DE3047550T1

DE3047550T1 - Differential transmission drive unit

Info

Publication number: DE3047550T1
Application number: DE803047550T
Authority: DE
Inventors: Y Kemper
Original assignee: Vadetec Corp
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1979-05-30
Filing date: 1980-05-29
Publication date: 1982-02-18
Also published as: EP0029452A1; JPS6321058B2; US4296647A; WO1980002730A1; SE421825B; GB2061426A; EP0029452A4; EP0029452B1; GB2061426B; AU533652B2; SE8100662L; DE3047550C2; JPS56500620A

Description

Vadetec Corporation 28. Januar 1981

2681 Industrial Row, Troy, L 1988 Al/ho

Michigan 48084 A-13,895 USA

Beschreibung
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Differentialgetriebe- Antriebseinheit ~

Die Erfindung betrifft Differentialgetriebe-Antriebseinheiten und insbesondere einen Aufbau einer Differentialantriebseinheit, durch welchen an einer einzigen Antriebswelle zuge-

führte Leistung zu jeder Welle eines ausgerichteten Paars von Abtriebs- oder Ausgangswellen mit unabhängigen und stufenlos regelbaren bzw. kontinuierlich einstellbaren Drehzahlverhältnissen übertragen wird.

In der US-PS 4 152 946 sind verschiedene Ausführungsformen der stufenlos regelbaren Getriebe (CVT) offenbart, bei denen drei gehäuseunterstützte Arbeitskörper die Übertragung einer mechanischen Eingangsleistung zu einer drehbaren Ausgangswelle bei stufenlos regelbaren Drehzahlverhältnissen innerhalb des Konstruktionsbereichs des Getriebes bewirken. Aus Definitionsgründen für diese Hintergrunderörterung sowie für die nachfolgende detaillierte Beschreibung der Erfindung und für die Ansprüche können die drei Arbeitskörper „ jeweils "Alpha-Körper", welcher vom Getriebegehäuse unterstützt wird, um mit einer ersten Achsen konzentrisch zu sein, "Beta-Körper", welcher konzentrisch zu einer zweiten Achse ist, die im Verhältnis zur ersten Achse geneigt ist und diese erste Achse in einem Achsenschnittpunkt schneidet, und

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"Omega-Körper", der vom Gehäuse getragen wird oder einen Teil des Gehäuse bildet, um ebenfalls konzentrisch zur ersten Achse zu sein, genannt werden. Obwohl irgendeiner dieser drei Körper um die jeweilige Achse, zu welcher er konzentrisch ist, drehbar sein kann, ist einer der drei Körper gegen Drehung arretiert, um ein Reaktionsmoment zu erzeugen, wohingegen die anderen beiden Körper drehbar sind und entweder direkt oder über Zahnradvorgelege mit der jeweiligen Eingangs- und Ausgangswelle des Getriebes verbunden sind.

Es wird angemerkt, daß die Begriffe "Alpha-Körper", "Beta-Körper" ~und "Omega-Körper" vollständig willkürlich sind und als solche die hierdurch bestimmten Bauteile weder auf die Getriebeklasse entsprechend der Offenbarung des im vorhergehenden genannten Patents noch auf den speziellen hiernach beschriebenen Aufbau beschränken. Die Begriffe geben jedoch eine Definitionskonsistenz in der nachfolgenden Beschreibung und erleichtern das Verständnis der verschiedenen Drehzahlverhältnisse, ausgedrückt durch algebraischen Gleichungen.

Die Fähigkeit solcher Getriebe, stufenlos oder kontinuierlich regelbare Drehzahlverhältnisse zu erzeugen, wird dadurch erreicht, daß entweder der Beta-Körper oder der Omega-Körper mit einem Paar von Roll- oder Reib- bzw. Triebbahnen bzw.-flächen verseilen 1st/ welche Drehbahnen um die konzentrische Körperachse bilden und welche veränderliche Radien längs dieser Achse symmetrisch zum Schnittpunkt der ersten und zweiten Achse aufweisen. Körper-Hch bilden solche Rollbahnen den einen Körper mit einer doppelkegelförmigen Gestalt aus. Der andere Körper (Beta- oder Omega-Körper) ist mit einem Paar von Roll- oder Reib- bzw. Triebbahnen versehen, welche ebenfalls Drehbahnen um die konzentrische Körperachse bilden, welche jedoch einen relativ konstanten Radius aufweisen. Diese Paare von Rollbahnen auf dem Beta- und Omega-Körper werden in Reibeingriff gegeneinander an zwei Berührungspunkten- oder Berü'hrungszonen gehalten, deren Position einstellbar ist, um das Verhältnis

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des Beta-Körper-Bahnradius (R_h) zum Omega-Körper-Bahnradius

(R ) zu verändern. Wenn der Alpha-Körper mit einer Geschwindigw .

keit (<jj um die erste Achse drehbar ist, die Rotationsgeschwindigkeit des Beta-Körpers um die zweite Achse in einem 5 ortsfesten Bezugssystem (ß) ist und die Rotationsgeschwindigkeit des Omega-Körpers um die erste Achse (v*/) ist, stehen die jeweiligen Geschwindigkeiten der drei Körper in der nachfolgenden Beziehung zueinander:

(1) W- - <k + (*-ß). V^Rw ⁼ °

Da sich einer der Beta- oder Alpha-Körper innerhalb des anderen dieser Körper erstreckt, ist das Radiusverhältnis R,/R entweder kleiner als 1 (wobei R, immer kleiner als R ist) oder größer als 1 (wobei R, immer größer als R ist). Die Funktion P wird hiernach zur Bestimmung entweder von R_h/R oder dem Reziproken R_w/R^ verwendet, welches Verhältnis auch immer größer als 1 ist. Hierbei wird angemerkt, daßpund sein reziproken Wert 1/p in richtiger Weise verwendet werden.

