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Differentialgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung
bezieht sich auf ein Differentialgetriebe, bei dem die beiden getriebenen, vorzugsweise
gleichachsigen Wellen durch mehrere dem Geschwindigkeitsausgleich dienende Zwischengetriebe
zwangsläufig miteinander verbunden sind.
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Als Hauptanwendungsgebiet für derartige Getriebe kommen die Kraftfahrzeuge
in Frage. Die Zwischengetriebe haben hierbei zunächst die Aufgabe, einen möglichst
ungehemmten Geschwindigkeitsausgleich herbeizuführen, damit die Triebräder des Fahrzeugs
beim Kurvenfahren mit verschiedenen Drehzahlen angetrieben werden können.
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Bekannte Konstruktionen dieser Art haben den Nachteil, daß die Zwischengetriebe
mitunter auch unerwünschte Drehzahländerungen der Triebräder. zulassen, z. B. dann,
wenn eines der Triebräder auf schlüpfrigen Boden gerät und infolge der dabei auftretenden
Antriebsentlastung zum Durchgehen neigt, Zur Beseitigung dieses Nachteils sind schon
sogenannte selbstsperrende Differentialgetriebe mit Umlaufschnecken und Zentralschneckenrädern
auf den Antriebswellen oder Zentralschnecken und Umlaufschneckenräder vorgeschlagen
worden. Infolge der Abhängigkeit der Selbstsperrung von der Selbsthemmung und damit
vom Steigungswinkel der Schnecken kann ein solches Getriebe nur eine Hemmung, aber
keine totale Ausschaltung der Differentialwirkung herbeiführen, da je nach Steigungswinkel
der Schnecken entweder dauernde Sperrung ohne die Möglichkeit des Ausgleichs in
der Kurve oder aber Ausgleich und keine Sperrung, lediglich Hemmung, vorhanden ist.
Aus letzterem resultiert erhöhter Kraftbedarf für das Kurvenfahren, der unerwünscht
ist. Eine Anzahl weiterer bekannter Konstruktionen läßt Sperrung des Ausgleichs
zur Wirkung kommen, wenn infolge ungleicher Bodenhaftung der Antriebsräder der Drehzahlunterschied
der Zentralräder im Ausgleichsgetriebe auf einen
bestimmten Wert
gestiegen ist. Von erheblichem Nachteil ist hierbei, daß das Fahrzeug vom Augenblick,
in dem ungleiche B denhaftung auftritt, bis zum Erreichen der zur Auslösung der
Sperrung erforderlichen Drehzahldifferenz ohne Vortriebskraft bleibt. Hierbei wird
das Fahrzeug, besonders im Gelände, in den meisten Fällen zum Stehen kommen, während
ein Antriebsrad mahlt, bis Feintritt der Sperrupg erfolgt. Dann muß erneut die zur
Beschleunigung des Fahrzciins aus dem Stillstand erforderliche hohe Kraft aufgebracht
werden.
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Die Verwendung vorgenannter Ausführungen bei Zugkraftwagen für landwirtschaftliche
oder Bauinaschinen, die vorwiegend in schlüpfrigem Gelände fahren müssen, kommt
infolge der genannten Nachteile nicht in Frage.
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Hydraulisch arbeitende selbstsperrende Differentialgetriebe, bei denen
die Kegel-Sonnen- und -Planetenr,ider, als Zahnradpumpe wirken, weisen den zuletzt
beschriebenen Nachteil ebenfalls auf, da erst infolge größeren Drehzahlunterschiedes
der Sonnenräder der zur Steuerung eines Federventils erforderliche Druck aufgebracht
wird.
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Selbstsperrende Differentialgetriebe, die Gleitsteine auf Kurvenbahnen
oder Kegelreibflächen zur Sperrung oder Hemmung des Ausgleichs benutzen, sind in
ihrer Wirkung vom Abnutzungsgrad dieser Bauteile stark abhängig.
