DE102011085119B3

DE102011085119B3 - Differential, insbesondere Stirnraddifferential

Info

Publication number: DE102011085119B3
Application number: DE102011085119A
Authority: DE
Inventors: Harald Martini; Thorsten BIERMANN
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2031-10-25
Also published as: DE202011110104U1

Abstract

Stirnraddifferential (2), umfassend einen Planetenradträger (3) und zwei relativ zum Planetenradträger (3) drehbare Sonnenräder (8, 9), wenigstens eine Reibscheibe (16, 17) sowie wenigstens ein die Sonnenräder (8, 9) relativ zum Planetenradträger (3) vorspannendes Federmittel (12), wobei das Federmittel (12) einerseits gegen ein Sonnenrad (8, 9) oder den Planetenradträger (3) und andererseits gegen ein Axiallager (14) angefedert ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Stirnraddifferential.
Hintergrund der Erfindung
Ein Differential ist ein Ausgleichsgetriebe umfassend ein Planetengetriebe, das vornehmlich in Kraftfahrzeugen zwischen den angetriebenen Rädern zum Einsatz kommt. Da die Räder einer Achse beim Fahren in einer Kurve unterschiedlich lange Wege zurücklegen, wird über ein solches Differential die Möglichkeit gegeben, dass sich die Umfangsgeschwindigkeiten der gekoppelten Räder frei einstellen können, so dass beide Räder die gleiche Kraft übertragen können. Differentiale sind in unterschiedlicher Bauart bekannt, eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung ist die eines Stirnraddifferentials, wie es beispielsweise aus DE 10 2007 040 475 A1 bekannt ist, welches Differential sich durch eine extrem schmale, kleine Bauweise auszeichnet. Dieses Stirnraddifferenzial umfasst einen Planetenradträger, drehbar am Planetenradträger gehalterte Planetenräder und zwei relativ zum Planetenradträger drehbare und mit Planetenrädern kämmende Sonnenräder. Die Planetenradträger erfüllt die Funktion eines Differenzialkorbs klassischer Differenziale. Die Planetenräder sind Ausgleichsräder und die Sonnenräder als Zentralräder sind mit den Abtriebsrädern klassischer Kegelraddifferenziale gleichzusetzen.
Wenngleich derartige Differentiale es ermöglichen, dass sich die Raddrehzahlen unabhängig voneinander entsprechend der Weglängen der jeweiligen Fahrspur einstellen können und auch eine symmetrische Antriebsmomentverteilung auf beide Antriebsräder möglich ist, so ist ein Nachteil insbesondere bei Anwendung im Kraftfahrzeugbereich dahingehend gegeben, als dann, wenn die Kraftschlusspotentiale der beiden Antriebsräder unterschiedlich sind, die Vortriebskräfte, die von beiden Antriebsrädern jeweils auf die Fahrbahn übertragbar sind, jeweils von dem Antriebsrad abhängig sind, dass das geringere Moment erhält, mithin also die geringere Kraft überträgt. D. h., dass in bestimmten Situationen, beispielsweise wenn auf Glatteis eines der Räder durchdreht, das andere, auf einem griffigen Untergrund stehende Rad ein kaum höheres Moment erhält als das durchdrehende. Ein Anfahren kann dann beispielsweise schwierig oder unmöglich sein.
Zu diesem Zweck ist die Ausgestaltung eines Differentials als Sperrdifferential bekannt. Unter einem Sperrdifferential versteht man ein Differentialgetriebe, das eine konstruktiv bewusst schwergängige, behinderte Ausgleichsbewegung zulässt. D. h., dass eine gewisse Grundkopplung zwischen den beiden Radseiten auch dann gegeben ist, wenn das eine Rad oder die eine Achse infolge schlechter Bodenhaftung kein Moment oder nur ein geringes Moment überträgt. Infolge der gegebenen, auf ein gewisses Niveau gesperrten Kopplung ist es in solchen Fällen möglich, dass das Differential das Antriebsmoment von einem durchrutschenden Rad auf das Rad mit der besseren Bodenhaftung überträgt und so die Traktion verbessert wird. Auch beim Anfahren mit starker Beschleunigung, z. B. auf einer bevorrechtigten Straße, wird hierüber verhindert, dass das kurveninnere Rad abhebt und so durchdreht, so dass die Leistung auf die Straße geleitet und das Fahrzeug sicher in den Verkehr eingefädelt werden kann, beispielsweise im Bereich von Einmündungen. Auch läuft grundsätzlich eine gesperrte Achse immer besser gerade aus als eine ungesperrte, weshalb sich unter Verwendung eines solchen Sperrdifferentials die Wirkung beispielsweise von Seitenwind oder der Bernoulli-Effekt beim schnellen Vorbeifahren an einem LKW reduzieren lässt.
