DE102011080002A1

DE102011080002A1 - Stirnraddifferenzial

Info

Publication number: DE102011080002A1
Application number: DE102011080002A
Authority: DE
Inventors: Thorsten BIERMANN; Harald Martini
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2031-07-29
Also published as: CN104040222A; DE102011080002B4; CN104040222B; US20140141922A1; WO2013013960A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Differenzial mit einem Planetenträger, mit einem ersten Satz Planetenräder, mit einem zweiten Satz Planetenräder, mit einem ersten Sonnenrad, mit einem zweiten Sonnenrad und mit einem Antriebsrad.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Differenzial mit einem Planetenträger, mit einem ersten Satz Planetenräder, mit einem zweiten Satz Planetenräder, mit einem ersten Sonnenrad, mit einem zweiten Sonnenrad und mit einem Antriebsrad.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiges Differenzial ist in DE 10 2007 040 475 A1 beschrieben. Die Planetenräder sind mit radialem Abstand zu einer Zentralachse des Differenzials jeweils um eine Rotationsachse drehbar, z. B. auf Planetenbolzen, gelagert. Die Planetenbolzen sind an dem Planetenträger abgestützt. Das erste Sonnenrad ist um die Zentralachse rotierbar und koaxial zum zweiten Sonnenrad angeordnet und steht mit jedem Planetenrad des ersten Satzes im Zahneingriff. Das zweite Sonnenrad steht mit jedem Planetenrad des zweiten Satzes im Zahneingriff.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompaktes und belastbares sowie einfach und kostengünstig herzustellendes Differenzial zu schaffen.
Erfindungsgemäß ist das Antriebsrad ein Zahnrad eines Winkeltriebs für den Zahneingriff mit einem weiteren Zahnrad des Winkeltriebs. Es ist an dem Planetenträger befestigt, wobei die Rotationsachsen des Zahnrades und des weiteren Zahnrades zueinander geneigt verlaufen. Winkeltriebe sind getriebliche Verbindungen wie Kegelradgetriebe und Hypoidgetriebe, über die vorzugsweise über einen Winkel von 90° Drehmomente übertragen werden können. Beim Kegeltrieb greift ein Antriebskegelrad (das Ritzel) in ein Abtriebskegelrad (das Tellerrad). Kegelräder weisen einen kegelstumpfförmig ausgebildeten Grundkörper auf. Beim Hypoidantrieb, einer Sonderform des Kegeltriebs, sind die Rotationsachsen der miteinander im Zahneingriff stehenden Kegelräder im Gegensatz zum Kegelradtrieb zueinander so versetzt, dass sie sich nicht schneiden.
Der Planetenträger ist vorzugsweise aus zwei schalenförmigen Blechteilen gebildet, welche die Planetenräder und die Sonnenräder zumindest teilweise zwischen sich einschließen. Alternativ ist der Planetenträger aus einem schalenförmigen Blechbauteil und aus einem Deckelteil gebildet, die beide axial z. B. durch vorzugsweise mindestens sechs Schrauben aneinander gehalten sind. Die Planetenräder sitzen drehbar auf Planetenbolzen. Jeder Planetenbolzen ist an einem Ende jeweils in einem der Blechbauteile entweder rotierbar oder fest gelagert. Die Planetenräder sind rotierbar auf den Planetenbolzen gelagert.
