DE4217784A1 - Differentialgetriebe - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Differentialgetriebe mit einem
in einem Differentialgehäuse drehbar gelagerten Differen
tialträger, zwei im Differentialträger in Zylinderbohrun
gen drehbar gehaltenen zueinander koaxialen Achswellenrä
dern und mehreren im Differentialträger achslos in Boh
rungen gelagerten und mit diesem umlaufenden Ausgleichs
rädern in achsparalleler Anordnung, wobei die Ausgleichs
räder zu einem Teil mit dem einen der Achswellenräder und
zu einem anderen Teil mit dem anderen der Achswellenräder
und untereinander zumindest mit einem des jeweils anderen
Teils der Ausgleichsräder in Eingriff sind.
Derartige Differentialgetriebe, bei denen die Ausgleichs
räder auf ihren Zahnköpfen in den Gehäusebohrungen ge
lagert sind, haben eine selbsthemmende Wirkung aufgrund
der an den Ausgleichsrädern entstehenden Reibungskräfte
infolge der resultierenden Zahnkräfte an den Ausgleichs
rädern, die eine radiale Komponente aufweisen. Bei gleich
mäßiger Umfangsverteilung der Ausgleichsräder werden die
Achswellenräder im wesentlichen zentriert zwischen den
Ausgleichsrädern gehalten, so daß sich an deren Zahnköpfen
gegenüber ihrer Zylinderbohrung allseits ein Umfangsspiel
einstellt, so daß die gewünschten Reibungskräfte aus
schließlich an den Zahnköpfen der Ausgleichsräder erzeugt
werden, wenn die stirnseitigen Reibungsverhältnisse außer
acht bleiben.
Von diesen Erkenntnissen ausgehend ist es bereits vorge
schlagen worden, die Ausgleichsräder über dem Umfang un
gleichmäßig zu verteilen, um eine nennenswerte resultie
rende Radialkraft als Ergebnis der Zahnkräfte auf die
Achswellenräder zu erzeugen, um eine wesentliche Erhöhung
der Sperrwirkung des Differentialgetriebes durch die Rei
bung zwischen den Zahnköpfen der Achswellenrädern und
ihren Zylinderbohrungen im Differentialkorb zu bewirken.
Dies hat gewisse Nachteile, beispielsweise hinsichtlich
des Massenausgleiches und der notwendigen Reduzierung der
Ausgleichsräder im Vergleich mit der in baulicher Hinsicht
höchstmöglichen Anzahl.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Differentialgetriebe der genannten Art zu schaffen, das
unabhängig von der Umfangsverteilung der Ausgleichsräder
bezüglich der Achswellenräder, d. h. also insbesondere
auch bei symmetrischer Anordnung, eine wesentlich erhöhte
Sperrwirkung ohne konstruktiven Mehraufwand ermöglicht.
Die Lösung hierfür besteht darin, daß mindestens eines der
Achswellenräder und/oder mindestens eines der damit in
Zahneingriff befindlichen Ausgleichsräder auf zumindest
einem Teil seiner Zahneingriffsbreite zwischen dem einen
Achswellenrad und dem einen Ausgleichsrad eine radiale
Abweichung der Mittelpunkte MTn der örtlichen Teilkreis
durchmesser DT der Verzahnung von einer geraden Verbin
dungslinie AB der Mittelpunkte MK1, MK2 der beiden
stirnseitigen Kopfkreisdurchmesser DK der Verzahnung
aufweist und daß die Differenz zwischen dem Durchmesser
DB der Zylinderbohrung für das oben bezeichnete Achs
wellenrad und seinem Kopfkreisdurchmesser DK kleiner
ist, als die Summe aus dem zweifachen Betrag der jeweils
größten radialen Abweichung es des Achswellenrades und
dem einfachen Betrag der jeweils größten radialen Ab
weichung ep des mit dem Achswellenrad im Zahneingriff
befindlichen einen Ausgleichsrades.
