DE102007005730A1

DE102007005730A1 - Differential mit Drehmomentverteilung für ein Kraftfahrzeug

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Publication number: DE102007005730A1
Application number: DE102007005730A
Authority: DE
Original assignee: Tedrive Holding BV
Current assignee: Neapco Europe GmbH
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2027-02-01
Also published as: WO2008092886A2; US20100179014A1; EP2115325A2; WO2008092886A3; DE102007005730B4

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein drehmomentteilendes Differential (1) für ein Kraftfahrzeug mit zwei koaxial ausgerichteten, in Axialrichtung beabstandet angeordneten Seitendifferentialrädern (10, 10'), wobei jedes Seitendifferentialrad (10, 10') drehbar um eine gemeinsame Drehachse D gelagert ist. Das Differential besitzt zumindest zwei Ausgleichsräder (20), wobei jedes Ausgleichsrad (20) in Eingriff mit beiden Seitendifferentialrädern (10, 10') steht. Ein zwischen den Seitendifferentialrädern (10, 10') angeordneter Ausgleichsradträger (30), auf dem die Ausgleichsräder (20) drehbar gelagert sind, ist drehbar um die Drehachse D gelagert. Die Seitendifferentialräder (10, 10') sind als Kronräder ausgebildet, die verschiedene Durchmesser ihrer jeweiligen Verzahnung aufweisen. Weiterhin weisen die Ausgleichsräder (20) eine Stirnverzahnung auf, und der Ausgleichsradträger (30) stützt sich drehbar an den Seitendifferentialrädern (10, 10') ab.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Differential mit Drehmomentverteilung für ein Kraftfahrzeug, für welches die Verwendung eines drehenden Gehäuses, in welchem die Seitendifferentialräder sowie die Ausgleichsräder angeordnet sind, nicht erforderlich ist. Solche gehäuselosen Differentiale weisen ein geringeres Gewicht sowie einen geringeren Bauraum auf und sind in der Regel kostengünstiger herzustellen als Differentiale mit Gehäuse. Auch die Dynamik des Kraftfahrzeugs, in welchem ein gehäuseloses Differential eingesetzt wird, wird positiv beeinflusst, da geringere Massen gedreht bzw. gefedert werden müssen.
Aus dem Stand der Technik sind bereits einige Konstruktionen für gehäuselose Differentiale bekannt. So offenbart beispielsweise die US 6,015,362 ein gehäuseloses Differential mit einem ringförmigen Tellerrad, in welchem ein Träger zur drehbaren Lagerung von zwei Ausgleichsrädern angeordnet ist. Nachteilig an dem hier offenbarten gehäuselosen Differential ist die verhältnismäßig aufwendige Lagerung des Ausgleichsradträgers im ringförmigen Tellerrad. Weiter ist es problematisch, das hier offenbarte gehäuselose Differential so auszugestalten, dass es zur Übertragung hoher Drehmomente geeignet ist.
Aus der DE 44 41 163 A1 ist ein Differential (mit durchbrochenem Gehäuse) für ein Kraftfahrzeug bekannt, welches auf Kegelzahnrädern basiert. Bei diesem Differential ist das bei konventionellen Differentialen vorgesehene geschlossene Gehäuse ersetzt durch einen weitgehend geöffneten Träger, welcher ein tellerförmi ges Ringrad, auf dem zwei Ausgleichsräder gelagert sind, mit axial beabstandet angeordneten Kegelrollenlagern verbindet. Das hieraus bekannte Differentialgetriebe weist bereits ein verringertes Gewicht auf, jedoch erlaubt die Einführung eines geöffneten Differentialgehäuses keine wesentliche Verringerung des erforderlichen Bauraums.
Gehäuselose Differentiale, die eine Drehmomentaufteilung zwischen zwei Abtriebswellen erlauben, sind bislang nicht bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Drehmomentteilendes Differential anzugeben, welches sich insbesondere zur Verwendung als Mittendifferential für ein Kraftfahrzeug eignet und welches bei hoher Drehmomenttragfähigkeit ein vermindertes Gewicht und einen verminderten Bauraumbedarf aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Differential mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.
