DE3525231C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ausgleichsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Gegenstand ist aus der US-PS 17 19 803 bekannt.

Die DE-OS 32 15 430 zeigt ein ähnliches Ausgleichsgetriebe mit an sich bekannten hinterschnittfreien Zahnrädern, die eine kugelige Abstützfläche aufweisen.

Es ist bekannt, daß das Drehmoment bei herkömmlichen Aus­ gleichsgetrieben zu gleichen Teilen auf die beiden Antriebs­ räder verteilt wird, was den Nachteil hat, daß sich die Zug­ kraft beträchtlich verringert, wenn eines der Antriebsräder auf glatte Fahrbahn gerät.

Generell nutzen die Ausgleichsgetriebe mit begrenztem Schlupf oder Selbstsperrung die Reibung zwischen den dauer­ haft in Kontakt stehenden Oberflächen von entweder Lamellen­ paketen oder Kegeln. Nachteilig bei diesen Ausgleichsgetrie­ ben ist eine starke Instabilität ihrer Ausgleichswirkung, die unerwartet und unvorhersehbar entweder zu einer Reduzie­ rung ihrer Wirkung auf null oder zu einer gegenseitigen Sperrung der beiden Räder führen kann. Die Instabilität ist hauptsächlich auf die Veränderungen der Gleitbeiwerte der Reibflächen und die Veränderungen des Gleitverhältnisses in den verschiedenen Eingriffsphasen der Sonnen- und Planeten­ räder dieser Ausgleichsgetriebe zurückzuführen.

Daraus folgt eine Beeinträchtigung der Lenkgenauigkeit des Fahrzeuges sowohl bei zu hoher Hemmwirkung der Differential­ ausgangsachsen zueinander, da sich die resultierende Zug­ kraft von der linken Seite des Fahrzeugs weit zur rechten Seite verlagern kann, als auch bei ungenügender Hemmwirkung, da bei fehlender Haftung zwischen Rad und Boden keine Zug­ kraft angreifen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein selbsttätig hemmendes Aus­ gleichsgetriebe vorzuschlagen, das wirtschaftlich herstell­ bar ist und dessen Hemmung gut bestimmt werden kann.

Die Lösung hierfür besteht in einem Getriebe mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Anspruchs 1.

Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit wird angestrebt, ledig­ lich geringfügig veränderte Standardgehäuse von konventio­ nellen Ausgleichsgetrieben mit derselben einfachen Anordnung von Sonnen- und Planetenrädern zu verwenden.

Die erfindungsgemäß gestalteten Sonnen- und Planetenräder sind kostengünstig durch Warm- oder Kaltverformung ohne Nacharbeit herzustellen, und ermöglichen die Erzielung des für die entsprechende Anwendung gewünschten Drehmomentüber­ tragungsverhältnisses, insbesondere in Abhängigkeit vom Schrägungswinkel der Zähne in verschiedenen durch sie hin­ durchgehenden Radialebenen.

Bei dem erfindungsgemäßen Ausgleichsgetriebe kann das Dreh­ momentübertragungsverhältnis auf einen gewünschten Wert aus­ gelegt werden, indem der Schrägungswinkel α verändert wird. Wird ein großer Winkel gewählt, beispielsweise in der Größenordnung von 70°, so beträgt das Übertragungsverhältnis etwa 1, und man nähert sich dem Verhalten von zwangsschlüs­ sigen Rädern. Wählt man den Winkel α in der Größenordnung von 30°, so nähert man sich den konventionellen Ausgleichs­ getrieben, die ein sehr geringes Übertragungsverhältnis auf­ weisen.

