DE102007054764B4

DE102007054764B4 - Kronenrad und Kronenraddifferenzial

Info

Publication number: DE102007054764B4
Application number: DE200710054764
Authority: DE
Inventors: Dirk Zeise; Johan Dondertman
Original assignee: ASS AG ANTRIEBSTECHNIK; Volkswagen AG
Current assignee: ASS AG ANTRIEBSTECHNIK; Volkswagen AG
Priority date: 2007-11-14
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2014-10-23
Anticipated expiration: 2027-11-15
Also published as: DE102007054764A1

Abstract

Kronenrad, das mit einem Stirnrad in Verzahnungseingriff bringbar ist, insbesondere zur Verwendung in einem Kronenraddifferential eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen ringscheibenförmigen Verzahnungsträger (12), der eine aus einer Mehrzahl im Wesentlichen radial ausgerichteter Zähne gebildete Kronenverzahnung (14) aufweist, wobei jeder Zahn einen aktiven radialen Verzahnungsabschnitt (142), an welchem der Verzahnungseingriff mit dem Stirnrad erfolgt, und einen radialen Versteifungsbereich (144), der von dem Verzahnungseingriff mit dem Stirnrad unberührt bleibt, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der Versteifungsbereich (144) dem aktiven Verzahnungsabschnitt (142) radial außen benachbart angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kronenrad, das mit einem Stirnrad in Verzahnungseingriff bringbar ist, insbesondere zur Verwendung in einem Kronenraddifferential eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen ringscheibenförmigen Verzahnungsträger, der eine aus einer Mehrzahl im Wesentlichen radial ausgerichteter Zähnen gebildete Kronenverzahnung aufweist, wobei jeder Zahn einen aktiven radialen Verzahnungsabschnitt, an welchem der Verzahnungseingriff mit dem Stirnrad erfolgt und, und einen radialen Versteifungsbereich, der von dem Verzahnungseingriff mit dem Stirnrad unberührt bleibt, aufweist.
Die Erfindung betrifft weiter ein Kronenraddifferential, umfassend einen um eine Drehachse drehbaren Differentialkorb, zwei im Differentialkorb um die Drehachse drehbar gelagerte Kronenrädern und eine Mehrzahl von um die Drehachse umlaufenden Ausgleichs-Stirnrädern, die mit den Kronenrädern in Verzahnungseingriff stehen, wobei jedes Kronenrad einen ringscheibenförmigen Verzahnungsträger aufweist, der eine aus einer Mehrzahl im Wesentlichen radial ausgerichteter Zähnen gebildete Kronenverzahnung aufweist, wobei bei wenigstens einem der Kronenräder jeder Zahn einen aktiven radialen Verzahnungsabschnitt, an welchem der Verzahnungseingriff mit den Stirnrädern erfolgt und, und einen radialen Versteifungsbereich, der von dem Verzahnungseingriff mit den Stirnrädern unberührt bleibt, aufweist.
Derartige Kronenräder und damit aufgebaute Kronenraddifferentiale sind aus der DE 10 2005 024 455 A1 bekannt.
Dabei sind zwischen der Kronenverzahnung und einer über die Kronenverzahnung axial überstehenden Nabe Übergangsbereiche gebildet, die an Kopflinien der Kronenverzahnung anschließen und in die Nabe übergehen. Diese Übergangsbereiche sind am Verzahnungseingriff mit den Stirnrädern nicht beteiligt. Mit Hilfe dieser Übergangsbereiche werden die einzelnen Zähne an der Nabe abgestützt und so versteift.
Die Zähne können daher schmaler ausgebildet werden als bei herkömmlichen Kronenrädern, deren Verzahnung im Wesentlichen nur einen aktiven Verzahnungsbereich ohne Abstützung an der Nabe aufweist.
Nachteilig bei derartigen, wie auch bei üblichen Kronenrädern ist die geringe axiale Steifigkeit des Verzahnungsträgers, die allerdings bei herkömmlichen Kronenraddifferentialen unerheblich ist.
