DE68910885T2

DE68910885T2 - Differentialeinheit.

Info

Publication number: DE68910885T2
Application number: DE89305954T
Authority: DE
Inventors: Graham Henry Mace
Original assignee: Group Lotus PLC
Current assignee: GKN Viscodrive GmbH
Priority date: 1988-06-15
Filing date: 1989-06-13
Publication date: 1994-03-17
Anticipated expiration: 2009-06-14
Also published as: AU3639689A; KR970003546B1; JP2737853B2; EP0347165A2; ES2046476T3; DE68910885D1; US5147252A; AU628347B2; KR910000412A; JPH0238733A; CA1321083C; EP0347165B1; EP0347165A3

Description

Die Erfindung betrifft Differentialeinheiten.

Differentialeinheiten werden üblicherweise in Straßenfahrzeugen verwendet, um die Antriebskraft des Motors auf die Räder an gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs auf zuteilen. Eine Differentialeinheit, die das eingespeiste Drehmoment auf vorbestimmte Weise ungleich zwischen zwei Abtriebswellen aufteilen kann und/oder eine Drehmomentvorbelastung, insbesondere eine vom Reaktionsmoment der Abtriebswelle abhängige Vorbelastung, aufbringen kann, findet beispielsweise in einem vierradgetriebenen Fahrzeug Verwendung, um das Drehmoment des Motors auf die Vorder- und Hinterräder aufzuteilen. Die Erfindung befaßt sich dementsprechend mit der Bereitstellung einer Differentialeinheit, die solche Fähigkeiten bietet.
US-Patent US-A-1869528, Inhaber Trbojevich, offenbart eine Differentialeinheit mit zwei innenverzahnten Abtriebsrädern verschiedener Durchmesser, ferner mit einem ersten Satz Zwischenräder, die in eines der Abtriebsräder eingreifen, und mit einem zweiten Satz Zwischenräder, die in das andere Abtriebsrad eingreifen, wobei beide Sätze der Zwischenräder ineinander eingreifen. Beide Sätze von Zwischenrädern sind an einem Planetenträger gelagert, über den die Krafteinleitung des Differentials erfolgt. Die Zwischenräder der beiden Sätze drehen sich alle um Achsen, die gleichbeabstandet in einem bestimmten Radialabstand von der den beiden Abtriebsrädern und dem Planetenträger gemeinsamen Drehachse sind. Die Zwischenräder sind Stirnräder und die geometrische Konfiguration der gesamten Anordnung ist so ausgebildet, daß die Belastung der Zähne der Räder und der Lager des Differentials minimiert wird (wobei die Verwendung von Stirnrädern axiale Belastungen vermeidet).
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Bereitstellung einer Differentialeinheit mit einer vorteilhaften Radanordung, mittels der eine ungleiche Aufteilung des vom Antriebsdrehmoment aufgeteilten Abtriebsdrehmomentes vorgenommen werden kann. Die erfindungsgemäße Differentialeinheit kann einfache Mittel, vorzugsweise selektiv einstellbar, zum Begrenzen des Schlupfes zwischen den Abtriebsgliedern enthalten.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Differentialeinheit mit einem Getriebeträger, der um eine erste Achse drehbar und antreibbar ist, einem Abtriebsgetriebe, daß ein erstes Abtriebsrad mit einem ersten Durchmesser und ein zweites Abtriebsrad mit einem zweiten, größeren Durchmesser, die am Träger um die erste Achse drehbar gelagert sind, aufweist, und einem Zwischengetriebe, welches aufweist:
einen ersten Satz Zwischenräder, von denen jedes am Träger um eine von mehreren Zwischenradachsen, die abstandsgleich von und parallel zu der ersten Achse in einem ersten Radialabstand davon liegen, drehbar gelagert ist,
einen zweiten Satz Zwischenräder, von denen jedes am Träger um eine von mehreren Zwischenradachsen, die abstandsgleich von und parallel zu der ersten Achse in einem zweiten Radialabstand davon liegen, drehbar gelagert ist,
wobei wenigstens ein Rad des ersten Satzes von Zwischenrädern in das erste Abtriebsrad eingreift,
wenigstens ein Rad des zweiten Satzes von Zwischenrädern in das zweite Abtriebsrad eingreift, und wenigstens ein Rad des ersten Satzes von Zwischenrädern in wenigstens ein Rad des zweiten Satzes von Zwischenrädern eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß einer der ersten und zweiten Radialabstände zwischen den mehreren ersten und zweiten Zwischenradachsen und der ersten Achse größer als der andere ist.
