DE2626170A1 - Differenzialgetriebe - Google Patents

Description

Beschreibung zum Patentgesuch

der Fa. SKF Industrial Trading and Development Company B.V. Plettenburgerweg, Jutphaas / Holland

betreffend "Differenzialgetriebe"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Differenzialgetriebe insbesondere für die Verwendung in einer Kraftfahrzeugkraftübertragung, welches Getriebe eine einfache und sehr kompakte Bauweise aufweisen soll/ und bei dem die Reibung zwischen den relativ zueinander drehenden Elementen im wesentlichen Rollreibung ist.

Differenzialgetriebe für Kraftfahrzeuge dienen dazu/ die Antriebsmomente von der Antriebswelle auf die beiden Achswellen zu übertragen. Bekanntlich umfaßt ein solches Differenzialgetriebe ein Außengehäuse/ in dem ein Differenzialträger oder Innengehäuse umläuft unter Antrieb durch ein Antriebskegelrad, das im Eingriff steht mit einem Kronenrad oder großen Tellerrad, fest verbunden mit dem Innengehäuse. Der Differenzialträger oder das Innengehäuse wird bei seiner Drehung im Außengehäuse mittels eines Paares von Reibungsarmen oder Rollenlagern abgestützt, üblicherweise unter Verwendung von Kegelrollenlagern, welche die radialen und axialen Belastungen aufnehmen, die auf das Innengehäuse oder den Differenzialträger über die Verzahnungen einwirken. Innerhalb des Innengehäuses befinden sich Ausgleichs- oder Satellitenräder, die relativ zu dem Innengehäuse drehbar sind und in Eingriff stehen mit zwei Planetenrädern oder kleinen Tellerrädern, von

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denen jedes mit einer Achswelle starr verbunden ist. Die erwähnten Ausgleichs- und kleinen Tellerräder sind normalerweise mit Gleitreibung drehbar, die ersteren auf einem Zapfen innerhalb des Innengehäuses, die letzteren in entsprechenden Ausnehmungen des Innengehäuses. Das Antriebskegelrad ist drehfest verbunden mit einer Welle und diese beiden werden gelagert mittels eines Paares von Reibungsarmen oder Rollenlagern, normalerweise Kegelrollenlagern und die Übertragung der Drehung von der Antriebswelle auf die letztere Welle erfolgt mittels zweier Flanschhalbkupplungen, von denen eine mit einer Keilnarbe versehen, mit dem Antriebsradzapfen zusammenpaßt.

Diese bekannten Differenzialgetriebe besitzen einige Nachteile.

Zunächst ist ihr Aufbau ziemlich kompliziert und die Montage und Demontage umfaßt langwierige und schwierige Arbeitsgänge. Da nämlich für die Lagerung des Innengehäuses und der Antriebskegelradwelle normale Rollenlager verwendet werden, müssen bei deren Montage besondere Maßnahmen und Vorsichtsregeln beachtet werden, und Sitze, Schultern, Halterungen und Einstellelemente, wie auch andere ähnliche Teile müssen vorgesehen werden. Darüberhinaus erfolgt die Relativbewegung zwischen einigen Teilen des Getriebes, beispielsweise zwischen den kleinen Tellerrädern und dem Innengehäuse unter reiner gleitender Reibung mit relativ hohen Reibungsbeiwerten. Schließlich können im Betrieb unabgeglichene Zentrifugalkräfte auftreten, infolge Vorliegens von Exzentrizitäten bei der Befestigung der beiden oben -erwähnten Halbkupplungen über die die Antriebswelle und das Differenzialgetriebe gekoppelt sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Differenzialgetriebe zu schaffen, das die Bewegung auf die beiden angetriebenen Achswellen unter Vermeidung der obigen Nachteile gestattet.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Wortlaut des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche definieren bevorzugte Weiterbildungen, wobei insbesondere auf den Anspruch 8 ver-

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wiesen wird, der die erfindungsgemäße Lösung in besonders
vorteilhafter Weise weiterbildet.

Zur Erläuterung der Erfindung im einzelnen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Differenzialgetriebe gemäß der Erfindung

Fig. 2 ist eine Teilschnittdarstellung eines Differenzialgetriebes ähnlich Fig. 1, zur Erläuterung einer abweichenden Ausfuhrungsform.

Das Differenzialgetriebe gemäß Fig. 1 umfaßt ein Außengehäuse 1 in dem sich die Komponenten des Getriebes befinden. Das Getriebe umfaßt ein Innengehäuse 2, das in noch zu beschreibender Weise drehbar innerhalb des Außengehäuses gelagert ist, und auf dem ein großes Tellerrad 3 befestigt ist, das in Eingriff steht mit einem Anferiebskegelrad 4, das seinerseits aufgekeilt ist auf eine Welle 5. Die Welle 5 wird von einer Getriebeausgangswelle angetrieben, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist.

