DE102007004709A1 - Stirnraddifferenzial - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
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EP 0 918 177 A1 zeigt Stirnraddifferenziale des gattungsbildenden Standes der Technik. Die Schemata weiterer Differenziale sind zum besseren Verständnis nachfolgend in den1 und2 vereinfacht dargestellt und nachfolgend beschrieben. Das Prinzip entspricht denen der inEP 0 918 100 770 A1 - Das Stirnraddifferenzial
1 des in1 dargestellten gattungsbildenden Standes der Technik weist ein Antriebsrad2 auf, das, wie inEP 0 918 177 A1 beschrieben, durch ein Tellerrad gebildet ist aber auch als Stirnrad3 vorzugsweise mit Schrägverzahnung ausgeführt sein kann. Das Antriebsrad2 ist zusammen mit einem Planetenträger5 um die Drehachse4 drehbar und dazu an dem Planetenträger5 fest. Das Antriebsrad2 , das Gehäuse mit Planetenträger5 und die Abtriebsräder6 und7 des Stirnraddifferenzials1 weisen gemeinsam die Drehachse4 auf. Über das Antriebsrad2 werden Drehmomente in das Stirnraddifferenzial1 zum Planetenträger5 hin eingeleitet. - Der Planetenträger beziehungsweise das Gehäuse als Planetenträger der gattungsbildenden Art ist die so genannte Summenwelle des Differenzials. Die Summenwelle ist das Glied, das jeweils die größten Drehmomente führt. Die Abtriebswellen sind mit den Abtriebsrädern drehfest gekoppelt und sind die so genannten Differenzwellen. Die Differenzwellen geben jeweils einen Differenzbetrag der in das Differenzial eingeleiteten Drehmomente beispielsweise an das angetriebene Fahrzeugrad weiter. In dem zuvor und nachfolgend beschriebenen gattungsbildenden Stand der Technik ist der Planetenträger
5 beziehungsweise das Gehäuse als Planetenträger5 die Summenwelle50 des Planetentriebs. - In den betrachteten Fällen sind entweder die Hohlräder
8 und9 oder die Sonnenräder40 und41 als Abtriebsräder6 und7 den Differenzwellen gleichgesetzt, da diese jeweils drehfest mit den Abtriebswellen verbunden beziehungsweise über weitere Übertragungsglieder mit diesen gekoppelt sind. Die Abtriebsräder werden deshalb im Folgenden auch als Differenzglieder bezeichnet. - Nach
EP 0 918 177 A1 ist das Ausgleichsgehäuse mit dem Planetenträger drehfest verbunden. Die auch als Lagerzapfen bezeichneten Planetenbolzen sind mittig ihrer Länge an dem Planetenträger nur einmal gelagert. Sie stehen beidseitig aus dem Planetenträger in das Ausgleichsgehäuse hervor und sind in an diesem drehbar gelagert. An den hervorstehenden Abschnitten der Planetenbolzen sind beidseitig des Planetenträgers Planetenräder fest ausgebildet oder mit dem jeweiligen Planetenbolzen fest verbunden. - In
1 sitzt dazu alternativ jeweils eins der Planetenräder14 oder15 um die jeweilige Bolzenachse16 und17 drehbar gelagert auf einem der Abschnitte der Planetenbolzen12 oder13 . Die Planetenbolzen12 und13 sind in diesem Fall an dem Planetenträger5 fest. Die Planetenräder14 und15 mit Planetenbolzen12 und13 sind jeweils auf einer kreisringförmigen Umlaufbahn um die Drehachse4 angeordnet. - Die Abtriebsräder
6 und7 sind Hohlräder8 und9 mit Innenverzahnung, von denen jedes drehfest mit einer Abtriebswelle10 und11 gekoppelt ist. Die Abtriebswellen10 und11 stehen jeweils zumeist mit einem getriebenen Fahrzeugrad in einer Wirkverbindung. - Jedes der Planetenräder
14 ist mit einem der Planetenräder15 zu einem gegenseitigen Zahneingriff gepaart. Außerdem kämmen die mit1 gezeigten Planetenräder14 einer Seite mit dem Hohlrad8 und alle Planetenräder15 der anderen Seite mit dem Hohlrad9 . Das Drehmoment wird über die Planetenräder14 und15 an die Hohlräder8 ,9 und somit an die Abtriebswellen10 und11 verteilt sowie von dort an die angetriebenen Fahrzeugräder weitergegeben. - Ein praktisches Beispiel des zuvor beschriebenen Stirnraddifferenzials ist in einem Fachaufsatz der ATZ 01/2006 "kompaktes Achsgetriebe für Fahrzeuge mit Frontantrieb und quer eingebautem Motor" der Autoren Höhn/Michaelis/Heizenröther beschrieben. Die Planetenräder eines Paares stehen in diesem Differenzial mit der in Längsrichtung halben Zahnbreite jeweils miteinander im Eingriff. Die in Längsrichtung äußere Hälfte der Zahnbreite eines jeden Zahnrads einer Paarung kämmt mit jeweils einem der innenverzahnten Hohlräder. Die Längsrichtung ist die Richtung, in die die Drehachse des Differenzials gerichtet ist.
- Um den zuvor beschriebenen Zahneingriff zu ermöglichen, ist der Planetenträger aus Blech im Bereich der jeweiligen Planetenradpaarung wechselseitig in Längsrichtung durchgestellt und in radialer Richtung der Planetenräder durchbrochen, so dass der Planetenrädern einer Paarung in etwa längs mittig des Differenzials miteinander kämmen.
- Ein Kriterium für die Beurteilung der Funktionsgenauigkeit eines Planetentriebes ist die Genauigkeit des Zahneingriffs der miteinander kämmenden Planetenpaarung Planeten – Sonne und Planeten – Hohlrad. Die Genauigkeit des Zahneingriffs wiederum ist über die üblichen Fertigungstoleranzen hinaus von Verlagerungen und Verformungen abhängig, die während des Betriebs des Stirnraddifferenzials auftreten. Mittig und generell auch seitlich nur einmal aufgenommene Planetenbolzen sind insbesondere bei hoch belasteten Differenzialen anfällig gegen Durchbiegung und, daraus folgend, die auf dem Bolzen sitzenden Planetenräder sind anfällig gegen Verkippungen. Die Folgen können unzulässige Geräusche, ungenauer Zahneingriff und vorzeitiger Verschleiß sein. Auch deshalb kommen Differenziale des gattungsbildenden Standes der Technik vorzugsweise in Fahrzeugen zur Anwendung, in denen relativ geringe Drehmomente übertragen werden müssen.
- Der Vorteil des Stirnraddifferenzials des Standes der Technik liegt in seiner leichten Bauweise aus Blech. Die Leichtbauweise mit Blech ist insbesondere, wie in dem Fachaufsatz beschrieben ist, für den Planetenträger sinnvoll. Die Durchstellungen der Lagerstellen und Durchbrüche für den Zahneingriff lassen sich einfach durch Ziehen oder Prägen und Stanzen ins Blech einbringen. Nachteilig kann sich jedoch das dünne Blech auf das anfangs erwähnte Verformungsverhalten des Planetenträgers auswirken, insbesondere weil die Planetenbolzen nur einmal an dem Träger aufgenommen sind und weil das Blech des Planetenträgers zusätzlich durch die Durchbrüche geschwächt ist. Demzufolge kann es auch wiederum nachteilig sein, wenn der Berührradius zu groß ist. Der Einsatz von dickerem Blech zur Kompensationen der Verformungsanfälligkeit würde in einem solchen Fall die Vorteile des Leichtbaudifferenzials zumindest teilweise zunichte machen.