Das Antriebsrad ist konzentrisch zur Zentralachse, vorzugsweise mit einem Passsitz auf dem Planetenträger zentriert. Das Antriebsrad sitzt beispielsweise auf einer außenzylindrischen Fläche eines Blechbauteils des Planetenträgers. Die Zentralachse und die Rotationsachsen der Sonnenräder entsprechen sich. Der Passsitz ist vorzugsweise durch eine Übergangspassung von zylindrischen Flächen gebildet. In der Übergangspassung sind, von gleichen Nennmaßen des Außendurchmessers des Planetenträgers und des Innendurchmessers des Antriebsrades am Passsitz ausgehend, die Toleranzgrenzen so gelegt, dass beim Fügen entweder ein Spiel, eine Deckung oder ein Übermaß entsteht. Beim Spiel ist das Istmaß des Außendurchmessers kleiner als das des Innendurchmessers. In der Deckung ist das Istmaß jedes der Durchmesser gleich. Beim Übermaß ist das Istmaß des Außendurchmessers des Planetenträgers größer als das Istmaß des Innendurchmessers des Antriebsrades. Ein Beispiel einer geeigneten Übergangspassung des zylindrische n Sitzes ist eine Kombination der Toleranzen des Durchmessers der Bohrung von d^H7 mit denen des Durchmessers der Welle von d_n6.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zähnezahlen der Sonnenräder des Planetendifferenzials zueinander gleich sind. Die Sonnenräder sind gerad- oder schrägverzahnte Stirnräder. Jeder Satz weist wenigstens zwei, vorzugsweise jedoch drei, vier oder mehr Planetenräder gleicher Baugröße und Zähnezahlen auf. Die Zähnezahl jedes der Planetenräder des einen Satzes gleicht vorzugsweise der Zahl der Zähne jedes Planetenrads des anderen Satzes, kann sich aber unterscheiden. Die Planetenräder der Sätze sind pro Satz mit gleichmäßiger Teilung am Umfang um die Zentralachse des Stirnraddifferenzials verteilt. Die ersten Planetenräder stehen im Zahneingriff mit dem ersten Sonnenrad. Die Planetenräder des zweiten Satzes stehen im Zahneingriff mit dem zweiten Sonnenrad. Darüber hinaus steht jedes Zahnrad des ersten Satzes im Zahneingriff mit einem Planetenrad des zweiten Satzes.
Die Sonnenräder und Planetenräder sind jeweils untereinander verglichen gleich breit. In einer Ausgestaltung der Erfindung liegen sich die Sonnenräder des Stirnraddifferenzials axial in etwa um einen Spalt voneinander entfernt gegenüber, die der Breite des Bereichs entspricht, an dem die Planetenräder im Zahneingriff stehen. Die Verzahnungen der im Zahneingriff mit dem jeweiligen der Sonnenräder stehenden Planetenräder ragen zur axialen Mitte des Planetentriebs hin über die Verzahnung der Sonnenräder hinaus und stehen nur in einem radialem Bereich über dem Spalt miteinander im Zahneingriff. So ist sichergestellt, dass trotz der gleichen Zähnezahlen und der gleichen Module der Verzahnung die Planetenräder des ersten Satzes nicht mit der Verzahnung des zweiten Sonnenrades und die Planetenräder des zweiten Satzes nicht mit der Verzahnung des ersten Sonnenrades kollidieren.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Zahnprofil des einen Sonnenrades gegenüber einem Normprofil positiv und das Zahnprofil des anderen Sonnenrades gegenüber dem Bezugsprofil negativ verschoben. Das Bezugsprofil weist Kennwerte der Verzahnung, wie Kopf-, Teil-, oder Fußkreisdurchmesser auf, mit denen Evolventenverzahnungen standardmäßig üblicherweise hergestellt werden. Bei Profilverschiebungen werden, ausgehend von dem Bezugsprofil der Kopf-, Teil- und Fußkreis negativ, d. h. radial in Richtung der Rotationsachse oder positiv, d. h. radial von der Rotationsachse weg verschoben, so dass sich für die Profilverschiebung ein Wert mit der Einheit „mm" ergibt. Die Differenz des Profilverschiebungsfaktors des einen Sonnenrades zum Profilverschiebungsfaktor des anderen Sonnenrades ist an dem erfindungsgemäßen Differenzial mindestens 1,5. Der jeweilige Profilverschiebungsfaktor ergibt sich aus der Division der Profilverschiebung durch den jeweiligen Modul m des Zahnrades. Der Modul m ergibt sich bei Division des Zahnraddurchmessers durch die Anzahl der Zähne dieses Zahnrades.
Legt man im Normalschnitt an die Evolventenfläche im Schnittpunkt mit dem Teilkreis der Verzahnung eine Tangente, dann bezeichnet man den entsprechenden Winkel zu einer durch die Zentren der Zahnräder gelegten und durch den Schnittpunkt verlaufenden Gerade als Normaleingriffswinkel α_n der vorzugsweise mindestens 21° beträgt.
Derartig ausgeführte Differenziale können sehr kompakt und damit Platz sparend ausgeführt werden.