Mit es für eine größte Abweichung an einem Achswellenrad
und ep für eine größte Abweichung an einem Ausgleichsrad
jeweils zwischen Kopfkreismittelpunkt MK und Teilkreis
mittelpunkt MT gilt dann (DB-DK) < 2es+ep,
wobei DB der Bohrungsdurchmesser des Achswellenrades und
DK der Kopfkreisdurchmesser des Achswellenrades ist.
Hierbei kann entweder ep oder es auch zu null werden,
ohne daß dies die Richtigkeit der Bedingung berührt.
Hierbei tritt in Abhängigkeit von der Zahneingriffsposi
tion, d. h. bei Ausgleichsbewegungen zwischen den beiden
Achswellenrädern, zumindest periodisch ein Reibkontakt des
zumindest einen Achswellenrades mit seiner Zylinderbohrung
im Differentialträger auf.
Mit diesen erfindungsgemäßen Bemessungsangaben ist sicher
gestellt, daß die Achswellenräder nicht zentriert in ihren
Zylinderbohrungen und nicht mit Spiel zu ihren Zylinder
bohrungen von den Ausgleichsrädern gehalten werden, son
dern daß bei jeglicher Drehzahlausgleichsbewegung, d. h.
Relativdrehung der Achswellenräder im Differentialträger
eine Reibung erzeugende Gleitbewegung an den Zahnköpfen
der Achswellenräder in ihren Bohrungen entsteht. Die
Sperrwirkung des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes
ist damit erheblich zu steigern.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind nach einer ersten
bevorzugten Ausführung dadurch zu verwirklichen, daß die
Verbindungslinie der Mittelpunkte der örtlichen Teilkreis
durchmesser der Verzahnung an den Achswellen- oder Aus
gleichsrädern mit der genannten radialen Abweichung eine
gekrümmte Linie darstellt.
Nach einer zweiten möglichen Ausführung ist es möglich,
daß die Verbindungslinie der Mittelpunkte der örtlichen
Teilkreisdurchmesser der Verzahnung an den Achswellen- oder
Ausgleichsrädern parallel zu der genannten geraden
Verbindungslinie der Mittelpunkte der beiden stirnseitigen
Kopfkreisdurchmesser der Verzahnung ist. Beide Maßnahmen
sind jeweils mit der entsprechenden Auswahl des Bohrungs
durchmessers für die Achswellenräder zu verbinden. Die
oben genannte erste Maßnahme bedeutet im wesentlichen, daß
die entsprechenden Räder als nicht-axialsymmetrisch anzu
sehen sind, d. h. im wesentlichen eine Krümmung haben.
Eine derartige Form kann beispielsweise durch gezielte
Wärmebehandlungsmaßnahmen erzielt werden.
Die zweite der genannten Lösungen bedeutet im wesent
lichen, daß die Achse der Kopfkreismittelpunkte und die
Achse der Teilkreismittelpunkte der entsprechenden Zahn
räder gegeneinander versetzt sind, so daß die Zahnräder im
Querschnitt unsymmetrisch sind. Dies kann beispielsweise
durch exzentrisches Aufspannen für das Schleifen im Ver
hältnis zum Aufspannen für das Fräsen der Verzahnungen
erzielt werden.
Beide der genannten Maßnahmen können auch miteinander
verbunden werden.
Die Achswellenräder und Ausgleichsräder werden in der
Regel jeweils von untereinander gleicher Größe sein, d. h.
die Anwendung betrifft ein Differential mit gleichmäßiger
Drehmomentverteilung. Hierbei können dann die erfindungs
gemäßen Bedingungen für beide Achswellenräder gelten. Es
ist jedoch auch die Anwendung bei einem Differential mit
ungleicher Drehmomentverteilung, d. h. mit ungleich großen
Achswellenrädern möglich. Zumindest für eines der Achs
wellenräder sollen dann die genannten Bedingungen
herrschen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nach
stehend wiedergegeben und anhand der Zeichnungen erläutert.