- In
EP 0 918 177 A1 und in dem genannten Fachaufsatz der ATZ wird der zuvor beschriebene Ausführung des Stirnraddifferenzials gegenüber dem klassischen Kegel raddifferenzial und gegenüber Stirnraddifferenzialen36 der Gattung nach2 der Vorzug gegeben, weil der Berührradius R1 zwischen An- und Abtrieb im Stirnraddifferenzial1 bei gleichen radialen Außenabmessungen größer ist als der Berührradius R2 im Stirnraddifferenzial36 . - Das Stirnraddifferenzial
36 weist das Antriebsrad2 auf, welches in diesem Fall als Tellerrad ausgebildet ist. Außerdem ist das Stirnraddifferenzial36 aus einem zweiteiligen Gehäuse als Summenwelle50 zusammengehalten, in dem Planetenräder auf Planetenbolzen (auch als Lagerzapfen bezeichnet) und zwei Sonnenräder40 und41 als Abtriebsräder6 und7 angeordnet sind. - Das Gehäuse ist durch einen topfförmigen Gehäuseabschnitt und einen scheibenförmigen Abschnitt gebildet. Jeder der Gehäuseabschnitte weist Aufnahmen für die Planetenbolzen auf. Der topfförmige Gehäuseabschnitt ist mit einem Radialflansch versehen, an dem gemäß
EP 0 918 177 A1 der topfförmige Gehäuseabschnitt und der scheibenförmige Abschnitt verschraubt oder verschweißt sind. Das Antriebsrad sitzt radial auf dem topfförmigen Gehäuseabschnitt. - Die Planetenräder
14 und15 sind wieder paarweise angeordnet, wobei jeweils ein Planetenrad14 mit einem Planetenrad15 ein Paar bildet und auch mit diesen verzahnt ist. In den1 und2 ist der gegenseitige Eingriff der Planetenräder ineinander durch die gestrichelten Linien symbolisiert. Die Planetenräder14 stehen gleichzeitig mit dem Sonnenrad40 im Eingriff und die Planetenräder15 mit dem Sonnenrad41 . Im Gegensatz zu dem Stirnraddifferenzial1 weist das Stirnraddifferenzial36 keine Hohlräder auf. Abtriebsräder und somit Differenzglieder sind die Sonnenräder40 und41 . Der Berührradius R2 ist in2 dem Achsabstand zwischen den Bolzenachsen16 beziehungsweise17 und der Drehachse4 der Abtriebsräder gleichzusetzen und von den radialen Abmessungen der jeweiligen Paarung Planetenrad mit dem jeweiligen Sonnenrad40 oder41 abhängig. - Der Bauraum, der derartigen Differenzialen am Fahrzeug zur Verfügung steht, ist in der Regel gering, so dass die Differenziale relativ kleine äußeren Abmessungen aufweisen sollen. Die Fähigkeit Drehmomente zu übertragen wird dagegen, wie auch in
EP 0 918 177 A1 beschrieben ist, außer von den Kriterien Zahnbreite, Geometrie und weiteren im wesentlichen von dem mittleren Berührradius bestimmt. Je größer der Berührradius ist, umso höher ist, vorbehaltlich des anfangs erwähnten Einflusses aus der Verformungsanfälligkeit, der Betrag übertragbaren Momente. - Auch wenn das in
EP 0 918 177 A1 beschriebene Stirnraddifferenzial, dessen Planeten in Hohlräder eingreifen, aufgrund des außen liegenden Zahneingriffs zwischen Planeten und Abtrieb und damit hinsichtlich seiner Kapazität Drehmomente zu übertragen gegenüber einem abmessungsgleichen klassischen Kegelraddifferenzial beziehungsweise gegenüber der mit2 beschriebenen Variante an sich im Vorteil ist, ist es nach wie vor Ziel, die Differenziale so leicht und klein wie möglich und sehr hoch belastbar zu gestalten. - Die Bolzenachsen der Planetenbolzen eines Paares liegen umfangsseitig hintereinander. Wie viele Paare der Planetenräder umfangseitig angeordneten werden können, hängt von dem umfangsseitigen Abstand ab, der durch die Abmessungen der Planetenräder vorgegeben ist und der auch maßgeblich von der Gestaltung der Lagerstellen für die Planetenräder und von deren Umgebungskonstruktion abhängig ist.
- Das in
EP 0 918 177 A1 beschriebene Differenzial und das dazugehörige im vorgenannten Fachaufsatz umgesetzten Praxisbeispiel weisen jeweils drei symmetrisch am Umfang verteilte Paare Planetenräder auf – es wird jedoch inEP 0 918 177 A1 darauf verwiesen, dass bei höheren durch das Differenzial zu übertragenden Momenten mehr als drei Paare eingesetzt werden können. Sowohl der Einsatz von mehr als drei Paaren als auch die Übertragung von hohen Drehmomenten ist hinsichtlich des zur Verfügung stehenden Bauraums in den Anordnungen beider Ausführungen des Standes der Technik nachEP 0 918 177 A1 , nach1 und auch nach2 schwierig. Hinzu kommen für die Leichtbaudifferentiale aus Blech die zuvor beschriebenen durch Verformungen bestimmten Belastungsgrenzen des mittig angeordneten Planetenträgers aus Blech. Sollen derartige Differenziale für höhere Belastungen ausgelegt werden, wird entsprechend mehr Bauraum benötigt. Das Differential wird schwerer und teurer. Deshalb sind diese Typen des gattungsbildenden Standes der Technik vorzugsweise in Differenzialen eingesetzt, mit denen relativ geringe Drehmomente übertragen werden müssen. - Wie anfangs erwähnt, ist auch die Zahnbreite ein Kriterium für die Höhe des übertragbaren Drehmoments. Je breiter der Zahneingriff ist, um so höhere Momente können übertragen werden. Durch breiter gestalteten Zahneingriff, benötigen die Differentiale längs, also axial, mehr Bauraum und werden somit insgesamt schwerer und teurer.
- In den zuvor beschriebenen Stirnraddifferenzialen kämmen die Planetenräder eines Paares miteinander. Gleichzeitig steht jedes der Planetenräder eines Paares im verzahnenden Eingriff mit einem anderen Differenzglied als das andere Planetenrad der Paarung. Wenn in diesem Differenzial eins oder beide Planetenräder mit beiden Differenzgliedern (beispielsweise zugleich mit beiden Sonnenrädern) im Eingriff stehen würde, wäre der Ausgleich im Differenzial blockiert. Bei der Auslegung des Planetentriebes ist deshalb ausreichend Freiraum für die Verzahnung jeder der beiden Differenzglieder für sich gegenüber demjenigen Planetenrad vorzusehen, mit dem die Verzahnung dem jeweiligen Differenzglied nicht im Eingriff stehen darf. In dem Differenzial nach
EP 09 918 177 A1 - Es gibt die in
DE 196 12 234 A1 beschriebenen Stirnraddifferentiale, die wohl den nächstliegenden Stand der Technik zu betrachteten Gattung bilden. Diese Differenziale sind sehr kompakt ausgebildet, weil die miteinander im Eingriff stehende Planetenräder zwei Durchmesserstufen aufweisen und wechselseitig mit den Sonnenrädern „verschachtelt" sind. - Eine schon vor dem Anmeldetag von
EP 09 918 177 A1 DE 196 12 234 A1 , indem die Sonnenräder die Differenzglieder sind. Die Sonnenräder stehen im Eingriff mit Planetenräderpaaren. Die Planetenräder eines Paares sind auch miteinander verzahnt. Um den Planetentrieb möglichst kompakt zu gestalten, weisen die Planetenräder längs mittig zwischen zwei verzahnten Abschnitten einen nicht verzahnten Ab schnitt auf. Der nicht verzahnte Abschnitt weist einen geringeren Außendurchmesser auf als die beidseitig begrenzenden verzahnten Abschnitte. Der Außendurchmesser des nicht verzahnten Durchmessers ist dabei geringer als der kleinste Fußkreisdurchmesser der angrenzenden Verzahnung. Einer der verzahnten Abschnitte eines jeden der Planetenräder eines Paars ist für den Zahneingriff mit einem anderen der Sonnenräder. Über den anderen verzahnten Abschnitt sind die Planetenräder des Paars miteinander verzahnt. In die dazwischen liegende radiale Umfangslücke, die den verzahnungslosen Abschnitt umgibt, taucht berührungslos diejenige Verzahnung des Sonnenrades ein, mit der das jeweilige Planetenrad nicht verzahnt ist. Diese in der Anordnung nachDE 196 12 234 A1 gezeigten Planetenräder sind relativ aufwändig herzustellen, da zum einen die Zahnbreite der verzahnten Abschnitte nicht gleich ist und da der nicht verzahnte Abschnitt mit dem geringeren Außendurchmesser zwischen den beiden verzahnten Abschnitten angeordnet ist. Die unsymmetrische Anordnung der Planeten Räder eines Paares lässt auch keine optimale axiale Bauraumausnutzung zu, da axial zwischen den verzahnten Abschnitten jedes Planetenrades ausreichend axialer Bauraum für den Eingriff eines Sonnenrades vorhanden sein muss. - Aufgabe der Erfindung
- Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, Stirnraddifferenziale zu schaffen, die geringen Bauraum für sich beanspruchen und mit denen trotzdem hohe Drehmomente zu übertragen werden können und die sich einfachen kostengünstig herstellen lassen.
- Beschreibung der Erfindung
- Die Erfindung ist in Stirnraddifferenzialen einsetzbar; deren Planetenräder mit Differenzgliedern im Eingriff sind. Die Differenzglieder sind, wie schon erwähnt, entweder Hohlräder oder Sonnenräder und vorstehend beschrieben.
- Die Planetenräder und Sonnenräder sind in dem erfindungsgemäßen Differenzial wie folgt beschrieben ausgebildet und angeordnet:
- a. Jedes Planetenpaar weist zwei Planetenräder auf, die vorzugsweise identisch als Gleichteile gestaltet sind.