Es sind selbstsperrende Differentiale bekannt, bei denen zwischen wenigstens einem Achswellenrad, welches mit einer Abtriebswelle gekoppelt ist, und dem Differentialkorb, der von einer Antriebswelle drehend angetrieben wird und Ausgleichsräder lagert, die mit den Achswellenrädern kämmen, eine als Lamellenbremse ausgebildete Reibungsbremse angeordnet ist, die mittels lastbedingter Axialverschiebung des betreffenden Achswellenrades betätigt wird. Ein solches selbstsperrendes Differential kann vorteilhafter Weise als Kronenraddifferential ausgebildet werden, wobei die Achswellenräder als Kronenräder und die Ausgleichsräder als Stirnräder ausgebildet sind. Die Kraft zur Betätigung der Lamellenbremse muss über die rückwärtige Fläche des Kronenrades, die als Abstützfläche für einen Lamellenträger der Bremse ausgebildet ist, übertragen werden. Hierzu ist eine hohe Steifigkeit des Verzahnungsträgers erforderlich. Diese Steifigkeit wird typischerweise durch eine axial lange Ausgestaltung des Verzahnungsträgers realisiert. Dies ist jedoch im Hinblick auf axiale Baulänge, Gewicht und Materialeinsatz nachteilig.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Kronenrad und ein gattungsgemäßes Kronenraddifferential so weiter zu bilden, dass die axiale Steifigkeit des Verzahnungsträgers ohne Zunahme seiner axialen Länge verbessert wird.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 bzw. Anspruch 6 dadurch gelöst, dass jeweils der Versteifungsbereich dem aktiven Verzahnungsabschnitt radial außen benachbart angeordnet ist. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass der Versteifungsbereich ein passiver Verzahnungsabschnitt ist.
Grundgedanke dieser Weiterbildung ist die Versteifung des Verzahnungsträgers durch eine Verrippung, d. h. die Anordnung von Versteifungsrippen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist in besonders vorteilhafter Weise vorgesehen, dass jede Versteifungsrippe als eine Verlängerung eines Zahnes über seinen aktiven Verzahnungsabschnitt hinaus nach radial außen ausgebildet ist. Im Bereich der aktiven Verzahnung sowie im nabennahen Bereich ist das Risiko einer Verformung bei axialem Kraftaufwand gering. Im radial äußeren Bereich, in dem bauartbedingt auch der größte Teil der Kontaktfläche der Kronenradrückseite mit dem Lamellenträger liegt, sind klassische Kronenräder hingegen sehr labil. Die vorliegende Erfindung erhöht die Steifigkeit in diesem Bereich wesentlich, ohne dass hierzu eine allgemeine Verdickung des Verzahnungsträgers erforderlich wäre. Im Gegenteil kann der Verzahnungsträger vergleichsweise filigran ausgestaltet werden. Die axiale Bauhöhe des gesamten Kronenrades erhöht sich durch die Maßnahme nicht, da der nachfolgend als Versteifungsabschnitt bezeichnete, passive und radial außen liegende Verzahnungsabschnitt die zur Funktion erforderliche Höhe des aktiven Verzahnungsabschnitts nicht übersteigt.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Versteifungsabschnitt eine nach radial außen abfallende Höhe aufweist. Insbesondere kann die Zahnhöhe bis auf eine für die Versteifungsfunktion erforderliche Mindesthöhe abfallen. Die über diese Mindesthöhe hinausgehende Höhe im unmittelbaren Anschluss an den aktiven Verzahnungsbereich dient der Verwirklichung eines im Wesentlichen stetigen Übergangs zwischen dem aktiven und dem passiven Verzahnungsbereich.
Analog hierzu ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der passive Verzahnungsabschnitt eine nach außen abfallende Breite aufweist. Auch diese Maßnahme dient dazu, einerseits einen möglichst geringen Materialaufwand und andererseits einen stetigen Übergang zwischen aktivem und passivem Verzahnungsbereich zu realisieren.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kronenrades.
