahnte Ritzel 69 so aufgenommen sind, daß sie reibend in den kurzen Bohrungen 65 drehen.
Jedes der langen schrägverzahnten Ritzel 65 besteht aus einem ersten Zahnradabschnitt 71, einem zweiten Zahnradabschnitt 73 und einem Achsenabschnitt 75 zur Verbindung der Zahnradabschnitte 71 und 73 miteinander. Weiterhin besteht jedes der kurzen schrägverzahnten Ritzel 69 aus einem ersten Zahnradabschnitt 77 und einem zweiten Zahnradabschnitt 79, welche direkt miteinander verbunden sind. Im zusammengebauten Zustand ist der erste Zahnradabschnitt 77 des kurzen schrägverzahnten Ritzels 69 so angeordnet, daß er mit dem linken schrägverzahnten Achswellenrad 37 im Eingriff ist, wohingegen der zweite Zahnradabschnitt 79 so angeordnet ist, daß er mit dem zweiten Zahnradabschnitt 73 des langen schrägverzahnten Ritzels 67 in Eingriff ist.
Wie in 1 gezeigt, ist das Differentialgehäuse 21 mit Öffnungen 81, 83 und 85 versehen. Das Differentialgehäuse 21 weist weiterhin spiralförmig verlaufende Ölführungskanäle 87 auf, die an den inneren Umfangsoberflächen der flanschartigen Vorsprünge 55 und 57 ausgebildet sind. In einem drehenden Betrieb des Differentials 7 wird von einem nicht dargestellten Ölreservoir herkommendes Öl über die Öffnungen 81, 83, 85 und die Ölführungskanäle 87 in das Differentialgehäuse 21 hinein- und aus diesem herausgeführt, um die jeweiligen miteinander in Eingriff befindlichen Teile der schrägverzahnten Ritzel und die entsprechenden Reibbereiche in dem Differential 7 zu schmieren.
Im Betrieb wird eine Antriebskraft zum Drehen des Differentialgehäuses 21 von dem Motor her übertragen und auf die linken und rechten Antriebswellen über die schrägverzahnten Ritzel 67 und 69 und die schrägverzahnten Achswellenräder 37 und 39 verteilt.
Wenn beispielsweise aufgrund der Tatsache, daß das Fahrzeug auf einer Straße mit schlechtem Oberflächenzustand fährt, ein Unterschied im Antriebswiderstand zwischen der linken Antriebswelle und der rechten Antriebswelle vorliegt, wird die Antriebskraft des Motors auf die linken und rechten Antriebswellen durch Drehungen der schrägverzahnten Ritzel 67 und 69 verteilt.
Während ein Drehmoment übertragen wird, werden die jeweiligen Köpfe der schrägverzahnten Ritzel 67 und 69 gegen die umfangsseitigen Innenwände der Bohrungen 63 und 65 durch Eingriff-Reaktionskräfte von den schrägverzahnten Achswellenrädern 37 und 39 gedrängt, so daß zwischen den Zahnrädern 67 und 69 und den Bohrungen 63 und 65 ein Reibwiderstand erzeugt wird.
Zusätzlich wird aufgrund einer Eingriffs-Schubkraft zwischen diesen schrägverzahnten Zahnrädern ein Reibwiderstand zwischen den jeweiligen Endflächen der schrägverzahnten Ritzel 67 und 69 und dem Differentialgehäuse 21, zwischen den schrägverzahnten Achswellenrädern 37 und 39 und dem Differentialgehäuse 21 über die Scheiben 59 und weiterhin zwischen dem schrägverzahnten Achswellenrad 37 und dem schrägverzahnten Achswellenrad 39 über die Scheibe 61 erzeugt. Auf diese Art und Weise kann eine "auf Drehmomente ansprechende" Art einer Differential-Einschränkungsfunktion (Sperrfunktion) des Differentials 7 aufgrund dieser Reibwiderstände festgestellt werden.