- b. Die Planetenräder weisen jeweils einen außenzylindrischen nicht verzahnten Abschnitt und längs daneben einen verzahnten Abschnitt auf.
- c. Die radialen äußeren Abmessungen (Außenradius) des nicht verzahnten Abschnitts sind geringer als die kleinstmöglichen radialen äußersten Abmessungen (beispielsweise Kopfkreisradius) des verzahnten Abschnitts. Dabei ist der Außendurchmesser des nicht verzahnten Abschnitts mindestens kleiner als der Zahnkopfdurchmesser vorzugsweise aber gleich oder kleiner als der Zahnfußdurchmesser des verzahnten Abschnitts.
- d. Der verzahnte Abschnitt der betrachteten Planetenräder ist als Stirnverzahnung wie Geradverzahnung, Schrägverzahnung, Keilverzahnung oder schraubenförmige Verzahnung ausgebildet.
- e. Jedes der Planetenräder sitzt entweder auf einem separaten Planetenbolzen, oder ist auf zwei Zapfen aufgenommen beziehungsweise weist selbst zwei axial aus dem Planetenrad hervorstehende Zapfen auf.
- f. Der Planetenbolzen oder das Planetenrad mit Zapfen beziehungsweise das Planetenrad auf Zapfen ist beidseitig in oder an dem Gehäuse gelagert.
- g. Die Zapfen, mit denen das jeweilige Planetenrad alternativ aufgenommen ist, sind entweder einteilig mit einem Blechgehäuse ausgebildet oder als separate Bauteile in dieses eingebracht.
- h. Alternativ zu vorgenannten Ausführungen der Lagerung der Planetenräder sind ein oder mehrteilige Zapfen einmaterialig mit dem Planetenrad ausgebildet oder separat an dem jeweiligen Planetenrad befestigte Elemente.
- i. Das Planetenrad ist in diesen Fällen entweder drehbar auf den Zapfen oder auf dem Planetenbolzen um die Bolzenachse oder mit dem Bolzen gelagert.
- j. Die nicht verzahnten Abschnitte der Planetenräder weisen längs in entgegengesetzte Richtung, so dass die Stirnseiten der nicht verzahnten Abschnitte jeweils längs nach außen, vorzugsweise zur Lagerung der Planetenbolzen im Gehäuse hin, weisen.
- k. Jedes der Planetenräder eines Paares greift jeweils mit einem in Längsrichtung am Planetenrad außen liegenden Teilabschnitt seines verzahnten Abschnitts in die Verzahnung eines anderen der beiden Differenzglieder des Differenzials ein.
- l. Der außen liegende Abschnitt (äußerer Teilabschnitt) geht in Längsrichtung des Planetenrades betrachtet, also gleichgerichtet mit der Bolzenachse, von einem Ende des Planetenrades aus bis an einen, in Längsrichtung mittleren Teilabschnitt der Verzahnung.
- m. Die Breite des äußeren Teilabschnitts, mit dem das jeweilige Planetenrad in die Innen- beziehungsweise Außenverzahnung des Differenzglieds eingreift, entspricht vorzugsweise der Hälfte der Breite der Verzahnung in Längsrichtung des verzahnten Abschnitts.
- n. In die Umfangslücke eines jeden Planetenrads eines Paares, die um den nicht verzahnten Abschnitt ausgebildet ist, taucht jeweils die Verzahnung jenes Differenzglieds der zwei Differenzglieder radial und axial berührungslos ein, welches mit dem äußeren Teilabschnitt der Verzahnung des anderen Planetenrades des gleichen Paares kämmt.
- o. Die Umfangslücke ist axial in die eine Längsrichtung durch den längs innen liegenden mittleren Teilabschnitt der Verzahnung und in die andere Längsrichtung beispielsweise durch das Gehäuse oder durch einen anderen Axialanschlag für das Planetenrad begrenzt.
- p. Die Planetenräder eines Paares stehen jeweils an dem mittleren Teilabschnitt des verzahnten Abschnitts miteinander im Eingriff.
- q. Der mittleren Teilabschnitt ist in Längsrichtung zwischen dem äußeren Teilabschnitt der Verzahnung und dem nicht verzahnten Abschnitt ausgebildet.
- r. Typ und die Abmessung der Verzahnung des äußeren Abschnitts können sich an dem mittleren Abschnitt fortsetzen alternativ aber auch andere sein.
- s. Die Breite des mittleren Teilabschnitts, an dem die Planetenräder miteinander verzahnt sind, ist vorzugsweise die andere Hälfte der Breite der Verzahnung in Längsrichtung des verzahnten Abschnitts.
- t. Pro Differenzial sind mindestens drei, vorzugsweise jedoch vier oder fünf Stück der Paare angeordnet.
- Die Längsrichtung ist mit den Bolzenachsen gleich. Wenn zuvor und hiernach der Begriff Zahnbreite und gleichbedeutendes verwendet wird, ist die mit der Bolzenachse gleichgerichtete Abmessung der Verzahnung gemeint.
- Jedes dieser Planetenräder weist den nicht verzahnten Abschnitt auf, damit in diesen Stirnraddifferenzialen jedes der Planetenräder eines Paares nicht mit beiden Differenzgliedern (mit beiden Sonnenrädern oder Hohlrädern) zugleich im Eingriff steht.
- Aus den zuvor genannten Merkmalen folgt:
- u. Die erforderliche Gesamtbreite des verzahnten Abschnitts eines jeden der Planetenräder ist vorzugsweise die Summe aus der Breite des Differenzglieds, dass im Zahneingriff mit dem Planeten und steht und aus der Breite des Teilabschnitts der Verzahnung, mit dem die Planetenräder des gleichen Paares miteinander kämmen – höchstens noch zuzüglich fertigungs-, montage- bzw. gestaltungsbedingter Abstände, Fasen, Abstandshalter und ähnlichem.
- v. Die erforderliche Breite des nicht verzahnten Abschnitts des Planetenrades entspricht bevorzugt der Breite der Verzahnung des Differenzglieds, welches mit dem anderen Planetenrad des gleichen Paares kämmt – höchstens noch zuzüglich fertigungs-, montage- bzw. gestaltungsbedingter Abstände, Fasen, Abstandshalter und ähnlichem.
- w. Die Verzahnung des Differenzgliedes taucht möglichst soweit in die Umfangslücke ein, dass sich das Differenzglied und das betreffende Planetenrad gerade noch nicht berühren.
- Die Zahnbreite für den Zahneingriff der miteinander verzahnten Bauteile der erfindungsgemäßen Differenziale ist breiter als die des bisherigen gattungsbildenden Stands der Technik gleicher Außenabmessungen – denn, die Planetenräder sind im Paar miteinander und mit den Differenzgliedern ohne weitere axiale Lücken verschachtelt. Höhere Drehmomente sind übertragbar. Die Planetenräder sind nicht an einem gesonderten längst mittig im Differenzial angeordneten Planetenträger sondern beidseitig im als Planetenträger fungierenden Gehäuse gelagert. Durch die zwei Lagerstellen anstelle nur einer ist die Konstruktion steifer und weniger anfällig gegen Verkippung und somit weniger anfällig gegen die durch Verkippung entstehenden Nachteile.
- Die Paare eines Planetentriebs können umfangsseitig näher aufeinander gerückt werden, da zum einen die Belastungen pro Planeten auf jeweils zwei Lagerstellen im oder am Gehäuse verteilt werden und zum anderen die Gehäusekonstruktion an sich schon stabiler ist als dies ein mittig angeordneter scheibenförmiger Planetenträger aus Blech ist. Der Bauraum, der umfangseitig zwischen den einzelnen Lagerstellen für stützendes Material zur Verfügung stehen muss, ist gering. Der für einen mittig angeordneten Planetenträger benötigte axiale Bauraum entfällt durch die Lagerung im Gehäuse. Die Verzahnung kann um diesen Betrag zusätzlich breiter ausgeführt werden. Damit kann auch wieder der Berührradius verringert und auf die steifere Anordnung und somit gegen Verformungen weniger anfälliger Konstruktion wie die nach
2 mit dem Eingriff der Planetenräder in Sonnenräder zurückgegriffen werden. Die Herstellung des Planetentriebs ist kostengünstiger, da die aufwändige Herstellung der Hohlräder entfällt. Aufwändig ist zum Beispiel die Innenbearbeitung der Innenverzahnung. - Sowohl die Gehäuseabschnitte, als auch die Sonnenräder sind auf einer gemeinsamen Drehachse des Differenzials koaxial zueinander angeordnet. Die Sonnenräder sind um die Drehachse wahlweise mit Gleitlagerungen oder mit Wälzlagerungen in dem Gehäuse drehbar gelagert. Das Gehäuse selbst ist gegenüber der Umgebungskonstruktion um die Drehachse vorzugsweise wälzgelagert, kann aber auch gleitgelagert sein.