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Die Erfindung bezweckt, die Nachteile der bekannten selbstsperrenden
Ausgleichsgetriebe zu vermeiden und ein neues Getriebe zu schaffen, welches sowohl
beim Kurvenfahren einen guten ungehemmten Ausgleich bewirkt als auch bei etwaigen
Entlastungen einer Antriebseite eine sofortige und vollständige Sperrung des jetzt
unerwünschten Ausgleichs herbeiführt. In fortschrittlicher Weise gegenüber bekannten
Bauarten soll sofort beim Absinken der Bodenhaftung eines Rades die gesamte vom
Motor zugeführte Vortriebskraft ohne jede Kraft verzehrende Hemmung auf das noch
belastete Triebrad geleitet werden, so daß das Fahrzeug keinen Augenblick ohne Vortriebskraft
bleibt. Dies wird gemäß der Erfindung im wesentlichen dadurch erreicht, daß bei
selbstsperrenden Schneckengetrieben, die in die einzelnen Stränge von paarweise,
die beiden angetriebenen Wellen miteinander verbindenden Zwischengetrieben eingebaut
sind, die zugehörigen Schnecken derart angeordnet sind, daß immer die Hälfte von
ihnen sowohl einerseits durch dieselbe der beiden angetriebenen Wellen verdrehbar
ist als auch andererseits durch Sperrung der mit ihnen im Eingriff befindlichen
Schneckenräder unerwünschte Verdrehungen (Durchdrehen) der jeweils anderen angetriebenen
Welle (bei deren Entlastung) verhindert. Bei vorliegendem Differentialgetriebe werden
also die Rotationsbewegungen der Stirnradplaneten über Kegelräder und rechts- bzw.
linksgängigen Schneckentrieb wechselseitig zwangsläufig gesteuert.
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Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel beschrieben,
wobei sich weitere vorteilhafte und kennzeichnende Merkmale ergeben werden. Es zeigt
Abb. i einen Längsschnitt durch ein Differehtialgetriebe nach Linie I-I in Abb.
2, Abb. 2 eine schematische Seitenansicht der Räderanordnung, bei der zur Erhöhung
der Deutlichkeit im wesentlichen nur die Teilkreise der Räder und Schnekken (in
strichpunktierten Linien) eingezeichnet sind.
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i ist ein Antriebsritzel, welches in ein auf einem Getriebe 2 befestigtes
Tellerrad 3 eingreift.
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4 und 5 sind zwei gleichachsig im Korb 2 gelagerte angetriebene Wellen
oder Halbachsen, auf denen je ein Kegelrad 6 bzw. 7 und je ein Stirnrad 8 bzw. 9
fest angeordnet sind. Das Kegelrad 6 steht im Eingriff mit einem Kegelrad io, das
mit einer Schnecke ii fest verbunden ist. Die Schnecke i i greift in ein Schneckenrad
12 ein, welches auf einer Umlauf- oder Zwischenwelle 13 befestigt ist. Auf der Zwischenwelle
13 ist ein mit dem Stirnrad 9 der Halbachse 5 kämmendes Stirnrad 14 vorgesehen.
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Der Strang von Rädern 6, 10, 11, 12, 14 bildet ein Zwischengetriebe,
welches die beiden angetriebenen Wellen 4, 5 zwangsläufig miteinander verbindet.
Dabei ist das Schneckengetriebe 11, 12 selbsthemmend, so daß eine Drehung des Zwischengetriebes
immer nur von dem Kegelrad 6 bzw. der Welle 4 eingeleitet werden kann. Gegen eine
Verdrehung von der Welle 5 aus ist als) das Zwischengetriebe gesperrt, weil
das Schnekkenrad 12 die Schnecke ii nicht verdrehen kann.
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Die durch die Räder 6, io und das Schneckengetriebe 11, 12 erzielte
Übersetzung entspricht der Übersetzung des Stirnräderpaares 9, 14. Ferner sind Steigungsrichtung
der Schnecke und Anordnung des Kegelrades 6 auf der Welle 4 so gewählt, daß bei
Antrieb des Korbes durch das Ritzel einer Änderung der Relativgeschwindigkeiten
der Wellen 4 und 5 (Verlangsamung der einen Seite und entsprechende Beschleunigung
der anderen Seite) keinerlei Widerstand entgegengesetzt wird.
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Die Pfeile 20 und 21 geben den Sinn der Relativbewegungen (Nacheilen
bzw. Voreilen) an.