Eine allgemein bevorzugte Betriebsart solcher Getriebe besteht darin, dem Alpha-Körper ein Eingangsdrehmoment zuzuführen, den Beta-Körper in einer Taumme!bewegung zu führen und den Omega-Körper gegen Drehung festzuhalten (o> = O) . Der Beta-Körper ist mit einer um die erste Achse drehbaren Ausgangswelle über ein Zahnradvorgelege mit einem Übersetzungsverhältnisfaktor (k) verbunden, der theoretisch irgendeinen Wert annehmen kann und auch entweder positiv

oder negativ sein kann in Abhängigkeit von dem besonderen verwendeten Zahnradevorgelegeaufbau. Im Lichte des Vorhergehenden, wobei § die Ausgangsdrehzahl der Einheit ist und unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses (k) des Vorgeleges, wird das Ausgang/Eingang-Drehzahlver-

hältnis der Einheit durch folgende Gleichung bestimmt:

ο Ο
(2) &/**= 1 - kp.

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Eiri Hauptvorteil der Betriebsart, dargestellt durch Gleichung (2). besteht darin, daß die körperlichen bzw. physikalischen Parameter solcher Getriebe leicht einen Bereich der Werte für die Funktion (k ) ermöglichen, der einen stufenlos regelbaren Ausgang/Eingang-Drehzahl Verhältnisbereich von 0 bis 1 ermöglicht (1,0^ kp^0,5). Dieser Bereich kann auch verschoben werden, um eine Ausgangsumkehr durch Null zu beinhalten, lediglich durch Auswahl eines Übersetzungsverhältnisses, (k), so daß die Funktion (kp) einen numerischen Wert von 1 umfaßt (z.B. 1 ,27 kp*0,7). .

Zusätzlich zu dem oben genannten Patent wird noch auf die US-PS 29 328 («eis.sue - Patent) und die US-PS'en 4 112 779 und 4 112 780 verwiesen. Diese Patentschriften offenbaren zusätzliche Variationen der stufenlos regelbaren Getriebe der vorliegenden Art. Wie aus diesen verschiedenen früheren Patentschriften hervorgeht, kann die besondere Konfiguration jedes der Alpha-, Beta- und Omega-Körper in den jeweils offenbarten Äusführungsformen verändert werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden der grundsätzliche Aufbau und die Eigenschaften der Veränderung des Drehzahlverhältnisses der früher offenbarten, stufenlos regelbaren Getriebe einer leistungsaufteilenden Differentialeinheit angepaßt, durch welche eine Eingangsleistung in gesteuerter Weise zu einer Welle oder beiden Wellen von zwei Differentialausgangswellen übertragen wird, die z.B. mit einem Paar von Antriebsrädern oder Antriebsketten auf entgegengesetzten Seiten eines steuerbaren, selbst angetriebenen Fahrzeugs verbunden sind. Wie in früheren Getriebeaufbauten definiert ein Einheitsgehäuse eine erste Achse und lagert einen Alpha-Körper für eine Drohung um diese Achse. In diesem Beispiel trägt der Alpha-Körper um eine zweite Achse, die in Bezug zur ersten Achse geneigt ist und diese in einem Achsen-

Schnittpunkt schneidet, ein Paar von koaxialen Beta-Körpern, welche unabhängig um die zweite Achse drehbar sind. Jeder Beta-Körper weist eine Beta-Drehtriebbahn um die zweite Achse auf, welche in Reibeingriff mit einer einzigen Omega-

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Drehtriebbahn um die erste Achse steht. Wenn die letztere Bahn als innere kreisförmige Bahn auf einem der beiden Omega-Körper oder Ringe ausgebildet ist, welche an einer Drehung um die erste Achse gehindert, aber längs dieser Achse verschiebbar sind, weist jede Beta-Bahn eine äußere kegelstumpfförmige Gestalt auf. Die beiden Beta-Bahnen sind entgegengesetzt konvergent und werden gegen die jeweiligen Omega-Bahnen unter einer Normalkraftbelastung gehalten, die von einer,kräfteerzeugenden Einrichtung entwickelt wird, welche eine Trennung der beiden Beta-Körper weg voneinander längs der zweiten Achse anstrebt. Jeder Beta-Körper ist triebmäßig durch ein Zahnradvorgelege mit einer der beiden Einheitsausgangswellen verbunden.

