DE102009058543A1 - Stirnraddifferential sowie Planetenträger - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft ein Stirnraddifferential mit einem Planetenträger, mit einem ersten und einem zweiten Planetensatz mit jeweils einer Anzahl von Planetenrädern, umfassend jeweils einen Verzahnungsabschnitt und einen Schaftabschnitt, wobei die Planetenräder des ersten und des zweiten Planetensatzes mit ihren Verzahnungsabschnitten jeweils paarweise in Eingriff stehen, sowie mit einem ersten und einem zweiten Abtriebsrad, wobei das erste Abtriebsrad mit den Planetenrädern des ersten Planetensatzes und das zweite Abtriebsrad mit den Planetenrädern des zweiten Planetensatzes kämmt. Die Erfindung betrifft weiter einen Planetenträger, insbesondere für ein Stirnraddifferential, mit einer Anzahl von Planetenrädern, umfassend jeweils einen Verzahnungsabschnitt und einen Schaftabschnitt.
- Hintergrund der Erfindung
- Ein Stirnradifferential der vorgenannten Art ist beispielsweise aus der
DE 10 2007 004 709 A1 oder aus derUS 3,738,192 A bekannt. Ein solches Stirnraddifferential wird beispielsweise als ein kompaktes Achsgetriebe in einem Kraftfahrzeug mit Frontantrieb eingesetzt und dient dem Ausgleich unterschiedlicher Drehzahlen der beiden Antriebsräder. - Das Stirnraddifferential entsprechend der
DE 10 2007 004 709 A1 oder derUS 3,738,192 A weist innerhalb eines Planetenträgers zwei Planetensätze mit jeweils einer Anzahl von in Umfangsrichtung verteilten Planetenrädern auf. Jedes Planetenrad umfasst hierbei einen Verzahnungsabschnitt und einen Schaftabschnitt. Die Planetenräder der beiden Planetensätze kämmen jeweils paarweise über ihren Verzahnungsabschnitt miteinander. Hierzu sind die Planetenräder der Planetensätze bezüglich des Schaftabschnitts und des Verzahnungsabschnitts entgegengesetzt zueinander ausgerichtet. Weiter sind innerhalb des Planetenträgers zwei axial zueinander versetzte Abtriebsräder vorgesehen. Jeweils ein Abtriebsrad kämmt dabei mit den Planetenrädern jeweils eines Planetensatzes. Die Abtriebsräder sind als Sonnenräder ausgebildet. In der DE 10 2007 004 709 A1 ist eine Ausgestaltung der Abtriebsräder auch als Hohlräder offenbart, das jeweils mit einer Innenverzahnung mit den entsprechenden Planetenrädern kämmen. - Mit dem Planetenträger fest verbunden ist ein Antriebsrad. Über das Antriebsrad wird der Planetenträger insgesamt in Rotation versetzt. Die Rotation der Abtriebsräder wird beispielsweise über drehfest angebundene Wellen nach außen übertragen. Eine Drehzahldifferenz der Abtriebsräder wird durch ein Abrollen der Planetenräder ausgeglichen.
- In der
DE 10 2007 004 7709 A1 sind die Planetenräder jeweils über einen Bolzen am Planetenträger gelagert. Gemäß derUS 3,738,192 sind die Planetenräder innerhalb kreisbogenförmiger Ausschnitte beispielsweise des Antriebsrades geführt. - Die Planetenräder eines Stirnraddifferentials weisen wie erwähnt jeweils einen Verzahnungsabschnitt und einen Schaftabschnitt auf. Der gegenüber dem Verzahnungsabschnitt im Durchmesser verkleinerte Schaftabschnitt ermöglicht eine freie Rotation desjenigen Abtriebsrades, welches mit den Verzahnungsabschnitten der Planetenräder des anderen Planetensatzes kämmt. Der Schaftabschnitt weist hierzu eine relativ große Länge auf. Die Ausgestaltung der Planetenräder als Stirnräder mit einem langen Schaftabschnitt macht die Herstellung vergleichsweise aufwändig und daher teuer.
- Aufgabe der Erfindung
- Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Stirnraddifferential der eingangs genannten Art anzugeben, welches sich gegenüber den bekannten Ausgestaltungen des Standes der Technik einfacher und kostengünstiger herstellen lässt. Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Planetenträger, insbesondere für das Stirnraddifferential anzugeben, der mit denselben Vorteilen ausgestattet ist.
- Lösung der Aufgabe
- Die erstgenannte Aufgabe wird für ein Stirnraddifferential der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Verzahnungsabschnitt und der Schaftabschnitt wenigstens eines der Planetenräder als getrennte Einzelteile gefertigt sind.