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Das Kegelrad 7 kämmt mit einem Kegelrad 15, welches mit einer Schnecke
16 fest verbunden ist, die ihrerseits in ein auf einer Umlauf- oder Zwischenwelle
17 sitzendes Schneckenrad 18 eingreift. Auf der Zwischenwelle 17 angeordnetes Stirnrad
i9 kämmt mit dem Stirnrad 8 der Welle 4. Das aus Schnecke 16 und Schneckenrad 18
bestehende Schneckengetriebe hat dieselbe Übersetzung wie das Schneckengetriebe
ii, 12, jedoch entgegengesetzte Steigung. Die Übersetzungen der Räderpaare 7, 15
und 8, i9 stimmen mit denen der Räderpaare 6, io bzw. 14, 9 überein. Deshalb läßt
eine Drehung der Welle 5 in der Pfeilrichtung 2o eine gleich große, aber entgegengesetzte
Drehung der Welle 4 in der Pfeilrichtung 21 zu.
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Wenn man sich das soeben beschriebene Getriebe mit den beiden Zwischengetriebesträngen
6, io, 11, 12, 14, 9 und 7, 15, 16, 18, i9, 8 als ein von dem Tellerrad 3 angetriebenes
Differentialgetriebe eines Kraftfahrzeugs vorstellt und die beiden angetriebenen
Wellen 4, 5 als deren Halbachsen angesehen werden, an deren Enden je ein rechtes
bzw. linkes Triebrad befestigt sind, so ergibt sich folgende Wirkungsweise: A. Normale
Geradeausfahrt Der Antrieb i, 3 erteilt dem Korb 2 eine Drehbewegung, so daß die
Zwischenwellen 13, 17 als Planetenträger
tim die Drehachse der
Halbachsen 4, 5 kreisen. Die auf den Zwischenwellen' i3, 17 sitzenden Stirnräder
i9, 14 nehmen dabei die Stirnräder 8, 9 mit und treiben hierdurch die Wellen 4,
5 mit der Drehzahl des Gehäuses 2 an, unter der Voraussetzung, daß die Stirnräder
ig, 14 gegen Verdrehen gesichert sind. Dies trifft zu, und zwar deshalb, weil die
mit ihnen starr verbundenen Schneckenräder 18, 12 durch Selbsthemmung der Schnecke
gegen Verdrehen gesperrt sind, nachdem die Schnecken 16, 11 bei relativ zum Korb
2 stillstehenden Stirnrädern 8, 9 keine eigene Drehung um ihre Achse ausführen.
Diese Verhältnisse gelten für die normale Geradeausfahrt, bei der das rechte und
linke Triebrad der Achse 4, 5 auf der Landstraße mit gleicher Bodenhaftung laufen
und demgemäß von den beiden Stirnrädern 8, 9 die gleiche Antriebsleistung benötigt
wird. B. Kurvenfahrt Beim Kurvenfahren ist die Drehzahl des in der Au ßenkurve laufenden
Triebrades gegenüber der Drehzahl des Gehäuses 2 zu steigern und die Drehzahl des
Innenrades zu verringern. Dabei hat z. B. die eine angetriebene Welle 5 eine Zusatzdrehung
in der Pfeilrichtung 20 und die Welle 4 eine Zusatzdrehung in der Pfeilrichtung
21 auszuführen. Dies geht in der Weise vor sich, (laß von den Triebrädern aus über
die Kegelradpaare 6, io und 7, 15 die beiden Schnecken 11, 16 im Sinne der eingetragenen
Pfeilrichtungen gleichzeitig und gleichviel verdreht werden, so daß die Stirnräderpaare
i9, 8 und 14, 9 ihre gegenläufigen Ausgleichdrehungen ausführen können. Auch die
Rückstellung in die Ausgangs- oder Geradeausfahrtstellung erfolgt wieder in entsprechender
Weise, dadurch, daß die beiden gleichzeitig von den beiden Wellen 4, 5 angetriebenen
Schnecken die Rückdrehung der Stirnräderpaare freigeben. Diese zwangsweise Ausgleichsdrehungen
in beiden Drehrichtungen verursachen keinen hohen Verstellwiderstand oder gar unerwünschte
Hemmungen und Verklemmungen irgendwelcher Art. C. Selbstsperrung bei ungleicher
Bodenhaftung Wenn z. B. das von der Halbachse 4 angetriebene Fahrzeugtriebrad auf
festem Boden läuft und das andere Rad gleichzeitig auf schlüpfrigen Boden geraten
ist, so ist der Antrieb der Halbachse 5 plötzlich entlastet. Infolge Entlastung
des Rades 9 hätte der Korb 2 nunmehr ein sich das Bestreben durchzudrehen, wobei
das Stirnrad i9 auf dein Rad 8 abrollen würde. Das geht jedoch nicht, weil (las
Schneckenrad 18 eine Drehbewegung des mit ilim durch die Zwischenwelle 17 fest verbundenen
Rades i9 unterbindet, solange die Schnecke r6 eine solche Drehung nicht freigibt.
