DE102007005732B4

DE102007005732B4 - Sperrdifferential für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102007005732B4
Application number: DE200710005732
Authority: DE
Inventors: Achim Boos; Josef Fuhs; Ulrich Kuckertz; Andreas Hohle; Christoph Chatenay
Original assignee: Tedrive Holding BV
Current assignee: Neapco Europe GmbH
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2027-02-01
Also published as: DE102007005732A1

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein selbstsperrendes gehäuseloses Differential für ein Kraftfahrzeug mit den folgenden Merkmalen: a. Zwei koaxial ausgerichtete, in Axialrichtung beabstandet angeordnete Seitendifferentialräder, wobei jedes Seitendifferentialrad drehbar um eine gemeinsame Drehachse D gelagert ist, b. Zumindest zwei Ausgleichsräder, wobei jedes Ausgleichsrad in Eingriff mit beiden Seitendifferentialrädern steht, c. Ein zwischen den Seitendifferentialrädern angeordneter Ausgleichsradträger, auf dem die Ausgleichsräder drehbar gelagert sind, wobei der Ausgleichsradträger drehbar um die Drehachse D gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass d. sich der Ausgleichsradträger drehbar an den Seitendifferentialrädern abstützt, e. die Verzahnung der Seitendifferentialräder sowie der Ausgleichsräder so ausgebildet ist, dass im Betrieb des Differentials an den Ausgleichsrädern bezogen auf die Drehachse D in Radialrichtung nach außen wirkende Verzahnungskräfte ergeben, und f. zwischen zumindest einem Ausgleichsrad und dem Ausgleichsradträger ein Reibbelag angeordnet ist, wobei die vom Reibbelag unter Einwirkung der Verzahnungskräfte auf das Ausgleichsrad ausgeübte Reibung einer Drehbewegung des Ausgleichsrads auf dem Ausgleichsradträger um seine Drehachse entgegengerichtet ist.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Sperrdifferential 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 A 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 tellerförmiges 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.
Aus der WO 2006/074680 A1 ist ein Differential ohne Differentialgehäuse bekannt, bei welchem der Ausgleichsradträger drehbar auf den Außenumfangsflächen von als Kronräder ausgebildeten Seitendifferentialrädern gelagert ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein selbstsperrendes Differential für ein Kraftfahrzeug anzugeben, welches bei gleicher Drehmomenttragfähigkeit ein verringertes Gewicht und einen verringerten Bauraumbedarf aufweist
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Differential gemäß des Hauptanspruchs.
Ein solches Differential ist als selbstsperrendes gehäuseloses Differential ausgelegt, welches zwei koaxial ausgerichtete, in Axialrichtung beabstandet angeordnete Seitendifferentialräder umfasst. Dabei ist jedes Seitendifferential drehbar um eine gemeinsame Drehachse D gelagert. Weiterhin sind zumindest zwei Ausgleichsräder vorgesehen, wobei jedes Ausgleichsrad in Eingriff mit beiden Seitendifferentialrädern steht. Selbstverständlich sind auch Ausgestaltungen mit drei, vier oder mehr Ausgleichsrädern denkbar und möglich.
Zwischen den Seitendifferentialrädern ist ein Ausgleichsradträger angeordnet, auf dem die Ausgleichsräder unabhängig voneinander drehbar gelagert sind, wobei der Ausgleichsradträger selbst drehbar um die gemeinsame Drehachse D der Seitendifferentialräder gelagert ist.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass sich der Ausgleichsradträger drehbar an den Seitendifferentialrädern abstützt, so dass auf ein separat ausgebildetes Differentialgehäuse, wie dies bei den allermeisten der aus dem Stand der Technik vorbekannten selbstsperrenden Differentialen zum Einsatz kommt, verzichtet werden kann. In den nachfolgend diskutierten Ausführungsbeispielen werden verschiedene Lösungen diskutiert werden, auf welche Weise die Lagerung des gleichsradträgers auf den Seitendifferentialrädern erfolgen kann.