Fig. 1a zeigt ein Achsdifferential mit gleicher Drehmo
mentverteilung bei dem die Erfindung zur Anwen
dung kommen kann im Längsschnitt ohne Getriebege
häuse.
Fig. 1b zeigt das Differential nach Fig. 1a im Quer
schnitt gemäß der Schnittlinie D-F.
Fig. 2 zeigt ein Mittendifferential mit ungleicher Dreh
momentverteilung bei dem die Erfindung zur Anwen
dung kommen kann mit nur gestrichelt angedeutetem
Getriebegehäuse im Längsschnitt.
Fig. 3 zeigt ein Differential gemäß der Schnittlinie G-H
nach Fig. 2 im Querschnitt.
Fig. 4 zeigt eine Verzahnungsanordnung beispielsweise
längs der Diagonale I-K an ein Differential
gemäß Fig. 3 nach dem Stand der Technik.
Fig. 5 zeigt eine Verzahnungsanordnung analog Fig. 4 in
einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung in
einer ersten Extremposition.
Fig. 6 zeigt eine Verzahnungsanordnung gemäß Fig. 5 in
einer zweiten Extremposition.
Fig. 7 zeigt eine Verzahnungsanordnung analog Fig. 4 in
einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung in
einer Extremposition.
Fig. 8 zeigt eine Verzahnungsanordnung analog Fig. 4 in
einer dritten erfindungsgemäßen Ausführung in
einer Extremposition.
Fig. 9 zeigt einen Achswellenrad oder Ausgleichsrad
gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführung.
Fig. 10 zeigt ein Achswellenrad oder Ausgleichsrad gemäß
der Erfindung gemäß einer zweiten Ausführung.
Die Fig. 1a und 1b werden nachfolgend gemeinsam be
schrieben. Es wird hierbei nur auf Einzelheiten Bezug
genommen, die für das Wesen der Erfindung von Bedeutung
sind.
Es ist ein mehrteiliger Differentialkorb 1 dargestellt,
der Lagersitze 2, 3 aufweist, auf denen nicht dargestellte
Wälzlager montiert werden können. Mit diesen ist der
Differentialkorb 1 drehbar in einem nicht dargestellten
Getriebegehäuse zu lagern. Er weist einseitig einen
Flansch 4 auf, an dem ein Antriebsritzel befestigbar ist.
Im Differentialkorb sind koaxiale Bohrungen oder Taschen
5, 6 vorgesehen, in denen zwei zueinander koaxiale Achs
wellenräder 7, 8 mit Radialspiel drehbar gelagert sind. Die
genannten Räder sind mit Achswellen 9, 10, die aus dem
Differentialkorb austreten, drehfest verbunden. Im
Differentialkorb sind weiterhin zwei Gruppen von Bohrungen
11, 12 vorgesehen, die sich zumindest paarweise durch
dringen. In diesen Bohrungen sind auf ihren Zahnköpfen
gleitend Ausgleichsräder 13, 14 gelagert. Die Bohrungen
oder Taschen 11, 12 durchdringen jeweils die Bohrungen 5,
6, so daß jeweils die Ausgleichsräder 13 mit dem
Achswellenrad 7 und die Ausgleichsräder 14 mit dem
Achswellenrad 8 kämmen. Wie in dem Querschnitt erkennbar,
sind darüber hinaus Verzahnungseingriffe zwischen jeweils
zwei Ausgleichsrädern 13, 14 in einem axial mittigen Be
reich zwischen den Achswellenrädern vorgesehen. Aufgrund
der drehsymmetrischen Verteilung der Ausgleichsräder um
die Achswellenräder, werden letztere nach dem Stand der
Technik zentriert und berührungsfrei in den Gehäuseboh
rungen 5, 6 gehalten.