Die jeweiligen Zahneingriffslinien der Zahnradabschnitte 71, 73, 77 und 79 der schrägverzahnten Ritzel 67 und 69 sind in den Richtungen gemäß 2 ausgebildet. In dieser Figur bezeichnet ein Pfeil 89 eine Drehrichtung des Differentialgehäuses 21, wenn ein (nicht dargestelltes) Fahrzeug, welches mit dem Differential 7 ausgerüstet ist, vorwärts fährt (Vorwärtsfahrt). Hierbei wird das kurze schrägverzahnte Ritzel 69, welches um das schrägverzahnte Achswellenrad 37 umläuft und hierbei dem langen schrägverzahnten Ritzel 67 bezüglich der Drehrichtung 89 des Differentialgehäuses 21 folgt, in Richtung des zweiten Zahnradabschnittes 73 des schrägverzahnten Ritzels 67 und des linken schrägverzahnten Achswellenrades 37 durch eine Kraft F (identisch der Kraft F von 12) von der Wand der Bohrung 65 gedrängt.
Dies entspricht dem Zustand gemäß der 12 bis 15, wo das schrägverzahnte Ritzel 69 in eine Richtung geneigt ist, um einen Steigungswinkel der Zahneingriffslinie zu verringern, wenn das Fahrzeug vorwärts fährt, so daß ein axialer Zwischenbereich des Zahnrades 69 in intensive Anlage mit der Bohrung 65 gerät.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in 3 gezeigt, das schrägverzahnte Ritzel 69 mit schwach gekrümmten Außenumfangslinien gebildet, so daß eine Zahntiefe hN des axialen Zwischenbereiches kleiner (geringer) als die Zahntiefen hEA und hEB der axialen Endabschnitte des Zahnrades 69 ist.
In der dargestellten Ausführungsform ist eine Differenz zwischen der Zahntiefe hN und den Zahntiefen hEA und hEB entsprechend einem Abstand zwischen dem schrägverzahnten Ritzel 69 und der Bohrung 65 auf 0,03 mm gesetzt. Obgleich diese Differenz abhängig von der Abmessung des schrägverzahnten Ritzels 69 des Differentials 7 und der Abmessung der Bohrung 65 des Differentialgehäuses 21 schwankt, kann diese Differenz problemlos auf einen gewünschten Wert eingestellt werden, in dem die jeweiligen Kopfflächen des schrägverzahnten Ritzels 69 spanabhebend bearbeitet werden. Infolge dessen können, wenn das Fahrzeug vorwärts fährt, wobei das schrägverzahnte Ritzel 69 einer Kraft unterworfen ist, die größer als im Falle einer Fahrt nach rückwärts (Rückwärtsfahrt) ist, die entsprechenden Köpfe des schrägverzahnten Ritzels 69 gleichförmig in Kontakt mit der Bohrung 65 über die gesamte Flächenbreite hinweg gebracht werden, wodurch eine teilweise Abnutzung (das heißt eine exzentrische Abnutzung) und Festfressungsprobleme vermieden werden können.
Somit weist das Differential 7 gemäß dieser Ausführungsform den obigen vorteilhaften Aufbau auf.
Wenn das Differential 7 in der geschilderten Ausführungsform in einem Fahrzeug zum Einsatz gelangt, ist es möglich, die Bewegung (einer nicht dargestellte Fahrzeugkarosserie) bei einem hohen Drehmoment während der Fahrzeugbeschleunigung, der Abbremsung oder dergleichen zu stabilisieren, da die drehmomentabhängige oder auf Drehmomente ansprechende Art der Differential-Einschränkungsfunktion verbessert ist, so daß die Handhabbarkeit des Fahrzeuges verbessert werden kann.
Wie bereits mehrfach dargestellt, können, da die Zahntiefe in dem axialen Mittelbereich des kurzen schrägverzahnten Ritzels 69, wobei dieser Bereich während der Vorwärtsfahrt intensiv in Kontakt mit der Bohrung 65 gerät, kleiner als jede Zahntiefe an dem axialen Endabschnitt des Zahnrades 69 ist, die jeweiligen Köpfe des schrägverzahnten Ritzels 69 in gleichförmigen Kontakt mit der Bohrung 65 über die gesamte Breitenerstreckung der Zähne gebracht werden. Somit ist es möglich, zu verhindern, daß das schrägverzahnte Ritzel 69 teilweise verschleißt und Festfressungstendenzen hat.
Eine zweite Ausführüngsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug auf die 4 und 5 beschrieben.