Ein solches Drehmomentteilendes Differential weist dabei zwei koaxial ausgerichtete, in Axialrichtung beabstandet angeordnete Seitendifferentialräder auf, wobei jedes Seitendifferentialrad unabhängig drehbar um eine gemeinsame Drehachse D gelagert ist. Weiterhin sind zumindest zwei Ausgleichsräder vorgesehen, wobei jedes Ausgleichsrad in Eingriff mit beiden Seitendifferentialrädern steht. Neben der hier beanspruchten Ausgestaltung mit zumindest zwei Ausgleichsrädern sind weitere Ausgestaltungen mit drei, vier oder auch mehr Ausgleichsrädern möglich und unter bestimmten Bedingungen auch technisch sinnvoll, insbesondere wenn eine erhöhte Drehmomenttragfähigkeit des erfindungsgemäßen drehmomentteilenden Differentials gewünscht wird.
Zwischen den Seitendifferentialrädern ist ein Ausgleichsradträger angeordnet, auf dem wiederum die Ausgleichsräder drehbar gelagert sind. Der Ausgleichsradträger selbst ist dabei drehbar um die Drehachse D gelagert.
Erfindungsgemäß sind nun die Seitendifferentialräder als Kronräder ausgebildet, deren Verzahnung voneinander verschiedene Außendurchmesser aufweist. Die stirnverzahnten Ausgleichsräder hingegen weisen im Wesentlichen identische Außendurchmesser auf.
Schließlich stützt sich der Ausgleichsradträger drehbar an den Seitendifferentialrädern ab. Die hier beanspruchte Drehlagerung des Ausgleichsradträgers auf den Seitendifferentialrädern, welche eine Drehung des Ausgleichsradträgers um die gemeinsame Achse D der Seitendifferentialräder erlaubt, kann auf verschiedene Weise technisch realisiert werden. Im Folgenden wird auf einige Ausgestaltungen noch genauer eingegangen werden. Die erfindungsgemäße Konstruktion eines drehmomentteilenden Differentials ermöglicht es bei Bedarf vollständig auf ein separat ausgebildetes Rotieren des Differentialgehäuses zu verzichten, wie es bei den aus dem Stand der Technik vorbekannten drehmomentteilenden Differentialen weit verbreitet ist. Hierdurch kann das Gewicht und der Bauraum des erfindungsgemäßen drehmomentteilenden Differential gegenüber den vorbekannten Konstruktionen deutlich vermindert werden, ohne die Drehmomenttragfähigkeit des Differentials nachteilig zu beeinflussen.
In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung bilden die Seitendifferentialräder und der Ausgleichsradträger zumindest einen Wellenstumpf und eine Ausnehmung auf, wobei die Ausnehmung komplementär zur Formgebung des Wellenstumpfs ausgebildet ist und zu dessen Aufnahme vorgesehen ist. Hierbei sind die zur Verfügung stehenden Alternativen einer Ausbildung des Wellenstumpfs an einem Seitendifferentialrad oder am Ausgleichsradträger grundsätzlich technisch gesehen gleichwertig. Für einen spezifischen Anwendungsfall mag jedoch die eine oder die andere Ausführungsform Vorteile bieten. Bevorzugt ist weiterhin, dass zwei Wellenstümpfe ausgebildet werden, so dass sich der Ausgleichsradträger an beiden Seiten Differentialrädern über jeweils einen Wellenstumpf, der jeweils in eine, jedoch nicht zwingend separat ausgebildete, Ausnehmung eingreift an den Seitendifferentialrädern abstützt.
Besondere Vorteile ergeben sich in der ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differentials, wenn sich der Ausgleichsradträger in Radialrichtung in zumindest ein Radiallager an zumindest einem Seitendifferentialrad abstützt. Dabei ist das Radiallager vorteilhaft im demjenigen Bereich angeordnet, in dem der eine Wellenstumpf in die eine Ausnehmung eingreift. Sind zwei Wellenstümpfe vorgesehen, so werden vorteilhaft zwei Radiallager vorgesehen, von denen je weils eines einem der Wellenstümpfe zugeordnet ist.
In der ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differentials ist darüber hinaus zur axialen Abstützung des Ausgleichsradträgers an den Seitendifferentialrädern zumindest ein Axiallager vorgesehen, wobei jedes dieser Axiallager bevorzugt ebenfalls in demjenigen Bereich angeordnet ist, in dem ein Wellenstumpf in die ihm zugeordnete komplementäre Ausbildung eingreift. Insbesondere kann das Axiallager dabei so dimensioniert und angeordnet sein, dass es den ihm zugeordneten Wellenstumpf unmittelbar umgreift.