Auch bei hohen Querbeschleunigungen, beispielsweise bei sportlich gefahrenen Kurven, zeigen sich ebenfalls die Vorteile des Sperrdifferentials. Denn mit ihm kann verhindert werden, dass das kurveninnere und damit entlastete Rad schlupft und ebenso schnell oder sogar schneller als das kurvenäußere Rad dreht, so dass stets ein Leistungsfluss auf die Straße gegeben ist. Zwar ist infolge der auf einen gewissen definierten Wert eingestellten Grundsperrung des Differentials die freie Anpassung der Raddrehzahlen an die Weglänge der Fahrspur behindert, jedoch sind die Vorteile solcher Sperrdifferentiale in kritischen Fahrzuständen beachtlich.
Um eine solche drehmomentunabhängige Grundsperrung zu erzielen ist es bekannt, mehrere Reibscheiben zu integrieren, die die freie Beweglichkeit der Abtriebe, also der Sonnenräder, behindern. In das anfangs schon erwähnte Stirnraddifferenzial nach DE 10 2007 040 475 A1 ist deshalb eine Reibscheibe axial zwischen den Sonnenrädern angeordnet. Außerdem ist zwischen dem jeweiligen Sonnenrad und dem Planetenträger angeordnet.
Ein Kegelraddifferenzial mit Sperrwirkung ist aus DE 38 36 552A1 bekannt, das aus einem als Planetenträger bezeichneten Differenzialkorb, in diesem Differenzialkorb drehbar gelagerten und als Planetenräder bezeichneten Ausgleichsrädern und mit diesen kämmenden Zentralrädern gebildet ist. Eine Reibscheiben aufweisende Kupplung ist zwischen dem Planetenträger und dem Zentralrad angeordnet, Darüber hinaus ist ein Federmittel einerseits über die Kupplung gegen eins der Zentralräder und andererseits gegen ein Axiallager angefedert.
Ein weiteres Differential ist beispielsweise aus WO 02/065000 A2 bekannt. Dort kommen zwei Reibscheiben zum Einsatz, die zwischen den beiden Sonnenrädern angeordnet sind, die Sonnenräder liegen stirnseitig an den Reibscheibenflächen an. Die beiden Reibscheiben sind über dazwischengeschaltete Tellerfederpakete gegen die Sonnenräder verspannt, es ist also eine Vorspannung gegeben. Durch die Wahl der Reibscheiben wie auch insbesondere der Auslegung der Tellefederpakete kann der Grundsperrwert eingestellt werden.
Bei dem aus WO 02/065000 A2 bekannten Differential sind stets zwei Reibscheiben zu verwenden, zwischen denen die Tellerfederpakete angeordnet sind. Über die über die Reibscheiben gegebene „Kapselung” der Tellerfedern wird ein Verschleiß derselben verhindert, da sie nicht in reibenden Kontakt zu einem der Sonnenräder stehen. Ferner ist der Durchmesser der verwendbaren Reibscheiben bei dem Differential aus WO 02/065000 A2 letztlich vom Durchmesser der Tellerfedern abhängig, da diese ja zwangsläufig in Wirkungsverbindung mit den Reibscheiben zu bringen sind, wobei das Tellerfeder-Reibscheiben-Paket zusätzlich in einer Radialhülse, die zwischen den Sonnenrädern angeordnet ist, aufgenommen ist. Eine übermäßig große Reibfläche, über die der Sperrwert variiert werden könnte, steht dort nicht zur Verfügung.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, ein Differential, insbesondere in Form eines Stirnraddifferentials, mit Sperrwirkung anzugeben, das demgegenüber verbessert ist.
Zur Lösung dieses Problems sind erfindungsgemäß das Federmittel und das Axiallager zwischen den beiden Sonnenrädern angeordnet, wobei das Federmittel am einen Sonnenrad und das Axiallager am anderen Sonnenrad anliegt, während zwischen jedem Sonnenrad und dem Planetenradträger jeweils eine Reibscheibe angeordnet ist. Es kommen also zwei Reibscheiben zum Einsatz, die jeweils die Relativbewegung eines Sonnenrads zum Planetenradträger beeinflussen. Das Federmittel nebst Axiallager befindet sich zwischen den Sonnenrädern, spannt diese also in Richtung der Planetenradträger vor, mithin also gegen die Reibscheiben. Da über das Axiallager eine freie Verdrehbarkeit der Sonnenräder zueinander sichergestellt ist, wird folglich das Federmittel nicht reibend beansprucht.
Bei dem erfindungsgemäßen Differential, insbesondere in einer Bauform, wie sie aus DE 10 2007 040 475 A1 bekannt ist, ist das Federmittel, das die Sonnenräder relativ zum Planetenradträger vorspannt und bevorzugt als Tellerfeder oder Tellerfederpaket ausgeführt ist, nicht unmittelbar mit einer Reibscheibe gekoppelt, sondern einem Sonnenrad aufgelagert. Die andere Seite des Federmittels ist an einem Axiallager aufgelagert, das seinerseits an dem anderen Sonnenrad abgestützt ist.