4 zeigt einen Getriebeausschnitt aus dem Differential oder Ausgleichsgetriebe gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es sei festzuhalten, daß in den Figuren bezüglich der zweiten Ausführungsform. (4 und 5) Bauteile oder Elemente gleich oder ähnlich den Bauteilen oder Elementen in der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und eine nochmalige Beschreibung ihrer Funktionsweise erfolgt nicht.
Wie in 4 gezeigt, weist eine Getriebeanordnung des Differentials gemäß der zweiten Ausführungsform ein Paar von linken und rechten schrägverzahnten Achswellenrädern 91 und 93 an der Abtriebsseite und mehrere Paare von langen und kurzen schrägverzahnten Ritzeln 95 und 97 (wobei jeweils nur ein Paar gezeigt ist) auf. Die schrägverzahnten Achswellenräder 91 und 93 sind in dem Differentialgehäuse 21 so gelagert, daß sie hierin drehbar sind.
Jedes der langen schrägverzahnten Ritzel 95 besteht aus einem ersten Zahnradabschnitt 99 in Eingriff mit dem schrägverzahnten Achswellenrad 93, einem zweiten Zahnradabschnitt 101 und einem Achsenabschnitt 103 zur Verbindung der Zahnradabschnitte 99 und 101 miteinander. Weiterhin besteht jedes der kurzen schrägverzahnten Ritzel 97 aus einem ersten Zahnradabschnitt 105 und einem zweiten Zahnradabschnitt 107. Im zusammengebauten Zustand ist der erste Zahnradabschnitt 105 so angeordnet, daß er mit dem linken schrägverzahnten Achswellenrad 91 in Eingriff steht, wohingegen der zweite Zahnradabschnitt 107 so angeordnet ist, daß er mit dem zweiten Zahnradabschnitt 101 des langen schrägverzahnten Ritzels 95 in Eingriff steht.
Die jeweiligen Zahneingriffslinien der Zahnradabschnitte 99, 101, 105 und 107 der schrägverzahnten Ritzel 95 und 97 sind in Richtungen gemäß 4 ausgebildet. In 4 bezeichnet ein Pfeil 109 eine Drehrichtung des Differentialgehäuses 21, wenn das Fahrzeug vorwärts fährt. Hierbei wird das kurze schrägverzahnte Ritzel 97, welches um das Achswellenrad 91 umläuft, während es dem langen schrägverzahnten Ritzel 95 bezüglich der Drehrichtung 109 des Differentialgehäuses 21 folgt, durch die Kraft F (identisch der Kraft F von 12) von der Wand der Bohrung 65 zum zweiten Zahnradabschnitt 101 des schrägverzahnten Ritzels 95 und dem linken schrägverzahnten Achswellenrad 91 gedrängt.
Dies entspricht dem Zustand der 16 und 17. Das schrägverzahnte Ritzel 97 ist in eine Richtung derart geneigt ist, daß der Steigungswinkel der Zahneingriffslinie erhöht wird, wenn das Fahrzeug vorwärts fährt, so daß die axialen Endabschnitte des Zahnrades 97 in intensive Anlage mit der Bohrung 65 geraten.
Gemäß der nun beschriebenen Ausführungsform von 5 ist das schrägverzahnte Ritzel 97 mit einer schwach gekrümmten Außenumfangslinie derart ausgebildet, daß die Zahntiefen hEA und hEB an den axialen Endabschnitten jeweils kleiner sind als die Zahntiefe hN in einem axialen Mittelbereich.
Die Differenz zwischen der Zahntiefe hN und der Zahntiefe hEA und hEB entsprechend einem Abstand zwischen dem schrägverzahnten Ritzel 97 und der Bohrung 65 in dieser Ausführungsform ist auf 0,03 mm festgesetzt. Obgleich sich diese Differenz abhängig von der Abmessung des schrägverzahnten Ritzels 97 in dem Differential 7 und der Abmessung der Bohrung 65 im Differentialgehäuse 21 ändern kann, kann diese Differenz einfach auf einen gewünschten Wert gesetzt werden, in dem die jeweiligen Kopfflächen des schrägverzahnten Ritzels 97 spanabhebend bearbeitet werden. Infolge dessen können, wenn das Fahrzeug vorwärts fährt, wo das schrägverzahnte Ritzel 97 einer Kraft unterworfen ist, welche größer ist als im Falle einer Rückwärtsfahrt, die jeweiligen Köpfe des schrägverzahnten Ritzels 97 über die gesamte Zahnbreite hinweg gleichförmig in Kontakt mit der Bohrung 65 gebracht werden, wodurch eine exzentrische Abnutzung und ein Festfressungsproblem vermieden werden können.