In einer Ausprägung der bevorzugten ersten Ausgestaltung ist der zumindest eine Wellenstumpf einstückig mit einem Seitendifferentialrad ausgebildet, bevorzugt bilden beide Seiten Differentialräder Wellenstümpfe aus und sind einstückig mit diesen ausgebildet. Alternativ ist es auch möglich, die Seitendifferentialräder hohl auszubilden, sodass eine drehfest mit einem Seitendifferentialrad verbundene Abtriebswelle durch das ihm zugeordnete Seitendifferentialrad hindurchgreifen kann, so dass die Abtriebswelle auf derjenigen Seite des Seitendifferentialrades, welche dem Ausgleichsradträger zugewandt ist, einen Wellenstumpf ausbildet. Sind die Wellenstümpfe an den Seitendifferentialrädern ausgebildet, so werden die komplementären zugeordneten Ausnehmungen am Ausgleichsradträger ausgebildet. Insbesondere ist es hier möglich, anstelle zweier separat ausgebildeter Ausnehmungen eine einheitliche, sich durch den gesamten Ausgleichsradträger hindurch erstreckende zentrale Ausnehmung auszubilden.
In der technisch gleichwertigen Ausgestaltung, dass der zumindest eine Wellenstumpf vom Ausgleichsradträger ausgebildet ist, kann dieser von einer Welle ausgebildet werden, die drehfest mit dem Ausgleichsradträger verbunden ist. Bevorzugt werden hier wiederum zwei Wellenstümpfe ausgebildet, die beidseits des Ausgleichsradträgers angeordnet sind. Anstelle einer separat ausgebildeten Welle, die drehfest mit dem Ausgleichsradträger verbunden ist, kann der zumindest eine Wellenstumpf, können bevorzugt die zwei Wellenstümpfe auch einstückig mit dem Ausgleichsradträger ausgebildet sein.
Besondere Vorteile in Bezug auf Bauraumbedarf und Belastbarkeit ergeben sich, wenn die für die radiale Lagerung des Ausgleichsradträgers vorgesehenen Radial lager als Gleitlager oder als Nadellager ausgebildet sind.
In einer zweiten Ausgestaltung hingegen stützt sich der Ausgleichsradträger über zumindest ein Axiallager an, zumindest einem Seitendifferentialrad ab, welches einen deutlich größeren Durchmesser aufweist, sodass es im Bereich des größten Außendurchmessers des zugeordneten Seitendifferentialrades zwischen diesem und des Augleichsradträger angeordnet werden kann. Besonders bevorzugt ist hier ebenfalls wieder zwei gleich dimensionierte Axiallager der vorgenannten Art vorzusehen. Die Verwendung von Axiallagern mit großem Durchmesser erlaubt es, die Lagerdimensionierungen insgesamt zu verringern, ohne die axiale Belastbarkeit des Ausgleichsradträgers negativ zu beeinflussen.
Sieht man in der zweiten Ausgestaltung anstelle reiner Axiallager solche Lager vor, die neben einer Belastbarkeit in Axialrichtung auch eine Belastbarkeit in Radialrichtung aufweisen, so ist es möglich, auf separat ausgebildete Radiallager für die Drehlagerung des Ausgleichsradträgers auf den Seitendifferentialrädern vollständig zu verzichten. Darüber hinaus kann auf die in der ersten bevorzugten Ausgestaltung vorgesehene Kombination aus zumindest einem Wellenstumpf und zumindest einer komplementär ausgebildeten Ausnehmung, die zur Aufnahme des Wellenstumpfes vorgesehen ist, verzichtet werden. Hierdurch ergeben sich weitere Vorteile im Bezug auf das Gewicht des erfindungsgemäßen drehmomentteilenden Differentials.
Sowohl in der ersten bevorzugten Ausgestaltung als auch in der bevorzugten zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differentials ergeben sich Vorteile, wenn zur Einstellung des Zahnspiels zwischen den Seitendifferentialrädern und den Ausgleichsrädern zusätzlich zu den Axiallagern, welche zwischen den Seitendifferentialrädern und den Ausgleichsradträgern angeordnet sind, Distanzscheiben angeordnet werden. Diese Distanzscheiben können bei der Fertigung der erfindungsgemäßen drehmomentteilenden Differentialgetriebe individuell für jedes einzelne Getriebe ausgewählt werden, so dass bei jedem einzelnen hergestellten Differentialgetriebe ein optimales Zahnspiel voreingestellt wird.
