DE102008038791A1

DE102008038791A1 - Differenzialgetriebeeinheit

Info

Publication number: DE102008038791A1
Application number: DE200810038791
Authority: DE
Inventors: Tomas Dr. Smetana
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-08-13
Filing date: 2008-08-13
Publication date: 2010-02-18

Abstract

Es ist eine Differenzialgetriebeeinheit (10) offenbart, die sich insbesondere für ein Kraftfahrzeug eignet. Die Differenzialgetriebeeinheit (10) umfasst eine Reibschlussdifferenzialeinheit (11) zur Verteilung eines Antriebsmomentes, die wenigstens zwei gegeneinander verdrehbare, mit Abtriebsseiten gekoppelte Scheiben (12, 14) und dazwischen angeordnete und axial an den Scheiben (12, 14) gelagerte Wälzkörper (16) aufweist, die jeweils in einem mit einer Antriebsseite gekoppelten Wälzkörperkäfig (18) gehalten sind. Sie umfasst zudem eine Vorspanneinheit zur Einstellung einer Vorspannung der wenigstens zwei Scheiben (12, 14) der Reibschlussdifferenzialeinheit (11) gegeneinander.
Die Wälzkörper (16) sind durch Rollen (20, 28) gebildet, deren Drehachsen geneigt zu den Drehachsen der Scheiben (12, 14) und des Wälzkörperkäfigs (18) sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Differenzialgetriebeeinheit, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Reibschlussdifferenzialeinheit, die dazu vorgesehen ist ein Antriebsmoment zu verteilen und mit einer Vorspanneinheit, die dazu vorgesehen ist, eine Vorspannung der Reibschlussdifferenzialeinheit einzustellen.
Aus der DE 43 13 877 A1 ist bereits eine Differenzialgetriebeeinheit mit einer I Reibschlussdifferenzialeinheit bekannt, die dazu vorgesehen ist, ein Antriebsmoment zu verteilen. Eine Vorspanneinheit ist dazu vorgesehen, eine Vorspannung der Reibschlussdifferenzialeinheit einzustellen. Derartige Differenzialgetriebeeinheiten dienen insbesondere zur Antriebsübertragung in einem Antriebsstrang mit zwei anzutreibenden Einheiten, wie bspw. in einem Kraftfahrzeug zum Antrieb von zwei Antriebsrädern einer Antriebsachse oder zum Antrieb von zwei Antriebsachsen. Zur Sicherstellung einer einwandfreien Funktion benötigen derartige Differenzialgetriebeeinheiten eine Vorspanneinheit, die meist durch zwei Rampenscheiben gebildet wird, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind. Durch Dreh-Schwenken wenigstens einer der Rampenscheiben relativ zu der anderen Rampenscheibe steigen die Wälzkörper an den Rampen auf, was zu einer axialen Vorspannung und damit zu einer zu nehmenden Sperrwirkung des Differenzialgetriebes führt. Derartige Vorspanneinheiten und Getrieben mit solchen Vorspanneinheiten sind bspw. aus der DE 10 2005 053 555 B3 , aus der US 54 85 904 A und aus der US 56 20 072 A bekannt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, eine verbesserte Differenzialgetriebeeinheit zur Verfügung zu stellen, bei der axiale Kräfte reduziert sind.
Diese Aufgabe wird mit einer Differenzialgetriebeeinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zwischen zwei Scheiben angeordnete Wälzkörper vorgesehen sind, die nicht nur für eine axiale Kraftverteilung sorgen, sondern eine zusätzliche radiale Kraftkomponente erzeugen. Die insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges geeignete Differenzialgetriebeeinheit umfasst eine Reibschlussdifferenzialeinheit zur Verteilung eines Antriebsmomentes, die wenigstens zwei gegeneinander verdrehbare, mit Abtriebsseiten gekoppelte Scheiben und dazwischen angeordnete und axial an den Scheiben gelagerte Wälzkörper aufweist. Die Wälzkörper sind jeweils in einem mit einer Antriebsseite gekoppelten Wälzkörperkäfig gehalten. Zudem ist eine Vorspanneinheit zur Einstellung einer Vorspannung der wenigstens zwei Scheiben der Reibschlussdifferenzialeinheit gegeneinander vorgesehen. Erfindungsgemäß sind die Wälzkörper durch Rollen gebildet, deren Drehachsen geneigt zu den Drehachsen der Scheiben und des Wälzkörperkäfigs sind. Auf diese Weise wird die gewünschte radiale Kraftkomponente bei einer Antriebskraftübertragung erzeugt, die von den Lagern der Differenzialgetriebeeinheit sehr gut aufgenommen werden kann. Durch die damit verbundene Reduzierung der axialen Kraftkomponente können die Axiallager kompakter ausgeführt werden, da sie einer geringeren Betriebsbelastung unterliegen.