Das Verhältnis der Eingangsdrehzahl zur Ausgangsdrehzahl für jede Ausgangswelle ist stufenlos regelbar entsprechend der obigen Gleichung (2) durch axiales Verschieben eines jeden Omega-Ringes längs der ersten Achse zur Änderung des Radiusverhältnis der Beta-/Omega-Bahnradien an den Triebbahnenberührungspunkten. Dieses Radiusverhältnis an jedem Berührungspunkt ist unabhängig ausgestaltet vom Radiusverhältnis an dem anderen der Berührungspunkte mit Hilfe eines Omega-Ring-Einstellsystems, welches derart arbeitet, daß die Omega-Ringe aufeinander zu und voneinander weg mit gleichen Bewegungsgeschwindigkeiten bewegt werden und daß hierdurch das Verhältnis der Beta-/Oniega-Bahnradien an den beiden Berührungspunkten in gleicher Weise verändert wird und / oder daß beide Omega-Ringe in der gleichen Richtung gleichzeitig bewegt werden, um die entsprechenden Verhältnisse der Beta-/Omega-Bahnradien an den beiden Berührungspunkten entgegengesetzt zu verändern. Solch ein Einstellsystem kann z.B. durch eine Anordnung von mit gegenläufigem Gewinde versehenen, drehbaren Einstellschrauben verwirklicht werden, die in Bezug auf das Einheitsgehäuse axial verschiebbar gelagert sind. Durch eine einfache Drehung der Schrauben werden die Ringe gleichzeitig aufeinander zu und voneinander weg bewegt, wohingegen eine axiale Einstellung der Schrauben eine Bewegung der beiden Ringe in

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der gleichen Richtung bewirken würde oder eine Bewegung von nur einem Ring, wobei der axialen Einstellung der mit gegenläufigem Gewinde versehenen Schrauben gleichzeitig durch Drehung der gleichen Schraube, jedoch nur auf einer Seite, entgegengewirkt wird.

Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine stufenlos regelbare.Differentialantriebseinheit zu schaffen, durch welche das Drehzahlverhältnis eines einzigen Leistungseingang relativ zu einem Paar von unabhängig drehbaren Leistungsausgangswellen genau kontinuierlich über einen Bereich der Eingang/Ausyang-Drehzahlverhältnisse für jede Ausgangswelle gesteuert werden kann.

■5 Weitere Vorteile, Merkmale und Ahwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:

■ Fig. 1 einen Längsschnitt in einer horizontalen Mittelebene durch eine Differentialgetriebe-Antriebseinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Teilquerschnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 2,

Fig. 4 einen Teilquerschnitt längs der Linie 4-4 der Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Ansicht, in welcher die Anordnung einer Variation der Ausführungsform gemäß den

Fig. 1 und 2 illustriert ist und

Fig. 6 einen der Fig. 2 ähnlichen Querschnitt einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

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In den Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform der Differentialgetriebe-Antriebseinheit 10 gezeigt, die ein Gehäuse oder einen Rahmen 12 mit äußeren Seitenwänden 14 und 16 aufweist, welche jeweils durch vordere und hintere Endwände 18 und 20 verbunden sind. Ein im allgemeinen zylindrischer innerer Gehäuseaufbau 22 erstreckt sich zwischen den Endwänden und 20 des Gehäuses 12 und ist an diesem befestigt.

An gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 12 erstreckt sich ein Paar von Ausgangswellen 24 und 26, die mindestens teilweise im Gehäuse durch Lager 28 und 30 drehbar gelagert sind. Jede dieser Wellen erstreckt sich innerhalb des Gehäuses 12 zwischen den Seitenwänden 14,16 und dem Gehäuse 22 und ist jeweils mit angetriebenen Kegelrädern· 32 und 34 ver-

1.5 keilt. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Ausgangswellen 24 und 26 koaxial und liegen als solche auf einer gemeinsamen Achse 36. Die Zahnräder 32 und 34 springen jeweils nur auf einer Seite durch eine Öffnung 38, 40 hervor, um mit den äußeren Zähnen 42,44 auf einem Paar von Zahnkränzen 46 und 48 zu kämmen. Die Zahnkränze 46 und 48 sind in den Endwänden 18,20 des Gehäuses 12 in Lagern 50 und 52 gelagert, um koaxial zueinander und konzentrisch mit einer ersten DVT-Achse 54 zu sein. Konzentrisch zur Achse 54 ist ebenfalls eine Einheiteingangswelle 56 angeordnet, die mit einer Triebwelle 58 durch ein Universalgelenk 60 verbunden ist. Die Darstellung in Fig. 1 ist unvollständig in Bezug auf die inneren Komponenten, durch welche die Leistung bzw. Energie von der Eingangswelle 56 auf die jeweiligen Ausgangswellen 24 und 26 übertragen wird. Solche

^O inneren Komponenten sind vollständig in den Fig. 2 bis 4 dargestellt und werden im einzelnen im nachfolgenden unter Bezugnahme auf diese Figuren beschrieben.

In Fig. 2 ist die Eingangswelle 56 als einstückige Stummel-

Wellenverlängerung an einem Ende eines kurbelartigen Alpha-Körpers 62 gezeigt, der auch an seinem entgegengesetzten Ende eine Sturnmelwellenverlängerimg 64 aufweist. Mit Hilfe der in Lagern 66 und 68 aufgenommenen Stummelwellen 56 und

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64 ist der Alpha-Körper 62 in Bezug auf das Gehäuse 22 und die Zahnkränze 46, 48 sowie um die erste CVT-Achse 54 drehbar .

Der Alpha-Körper 62 unterstützt ein Paar von unabhängig drehbaren Beta-Körpern 70 und 72, die in koaxialer Ausrichtung mit und drehbar um eine zweite CVT-Achse 74 angeordnet sind, die in Bezug auf die erste CVT-Achse 54 geneigt ist und diese in einem Achsenschnittpunkt S schneidet.