Das erfindungsgemäße Ausgleichsgetriebe kann ebenfalls zwi­ schen der Vorder- und der Hinterachse von Fahrzeugen mit vier Antriebsrädern eingesetzt werden. In diesem Fall können unterschiedliche Übertragungsverhältnisse erzielt werden, je nach dem, ob die Vorderräder schneller oder langsamer drehen als die Hinterräder. Dadurch entsteht eine genügend große resultierende Zugkraft für den Fall, daß die Vorder- oder auch die Hinterachse auf einen Bereich ohne Bodenhaftung gerät.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß eines der Sonnenräder auf seiner kugelförmigen, dem Gehäuse zugewandten Seite eine kugelförmige Abstützfläche aufweist, die an die zugehörige Welle unmittelbar angrenzen kann und sich auf der kugelförmigen Innenfläche des Gehäuses abstützen kann.

Wird in beiden Richtungen des auftretenden Differenzdrehmo­ mentes ein gleiches Übertragungsverhältnis gewünscht, so kann dies dadurch realisiert werden, daß die Sonnenräder an ihren kugelförmigen, dem Gehäuse zugewandten Seiten kugel­ förmige Aussparungen aufweisen, die einander äquivalente bzw. gleiche ringförmige Laufflächen auf den Sonnenrädern erzeugen, die sich auf dem Gehäuse abstützen und koaxial zu den Wellen angeordnet sind. Auf diese Weise werden gleiche Reibungsmomente und folglich auch gleiche Drehmomentüber­ tragungsverhältnisse zwischen den Wellen bei den beiden mög­ lichen Angriffsrichtungen für das Differenzdrehmoment ge­ währleistet.

Es ist weiterhin möglich, die Anordnung einer Gleitscheibe zwischen dem Gehäuse und den Planetenrädern und/oder den Sonnenrädern vorzusehen, um eine Vorspannung durch Elasti­ zität zu schaffen.

Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnungen erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Ausführungsart des erfindungsgemäßen Aus­ gleichsgetriebes für Kraftfahrzeuge - teils als Schnitt, teils als Vorderansicht - in einer axialen Ebene der Sonnenräder entlang der Linie I-I von Fig. 2;

Fig. 2 eine Vorderansicht eines Sonnenrads des Aus­ gleichsgetriebes bei Betrachtung in Richtung des Pfeils F ₁ von Fig. 1;

Fig. 3 ein Planetenrad des Ausgleichsgetriebes in Vor­ deransicht bei Betrachtung in Richtung des Pfeils F ₂ von Fig. 1;

Fig. 4 einen Teilschnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 2.

Das in Fig. 1 bis 4 dargestellte Getriebe ist ein Aus­ gleichsgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einem Gehäuse, das in diesem Ausführungsbeispiel von zwei Halbschalen 1 a, 1 b ge­ bildet wird, die durch Schrauben 2 miteinander verbunden und aufeinander zentriert sind, wobei die Schrauben 2 auf einem Kranz 3 gehalten sind, der im vorliegenden Fall als Gerad­ stirnrad ausgebildet ist.

Durch das Gehäuse 1 a, 1 b laufen in axialer Richtung zwei Wellen 4, 5 für die Antriebsräder des Fahrzeuges, wobei diese Wellen durch zylindrische Öffnungen 6 in das Gehäuse 1 a, 1 b einlaufen und koaxial zueinander entlang einer geometrischen Achse OX angeordnet sind. Die Wellen 4, 5 sind mit den jewei­ ligen beiden Sonnenrädern 7, 8, die koaxial zu den entspre­ chenden Wellen 4, 5 gelagert sind, verdrehfest verbunden und axial gesichert, wobei diese Verbindung bzw. Sicherung durch ein an der Außenfläche der Wellen 4, 5 ausgebildetes Wellen­ profil 9, das in ein entsprechendes Nabenprofil der Sonnen­ räder 7, 8 eingreift, bzw. durch Seegerringe 10, die koaxial zu den Wellen 4, 5 angebracht sind und die Sonnenräder 7, 8 halten, erfolgt. Das Gehäuse 1 a, 1 b weist zwei Stutzen 11 auf, die an ihrem Außendurchmesser geschliffen sind, damit sie in Innenbohrungen von nicht dargestellten Lagern einge­ paßt werden können. Das Ausgleichsgetriebe besteht ferner aus zwei Planetenrädern 13, 14, die im Gehäuse 1 a, 1 b um eine Achse 15 drehen, die zu den Wellen 4, 5 senkrecht steht und deren Enden in Bohrungen 16 sitzen, die in den Halbschalen 1 a, 1 b eingearbeitet sind.