Die Laufeigenschaften des erfindungsgemäßen drehmomentteilenden Differentials können einerseits optimiert werden, in dem auf die vorstehend erläuterte Weise das Zahnspiel zwischen den Seitendifferentialrädern und den Ausgleichsrädern optimal eingestellt wird. Ergänzend oder alternativ kann auch die Einleitung einer definierten Vorspannkraft hin das Differential die Laufeigenschaften des Differentials positiv beeinflussen. Hierzu wird auf die deutsche Patentanmeldung DE 10 2005 036 362 verwiesen, welche ebenfalls auf die Inhaberin der vorliegenden Anmeldung zurückgeht. In dieser Patentanmeldung sind in der 3 und 5 Konstruktionen offenbart, die es erlauben, ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Differential mit einer definierten Vorspannkraft zu beaufschlagen. Details hierzu ergeben sich aus den in Bezug genommenen Figuren sowie den sich auf diese Figur beziehenden Textstellen der genannten Anmeldung, deren Offenbarungsgehalt durch diese Bezugnahme vollumfänglich zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
Die genannte Konstruktion basiert auf Seitendifferentialrädern, die hohl ausgebildet sind, und auf einem Ausgleichsradträger, der eine zentrale Ausnehmung aufweist, sodass sich einer in Axialrichtung durch sowohl die Seitendifferentialräder als auch den Ausgleichsradträger hindurch erstreckende Bohrung ausbildet. In diese zentrale Bohrung ist eine Spannachse eingesetzt, die durch sowohl die zentrale Ausnehmung des Ausgleichsradträgers als auch durch die hohl ausgebildeten Seitendifferentialräder hindurchgreift. Die Spannachse bildet dabei an ihren beiden Enden Abstützungen aus, die zur Aufnahme der in Axialrichtung wirkenden Teilungskräfte zwischen den Seitendifferentialrädern und den Ausgleichsrädern vorgesehen sind. Durch Variation des Abstandes zwischen diesen Abstützungen kann die Kraft eingestellt werden, welche über die Spannachse in das erfindungsgemäße Differential eingeleitet wird.
Weitere Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Differentials ergeben sich aus den Unteransprüche sowie den Ausführungsbeispielen, die nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert werden. In dieser zeigen:
1: einen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Differentials,
2: eine schematische Darstellung des Differentials aus 1,
3: einen Schnitt durch eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Drehmomentteilenden Differentials,
4: einen Schnitt durch eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Differentials,
5: einen Schnitt durch eine erste Weiterentwicklung eines Differentials gemäß 1 und
6: einen Schnitt durch eine zweite Weiterentwicklung des Differentials aus 1.
1 zeigt eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Drehmomentteilenden Differentials im Schnitt entlang der gemeinsamen Drehachse D der Seitendifferentialräder 10, 10' sowie des Ausgleichsradträgers 30. Die Seitendifferentialräder 10, 10' sind als Kronräder ausgebildet, wobei der Außendurchmesser der Verzahnung 11 der Kronräder 10, 10' unterschiedlich ist. Über das Verhältnis der Außendurchmesser/der Durchmesser der Verzahnungen der Kronräder lässt sich der mit dem erfindungsgemäßen Differential 1 erzielbare Drehmomentsplit zwischen den an die Seitendifferentialräder 10, 10' angeschlossenen (nicht dargestellten) Abtriebswellen einstellen.
Die Seitendifferentialräder 10, 10' greifen in eine Mehrzahl von Ausgleichsrädern 20 ein, die auf einem Differentialstift 22 drehbar auf dem Ausgleichsradträger 30 gelagert sind. Die Ausgleichsräder 30 weisen eine Stirnverzahnung auf, in die die Verzahnung des ersten und des zweiten Seitendifferentialrad 10, 10' eingreift. Vorzugsweise sind mindestens zwei Ausgleichsräder 20 vorgesehen, die in Ausgleichsradfenstern 37 des Ausgleichsradsträgers 30 gleich verteilt über den Umfang des Ausgleichsradträgers 30 sind. Zur Aufnahme der Differentialstifte 22 sind im Ausgleichsradträger 30 sind Differentialstiftbohrungen 33 vorgesehen, die sich im Wesentlichen in Radialrichtung erstrecken. Die Differentialstifte 22 erstrecken sich quer durch die Ausgleichsradfenster 37 und greifen in Differentialstiftaufnahmen 35 ein, die im zentralen Bereich des Ausgleichsradsträgers 30 ausgebildet sind. Weiterhin bildet der Ausgleichsradsträger 30 in seinem zentralen Bereich rechtsseitig und linksseitig Wellenstümpfe 32 aus. Diese Wellen stumpfe 32 greifen in komplementär ausgebildete zylindrische Ausnehmungen 12 ein, die im ersten und im zweiten Seitendifferentialrad 10, 10' ausgebildet sind. Er bildet ein in eine zylindrische Ausnehmung 12 eingeführter Wellenstumpf 32 ein als Gleitlager ausgebildetes Radiallager 54 für den Ausgleichsradträger 30 auf den Seitendifferentialrädern 10, 10' aus. Anstelle der hier realisierten Gleitlagerung können als Radiallager 54 auch Wälzlager zum Einsatz kommen, bevorzugt ist hier die Verwendung von Nadellagern, bei denen ggf. auf die Verwendung eines Lagerrings verzichtet werden kann, so dass nur eine Lagerhülse eingesetzt wird. In diesem Fall bilden die Umfangsflächen der Wellenstümpfe 32 die Lagerflächen für die Nadeln der Wälzlager aus.