- Dabei geht die Erfindung davon aus, dass durch die Trennung von Verzahnungsabschnitt und Schaftabschnitt eine jeweils ideale Fertigungsmethode angewendet werden kann, oder es eine solche Trennung überhaupt ermöglicht, eine zur Herstellung des einteiligen Planetenrads nicht geeignete Fertigungsmethode nunmehr anzuwenden.
- Insbesondere die starken Querschnittssprünge eines Planetenrades mit Schaftabschnitt führen bei einer zur Herstellung notwendigen Wärmebehandlung zu hohen Eigenspannungen, wodurch unerwünschte Spannungsrisse auftreten können. Dies wird nun dadurch verhindert, dass der Verzahnungsabschnitt des Planetenrads getrennt von dem Schaftabschnitt gefertigt wird. Beide Teile können dann insbesondere separat wärmebehandelt werden, was beispielsweise zur Einstellung der gewünschten Härte des verwendeten metallischen Werkstoffes notwendig wird.
- Der Schaftabschnitt des hier vorliegenden Planetenrades dient insbesondere zur Beabstandung des Verzahnungsabschnitts gegenüber dem Planetenträger. Ist das Planetenrad auf einem Bolzen gelagert, so stellt der Schaftabschnitt ein langes und dünnwandiges Bauteil dar. Bei einem kostengünstigen Fließpressen des Planetenrades im Ganzen kann aufgrund dieser Geometrie des Schaftabschnitts eine vollständige Formfüllung nicht mehr gewährleistet werden. Für den Schaftabschnitt führt dies zu starken und nicht mehr tolerierbaren maßlichen Schwankungen.
- Durch die Trennung des Schaftabschnitts und des Verzahnungsabschnitts kann der Verzahnungsabschnitt nun aber mittels Fließpressen unproblematisch und kostengünstig hergestellt werden. Das Problem einer mangelhaften Formfüllung tritt dabei aufgrund der gegebenen Geometrie an sich nicht auf. Die Funktion des dünnen Schaftabschnitts zur Beabstandung des Verzahnungsabschnitts kann durch eine entsprechende Distanzhülse übernommen werden, die separat gefertigt ist und mit dem eigentlichen Verzahnungsabschnitt auf dem Bolzen im Planetenträger angeordnet wird.
- Unter der Fertigungsmethode des Fließpressens wird vorliegend sowohl eine Kaltumformung als auch eine Warmumformung eines metallischen Werkstoffs unter hohem Druck verstanden, wobei der Werkstoff zum Fließen gebracht wird. Mit dieser Methode des Fließpressens können auch komplexe metallische Formteile relativ kostengünstig hergestellt werden.
- Der beabsichtigte Kostenvorteil der Erfindung tritt dadurch ein, dass die Planetenräder als solche gegenüber dem Stand der Technik nicht mehr einteilig und daher aufgrund der komplexen Geometrie aufwändig gefertigt werden, sondern dass der komplexe Verzahnungsabschnitt und der geometrisch einfach ausgebildete Schaftabschnitt voneinander getrennt gefertigt werden. Insbesondere ermöglicht es die Erfindung, für die Herstellung eines komplexen Planetenrads mit einem langen Schaftabschnitt die Methode des Fließpressens anzuwenden.
- Von der Erfindung umfasst sind hierbei insbesondere auch solche Stirnraddifferentiale, bei denen lediglich ein Anteil der enthaltenen Planetenräder mehrteilig gefertigt ist. Ebenso bezieht sich die Erfindung natürlich auf Stirnraddifferentiale, bei denen alle enthaltenen Planetenräder mit getrennt gefertigten Schaft- und Verzahnungsabschnitten ausgebildet sind.
- In einer entsprechend vorteilhaften Ausgestaltung ist insofern der getrennt gefertigte Verzahnungsabschnitt des Planetenrads ein Fließpressteil. Dadurch dass der Schaftabschnitt vom Verzahnungsabschnitt zur Fertigung getrennt ist, besteht das Problem einer mangelhaften Formfüllung bezüglich des gesamten Bauteils nicht mehr. Der Verzahnungsabschnitt als Ganzes kann kostengünstig durch Fließpressen hergestellt werden.