Die beiden Beta-Körper 70 und 7 2 sind jeweils im Alpha-Körper durch innere und äußere Lager 76 und 78 gelagert, welche jeden geeigneten Aufbau aufweisen können, wie z.B. hydrodynamische Lager, Rollenlager oder dergleichen, welche jedoch eine geringfügige axiale Bewegung der Körper 70 und 72 längs der Achse 74 nicht beschränken.

Die Beta-Körper 70 und 72 bestimmen jeweils eine äußere kegelstumpfförmige Drehroll- oder Drehtriebbahn 80, 82 um die zweite CVT-Achse 7.4. Die Beta-Bahnen 80 und 82 sind daher entgegengesetzt konvergent unter einem Winkel, welcher ungefähr doppelt so groß ist wie der Winkel, unter welchem sich die Achsen 54 und 74 schneiden. Die Beta-Bahnen 80 und 82 stehen darüber hinaus in Rollreibeingriff an diametral entgegengesetzten Punkten P1 und P2 mit Omega-Trieb-oder RoIlbahnen 84 und 86. Die letzteren Bahnen sind innere kreisförmige Oberflächen, die auf einem Paar von Omega-Körpern 88 und 90 geformt sind, die als Ringe ausgebildet sind, welche gegen eine Drehung um die erste Achse 54 z.B. durch Lappen 92 in gehäusebestimmten Schlitzen 94 gesichert sind.

Die Bahnen 84 und 86 sind daher Drehflächen um die erste Achse 54 mit einem konstanten Radius R und sind längs der Achse 54 von der äußersten in Fig. 2 dargestellten Position nach innen zu einer Position bewegbar, in welcher sie in der Nähe des Achsenschnittpunktes S angeordnet sind. Die

° kegelförmigen Bahnen 80 und 82 auf den Beta-Körpern 70 und 72 haben andererseits einen veränderbaren Radius R, in Abhängigkeit vom Ort der Berührungspunkte P .1 und P2, welche ihrerseits durch die axiale Position der Omega-Ringe 88 und

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90 bestimmt werden.

Um die jeweiligen Beta-und Omega-Bahnen in Drehmomente übertragendem Rollreibeingriff gegeneinander zu halten, sind die Beta-Körper 70 und 72 jeweils mit einem konzentrischen Kolben 96 und Zylinder 98 ausgebildet, welcher durch eine verschiebbare und drehbare Dichtung, in Fig. 2 als O-Ring 100 dargestellt, geschlossen ist. Hydraulisches Strömungsmittel von einer äußeren Quelle 102, zugeführt unter Druck über einen Kanal 104 im Alpha-Körper 62 und einen zentralen Durchlaß 106 in dem Beta-Körper 72, bewirkt eine zwangsweise Trennung der Beta-Körper 70 und 72 und zwingt diese Körper in Rollreibeingriff mit den Omega-Ringen 88 und Es wird angemerkt, daß das illustrierte und beschriebene hydraulische System nur ein Beispiel von möglichen Einrichtungen darstellt, durch welche die Beta-Körper 70 und 72 zwangsweise voneinander längs der Achse 74 in Eingriff mit den Omega-Bahnen 84 und 86 getrennt werden können, wobei zur gleichen Zeit eine Relativdrehung der Körper 70 und 72 ermöglicht wird.

Jeder Beta-Körper 70 und 72 trägt an seinem äußeren Ende jeweils ein Antriebszahnrad 108 und 110, die jeweils mit Innenzähnen 112, 114 auf den Zahnkränzen 46 und 48 kämmen. Ein Übersetzungsverhältnisfaktor k, bestimmt durch Teilung des Durchmessers eines jeden Antriebszahnrades 108, 110 durch den Durchmesser der Innenzähne 112, 114, ist jeweils der gleiche für jeden Zahnradsatz 108, 112 und 110, 114.

^" Die Leistungsübertragung von der Eingangswelle 56 zu den jeweiligen Ausgangswellen 24 und 26 kann nunmehr aus der vorhergehenden Beschreibung der Komponenten, dargestellt in den Fig. 1 und 2, verstanden werden. Die an der Eingangswelle 56 vorhandene Leistung bzw. Antriebskraft ver-

setzt den Alpha-Körper 62 um die erste CVT-Achse 54 in Drehung, um beide Beta-Körper 70 und 72 sowie die zweite CVT-Achse 74 in Taummelbewegung um die erste Achse 54 zu tragen. Eine Kombination der Umlaufbewegung eines jeden

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-44- 304755Q Antriebszahnrades 108 und 110 und der Drehung dieser Antriebszahnräder um die zweite Achse 74 als Ergebnis des Rollreibeingriffs der Beta-Bahnen 80 und 82 mit den Omega-Bahnen 84 und 86 treibt jeweils die Zahnkränze 46 und um die Achse 54 an. Die Drehung der Zahnkränze 46 und 48 verursacht ihrerseits eine Drehung der Kegelräder 32 und 34 und demzufolge einen Antrieb der Ausgangswellen 24 und 26.

Wie erwähnt, ist der Übersetzungsverhältnisfaktor k der gleiche für die beiden Beta-Körper 70 und 72 und ist bei einer gegebenen Konstruktion festgelegt oder konstant. Das Radiusverhältnis R /R, oder der Faktorf für jeden Beta-/ • Omega-Bahnberührungspunkt P 1 oder P2 ist veränderlich.