Das Innengehäuse 2 hat im wesentlichen die Form eines Rotationskörpers, erzeugt durch die Rotation einer ebenen Figur, deren Konfiguration in dem Schnitt nach Fig. 1 erkennbar ist; man
erkennt einen Grundkörper 6 und einen Flansch 7, an dem beispielsweise mittels Schraubbolzen 8 das große Tellerrad 3 befestigt werden kann. Die Zentrierung des Tellerrades bezüglich des Innengehäuses erfolgt durch Anpassung von dessen innerer Zylinderfläche mit einer entsprechenden äußeren Zylinderfläche 9 des Körpers 6.

In der Innenausnehmung 12 des Innengehäuses sind Ausgleichsräder 13, drehbar auf einem Zapfen 14 angeordnet, der in zugeordnete Bohrungen des Körpers 6 eingepaßt ist. Die Ausgleichsräder stehen in Eingriff mit zwei kleinen Tellerrädern 15, von denen jedes in an sich bekannter Weise beispielsweise durch Innenlängsnuten 16 mit einer zugeordneten Abtriebsachse (in der Zeichnung nicht dargestellt) verbunden werden kann,

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die über das Differenzialgetriebe anzutreiben sind. Eine erste Reihe von Abrollelementen 17, beispielsweise Kugeln ist zwischen jedem kleinen Tellerrad 15 und dem Innengehäuse angeordnet, während eine zweite Reihe von Abrollelementen 18, beipsielsweise wiederum eine Reihe von Kugeln zwischen demselben kleinen Tellerrad und einem Ringelement 19 angeordnet ist, das seinerseits in an sich bekannter Weise mit dem Außengehäuse 1 des Differenzialgetriebes verbunden ist.

Die Rollelemente der ersten Reihe 17 sind so ausgebildet, daß sie auf Bahnen 17 a bzw. 17 b ablaufen, die auf dem Innengehäuse 2 bzw. auf einem kleinen Tellerrad 15 ausgearbeitet sind, während die Rollelemente der anderen Reihe 18 so ausgebildet sind, daß sie auf Abrollbahnen 18 a bzw. 18 b laufen, ausgebildet in dem ringförmigen Element 19 bzw. auf dem kleinen Tellerrad. Die Form der erwähnten Laufbahnen ist so gewählt, daß die geraden Linien, die durch die Kontaktpunkte zwischen jedem Abrollelement und seiner Laufbahn verlaufen und sich senkrecht zu der Rollelement/Laufbahnberührungsfläche erstrecken, schräg verlaufen relativ zu dem Rollwinkel der kleinen Tellerräder, um einen Winkel gleich oder abweichend von 9o°. Darüberhinaus ist die Schräglage der geraden Linien bezüglich der Rollelemente der ersten Reihe 17 entgegengesetzt in der Richtung zu der Schräglage der geraden Linien bezüglich der Rollelemente der zweiten Reihe von Kugeln 18, so daß diese beiden Reihen von Kugeln neben der Radialbelastung auch Axialbelastungen entgegengesetzter Richtungen aufnehmen können, die auf jedes der kleinen Tellerräder einwirken.

Es ist offensichtlich, daß die Rollelemente der Reihen 17 und 18 von der beschriebenen Ausführungsform abweichen können, beispielsweise kann man Kegelrollen verwenden, oder Elemente irgendeiner anderen Form: In diesem Falle wäre die Form der Oberflächen der entsprechenden Laufbahnen entsprechend abzuwandeln.

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Wie man erkennt, ragt in der beschriebenen Anordnung zwecks Abstützung des Innengehäuses jedes kleine Tellerrad 15 axial um eine erhebliche Strecke aus dem Innengehäuse zwei heraus, weil innerhalb des letzteren nur die Verzahnung der kleinen Tellerräder untergebracht ist: Der Narbenabschnitt mit den Laufbahnen 17 b und 18 b befindet sich außerhalb der Ausnehmung 12 und jenseits der Stirnseite 2o, die in Axialrichtung das Innengehäuse begrenzt.

Zwischen jedem Ringelement 19 und dem Boden 22 des entsprechenden Sitzes wird zweckmäßigerweise ein Einstellring vorgesehen.