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch eine Differenzialeinheit 10 mit einem Winkeltrieb 9 und mit einem Differenzial 1, Das Differenzial 1 ist als Stirnraddifferenzial 1 ausgeführt und weist einen Planetenträger 2, einen ersten Satz 3 erster Planetenräder 3' und einen zweiten Satz 4 zweiter Planetenräder 4', ein erstes Sonnenrad 5 und ein zweites Sonnenrad 6 sowie ein Antriebsrad 8 auf. Die Sonnenräder 5 und 6 sind koaxial zueinander auf der Zentralachse 7 des Differenzials 1 ausgerichtet. Das erste Sonnenrad 5 kämmt mit jedem Planetenrad 3' des ersten Satzes 3. Das zweite Sonnenrad 6 kämmt mit jedem Planetenrad 4' des zweiten Satzes 4. Das Verhältnis 2R zu B ist relativ klein, da zwischen den Sonnenrädern 5 und 6 axial ein Spalt der Breite A verbleiben muss, der mindestens der Zahnbreite S des Planetenrades 3' oder 4' bzw. des Sonnenrades 5 oder 6 entspricht. In dem Bereich A' über dem axialen Spalt A zwischen den Sonnenrädern 5 und 6 steht jedes Planetenrad 3' im Zahneingriff mit einem Planetenrad 4', wie zeichnerisch mit der gestrichelten Linie zwischen den Planetenräder 3' und 4' angedeutet sein soll.
Der Planetenträger 2 ist aus zwei Teilen 2a und 2b gebildet. Die Teile 2a und 2b sind miteinander über die Flansche 2c und 2d verschraubt. Das Antriebsrad 8 greift mit entsprechenden Befestigungsmitteln 8a zwischen die Flansche 2c und 2d und ist mit diesen verschraubt.
Der Winkeltrieb 9 ist aus dem Antriebsrad 8, welches ein Tellerrad ist, aus einem als Ritzel 11 ausgeführten Zahnrad 12 gebildet. Die Rotationsachse des Antriebsrades 8 entspricht der Zentralachse 7, welche die Rotationsachse des Planetenträgers 2 ist. Die Rotationsachse 13 des Zahnrades verläuft quer zur Zentralachse 7.
2 zeigt das Detail Z aus 1, in dem die Zähne 8a des Antriebsrades 8 am Winkeltrieb 9 im Zahnengriff mit den Zähnen 12a des Zahnrades 12 und Zähne 8' des Antriebsrads 8 abgebildet sind.
3 zeigt eine Hauptansicht eines Ausführungsbeispiels eines Differenzials 20, als geschlossene Einheit. 4 zeigt eine Hauptansicht des Differenzials 20 von der anderen Seite. Der Planetenträger 14 des Differenzials 20 ist aus zwei Blechteilen 14a und 14b gebildet. Das Topfteil 14a umhaust den Planetentrieb 35 des Differenzials 20, welcher in 6, einer Schnittdarstellung einer Frontalansicht, sichtbar ist. Ein Deckel 14b verschließt das Topfeil 14a. Auf dem außen zylindrischen Topfteil 14a sitzt ein Antriebsrad 15 mit einem Passsitz. Von dem Antriebsrad 15 ist der kegelstumpfförmige Grundkörper 15a und ein Befestigungsring 15b dargestellt. An dem kegelstumpfförmigen Grundkörper 15a ist die nicht dargestellte Verzahnung des Antriebsrades 15 für den Zahneingriff mit einem nicht abgebildeten Zahnrad eines Winkeltriebs ausgebildet. Über den Befestigungsring 15b und das Topfteil 14a ist der Passsitz verwirklicht. Außerdem weist der Befestigungsring 15b Innengewinde auf, in die Schrauben 16 eingreifen, mit welchen das Topfteil 14a, der Deckel 14b und das Antriebszahnrad 15 miteinander axial verschraubt sind.
Die radialen inneren Abmessungen des Topfteils 14a sind von dem radialen Bauraum abhängig, den die Planetenräder 17' eines ersten Planetensatzes 17 im Zahneingriff mit Planetenrädern 18' des zweiten Satzes 18 und mit einem ersten Sonnenrad 19 sowie die zweiten Planetenräder 18' im Zahneingriff mit einem zweiten Sonnenrad 21 beanspruchen. Entscheidend für die Abmessungen ist der Durchmesser eines Kreises 22, der außen um die die zweiten Planetenräder 18' gelegt ist, welche radial am weitesten von der Zentralachse 23 des Differenzials 20 entfernt sind.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Differenzials 30 in einem Längsschnitt entlang der Zentralachse 24 des Differenzials 30. Das Differenzial 30 weist einen Planetenträger 25, einen ersten Satz 26 erster Planetenräder 26', einen zweiten Satz 27 zweiter Planetenräder 27', ein erstes Sonnenrad 28, ein zweites Sonnenrad 29 und ein Antriebsrad 31 für den Eingriff mit einem nicht dargestellten Zahnrad eines nicht abgebildeten Winkeltriebs auf.