Wenn insbesondere die Rotationsgeschwindigkeit der Zahn-■ "· ■ 0 . . .

kränze 46 und 48 6 und die Rotationsgeschwindigkeit der Eingangswelle 56</vist, wird das Ausgang/Eingang-Drehzahlverhältnis oder die Drehzahl der Zahnkränze relativ zur Drehlzahl der Eingangswelle 56 durch die obige Gleichung (2) bestimmt.

Wie erwähnt, wird das Radiusverhältnis p an jedem Beta-/ Omega-Bahnberührungspunkt P1 oder P2 durch die axiale Stellung der Omega-Ringe 88 und 90 bestimmt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis der Beta-/Omega-Bahnradien oder der Funktion t> an jedem Berührungspunkt P1 und P2 unabhängig einstellbar durch ein Omega-Ring-Einstellsystem, mit dessen Hilfe beide Ringe 88 und 90 zueinander und voneinander weg mit gleichen Raten bewegt werden können, so daß das Radiusverhältnis an jedem

^ Berührungspunkt gleich ist, oder mit dessen Hilfe beide Ringe gleichzeitig in der gleichen Richtung bewegt werden können, so daß das Radiusverhältnis an einem der beiden Berührungspunkte erhöht wird, während das Radiusverhältnis an dem anderen der beiden Berührungspunkte erniedrigt

wird. Ein solches Einstellsystem ist in den Fig. 2 bis dargestellt und weist eine mit gegenläufigem Gewinde versehene drehbare Einstellschraube 116 auf, welche in Schraubeingriff mit den Ringen 88 und 90 steht und axial

mittig an einem Schlitten 118 befestigt ist. Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist der Schlitten 118 im Gehäuse 22 durch Führungsbahnen 120 in einer Richtung parallel zur Achse 54 verschiebbar gelagert. Eine solche axiale Bewegung des Schlittens 118 wird durch eine hydraulische Kolben/ Zylinder-Einheit 122 bewirkt, welche durch einen Durchlauf von hydraulischem Strömungsmittel durch Leitungen 124 und 125 in bekannter Art gesteuert wird. Die Dreheinstellung der Schraube 116 wird von einem Elektromotor 126 bewirkt, der fest auf der Außenseite des Gehäuses 22 montiert ist und ein Ausgangszahnrad 128 aufweist, das mit einem relativ großen angetriebenen Zahnrad 130 kämmt, welches an der mit gegenläufigem Gewinde versehene Schraube 116 verkeilt ist. Das Motorantriebszahnrad 128 ist verlängert, um sich einer Bewegung des Zahnrades 130 mit dem Schlitten 118 anpassen zu können. Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist der Rahmen 22 mit einer öffnung 132 zur Aufnahme eines herab-, hängenden Gablungsabschnittes 134 des Schlittens 118 versehen. Wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt ist, ist das Zahn- rad 130 zwischen gegenüberliegenden Wänden 136 Und 138 des herabhängenden Gablungsabschnittes 134 gelagert. Eine relative axiale Bewegung der Schraube 116 und des Schlittens wird durch Schnappringe 140 verhindert, die zwischen dem Zahnrad 130 und den Wänden 136 und 138 angeordnet sind.

Das in den Fig. 3 und 4 illustrierte Einstellsystem für die Omega-Ringe stellt nur beispielhaft.eine mögliche Form anderer in Betracht zu ziehender Variationen dar. So genügt z.B. die Verwendung einer mit gegenläufigem Gewinde versehenen Einstellschraube 116, um die Omega-Ringe 88 und axial zu positionieren aufgrund der Tatsache, daß die Einstellkräfte, die zur Bewegung der Ringe erforderlich sind, relativ klein sind, wenn die Beta-Körper 70 und 72 in Bewegung sind. Es wird jedoch in Betracht gezogen, daß zwei oder drei solcher Einstellschrauben 116 vorgesehen sind und jeder der gleiche oder synchron bewegte Schlitten 118 zugeordnet ist. Jede der beiden oder mehreren Einstellschrauben kann von getrennten ele-ktrisch synchronisierten

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Schrittmotoren angetrieben werden, oder ein einziger Motor kann triebmäßig mit jeder der Einstellschrauben 116 über eine äußere Wellenleitung (nicht gezeigt) verbunden werden.

Wenn vorausgesetzt wird, daß jede der Ausgangswellen 24 und 26 z.B. mit Antriebsrädern auf gegenüberliegenden Seiten eines Fahrzeugs verbunden ist und daß die Antriebswelle 58 direkt mit dem Motor eines solchen Fahrzeugs verbunden ist, kann der Betrieb zur Veränderung des Drehzahlverhältnisses der beiden Ausgangswellen 24 und 26 in gleicher Weise relativ zur Eingangswelle 56 konventionelle Fahrzeuggetriebe anpassen durch Einstellung des Schlittens 118 zur Zentrierung der Schraube 116 in einer Ebene, welche den Achsenschnittpunkt S schneidet, und durch Einstellung beider Ringe 88 und 90 aufeinander zu und voneinander weg durch einfache Drehung der Schraube 116. Auf diese Weise werden beide Ausgangswellen 24 und 26 mit der gleichen Drehzahl angetrieben, welche stufenlos regelbar ist von einem Ausgang /Eingang-Verhältnis von Null (betrachte obige Gleichung