Der Getriebeträger hat daher eine einfache Konfiguration. Sowohl die Abtriebsräder als auch die Zwischenräder weisen bei einer Ausführungsform eine Außenverzahnung, vorzugsweise eine Schrägverzahnung, auf. Die Zwischenräder können miteinander kämmende innere und äußere Zahnkränze aufweisen.
Eine Ausführungsform der Erfindung schafft eine Differentialeinheit, bei der das erste Abtriebsrad außenverzahnt ist, das zweite Abtriebsrad innenverzahnt ist und ein drittes Abtriebsrad mit einer Außenverzahnung vorgesehen ist. Das dritte Abtriebsrad ist vom zweiten Abtriebsrad umschlossen und wenigstens ein Rad des zweiten Satzes von Zwischenrädern kämmt sowohl mit dem zweiten als auch dem dritten Abtriebsrad. Die Differentialeinheit kann so zwei Abtriebe auf wenigstens einer Seite vorsehen, zwischen denen gewählt werden kann. Der Fahrer des Fahrzeugs kann so beispielsweise zwischen einer Momentaufteilung zwischen Vorder- und Hinterachse im Verhältnis 40:60 und einer Aufteilung 55:45 wählen. Ein größeres Moment an der Hinterachse eines vierradgetriebenen Fahrzeugs schafft ein besseres Handling während des Kurvenfahrens bei geringen Geschwindigkeiten und eine bessere Zugkraft in niedrigen Gängen, während ein größeres Moment auf der Vorderachse vorteilhaft beim Kurvenfahren mit höheren Geschwindigkeiten ist und Fahrstabilität bei höheren Geschwindigkeiten bietet.
Vorzugsweise weist die Differentialeinheit Mittel zum Hemmen der Bewegung des Radsystems auf, die Reibungsflächen oder Beschichtungen auf wenigstens einem Teil der ineinander eingreifenden Oberflächen von einem oder mehreren der Räder und/oder des Trägers umfassen. Zusätzlich oder stattdessen kann sich das Getriebe innerhalb eines mineralischen oder synthetischen Öls oder eines anderen viskosen Fluids bewegen. Das viskose Fluid kann ein elektrorheologisches Fluid zur selektiven Einstellung der Dämpfung sein. Das Radsystem kann Räder mit Zähnen umfassen, die so angeordnet sind, daß eine Axialbelastung der Räder erzeugt wird, um die Reibungshemmung der Getriebedrehung zu fördern.
Bei der praktischen Durchführung der Erfindung können die Anordung und Anzahl der Zwischenräder, die Form der miteinander kämmenden Zähne und die effektiven Radien der verschiedenen Räder entsprechend den Anforderungen gewählt werden. Bei der Verwendung von reibungsförderden Beschichtungen oder Oberflächen können Art und Ort derselben so gewählt werden, daß eine gewünschte Drehmomentvorbelastung erhalten wird. Wenn das Getriebe so angeordnet ist, daß es sich in einem Dämpfungsf luid bewegt, können entsprechend die Charakteristiken dieses Fluids so gewählt werden, daß eine geeignete Drehmomentvorbelastung geliefert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Seitenschnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Differentialeinheit;
Fig. 2 einen Schnitt durch die Differentialeinheit der Fig. 1 entlang der Linien II-II;
Fig. 3 eine Seitenschnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Differentialeinheit;
Fig. 4 eine Schnittansicht der Differentialeinheit der Fig. 3 entlang der Linien IV-IV;
Fig. 5 eine Seitenschnittansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Differentialeinheit;
Fig. 6 einen Querschnitt der Differentialeinheit der Fig. 5 entlang der Linien VI-VI.
Die Differentialeinheit 1 der Figuren 1 und 2 weist einen einen Differentialgetriebeträger in Form eines grundsätzlich zylindrischen Getriebegehäuses 2 auf, das zwischen einer ersten Stirnplatte 4 und einer zweiten Stirnplatte 5 befestigt ist. Jede Stirnplatte ist ringförmig und um ihre mittige Öffnung herum mit einer sich auswärts erstreckenden Nabe 6 versehen. Die Stirnplatte 4 weist einen größeren Durchmesser auf als das Gehäuse 2 und die Stirnplatte 5. Der Träger ist zur Drehung um die dem Gehäuse 2 und den Stirnplatten gemeinsame Achse 7 antreibbar mittels auf einem abgeschrägten äußeren Umfangsbereich 9 der Stirnplatte 4 vorgesehenen Zähnen.
