DE102009058543A1 - Stirnraddifferential sowie Planetenträger - Google Patents

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Abstract

Es wird ein 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) angegeben, wobei die Planetenräder (14, 15) des ersten und des zweiten Planetensatzes (10, 11) mit ihren Verzahnungsabschnitten (17) jeweils paarweise in Eingriff stehen. Weiter ist ein erstes und ein zweites Abtriebsrad (20, 21) umfasst, 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 kämmt. Dabei ist vorgesehen, dass der Verzahnungsabschnitt (17) und der Schaftabschnitt (18) wenigstens eines der Planetenräder (14, 15) als getrennte Einzelteile gefertigt sind. Weiter wird ein mit entsprechend ausgebildeten Planetenrädern (14, 15) ausgestatteter Planetenträger (2) angegeben. Die Trennung des Verzahnungsabschnitts (17) und des Schaftabschnitts (18) erlaubt eine kostengünstige Fertigung.

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 der US 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 der US 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 der US 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 gemäß 1.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
  • In 1 ist in einem Querschnitt ein Stirnraddifferential 1 dargestellt, welches beispielsweise als ein Achsgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit Frontantrieb eingesetzt wird. Das Stirnraddifferential 1 umfasst einen Planetenträger 2, der aus einer ersten Gehäusehälfte 3 und einer zweiten Gehäusehälfte 4 zusammengesetzt ist. Mit dem Planetenträger 2 fest verbunden ist ein diesen umlaufendes Antriebsrad 7. Über das Antriebsrad 7 wird der Planetenträger 2 in Rotation versetzt.
  • Innerhalb des Planetenträgers 2 ist ein erster und ein zweiter Planetensatz 10 bzw. 11 angeordnet. Jeder Planetensatz 10, 11 umfasst hierbei eine Anzahl von entlang des Umfangs verteilten Planetenrädern 14 bzw. 15, die jeweils einen Verzahnungsabschnitt 17 und einen Schaftabschnitt 18 aufweisen. Die Planetenräder 14, 15 der beiden Planetensätze 10, 11 sind hierbei zueinander bezüglich der Anordnung von Verzahnungsabschnitt 17 und Schaftabschnitt 18 entgegengesetzt ausgerichtet. Die Planetenräder 14, 15 der beiden Planetensätze 10, 11 kämmen hierbei jeweils paarweise über ihre entsprechenden Verzahnungsabschnitte 17.
  • Weiter sind innerhalb des Planetenträgers 2 ein erstes Abtriebsrad 20 und ein zweites Abtriebsrad 21 angeordnet, die zueinander axial versetzt sind. Beide Abtriebsräder 20, 21 sind als Sonnenräder ausgebildet. Dabei kämmt das erste Abtriebsrad bzw. Sonnenrad 20 mit seiner Außenverzahnung 23 mit den Verzahnungsabschnitten 17 der Planetenräder 14 des ersten Planetensatzes 10. Das zweite Abtriebsrad oder Sonnenrad 21 kämmt mit seiner Außenverzahnung 24 mit den Verzahnungsabschnitten 17 der Planetenräder 15 des zweiten Planetensatzes 11. Die Positionen 26 und 27 dienen der Adaption des Stirnraddifferentials 1 in ein vorhandenes Getriebe. Die nicht gezeigten Abtriebswellen sind über die dargestellten Steckverzahnungen formschlüssig und somit drehfest mit den Abtriebsrädern 20 und 21 verbunden. Die Abtriebsräder 20, 21 und die entsprechend zugeordneten Abtriebswellen sind drehbar im Planetenträger 2 angeordnet.
  • Die Verzahnungsabschnitte 17 und Schaftabschnitte 18 aller Planetenräder 14, 15 des Stirnraddifferentials 1 sind getrennt voneinander gefertigt. Die Verzahnungsabschnitte 17 sind jeweils durch Fließpressen hergestellt. Die Schaftabschnitte 18 sind jeweils als Distanzhülsen durch Einrollen (Rollieren) eines Blechs oder ebenfalls durch Fließpressen gefertigt. Der Verzahnungsabschnitt 17 und der Schaftabschnitt 18 jedes der Planetenräder 14, 15 sind jeweils drehbar auf einem Bolzen 30 angeordnet, der in den Gehäusehälften 3, 4 des Stirnraddifferentials 1 aufgenommen ist.
  • Bezüglich der Zeichnung gemäß 1 sind die Distanzhülsen 31 der Planetenräder 14 des ersten Planetensatzes 10 auf der rechten Seite bzw. an der zweiten Gehäusehälfte 4 und die Distanzhülsen 31 der Planetenräder 15 des zweiten Planetensatzes 11 auf der linken Seite bzw. an der ersten Gehäusehälfte 3 angeordnet. Dadurch sind die Verzahnungsabschnitte 17 der Planetenräder 14 des ersten Planetensatzes 10 gegenüber der zweiten Gehäusehälfte 4 und die Verzahnungsabschnitte 17 der Planetenräder 15 des zweiten Planetensatzes 11 gegenüber der ersten Gehäusehälfte 3 beabstandet. Eine Drehzahldifferenz der beiden Abtriebsräder 20, 21 bzw. der damit verbundenen Abtriebswellen 26, 27 wird durch ein Abrollen der Planetenräder 14, 15 ausgeglichen.
  • In 2 ist in einer dreidimensionalen Darstellung ein Planetenrad 14, 15 aus dem Stirnraddifferential 1 gemäß 1 dargestellt. Man erkennt nun den separat gefertigten Verzahnungsabschnitt 17, der mit einer Schrägverzahnung versehen ist. Der Schaftabschnitt 18 ist als eine Distanzhülse 31 gegeben. Die Distanzhülse 31 wird wie der Verzahnungsabschnitt 17 drehbar auf einem Bolzen 30 gelagert, der in dem Planetenträger 2 gemäß 1 aufgenommen ist.
  • Die Distanzhülse 31 ist vorliegend mit einer Beschichtung 33 versehen, die den Reibwert gegenüber benachbarten Bauteilen insbesondere gegenüber dem Verzahnungsabschnitt 17 und der Gehäusehälften 3, 4 des Planetenträgers 2 verringert. Alternativ ist die Distanzhülse 31 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
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • US 3738192 A [0002, 0003]
    • DE 20070047709 A1 [0005]
    • US 3738192 [0005]

Claims (13)

  1. 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.
  2. Stirnraddifferential (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der getrennt gefertigte Verzahnungsabschnitt (17) ein Fließpressteil ist.
  3. Stirnraddifferential (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der getrennte gefertigte Schaftabschnitt (18) als eine Distanzhülse gegeben ist.
  4. 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.
  5. Stirnraddifferential (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der getrennt gefertigte Schaftabschnitt (18) eine Beschichtung (33) zur Reibungsverminderung gegenüber benachbarten Bauteilen aufweist.
  6. Stirnraddifferential (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebsräder (20, 21) als Sonnenräder ausgeführt sind.
  7. Stirnraddifferential (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verzahnungsabschnitt (17) der Planetenräder (14, 15) jeweils eine Schrägverzahnung aufweist.
  8. 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.
  9. Planetenträger (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der getrennt gefertigte Verzahnungsabschnitt (17) ein Fließpressteil ist.
  10. Planetenträger (2) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der getrennte gefertigte Schaftabschnitt (18) als eine Distanzhülse gegeben ist.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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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