2 eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Kronenrad.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kronenrades 10. Das Kronenrad 10 weist einen ringscheibenförmigen Verzahnungsträger 12 auf, der eine Verzahnung 14 trägt, die sich um eine innenverzahnte Nabe 16 gruppiert. Einzelheiten der Verzahnung 14 sind in der Schnittdarstellung von 2 deutlicher erkennbar.
Die Verzahnung 14 weist eine Vielzahl von im Wesentlichen radial angeordneten Zähnen auf. Der Begriff ”im Wesentlichen radial” soll andeuten, dass sich die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellte Geradverzahnung sondern auch auf schräg-/oder gegebenenfalls spiralverzahnte Kronenräder bezieht. Wesentlich ist lediglich, dass sich die Zähne von radial innen nach radial außen auf dem Verzahnungsträger 12 erstrecken. Im radial inneren Bereich des Verzahnungsträgers 12, d. h. nahe der Nabe, besitzt jeder Zahn einen aktiven Verzahnungsabschnitt 142. Mit diesem Verzahnungsabschnitt kämmt im Einbauzustand, z. B. in einem Differential eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs, ein korrespondierendes Zahnrad, insbesondere ein Stirnrad, welches beispielsweise als Ausgleichsrad des Differentials fungieren kann. Nach radial außen schließt sich ein Versteifungsbereich, hier ein passiver Verzahnungsbereich, an. In diesem Bereich ist keine kämmende Wechselwirkung mit einem korrespondierenden Zahnrad vorgesehen. Vielmehr dient der passive Bereich 144 als Versteifungsbereich zur axialen Versteifung des Verzahnungsträgers 12. Bei der dargestellten, besonders vorteilhaften Ausführungsform, weist der Versteifungsbereich 144 eine nach radial außen abfallende Höhe und Breite auf. Bereits die geringe, am radial äußeren Rand erreichte Höhe und Breite des Versteifungsbereichs 144 ist typischerweise ausreichend, um eine gute Steifigkeit des Verzahnungsträgers 12 zu erreichen. Um einen stetigen Übergang zwischen dem aktiven Verzahnungsbereich 142 und dem Versteifungsbereich 144 zu realisieren, setzt der Versteifungsbereich 144 in Höhe und Breite an den Maßen am radial äußeren Rand des aktiven Verzahnungsbereichs 142 an.
Auf der der Verzahnung 14 entgegengesetzten oder gegenüberliegenden Rückseite des Kronenrades ist radial außen eine ringscheibenförmige Abstützfläche 18 vorgesehen. An dieser Abstützfläche 18 kann sich ein nicht dargestellter Lamellenträger einer Reibungsbremse eines selbstsperrenden Differentials, in welchem das erfindungsgemäße Kronenrad vorteilhafter Weise eingesetzt werden kann, abstützen.
Nach der Erfindung kann der Versteifungsbereich – wie gezeigt – als passiver Verzahnungsbereich ausgeführt sein. Es ist auch von der Erfindung umfasst, dass der passive Bereich als Ringform angefertigt ist. Die Zähne des aktiven Verzahnungsbereichs werden dann zur Außenseite hin verstärkt ausgebildet. Diese Ringform liegt vorzugsweise in der gleichen Ebene mit den Kopflinien der Kronenradverzahnung. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für Getriebe mit einer Leistungsverteilung, die etwa bei 50%/50% liegt, wie zum Beispiel bei Querdifferentialen.
Natürlich stellen die in den Figuren gezeigten und in der speziellen Beschreibung diskutierten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Variationsspektrum anhand gegeben. Insbesondere ist die Dimensionierung, die konkrete Form der aktiven Verzahnungsbereiche 142 und die Gestaltung der Verzahnung als Gerad-, Schräg- oder Spiralverzahnung vom Fachmann an die Erfordernisse des Einzelfalles anzupassen.
Bezugszeichenliste