- Zweckmäßigerweise ist der getrennt gefertigte Schaftabschnitt als eine Distanzhülse gegeben, die insbesondere mit dem getrennt gefertigten Verzahnungsabschnitt gemeinsam auf einem am Planetenträger befestigten Bolzen gelagert ist. Eine solche Distanzhülse kann bevorzugt in einfacher Art und Weise durch Einrollen eines Bleches hergestellt werden. Die Nahtstelle des entsprechend aufgerollten Bleches ist beispielsweise verschweißt oder geclincht. Bei dem einfachen Bauteil einer Distanzhülse kann ebenfalls ein kostengünstiges Fließpressen zur Herstellung verwendet werden.
- Vorteilhafterweise können aufgrund der getrennten Fertigung für den Verzahnungsabschnitt und den Schaftabschnitt den jeweiligen Erfordernissen angepasste unterschiedliche Materialien verwendet werden. Beispielsweise kann für den Verzahnungsabschnitt ein Stahl mit hoher Härte und hohem Verschleißwiderstand eingesetzt werden. Für den Schaftabschnitt kann hingegen ein Stahl oder eine andere geeignete Legierung eingesetzt werden, die gegenüber den benachbarten Bauteilen einen niedrigen Reibwert aufweist.
- In einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist der getrennt gefertigte Schaftabschnitt eine Beschichtung zur Reibungsverminderung gegenüber den benachbarten Bauteilen auf. Eine solche Schicht kann aus einer geeigneten metallischen Legierung oder aber auch aus einem geeigneten Kunststoff oder dergleichen bestehen. Durch eine solche Maßnahme weist der Schaftabschnitt gegenüber einem gegebenenfalls vorgesehenen Bolzen, gegenüber dem benachbarten Verzahnungsabschnitt und gegenüber dem Planetenträger einen niedrigen Reibwert auf.
- Die Abtriebsräder des Stirnraddifferentials können insbesondere als Hohlräder ausgestaltet sein, die über eine entsprechende Innenverzahnung jeweils mit den Planetenrädern eines Planetensatzes kämmen. Bevorzugt, da insgesamt kompakter und einfacher herstellbar, sind die Abtriebsräder jedoch als Sonnenräder ausgestaltet. Die Sonnenräder sind hierbei insbesondere axial zueinander versetzt und kämmen mit einer Außenverzahnung jeweils mit den Planetenrädern eines der Planetensätze. Hohlrad und Sonnenrad sind beispielsweise formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit einer Abtriebswelle verbunden, über die ein Drehmoment beispielsweise auf Antriebsräder übertragen werden kann.
- Die Verzahnung des Verzahnungsabschnitts kann als eine Geradverzahnung ausgeführt sein. Bevorzugt ist die Verzahnung jedoch als eine Schrägverzahnung ausgebildet.
- Die zweitgenannte Aufgabe wird durch einen Planetenträger der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Verzahnungsabschnitt und der Schaftabschnitt wenigstens eines der Planetenräder als getrennte Einzelteile gefertigt sind.
- Ein solcher Planetenträger, an dem oder in dem die Planetenräder drehbar angeordnet sind, eignet sich insbesondere für ein so genanntes Stirnraddifferential. Als ein Planetenträger in diesem Sinne wird beispielsweise eine Gehäusehälfte des Stirnraddifferentials verstanden, die einen der beiden Planetensätze trägt. Der Planetenträger kann aber auch als Teil eines Planetengetriebes ausgestaltet sein, in dem oder an dem eine Anzahl der besagten Planetenräder angeordnet ist. Der Planetenträger kann sowohl abtriebs- als auch antriebsseitig angeordnet sein. Über ein mit den Planetenrädern kämmendes Sonnenrad oder Hohlrad wird eine Drehbewegung eingebracht bzw. abgegriffen.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen bezüglich eines Planetenträgers finden sich in den hierauf gerichteten Unteransprüchen. Dabei können die für das Stirnraddifferential jeweils genannten Vorteile sinngemäß auf den Planetenträger übertragen werden.