In Fig. 2 und 3 sind entsprechende Teile wie in den Fig. 1a
und 1b mit jeweils um 30 heraufgesetzten Ziffern
bezeichnet. Hierauf wird insoweit Bezug genommen. In der
hier dargestellten Ausführung sind die Achswellenräder 37,
38 von unterschiedlicher Größe, dementsprechend liegen die
Ausgleichsräder 43, 44 auf verschiedenen Teilkreisen und
haben unterschiedliche Länge, so daß ihr gegenseitiger
Zahneingriff axial betrachtet im Bereich des kleineren
Achswellenrades 37 liegt. Anstelle eines Flansches zum
Antrieb des Differentialkorbes 31 ist dieser mit einer
Innenverzahnung 34 versehen, in die eine antreibende Rohr
welle eingreifen kann, die koaxial zur zweiten Achswelle
40 liegt. Die Achswellen 39, 40 sind nur gestrichelt dar
gestellt. Am Differentialkorb ist nur ein Lagersitz 32
dargestellt, die zweite Lagerung findet mittelbar über die
angesprochene nicht dargestellte Antriebswelle statt. In
Fig. 3 ist die Anordnung gleichmäßig umfangsverteilten
Ausgleichsräder 43, 44 und deren Lagerung in den Taschen
41, 42 erkennbar, durch die das im Schnitt dargestellte
Achswellenrad 37 und das nur gestrichelt dargestellte
Achswellenrad 38 nach dem Stand der Technik jeweils zen
triert und berührungslos in ihren Gehäusebohrungen 35, 36
gehalten werden.
In Fig. 4 ist unter Bezugnahme auf Fig. 3 ein
Diagonalbereich mit zwei Ausgleichsrädern 44, 44′ und den
dazwischen in seiner Bohrung 36 zentriert gehaltenen
Achswellenrad 38 gezeigt. Mit gestrichelten Linien sind
Teilkreise T44, T38 der genannten Räder gezeigt, die
aufeinander abwälzen, die Ausgleichsräder stützen sich
dabei im wesentlichen in Richtung der Diagonale I-K mit
den Zahnköpfen in ihren Bohrungen oder Taschen 42, 42′ ab.
In Fig. 5 ist im wesentlichen die gleiche Konfiguration
wie in Fig. 4 gezeigt. Die entsprechenden Teile sind
jeweils mit um 10 heraufgesetzten Ziffern bezeichnet. Zur
Vereinfachung sind anstelle der Verzahnungen mit den Zahn
köpfen Kopfkreise mit ihrem Mittelpunkt MK wiedergege
ben. Am Ausgleichsrad 54 ist der Mittelpunkt MT des
Teilkreises T54 gegenüber dem des Kopfkreises K54 um
den Betrag ep versetzt. Das Achswellenrad 48 entspricht
vollkommen dem Achswellenrad 38. Ebenso entspricht das
Ausgleichsrad 54′ dem Ausgleichsrad 44′. Mit DB ist der
Durchmesser der Bohrung 46 bezeichnet, mit DK der Kopf
kreisdurchmesser des Achswellenrades 48. In der darge
stellten Extremposition, in der die Exzentrizität ep in
der Achse I-K liegt, kommt es zur Anlage des Kopfkreises
K48 in der Bohrung 46, wenn die Bedingung (DB-DK)
< ep erfüllt ist. Die exzentrische Verlagerung des Achs
wellenrades 48 beträgt dann ep/2.
In Fig. 6 sind die gleichen Teile wie in Fig. 5 mit
gleichen Ziffern bezeichnet. Die exzentrische Abweichung
des Mittelpunkts MT des Teilkreises T54 in Bezug auf
den Mittelpunkt MK des Kopfkreises K53 liegt wiederum
in der Richtung der Diagonale I-K, jedoch gegenüber der
Kopfkreismitte MK in Richtung auf das Achswellenrad 48
zu. Eine Anlage des Kopfkreises K48 des Achswellenrades
48 an der Tasche 46 auf der gegenüberliegenden Seite fin
det ebenfalls wieder unter der Bedingung statt, daß
(DB-DK) < ep ist. Die exzentrische Verlagerung des
Achswellenrades 48 selber ist dabei wiederum ep/2.