- (1) Das Gehäuse ist durch einen topfförmigen Gehäuseabschnitt und einen scheibenförmigen Abschnitt gebildet.
- (2) Sowohl der topfförmige Gehäuseabschnitt und der scheibenförmige Abschnitt sind vorzugsweise Kaltumformteile, z. B. Zieh- und Stanzteile aus dünnem Blech, in die die Aufnahmen für die Planetenräder und auch für die Differenzglieder eingebracht sind. Derartige Bauteile lassen sich kostengünstig herstellen.
- (3) Alternativ dazu ist das zweiteilige Gehäuse aus zwei vorzugsweise identischen Gehäuseabschnitten gebildet, die beide topfförmig sind und beide Flansche zur Befestigung aneinander aufweisen.
- (4) Die Flansche weisen Durchgangslöcher auf, durch die Schraubenelemente wie Stehbolzen oder Schrauben hindurch greifen.
- (5) An einem der Gehäuseabschnitte sind anstelle der Durchgangslöcher umfangsseitig zylindrische Führungszapfen ausgebildet. Die vorzugsweise innen hohlzylindrischen Führungszapfen stehen axial aus dem Flansch hervor.
- (6) Jeder Führungszapfen steckt jeweils in einem Durchgangsloch eines Lochflansches an dem anderen der Gehäuseabschnitte. Die im Querschnitt betrachtete Innenkontur des Durchgangsloches in dem Lochflansch korrespondiert passgenau mit der Außenkontur des Führungszapfens.
- (7) Der eine Gehäuseabschnitt sitzt mit dem Lochflansch auf dem Führungszapfen und ist auf diesem zentriert.
- (8) Ein Verbindungselement greift vorzugsweise in den längs durch den Führungszapfen hindurch entweder in ein Gewinde in dem Antriebsrad hinein oder ist alternativ verschraubt bzw. vernietet. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Schraub- oder Nietverbindung auch separat zu den Führungszapfen an anderer Stelle angeordnet sein.
- (9) Die Durchgangslöcher oder Zapfen einer Flanschverbindung sind entweder auf einem gemeinsamen Lochkreis oder einzeln auf sich voneinander im Durchmesser unterscheidenden Lochkreisen angeordnet.
- (10) Der kleinste Lochkreis für Durchgangslöcher oder Zapfen einer Flanschverbindung ist größer als der größte Hüllkreis der radial am weitesten von der Drehachsen entfernten Planetenräder.
- (11) Alternativ dazu ist der Durchmesser des größten Lochkreises immer noch kleiner als der größte Hüllkreis um die Planetenräder, d. h. die Löcher der Flanschverbindung sind ganz oder teilweise umfangsseitig zwischen den einzelnen Planetenpaaren innerhalb des Hüllkreises Ausgebildet.
- Der Lochkreis ist ein gedachter Kreis, dessen Zentrum von der Drehachse senkrecht durchstoßen wird und auf dessen Kreislinie die parallel zur Drehachse ausgerichtete Mittelachse mindestens eines der Durchgangslöcher der Flanschverbindung liegt. In einer Flanschverbindung sind zumeist mehrere Mittellinien von Durchgangslöchern auf einem gemeinsamen Lochkreis angeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, dass umfangsseitig zueinander benachbarte der Durchgangslöcher einer Flanschverbindung mit unterschiedlichen radiale in Abständen zur Drehachse in dem Flansch eingebracht sind, so dass diese zwangsläufig unterschiedliche Lochkreise zueinander aufweisen.
- Der Hüllkreis um die Planetenräder ist ein gedachter Kreis, dessen Zentrum senkrecht von der Drehachse durchstoßen wird und der außen um die umfangsseitig zueinander beabstandeten Planetenräder gelegt ist. Dabei umfasst der Hüllkreis mindestens zwei umfangsseitig zueinander benachbarte Planetenräder, deren Bolzenachsen radial gleich weit von der Drehachse entfernt sind. Der größte Hüllkreis ist demnach der Hüllkreis, der die Planetenräder außen umfasst, die radial am weitesten von der Drehachse entfernt sind.
- Gehäuseabschnitte mit den Merkmalen (5) bis (11) sind über die Zapfenführung, insbesondere umfangsseitig, aneinander abgestützt, so dass die Schraubverbindung von umfangsseitigen Belastungen aus Drehmomenten (Scherbeanspruchung) frei ist. Die Anzahl der Befestigungselemente, wie Schraubenelemente oder Nieten kann reduziert werden.
- An Gehäusen nach dem Merkmal (11) wird umfangsseitig zwischen den einzelnen Paaren der Planetenräder Bauraum für die Verbindung der Gehäuseabschnitte genutzt. Die Verbindung der Gehäuseabschnitte untereinander wird steifer, so dass das ganze Differenzial steifer und weniger anfällig gegen Verformungen und Verlagerungen ist. Außerdem wird unter Umständen weniger radialer Bauraum für das Antriebsrad bzw. für seine Befestigung am Gehäuse benötigt, da die Befestigung radial nach innen zumindest teilweise zwischen die Planeten verlagert wurde.
- Weitere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen das Antriebsrad und dessen Befestigung auf dem Gehäuse gemäß nachfolgender Merkmale und beliebigen sinnvollen Kombinationen dieser:
- i. Das Antriebsrad ist vorzugsweise ein Stirnrad mit Stirnverzahnung beliebigen Typs alle denkbaren Ausführungen.
- ii. Das Antriebsrad ist alternativ ein Zahnring, der mit seinem Innenumfang zumindest teilweise auf einem außenkonische oder außenzylindrischen Abschnitt, vorzugsweise dem topfförmige Gehäuseabschnitt, sitzt.
- iii. Der Zahnring ist axial an dem Radialflansch abgestützt.
- iv. Der Sitz ist entweder mit einer Spielpassung, Übergangspassung oder Presspassung ausgeführt beziehungsweise durch die konische Verbindung selbst gehemmt.
- v. Der Zahnring ist alternativ oder zusätzlich zu den vorgenannten Merkmalen iii. bis iv. auf dem Gehäuse durch Stoffschluss wie Schweißen befestigt beziehungsweise mittels einer Schraubverbindung gesichert.
- vi. Die Schraubverbindung ist vorzugsweise gleichzeitig für die Verbindung der beiden Gehäuseteile miteinander vorgesehen.
- vii. Der Zahnring weist alternativ zu der zuvor mit den Merkmalen i. bis vi. beschriebenen Variante zwei sich im Durchmesser voneinander unterscheidende Innenumfangsflächen auf.
- viii. Die Innenumfangsfläche mit dem größeren Innendurchmesser sitzt auf mindestens einem Radialflansch eines der Gehäuseabschnitte.
- ix. Die Innenumfangsfläche mit dem kleineren Innendurchmesser sitzt auf einem der Gehäuseabschnitte.
- x. Der Zahnring stützt sich mit einer zwischen den beiden Innenumfangsflächen radial ausgerichteten Kreisringfläche an einem Radialflansch ab.
- xi. Von der Kreisringfläche gehen axial Gewindebohrungen mit Innengewinde aus, in die entweder jeweils ein Stehbolzen oder eine Schraube zur Befestigung des Zahnrings an dem Gehäuse und/oder zur Befestigung der Gehäuseabschnitte aneinander eingeschraubt ist.
- xii. Für alle zuvor genannten Ausführungen sind alternativ an einem der Gehäuseabschnitte oder wechselseitig an beiden Gehäuseabschnitten anstelle der Durchgangslöcher umfangsseitig zylindrische Führungszapfen angeordnet. Die innen hohlzylindrischen Führungszapfen stehen axial aus dem Flansch in Richtung des anderen Gehäuseabschnitts hervor.
- xiii. Jeder Führungszapfen greift jeweils in ein Durchgangsloch eines gegenüberliegenden Lochflansches an dem anderen Gehäuseabschnitt ein. Die Außenkontur des Führungszapfens korrespondiert so mit der Innenkontur des Durchgangsloches, dass der Führungszapfen eng in dem Durchgangsloch geführt ist. Der Gehäuseabschnitt ist über mehrere am Umfang verteilte der Führungszapfen in den Durchgangslöchern des anderen Gehäuseabschnitts zur Drehachse und zu dem anderen Ge häuseabschnitt konzentrisch zentriert.