Zwischen dem kugelförmigen Gehäuse 1 a, 1 b und den Planeten­ rädern 13, 14 - wie in Fig. 1 dargestelltem Beispiel - und/ oder den Sonnenrädern 7, 8 kann eine Gleitscheibe 17 ange­ bracht werden, um nach dem Prinzip der Tellerfeder eine leichte Vorspannung durch Elastizität zu schaffen.

Die Sonnenräder 7, 8 und die Planetenräder 13, 14 sind mit gegenläufigen Spiralverzahnungen versehen, deren jeweilige Zähne 40, 41 (Fig. 2 und 3) zu einer durch sie hindurchlau­ fenden Schnittebene durch die Radachse um einen Spiralwinkel α geneigt sind, der vom gewünschten Drehmomentübertragungs­ verhältnis von einer Welle 4, 5 zur anderen bestimmt wird.

Die Verzahnung der Sonnenräder 7, 8 und der Planetenräder 13, 14 weist in der axialen Ebene PX der Sonnenräder 7, 8, d.h. in der Darstellungsebene von Fig. 1, einen treppenför­ migen Querschnitt auf, der aus zur Achse OX der Wellen 4, 5 senkrecht stehenden Abschnitten 18, 20; 25, 26 und zu dieser Achse parallel liegenden Abschnitten 19, 30; 27, 29 besteht.

Fig. 2 zeigt das mit der Welle 5 verbundene Sonnenrad 8, des­ sen Verzahnung aus spiralförmigen Zähnen 40 besteht, die sich vom äußeren Umfang der Welle 5 bis zum äußeren Rand des Sonnenrads 8 erstrecken, wobei diese Verzahnung nach den in der Mechanik gebräuchlichen Vereinbarungen in Anlehnung an einen Gewindegang "linkssteigend" ist. Die Flankenschrägung der Zähne 40 in bezug auf jede Schnittebene durch die Rad­ achse ist durch den Spiralwinkel α definiert, der im vor­ liegenden Beispiel ca. 45° beträgt. Die Zähne 40 weisen Flanken 18, 19 auf, die in einer Achsebene der Sonnenräder 7, 8 die obengenannten senkrecht zueinander stehenden Ab­ schnitte bilden, wobei die Flanken 18 senkrecht zu dieser Achse OX und die Flanken 19 parallel dazu angeordnet sind. Die Breite der Zähne 40, die durch ihre Anzahl festgelegt ist, kann variieren, ohne daß sich dabei die Übertragungs­ eigenschaften des Ausgleichsgetriebes wesentlich ändern. Die durch die Linie OC (Fig. 1) dargestellte Mittelachse ist zur Achse OX und zur Achse 15 des Planetenträgers um einen Win­ kel von 45° geneigt.

Die Planetenräder 13, 14 besitzen ähnliche Verzahnungen wie die Sonnenräder 7, 8, jedoch mit demgegenüber gegenläufigem Drehsinn (Fig. 3). Die Verzahnung der beiden Sonnenräder 7, 8 ist mit anderen Worten eine "linkssteigende" Verzahnung, während die Verzahnung der beiden Planetenräder 13, 14 "rechtssteigend" ist, wie in Fig. 1, 2 und 3 dargestellt, und umgekehrt. Die Zähne des Sonnenrads 7 weisen analog zu den Zähnen des Sonnenrads 8 in einer Schnittebene durch die Drehachsen aller Zahnräder treppenförmige Abschnitte auf, d. h. zur Achse OX senkrecht stehende Abschnitte 26 und zur selben Achse parallel liegende Abschnitte 30. Diese Ab­ schnitte arbeiten mit den entsprechenden Flanken 25, 29 des Planetenrads 14 zusammen, während in der Darstellungsebene von Fig. 1 das Planetenrad 13 treppenförmige Abschnitte auf­ weist.