10: Kronenrad
12: Verzahnungsträger
14: Verzahnung
142: aktiver Verzahnungsbereich
144: passiver Verzahnungsbereich (Versteifungsbereich)
16: Innenverzahnung (Nabe)
18: Abstützfläche

Claims

Kronenrad, das mit einem Stirnrad in Verzahnungseingriff bringbar ist, insbesondere zur Verwendung in einem Kronenraddifferential eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen ringscheibenförmigen Verzahnungsträger (12), der eine aus einer Mehrzahl im Wesentlichen radial ausgerichteter Zähne gebildete Kronenverzahnung (14) aufweist, wobei jeder Zahn einen aktiven radialen Verzahnungsabschnitt (142), an welchem der Verzahnungseingriff mit dem Stirnrad erfolgt, und einen radialen Versteifungsbereich (144), der von dem Verzahnungseingriff mit dem Stirnrad unberührt bleibt, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der Versteifungsbereich (144) dem aktiven Verzahnungsabschnitt (142) radial außen benachbart angeordnet ist.
Kronenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Versteifungsbereich (144) ein passiver Verzahnungsabschnitt ist.
Kronenrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der passive Verzahnungsabschnitt (144) eine nach radial außen abfallende Höhe aufweist.
Kronenrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der passive Verzahnungsabschnitt (144) eine nach radial außen abfallende Breite aufweist.
Kronenrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verzahnungsträger (12) auf seiner der Verzahnung (14) gegenüber liegenden Seite eine ringscheibenförmige Abstützfläche (18), insbesondere für einen Lamellenträger einer Lamellenbremse eines selbstsperrenden Kronenraddifferentials, aufweist.
Kronenraddifferential, umfassend einen um eine Drehachse drehbaren Differentialkorb, zwei im Differentialkorb um die Drehachse drehbar gelagerte Kronenräder (10) und eine Mehrzahl von um die Drehachse umlaufenden Ausgleichs-Stirnrädern, die mit den Kronenrädern (10) in Verzahnungseingriff stehen, wobei jedes Kronenrad (10) einen ringscheibenförmigen Verzahnungsträger (12) aufweist, der eine aus einer Mehrzahl im Wesentlichen radial ausgerichteter Zähne gebildete Kronenverzahnung (14) aufweist, wobei bei wenigstens einem der Kronenräder (10) jeder Zahn einen aktiven radialen Verzahnungsabschnitt (142), an welchem der Verzahnungseingriff mit den Stirnrädern erfolgt und einen radialen Versteifungsbereich (144), der von dem Verzahnungseingriff mit den Stirnrädern unberührt bleibt, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der Versteifungsbereich (144) dem aktiven Verzahnungsabschnitt (142) radial außen benachbart angeordnet ist.
Kronenraddifferential nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Versteifungsbereich (144) ein passiver Verzahnungsabschnitt ist.
Kronenraddifferential nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der passive Verzahnungsabschnitt (144) eine nach radial außen abfallende Höhe aufweist.
Kronenraddifferential nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der passive Verzahnungsabschnitt (144) eine nach radial außen abfallende Breite aufweist.
Kronenraddifferential nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verzahnungsträger (12) auf seiner der Verzahnung (14) gegenüber liegenden Seite eine ringscheibenförmige Abstützfläche (18) aufweist.
Kronenraddifferential nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Differentialkorb und wenigstens einem der Kronenräder (10) eine als Lamellenbremse ausgebildete und durch lastbedingte, axiale Abdrängung des Kronenrades (10) betätigte Reibungsbremse zur Ausbildung eines selbstsperrenden Differentials angeordnet ist, wobei ein Lamellenträger der Lamellenbremse an der Abstützfläche (18) abgestützt ist.