(2) und die Diskussion der Parameter k und P) bis zu einem Ausgang/Eingang-Verhältnis, das sich 1/1 oder der Einheit nähert in Abhängigkeit vom Bereich der Radiusverhältnisse

bei einer gegebenen Konstruktion der Einheit 10. Wenn das Fahrzeug eine Kurve nimmt und eine der Wellen 24 oder 26 mit größerer Drehzahl als die andere anzutreiben ist, wird der Schlitten 118 axial verschoben mit oder ohne Drehung der Schraube 116, um die Drehzahl zu verändern, mit welcher die jeweiligen Wellen 24 und 26 für eine gegebene Rotationsgeschwindigkeit der Eingangswelle 56 angetrieben

^ou werden.

Die Einheit 10 kann in Kettenfahrzeugen oder Fahrzeugen, welche durch Veränderung der Drehzahl gesteuert werden, eingesetzt werden, bei welchen die mit dem Boden in Eingriff stehenden Ketten oder Rädern auf gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs mit unterschiedlichen Drehzahlen oder in entgegengesetzten Richtungen angetrieben werden. Wie im vorhergehenden festgestellt worden ist, können die

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Ringe 88 und 90 durch geeignete Auswahl der Parameter k und p derart eingestellt werden, daß die Wellen 24 und für eine gegebene Drehrichtung der Eingangswelle 56 in entgegengesetzten Richtungen gedreht werden. Durch Einstellung der beiden Ringe 88 und 90 in eine axiale Position, in welcher die Drehung der Zahnkränze 46 und 48 sich Null nähert, kann einer der Zahnkränze 46 und 48 und daher eine der Wellen 24 und 26 in einer Richtung angetrieben werden, wohingegen der andere der Zahnkränze und die andere der Ausgangswellen 24 und 26 in der entgegengesetzten Richtung angetrieben wird durch Betätigung des Schlittens 118 zur Verschiebung beider Ringe 88 und 90 in gleicher Richtung. Die gleiche EinstelDart kann bei relativ hohen Ausgang /Eingang-Drehzahlverhältnissen, z.B. in Fahrzeugen ~ bewirkt werden, um eine Servolenkungshxlfe zu schaffen.^it anderen Worten, jede handbetätigte Fahrzeuglenkung kann unterstützt werden durch Einstellung des Schlittens 118, um einen Antrieb der Antriebsräder auf gegenüberliegenden Seiten der Fahrzeuge mit Drehzahlen zu bewirken, die mit einer Servolenkungshilfe konsistent sind. Eine Servolenkungshilfe dieser Art ist insbesondere für Fahrzeuge mit Vorderradantrieb einsetzbar.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist die primäre CVT-Achse 54 gekippt und verläuft unter einem Winkel im Verhältnis zur Achse 36 der Ausgangswellen 24 und 26. Darüber hinaus wird angemerkt, daß die Achse 36 durch den Achsenschnittpunkt S verläuft. Der Grund für das schräge Verhältnis der Achsen 54 und 36 besteht darin, daß das angetriebene Kegelrad 32 direkt mit den Außenzähnen 42 und 44 auf den Zahnkränzen 46 und 48 kämmen kann. Darüber hinaus ist diese Anordnung erforderlich, um beide Ausgangswellen 24 und 26 auf der gleichen Achse 36 anzuordnen, wenn ein direktes Kämmen der Zahnräder, wie gezeigt, vorausgesetzt wird. In Fig. ^OJ ist eine Variation schematisch gezeigt, bei welcher sich ein Paar von Ausgangswellen 24a und 26a auf parallel, zur einer Achse 36a versetzt angeordneten Achsen erstreckt, wobei die Achse 36a ihrerseits senkrecht zur Achse 54a ver-

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läuft. Die angetriebenen Kegelräder 32a und 34a haben einen ausreichend großen Durchmesser, um mit nur einem der Zahnkränze 46a und 48a zu kämmen, ohne den anderen Zahnkränzen in die Quere zu kommen. Wie für Durchschnittsfachleute ohne weiteres klar ist, kann eine andere als die in den Fig. 1 und 5 beispielhaft dargestellte Vorgelegegeometrie vorgesehen werden, um gewünschte Ubersetzungsreduktionsfaktoren zwischen den Zahnkränzen 46 und 48 und den Ausgangswellen 24 und 26 zu erzielen.

In Fig. 6 ist eine alternative Ausführungsform der Differentialgetriebeeinheit der vorliegenden Erfindung illustriert, ' wobei Elemente, die mit Elementen gemäß Fig. 2 identisch sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind und Elemente, welche strukturell abgeändert sind, aber der gleichen oder äquivalenten Funktion dienen, durch die gleichen gestrichenen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Daher verbleiben die Beta-Körper 70 und 72, die Omega-Ringe 88 und 90 sowei das Einstellsystem für die Omega-Ringe unverändert.