In Axialrichtung stützt sich der Ausgleichsradträger 30 über jeweils ein Axiallager 50 an dem ersten sowie dem zweiten Seitendifferentialrad 10, 10' ab. Zur Einstellung des Lagerspiels ist zwischen den Ausgleichsradträgern 30 und das erste bzw. zweite Seitendifferentialrad 10, 10' weiterhin ein für das einzelne Differential 1 selektierte Distanzscheibe 52 eingefügt. Für die Axiallagerung des Ausgleichsradträgers 30 auf den Seitendifferentialrädern 10, 10' bildet der Ausgleichsradträger 2 nach außen gerichtete ringförmige Anlageflächen 38 aus, die Seitendifferentialrad 10, 10' bilden zum Ausgleichsradträger 30 hin orientierte ringförmige Anlageflächen 14 aus. An diesen ringförmigen Anlageflächen 14, 38 liegen das Axiallager 50 sowie die Distanzscheibe 52 an.
Die Seitendifferentialrädern 10, 10' sind in einem starren Differentialgehäuse, welches in 1 nicht dargestellt ist, drehbar um ihre gemeinsame Drehachse D gelagert unter Verwendung von Lagern 40, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Schrägkugellager ausgebildet sind, die Kräfte sowohl in axialer als auch in radialer Richtung aufnehmen können. Hierzu bilden das erste und das zweite Seitendifferentialradlagersitze 42 aus, auf die der Innenring des Lagers 40 aufgeschoben wird, bis er zur Anlage an einer Anlageschulter 44 kommt, die ebenfalls von den ersten und zweiten Seitendifferentialrädern 10, 10' ausgebildet wird.
2 zeigt nochmals schematisch die relative Anordnung von Seitendifferentialrädern 10, 10', Ausgleichsrädern 20 sowie dem Ausgleichsradträger 30, welcher hier mit einer Stirnverzahnung zur Verbindung mit einer Antriebswelle dargestellt ist. 2 zeigt nochmals, dass die Ausgleichsräder 20 drehbar um eine in Radialrichtung relativ zur Drehachse D orientierte Drehachse auf dem Ausgleichsradträger 30 gelagert sind. Die Ausgleichsräder 20 sind dabei stirnverzahnt ausgeführt. In die Ausgleichsräder 20 greifen ein erstes Seitendifferentialrad 10 mit einem großen Außendurchmesser der Verzahnung ein sowie ein zweites Seitendifferentialrad 10', welches einen kleineren Außendurchmesser der Verzahnung aufweist. Beide Seitendifferentialräder 10, 10' sind dabei drehbar auf dem Ausgleichsradträger 30 gelagert. Wie bereits erwähnt kann über das Verhältnis der Durchmesser der Verzahnungen des ersten und des zweiten Seitendifferentialräder 10, 10' die mittels des erfindungsgemäßen Differentials erzielbare Drehmomentaufteilung zwischen Abtriebswellen eingestellt werden, die drehfest mit den Seitendifferentialrädern 10, 10' verbunden sind.
3 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Drehmomentteilenden Differentials, welches im Wesentlichen mit der ersten Ausgestaltung gemäß 1 übereinstimmt. Insbesondere trifft die schematische Darstellung auch auf die zweite Ausgestaltung gemäß 3 zu.
Einzig die Drehlagerung des Ausgleichsradträgers 30 auf den ersten und zweiten Seitendifferentialrädern 10, 10' ist abweichend gegenüber der ersten Ausgestaltung von 1 ausgeführt. In der zweiten Ausgestaltung gemäß 2 werden die Wellenstümpfe 32 von den ersten und zweiten Seitendifferentialrädern 10, 10' ausgebildet, wobei die Wellenstümpfe 32 in eine zentrale Bohrung 36 eingreifen, die im Zentrum des Ausgleichsradträgers 30 ausgeführt ist.