Gemäß der Erfindung macht man für die Abstützung der Welle 5 mit der das Antriebskegelrad 4 verbunden ist, Gebrauch von zwei Reihen von Rollelementen 24, beispielsweise Kugeln, die so ausgebildet sind, daß sie in entsprechenden Laufbahnen 24 a und 24__b abrollen, von denen die erstere auf einem Rohrelement 25 vorgesehen ist, die letztere auf Ringen 26, 27 angeordnet auf der Welle 5. Das Rohrelement 25 ist mit einem Flansch 25 _a ausgestattet, mit dessen Hilfe es beispielsweise durch Schraubenbolzen 28 an dem Außengehäuse 1 befestigt werden kann, so wie mit einem ringförmigen Teil 29 für die genaue Zentrierung relativ zu dem Außengehäuse. Der Ring 27 stützt sich an einer Schulter 32 der Welle 5 ab, und der Ring 26 an derselben über eine Unterlegscheibe 33, die ihrerseits durch eine Mutter 34 gehalten wird, die auf einen Bolzengewindeabschnitt der Welle aufgeschraubt ist. Der Ring 26 istmit Axialnutungen versehen, in Anpassung an entsprechende Axialnutungen 36 der Welle 5, um so die beiden Teile drehfest mit einander zu verbinden. Der Ring kann außerdem ein Abschnitt mit zylindrischer Innenfläche aufweisen, in Anpassung an die entsprechende zylindrische Außenfläche der Welle 5.

Auf dem Ring 26 sind axiale Löcher 37 vorgesehen, die vorgesehen sind für die direkte Verbindung des Ringes mit dem Endflansch der Antriebswelle (nicht dargestellt) zwecks An-

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triebs des Differenzialgetriebes. Die Form der Laufbahnen 24 a und 24 b für die Abrollelemente 24 ist auch in diesem Falle so ausgebildet, daß die geraden Linien die durch die Kontaktpunkte jedes Rollelements der zugeordneten Laufbahn verlaufen und die senkrecht zu den Rollelementrollbahnpaßflächen verlaufen, relativ zur Drehaöhse der Welle 5, um einen von 9o° abweichenden Winkel geneigt sind. Darüberhinaus ist diese Neigung der geraden Linien bezüglich der Rollelemente einer Reihe entgegengesetzt in der Richtung zur der Neigung der geraden Linien relativ zu den Rollelementen der anderen Reihe, so daß die beiden Reihen neben der Radialbelastung auch Axialbelastungen entgegengesetzter Richtung abfangen können, die auf die Welle 5 einwirken.

Das insoweit beschriebene Differenzialgetriebe arbeitet wie folgt: Zunächst wird die Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem Getriebe direkt bewirkt zwischen dem Flansch mit dem eine solche Welle normalerweise versehen ist, und dem Ring 26, ohne Notwendigkeit weiterer Verbindungselemente. Ein solcher Flansch ist nämlich normalerweise mit einem Satz von periphären Löchern versehen, jedes für die Aufnahme einer Schraube ausgebildet, die in die Löcher 37 des Ringes 26 eingeschraubt werden. Dies hat nicht nur eine merkliche Verringerung der Gesamtabmessungen zur Folge, sondern auch eine perfekte Zentrierung der Antriebswelle bezüglich der Welle 5, mit der das Antriebskegelrad der Einheit starr verbunden ist: Der Ring 26 ist nämlich perfekt koaxial mit der Welle 5, wegen der aneinandergepaßten zylindrischen Oberflächen des Ringes bzw. der Welle und wegen der Möglichkeit den oben erwähnten Flansch relativ zum Ring genau zu zentrieren.

Bei Drehung der Welle 5 laufen, angetrieben durch den Ring 26, die Reihenfolgenabrollelemente 24 auf den entsprechenden Laufbahnen 24 a und 24 b und das Antriebskegelrad 4 rotiert, so daß auch das Innengehäuse 2 zur Drehung angetrieben wird. Wenn ein solches Innengehäuse in Verbindung mit den kleinen