Bei dieser Ausführungsform ist jedoch der Alpha-Körper 62' abgeändert und weist ein angetriebenes Zahnrad 141 auf, das mit einem Zwischenzahnrad 142 in Eingriff steht, das in dem Gehäuse 12' gelagert ist und durch ein Antriebszahnrad 144 angetrieben werden kann. Das Antriebszahnrad 144 kann seinerseits, mit einer Antriebsquelle (nicht gezeigt) verbunden sein, welche z.B. einen inneren Verbrennungsmotor enthalt, der parallel zur Achse 54 orientiert ist. Wie dem Fachmann geläufig ist, ist eine solche Anordnung besonders geignet für Fahrzeuge mit Vorderradantrieb.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 sind die Ausgangswellen 24' und 26' direkt mit den Zahnkränzen 46' und 48' verbunden, welche in diesem Falle nur Innenzähne 112 und

114 aufweisen, welche jeweils mit den Antriebszahnrädern 108 und 110 in Eingriff stehen. Bei dieser Ausführungsform wird angemerkt, daß der Durchlaß für das hydraulische Strömungsmittel von der äußeren Quelle 102' zum Zylinder

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98 durch einen radialen Kanal 146 in der Ausgangswelle 24' und der Stummelwelle 64' des Alpha-Körpers verläuft. Axial beabstandete und drehbare Dichtungssätze 148 und 150 zwischen dem Gehäuse und der Ausgangswelle 24' einerseits und der Ausgangswelle 24" und der Stummelwelle 64' andererseits tragen zur Schaffung eines Strömungsmitteldurchlasses bei, mit dessen Hilfe hydraulisches Druckströmungsmittel von der Quelle 102' die Kraft steuern kann, mit welcher die Beta-Körper 70 und 72 zwangsweise zum Eingriff mit den Omega-Ringen 88 und 90 getrennt werden.

Der Betrieb der Ausführungsform gemäß Fig. 6 ist im wesentlichen ähnlich zu dem beschriebenen Betrieb der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2. Der prinzipielle Unterschied besteht in der direkten Verbindung der Ausgangswellen 24' und 26' mit den Zahnkränzen 46' und 48' bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 im Vergleich zum Ausgangswellenkegelrad der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2.

im Lichte der vorhergehenden Beschreibung wird angemerkt, daß als Ergebnis der vorliegenden Erfindung eine äußerst wirksame Differentialgetriebeinheit geschaffen wird, mit welcher die Ziele der vorliegenden Erfindung erfüllt werden. Es ist ebenfalls klar, daß Abänderungen der offenbarten

" Ausführungsformen erfolgen können, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen, Demzufolge wird ausdrücklich betont, daß die vorhergehende Beschreibung und die Figuren nur beispielhafte bevorzugte Ausführungsformen sind, die keineswegs beschränkend sind, und daß der Umfang der vorliegenden Erfindung durch die Ansprüche festgelegt wird.

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Claims

P A-T bN/i' - UND ^EC-H ^T S AN VVÄ LT E

PATENT ANWÄLTE" 3047 55Q

JOCHEN PAGENBERG dr jur.ll μ harvard WOLFGANG A. DOST _Dr._d„, .,.

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Datum 28. Januar 1981

L 1988 Al/ho A-13,895

Patentansprüche

M ./Differentialgetriebeeinheit zur Übertragung einer mechanischen Eingangsleistung zu einem Paar von unabhängig drehbaren Ausgangswellen, gekennzeichnet durch ein Einheitsgehäuse, welches eine erste Achse bestimmt, einen Alpha-Körper, welcher durch das Gehäuse für eine Drehung um die erste Achse gelagert ist,

ein Paar von Beta-Körpern, welche von dem Alpha-Körper um eine zweite Achse getragen sind, welche im Verhältnis zur ersten Achse geneigt ist und die erste Achse in einen Achsenschnittpunkt schneidet, wobei die Beta-Körper axial im Abstand voneinander angeordnet sind, um auf gegenüberliegenden Seiten des Achsenschnittpunktes positioniert zu sein, und wobei jeder Beta-Kcrper eine Beta-Drehrollbahn um die zweite Achse aufweist, ein Paar von Omega-Körpern, die vom Gehäuse getragen werden und jeweils eine Omega-Drehrollbahn um die erste Achse aufweisen, wobei die Omega-Rollbahnen auf gegenüberliegenden Seiten des Achsenschnittpunkts positioniert sind, wobei die Beta-und Omega-Rollbahnen an zwei Berührungspunkten in Reibeingriff stehen, von denen jeweils einer auf jeder Seite dos Achsenschnittpunktes angeordnet ist, um liie.rdu.rcli einen solchen Berührungspunkt zwischen jedem Beta-und Omega-Körper

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dieser Paare zu erzeugen, und wobei eine Nutations- bzw. Taummelbewegung des Beta-Körperpaars eine Drehmomentübertragung zwischen den Beta- und Omega-Rollbahnen bewirkt, wobei mindestens eine der Beta- und Omega-Rollbahnen veränderliche Radien längs ihrer LänyserStreckung relativ zu der anderen der Beta- und Omega-Bahnen aufweist, so daß das Verhältnis der Beta-/Omega-Bahnradien an den Berührungspunkten durch relative Verschiebung der Beta- und Omega-Körper verändert wird,

eine Einrichtung zur Triebverbindung des Leistungseinganges und des Alpha-Körpers,

ein Paar von drehbaren Einheitsausgangswellen, eine Einrichtung zur Lagerung der jeweiligen Körper des einen Paares der Beta- und Omega-Körperpaare für eine unabhängige Drehung,