Weiterhin ist erfindungsgemäß die Verzahnung der Seitendifferentialrädern sowie der Ausgleichsräder so ausgebildet, dass im Betrieb des erfindungsgemäßen Differentials an den Ausgleichsrädern Verzahnungskräfte auftreten, die in Bezug auf die Drehachse D in Radialrichtung nach außen wirken. Entsprechende Verzahnungskräfte treten beispielsweise auf, wenn die Seitendifferentialräder und die Ausgleichsräder als Kegelräder ausgebildet sind, oder wenn die Ausgleichsräder als Kronräder ausgebildet sind, die in als stirnverzahnte Zahnräder ausgebildete Seitendifferentialräder eingreifen.
Erfindungsgemäß ist nun zwischen zumindest einem Ausgleichsrad und dem Ausgleichsradträger ein Reibbelag angeordnet, wobei dieser so angeordnet ist, dass die im Betrieb des erfindungsgemäßen Differentials am Ausgleichsrad auftretenden Verzahnungskräfte dazu führen, dass das Ausgleichsrad an den Reibbelag angepresst wird. Hierdurch wird eine Reibung vom Reibbelag auf das Ausgleichsrad ausgeübt, welche der Drehbewegung des Ausgleichsrad auf dem Ausgleichsradsträger um die Drehachse des Ausgleichsrads entgegengerichtet ist.
Die erfindungsgemäße Konstruktion erlaubt es, ein Differential bereitzustellen, welches aufgrund des nicht erforderlichen Differentialgehäuses, welcher im Stand der Technik teilweise auch als Differentialkorb bezeichnet wird, ein geringes Gewicht und einen niedrigen Bauraum bedarf aufweisen kann, während es gleichzeitig eine hohe Drehmomenttragfähigkeit aufweisen kann. Insbesondere geeignet ist das erfindungsgemäße Differential zur Verwendung als Frontdifferential eines front- oder allradgetriebenen Kraftfahrzeugs, aber auch eine Verwendung als Mittendifferential eines allradgetriebenen Fahrzeugs ist in vorteilhafter Weise möglich.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Federeinrichtung vorgesehen, die das Ausgleichsrad, welches benachbart zum Reibbelag angeordnet ist und unter Einwirkung der Verzahnungskräfte im Betrieb des Differentials auf diesen aufgedrückt wird, gegen den Reibbelag vorgespannt. Durch gezielte Auswahl der Federeinrichtung, insbesondere deren Federkonstante, kann diese Selbstsperrung des erfindungsgemäßen Differentials gezielt eingestellt werden. Hohe Federkonstanten ermöglichen Differentiale, bei denen ein verhältnismäßig hoher Drehmomentunterschied an den Abtriebswellen des Differentials erforderlich ist, um die Ausgleichsräder in Bewegung zu versetzen. Entsprechend werden unter vielen Fahrsituationen des Fahrzeugs, in dem das erfindungsgemäße Differential Verwendung findet, die Abtriebswellen im Wesentlichen dieselbe Drehzahl aufwei sen.
In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist die Drehlagerung des Ausgleichsradträgers auf den Seitendifferentialrädern unter Mitwirkung zumindest eines Wellenstumpfs sowie einer Ausnehmung ausgebildet, wobei die Ausnehmung zur Aufnahme des zumindest einen Wellenstumpfs dient. Insbesondere ist hier vorgesehen, eine Drehlagerung des Wellenstumpfs in der Aufnahme zu realisieren, die zumindest in Radialrichtung, bevorzugt aber auch in Axialrichtung belastbar ist. Hierzu kann beispielsweise ein Radiallager vorgesehen werden, welches in demjenigen Bereich angeordnet ist, in dem der Wellenstumpf in die zylindrische Ausnehmung eingreift, so dass sich der Ausgleichsradträger in Radialrichtung über dieses zumindest eine Radiallager an zumindest einem Seitendifferentialrad abstützt
Zur Abstützung des Ausgleichsradträgers an zumindest einem zweiten Seitendifferentialrad kann weiterhin ein separat ausgebildetes Axiallager vorgesehen sein, welches insbesondere in demjenigen Bereich des Differentials angeordnet sein kann, im dem der erfindungsgemäß vorgesehene Wellenstumpf in die zugehörige Ausnehmung eingreift. Insbesondere kann das Axiallager dabei so angeordnet sein, dass es den Wellenstumpf unmittelbar umgreift. Hierauf wird im Rahmen der Ausführungsbeispiele noch genauer eingegangen werden.
In einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differentials ist hingegen vorgesehen, dass sich der Ausgleichsradträger in Axialrichtung über jeweils zumindest ein Axiallager an zumindest einem Seitendifferentialrad abstützt, wobei in dieser Ausgestaltung das Axiallager aber im Bereich des größten Außenumfangs desjenigen Seitendifferentialrads angeordnet ist, an dem sich der Ausgleichsradträger abstützt. In dieser Ausgestaltung ergeben sich weitere Vorteile, wenn das hierzu zwischen Seitendifferentialrad und Ausgleichsradträger angeordnete Lager dazu ausgebildet ist, sowohl Kräfte in Axialrichtung als auch in Radialrichtung aufzunehmen. In dieser Ausgestaltung kann somit auf separat ausgebildete Radiallager, die zwischen Seitendifferentialrädern und dem Ausgleichsradträger angeordnet sind, vollständig verzichtet werden. Darüber hinaus kann auch auf die vorstehend erwähnte Ausgestaltung von Seitendifferentialrädern und Ausgleichsradträgern dahingehend, dass ein Wellenstumpf und eine komplementär ausgebildete Ausnehmung ausgebildet sind, verzichtet werden.
Es versteht sich von selbst, dass in den vorstehend erwähnten Ausgestaltungen in der Regel eine Abstützung des Ausgleichsradträgers an beiden Seitendifferentialrädern vorgesehen sein wird. Denkbar ist aber, dass aufgrund der nicht symmetrischen Belastung des Ausgleichsradträgers in Axialrichtung die Tragfähigkeit der zwischen Seitendifferentialrädern und Ausgleichsradträgern angeordneten Axiallager verschieden sein kann.
Der Wellenstumpf wird vom Ausgleichsradträger ausgebildet, insbesondere von einer Welle, die drehfest mit dem Ausgleichsradträger verbunden ist. Alternativ kann der Wellenstumpf auch einstückig mit dem Ausgleichsradträger ausgebildet sein.
Bevorzugt werden zur Einstellung des Zahnspiels zwischen den Seitendifferentialrädern und dem Ausgleichsrädern zusätzlich zu den Axiallagern Distanzscheiben zwischen den Seitendifferentialrädern und dem Ausgleichsradträgern angeordnet, deren Dicke gezielt für jedes einzelne Differential bei seiner Herstellung selektiert werden kann.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn das erfindungsgemäß vorzusehende Radiallager als Gleitlager oder als Nadellager ausgebildet ist, da diese Lagertypen einen besonders geringen Bauraumbedarf aufweisen bei gleichzeitig hoher mechanischer Belastbarkeit.