- Kurze Beschreibung der Zeichnung
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 in einem Querschnitt ein Stirnraddifferential und -
2 in einer dreidimensionalen Darstellung ein Planetenrad aus dem Stirnraddifferential gemäß1 . - Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
- In
1 ist in einem Querschnitt ein Stirnraddifferential1 dargestellt, welches beispielsweise als ein Achsgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit Frontantrieb eingesetzt wird. Das Stirnraddifferential1 umfasst einen Planetenträger2 , der aus einer ersten Gehäusehälfte3 und einer zweiten Gehäusehälfte4 zusammengesetzt ist. Mit dem Planetenträger2 fest verbunden ist ein diesen umlaufendes Antriebsrad7 . Über das Antriebsrad7 wird der Planetenträger2 in Rotation versetzt. - Innerhalb des Planetenträgers
2 ist ein erster und ein zweiter Planetensatz10 bzw.11 angeordnet. Jeder Planetensatz10 ,11 umfasst hierbei eine Anzahl von entlang des Umfangs verteilten Planetenrädern14 bzw.15 , die jeweils einen Verzahnungsabschnitt17 und einen Schaftabschnitt18 aufweisen. Die Planetenräder14 ,15 der beiden Planetensätze10 ,11 sind hierbei zueinander bezüglich der Anordnung von Verzahnungsabschnitt17 und Schaftabschnitt18 entgegengesetzt ausgerichtet. Die Planetenräder14 ,15 der beiden Planetensätze10 ,11 kämmen hierbei jeweils paarweise über ihre entsprechenden Verzahnungsabschnitte17 . - Weiter sind innerhalb des Planetenträgers
2 ein erstes Abtriebsrad20 und ein zweites Abtriebsrad21 angeordnet, die zueinander axial versetzt sind. Beide Abtriebsräder20 ,21 sind als Sonnenräder ausgebildet. Dabei kämmt das erste Abtriebsrad bzw. Sonnenrad20 mit seiner Außenverzahnung23 mit den Verzahnungsabschnitten17 der Planetenräder14 des ersten Planetensatzes10 . Das zweite Abtriebsrad oder Sonnenrad21 kämmt mit seiner Außenverzahnung24 mit den Verzahnungsabschnitten17 der Planetenräder15 des zweiten Planetensatzes11 . Die Positionen26 und27 dienen der Adaption des Stirnraddifferentials1 in ein vorhandenes Getriebe. Die nicht gezeigten Abtriebswellen sind über die dargestellten Steckverzahnungen formschlüssig und somit drehfest mit den Abtriebsrädern20 und21 verbunden. Die Abtriebsräder20 ,21 und die entsprechend zugeordneten Abtriebswellen sind drehbar im Planetenträger2 angeordnet. - Die Verzahnungsabschnitte
17 und Schaftabschnitte18 aller Planetenräder14 ,15 des Stirnraddifferentials1 sind getrennt voneinander gefertigt. Die Verzahnungsabschnitte17 sind jeweils durch Fließpressen hergestellt. Die Schaftabschnitte18 sind jeweils als Distanzhülsen durch Einrollen (Rollieren) eines Blechs oder ebenfalls durch Fließpressen gefertigt. Der Verzahnungsabschnitt17 und der Schaftabschnitt18 jedes der Planetenräder14 ,15 sind jeweils drehbar auf einem Bolzen30 angeordnet, der in den Gehäusehälften3 ,4 des Stirnraddifferentials1 aufgenommen ist. - Bezüglich der Zeichnung gemäß
1 sind die Distanzhülsen31 der Planetenräder14 des ersten Planetensatzes10 auf der rechten Seite bzw. an der zweiten Gehäusehälfte4 und die Distanzhülsen31 der Planetenräder15 des zweiten Planetensatzes11 auf der linken Seite bzw. an der ersten Gehäusehälfte3 angeordnet. Dadurch sind die Verzahnungsabschnitte17 der Planetenräder14 des ersten Planetensatzes10 gegenüber der zweiten Gehäusehälfte4 und die Verzahnungsabschnitte17 der Planetenräder15 des zweiten Planetensatzes11 gegenüber der ersten Gehäusehälfte3 beabstandet. Eine Drehzahldifferenz der beiden Abtriebsräder20 ,21 bzw. der damit verbundenen Abtriebswellen26 ,27 wird durch ein Abrollen der Planetenräder14 ,15 ausgeglichen. - In
2 ist in einer dreidimensionalen Darstellung ein Planetenrad14 ,15 aus dem Stirnraddifferential1 gemäß1 dargestellt. Man erkennt nun den separat gefertigten Verzahnungsabschnitt17 , der mit einer Schrägverzahnung versehen ist. Der Schaftabschnitt18 ist als eine Distanzhülse31 gegeben. Die Distanzhülse31 wird wie der Verzahnungsabschnitt17 drehbar auf einem Bolzen30 gelagert, der in dem Planetenträger2 gemäß1 aufgenommen ist. - Die Distanzhülse
31 ist vorliegend mit einer Beschichtung33 versehen, die den Reibwert gegenüber benachbarten Bauteilen insbesondere gegenüber dem Verzahnungsabschnitt17 und der Gehäusehälften3 ,4 des Planetenträgers2 verringert. Alternativ ist die Distanzhülse31 unbeschichtet ausgebildet. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Stirnraddifferential
- 2
- Planetenträger