eine Einrichtung, weiche das eine Paar der Beta-und Omega-Körperpaare mit dem I'aar der Ausgangswe]len triebmäßig verbindet,

eine Einrichtung, welche das andere Paar der Beta-und Omega-Körperpaare an einer Drehung um ihre Rollbahnenachse hindert, und

eine Einrichtung zur relativen Verschiebung der Beta- und Omega-Körper in Reibeingriff an jedem der beiden Berührungspunkte, um das Verhältnis der Beta-/Omega-Bahnradien unabhängig an den jeweiligen Berührungspunkten zu verändern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Omega-Bahnen innere kreisförmige Oberflächen sind ^" und daß die Beta-Bahnen entgegengesetzt konvergente, kegelstumpf förmige Oberflächen sind und daß Einrichtungen vorgesehen sind zur zwangsweisen Trennung uer Beta-Körper längs der zweiten Achse zur Entwicklung einer Normalkraft an jedem Berührungspunkt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, welche das andere Paar der Körperpaare an einer Drehung hindert, eine Einrichtung enthält,

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welche die Omega-Körper und das Gehäuse drehfest koppelt, und daß die Einrichtung für eine relative Verschiebung der Körper eine Einrichtung zur Einstellung der Position der Omega-Körper längs der ersten Achse aufweist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3/ dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einstellung der Omega-Körper längs der ersten Achse eine Einrichtung zur Einstellung der Omega-Körper aufeinander zu und voneinander weg mit gleichen Einstellraten aufweist, um dadurch gleichzeitig das Verhältnis der Beta-/Omega-Bahnradien an den beiden Berührungspunkten zu verändern, und zur Einstellung der Omega-Körper gleichzeitig in der gleichen Richtung, um hierdurch das Verhältnis der Beta-/Omega-Bahnradjen an den jeweiligen Berührungspunkten entgegengesetzt zu verändern.

5, Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch unabhängige erste und zweite Antriebseinrichtungen jeweils zur Einstellung der Omega-Körper aufeinander zu und voneinander weg und zur Einstellung der Omega-Körper in der gleichen Richtung.

.6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die ersten und zweiten Antriebseinrichtungen gleichzeitig betriebsfähig sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Antriebseinrichtung mindestens eine mit gegenläufigem Gewinde versehene Schraube aufweist, welche

sich zwischen den Omega-Körpern erstreckt und mit diesen in Schraubeingriff steht, und eine Einrichtung zum Drehen der Schraube in entgegengesetzten Drehrichtungen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die zweite Antriebseinrichtung aus einer Einrichtung zur Bewegung der mit gegenläufigem Gewinde versehenen Schraube axial in entgegengesetzte Richtungen besteht.

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9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3,4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur triebmäßigen Verbindung eines Paares der Beta-und Omega-Körperpaare mit dem Paar der Ausgangswellen eine Zahnradvorgelegeeinrichtung jeweils zur Umwandlung der Bewegung eines jeden Beta-Körpers in Drehung einer jeden entsprechenden Ausgangswelle aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die jedem Beta-Körper zugeordnete Zahnradvorgelegeeinrichtung ein Antriebszahnrad aufweist, das vom Beta-Körper in UmIaufbewegung durch Nutation der zweiten Achse um die erste Achse und für eine Drehung mit dem Beta-Körper um diese zweite Achse getragen wird, und ein angetriebenes Zahnrad, das mit dem Antriebszahnrad in Eingriff steht und um die erste Achse drehbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das angetriebene Zahnrad einen Zahnkranz mit Innen- .

zähnen aufweist, die mit dem Antriebszahnrad kämmen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis (k) des Antriebszahnrades zum Zahnkranz und das Radiusverhältnis (p) der Omega-

Rollbahnen zu den Beta-Rollbahnen derart in Beziehung

zueinander stehen, um ein Ausgang /Eingang-Drehzahlver-

hältnis zu schaffen, das sich für jede der Ausgangswellen zu Null erstreckt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchinesserverhältnis (k) einen numerischen Wert aufweist, der gleich dem reziproken Wert mindestens eines Wertes des Radiusverhältnisses (ρ) ist.

^OJ 14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnkranz äußere Kegelzähne aufweist und daß die Zahnradvorgelegeeinrichtung außerdem jeweils ein angetriebenes Kegelzahnrad aufweist, das jeweils mit einer Aus-

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gangswelle gekoppelt ist und in kämmendem Eingriff mit den Außenzähnen auf jedem Zahnkranz steht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,

daß die Ausgangswellen auf einer dritten Achse ausgerichtet sind, welche den Achsenschnittpunkt schneidet und im Verhältnis zur ersten Achse schräg verläuft.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswellen parallel zu einer dritten Achse senkrecht zur ersten Achse und entgegengesetzt versetzt zu dieser dritten Achse verlaufen.

'.17. Vorrichtung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur triebmäßigen Verbindung des Leistungseinganges und des Alpha-Körpers eine zur ersten Achse konzentrische Stummelwelle aufweist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur triebmäßigen Verbindung des Leistungseinganges und des Alpha-KÖrpers ein angetriebenes, vom Alpha-Körper getragenes und konzentrisch zur ersten Achse verlaufendes Zahnrad und ein Antriebszahnrad, welches den Leistungseingang und das vom Alpha-Körper getragene angetriebene Zahnrad verbindet, aufweist.

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