Eine gezielte Beaufschlagung des erfindungsgemäßen Differentials mit einer Vorspannung in Axialrichtung ist in einer besonderen Weiterentwicklung möglich, die angelehnt ist aus die aus der DE 10 2005 036 362 derselben Anmelderin bekannten Konstruktion, wie sie sich aus 3 der genannten Anmeldung sowie den hierauf bezogenen Textpassagen ergibt. Durch diese Bezugnahme wird der Inhalt der genannten Patentanmeldung vollumfänglich in den Offenbarungsumfang der vorliegenden Anmeldung einbezogen. In der genannten Weiterbildung sind die Seitendifferentialräder hohl ausgebildet und der Ausgleichsträger weist eine zentrale Ausnehmung auf, so dass sich eine in Axialrichtung durch die Seitendifferentialräder sowie den Ausgleichsradträger hindurch erstreckende zentrale Bohrung ausbildet. In diese zentrale Bohrung ist eine Spannachse eingesetzt, die sowohl durch den Ausgleichsradträger als auch durch die Seitendifferentialräder hindurchgreift. An beiden Enden der Spannachse sind Abstützungen zur Aufnahme der in Axialrichtung wirkenden Teilungskräfte zwischen den Seitendifferentialrädern und den Ausgleichrädern ausgebildet, wobei diese Abstützungen insbesondere als Axiallager ausgebildet sein können, die sich an geeignet ausgebildeten Anlageschultern an den Seitendifferentialrädern sowie der Spannachse abstützen können. Weitere Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Differentials ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den Ausführungsbeispielen, die nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert werden. In dieser zeigen:
1: einen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Differentials,
2: einen Schnitt durch eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Differentials,
3: einen Schnitt durch eine dritte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Differentials,
4: einen Schnitt durch eine vierte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Differentials, und
5: einen Schnitt durch eine fünfte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Differentials.
1 zeigt eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Differentials, bei dem die Seitendifferentialräder 10 sowie die Ausgleichsräder 30 als Kegelräder ausgebildet sind.
Die Seitendifferentialräder 10 sind über Lager 40, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Schrägkugellager ausgebildet sind, in einem in 1 nicht dargestellten feststehenden Differentialgehäuse um eine gemeinsame Drehachse D drehbar gelagert. Die Seitendifferentialräder 10 sind hohl ausgebildet, sie bilden an den Innenumfangsflächen an ihren außen liegenden Enden eine Verzahnung in Form von Splines 80 zum Anschluss von Abtriebswellen aus. An ihren innen liegenden Enden, die dem Ausgleichsradträger 30 zugewandt sind, auf dem die Ausgleichsräder 20 mittels Differentialstiften 22 drehbar um senkrecht zur Achse D orientierte Drehachsen gelagert sind, bilden die Seitendifferentialräder 10 zylindrische Ausnehmungen aus.
In diese greifen Wellenstümpfe 32 ein, die der Ausgleichsradträger 30 beidseits ausbildet. Zwischen einem Wellenstumpf 32 und der komplementär ausgebildeten zylindrischen Ausnehmung 12 in einem Seitendifferentialrad 10 ist jeweils ein Radiallager 54 eingefügt, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel als Nadellager ohne Innenring, mithin als Nadelhülse ausgebildet ist. Entsprechend sind die Außenumfangsflächen der Wellenstümpfe 32 als Laufflächen für die Nadeln des Radiallagers 54 ausgebildet.
Der Ausgleichsradträger 30 ist daher über die Radiallager 54 in Radialrichtung drehbar um die gemeinsame Drehachse D auf den Seitendifferentialrädern 10 gelagert.
Zur axialen Abstützung des Ausgleichsradträgers 30 an den Seitendifferentialrädern 10 bildet der Ausgleichsradträger 30 eine ringförmige Anlagefläche 38 aus, die unmittelbar angrenzend an die vom Ausgleichsradträger 30 ausgebildeten Wellenstümpfe 32 angrenzt. Den ringförmigen Anlageflächen 38 des Ausgleichsradträgers 30 gegenüberliegend bilden die Seitendifferentialräder 10 ebenfalls ringförmige Anlageflächen 14 aus. Zwischen die ringförmigen Anlageflächen 14 und 38 ist nun jeweils ein Axiallager 50 sowie eine Distanzscheibe 52 eingefügt. Dabei sind die Axiallager im gezeigten Ausführungsbeispiel als Nadellager ausgebildet, denkbar ist aber auch eine Ausgestaltung als Kugellager. Die Distanzscheiben 52 dienen zur gezielten Einstellung des Zahnspiels zwischen den Seitendifferentialrädern 10 sowie den Ausgleichsrädern 20. Sie werden im Verlauf des Herstellungsprozesses eines erfindungsgemäßen Differentials für jedes einzelne Differential spezifisch selektiert, um eine individuelle optimale Einstellung des Zahnspiels zu erzielen. Diese individuelle Selektion der Distanzscheiben 52 ist grundsätzlich vorteilhaft, jedoch nicht zwingend erforderlich, insbesondere wenn bestimmte Toleranzgrenzen bei der Herstellung der Komponenten des erfindungsgemäßen Differentials eingehalten werden können.