Zu einer solchen l,reigabe besteht aber kein Anlaß, weil votn anderen Triebrad bzw.
der Halbachse 4 und Kegelradpaar 7, 15 eine entsprechende Verstellbewegung nicht
eingeleitet wird. Außerdem hätte ein Abrollen des Stirnrades i9 auf dem Rad 8 und
des Kegelrades 6 auf (lein Rad io um nur wenige Winkelgrade infolge des Zahnspieles
sogar eine Drehung der Schnecke ii in dem Abrollvorgang entgegengesetzten Drehsinn
zur Folge und würfle die Sperrung nur begünstigen. Unter diesen Umständen ist bei
Entlastung einer Triebwerkseite ein Durchdrehen der anderen nicht möglich, vielmehr
wird die gesamte Vortriebskraft des Motors auf die belastete Seite geleitet. Dies
geschieht unverzüglich im Augenblick der Entlastung des einen Rades, ohne daß hierzu
umständliche und kraftverzehrende Mechanismen mit Gesperren oder hydraulische Verstelleinrichtungen
erforderlich wären. Darüber hinaus bietet die neuartige Selbstsperrung gemäß der
Erfindung noch den Vorteil, daß das Fahrzeug sogar bei Bruch einer Welle 4 oder
5 oder eines Zahnrades seine Fahrt nach Entfernung der Steckachse ohne weiteres
fortsetzen kann. Bei Allradantriebkraftfahrzeugen mit Verteilerdifferential brauchen
nur die beiden Achsausgleichsgetriebe selbstsperrend ausgebildet zu werden. Die
Belastbarkeit des Getriebes wird praktisch auf das Doppelte erhöht werden, dadurch,
daß gemäß Abb.2 um 9o° versetzt die in das Stirnrad 8 und das Kegel-. rad 7 eingreifenden
Räder i9, 15 sowie das Schneckengetriebe 18, 16 samt der Zwischenwelle 17 doppelt
angeordnet sind. Die hiernach doppelt vorgesehenen Teile sind in Abb. 2 mit den
Bezugszeichen 19a, 17a, i8a, 16a, 15a versehen. Entsprechendes gilt für die Teile
14, 13, 12, 11, io bzw. 14a, 13a, 12a, 11a, i0" des anderen Zwischengetriebes. Auf
diese Weise kommt zu dem Strangpaar 8, 19, 17, 18, 16, 15, 7 bzw. 9, 14, 13, 12,
11, io, 6 von Zwischengetrieben noch ein mit dem Index a bezeichnetes Paar von Zwischengetrieben
hinzu. In jeden Strang ist ein Schneckengetriebe 18, 16 bzw. 18a, 16a bzw. 12, 11
bzw. 12a, ija eingebaut. In entsprechender Weise, wie bei einem Paar von Zwischengetrieben
die eingebauten Schnekkengetriebe so anzuordnen wären, daß die eine von insgesamt
zwei vorhandenen Schnecken immer nur durch dieselbe angetriebene Welle verdrehbar
ist und durch Sperrung des zugehörigen Schneckenrades Verdrehungen der anderen angetriebenen
Welle verhindert, so ist auch bei mehreren Paaren von Zwischengetrieben die eine
Hälfte der Schnecken 16, 16a nur von der einen Welle 5 aus verdrehbar und sperrt
die andere Welle 4 gegen unerwünschte Verdrehungen, während die andere Hälfte der
Schnecken, nämlich ii, Zia, Verdrehungen der anderen Welle 4 zuläßt und Verdrehungen
der einen Welle 5 verhindert.