- xiv. An dem Antriebsrad ist ein weiterer Führungszapfen ausgebildet. Der weitere Führungszapfen ist zumindest in seiner Außenkontur zu dem Führungszapfen am Gehäuseabschnitt identisch und greift von der anderen Seite axial in das Durchgangsloch ein. Das Antriebsrad ist über mehrere am Umfang verteilte der weiteren Führungszapfen in den Durchgangslöchern zur Drehachse und zu dem Gehäuse konzentrisch zentriert. Jeweils ein Befestigungsmittel durchgreift die hohlen Führungszapfen und hält die Elemente axial aneinander.
- xv. Jeder Führungszapfen greift jeweils durch ein Durchgangsloch eines Lochflansches an dem anderen der Gehäuseabschnitte hindurch in ein Führungsloch des Zahnrings ein. Die im Querschnitt betrachtete Innenkontur des Führungslochs in dem Zahnring korrespondiert passgenau mit der Außenkontur des Führungszapfens. Zahnring und Gehäuse sind zueinander konzentrisch zur Drehachse zentriert.
- xvi. In dem Führungsloch folgt auf den Führungsabschnitten ein Innengewinde oder ein Durchgangsloch für die axiale Befestigung der Gehäuseabschnitte mit dem Zahnring mittels Schraub- oder Nietverbindung.
- xvii. Der Führungszapfen ist einteilig mit dem Flansch des betreffenden Gehäuseabschnitts aus dessen Material ausgebildet.
- xviii. Der Führungszapfen ist eine separate Hülse, die vorzugsweise mittels Presssitz und/oder Stoffschluss an dem Flansch des betreffenden Gehäuseabschnitts befestigt ist.
- In das Antriebsrad eingeleitete Drehmomente werden von dem Antriebsrad über die Führungszapfen direkt an die Gehäuseabschnitte weitergegeben, ohne dass die Verbindungselemente durch Scherkräfte belastet sind. Die Differenziale sind auch deshalb mit wesentlich höheren Drehmomenten belastbar.
- Weitere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen nachfolgend beschriebene Ausführungen der Sonnenräder:
- I. Die Sonnenräder sind hinsichtlich ihrer Gestalt vorzugsweise Gleichteile.
- II. Die Sonnenräder sind aus zwei hohlzylindrischen Abschnitten gebildet, die sich in ihren radialen Außenabmessungen voneinander unterscheiden.
- III. Der hohlzylindrische Abschnitt mit den radial größeren Außenabmessungen weist stirnseitig umlaufend eine Verzahnung für den Eingriff in Planetenräder auf.
- IV. Die Sonnenräder sind jeweils mit einer Flanke in Längsrichtung axial an jeweils einem Gehäuseabschnitt mittels Gleitlagerung oder Wälzlagerung um die Drehachse des Stirnraddifferenzials drehbar gelagert. Die Flanke erstreckt sich radial zwischen der Außenverzahnung und dem hohlzylindrischen Abschnitt mit den radial kleineren Außenabmessungen.
- V. Jedes der Sonnenräder ist radial jeweils in einer hohlzylindrischen Aufnahme eines der Gehäuseabschnitte mittels Gleit- oder Wälzlagerung um die Drehachse des Stirnraddifferenzials drehbar gelagert.
- VI. Die Sonnenräder sind Gleichteile, d. h., ihre Konstruktion und Abmessungen sind gleich.
- VII. Die Sonnenräder sind einteilig ausgebildet.
- VIII. Die Sonnenräder sind alternativ zu Merkmal VII zusammengesetzte Bauelemente aus einem Zahnring auf einem Grundkörper, wobei der Zahnring vorzugsweise der Abschnitt mit dem größeren radialen Abmessungen und der Grundkörper der hohlzylindrische Zahnring mit den kleineren radialen Abmessungen ist.
- IX. In die Sonnenräder sind alternativ und/oder gleichzeitig zu den Merkmalen I bis VIII Elemente von Antriebsgelenken, beispielsweise die Glocken (Außengehäuse) mit Laufbahnen, für z. B. Tripoderollen, integriert.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Gattungsbildender Stand der Technik ist auch anhand der
1 und2 im Kapitel Gebiet der Erfindung am Anfang dieses Dokuments und Ausführungsbeispiele der Erfindung sind ab3 wie folgt beschrieben: -
1 zeigt das Prinzip eines Stirnraddifferenzials des der Erfindung zu Grunde liegenden Standes der Technik, bei dem die Differenzglieder Hohlräder sind, schematisch, -
2 zeigt das Prinzip eines Stirnraddifferenzials des der Erfindung zu Grunde liegenden Standes der Technik, bei dem die Differenzglieder Sonnenräder sind, schematisch, -
3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferenzials, längs entlang der Drehachse geschnitten dargestellt, -
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferenzials, längs entlang der Drehachse geschnitten dargestellt, -
5 die Anordnung von fünf Planetensätzen in erfindungsgemäßen Stirnraddifferenzialen, wobei die rechte Seite des Differenzials dargestellt ist, -
6 das Detail Z, die Anordnung eines Paares von Planetenrädern im Stirnraddifferential, aus den3 und4 nicht maßstäblich und vergrößert, -
6a ein Ausführungsbeispiel eines Planetenrads, als Einzelteil dargestellt, -
6b ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Planetenrads, als Einzelteil dargestellt -
7 das Planetenpaar nach6 entlang der Linie VII-VII quer geschnitten, -
8 das Planetenpaar nach6 entlang der Linie VIII-VIII quer geschnitten, -
9 das Planetenpaar nach6 entlang der Linie IX-IX quer geschnitten, -
10 einen Längsschnitt durch ein Planetenrad des Planetenpaares aus6 , geschnitten entlang der Linie X-X in9 , -
11 einen Längsschnitt durch das andere Planetenrad das Planetenpaar was aus6 , geschnitten entlang der Linie XI-XI in9 , -
12 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferenzials, längs entlang der Drehachse geschnitten dargestellt, dessen Aufbau im wesentlichen der Stirnraddifferenzials nach4 entspricht, dessen Sonnenräder jedoch gleichzeitig als Außenteile von Antriebsgelenken ausgebildet sind, -
13 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferenzials, längs entlang der Drehachse geschnitten dargestellt, -
14 die Verbindung der Gehäuseabschnitte mit dem Antriebsrad anhand des Details X aus den4 ,12 und13 vergrößert und nicht maßstäblich, -
15 das Detail X aus den4 ,12 und13 vergrößert und nicht maßstäblich mit einer zu der nach14 alternativ gestalteten Verbindung, -
16 eine Frontalansicht des Stirnraddifferenzials nach13 und -
17 das Detail X aus den4 ,12 und13 vergrößert und nicht maßstäblich mit einer zu der nach14 weiteren alternativ gestalteten Verbindung. - Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
-
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferenzials18 . Das Stirnraddifferenzial18 weist ein Antriebsrad19 auf, das ein ringförmiges Stirnrad ist. Weiterhin ist das Stirnraddifferenzial18 in einem zweiteiligen Gehäuse20 zusammengefasst. Das Gehäuse20 ist die Summenwelle50 . In dem Gehäuse20 sind fünf Paare Planetenräder21 und22 aufgenommen. Die Planetenräder21 und22 stehen im Eingriff mit Sonnenrädern23 und24 . Die Sonnenräder23 und24 sind die Abtriebsräder6 und7 und somit die Differenzglieder des Planetentriebs. Die Abtriebsräder6 und7 sind separat zueinander um die Drehachse4 drehbar in dem Gehäuse20 gelagert und sind mit nicht dargestellten Gelenkwellen verbunden. Die Anordnung der Summenwelle und der Differenzwellen entspricht der nach2 . - Das Gehäuse
20 ist durch einen topfförmigen Gehäuseabschnitt27 und einen scheibenförmigen Abschnitt28 gebildet. Sowohl der topfförmige Gehäuseabschnitt27 und der scheibenförmige Abschnitt28 sind vorzugsweise Kaltumformteile, z. B. Zieh- und Stanzteile aus dünnem Blech. Jeder der Gehäuseabschnitte27 und28 weist Aufnahmen31 und32 für Planetenbolzen29 und30 auf. - Der topfförmige Gehäuseabschnitt