Die erfindungsgemäße Selbstsperrung des gezeigten Differentials 1 wird nun erzielt, indem zwischen das in Radialrichtung gesehene außen liegende Ende der Ausgleichsräder 20 und den in Radialrichtung außen liegenden Flächen der Ausgleichsradfenster 37 des Ausgleichsradträgers 30 ein Reibbelag 95 eingefügt wird. Dieser Reibbelag dient dazu, eine der Drehbewegung der Ausgleichsräder 20 um ihre jeweiligen Differentialstifte 22 entgegen gerichtete Reibungskraft zu erzeugen, die überwunden werden muss, bevor eine Differenzdrehzahl zwischen den Seitendifferentialrädern 10 und den daran angeschlossenen Abtriebswellen (in 1 nicht dargestellt) auftreten kann. Das Auftreten dieser Reibungskraft wird noch durch die an den kegeligen Seitendifferentialrädern 10 bzw. Ausgleichsrädern 20 auftretenden Verzahnungskräfte verstärkt, die die Ausgleichsräder 20 an die jeweils vorgesehenen Reibbeläge 95 andrücken.
Als Reibbeläge 95 können alle aus dem Getriebebau zum Tag der Anmeldung bekannten geeigneten Reibbeläge verwendet werden, insbesondere auch solche, die auch unter Öleinwirkung wirksam sind. Bevorzugt werden hochverschleißfeste Reibbeläge 95 zum Einsatz kommen, um einen Austausch der Reibbeläge 95 während der gesamten Lebensdauer des Differentials 1 zu vermeiden.
Die durch die Verzahnungskräfte an den Ausgleichsrädern 20 verursachte Selbstsperrende Wirkung der Reibbeläge 95 kann noch erhöht werden, in dem zwi- schen den in Radialrichtung innen liegenden Enden der Ausgleichsräder 20 sowie den in Radialrichtung innen liegenden Flächen der Ausgleichsradfenster 37 geeignet ausgestaltete Druckfedern 85 eingefügt werden, die die Ausgleichsräder 20 gegen die Reibbeläge 95 vorspannen. Dabei können die Druckfedern 85 vorteilhaft als gewundene Torsionsdruckfedern ausgestaltet sein, aber auch die Verwendung von Druckscheiben, Tellerfedern oder Wellscheiben ist möglich und technisch sinnvoll. Insbesondere können konvex ausgestaltete Druckscheiben zum Einsatz kommen, die den Vorteil aufweisen, dass die von ihnen erzeugte Andruckkraft im Wesentlichen unabhängig von ihrer Kompression ist.
Als vorteilhaft hat es sich weiterhin erwiesen, wenn anstelle der separat ausgebildeten Axiallager 50 und Radiallager 54 Schräglager verwendet werden, die gleichzeitig eine axiale und eine radiale Abstützung des Ausgleichsradträgers 30 auf den Seitendifferentialrädern 10 bereitstellen können. Dieser Ausgestaltung müssen auch keine Wellenstümpfe 32 bzw. komplementär ausgebildete zylindrische Ausnehmungen 12 an den Seitendifferentialrädern 10 sowie dem Ausgleichsradträger 30 vorgesehen werden, vielmehr müssen die Seitendifferentialrädern 10 und der Ausgleichsradträger 30 nur geeignete Lagersitze für die verwendeten Schräglager ausbilden.