Nach einer Ausführungsart weist eines der Sonnenräder 7, 8 - im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Sonnenrad 8 - auf seiner der Halbschale 1 a zugewandten kugelförmigen Seite eine kugelförmige Aussparung 31 auf, die in dem von der Ach­ se OX des Ausgleichsgetriebes am weitesten entfernten Be­ reich dieses Sonnenrades 8 eine erste ringförmige Lauffläche 32 bildet, die sich auf der kugelförmigen Innenfläche der Halbschale 1 a abstützt. Ferner besitzt das zweite Sonnenrad 7 auf seiner der Halbschale 1 b zugewandten kugelförmigen Seite in dem Bereich, der von der Achse OX am weitesten ent­ fernt ist, eine Aussparung bzw. einen ringförmigen Ein­ schnitt 33, der eine zweite ringförmige Lauffläche 34 bil­ det, die an die zugehörige Welle 4 unmittelbar angrenzt und sich auf der kugelförmigen Innenfläche der Halbschale 1 b abstützt.

Das oben beschriebene Ausgleichsgetriebe hat folgende Funk­ tionsweise:

Dreht sich die Welle 5 unter der Einwirkung eines Drehmo­ ments M ₃ (Fig. 1), so beaufschlagen die Flanken 18 des Son­ nenrads 8 die tangential dazu angeordneten Flanken 20 des Planetenrads 14. Die durch die Zahnkräfte bewirkte Berüh­ rungszone 21 ist durch eine schraffierte Fläche dargestellt (Fig. 2). Dieser Zone ist eine zweite symmetrisch angeordnete Zone 22 im oberen Teil von Fig. 1 und 2 zuzuordnen. Die Be­ rührungszone 21 des Sonnenrads 8 überträgt eine Kraft Q, die an der Berührungszone 23 (Fig. 3) des Planetenrades 14 an­ greift und deren Komponente in Richtung OX gleich P ist.

Die Berührungsfläche 21 des Sonnenrades 8 ist tangential zur Fläche 23 angeordnet, was voraussetzt, daß die Steigung dieser beiden Flächen 21, 23 sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung (Fig. 4) gleich ist.

Unter der Einwirkung der Komponente T dreht sich das Plane­ tenrad 14 und treibt an seiner Lauffläche 24 (Fig. 3) das Sonnenrad 7 an, indem es eine Kraft Q′ ausübt, die infolge von Reibungskräften kleiner als Q ist. In gleicher Weise treibt die Kraft Q′ das Sonnenrad 7 an, wobei zwischen den Flanken 29 und 30 sowie 27 und 28 weitere durch das Gleiten bedingte Verluste auftreten.

Die senkrecht zur Achse OX des Ausgleichsgetriebes (Fig. 1) stehenden Komponenten P′ drücken schließlich die Planeten­ räder 13, 14 mit ihren axialen Laufflächen auf die Innen­ flächen des Gehäuses und erzeugen somit weitere Reibungs­ momente.

In den symmetrisch angeordneten Berührungszonen erfolgt die Übertragung des Drehmoments ebenfalls mit Reibungsverlusten, so daß sämtliche Sonnenräder 7, 8 und Planetenräder 13, 14 bei der Übertragung des Drehmoments von der Welle 5 auf die Wel­ le 4 mitwirken, wobei starke Reibung auftritt, die auf die Gleitbewegung von sowohl den aufeinander abwälzenden Ver­ zahnungen als auch von den axialen Reaktionsflächen der Sonnenräder 7, 8 bzw. der Planetenräder 13, 14 gegenüber dem Gehäuse 1 a, 1 b zurückzuführen ist. Wird die Einleitung des Drehmoments M ₃ der Welle 5 umgedreht, so wirkt an den parallel zur Achse OX liegenden Flanken 19 eine zu X senk­ recht stehende, d. h. in Richtung der Achse des Planeten­ trägers 15 ausgerichtete Schubkraftkomponente.