27 ist mit einem Radialflansch33 versehen. Das Antriebsrad19 ist auf den hohlzylindrischen Abschnitt25 aufgesetzt oder alternativ aufgepresst. Der Radialflansch33 kann beim Aufpressen als Axialanschlag dienen. Das zahnringförmige Antriebsrad19 liegt axial an dem Radialflansch33 an. In das Antriebsrad19 sind in axiale Gewindebohrungen Innengewinde46 eingebracht. Der Lochkreis mit dem Durchmesser DL, auf dem die Innengewinde46 angeordnet sind und die Teilung, mit der die Innengewinde46 umfangsseitig zueinander benachbart sind, sind identisch zu dem Lochkreis in den gleichen Durchmesser DL und der Teilung, mit dem in dem Radialflansch33 und in dem scheibenförmigen Abschnitt27 Durchgangslöcher35 für Schrauben34 angeordnet und umfangsseitig zueinander benachbart sind (siehe auch4 und5 ). Die Durchgangslöcher35 der Flanschverbindung und das jeweilige dazugehörige Innengewinde46 sind für eine Steckschraubverbindung mit jeweils einer Schraube45 oder mit einem Stehbolzen zueinander ausgerichtet. Der Durchmesser DL des Lochkreise ist größer als der Durchmesser DP des gedachten Hüllkreises, der außen alle Planetenräder21 und22 umgibt. - Jedes der Planetenräder
21 und22 ist separat auf dem Planetenbolzen29 bzw.30 gleit- oder wälzgelagert. Die Planetenräder21 und22 eines Paares stehen über die verzahnten Abschnitte37 miteinander im Zahneingriff. Jedes der Planetenräder21 und22 eines Paares kämmt außerdem jeweils mit einem anderen der zwei als Sonnenrad23 und24 ausgebildeten Abtriebsräder6 bzw.7 als das andere Planetenrad21 bzw.22 des gleichen Paares. - In
4 ist ein Stirnraddifferential53 mit einem zweiteiligen Gehäuse54 gezeigt, dessen Gehäuseabschnitte55 sich von dem Gehäuse20 des Stirnraddifferenzials18 unterscheiden und das mit einer zum Stirnraddifferential18 vergleichsweise anderen Aufnahme bzw. Befestigung eines Antriebsrads56 versehen ist. Die Ausführung und Anordnung der Planetenräder21 und22 auf Planetenbolzen29 beziehungsweise30 sowie der Zahneingriff in Sonnenräder23 und24 sind mit dem Stirnraddifferential18 vergleichbar. - Die Gehäuseabschnitte
55 des Stirnraddifferenzials53 sind topfförmig ausgebildete und kalt geformte Teile aus Blech sowie zueinander identisch gestaltet. In den Gehäuseabschnitten55 sind die Aufnahmen31 bzw.32 für die Planetenbolzen29 oder30 ausgebildet. Bei der Gehäuseabschnitte55 sind jeweils mit einem Radialflansch33 versehen, in dem Durchgangslöcher35 für Befestigungselemente eingebracht sind. - Das Antriebsrad
56 ist ein Zahnring, der zwei sich im Durchmesser voneinander unterscheidende Innenumfangsflächen57 und58 aufweist. Die Innenumfangsfläche57 mit dem größeren Innendurchmesser sitzt auf mindestens einem Radialflansch33 eines der Gehäuseabschnitte55 , ist jedoch vorzugsweise auf beiden der Gehäuseabschnitte55 zur Drehachse4 zentriert und geführt. Die Innenumfangsfläche58 mit dem kleineren Innendurchmesser sitzt entweder auf den hohlzylindrischen Abschnitt25 oder ist durch einen Radialspalt von diesem getrennt. Der Zahnring stützt sich mit einer Kreisringfläche an einem Radialflansch33 ab. Die Kreisringfläche59 ist radial zwischen den beiden Innenumfangsflächen57 und58 ausgerichteten. - Von der Kreisringfläche
59 gehen axial Gewindebohrungen mit jeweils einem Innengewinde46 oder Durchgangsbohrungen für Niete beziehungsweise Führungshülsen aus, in die in diesem Fall eine Schraube34 zur Befestigung des Antriebsrads56 an dem Gehäuse54 und zur Befestigung der Gehäuseabschnitte55 aneinander eingeschraubt ist. Die Lochkreisdurchmesser DL für die Innengewinde46 und Durchgangslöcher35 ist gleich und ist größer als der Hüllkreisdurchmesser DP, der die Planeten radial am weitesten außen ange ordneten Planetenräder21 ,22 umgibt. - Die Sonnenräder
23 und24 sind axial in die Längsrichtung nach außen jeweils mittels einer Gleitscheibe26 an dem jeweiligen Gehäuse20 beziehungsweise54 abgestützt. In radialer Richtung sind die Sonnenräder23 und24 ebenfalls gleitgelagert. - Die Gestaltung und die Anordnung der Planetenräder
21 und22 sowie der Zahneingriff dieser miteinander und in die Sonnenräder23 und24 ist in den5 bis11 gezeigt. Die nachfolgend beschriebenen Anordnungen sind in den Stirnraddifferenzialen18 ,53 ,62 und65 gleich ausgebildet, so dass die Beschreibungen der6 bis11 auch für die Stirnraddifferenziale62 und65 zutreffen. -
5 zeigt die Gesamtansicht des geöffneten Stirnraddifferenzials18 beziehungsweise53 , wobei in5 die rechte Seite des Differenzials mit dem Sonnenrad24 ohne Gehäuse20 beziehungsweise54 dargestellt ist. Es sind fünf Paare der Planetenräder21 und22 umfangsseitig angeordnet. -
6 zeigt das Detail Z nach3 und4 und auch den Verzahnungseingriff der Planetenräder21 und22 in die Außenverzahnung51 beziehungsweise52 der Sonnenräder69 ,70 des Stirnradgetriebes66 nach den13 und16 . Die Planetenräder21 und22 sind identisch zueinander ausgebildet und sind abgesetzt gestaltet.6a und6b zeigen jeweils ein Planetenrad21 beziehungsweise22 als Einzelteil entweder mit Geradverzahnung oder mit Schrägverzahnung. Sie weisen einen vorwiegend zylindrisch ausgebildeten nicht verzahnten Abschnitt43 auf, dessen Außendurchmesser DA geringer ist als der Außendurchmesser verzahnten Abschnitts37 am Kopfkreis DK. Der verzahnungsfreie Abschnitt43 und der verzahnte Abschnitt37 sind unmittelbar zueinander benachbart. Der Außendurchmesser DA des nicht verzahnten Abschnitts43 ist vorzugsweise auch kleiner als der Fußkreisdurchmesser FK der Verzahnung des verzahnten Abschnitts37 . - Die Planetenräder
21 und22 eines Paares sind so auf dem Planetenbolzen29 und30 angeordnet, dass die nicht verzahnten Abschnitte43 der Planetenräder21 ,22 längs in entgegengesetzte Richtung weisen (siehe5 ). Die Stirnseiten42 der nicht verzahnten Abschnitte43 weisen jeweils längs nach außen, vorzugsweise zu den Aufnahmen31 ,32 für die Planetenbolzen29 und30 im Gehäuse20 bzw.55 hin. - Jedes der Planetenräder
21 ,22 eines Paares greift jeweils mit einem in Längsrichtung am Planetenrad21 ,22 außen liegenden Teilabschnitt44 seines verzahnten Abschnitts37 in die Verzahnung eines anderen Abtriebrads6 ,7 des Differenzials ein. In diesem ist die Verzahnung der Abtriebsräder6 und7 eine Außenverzahnung51 beziehungsweise52 an den Sonnenrädern23 und24 . - Der außen liegende Teilabschnitt
44 (äußerer Teilabschnitt) erstreckt sich gleichgerichtet mit der Bolzenachse29 , von einem Ende des Planetenrades21 bzw.22 aus bis an einen, in Längsrichtung betrachtet, innen liegenden Teilabschnitt48 (mittlerer Teilabschnitt) des verzahnten Abschnitts37 (siehe auch6b ). In6 ist das Planetenrad21 geschnitten im Vordergrund dargestellt. Von dem Planetenrad22 ist nur der außen liegende Teilabschnitt44 durch die Umfangslücke49 hindurch zu erkennen. Die Umfangslücke49 umgibt in dieser Ansicht den nicht verzahnten Abschnitt43 des Planetenrades21 . Der außen liegende verzahnte Teilabschnitt44 ist in etwa so breit wie der radiale Absatz60 mit Außenverzahnung51 beziehungsweise52 und muss nur so breit sein, wie die Außenverzahnung51 längs breit ist. Der mittlere verzahnte Teilabschnitt48 ist so breit wie der axiale Abstand zwischen den radialen Absätzen60 der Sonnenräder23 und24 . Wie insbesondere aus den Darstellungen der6b ,10 und11 zu entnehmen ist, ist der Anteil eines jeden Abschnitts an der Gesamtbreite des jeweiligen Planetenrades21 oder22 in etwa 1/3. Die Breite des äußeren Teilabschnitts44 , mit dem das jeweilige Planetenrad21 bzw.22 in die Außenverzahnung51 beziehungsweise52 des Differenzglieds eingreift, ist in diesem Fall in Längsrichtung die halbe Breite der Verzahnung des verzahnten Abschnitts37 . -