Die Drehachsen der Wälzkörper können jeweils um einen Winkel zu den Drehachsen der Scheiben und des Wälzkörperkäfigs geneigt sein, der bspw. zwischen 30 und 60 Grad beträgt. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass die Drehachsen der Wälzkörper jeweils um einen Winkel zu den Drehachsen der Scheiben und des Wälzkörperkäfigs geneigt sind, der ungefähr 45 Grad beträgt. Bei dieser Auslegung kann eine ausreichend große axiale Kraft zwischen den Wälzkörpern und den daran anliegenden Scheiben übertragen werden, ohne dass die von den Lagern aufzunehmenden Axialkräfte zu große Werte annehmen.
Die Differenzialgetriebeeinheit weist vorzugsweise eine Mehrzahl von Wälzkörpern auf, die jeweils hälftig mit ihren Drehachsen gegensinnig zueinander geneigt sind. Zweckmäßigerweise sind die Wälzkörper jeweils aufeinander folgend über Kreuz angeordnet und zueinander geneigt. Um eine gleichmäßige Kräfteverteilung und Kraftübertragung sicherzustellen, sind die Wälzkörper vorzugsweise jeweils gleich voneinander beabstandet und somit gleichmäßig über den Umfang des Wälzkörperkäfigs verteilt.
Der Wälzkörperkäfig weist hierzu Aufnahmen für die Wälzkörper auf, deren Innenmantelflächen jeweils die Positionen und Neigungen der Wälzkörper zur Drehachse des Wälzkörperkäfigs definieren. Zudem weisen die beidseitig des Wälzkörperkäfigs angeordneten und mit den Wälzkörpern in Kontakt stehenden Scheiben jeweils ringförmige Nuten zur Aufnahme und zum Abwälzen der geneigten Wälzkörper auf.
Die Wälzkörper können wahlweise jeweils durch zylindrische Rollen gebildet sein. Bei dieser Ausführungsform weisen die in den Scheiben befindlichen ringförmigen Nuten jeweils einen mit der Außenkontur der zylindrischen Rollen korrespondierenden dreieckförmigen Querschnitt mit einem spitzen Nutgrund auf.
Die Wälzkörper können jedoch auch jeweils durch Kugelrollen mit zylindrischen Außenmantelflächen und halbkugelförmig gewölbten Stirnflächen gebildet sein. Bei dieser Ausführungsvariante weisen die in den Scheiben befindlichen ringförmigen Nuten jeweils einen mit der Außenkontur der Kugelrollen korrespondierenden Querschnitt mit abgeschrägten Rändern und einem flachen Nutgrund auf.
Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Gleiche Bauteile weisen dabei grundsätzlich gleiche Bezugszeichen auf und werden teilweise nicht mehrfach erläutert.
1 zeigt einen Querschnitt durch eine Differenzialgetriebeeinheit mit einer Reibschlussdifferenzialeinheit.
2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Wälzkörperkäfigs der Differenzialgetriebeeinheit gemäß 1 mit zylindrischen Rollen als Wälzkörper.
3 zeigt den Wälzkörperkäfig entsprechend 2 ohne Wälzkörper.
4 zeigt in einer schematischen Darstellung die Kräfteverteilung zwischen den einzelnen Bauelementen der Differenzialgetriebeeinheit.
5 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Differenzialgetriebeeinheit mit zylindrischen Rollen als Wälzkörper.
6 zeigt in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der Differenzialgetriebeeinheit mit Kugelrollen als Wälzkörper.
Die schematische Darstellung der 1 zeigt die wesentlichen Komponenten einer Differenzialgetriebeeinheit 10 eines Kraftfahrzeuges. Die Differenzialgetriebeeinheit 10 umfasst eine Reibschlussdifferenzialeinheit 11 zur Verteilung eines Antriebsmomentes, die zwei gegeneinander verdrehbare, mit Abtriebsseiten gekoppelte Scheiben 12 und 14 und dazwischen angeordnete und axial an den Scheiben 12, 14 gelagerte Wälzkörper 16 aufweist. Die Wälzkörper 16 sind jeweils in einem drehfest mit einer Antriebsseite gekoppelten Wälzkörperkäfig 18 gehalten. Die Reibschlussdifferenzialeinheit 11 dient zur Erzielung einer gewünschten Differenzialwirkung, d. h. zur Verteilung eines über den Wälzkörperkäfig 18 eingeleiteten Antriebsmomentes auf die jeweils mit den Scheiben 12 und 14 gekoppelten Abtriebseinheiten, wobei die Abtriebseinheiten jeweils unterschiedliche Drehzahlen aufweisen können.