Insbesondere müssen die Lagersitze dazu vorgesehen sein, sowohl Kräfte in axialer- als auch in radialer Richtung aufzunehmen. Als geeignete Schräglager haben sich insbesondere Schrägkugellager oder auch Kegelrollenlager erwiesen. Aus 5 ist eine entsprechende Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Differentials unter Verwendung von Schrägkugellagern ersichtlich, worauf im Folgenden noch genauer eingegangen wird. Alternativ zu der aus 5 ersichtlichen Anordnungen der Schräglager ist es aber auch möglich, die Schräglager innerhalb der Verzahnung L der Seitendifferentialrädern 10 bzw. innerhalb der Ausgleichsradfenster 37 des Ausgleichsradträgers 30 anzuordnen.
2 zeigt nun eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Differentials 1, welches in weiten Teilen mit der Ausgestaltung gemäß 1 übereinstimmt. Zentraler Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausgestaltung ist die Form der Seitendifferentialräder 10 sowie der Ausgleichsräder 20. In der zweiten Ausgestaltung sind die Ausgleichsräder 20 als Kronräder ausgestaltet, die in als Stirnräder ausgestaltete Seitendifferentialräder 10 eingreifen. Auch in dieser Ausgestaltung treten an den Ausgleichsrädern 20 in Radialrichtung nach außen wirkende Verzahnungskräfte auf, die die Ausgleichsräder 20 gegen die in Kontaktbereich mit den Innenflächen der Ausgleichsradfenster angeordneten Reibbelägen 95 drücken, so dass auch hier ein Selbstsperrender Effekt auftritt. Auch in der gezeigten zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differentials 1 ist es möglich, den Selbstsperrenden Effekt durch Einfügung einer geeigneten Druckfeder 85 analog zu der ersten Ausgestaltung gemäß 2 noch zu erhöhen.
In der Ausgestaltung gemäß 2 sind die Radiallager 54 nicht als separat ausgebildete Nadellager ausgebildet, vielmehr ist hier über einen mit entsprechenden Toleranzen versehenen Formschluss zwischen den vom Ausgleichsradträger 30 ausgebildeten Wellenstümpfen 32 sowie den hierzu komplementären zylindrischen Ausnehmungen 12 in den Seitendifferentialrädern 10 eine Gleitlagerung verwirklicht. Diese Ausgestaltung weist nochmals einen verminderten Bauraumbedarf auf.
Die axiale Abstützung des Ausgleichsradträgers 30 an den Seitendifferentialrädern 10 erfolgt aber über Axiallager 50 in der aus der ersten Ausgestaltung gemäß 1 an sich bekannten Weise.
3 zeigt eine dritte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Selbstsperrenden Differentials 1, bei dem die Seitendifferentialräder 10 und die Ausgleichsräder 20 wiederum als Kegelräder ausgestaltet sind. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind aber die Kontaktflächen zwischen den außenliegenden Enden der Ausgleichsräder 20 und den entsprechenden Innenflächen der Ausgleichsradfenster 37 des Ausgleichsträgers 30 nicht plan, sondern vielmehr kugelig geformt. Auch hier ist zwischen dem Ausgleichsradträger 30 und der außenliegenden Oberfläche der Ausgleichsräder 20 ein Reibbelag 85 den vorgenannten Art eingefügt. Im Gegensatz zu den Ausgestaltungen nach den 1 und 2 sind in der gezeigten dritten Ausgestaltung die Wellenstümpfe 32 von den Seitendifferentialrädern 10 ausgebildet. Entsprechend bildet der Ausgleichsträgers 30 die komplementär ausgebildeten zylindrischen Ausnehmungen 12 zur Aufnahme der Wellenstümpfe 32 aus, die im vorliegenden Beispiel als durchgehende zentrale Bohrung 36 ausgestaltet sind. In diese zentrale Bohrung 36 des Ausgleichsradträgers 30 greifen nun die Wellenstümpfe 32 dergestalt ein, dass sich eine in Radialrichtung wirksame Gleitlagerung des Ausgleichsradträgers 30 auf den Wellenstümpfen 32 und damit auf den zweiten Seitendifferentialrädern 10 ausbildet. Separat ausgebildete Radiallager 54 können in diesem Ausführungsbeispiel entfallen. Hingegen sind im gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen dem Ausgleichsradträger 30 und den Seitendifferentialrädern 10 wiederum Axiallager 50 sowie Distanzscheiben 52 angeordnet, wobei die Axiallager 50 wiederum als Nadellager ausgebildet sind, aber nicht sein müssen.