Derjenige Bereich der Außenumfangsflächen der Wellenstümpfe 32, die in Kontakt kommen mit den Innenumfangsflächen der zentralen Bohrung 36 des Ausgleichsradträgers 30 bilden dabei wiederum ein als Gleitlager ausgebildetes Radiallager für die Drehlagerung des Ausgleichsradträgers um die Drehachse D aus.
In Axialrichtung hingegen stützt sich der Ausgleichsradträger 30 im gezeigten Ausführungsbeispiel über Axiallager 50 an den Seitendifferentialrädern 10, 10' ab, wobei der Durchmesser der Axiallager 50 so bemessen ist, dass die Axiallager 50 vollständig innerhalb der Verzahnung 11 der ersten und zweiten Seitendifferentialräder 10, 10' angeordnet ist. In der gezeigten Ausführungsform werden als Axiallager Nadellager verwendet, denkbar ist aber auch die Verwendung von als Axiallager ausgebildeten Kugellagern. Werden anstelle der dargestellten Nadellager für die Lager 50 Schräglager eingesetzt, insbesondere Schrägkugellager oder Kegelrollenlager, so kann vollständig auf die als Gleitlagerung ausgeführte Radiallagerung 54 verzichtet werden. In diesem Fall ist ein mechanischer Kontakt zwischen den Wellenstümpfen 32 und den komplementären zylindrischen Ausnehmungen 12 nicht erforderlich, relevant ist nur, dass sowohl der Ausgleichsradträger 30 als auch die ersten und zweiten Seitendifferentialräder 10, 10' geeignete Lagersitze mit Anlageschultern für die Schräglager aufweisen.
4 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Drehmomentteilenden Differentials 1. Auch hier sind zwei Seitendifferentialräder 10, 10', deren Verzahnung elf unterschiedliche Außendurchmesser aufweist, drehbar um eine gemeinsame Drehachse D gelagert. Auch hier kommen für eine Drehlagerung der Seitendifferentialräder 10, 10'/Kugellager 40 zum Einsatz, mit denen die Seitendifferentialräder 10, 10' in einem feststehenden Differentialgehäuse, welches nicht gezeigt ist, gelagert werden.
Im Gegensatz zu der ersten Ausgestaltung gemäß 1 bilden in der zweiten Ausgestaltung die Seitendifferentialräder 10, 10' sowie der Ausgleichsradsträger einen Wellenstumpf und keine zugehörige komplementär ausgebildete zylindrische Ausnehmung auf. Vielmehr erfolgt die Abstützung des Ausgleichsradsträgers 30 vollständig über die Drehlagerung des Ausgleichsradsträgers 30 auf den Seitendifferentialrädern 10, 10'. Hierzu sind im gezeigten Ausführungsbeispiel/Kugellager 58 vorgesehen, die einen so großen Durchmesser aufweisen, dass sie die Verzahnung 11 der Seitendifferentialräder 10, 10' vollständig umgreifen. An ihrem jeweiligen Außenumfangs bilden sowohl das erste Seitendifferentialrad 10 als auch das zweite Differentialrad 10' jeweils einen Lagersitz 42 zur Aufnahme des Innenrings des Schräglagers 58 aus. Weiterhin bildet der Ausgleichsradträger 30 ebenfalls einen Lagersitz zur Aufnahme des Außenrings des Schräglagers aus. Da die Schräglager 58, welche beispielsweise als Schrägkugellager oder Kegelrollenlager ausgebildet sein können, eine hohe Tragfähigkeit sowohl in axialer als auch in radialer Richtung aufweisen, kann in der gezeigten zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drehmomentteilenden Differentials 1 vollständig auf die separat ausgebildeten Axiallager 50 sowie Radiallager 54 der ersten Ausgestaltung verzichtet werden. Auch die aus der ersten Ausgestal tung bekannte Abstützung über eine Kombination von Wellenstumpf und hierzu komplementär ausgebildeter zylindrischer Ausnehmung an den Seitendifferentialrädern sowie dem Ausgleichsradträgern 30 ist in der gezeigten zweiten Ausgestaltung nicht erforderlich.
Wie im Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind in der zweiten Ausgestaltung gemäß 4 die außenliegenden Innenumfangsflächen der hohl ausgebildeten Seitendifferentialrädern 10, 10' mit einer Innenverzahnung in Form von Splines 80 versehen, die zum Anschluss von Abtriebswellen vorgesehen sind.
Zur Vereinfachung ist in 4 im Gegensatz zu 1 kein Ringradflansch 90 dargestellt, welcher beispielsweise zum Anschluss eines hypoidverzahnten Tellerrads dienen kann.