- 3
- Gehäusehälfte
- 4
- Gehäusehälfte
- 7
- Antriebsrad
- 10
- erster Planetensatz
- 11
- zweiter Planetensatz
- 14
- Planetenräder erster Satz
- 15
- Planetenräder zweiter Satz
- 17
- Verzahnungsabschnitt
- 18
- Schaftabschnitt
- 20
- Adaptionposition
- 21
- Adaptionsposition
- 23
- Außenverzahnung
- 24
- Außenverzahnung
- 26
- erste Abtriebswelle
- 27
- zweite Abtriebswelle
- 30
- Bolzen
- 31
- Distanzhülse
- 33
- Beschichtung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
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- US 3738192 A [0002, 0003]
- DE 20070047709 A1 [0005]
- US 3738192 [0005]
Claims (13)
- Stirnraddifferential (
1 ) mit einem Planetenträger (2 ), mit einem ersten und einem zweiten Planetensatz (10 ,11 ) mit jeweils einer Anzahl von Planetenrädern (14 ,15 ), umfassend jeweils einen Verzahnungsabschnitt (17 ) und einen Schaftabschnitt (18 ), wobei die Planetenräder (14 ,15 ) des ersten und des zweiten Planetensatzes (10 ,11 ) mit ihren Verzahnungsabschnitten (17 ) jeweils paarweise in Eingriff stehen, sowie mit einem ersten und einem zweiten Abtriebsrad (20 ,21 ), wobei das erste Abtriebsrad (20 ) mit den Planetenrädern (14 ) des ersten Planetensatzes (10 ) und das zweite Abtriebsrad (21 ) mit den Planetenrädern (15 ) des zweiten Planetensatzes (11 ) kämmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Verzahnungsabschnitt (17 ) und der Schaftabschnitt (18 ) wenigstens eines der Planetenräder (14 ,15 ) als getrennte Einzelteile gefertigt sind. - Stirnraddifferential (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der getrennt gefertigte Verzahnungsabschnitt (17 ) ein Fließpressteil ist. - Stirnraddifferential (
1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der getrennte gefertigte Schaftabschnitt (18 ) als eine Distanzhülse gegeben ist. - Stirnraddifferential (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der getrennt gefertigte Verzahnungsabschnitt (17 ) und der getrennt gefertigte Schaftabschnitt (18 ) gemeinsam auf einem am Planetenträger (2 ) befestigten Bolzen (30 ) gelagert sind. - Stirnraddifferential (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der getrennt gefertigte Schaftabschnitt (18 ) eine Beschichtung (33 ) zur Reibungsverminderung gegenüber benachbarten Bauteilen aufweist. - Stirnraddifferential (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebsräder (20 ,21 ) als Sonnenräder ausgeführt sind. - Stirnraddifferential (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verzahnungsabschnitt (17 ) der Planetenräder (14 ,15 ) jeweils eine Schrägverzahnung aufweist. - Planetenträger (
2 ), insbesondere für ein Stirnraddifferential (2 ), mit einer Anzahl von Planetenrädern (14 ,15 ), umfassend jeweils einen Verzahnungsabschnitt (17 ) und einen Schaftabschnitt (18 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Verzahnungsabschnitt (17 ) und der Schaftabschnitt (18 ) wenigstens eines der Planetenräder (14 ,15 ) als getrennte Einzelteile gefertigt sind. - Planetenträger (
2 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der getrennt gefertigte Verzahnungsabschnitt (17 ) ein Fließpressteil ist. - Planetenträger (
2 ) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der getrennte gefertigte Schaftabschnitt (18 ) als eine Distanzhülse gegeben ist. - Planetenträger (
2 ) nach einem Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der getrennt gefertigte Verzahnungsabschnitt (17 ) und der getrennt gefertigte Schaftabschnitt (18 ) gemeinsam auf einem Bolzen (30 ) gelagert sind. - Planetenträger (
2 ) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der getrennt gefertigte Schaftabschnitt (18 ) eine Beschichtung (33 ) zur Erniedrigung der Gleitreibung gegenüber benachbarten Bauteilen aufweist. - Planetenträger (
2 ) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verzahnungsabschnitt (17 ) der Planetenräder (14 ,15 ) jeweils eine Schrägverzahnung aufweist.
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DE200910058543 DE102009058543A1 (de) | 2009-12-16 | 2009-12-16 | Stirnraddifferential sowie Planetenträger |
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DE200910058543 DE102009058543A1 (de) | 2009-12-16 | 2009-12-16 | Stirnraddifferential sowie Planetenträger |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102009058543A1 true DE102009058543A1 (de) | 2011-06-22 |
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