Das Gehäuse 2 enthält zwei ringförmige Abtriebsräder 11 und 12, die entlang der Achse 7 voneinander beabstandet sind.
Jedes Rad weist einen Nabenbereich 14 um seine mittige Öffnung herum auf, der sich axial auswärts in einen Lagerbereich 15 größeren Durchmessers der Öffnung der jeweiligen benachbarten Stirnplatte 4 und 5 erstreckt.
Die mittige Öffnung jedes der Abtriebsräder 11 und 12 weist eine Keilverzahnung 17 zur drehfesten Verbindung mit einer Abtriebswelle (nicht gezeigt) auf, die sich auswärts von dem Getriebe durch die benachbarte Nabe 7 erstreckt. Die Abtriebsräder 11 und 12 weisen eine Schrägverzahnung 19 und 20 auf. Das Rad 11 hat einen kleineren Durchmesser als das Rad 12.
Das Gehäuse 2 enthält fünf Zwischenradkammern 21, die im gleichen Winkelabstand zueinander um die Achse 7 herum angeordnet sind. Jede Kammer 21 enthält zwei äußere Ritzel 22 und ein inneres Ritzel 24, die sämtlich Schrägverzahnung aufweisen und auf Achsen parallel zur Achse 7 gelagert sind. Die Achsen der beiden äußeren Ritzel 22 liegen auf einem ersten Kreis, durch dessen Mittelpunkt die Achse 7 läuft, die Achsen der inneren Ritzel 24 sind auf einem konzentrischen Kreis mit kleinerem Durchmesser zentriert. In jeder Kammer kämmt das innere Rad 24 mit den beiden äußeren Rädern 22 über den axial mittigen Bereich des Gehäuses 2, zwischen den Abtriebsrädern 11 und 12. Alle zehn äußeren Ritzel 22 erstrecken sich bis zur Stirnplatte 5 und kämmen mit dem Abtriebsrad 12 größeren Durchmessers, sämtliche fünf inneren Ritzel 24 erstrecken sich bis zur Stirnplatte 4 und kämmen mit dem Abtriebsrad 11 kleineren Durchmessers. Diese Anordnung, bei der mit dem Abtriebsrad 12 größeren Durchmessers doppelt so viele Ritzelräder kämmen wie mit dem Abtriebsrad 11 kleineren Durchmessers, hält die Belastungen der Zähne der Räder auf der Abtriebsseite hohen Drehmoments der Differentialeinheit auf dem gleichen Niveau wie auf der Abtriebsseite niedrigen Drehmoments.
Es ist klar ersichtlich, daß das von den schrägverzahnten Ritzeln 22 und 24 gebildete Zwischengetriebe es der Differentialeinheit 1 erlaubt, auf die gleiche Weise wie herkömmliche Differentialeinheiten zu arbeiten, allerdings mit einer ungleichen Aufteilung des auf die Stirnplatte 4 aufgebrachten Eingangsmoments.
Die Kombination der axialen und radialen Belastungen infolge der Schrägverzahnung des Rädersystems fördert die Reibung zwischen den Stirnseiten der Räder und Ritzel und den angrenzenden Oberflächen der Gehäusekammern und der Stirnplatten. Entsprechend wird ein Drehwiderstand erzeugt, der eine drehmomentvorbelastende Wirkung hervorruft. Diese Wirkung kann gesteuert und gewählt werden durch eine geeignete Beschichtung und/oder Oberflächenbehandlung der kämmenden Zähne der Räder und Ritzel. Zusätzlich oder stattdessen können die Rad- und Ritzelstirnflächen und die Oberflächen, an denen diese Stirnflächen anliegen, geeignet beschichtet und/oder oberflächenbehandelt sein.
Gleichfalls oder stattdessen kann das Rädersystem so angeordnet sein, daß es sich innerhalb eines Dämpfungsfluids bewegt. Das System ist dann innerhalb des Getriebeträgers abgedichtet und zu diesem Zweck sind die Stirnseiten des Gehäuses 2 in Aussparungen in den Stirnplatten 4 und 5, die Dichtungen 26 und 27 enthalten, aufgenommen. Das Dämpfungsfluid kann ein geeignetes mineralisches oder synthetisches Öl sein oder aber ein elektrorheologisches Fluid, dessen Fließeigenschaften oder Viskosität selektiv durch ein äußeres angelegtes elektrisches Feld gesteuert werden können.