Die Reibschlussdifferenzialeinheit 11 umfasst zudem eine hier nicht dargestellte Vorspanneinheit zur Einstellung einer Vorspannung der beiden Scheiben 12 und 14 der Reibschlussdifferenzialeinheit 11 gegeneinander vorgesehen.
Die Wälzkörper 16 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel durch zylindrische Rollen 20 gebildet, deren Drehachsen geneigt zu den Drehachsen der Scheiben 12, 14 und des Wälzkörperkäfigs 18 sind. Die Drehachsen der Wälzkörper 16 sind jeweils um einen Winkel von ca. 45 Grad zu den Drehachsen der Scheiben 12, 14 und des Wälzkörperkäfigs 18 geneigt. Bei dieser Auslegung kann eine ausreichend große axiale Kraft zwischen den Wälzkörpern 16 und den daran anliegenden Scheiben 12 und 14 übertragen werden, ohne dass die von den Lagern aufzunehmenden Axialkräfte zu große Werte annehmen.
Wie anhand der 1 bis 3 verdeutlicht ist, weist die Differenzialgetriebeeinheit 10 eine Mehrzahl von Wälzkörpern 16 auf, die jeweils hälftig mit ihren Drehachsen gegensinnig zueinander geneigt sind. Dabei sind die Wälzkörper 16 jeweils aufeinander folgend über Kreuz angeordnet und mit ihren Drehachsen jeweils in einem Winkel von 90 Grad gegeneinander geneigt. Um eine gleichmäßige Kräfteverteilung und Kraftübertragung sicherzustellen, sind die Wälzkörper 16 jeweils gleich voneinander beabstandet und somit gleichmäßig über den Umfang des Wälzkörperkäfigs 18 verteilt.
Der Wälzkörperkäfig 18 (vgl. 2) weist hierzu über seinen Umfang eine Reihe von Aufnahmen 22 (vgl. 3) für die Wälzkörper 16 auf, deren Innenmantelflächen jeweils die Positionen und Neigungen der Wälzkörper 16 zur Rotationsachse des Wälzkörperkäfigs 18 definieren. Zudem weisen die beidseitig des Wälzkörperkäfigs 18 angeordneten und mit den Wälzkörpern 16 in Kontakt stehenden Scheiben 12 und 14 jeweils ringförmige Nuten 24 zur Aufnahme und zum Abwälzen der geneigten Wälzkörper 16 auf, wie dies in den 5 und 6 verdeutlicht ist.
Ein mittels der dargestellten Differenzialgetriebeeinheit 10 übertragbares Antriebsmoment hängt von einer Vorspannung der hier nicht näher ausgeführten Reibschlussdifferenzialeinheit 11 ab. Die Darstellung der 4 verdeutlicht die an den Scheiben 12, 14 und Wälzkörpern 16 angreifenden Kräfte. So sind der auf den Wälzkörperkäfig 18 wirkenden Tangentialkraft F_Tang die entsprechenden Kraftkomponenten F_T entgegengerichtet, die zwischen den Wälzkörpern 16 und der ersten bzw. zweiten Scheibe 12, 14 wirken. Diese Tangentialkräfte F_T errechnen sich aus dem Produkt der Normalkräfte F_N und dem Reibungskoeffizienten μ zwischen Wälzkörper 16 und den jeweiligen Berührflächen der Scheiben 12, 14 entsprechend folgender Formel: FT = μ – FN
Die wirksamen Axialkräfte F_a errechnen sich aus dem Produkt des Neigungswinkels – hier genau 45 Grad – und der Normalkraft F_N entsprechend folgender Formel: Fa = FN·cos 45°
Es wird daraus deutlich, dass gegenüber herkömmlichen Anordnungen die für die Lager der Differenzialanordnung belastenden Axialkräfte deutlich reduziert sind. Durch den Einsatz von derart geneigten Laufflächen kann somit die axiale Beanspruchung typischerweise um ca. 30% reduziert werden.
Die Wälzkörper 16 können wahlweise entsprechend 5 jeweils durch zylindrische Rollen 20 gebildet sein. Bei dieser Ausführungsvariante weisen die in den Scheiben 12, 14 befindlichen ringförmigen Nuten 24 jeweils einen mit der Außenkontur der zylindrischen Rollen 20 korrespondierenden dreieckförmigen Querschnitt mit einem spitzen Nutgrund 26 auf.
Die Wälzkörper 16 können jedoch auch jeweils entsprechend 6 durch Kugelrollen 28 mit zylindrischen Außenmantelflächen und halbkugelförmig gewölbten Stirnflächen 30 gebildet sein. Bei dieser Ausführungsvariante weisen die in den Scheiben 12, 14 befindlichen ringförmigen Nuten 32 jeweils einen mit der Außenkontur der Kugelrollen 28 korrespondierenden Querschnitt mit abgeschrägten Rändern 34 und einem flachen Nutgrund 36 auf.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Gedanken Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich fallen.