Der Planetenträger 25 ist aus den Blechbauteilen 25a und 25b gebildet. In dem Topteil 25a sind die Sätze 26 und 27 und die Sonnenräder 28 und 29 auf genommen. Das Topfteil 25a ist seitlich von dem Deckel 25a verschlossen. Das Topfteil 25a ist mit einem Flansch 25c versehen. Der Deckel 25b weist axiale Durchgangslöcher 25d auf, deren Anordnung mit dem Lochbild der Löcher 25e im Flansch 25c korrespondiert. Durch die Löcher 25d und 25e sind Schrauben 32 gesteckt, die jeweils in Gewindelöcher 31a des Antriebsrades 31 eingeschraubt sind. Die Gewindelöcher 31 sind in Anschlusselementen oder in einem Anschlussring 31b des Antriebsrades ausgebildet. Die Anschlusselemente und oder der Anschlussring 31b sitzen/sitzt mit einem Passsitz 33 auf einer außenzylindrischen Fläche des Topfteils 25. Der Anschlussring 31b geht in den kegelstumpfförmig ausgebildeten Grundkörper 31c des Antriebsrades 31 über, an dem die Zähne beispielsweise einer Hypoidverzahnung ausgebildet sind.
Die Planetenräder 26' des ersten Satzes 26 stehen im Zahneingriff mit dem Sonnenrad 28. Die Planetenräder 27' des zweiten Satzes 27 stehen im Zahneingriff mit dem Sonnenrad 29. Das Verhältnis V von D/B ist: 2 ≤ V ≤ 6,5. D ist der Durchmesser des Kreises 22, welcher konzentrisch zur Zentralachse 24 ausgerichtet ist und die Planetenräder 27' außen berührt.
7 zeigt den Zahneingriff der Planetenräder 26' mit dem ersten Sonnenrad 28 und der Planetenräder 27' mit dem zweiten Sonnenrad 29. Außerdem steht jedes Planetenrad 26' im Zahneingriff mit einem Planetenrad 27'. Die Sonnenräder 28 und 29 liegen axial nahezu aneinander und sind axial aneinander abgestützt und weisen die gleiche Anzahl an Zähnen 28a bzw. 29a auf, welche mit gleicher Teilung am Umfang verteilt sind. Die Anzahl der Zähne 26a der Planetenräder 26' ist gleich der Anzahl der Zähne 27a der Planetenräder 27'. Das Zahnprofil der Zähne 28a ist radial positiv also nach außen verschoben. Das Zahnprofil der Zähne 29a ist radial nach innen also negativ verschoben, so die als lange Planetenräder 26' ausgebildeten Planetenräder 26' nicht mit der Verzahnung 29a des zweiten Sonnenrades 29 kollidieren. Die Anzahl der Zähne 28a des ersten Sonnenrades 28 entspricht der Anzahl der Zähne 29a des zweiten Sonnenrades 29.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007040475 A1 [0002]

Claims

Differenzial (1, 20, 30) mit einem Planetenträger (2, 14, 25), mit einem ersten Satz (3, 17, 26) Planetenräder (3', 17', 26'), mit einem zweiten Satz (4, 18, 27) Planetenräder (4', 18', 27) mit einem ersten Sonnenrad (5, 19, 28) und mit einem zweiten Sonnenrad (6, 21, 29) und mit einem Antriebsrad (8, 15, 31), wobei: – die Planetenräder (3', 17', 26') jeweils mit radialem Abstand zu einer Zentralachse (7, 23, 24) des Differenzials (1, 20, 30) um eine Rotationsachse drehbar sowie an dem Planetenträger (2, 14, 25) abgestützt sind, – das erste Sonnenrad (5, 19, 28) konzentrisch zur Zentralachse (7, 23, 24) um die Zentralachse (7, 23, 24) rotierbar und koaxial zum zweiten Sonnenrad (6, 21, 29) angeordnet ist und dabei mit jedem Planetenrad (3', 17', 26') des ersten Satzes (3, 17, 26) im Zahneingriff steht, – das zweite Sonnenrad (6, 21, 29) um die Zentralachse (7, 23, 24) rotierbar mit jedem Planetenrad (4', 18', 27) des zweiten Satzes (4, 18, 27) im Zahneingriff steht, – das Antriebsrad (8, 15, 31) ein Zahnrad eines Winkeltriebs (9) für den Zahneingriff mit einem weiteren Zahnrad (12) des Winkeltriebs (9) und an dem Planetenträger (2, 14, 25) befestigt ist und wobei die Rotationsachsen (7, 13, 23, 24) des Zahnrades und des weiteren Zahnrades zueinander geneigt verlaufen.