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Tellerrädern 25 umläuft, wenn also etwa ein mit dem Getriebe bestücktes Fahrzeug geradeaus fährt und demgemäß die beiden Achswellen mit im wesentlichen gleicher Winkelgeschwindigkeit umlaufen, rotieren die Abrollelemente der Reihen 17 zusammen mit dem Innengehäuse und so erfolgt keine Abrollbewegung relativ zuden zugeordneten Laufbahnen. Bei diesen Betriebsbedingungen erfolgt jedoch eine Abrollbewegung der Abrollelemente der Reihen 18, die demgemäß das Innengehäuse abstützen und die anderen mit ihm verbundenen Teile. Wenn jedoch eine Relativbewegung zwischen den beiden kleinen Tellerrädern 15 und dem Innengehäuse 2 erfolgt, wenn also etwa das mit dem Getriebe bestückte Fahrzeug eine Kurve durchfährt, so erfolgt neben der Drehung der Abrollelemente der Reihen 18 auch ein Abrollen der Abrollelement_e der Reihen 17, die in den entsprechenden Laufbahnen des Innengehäuses und der kleinen Tellerräder abrollen. Man erkennt demgemäß, daß das Innengehäuse oder der Differenzialträger relativ zu dem Außengehäuse nicht direkt durch die Abrollelemente abgestützt ist, sondern über die kleinen Tellerräder 15 als Zwischenglieder. Andererseits ist jedes kleine Tellerrad 15 nicht direkt auf dem Innengehäuse, wie bei konventionellen Differenzialgetrieben üblich, abgestützt, sondern teilweise auf dem Innengehäuse und teilweise direkt im Außengehäuse: In dem ersteren Falle über die Reihe 17 und im letzteren Falle über die Reihe 18 der Abrollelemente. Mit dieser Ausbildung erzielt man neben der Lagerung des Innengehäuses durch eine sehr einfache und kompakte Struktur den zusätzlichen Vorteil, daß jedes kleine Tellerrad 15 durch Rollelemente abgestützt ist, im Gegensatz zu konventionellen Differenzialgetrieben, bei denen die kleinen Tellerräder durch Gleitlager getragen werden, die direkt innerhalb des Differenzialträgers (hier des Innengehäuses) aufgenommen sind.

Tatsächlich verhalten sich die beiden Reihen 17 und 18 der Abrollelemente beidseits des Innengehäuses so, als handelte es sich um ein einziges Lager oder einen Satz von Lagern, zur Aufnahme der radialen, wie auch der axialen Belastungen, die auf das Innengehäuse einwirken, während jede Reihe 17

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und 18 sich wie ein reibungsarmes Lager verhält, das den Belastungen in Radial- wie Axialrichtung widersteht, welche auf jedes kleine Tellerrad 15 einwirken. Das Differenzialgetriebe gemäß der Erfindung hat sehr geringe Gesamtabmessungen. Wie man aus der Zeichnung und der Beschreibung ohne weiteres entnimmt, hat nämlich das Innengehäuse 2 sehr kurze Axialabmessungen, weil es nicht notwendig ist, auf seiner Außenseite Sitze fürdas Anbringen von reibungsarmen Lagern zur Abstützung des Innengehäuses selbst anzubringen, oder in seinem Inneren weitere Sitze zur Aufnahme der Narben der kleinen Tellerräder vorzusehen. Deshalb ist die maximale Gesamtabmessung der Einheit gemessen in Richtung der Achse der beiden Achswellen erheblich verringert. In gleicher Weise ist die maximale Gesamtabmessung in Richtung der senkrechten Achse hierzu ebenfalls sehr klein, weil mit der konstruktiven Ausbildung gemäß der Erfindung die Reihen 24 der Rollelemente sehr dicht sein können. Dies beruht auf der Tatsache, daß die innere Laufbahn 24 b der Abrollelemente auf Ringen 26, 27 in direktem Kontakt mit einander stehen, während die äußeren Laufbahnen 24 a auf einem einzigen Rohrelement 25 angeordnet sind.

Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, die etwas abweicht von der beschriebenen Form. Hier sind nämlich die Laufbahnen 17 b und 18 b anstatt direkt auf den kleinen Tellerrädern 15 angeordnet zu sein, auf Ringen 38 vorgesehen, die an den kleinen Tellerrädern in irgendeiner Weise befestigt werden. In ähnlicher Weise sind die Laufbahnen 17 a auf Ringen 39 vorgesehen die am dem Differenzialträger oder Innengehäuse befestigt sind.

Es versteht sich, daß andere Modifikationen in der konstruktiven Ausgestaltung gemäß der Erfindung vorgesehen werden können, ohne vom Grundgedanken abzuweichen. Insbesondere ist es möglich, das Innengehäuse und die kleinen Tellerräder nach den Prinzipien der Erfindung unter Verwendung normaler reibungsarmer Lager zu montieren, anstelle

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des Vorsehens von Reihen 17 und 18 von Abrollelementen und der entsprechenden Laufbahnen auf dem Innengehäuse selbst, auf dem kleinen Tellerrädern oder auf Ringen, die fest verbunden sind mit diesen Teilen bzw. mit dem Außengehäuse, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bzw. Fig. 2.