Die Differentialeinheit 30 gemäß den Figuren 3 und 4 weist einen den jeweiligen Teilen in den Figuren 1 und 2 entsprechenden Getriebeträger und Abtriebsräder auf, die dementsprechend mit den gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 1 und 2 beziffert sind. In dem zwischen den Stirnplatten 4 und 5 befestigten Gehäuse 31 ist allerdings ein äußerer Ring von winkelgleich beabstandeten, schrägverzahnten Ritzeln 32 auf Achsen parallel zu der Achse 7 gelagert. Ein innerer Ring von entsprechenden Ritzeln 34, die ebenfalls gleichen Winkelabstand aufweisen, ist ähnlich gelagert, wobei die beiden Ringe konzentrisch mit der Achse 7 sind. Jedes der inneren Ritzel 34 kämmt mit den beiden benachbarten Ritzeln 32 des äußeren Rings über den mittigen Bereich des Gehäuses 31, und jedes der Ritzel 34 des inneren Rings kämmt mit dem Abtriebsrad 11 kleineren Durchmessers, während jedes der Ritzel 32 des äußeren Rings mit dem Abtriebsrad 12 größeren Durchmessers kämmt. Somit kämmt eine gleiche Anzahl von Ritzelrädern mit jedem Abtriebsrad.
Die Differentialeinheit 40 gemäß den Figuren 5 und 6 weist gleichfalls einen Differentialgehäuseträger in der Form eines Gehäuses 42 auf, das zwischen einer ersten Stirnplatte 44 und einer zweiten Stirnplatte 45 befestigt ist, die jeweils eine sich auswärts erstreckende Nabe 46 aufweisen. Der Träger ist wiederum drehbar und antreibbar um die dem Gehäuse 42 und den Stirnplatten gemeinsame Achse 47 mittels auf einem abgeschrägten äußeren Umfangsbereich 49 der Stirnplatte 44 angeordneten Zähnen.
Der Getriebeträger enthält an seinem in Figur 5 gezeigten linken Ende ein Abtriebsrad 51 mit einem Nabenbereich um seine mittige Öffnung herum, der sich axial auswärts in einen Lagerbereich größeren Durchmessers der Öffnung der benachbarten Stirnplatte 45 erstreckt. An seinem rechten Ende enthält der Getriebeträger ein äußeres Abtriebsrad 52 mit einem innenverzahnten Hülsenbereich 54, einem der Stirnplatte 44 benachbarten Wandbereich, und einem Hülsenbereich 55, der konzentrisch innerhalb der Nabe 46 aufgenommen wird und sich auswärts aus dem Getriebeträger erstreckt. Ein inneres Abtriebsrad 57 ist konzentrisch innerhalb des Hülsenbereichs 55 des äußeren Abtriebsrad 52 aufgenommen und ist innerhalb des Trägers außenverzahnt. Die Mittelöffnungen der Abtriebsräder 51 und 57 sind kerbverzahnt zur Verbindung mit Abtriebswellen (nicht gezeigt). Alle drei Abtriebsräder 51, 52 und 57 sind schrägverzahnt und der Verzahnungsdurchmesser des Rads 51 liegt zwischen denen der Räder 52 und 57.
Das Gehäuse 40 enthält gleichfalls ein Zwischengetriebe, dessen Konfiguration grundsätzlich ähnlich einer der Konfigurationen der Differentialeinheiten 1 oder 30 ist. Wie gezeigt enthalten fünf im gleichen Winkelabstand um die Achse 47 herum angeordnete Zwischenradkammern jeweils zwei äußere Ritzel 60 und ein inneres Ritzel 61, die sämtlich schrägverzahnt und auf Achsen parallel zu der Achse 47 gelagert sind. Die Achsen der äußeren Ritzel 60 liegen auf einem Kreis, durch dessen Mittelpunkt die Achse 47 läuft, die Achsen der inneren Ritzel 31 sind auf einem konzentrischen Kreis kleineren Durchmesser zentriert. In jeder Kammer kämmt das innere Rad 61 mit den beiden äußeren Rädern 60 über den axial mittigen Bereich des Gehäuses 42, zwischen den Abtriebsrädern, wobei sämtliche zehn äußeren Ritzel 60 sich zu der Stirnplatte 45 erstrecken und mit dem Abtriebsrad 51 kämmen und sämtliche fünf inneren Ritzel 61 sich zu der Stirnplatte 44 erstrecken und sowohl mit dem äußeren Abtriebsrad 52 als auch dem inneren Abtriebsrad 57 kämmen.
Der Antrieb von der in Figur 5 rechten Seite der Einheit kann von jedem der beiden Abtriebsräder 52 und 57 abgenommen werden. Da diese Räder verschiedene effektive Durchmesser haben, die jeweils verschieden vom Durchmesser des Abtriebsrades 51 sind, sind so zwei verschiedene Momentaufteilungen verfügbar. In anderen als den beschriebenen Aspekten, einschließlich der Möglichkeiten zum Fördern der Reibung und zum Bewirken einer Dämpfung, ist es einsichtig, daß die Differentialeinheiten 30 und 40 der Figuren 3 und 4 sowie der Figuren 5 und 6 der Einheit 1 der Figuren 1 und 2 entsprechen können.