In den bisher beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen sei festzuhalten, daß, wenn imaginäre Linien 100, die parallel zu dem jeweiligen Drehachsen der kurzen schrägverzahnten Ritzel 69 und 97 in den
2 und 4 sind, so eingezeichnet werden, daß sie den jewei1igen Köpfe gegenüber liegen, dann eine Mehrzahl von Kontakten P der Linien 100 mit den jeweiligen kurzen Bohrungen 65 erzeugt werden würde. Natürlich sind diese Punkte P durch Drehung der schrägverzahnten Ritzel 69 und 97 in Axialrichtung beweglich.
Im Betrieb werden, wenn die Kontaktpunkte P sich in axialer Richtung. auf eine Seite hin bewegen, die Neigungen der schrägverzahnten Ritzel 69 und 97 durch Reaktionskräfte auf die ersten und zweiten Zahnradabschnitte 77 und 79 weiter verstärkt, so daß die Kontaktkräfte an den Zahnrädern 69 und 97 mit den Bohrungen 65 verstärkt werden.
Gemäß der ersten und zweiten Ausführungsformen ist es jedoch möglich, die jeweiligen Köpfe der schrägverzahnten Ritzel 69 und 97 in gleichförmigen Kontakt mit den Bohrungen 65 über die gesamten Stirnflächenbreiten der Zähne hinweg zu bringen, unabhängig davon, wie die erwähnten Neigungen der Zahnräder 69 und 97 und die Anzahl der Kontakte der Köpfe mit der Bohrung 65 sind, sowie unabhängig von den Kontakten, welche aus der Beziehung zwischen den Längen der schrägverzahnten Ritzel 69 und 97 und den Steigungswinkeln hierin entstehen.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug auf die 6 und 7 beschrieben.
6 ist eine Querschnittsdarstellung eines Differentials 108 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es sei festzuhalten, daß in 6 linke und rechte Richtungen den linken und rechten Richtungen in 1 entsprechen. Zusätzlich sind Bauteile oder Elemente ähnlich denjenigen Bauteilen oder Elementen in den vorab beschriebenen Ausführungsformen mit den gleichen Bezugszeichen versehen und eine nochmalige Beschreibung ihrer Funktions- oder Wirkungsweisen erfolgt nicht.
Ähnlich wie in der ersten Ausführungsform sind mehrere Paare von langen und kurzen Bohrungen 63 und 65 in dem Differentialgehäuse 21 ausgebildet derart, daß sie parallel zu den Drehachsen der Antriebswellen verlaufen. In dem Gehäuse 21 sind lange schrägverzahnte Ritzel 109 so gelagert, daß sie unter Reibung in den Bohrungen 63 drehen, wohingegen die kurzen schrägverzahnten Ritzel 69 entsprechend in den Bohrungen 65 aufgenommen sind und hier unter Reibung drehen.
Jedes der langen schrägverzahnten Ritzel 109 besteht aus einem ersten Zahnradabschnitt 111, einem zweiten Zahnradabschnitt 113 und einem Achsenabschnitt 115 zur Verbindung der Zahnradabschnitte 111 und 113 miteinander. Weiterhin besteht jedes kurze schrägverzahnte Ritzel 69 aus dem ersten Zahnradabschnitt 77 und dem zweiten Zahnradabschnitt 79. Im zusammengebauten Zustand ist der erste Zahnradabschnitt 77 eines jeden kurzen schrägverzahnten Ritzels 69 so angeordnet, daß er in Eingriff ist mit dem linken schrägverzahnten Achswellenrad 37, wohingegen der zweite Zahnradabschnitt 79 so angeordnet ist, daß er mit dem zweiten Zahnradabschnitt 113 des langen schrägverzahnten Ritzels 109 in Eingriff ist.