Darüber hinaus ist infolge der Entkopplung von Federmittel und Reibscheibe zwangsläufig keine auslegungsmäßige Abhängigkeit des Reibscheibendurchmessers gegeben. Dieser kann unter Ausnutzung des gesamten gegebenen radialen Bauraums den Anforderungen entsprechend gewählt werden.
Als Federmittel kommt bevorzugt wenigstens eine Tellerfeder, bevorzugt ein Tellerfederpaket bestehend aus mehreren hintereinander geschalteten Tellerfedern zum Einsatz, wobei insbesondere bei Verwendung eines Tellerfederpakets eine große Bandbreite hinsichtlich der Variation der Vorspannkraft gegeben ist.
Das Axiallager selbst ist bevorzugt ein Nadellager, das axial gesehen sehr wenig aufbaut, so dass folglich hierfür wenig Bauraum vorgehalten werden muss.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt in einer Schnittansicht ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Differentials 1 in einer Bauform als Stirnraddifferential 2 mit Sperrfunktion. Es besteht aus einem Planetenradträger 3, der im gezeigten Ausführungsbeispiel aus zwei dünnwandigen Blechbauteilen 4, 5, die über geeignete Verbindungen, z. B. Nieten, gehäuseartig miteinander verbunden sind. Der Planetenradträger 3 trägt mehrere Planetenräder 6, die auf entsprechenden Lagerbolzen 7 drehbar am Planetenradträger 3 gehaltert sind.
Die einzelnen Planeten kämmen in an sich bekannter Bauweise mit jeweils einem Sonnenrad 8, 9, wobei jedes Sonnenrad 8, 9 mit einem eigenen Planetenradsatz kämmt. Die Sonnenräder 8, 9 sind über entsprechende Gleithülsen 10, 11 im Planetenradträger 3 drehgelagert.
Zwischen den Sonnenrädern, die in geeigneter Weise mit nicht näher gezeigten Abtriebswellen zu verbinden sind, die dann zu anzutreibenden Rädern oder dergleichen laufen, befindet sich ein Federmittel 12 hier in Form eines Tellerfederpakets 13, das an einer Seite im gezeigten Ausführungsbeispiel am Sonnenrad 9 abgestützt ist. An der anderen Seite ist das Tellerfederpaket gegen ein Axiallager 14 hier in Form eines Nadellagers 15, das am anderen Sonnenrad 8 abgestützt ist, aufgelagert. Über die Integration des Axiallagers 14 ist eine freie Verdrehbarkeit der Sonnenräder 8, 9 relativ zueinander möglich, ohne dass das Tellerfederpaket in irgendeiner Form reibend beaufschlagt wird. Über das Tellerfederpaket 13 wiederum werden die beiden Sonnenräder 8, 9 gegen den Planetenradträger 3 vorgespannt. Federmittel 12 und Axiallager 14 können natürlich auch vertauscht angeordnet werden.
Zwischen jedem Sonnenrad 8, 9 und dem benachbarten Planetenradträger 3 ist jeweils eine Reibscheibe 16, 17 aus einem geeigneten Reibmaterial angeordnet. Die beiden Sonnenräder 8, 9 werden über das Tellerfederpaket 13 in Richtung des Planetenradträgers 3 vorgespannt, damit also auch gegen die beiden Reibscheiben 16, 17. Über die Reibscheiben wird eine Relativbewegung zwischen jedem Sonnenrad 8, 9 und den Planetenradträger 3 behindert, eine freie Drehbarkeit ist damit ausgeschlossen. Hierüber wird also ein drehmomentunabhängiger Grundsperrwert erzeugt, der einerseits von der Vorspannkraft, andererseits von den jeweiligen Reibflächen der Reibscheiben 16, 17 abhängt.
Das Tellerfederpaket 13 ist ersichtlich nicht mit den Reibscheiben 16, 17 in irgendeiner Form verbunden, d. h., dass sowohl das Tellerfederpaket 13 als auch die Reibscheiben 16, 17 unabhängig voneinander im Durchmesser gewählt werden können. Je nach Anforderung und vorhandenem Bauraum können also auch vom Durchmesser her relativ große Reibscheiben verwendet werden, so dass sich große Reibflächen geben und mithin auch hierüber eine beachtliche Variationsmöglichkeit hinsichtlich des Grundsperrwerts gegeben ist.
Wie 1 ferner zeigt, ist der Planetenradträger 3 mit einem Antriebsstirnrad 18 über geeignete Verbindungsschrauben 19 verbunden, so dass ein unmittelbarer Antrieb des Planetenradträgers 3 über das Antriebsrad 18, beispielsweise ein schräg verzahntes Stirnrad, erfolgen kann. Da aus der Schrägverzahnung axiale, drehmomentabhängige Kräfte resultieren, können die Reibscheiben 16, 17 zusätzlich zur Vorspannkraft über das Tellerfederpaket 13 auch mit diesen axialen Kräften belastet werden, so dass eine Steigerung des Sperrwerts zusätzlich möglich ist. Die Vorspannung, die über das Tellerfederpaket 13 eingebracht wird, liegt im Bereich mehrerer 10 kN.
Bezugszeichenliste