Aus den Fig. 5 und 6 wird deutlich, daß bei einer Um
drehung des erfindungsgemäß ausgeführten Ausgleichsrades
54 zweimal eine gleitende Anlage des Ausgleichsrades 48 an
seiner Bohrung 46 erfolgt.
In Fig. 7 sind entsprechende Einzelheiten im Vergleich zu
den Fig. 5 und 6 mit um 10 heraufgesetzten Ziffern
bezeichnet. Die Ausgleichsräder 64, 64′ in der Diagonale
I-K sind von konventioneller Form, d. h. ihr Teilkreis
T63 liegt konzentrisch zu ihrem Kopfkreis K63. Dagegen
ist das Achswellenrad 58 erfindungsgemäß so ausgestaltet,
daß die Mitte MT seines Teilkreises T58 exzentrisch
versetzt ist gegenüber der Mitte MK seines Kopfkreises
K58. Der exzentrische Versatz ist mit es bezeichnet
und liegt in Richtung der Diagonale I-K. Mit DK ist
der Durchmesser des Kopfkreises, mit DT der Durchmesser
des Teilkreises und mit DB der Durchmesser der Bohrung
56 angegeben. Ein Reibkontakt des Kopfkreises K58 mit
der Bohrung oder Tasche 56 für das Achswellenrad 58 findet
dann statt, wenn die Bedingung gilt (DB-DK) < 2es.
Dieser Reibkontakt läuft mit der Drehbewegung des Achs
wellenrades 58 in der Tasche um.
In Fig. 8 sind entsprechende Einzelheiten im Vergleich
mit Fig. 7 mit jeweils um 10 heraufgesetzten Ziffern
bezeichnet. Die Ausführung des Ausgleichsrades 74 ent
spricht der des Ausgleichsrades 54 nach Fig. 5 und 6. Die
Exzentrizität ep der Mitte MT des Teilkreises T74
ist hierbei in Richtung der Diagonale I-K gegenüber der
Mitte MK des Kopfkreises K74 nach radial außen verla
gert gemäß der Position in Fig. 5.
Das Achswellenrad 68 entspricht der Ausführung gemäß Fig.
7, d. h. es ist eine Exzentrizität es zwischen der Mitte
des Kopfkreises K68 und der Mitte des Teilkreises T68
vorgesehen. Diese ist jedoch auf der Diagonale I-K in
Gegenrichtung nämlich zum Ausgleichsrad 74′ hin liegend
angenommen. In der dargestellten Position hat der Kopf
kreis des Achswellenrades 68 Kontakt an seiner Bohrung 66.
Die Bedingung, damit es zu einer derartigen Anlage kommt,
ist mit (DB-DK) < ep + 2es anzugeben. Die Mitte
des Kopfkreises K68 wird hierbei nach einer Zykloide
umlaufen, so daß es während eines Umlaufes des Achswellen
rades zu mehrfachem Kontakt des Kopfkreises K68 mit der
Bohrung 66 kommt.
Fig. 9 zeigt ein erfindungsgemäßes Zahnrad. Die Kopf
kreismitte MK1, MK2 der Stirnflächen des Rades werden
durch eine gerade Bezugslinie AB miteinander verbunden.
Abweichend von dieser läuft eine gekrümmte Achse AT, die
die örtlichen Teilkreismittel MTn miteinander verbindet.
Zumindest für einen Querschnitt durch das Zahnrad muß
zwischen dem örtlichen Kopfkreismittelpunkt MKn und dem
örtlichen Teilkreismittelpunkt MTn eine exzentrische
Abweichung ep, es vorgesehen sein.
In Fig. 10 sind die gleichen Begriffe wie in Fig. 9
verwendet. Hier verläuft die Bezugsachse AB wieder durch
die Kopfkreismittelpunkte MK1 und MK2 und die Achse
A-T mit den örtlichen Teilkreismittelpunkten MTn pa
rallel dazu, so daß die exzentrische Abweichung ep, es
an den Stirnflächen des Zahnrades und in jedem beliebigen
Querschnitt durch das Zahnrad in gleicher Größe vorhanden
sind.