Die langen schrägverzahnten Ritzel 109 sind jeweils so angeordnet, daß sie um die Achswellenräder 37 und 39 vor den kurzen schrägverzahnten Ritzeln 69 in Drehrichtung des Differentialgehäuses 21 umlaufen, wenn das Fahrzeug vorwärts fährt. Wenn das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung angetrieben ist, unterliegt der erste Zahnradabschnitt 111 eines jeden schrägverzahnten Ritzels 109 einer Eingriffs-Reaktionskraft von dem rechten schrägverzahnten Achswellenrad 39, wohingegen der zweite Zahnradabschnitt 113 einer Eingriffs-Reaktionskraft von dem zweiten Zahnradabschnitt 79 des schrägverzahnten Ritzels 69 unterworfen ist. Infolgedessen wirkt ein Kippmoment auf das schrägverzahnte Ritzel 109, um dieses zu neigen oder zu verkippen.
Gemäß der momentan beschriebenen Ausführungsform sind die jeweiligen Zahnradabschnitte 111 und 113 eines jeden schrägverzahnten Ritzels 109 mit sich verjüngenden abgeschrägten Bereichen 117 und 119 versehen, wobei sich in jedem dieser Bereiche eine jede Zahntiefe allmählich verringert, wenn sie sich den beiden axialen Enden des Zahnrades nähert. Weiterhin sind die Zahnradabschnitte 111 und 113 an ihren Endflächen mit konisch geformten abgeschrägten Abschnitten 121 und 123 versehen.
7 zeigt das schragverzahnte Ritzel 109, das durch das Kippmoment aufgrund der Vorwärtsfahrt schräg gestellt oder geneigt ist. Aufgrund des Vorhandenseins der jeweiligen sich verjüngenden und/oder abgeschrägten Bereiche 117, 119, 121 und 123 kann die Anlagefläche des sich verjüngenden schrägverzahnten Ritzels 109 mit der Bohrung 63 im Vergleich zu einem üblichen Ritzel mit nicht abgeschrägten oder sich verjüngenden Bereichen erhöht werden.
Somit ist es in einem mit dem Pfeil 125 gekennzeichneten Bereich möglich, ein Anwachsen des Oberflächendruckes aufgrund eines "Punktkontaktes" zwischen jeweiligen Köpfen des schrägverzahnten Ritzels 109 und der Bohrung 63 zu verhindern. Weiterhin kann in mit den Pfeilen 127 und 129 gekennzeichneten Bereichen ein Anwachsen des Druckes aufgrund eines Punktkontaktes zwischen den jeweiligen Endflächen des schrägverzahnten Ritzels 109 und der Bohrung 63 zumindest vermindert, wenn nicht ausgeschlossen werden. Weiterhin kann verhindert werden, daß das schrägverzahnte Ritzel 109 sich in diesen Bereichen abnutzt, wodurch die Haltbarkeit oder Lebensdauer des Differentials 108 wesentlich verbessert werden kann.
Da zusätzlich der Gleitvorgang des schrägverzahnten Ritzels 109 zwischen dessen Endflächen und dem Gehäuse dadurch stabilisiert werden kann, daß die abgeschrägten Bereiche 121 und 123 vorgesehen sind, ist es auch möglich, eine vom Drehmoment abhängige Stabilisierung zu erreichen, welche ansonsten durch den Eingriffsschub der Zahnräder eingebracht werden würde.
Weiterhin kann durch Ausbilden der abgeschrägten Bereiche 117, 119, 121 und 123 an dem schrägverzahnten Ritzel 109, welches sich bei einer Vorwärtsfahrt verkippt, so daß ein höheres Antriebsmoment hierauf ausgeübt wird, die Haltbarkeit erheblich verbessert werden. Da weiterhin ein derartiger abgeschrägter Bereich nicht an den kurzen schrägverzahnten Ritzeln 69 ausgebildet ist, welche sich nicht während einer Vorwärtsfahrt schräg stellen oder verkippen, können die Herstellungskosten des Differentials 108 weiter verringert werden.