Das Übertragungsverhältnis kann auf zwei verschiedene Werte festgelegt werden, je nach dem, in welche Richtung das auf die Abtriebswellen 4, 5 einwirkende Differenzdrehmoment weitergeleitet werden soll.

Ein auf die Welle 5 wirkendes Drehmoment M ₃ in Richtung des Pfeils, wie in Fig. 1 dargestellt, erzeugt beispielsweise Reaktionskräfte Q mit den axialen Komponenten P, die auf die beiden Berührungszonen 21 und 22 des Sonnenrades 8 einwirken und diese gegen die Innenwand der Halbschale 1 a drücken. Das Sonnenrad 8 wird über die ringförmige Lauffläche 32 gegen das Gehäuse gepreßt, was das Reibungsmoment und folglich das Drehmomentübertragungsverhältnis erhöht. Es ist zu beachten, daß das Sonnenrad 7 hierbei infolge dieses Drehmoments M ₃ keine Schubkraft in axialer Richtung erfährt.

Wirkt das Drehmoment jedoch in Gegenrichtung zu M ₃ auf die Welle 5, so erfährt das Sonnenrad 8 über die Verzahnungen keine axiale Kraftkomponente als Reaktion der Verzahnung mehr, während auf das Sonnenrad 7 eine axiale Kraftkompo­ nente aus den Reaktionskräften der Verzahnungen 25 und 26 einwirkt, die über die Laufflächen 34 auf die Halbschale 1 b übertragen wird. Dadurch verringert sich das Reibungsmoment, wie auch in entsprechendem Maße das Übertragungsverhältnis. Es ist zu beachten, daß das Sonnenrad hierbei durch die bei der Berührung mit den Flanken 19 seiner Verzahnung entste­ henden Kräfte nicht in axialer Richtung beansprucht wird.

Wird in beiden Abtriebsrichtungen ein gleiches Übertragungs­ verhältnis gewünscht, so müssen die der Innenseite des Ge­ häuses 1 a, 1 b zugewandten Laufflächen der Sonnenräder 7, 8 in bezug auf das unter gleichen axialen Kräften entstehende Reibungsmoment die gleichen oder äquivalente Stützflächen aufweisen.

Claims (3)

1. Ausgleichsgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einem geteilten Gehäuse (1 a, 1 b), in das zwei zueinander fluchtende Wel­ len (4, 5) hineinragen, die jeweils drehfest auf ihren Enden im Gehäuse (1 a, 1 b) gelagerte Sonnenräder (7, 8) mit Spiralverzahnung aufweisen, die mit einer Spiralver­ zahnung (13, 14) an Planetenrädern im Eingriff stehen, die sich mindestens um eine im Gehäuse (1 a, 1 b) senkrecht zu den Wellen angeordnete mit ihren Enden (16) im Gehäuse (1 a, 1 b) befestigte Achse (15) drehen, und die wie auch die Sonnenräder (7, 8) erste Zahnflanken und zweite Zahn­ flanken haben, von denen die ersten in einer Schnittebene durch die Achsen der Sonnenräder (7, 8) zu den Achsen der Sonnenräder (7, 8) parallele Abschnitte aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schnittebene die zweiten Zahnflanken zu der Achse der Sonnenräder (7, 8) senkrechte Abschnitte auf­ weisen und daß die Zahnräder (7, 8, 13, 14) keinen Hin­ terschnitt aufweisen.

2. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sonnenräder (7, 8) auf ihren dem Gehäuse (1 a, 1 b) zugewandten Seiten kugelförmig ausgebildet sind.

3. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zumindest eines der Zahnräder (7, 8) auf seiner dem Gehäuse (1 a, 1 b) zugewandten Seite einen achsnahen schmalen ringförmigen Bereich zu seiner Ab­ stützung gegenüber dem Gehäuse (1 a, 1 b) aufweist.