Claims (3)
1. Differentialgetriebe mit einem in einem Differential
gehäuse drehbar gelagerten Differentialträger (1, 31),
zwei im Differentialträger in Zylinderbohrungen (5, 6;
35, 36; 46; 56; 66) drehbar gehaltenen, zueinander
koaxialen Achswellenrädern (7, 8; 37, 38; 48; 58; 68)
und mehreren im Differentialträger achslos in Bohrun
gen (11, 12; 41, 42; 52; 62; 72) gelagerten Aus
gleichsrädern (13, 14; 43, 44; 54; 64; 74) in achs
paralleler Anordnung, wobei die Ausgleichsräder zu
einem Teil mit dem einen der Achswellenräder und zu
einem anderen Teil mit dem anderen der Achswellenräder
und untereinander je zumindest mit einem des jeweils
anderen Teils der Ausgleichsräder im Eingriff sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eines der Achswellenräder (7, 8; 37, 38; 48; 58; 68) und/oder mindestens eines der damit in Zahneingriff befindlichen Ausgleichsräder (13, 14; 43, 44; 54; 64; 74) auf zumindest einem Teil seiner Zahn eingriffsbreite zwischen dem einen Achswellenrad und dem einen Ausgleichsrad eine radiale Abweichung der Mittelpunkte MTn der örtlichen Teilkreisdurchmesser DT der Verzahnung von einer geraden Verbindungslinie AB der Mittelpunkte MK1, MK2 der beiden stirn seitigen Kopfkreisdurchmesser DK der Verzahnung aufweist und
daß die Differenz zwischen dem Durchmesser DB der Zylinderbohrung (5, 6; 35, 36; 46; 56; 66) für das oben bezeichnete Achswellenrad und seinem Kopfkreis durchmesser DK kleiner ist, als die Summe aus dem zweifachen Betrag der jeweils größten radialen Ab weichung es des Achswellenrades und dem einfachen Betrag der jeweils größten radialen Abweichung ep des mit dem Achswellenrad im Zahneingriff befindlichen einen Ausgleichsrades.
daß mindestens eines der Achswellenräder (7, 8; 37, 38; 48; 58; 68) und/oder mindestens eines der damit in Zahneingriff befindlichen Ausgleichsräder (13, 14; 43, 44; 54; 64; 74) auf zumindest einem Teil seiner Zahn eingriffsbreite zwischen dem einen Achswellenrad und dem einen Ausgleichsrad eine radiale Abweichung der Mittelpunkte MTn der örtlichen Teilkreisdurchmesser DT der Verzahnung von einer geraden Verbindungslinie AB der Mittelpunkte MK1, MK2 der beiden stirn seitigen Kopfkreisdurchmesser DK der Verzahnung aufweist und
daß die Differenz zwischen dem Durchmesser DB der Zylinderbohrung (5, 6; 35, 36; 46; 56; 66) für das oben bezeichnete Achswellenrad und seinem Kopfkreis durchmesser DK kleiner ist, als die Summe aus dem zweifachen Betrag der jeweils größten radialen Ab weichung es des Achswellenrades und dem einfachen Betrag der jeweils größten radialen Abweichung ep des mit dem Achswellenrad im Zahneingriff befindlichen einen Ausgleichsrades.
2. Getriebe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbindungslinie AT der Mittelpunkte MTn
der örtlichen Teilkreisdurchmesser der Verzahnung an
den Achswellen- oder Ausgleichsrädern mit der ge
nannten radialen Abweichung ep, es eine gekrümmte
Linie darstellt.
3. Getriebe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbindungslinie AT der Mittelpunkte MTn
der örtlichen Teilkreisdurchmesser der Verzahnung an
den Achswellen- oder Ausgleichsrädern parallel zu der
genannten geraden Verbindungslinie AB der Mittel
punkte der beiden stirnseitigen Kopfkreisdurchmesser
der Verzahnung verläuft.
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