Es sei nochmals betont, daß das Vorsehen der abgeschrägten Bereiche 117, 119, 121 und 123 besonders wirksam bezüglich einer Verbesserung der Lebensdauer ist, wenn sie in der dargestellten Ausführungsform an dem schrägverzahnten Ritzel 109 vorgesehen sind, welches einen langen Abstand zwischen den Angriffspunkten von Eingriffs-Reaktionskräften hat, so daß das Verkippungsmoment hierdurch ganz erheblich verringert wird.
Was ein Fahrzeug mit dem soeben geschilderten Differential 108 betrifft, ist es aufgrund der stabilen auf Drehmomente ansprechenden Differential-Einschränkungsfunktion des Differentials 108 möglich, die Fahrt des Fahrzeuges während eines hohen Drehmomentauftrages bei einer Fahrzeugbeschleunigung, Fahrzeugverzögerung oder dergleichen zu stabilisieren.
Weiterhin ist es aufgrund einer erhöhten Haltbarkeit oder Lebensdauer des Differentials 108 möglich, seine hervorragenden Betriebseigenschaften und seine Stabilität über einen langen Zeitraum hinweg zur Verfügung zu haben.
Eine vierte Ausführungsform wird nun unter Bezug auf 8 beschrieben. 8 zeigt ein langes schrägverzahntes Ritzel 131, welches in dem Differential dieser Ausführungsform zur Verwindung kommt.
Jedes der in 8 gezeigten schrägverzahnten Ritzel 131 ist in der Bohrung 63 des Differentialgehäuses 21 gelagert, um hierin unter Reibung zu drehen. Das lange schrägverzahnte Ritzel 131 besteht aus einem ersten Zahnradabschnitt 133, einem zweiten Zahnradabschnitt 135 und einem Achsenabschnitt 137 zur Verbindung der Zahnradabschnitte 133 und 135 miteinander. Im zusammengebauten Zustand ist der erste Zahnradabschnitt 131 so angeordnet, daß er mit dem schrägverzahnten Achswellenrad 39 in Eingriff ist, während der zweite Zahnradabschnitt 135 so angeordnet ist, daß er mit dem zweiten Zahnradabschnitt 79 des kurzen schrägverzahnten Ritzels 69 in Eingriff ist.
Die langen schrägverzahnten Ritzel 131 sind jeweils so angeordnet, daß sie um die Achswellenräder 37 und 39 vor den kurzen schrägverzahnten Ritzeln 69 in Drehrichtung des Differentialgehäuses 21 dann drehen, wenn sich das Fahrzeug vorwärts bewegt. Wenn sich das Fahrzeug vorwärts bewegt, werden die langen schrägverzahnten Ritzel 131 durch Eingriffs- Reaktionskräfte an den jeweiligen Zahnradabschnitten 133 und 139 geneigt oder schräg gestellt.
Eine vierte Ausführungsform wird nun unter Bezug auf 8 beschrieben, wo ein kurzes schrägverzahntes Ritzel 163 des erfindungsgemäßen Differentials dargestellt ist. Das schrägverzahnte Ritzel 163 ist in der Bohrung 65 (6) des Differentialgehäuses 21 so aufgenommen, daß es sich hierin reibend dreht. Das kurze schrägverzahnte Ritzel 163 besteht aus einem ersten Zahnradabschnitt 164 und einem zweiten Zahnradabschnitt 165. Im zusammengebauten Zustand ist der erste Zahnradabschnitt 164 so angeordnet, daß er mit dem schrägverzahnten Achswellenrad 37 in Eingriff ist, wohingegen der zweite Zahnradabschnitt 165 so angeordnet ist, daß er mit dem zweiten Zahnradabschnitt 113 des langen schrägverzahnten Ritzels 121 in Eingriff steht.
Die kurzen schrägverzahnten Ritzel 163 sind jeweils so angeordnet, daß sie vor den langen schrägverzahnten Ritzeln 109 in Drehrichtung des Differentialgehäuses 21 dann umlaufen, wenn das Fahrzeug vorwärts fährt. Wenn das Fahrzeug vorwärts fährt, werden die schrägverzahnten Ritzel 163 durch Eingriffs-Reaktionskräfte an dem Zahnradabschnitten 164 und 165 schräg gestellt oder verkippt.