1: Differential
2: Stirnraddifferential
3: Planetenradträger
4: Blechbauteil
5: Blechbauteil
6: Planetenrad
7: Lagerbolzen
8: Sonnenrad
9: Sonnenrad
10: Gleithülse
11: Gleithülse
12: Federmittel
13: Tellerfederpaket
14: Axiallager
15: Nadellager
16: Reibscheibe
17: Reibscheibe
18: Antriebsstirnrad
19: Verbindungsschraube

Claims

Stirnraddifferential (2), umfassend einen Planetenradträger (3), drehbar am Planetenradträger (3) gehalterte Planetenträder (6) und zwei relativ zum Planetenradträger (3) drehbare und mit Planeteträdern (6) kämmende Sonnenräder (8, 9), wenigstens eine Reibscheibe (16, 17) sowie wenigstens ein die Sonnenräder (8, 9) relativ zum Planetenradträger (3) vorspannendes Federmittel (12), wobei das Federmittel (12) einerseits gegen ein Sonnenrad (8, 9) und andererseits gegen ein Axiallager (14) angefedert ist, und wobei das Federmittel (12) und das Axiallager (14) zwischen den beiden Sonnenrädern (8, 9) angeordnet sind, wobei das Federmittel (12) am einen Sonnenrad (8, 9) und das Axiallager (14) am anderen Sonnenrad (8, 9) anliegt, während zwischen jedem Sonnenrad (8, 9) und dem Planetenradträger (3) jeweils eine Reibscheibe (16, 17) angeordnet ist.
Stirnradifferenzial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federmittel (12) eine Tellerfeder oder ein Tellerfederpaket (13) ist.
Stirnraddifferenzial nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (14) ein Nadellager (15) ist.