10: Differenzialgetriebeeinheit
12: erste Scheibe
14: zweite Scheibe
16: Wälzkörper
18: Wälzkörperkäfig
20: Rollen
22: Aufnahme
24: Nut
26: Nutgrund
28: Kugelrollen
30: Stirnflächen
32: Nut
34: Rand
36: Nutgrund

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4313877 A1 [0002]
- DE 102005053555 B3 [0002]
- US 5485904 A [0002]
- US 5620072 A [0002]

Claims

Differenzialgetriebeeinheit (10), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Reibschlussdifferenzialeinheit (11) zur Verteilung eines Antriebsmomentes, die wenigstens zwei gegeneinander verdrehbare, mit Abtriebsseiten gekoppelte Scheiben (12, 14) und dazwischen angeordnete und axial an den Scheiben (12, 14) gelagerte Wälzkörper (16) aufweist, die jeweils in einem mit einer Antriebsseite gekoppelten Wälzkörperkäfig (18) gehalten sind, und mit einer Vorspanneinheit zur Einstellung einer Vorspannung der wenigstens zwei Scheiben (12, 14) der Reibschlussdifferenzialeinheit (11) gegeneinander, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (16) durch Rollen (20, 28) gebildet sind, deren Drehachsen geneigt zu den Drehachsen der Scheiben (12, 14) und des Wälzkörperkäfigs (18) sind.
Differenzialgetriebeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen der Wälzkörper (16) jeweils um einen Winkel zu den Drehachsen der Scheiben (12, 14) und des Wälzkörperkäfigs (18) geneigt sind, der zwischen 30 und 60 Grad beträgt.
Differenzialgetriebeeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen der Wälzkörper (16) jeweils um einen Winkel zu den Drehachsen der Scheiben (12, 14) und des Wälzkörperkäfigs (18) geneigt sind, der ungefähr 45 Grad beträgt.
Differenzialgetriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Wälzkörpern (16) vorgesehen ist, deren Hälfte mit ihren Drehachsen jeweils gegensinnig zueinander geneigt sind.
Differenzialgetriebeeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (16) jeweils aufeinander folgend über Kreuz angeordnet und zueinander geneigt sind.
Differenzialgetriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörperkäfig (18) Aufnahmen (22) für die Wälzkörper (16) aufweist, deren Innenmantelflächen die Positionen und Neigungen der Wälzkörper (16) zur Drehachse des Wälzkörperkäfigs (18) definieren.
Differenzialgetriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beidseitig des Wälzkörperkäfigs (18) angeordneten und mit den Wälzkörpern (16) in Kontakt stehenden Scheiben (12, 14) jeweils ringförmige Nuten (24, 32) zur Aufnahme und zum Abwälzen der geneigten Wälzkörper (16) aufweisen.
Differenzialgetriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (16) jeweils durch zylindrische Rollen (20) gebildet sind.
Differenzialgetriebeeinheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Scheiben (12, 14) befindlichen ringförmigen Nuten (24) jeweils einen mit der Außenkontur der zylindrischen Rollen (20) korrespondierenden dreieckförmigen Querschnitt mit einem spitzen Nutgrund (26) aufweisen.
Differenzialgetriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (16) jeweils durch Kugelrollen (28) mit zylindrischen Außenmantelflächen und halbkugelförmig gewölbten Stirnflächen (30) gebildet sind.
Differenzialgetriebeeinheit nach Anspruch 7 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Scheiben (12, 14) befindlichen ringförmigen Nuten (32) jeweils einen mit der Außenkontur der Kugelrollen (28) korrespondierenden Querschnitt mit abgeschrägten Rändern (34) und einem flachen Nutgrund (36) aufweisen.