Claims

1. Differentialeinheit mit einem Getriebeträger (2, 4, 5; 4, 5, 31; 42, 447 45), der um eine erste Achse (7; 47) drehbar und antreibbar ist,

einem Abtriebsgetriebe, das ein erstes Abtriebsrad (11; 51) mit einem ersten Durchmesser und ein zweites Abtriebsrad (12; 54) mit einem zweiten, größeren Durchmesser, die am Träger um die erste Achse drehbar gelagert sind, aufweist, und einem Zwischengetriebe, welches aufweist:

einen ersten Satz Zwischenräder (24; 34; 60) , von denen jedes am Träger um eine von mehreren Zwischenradachsen, die abstandsgleich von und parallel zu der ersten Achse (7; 47) in einem ersten Radialabstand davon liegen, drehbar gelagert ist,

einen zweiten Satz Zwischenräder (22; 32; 61), von denen jedes am Träger um eine von mehreren Zwischenradachsen, die abstandsgleich von und parallel zu der ersten Achse (7; 47) in einem zweiten Radialabstand davon liegen, drehbar gelagert ist,

wobei wenigstens ein Rad des ersten Satzes von Zwischenrädern (24; 34; 60) in das erste Abtriebsrad (11; 51) eingreift,

wenigstens ein Rad des zweiten Satzes von Zwischenrädern (22; 32; 61) in das zweite Abtriebsrad (12; 54) eingreift, und wenigstens ein Rad des ersten Satzes von Zwischenrädern (24; 34; 60) in wenigstens ein Rad des zweiten Satzes von Zwischenrädern (22; 32; 61) eingreift,

dadurch gekennzeichnet, daß einer der ersten und zweiten Radialabstände zwischen den mehreren ersten und zweiten Zwischenradachsen und der ersten Achse (7; 47) größer als der andere ist.