Wie in 8 gezeigt, sind bei dieser Ausführungsform die entsprechenden Zahnradabschnitte 164 und 165 des schrägverzahnten Ritzels 163 mit sich verjüngenden abgeschrägten Bereichen 166 und 167 versehen, in welchen sich die Zahntiefe allmählich bei Annäherung an die axialen Enden des Zahnrades 163 verringert. Weiterhin sind die Zahnradabschnitte 164 und 165 an ihren Endflächen mit konisch geformten abgeschrägten Bereichen 168 bzw. 169 versehen.
Aufgrund des Vorhandenseins der jeweiligen abgeschrägten Bereiche 166, 167, 168 und 169 kann somit der Kontaktbereich des schräg gestellten schrägverzahnten Ritzels 163 mit der Bohrung 69 erhöht werden, um ein Anwachsen des Oberflächendruckes durch Punktkontakt und den sich hieraus ergebenden teilweisen Verschleiß zu verhindern, wodurch die Haltbarkeit des Differentials 108 wesentlich verbessert werden kann.
Da der Gleitvorgang des schrägverzahnten Ritzels 163 zwischen den Endflächen des schrägverzahnten Ritzels 163 und der Bohrung 65 durch Vorsehen der abgeschrägten Bereiche 168 und 169 stabilisiert werden kann, ist es auch möglich, die Differential-Einschränkungsfunktion des Differentials 108, welche drehmomentabhängig ist und von dem Eingriffsschub zwischen den schrägverzahnten Ritzeln herrührt, zu stabilisieren.
Da es weiterhin einfach ist, die sich verjüngenden abgeschrägten Bereiche 166, 167, 168 und 169 herzustellen, sind die Herstellungskosten gering.
Gemäß der Ausführungsform ist kein abgeschrägter Bereich an dem langen schrägverzahnten Ritzel 109 vorgesehen, wohingegen die abgeschrägten Bereiche 166, 167, 168 und 169 an dem kurzen schrägverzahnten Ritzel 163 ausgebildet sind, welches einem hohen Kippmoment ausgesetzt ist, wenn das Fahrzeug vorwärts fährt und welches aufgrund seiner kurzen Längenerstreckung einen großen Steigungswinkel hat. Infolge dessen wird die Lebensdauer des Differentials 108 nicht nur verbessert, sondern auch ein Anwachsen der Herstellungskosten kann eingeschränkt werden.
Die 9 und 10 zeigen jeweils Differentiale 184 und 193, welche sich von den bisher erläuterten Differentialen unterscheiden und auf welche die vorliegende Erfindung gleichermaßen anwendbar ist.
Das Differential 184 von 9 weist kurze schrägverzahnte Ritzel 189 und 190 mit gleicher Länge und ein Paar von schrägverzahnten Achswellenrädern 191 und 192 auf. Das schrägverzahnte Ritzel 189 besteht aus einem ersten Zahnradabschnitt 185 und einem zweiten Zahnradabschnitt 187, wohingegen das schrägverzahnte Ritzel 190 aus einem ersten Zahnradabschnitt 186 und einem zweiten Zahnradabschnitt 188 aufgebaut ist. Im zusammengebauten Zustand sind die ersten Zahnradabschnitte 185 und 186 für einen Eingriff mit den schrägverzahnten Achswellenrädern 191 und 192 ausgelegt. Die zweiten Zahnradabschnitte 187 und 188 sind für einen Eingriff miteinander axial innerhalb der schrägverzahnten Achswellenräder 191 und 192 ausgelegt.
Das Differential 193 von 10 weist lange schrägverzahnte Ritzel 202 und 203 mit gleicher Länge und ein Paar von schrägverzahnten Achswellenrädern 204 und 205 auf. Das schrägverzahnte Ritzel 202 ist aus einem ersten Zahnradabschnitt 194 einem zweiten Zahnradabschnitt 196 und einem Achsenabschnitt 200 mit geringem Durchmesser aufgebaut, der sich zwischen den Abschnitten 194 und 196 erstreckt. Auf ähnliche Weise ist das schrägverzahnte Ritzel 203 aus einem ersten Zahnradabschnitt 195, einem zweiten Zahnradabschnitt 198 und einem Achsenabschnitt 201 mit geringem Durchmesser gebaut, der sich zwischen den Abschnitten 195 und 198 erstreckt. Im zusammengebauten Zustand sind die ersten Zahnradabschnitte 194 und 195 der schrägverzahnten Ritzel 202 und 203 für einen Eingriff mit den schrägverzahnten Achswellenrädern 204 und 205 ausgelegt, wohingegen die zweiten Zahnradabschnitte 196, 197, 198 und 199 für einen Eingriff miteinander axial außerhalb der schrägverzahnten Achswellenräder 204 und 205 ausgelegt sind.