7 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie VII-VII in6 und damit eine Darstellung des Zahneingriffs an der in6 rechten Seite des jeweiligen Stirnraddifferenzials18 bzw.53 . Das Planetenrad22 ist mit dem außen liegenden Teilabschnitt44 mit der Außenverzahnung52 des Sonnenrads24 ,70 verzahnt. Der Zahneingriff ist noch einmal in einer an anderen Ansicht in11 dargestellt. Der nicht verzahnte Abschnitt43 des Planetenrades21 steht rechts in6 mit dem Sonnenrad24 nicht im Eingriff. Die Außenverzahnung52 des Sonnenrads24 ,70 taucht an dieser Stelle in den durch die Umfangslücke49 entstandenen Freiraum so ein, dass die Außenverzahnung52 den nicht verzahnten Abschnitt43 gerade noch nicht berührt. -
8 zeigt einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in6 und damit eine Darstellung des Zahneingriffs an der linken Seite des Stirnraddifferenzials18 beziehungsweise53 nach6 . Das Planetenrad21 kämmt mit dem außen liegenden Teilabschnitt44 mit der Außenverzahnung51 des Sonnenrads23 ,69 . Der Zahneingriff des Planetenrads21 ist noch einmal in10 dargestellt. Der nicht verzahnte Abschnitt43 des Planetenrad22 steht links in6 mit dem Sonnenrad23 nicht im Eingriff. Die Außenverzahnung51 des Sonnenrads23 ,69 taucht an dieser Stelle in den durch die Umfangslücke49 entstandenen Freiraum so ein, dass die Außenverzahnung51 den nicht verzahnten Abschnitt43 gerade noch nicht berührt. -
9 zeigt einen Schnitt entlang der Linie IX-IX in6 und damit eine Darstellung des Zahneingriffs im mittleren Bereich des jeweiligen Stirnraddifferenzials18 beziehungsweise53 nach6 . Es ist dargestellt, wie die innen liegenden verzahnten Teilabschnitte48 der Planetenräder21 und22 eines Paares miteinander kämmen. In der Darstellung ist zwar auch das Sonnenrad24 ,70 zu sehen, es steht jedoch nicht mit den Teilabschnitten48 im Zahneingriff. Das Sonnenrad24 ist in dieser Darstellung in die Bildebene senkrecht hinein nach den verzahnten Teilabschnitten48 angeordnet. Der mittlere Teilabschnitt48 ist in Längsrichtung zwischen dem äußeren Teilabschnitt44 des mit Zähnen versehenen Abschnitts37 und dem Abschnitt43 ohne Zähne ausgebildet (siehe auch6a ). - Die Sonnenräder
23 und24 sind hinsichtlich ihrer Gestalt vorzugsweise Gleichteile und aus zwei hohlzylindrischen Abschnitten gebildet, die sich in ihren radialen Außenabmessungen voneinander unterscheiden (3 und4 ). Der in Durchmessern kleinere hohlzylindrische Abschnitt ist der Grundkörper61 . Der radiale Absatz60 mit Außenverzahnung51 beziehungsweise52 ist ein hohlzylindrischer Abschnitt mit einem größeren Außendurchmesser als der Grundkörper61 . Der radiale Absatz60 ist einteilig mit dem Grundkörper61 ausgebildet. - Das Stirnraddifferential
62 nach12 ist, wie das in4 und folgende Zeichnungen gezeigte Stirnraddifferential53 aufgebaut, weist jedoch anders gestaltete Sonnenräder63 und64 auf. Die Sonnenräder63 und64 weisen gleichzeitig Elemente65 von Abtriebswellen (Differenzglieder) auf. In diesem Fall ist das Sonnenrad gleichzeitig das Gehäuse (Gelenkglocke) eines nicht weiter dargestellten Gleichlaufgelenks. Die Elemente65 sind die Laufbahnen für Tripoderollen. - Das Stirnraddifferential
66 nach13 ist mit einem Antriebsrad67 versehen und weist ein zweiteiliges Gehäuse68 auf. In dem Gehäuse68 sind die Planetenräder21 und22 paarweise angeordnet. Wie aus16 ersichtlich ist, weist das Stirnraddifferential66 vier Stück der Paare auf. Die Planetenräder21 und22 stehen gemäß dem zuvor schon mit den6 bis11 gezeigten Prinzip im Zahneingriff mit Verzahnungen51 beziehungsweise52 an Sonnenrädern69 und70 . Der einzige Unterschied ist die Anzahl der Planetensätze, die an dem Stirnraddifferential66 vier und an dem Stirnraddifferential53 bzw.18 fünf ist. - Die Sonnenräder
69 und70 sind Gleichteile. Jedes Sonnenrad69 beziehungsweise70 ist zweiteilig aus einem hohlzylindrischen Abschnitt71 und einem hohlzylindrischen Abschnitt72 gebildet. Die radialen Abmessungen des hohlzylindrischen Abschnitts71 sind kleiner als die radialen Abmessungen des hohlzylindrischen Abschnitts72 . Der hohlzylindrische Abschnitt72 ist ein Zahnring entweder mit Außenverzahnung51 oder52 . Der Zahnring ist auf den hohlzylindrischen Abschnitt71 aufgepresst und/oder in anderer geeigneter Weise form-, kraft- und/oder stoffschlüssig befestigt. An dem jeweiligen Sonnenrad69 beziehungsweise70 sind Laufbahnen für Wälzlager73 und74 ausgebildet. Das Wälzlager73 ist für die axiale Lagerung des jeweiligen Sonnenrades69 beziehungsweise70 und das Wälzlager74 ist ein Radiallager. - Das Gehäuse
68 ist aus zwei zueinander identischen Gehäuseabschnitten75 gebildet. Die Gehäuseabschnitte75 sind im wesentlichen topfförmig ausgebildet und mit einem Radialflansch77 versehen. Der Topf76 des jeweiligen Gehäuseabschnitts75 ist am Umfang an mehreren Stellen nach innen in Richtung der Drehachse4 eingeformt, so dass jeweils zwischen zwei umfangsseitig zueinander benachbarten Paaren aus Planetenrädern21 und22 radiale Einzüge78 am Topf76 entstehen. Die Form des Topfes76 erinnert in der Ansicht nach16 an ein vierblättriges Kleeblatt. Der Radialflansch77 erstreckt sich in Richtung der Drehachse4 bis in die Einzüge78 und weist dort die Durchgangslöcher35 für die Befestigung der Gehäuseabschnitte75 aneinander und für die Befestigung des Antriebsrads67 an dem Gehäuse68 auf. Befestigungselemente wie Schrauben45 sind zumindest teilweise umfangsseitig zwischen zwei benachbarten Paaren aus Planetenrädern21 und22 angeordnet. - Für alle zuvor genannten Ausführungen der Befestigung der Gehäuseabschnitte
55 bzw.75 aneinander sind alternativ an einem der Gehäuseabschnitte55 bzw. oder wechselseitig an beiden Gehäuseabschnitten55 bzw.75 anstelle der Durchgangslöcher35 umfangsseitig zylindrische Führungszapfen79 ,80 und81 angeordnet. Derartige Verbindungen sind in den14 ,15 und17 dargestellt und nachfolgend beschrieben. Die14 ,15 und17 sind vergrößerte und nicht maßstäbliche Darstellungen der Details X der Stirnraddifferentiale18 ,53 und66 . Die bevorzugt innen hohlzylindrischen Führungszapfen79 ,80 ,81 stehen axial aus dem Flansch in Richtung des anderen Gehäuseabschnitts hervor. -
14 zeigt einen stanzgezogenen Führungszapfen79 , dessen axiale Dicke im wesentlichen der Blechdicke des Radialflansches33 beziehungsweise77 entspricht. Es sind mehrere der Führungszapfen umfangsseitig des Gehäuseabschnitts75 beziehungsweise55 angeordnet. Der Führungszapfen79 ist einteilig mit dem Radialflansch33 bzw.77 des betreffenden Gehäuseabschnitts75 bzw.55 und aus dessen Material ausgebildet. - Jeder der Führungszapfen