5 zeigt nun eine erste Weiterentwicklung der aus 1 Vorbekannten ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drehmomentteilenden Differentials. Wesentlicher Unterschied zu der aus 1 ersichtlichen Ausführung besteht darin, dass in die Ausgleichsradfenster 37 neben den Ausgleichsrädern 20 zusätzlich Federscheiben 85 eingesetzt sind, welche ebenfalls vom Differentialstift 22 durchgriffen werden. Die Federscheiben 24 dienen dazu, die Ausgleichsräder 20 gegen Anlageflächen 26 zu drücken, welche am Ausgleichsradträger 30 in den Ausgleichsradfenstern 37 ausgebildet sind. Auf diese Weise kann eine spielfreie Lagerung der Ausgleichsräder 20 auf den Differentialstift 22 realisiert werden. Hierbei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Federscheiben 24 als konvexe Federscheibe 24 ausgebildet sind, die einen von ihrer Deformation im Wesentlichen unabhängigen Anpressdruck der Ausgleichsräder 20 auf die Anlageflächen 26 gewährleistet.
6 zeigt schließlich eine zweite Weiterentwicklung des aus 1 ersichtlichen Drehmomentteilenden Differentials, bei welchem eine Spannachse 70 vorgesehen ist, um das Differential mit einer definierten Vorspannkraft beaufschlagen zu können. Hierzu sind sowohl das erste als auch das zweite Seitendifferential 10, 10' hohl ausgeführt und bilden jeweils eine innere Anlagefläche 18 aus, die vom Ausgleichsradträger 30 wegorientiert ist. Weiterhin ist der Ausgleichsradträger 30 mit einer durchgehenden zentralen Bohrung 36 versehen, so dass sich insgesamt eine zentrale Bohrung 60 ausbildet, die das gesamte Differential 1 durchgreift. In diese zentrale Bohrung 60 ist nun eine Spannachse 70 mit einem ersten Ende 72 und einem zweiten Ende 74 eingeführt. Auf die ersten und zweiten Enden 72 und 74 sind Spannlager 76, welche als Axiallager ausgeführt sind, aufgesteckt, so dass die Spannlager 76 mit ihrem einen Lagerring zur Anlage an die innere Anlagefläche 18 der Seitendifferentialrädern 10, 10' gelangen. Unter Einfügung von Unterlegscheiben 77 sind nun auf das erste und das zweite Ende 72, 74 der Spannachse 70 Sicherungsmuttern 78 aufgeschraubt, mit denen die Spannachsen 70 insgesamt verspannt werden kann. Dabei bilden die Spannlager 76 eine Drehlagerung der ersten und zweiten Seitendifferentialrädern 10, 10' aus. Durch Variation des Anzugsmoments der Sicherungsmuttern 78 kann nun die Vorspannkraft, welche in das Differential 1 eingeleitet wird, variiert werden. Durch eine solche Vorspannung des Differentials 1 kann die Axiallast, welche von den Lagern 40 getragen werden muss, in denen die Seitendifferentialräder 10, 10' im feststehenden Differentialgehäuse gelagert sind, deutlich vermindert werden, wodurch auf kleiner dimensionierter Lager zurückgegriffen werden kann. Ebenfalls ist es möglich, die gesamte Axiallast über die Spannachse 70 aufzufangen, so dass für die Lager 40 reine Radiallager zum Einsatz kommen können.
Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf das allgemeine Konzept eines gehäuselosen Drehmomentteilenden Differentials, welches sich aus dem unabhängigen Anspruch ergibt. Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind als bevorzugte Ausführungsformen anzusehen, die Erfindung ist jedoch nicht auf diese bevorzugten Ausführungsformen beschränkt.