4 zeigt eine vierte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differentials 1, welche im Wesentlichen der Ausgestaltung gemäß 3 entspricht, mit dem Unterschied, dass die in 3 kegelig ausgebildeten Seitendifferentialräder 10 in der vierten Ausgestaltung eine Stirnverzahnung aufweisen. In diese greift die Verzahnung 11 der als Kronräder ausgestalteten Ausgleichsräder 20 ein. Auch in der vierten Ausgestaltung werden die Wellenstümpfe 32 von den Seitendifferentialrädern 10 ausgebildet, die komplementär ausgebildeten zylindrischen Ausnehmungen 12 sind im Ausgleichsradträger 30 ausgebildet, wobei sie anders als im Ausführungsbeispiel gemäß 3 nicht als durchgehende zentrale Bohrung 36, sondern als separate zylindrische Ausnehmungen 12 ausgebildet sind. Auch hier bilden die Wellstümpfe 32 in den komplementär ausgebildeten zylindrischen Ausnehmungen 12 wieder als Gleitlager ausgebildete Radiallager 54 für den Ausgleichsradträger 30 auf den Seitendifferentialrädern 10 aus. Die axiale Abstützung des Ausgleichsradträgers 30 an den Seitendifferentialrädern 10 erfolgt dabei wiederum über Axiallager 50, wobei hier eine Einstellung des Zahnspiels über zusätzliche Distanzscheiben 52 nicht zwingend erforderlich ist.
5 zeigt schließlich eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Differentials 1, welches wiederum auf der Verwendung von kegeligen Seitendifferentialrädern 10 und Ausgleichsrädern 20 basiert. Im Gegensatz zu der aus 3 ersichtlichen Ausführungsform erfolgt die Abstützung des Ausgleichsradträgers 30 an den Seitendifferentialrädern 10 jedoch nicht über eine Kombination von Wellenstümpfen 32 und komplementär ausgebildeten zylindrischen Ausnehmungen 12 an den Seitendifferentialrädern 10 und dem Ausgleichsradträger 30 sowie separat ausgebildeten Axial- und Radiallagern 50, 54. Vielmehr sind zur Abstützung des Ausgleichsradträgers 30 an den Seitendifferentialräder 10 Schräglager 58 vorgesehen, die einen so großen Innendurchmesser aufweisen, dass sie außerhalb der Verzahnung 11 der Seitendifferentialräder 10 angeordnet werden können. Die Seitendifferentialrädern 10 sowie der Ausgleichsradträger 30 bilden Lagersitze 42 für die Schräglager 58 aus, die eine in Axialrichtung und in Radialrichtung wirksame Abstützung für die Schräglager 58 bereitstellen. Hier können wiederum Distanzscheiben 52 Verwendung finden, um das Zahnspiel des Differentials 1 gezielt einzustellen.