2. Differentialeinheit nach Anspruch 1, bei der das erste Abtriebsrad (51) eine Außenverzahnung aufweist.

3. Differentialeinheit nach Anspruch 2, bei der das Abtriebgetriebe ein drittes Abtriebsrad (57) mit einer Außenverzahnung aufweist, das von dem zweiten Abtriebsrad (52) umschlossen ist, wobei wenigstens ein Rad des zweiten Satzes von Zwischenrädern (61) sowohl mit dem zweiten als auch dem dritten Abtriebsrad kämmt.

4. Differentialeinheit nach Anspruch 3, bei der das erste Abtriebsrad (51) einen Verzahnungsdurchmesser aufweist, der zwischen den Verzahnungsdurchmessern des zweiten und dritten Abtriebsrades (54, 57) liegt.

5. Differentialeinheit nach Anspruch 4, bei der der erste Radialabstand zwischen der ersten Mehrzahl von Zwischenradachsen und der ersten Achse (7; 47) größer ist als der zweite Radialabstand zwischen der zweiten Mehrzahl von Zwischenrädern und der ersten Achse (7; 47)

6. Differentialeinheit nach Anspruch 1, bei der das erste und zweite Abtriebsrad (51, 54) beides außenverzahnte Räder sind.

7. Differentialeinheit nach Anspruch 6, bei der der zweite Radialabstand zwischen der zweiten Mehrzahl von Zwischenradachsen und der ersten Achse (7; 47) größer ist als der erste Radialabstand zwischen der ersten Mehrzahl von Zwischenradachsen und der ersten Achse (7; 47)

8. Differentialeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der alle Zwischenräder (24; 34; 60; 22; 32; 61) und alle Abtriebsräder (11; 51; 12; 54) eine Schrägverzahnung aufweisen.

9. Differentialeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Mitteln zum Hemmen der Drehbewegung der Abtriebsräder relativ zueinander.

10. Differentialeinheit nach Anspruch 9, bei der der Getriebeträger Zwischenradkammern (21) zum Aufnehmen der Zwischenräder (24; 34; 60; 22; 32; 61) aufweist.

11. Differentialeinheit nach Anspruch 10 oder Anspruch 12, bei der der Getriebeträger (2, 4, 5; 4, 5, 31; 42, 44, 45) ein abgedichtetes Gehäuse aufweist, das das Abtriebsgetriebe und das Zwischengetriebe (24; 34; 60; 22; 32; 61) enthält und bei der das Mittel zum Hemmen der Raddrehung ein zähflüssiges Fluid innerhalb des Gehäuses ist.

12. Differentialeinheit nach Anspruch 11, bei der das zähflüssige Fluid ein elektrorheologisches Fluid ist.

13. Differentialeinheit nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12, bei der das Mittel zum Hemmen der Raddrehung eine Reibungsfläche an wenigstens einem Teil wenigstens eines Rades des Getriebes und/oder an einer Fläche des Trägers, auf der ein Rad des Getriebes gleitet, aufweist.

14. Verfahren zum Aufteilen der Motorantriebskraft eines Straßenfahrzeugs zwischen den Vorder- und Hinterrädern des Fahrzeugs, bei dem eine Differentialeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche zwischen den Antriebsmotor und die Räder geschaltet ist, daß es den Antrieb von dem Motor aufnimmt und das Drehmoment ungleich zwischen den Vorder- und Hinterrädern aufteilt.