Auch im Falle der Differentiale 184 und 193 ist es durch Ausstatten von zumindest einem – also dem schrägverzahnten Ritzel 189 und/oder dem schrägverzahnten Ritzel 190 bzw. dem schrägverzahnten Ritzel 202 und/oder dem schrägverzahnten Ritzel 203 – mit einem abgeschrägten sich verjüngenden Bereich möglich, die Kontaktfläche mit den Bohrungen zu erhöhen, so daß es möglich ist, die Haltbarkeit des Differentials 184 bzw. 193 zu verbessern.
In Abwandlungen kann der geschilderte abgeschrägte sich verjüngende Bereich an beiden schrägverzahnten Ritzeln ausgebildet werden, um den geschilderten Situationen sowohl bei der Vorwärts- als auch der Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges begegnen zu können.
Anstelle von schrägverzahnten Ritzeln können die Ritzel und Achswellenräder in allen geschilderten Ausführungsformen genauso gut unter Verwendung von Stirnrädern realisiert werden.
Weiterhin sei festzuhalten, daß das erfindungsgemäße Differential sowohl als Frontdifferential für die Vorderräder, Heckdifferential für die Hinterräder und Mittendifferential zur Verteilung der Antriebskraft auf Vorder- und Hinterräder verwendbar ist.

Claims

Differential für ein Kraftfahrzeug, mit: einem um eine Achse drehbaren ersten Achswellenrad (39), einem um dieselbe Achse drehbaren zweiten Achswellenrad (37), einem das erste und das zweite Achswellenrad (39, 37) aufnehmenden, um dieselbe Achse drehbaren Differentialgehäuse (21), einer in dem Differentialgehäuse (21) ausgebildeten, parallel zu der Achse verlaufenden ersten Bohrung (63), einer in dem Differentialgehäuse (21) ausgebildeten, parallel zu der Achse verlaufenden zweiten Bohrung (65), einem in der ersten Bohrung (63) gleitend drehbaren ersten Ritzel (67), von dem ein erster Zahnradabschnitt (71) mit dem ersten Achswellenrad (39) in Eingriff ist, einem in der zweiten Bohrung (65) gleitend drehbaren zweiten Ritzel (69), von dem ein erster Zahnradabschnitt (77) mit dem zweiten Achswellenrad (37) und ein zweiter Zahnradabschnitt (79) mit einem zweiten Zahnradabschnitt (73) des ersten Ritzels (67) in Eingriff ist, wobei wenigstens die Zahnradabschnitte eines Ritzels (67, 69) einen sich in Axialrichtung kontinuierlich ändernden Durchmesser aufweisen.
Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zahnradabschnitt (77) des zweiten Ritzels (65) einen Kontaktbereich bildet.
Differential nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zahnradabschnitt (79) des zweiten Ritzels (65) einen Kontaktbereich bildet.
Differential nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser sich zum axialen Ende hin geradlinig verringert.
Differential nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser sich zum axialen Ende hin progressiv verringert.
Differential nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser sich zum axialen mittleren Teil hin allmählich vergrößert.
Differential nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser sich zum axialen Ende hin allmählich entlang einer gekrümmten Linie verringert.
Differential nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser sich zum axialen Ende hin geradlinig vergrößert (3).
Differential nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich den axialen Endbereich (168, 169) einschließt.
Differential nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne des zweiten Ritzels (69) rechts-schrägverzahnt sind.
Differential nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne des zweiten Ritzels (69) links-schrägverzahnt sind.
Differential nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ritzel (69) einen mittleren Achsabschnitt mit verringertem Durchmesser aufweist.