1: gehäuseloses Differential
10: erstes Seitendifferentialrad
10': zweites Seitendifferentialrad
11: Verzahnung
12: zylindrische Ausnehmung
14: ringförmige Anlagefläche
16: außenseitige Ausnehmung
18: innere Anlagefläche
20: Ausgleichsrad
22: Differentialstift
24: Federscheibe
26: Anlagefläche
30: Ausgleichsradträger
32: Wellenstumpf
33: Differentialstiftbohrung
35: Differentialstiftaufnahme
36: zentrale Bohrung
37: Ausgleichsradfenster
38: ringförmige Anlagefläche
40: Lager
42: Lagersitz
44: Anlageschulter
50: Axiallager
52: Distanzscheibe
54: Radiallager
58: Schräglager
60: zentrale Bohrung
70: Spannachse
72: erste Ende
74: zweite Ende
76: Spannlager
77: Unterlegscheibe
78: Sicherungsmutter
80: Splines
85: Federscheibe
90: Ringradflansch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6015362 [0002]
- DE 4441163 A1 [0003]
- DE 102005036362 [0020]

Claims

Drehmomentteilendes Differential (1) für ein Kraftfahrzeug mit den folgenden Merkmalen: a. Zwei koaxial ausgerichtete, in Axialrichtung beabstandet angeordnete Seitendifferentialräder (10, 10'), wobei jedes Seitendifferentialrad (10, 10') drehbar um eine gemeinsame Drehachse D gelagert ist, b. Zumindest zwei Ausgleichsräder (20), wobei jedes Ausgleichsrad (20) in Eingriff mit beiden Seitendifferentialrädern (10, 10') steht, c. Ein zwischen den Seitendifferentialrädern (10, 10') angeordneter Ausgleichsradträger (30), auf dem die Ausgleichsräder (20) drehbar gelagert sind, wobei der Ausgleichsradträger (30) drehbar um die Drehachse D gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass d. die Seitendifferentialräder (10, 10') als Kronräder ausgebildet sind, die verschiedene Durchmesser ihrer jeweiligen Verzahnung aufweisen, e. die Ausgleichsräder (20) eine Stirnverzahnung aufweisen, und f. sich der Ausgleichsradträger (30) drehbar an den Seitendifferentialrädern (10, 10') abstützt.
Differential (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitendifferentialräder (10, 10') und der Ausgleichradträger (30) folgendes ausbilden: a. einen Wellenstumpf (32), b. eine Ausnehmung (12) zur Aufnahme des Wellenstumpfs (32).
Differential (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ausgleichsradträger (30) in Radialrichtung über ein zumindest Radiallager an zumindest einem Seitendifferentialrad (10, 10') abstützt, wobei das Radiallager (54) in demjenigen Bereich angeordnet ist, in dem der Wellenstumpf (32) in die Ausnehmung (12) eingreift.
Differential (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ausgleichsradträger (30) in Axialrichtung über zumindest ein Axiallager (50) an zumindest einem Seitendifferentialrad (10, 10') abstützt, wobei das Axiallager (50) in demjenigen Bereich angeordnet ist, in dem der Wellenstumpf (32) in die Ausnehmung (12) eingreift.
Differential (1) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (50) im Bereich des größten Außenumfangs eines Seitendifferentialrads (10, 10') zwischen diesem und dem Ausgleichsradträger (30) angeordnet ist.
Differential (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenstumpf (32) einstückig mit einem Seitendifferentialrad (10, 10') ausgebildet ist.
Differential (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenstumpf (32) von einer Abtriebswelle gebildet wird, die drehfest mit dem Seitendifferentialrad (10, 10') verbunden ist und durch dieses hindurchgreift.
Differential (1) gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (12) als sich durch den Ausgleichsradträger (30) hindurch erstreckende zentrale Ausnehmung (36) ausgebildet ist.
Differential (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenstumpf (32) von einer Welle (34) ausgebildet wird, die drehfest mit dem Ausgleichsradträger (30) verbunden ist.
Differential (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenstumpf (32) einstückig mit dem Ausgleichsradträger (30) ausgebildet ist.
Differential (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Zahnspiels zwischen den Seitendifferentialrädern (10, 10') und den Ausgleichsrädern (20) Distanzscheiben (52) zwischen den Seitendifferentialrädern (10, 10') und dem Ausgleichsradträger (30) angeordnet sind.
Differential (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiallager (54) als Gleitlager oder als Nadellager ausgebildet ist.
Differential (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Seitendifferentialräder (10, 10') hohl ausgebildet sind und der Ausgleichsradträger eine zentrale Ausnehmung (36) aufweist, so dass sich eine in Axialrichtung durch die Seitendifferentialräder (10, 10') sowie den Ausgleichsradträger (30) hindurch erstreckende zentrale Bohrung (60) ausbildet, b. das Differential (1) eine Spannachse (70) aufweist, die in die zentrale Bohrung (60) eingesetzt ist und durch die zentrale Ausnehmung (36) im Ausgleichsradträger (30) und durch die Seitendifferentialräder (10, 10') hindurchgreift, und c. die Spannachse (70) an ihren beiden Enden (72, 74) Abstützungen zur Aufnahme der in Axialrichtung wirkenden Teilungskräfte zwischen den Seitendifferentialrädern (10, 10') und den Ausgleichsrädern (20) ausbildet.