79 ragt in etwa bis zur Hälfte in ein Durchgangsloch35 des gegenüberliegenden Radialflansches33 hinein. In die andere Hälfte des Durchgangsloches35 ragt ein weiterer Führungszapfen82 hinein, der an einem der Antriebsräder56 ,67 ausgebildet ist. Beide Führungszapfen79 und82 sind hohl. Dem Führungszapfen82 schließt sich an der von dem Führungszapfen79 abgewandten Seite ein Durchgangsloch83 beziehungsweise eine Gewindebohrung mit Innengewinde84 an. Die Gehäuseabschnitte55 beziehungsweise75 und das jeweilige Antriebsrad sind mittels eines Befestigungselementes in diesem Fall in Form einer Schraube45 axial miteinander befestigt. - In dem mit
15 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung greift jeder Führungszapfen80 durch ein Durchgangsloch35 eines Lochflansches an dem anderen der Gehäuseabschnitte55 bzw.75 hindurch in ein Führungsloch85 des betreffenden Zahnrings ein. Der Führungszapfen80 ist gezogen und einteilig mit dem Radialflansch33 des betreffenden Gehäuseabschnitts55 bzw.75 ausgebildet. Die im Querschnitt betrachtete Innenkontur des Führungslochs85 in dem Zahnring korrespondiert passgenau mit der Außenkontur des Führungszapfens80 . Zahnring und Gehäuse20 beziehungsweise54 sind zueinander konzentrisch zur Drehachse4 zentriert. - In dem Führungsloch
85 folgt auf den Führungsabschnitt ein Innengewinde46 oder ein Durchgangsloch für die axiale Befestigung der Gehäuseabschnitte55 bzw.75 mit dem Zahnring mittels Schraub- oder Nietverbindung. - Der Führungszapfen
81 in der Darstellung nach17 ist eine separate Hülse, die in dem Radialflansch33 des betreffenden Gehäuseabschnitts55 bzw.75 befestigt ist. Jeder Führungszapfen81 greift durch ein Durchgangsloch35 eines Lochflansches an dem anderen der Gehäuseabschnitte55 bzw.75 hindurch in ein Führungsloch85 des betreffenden Zahnrings ein. Die im Querschnitt betrachtete Innenkontur des Führungslochs85 in dem Zahnring korrespondiert passgenau mit der Außenkontur des Führungszapfens81 . Zahnring und Gehäuse20 beziehungsweise54 sind zueinander konzentrisch zur Drehachse4 zentriert und mit einer Schraube45 axial aneinander befestigt. -
- 1
- Stirnraddifferenzial des gattungsbildenden Standes der Technik
- 2
- Antriebsrad
- 3
- Stirnrad
- 4
- Drehachse
- 5
- Planetenträger
- 6
- Abtriebsrad
- 7
- Abtriebsrad
- 8
- Hohlrad
- 9
- Hohlrad
- 10
- Abtriebswelle
- 11
- Abtriebswelle
- 12
- Planetenbolzen
- 13
- Planetenbolzen
- 14
- Planetenrad
- 15
- Planetenrad
- 16
- Bolzenachse
- 17
- Bolzenachse
- 18
- Stirnraddifferenzial
- 19
- Antriebsrad
- 20
- Gehäuse
- 21
- Planetenrad
- 22
- Planetenrad
- 23
- Sonnenrad
- 24
- Sonnenrad
- 25
- hohlzylindrischer Abschnitt
- 26
- Gleitscheibe
- 27
- topfförmiger Gehäuseabschnitt
- 28
- scheibenförmiger Gehäuseabschnitt
- 29
- Planetenbolzen
- 30
- Planetenbolzen
- 31
- Aufnahme für Planetenbolzen
- 32
- Aufnahme für Planetenbolzen
- 33
- Radialflansch
- 34
- Schraube
- 35
- Durchgangsloch im Radialflansch
- 36
- Stirnraddifferenzial des gattungsbildenden Standes der Technik.
- 37
- verzahnter Abschnitt des Planetenrads
- 38
- nicht vergeben
- 39
- nicht vergeben
- 40
- Sonnenrad
- 41
- Sonnenrad
- 42
- Stirnseite
- 43
- nicht verzahnter Abschnitt des Planetenrads
- 44
- äußerer Teilabschnitt des verzahnten Abschnitts
- 45
- Schraube
- 46
- Innengewinde
- 47
- nicht vergeben
- 48
- mittlerer Teilabschnitt des verzahnten Abschnitts
- 49
- Umfangslücke
- 50
- Summenwelle
- 51
- Außenverzahnung des Sonnenrads
- 52
- Außenverzahnung des Sonnenrads
- 53
- Stirnraddifferential
- 54
- Gehäuse
- 55
- Gehäuseabschnitt
- 56
- Antriebsrad
- 57
- Innenumfangsfläche mit dem größeren Innendurchmesser.
- 58
- Innenumfangsfläche mit dem kleineren Innendurchmesser
- 59
- Kreisringfläche
- 60
- radialer Absatz am Sonnenrad mit Außenverzahnung
- 61
- Grundkörper des Sonnenrads.
- 62
- Stirnraddifferential
- 63
- Sonnenrad
- 64
- Sonnenrad
- 65
- Elemente von Antriebswellen
- 66
- Stirnraddifferential
- 67
- Antriebsrad
- 68
- Gehäuse
- 69
- Sonnenrad
- 70
- Sonnenrad
- 71
- hohlzylindrische Abschnitt des Sonnenrades.
- 72
- Hohlzylindrische Abschnitt des Sonnenrades
- 73
- Wälzlager
- 74
- Wälzlager
- 75
- Gehäuseabschnitt
- 76
- Topf
- 77
- Radialflansch
- 78
- radialer Einzug im Topf
- 79
- Führungszapfen
- 80
- Führungszapfen
- 81
- Führungszapfen
- 82
- Führungszapfen
- 83
- Durchgangsloch
- 84
- Innengewinde
- 85
- Führungsloch
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0918177 A1 [0001, 0002, 0005, 0013, 0015, 0017, 0018, 0020, 0020, 0020]
- - EP 0918100770 A1 [0001]
- - EP 09918177 A1 [0022, 0024]
- - DE 19612234 A1 [0023, 0024, 0024]
Claims (6)
- Stirnraddifferential (
18 ,53 ,62 ,66 ) mit wenigstens einer Summenwelle (50 ) für die Verteilung von Drehmomenten an ein erstes Differenzglied (6 ) sowie an ein zweites Differenzglied (7 ) über mindestens drei aus jeweils einem ersten Planetenrad (21 ) und einem zweiten Planetenrad (22 ) gebildete Paare, wobei die Planetenräder (21 ,22 ) eines Paares sich so einander gegenüberliegen und wirkverbunden sind, – dass einem ersten nicht verzahnten Abschnitt (43 ) des ersten Planetenrads (21 ) umfangsseitig ein zweiter axial äußerer Teilabschnitt (44 ) eines an dem zweiten Planetenrad (22 ) ausgebildeten zweiten verzahnten Abschnitts (37 ) berührungslos gegenüberliegt, – dass einem zweiten nicht verzahnten Abschnitt (43 ) an dem zweiten Planetenrad (22 ) ein erster axial äußerer Teilabschnitt (44 ) eines an dem ersten Planetenrad (21 ) ausgebildeten ersten verzahnten Abschnitts (37 ) berührungslos gegenüberliegt, – dass axial mittlere Teilabschnitte (48 ) der verzahnten Abschnitte (37 ) beider Planetenräder (21 ,22 ) miteinander verzahnt sind, – dass jeder der mittleren Teilabschnitte (48 ) jeweils axial zwischen dem nicht verzahnten Abschnitt (43 ) und dem verzahnten äußeren Teilabschnitt (44 ) des jeweiligen Planetenrads (21 ,22 ) ausgebildet ist und – dass der äußere Teilabschnitt (44 ) des ersten Planetenrades (21 ) im Zahneingriff mit einer ersten Verzahnung (51 ) an dem ersten Differenzglied (6 ) und der äußeren Teilabschnitt (44 ) des zweiten Planetenrades (22 ) im Zahneingriff mit einer zweiten Verzahnung (52 ) an dem zweiten Differenzglied (7 ) steht. - Stirnraddifferential (
18 ,53 ,62 ,66 ) nach Anspruch 1, in dem die erste Verzahnung (51 ) dem zweiten nicht verzahnten Abschnitt (43 ) radial und berührungslos zu dem zweiten Planetenrad (22 ) gegenüberliegt. - Stirnraddifferential (
18 ,53 ,62 ,66 ) nach Anspruch 1, in dem die zweite Verzahnung (52 ) dem ersten nicht verzahnten Abschnitt (43 ) radial und berührungslos zu dem ersten Planetenrad (21 ) gegenüberliegt. - Stirnraddifferential (
18 ,53 ,62 ,66 ) nach Anspruch 1, in dem die Planetenräder (21 ,22 ) identisch zueinander ausgebildet sind. - Stirnraddifferential (
18 ,53 ,62 ,66 ) nach Anspruch 1, in dem die nicht verzahnten Abschnitte (43 ) außenzylindrisch ausgebildet sind. - Stirnraddifferential (
18 ,53 ,62 ,66 ) nach Anspruch 5, in dem der Außendurchmesser der nicht verzahnten Abschnitte (43 ) kleiner ist als der Fußkreisdurchmesser der verzahnten Abschnitte (37 ), wo bei an dem Fußkreisdurchmesser der Zahnfuß jedes der Zähne des verzahnten Abschnitts (37 ) aus dem Planetenrad (21 ,22 ) hervorgeht.
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