DE4217784A1 - Differentialgetriebe - Google Patents

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 M_Tn der örtlichen Teilkreis­ durchmesser D_T der Verzahnung von einer geraden Verbin­ dungslinie A_B der Mittelpunkte M_K1, M_K2 der beiden stirnseitigen Kopfkreisdurchmesser D_K der Verzahnung aufweist und daß die Differenz zwischen dem Durchmesser D_B der Zylinderbohrung für das oben bezeichnete Achs­ wellenrad und seinem Kopfkreisdurchmesser D_K kleiner ist, als die Summe aus dem zweifachen Betrag der jeweils größten radialen Abweichung e_s des Achswellenrades und dem einfachen Betrag der jeweils größten radialen Ab­ weichung e_p des mit dem Achswellenrad im Zahneingriff befindlichen einen Ausgleichsrades.

Mit e_s für eine größte Abweichung an einem Achswellenrad und e_p für eine größte Abweichung an einem Ausgleichsrad jeweils zwischen Kopfkreismittelpunkt M_K und Teilkreis­ mittelpunkt M_T gilt dann (D_B-D_K) < 2e_s+e_p, wobei D_B der Bohrungsdurchmesser des Achswellenrades und D_K der Kopfkreisdurchmesser des Achswellenrades ist. Hierbei kann entweder e_p oder e_s 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 M_K wiedergege­ ben. Am Ausgleichsrad 54 ist der Mittelpunkt M_T des Teilkreises T₅₄ gegenüber dem des Kopfkreises K₅₄ um den Betrag e_p versetzt. Das Achswellenrad 48 entspricht vollkommen dem Achswellenrad 38. Ebenso entspricht das Ausgleichsrad 54′ dem Ausgleichsrad 44′. Mit D_B ist der Durchmesser der Bohrung 46 bezeichnet, mit D_K der Kopf­ kreisdurchmesser des Achswellenrades 48. In der darge­ stellten Extremposition, in der die Exzentrizität e_p in der Achse I-K liegt, kommt es zur Anlage des Kopfkreises K₄₈ in der Bohrung 46, wenn die Bedingung (D_B-D_K) < e_p erfüllt ist. Die exzentrische Verlagerung des Achs­ wellenrades 48 beträgt dann e_p/2.

In Fig. 6 sind die gleichen Teile wie in Fig. 5 mit gleichen Ziffern bezeichnet. Die exzentrische Abweichung des Mittelpunkts M_T des Teilkreises T₅₄ in Bezug auf den Mittelpunkt M_K des Kopfkreises K₅₃ liegt wiederum in der Richtung der Diagonale I-K, jedoch gegenüber der Kopfkreismitte M_K 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 (D_B-D_K) < e_p ist. Die exzentrische Verlagerung des Achswellenrades 48 selber ist dabei wiederum e_p/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 M_T seines Teilkreises T₅₈ exzentrisch versetzt ist gegenüber der Mitte M_K seines Kopfkreises K₅₈. Der exzentrische Versatz ist mit e_s bezeichnet und liegt in Richtung der Diagonale I-K. Mit D_K ist der Durchmesser des Kopfkreises, mit D_T der Durchmesser des Teilkreises und mit D_B 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) < 2e_s. 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 e_p der Mitte M_T des Teilkreises T₇₄ ist hierbei in Richtung der Diagonale I-K gegenüber der Mitte M_K 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 e_s 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 (D_B-D_K) < e_p + 2e_s 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 M_K1, M_K2 der Stirnflächen des Rades werden durch eine gerade Bezugslinie A_B miteinander verbunden. Abweichend von dieser läuft eine gekrümmte Achse A_T, die die örtlichen Teilkreismittel M_Tn miteinander verbindet. Zumindest für einen Querschnitt durch das Zahnrad muß zwischen dem örtlichen Kopfkreismittelpunkt M_Kn und dem örtlichen Teilkreismittelpunkt M_Tn eine exzentrische Abweichung e_p, e_s vorgesehen sein.

In Fig. 10 sind die gleichen Begriffe wie in Fig. 9 verwendet. Hier verläuft die Bezugsachse A_B wieder durch die Kopfkreismittelpunkte M_K1 und M_K2 und die Achse A-T mit den örtlichen Teilkreismittelpunkten M_Tn pa­ rallel dazu, so daß die exzentrische Abweichung e_p, e_s 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 M_Tn der örtlichen Teilkreisdurchmesser D_T der Verzahnung von einer geraden Verbindungslinie A_B der Mittelpunkte M_K1, M_K2 der beiden stirn­ seitigen Kopfkreisdurchmesser D_K der Verzahnung aufweist und
daß die Differenz zwischen dem Durchmesser D_B der Zylinderbohrung (5, 6; 35, 36; 46; 56; 66) für das oben bezeichnete Achswellenrad und seinem Kopfkreis­ durchmesser D_K kleiner ist, als die Summe aus dem zweifachen Betrag der jeweils größten radialen Ab­ weichung e_s des Achswellenrades und dem einfachen Betrag der jeweils größten radialen Abweichung e_p des mit dem Achswellenrad im Zahneingriff befindlichen einen Ausgleichsrades.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslinie A_T der Mittelpunkte M_Tn der örtlichen Teilkreisdurchmesser der Verzahnung an den Achswellen- oder Ausgleichsrädern mit der ge­ nannten radialen Abweichung e_p, e_s eine gekrümmte Linie darstellt.

3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslinie A_T der Mittelpunkte M_Tn der örtlichen Teilkreisdurchmesser der Verzahnung an den Achswellen- oder Ausgleichsrädern parallel zu der genannten geraden Verbindungslinie A_B der Mittel­ punkte der beiden stirnseitigen Kopfkreisdurchmesser der Verzahnung verläuft.