Differenzial nach Anspruch 1, an welchem das Antriebsrad (15, 31) einen kegelstumpfförmigen Grundkörper (15a, 31c) mit Verzahnung aufweist.
Differenzial nach Anspruch 1, an welchem das Antriebsrad (8, 15, 31) konzentrisch zur Zentralachse (7, 23, 24) auf dem der Planetenträger (2, 14, 25) zentriert ist.
Differenzial nach Anspruch 2 an welchem das Antriebsrad (8, 15, 31) mittels eines Passsitzes auf einer außen zylindrischen Fläche des Planetenträgers (2, 14, 25) zentriert ist.
Differenzial nach Anspruch 1, 2 oder 3, an dem der Planetenträger (2, 14, 25) aus wenigstens zwei Teilen (2a, 2b, 14a, 14b, 25a, 25b) gebildet ist, zwischen denen die Planetenräder (3', 4', 17', 18', 26') angeordnet sind, wobei die Teile (2a, 2b, 14a, 14b, 25a, 25b) aneinander befestigt sind und wobei das Antriebsrad (8, 15, 31) auf einem der Teile (2a, 2b, 14a, 14b, 25a, 25b) zentriert ist.
Differenzial nach Anspruch 1, an dem der Planetenträger (2, 14, 25) aus wenigstens zwei Teilen (2a, 2b, 14a, 14b, 25a, 25b) gebildet ist, zwischen denen die Planetenräder (3', 4', 17', 18', 26', 27') angeordnet sind, wobei die Teile (2a, 2b, 14a, 14b) mittels Schrauben (32) aneinander befestigt sind und wobei das Antriebsrad (8, 15, 31) auf einem der Teile (2a, 2b, 14a, 14b, 25a, 25b) zentriert ist.
Differenzial nach Anspruch 5, an dem die Teile (2a, 2b, 14a, 14b, 25a, 25b) mittels der Schrauben (32) an dem Antriebsrad (8, 15, 31) befestigt sind.
Differenzial nach Anspruch 1, in dem das erste Sonnenrad (28) eine erste Anzahl Zähne (28a) aufweist, welche gleich einer zweiten Anzahl Zähne (29a) des zweiten Sonnenrades (29) ist und in dem jedes Planetenrad (26') des ersten Satzes (26) eine dritte Anzahl Zähne (26a) aufweist, welche gleich einer vierten Anzahl Zähne (27a) jedes Planetenrades (27') des zweiten Satzes (27) ist, wobei jedes Planetenrad (26') des ersten Satzes (26) mit jeweils einem Planetenrad (27') des zweiten Satzes (27) im Zahneingriff steht.
Differenzial nach Anspruch 1, in dem ein zur Zentralachse (7, 23, 24) konzentrischer gedachter Kreis (22), welcher an welchem die radial am weitesten von der Zentralachse (7, 23, 24) angeordneten Planetenräder (3', 4', 17', 18', 26', 27') eines der Sätze (3, 4, 17, 18, 26, 27) radial an dem Kreis (22) anliegen, einen Durchmesser D aufweist, der mindestens dem Zweifachen und maximal dem 6.5-fachen einer Zahnbreite B des breitesten Zahnes der Planetenräder (3', 4', 17', 18', 26', 27') entspricht.
Differenzialantriebseinheit (10) mit dem Differenzial (1, 20, 30) nach Anspruch 1 und mit einem Winkeltrieb (9), wobei der Winkeltrieb (9) wenigstens ein Zahnrad (12) aufweist, welches im Zahneingriff mit dem Antriebsrad (8, 15, 31) steht und dessen Rotationsachse (13) quer zur Rotationsachse (7, 23, 24) des Antriebsrades (8, 15, 31) verläuft.