1: gehäuseloses Differential
10: Seitendifferentialrad
11: Verzahnung
12: Bohrung
14: ringförmige Anlagefläche
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: erstes Ende
74: zweites Ende
76: Spannlager
77: Unterlegscheibe
78: Sicherungsmutter
80: Splines
85: Druckfeder
90: Ringradflansch
95: Reibbelag

Claims

Selbstsperrendes gehäuseloses Differential (1) für ein Kraftfahrzeug mit den folgenden Merkmalen: a. Zwei koaxial ausgerichtete, in Axialrichtung beabstandet angeordnete Seitendifferentialräder (10), wobei jedes Seitendifferentialrad (10) drehbar um eine gemeinsame Drehachse D gelagert ist, b. Zumindest zwei Ausgleichsräder (20), wobei jedes Ausgleichsrad (20) in Eingriff mit beiden Seitendifferentialrädern (10) steht, c. Ein zwischen den Seitendifferentialrädern (10) angeordneter Ausgleichsradträger (30), auf dem die Ausgleichsräder (20) drehbar gelagert sind, wobei der Ausgleichsradträger (30) drehbar um die Drehachse D gelagert ist, wobei d. die Verzahnung der Seitendifferentialräder (10) sowie der Ausgleichsräder (20) so ausgebildet ist, dass im Betrieb des Differentials (1) an den Ausgleichsrädern (20) bezogen auf die Drehachse D in Radialrichtung nach Außen wirkende Verzahnungskräfte ergeben, und e. zwischen zumindest einem Ausgleichsrad (20) und dem Ausgleichsradträger (30) ein Reibbelag angeordnet ist, wobei die vom Reibbelag unter Einwirkung der Verzahnungskräfte auf das Ausgleichsrad (20) ausgeübte Reibung einer Drehbewegung des Ausgleichsrads (20) auf dem Ausgleichsradträger (30) um seine Drehachse entgegengerichtet ist. dadurch gekennzeichnet, dass f. der Ausgleichradträger (30) Wellenstümpfe (32) ausbildet, g. die Seitendifferentialräder (10) jeweils eine Ausnehmung (12) aufweisen, in der jeweils ein Wellenstumpf (32) unter Ausbildung eines Radiallagers aufgenommen wird, und h. sich der Ausgleichsradträger (30) drehbar über die ausgebildeten Radiallager an den Seitendifferentialrädern (10) abstützt.
Selbstsperrendes gehäuseloses Differential (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Federeinrichtung vorgesehen ist, die das Ausgleichsrad (20), welches benachbart zum Reibbelag angeordnet ist, gegen diesen vorspannt.
Selbstsperrendes gehäuseloses Differential (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsräder (20) als Kronräder oder als Kegelräder ausgebildet sind.
Selbstsperrendes gehäuseloses Differential (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ausgleichsradträger (30) in Axialrichtung über zumindest ein Axiallager (50) an zumindest einem Seitendifferentialrad (10) abstützt, wobei das Axiallager (50) in demjenigen Bereich angeordnet ist, in dem der Wellenstumpf (32) in die Ausnehmung (12) eingreift.
Selbstsperrendes gehäuseloses Differential (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ausgleichsradträger (30) in Axialrichtung über zumindest ein Axiallager (50) an zumindest einem Seitendifferentialrad (10) abstützt, wobei das Axiallager (50) im Bereich des größten Außenumfangs eines Seitendifferentialrads (10) zwischen diesem und dem Ausgleichsradträger (30) angeordnet ist.
Selbstsperrendes gehäuseloses Differential (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenstumpf (32) von einer Welle (34) ausgebildet wird, die drehfest mit dem Ausgleichsradträger (30) verbunden ist.
Selbstsperrendes gehäuseloses Differential (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenstumpf (32) einstückig mit dem Ausgleichsradträger (30) ausgebildet ist.
Selbstsperrendes gehäuseloses Differential (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Zahnspiels zwischen den Seitendifferentialrädern (10) und den Ausgleichsrädern (20) Distanzscheiben (52) zwischen den Seitendifferentialrädern (10) und dem Ausgleichsradträger (30) angeordnet sind.
Selbstsperrendes gehäuseloses Differential (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiallager (54) als Gleitlager oder als Nadellager ausgebildet ist.
Selbstsperrendes gehäuseloses Differential (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Seitendifferentialräder (10) hohl ausgebildet sind und der Ausgleichsradträger eine zentrale Ausnehmung (36) aufweist, so dass sich eine in Axialrichtung durch die Seitendifferentialräder (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) hindurchgreift, und c. die Spannachse (70) an ihren beiden Enden (72, 74) Abstützungen zur Aufnahme der in Axialrichtung wirkenden Teilungskräfte zwischen den Seitendifferentialrädern (10) und den Ausgleichsrädern (20) ausbildet.