Patentansprüche:

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Claims (9)

-lo- PATENTANSPRÜCHE

1.) Differenzialgetriebe zur übertragung eines Drehmoments auf zwei Achswellen, mit einem Außengehäuse in dem ein als Differenzialträger ausgebildetes Innengehäuse zur Drehung von einem Antriebskegelrad angetrieben ist, das mit einem großen Tellerrad kämmt, welches seinerseits fest mit dem Innengehäuse verbunden ist. wobei in dem Innengehäuse Ausgleichsräder drehbar gelagert sind, und im Eingriff stehen mit zugeordneten kleinen Tellerrädern, deren jedes mit einer Achswelle fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes kleine Tellerrad (15) über eine erste Reihe von Abrollelementen (17), wie Kugeln oder Rollen, in dem Innengehäuse (2) gelagert und abgestützt ist, und daß jedes kleine Tellerrad außerdem mittels einer zweiten Reihe von Abrollelementen (18) in dem Außengehäuse (1) gelagert und abgestützt ist.

2. Differenzialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geraden linien, die durch die Kontaktpunkte zwischen jedem Abrollelement und der zugeordneten Abrolloberfläche (17a, 18a), welche Linien senkrecht zu der betreffenden Fläche verlaufen, geneigt sind relativ zum Rollwinkel der kleinen Tellerräder um einen Winkel gleich oder abweichend von 9o , wobei die Neigung der geraden Linien relativ zu den Abrollelementen der ersten Reihe von Abrollelementen (17) entgegengesetzte Richtung hat zur Neigung der geraden Linien relativ zu den Abrollelementen der zweiten Reihe von Abrollelementen (18) derart, daß die beiden Reihen von Abrollelementen, die jedes kleine Tellerrad abstützen, außer der Raäialbelastung auch Axialbelastungen entgegengesetzter Richtungen aufnehmen können, die auf die kleinen Tellerräder wirken.

3. Differenzialgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

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gekennzeichnet, daß jedes kleine Teilerad mit zwei Laufbahnen (17 b, 18 b) versehen ist, eine für die Abrollelemente "der ersten Reihe und eine für die Abrollelemente der zweiten Reihe von Abrollelementen daß das Innengehäuse mit zwei Laufbahnen (17 a) für die Abrollelemte der ersten Reihe von Abrollelementen versehen ist, und daß ein Paar von Ringelementen (19) fest verbunden mit dem Außengehäuse, vorgesehen ist, von denen jedes eine Laufbahn (18 a) für die Abrollelemente einer der zweiten Reihe von Abrollelementen (18) aufweist.

4. Differenzialgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede solche Abrollbahn oder Laufbahn direkt auf dem zugeordneten kleinen Tellerrad, dem Innengehäuse bzw. dem Ringelement ausgebildet ist.

5. Differenzialgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahnen oder Abrollbahnen der kleinen Tellerräder und des Innengehäuses in Kugeloder Rollenlagerringen ausgebildet sind, die fest verbunden sind mit dem betreffenden kleinen Tellerrad bzw. dem Innengehäuse.

6. Differenzialgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Innengehäuse mit einer Innenausnehmung zur Aufnahme der Ausgleichs- und kleinen Tellerräder versehen ist, welche Ausnehmung über zwei axiale öffnungen mit dem Außenraum verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes kleine Tellerrad (15) sich aus den Innengehäuse durch eine der beiden öffnungen nach außen erstreckt.

7. Differenzialgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Laufbahn des Innengehäuses nahe dem äußersten Abschnitt jeder der öffnungen vorgesehen ist.

8. Differenzialgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Antriebskegelrad fest mit einer

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Äntriebswelle verbunden ist, die über ein Paar von Reihen von Abrollelementen (Kugeln oder Rollen) gegenüber dem Außengehäuse abgestützt ist, welche Abrollelemente auf Laufbahnen laufen, in einem Ringelement, das an dem Außengehäuse befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei Ringe (26,27) umfaßt, die auf der Welle (5) sitzen und von denen jeder eine Laufbahn (24 b) für solche Abrollelemente (24) aufweist, das die Ringe miteinander in Kontakt stehen, sowie an einer Schulter (32) der Welle in Anlage stehen, unter Verwendung eines Andruckelementes (33) und daß der dem Antriebskegelrad (4) abgewandte Ring^ (26) Innenaxialnuten (36) aufweist, im Eingriff mit zugeordneten, sich in Axialrichtung erstreckenden VorSprüngen auf der Welle, sowie Axiallöcher für die Verbindung des Ringes mit einer Antriebswelle für den Antrieb des Getriebes,

9. Differenzialgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckeinrichtung eine Unterlegescheibe (33) umfaßt, die in Axialrichtung durch eine Mutter (34) vorgespannt ist, welche auf einen Bolzengewindeabschnitt (35) der Welle (5) aufgeschraubt ist.

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