DE102011087579A1

DE102011087579A1 - Spur gear differential for use in drive train of e.g. motor vehicle, has sun wheels, and rotational torque-transferring connection formed between inner surface of axial drive wheel and radial peripheral surface of planetary carrier

Info

Publication number: DE102011087579A1
Application number: DE201110087579
Authority: DE
Inventors: Thorsten BIERMANN; Rainer Schübel; Ernst Masur
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2013-06-06
Also published as: CN103133632A

Abstract

The differential (1) has a planetary carrier (2), and sun wheels (5, 6) comprising respective external teeth (7) and arranged at the planetary carrier. The sun wheels are combed with respective input wheels that are designed as planetary wheels. The planetary wheels are connected with one another, and an axial drive wheel (14) is arranged radially at an outer side of the carrier. A rotational torque-transferring connection (17) e.g. force-fit connection and/or welded connection, is formed between an inner surface (15) of the drive wheel and a radial peripheral surface (13) of the carrier. An independent claim is also included for a method for manufacturing a spur gear differential.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein Stirnraddifferenzial für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einem Planetenträger, in dem zwei je eine Außenverzahnung aufweisende Sonnenräder angeordnet sind, die mit je einem als Planetenrad ausgebildeten Ausgleichsrad kämmen, wobei die beiden Planetenräder miteinander in Formschluss befindlich sind, und ferner ein mit einem im Wesentlichen radial außerhalb des Planetenträgers angeordnetes Achsantriebsrad vorhanden ist.The invention relates to a spur gear differential for a drive train of a motor vehicle, with a planet carrier in which two outer gears each having sun gears are arranged, each meshing with a pinion formed as a planetary gear, wherein the two planetary gears are in positive engagement with each other, and further with a a substantially arranged radially outside of the planet carrier Achsantriebsrad is present.

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Stirnraddifferenziale bekannt:
Die DE 10 2007 004 709 A1 offenbart bspw. ein Stirnraddifferenzial mit wenigstens einer Summenwelle für die Verteilung von Drehmomenten an ein erstes Differenzialglied sowie an ein zweites Differenzialglied über mindestens drei aus jeweils einem ersten Planetenrad und einem zweiten Planetenrad gebildete Paare, wobei die Planetenräder eines Paares einander gegenüberliegend und wirkverbunden sind. Die Planetenräder und Sonnenräder sind dabei wie folgt beschrieben ausgebildet und angeordnet:

a Jedes Planetenpaar weist zwei Planetenräder auf, die vorzugsweise identisch als Gleichteile gestaltet sind.
b Die Planetenräder weisen jeweils einen außenzylindrischen nicht verzahnten Abschnitt und längs daneben einen verzahnten Abschnitt auf.
c Die radialen äußeren Abmessungen, bspw. ein Außenradius, des nicht verzahnten Abschnitts sind geringer, als die kleinstmöglichen radialen äußersten Abmessungen, bspw. verglichen zum Kopfkreisradius, des verzahnten Abschnitts. Dabei ist der Außendurchmesser des nicht verzahnten Abschnitts mindestens kleiner als der Zahnkopfdurchmesser, vorzugsweise aber gleich oder kleiner als der Zahnfußdurchmesser des verzahnten Abschnitts.
d Der verzahnte Abschnitt der betrachteten Planetenräder ist als Stirnverzahnung, Geradverzahnung, Schrägverzahnung, Keilverzahnung oder schraubenförmige Verzahnung ausgebildet.
e Jedes der Planetenräder sitzt entweder auf einem separaten Planetenbolzen, oder ist auf zwei Zapfen aufgenommen bzw. weist selbst zwei axial aus dem Planetenrad hervorstehende Zapfen auf.
f Der Planetenbolzen und das Planetenrad mit Zapfen bzw. das Planetenrad auf Zapfen ist beidseitig in oder an dem Gehäuse gelagert.
g Die Zapfen, mit denen das jeweilige Planetenrad alternativ aufgenommen ist, sind entweder einteilig mit einem Blechgehäuse ausgebildet oder als separate Bauteile in dieses eingebracht.
h Alternativ zu den vorgenannten Ausführungen der Lagerung der Planetenräder sind ein- oder mehrteilige Zapfen einmaterialig mit dem Planetenrad ausgebildet oder separat an dem jeweiligen Planetenrad befestigte Elemente.
i Das Planetenrad ist in diesen Fällen entweder drehbar auf dem Zapfen oder auf dem Planetenbolzen um die Bolzenachse oder mit dem Bolzen gelagert.
j Die nicht verzahnten Abschnitte der Planetenräder weisen längs in entgegengesetzte Richtung, so dass die Stirnseiten der nicht verzahnten Abschnitte jeweils längs nach außen, vorzugsweise zur Lagerung der Planetenbolzen im Gehäuse hin, weisen.
k Jedes der Planetenräder eines Paares greift jeweils mit einem in Längsrichtung am Planetenrad außen liegenden Teilabschnitt seines verzahnten Abschnitts in die Verzahnung eines anderen der beiden Differenzglieder des Differenzials ein.
l Der außen liegende Abschnitt, der auch als äußerer Teilabschnitt bezeichnet werden kann, geht in Längsrichtung des Planetenrades betrachtet, also gleichgerichtet mit der Bolzenachse, von einem Ende des Planetenrades aus bis an einen, in Längsrichtung mittleren Teilabschnitt der Verzahnung.
m Die Bereiche des äußeren Teilabschnitts, mit denen das jeweilige Planetenrad in die Innen- bzw. Außenverzahnung des Differenzglieds eingreift, entspricht vorzugsweise der Hälfte der Breite der Verzahnung in Längsrichtung des verzahnten Abschnitts.
n In die Umfangslücke eines jeden Planetenrads eines Paares, die um den nicht verzahnten Abschnitt ausgebildet ist, taucht jeweils die Verzahnung jenes Differenzglieds der zwei Differenzglieder radial und axial berührungslos ein, welches mit dem äußeren Teilabschnitt der Verzahnung des anderen Planetenrades des gleichen Paares kämmt.
o Die Umfangslücke ist axial in die eine Längsrichtung, durch den längs innenliegenden mittleren Teilabschnitt der Verzahnung, und in die andere Längsrichtung bspw. durch das Gehäuse oder durch einen anderen Axialanschlag für das Planetenrad begrenzt.
p Die Planetenräder eines Paares stehen jeweils an dem mittleren Teilabschnitt des verzahnten Abschnitts miteinander in Eingriff.
q Der mittlere Teilabschnitt ist in Längsrichtung zwischen dem äußeren Teilabschnitt der Verzahnung und dem nicht verzahnten Abschnitt ausgebildet.
r Die Wahl des Typs und der Abmaßung der Verzahnung des äußeren Abschnitts können sich an dem mittleren Abschnitt fortsetzen, alternativ aber auch andere sein.
s Die Breite des mittleren Teilabschnitts, an dem die Planetenräder miteinander verzahnt sind, ist vorzugsweise die andere Hälfte der Breite der Verzahnung in Längsrichtung des verzahnten Abschnitts.
t Pro Differenzial sind mindestens drei, vorzugsweise jedoch vier oder fünf Stück der Plantetenradpaare angeordnet.

Numerous spur gear differentials are known from the prior art:
The DE 10 2007 004 709 A1 discloses, for example, a spur gear differential with at least one sum shaft for distributing torques to a first differential member and to a second differential member via at least three formed from each a first planetary gear and a second planetary gear pairs, wherein the planetary gears of a pair are opposite to each other and operatively connected. The planet gears and sun gears are designed and arranged as follows:

a Each pair of planets has two planetary gears, which are preferably identically designed as identical parts.
b The planet gears each have an outer cylindrical non-toothed portion and along a toothed portion.
c The radial outer dimensions, for example, an outer radius, of the non-toothed portion are smaller than the smallest possible radial outmost dimensions, for example, compared to the tip circle radius, of the toothed portion. In this case, the outer diameter of the non-toothed portion is at least smaller than the tooth tip diameter, but preferably equal to or smaller than the Zahnfußdurchmesser the toothed portion.
d The toothed section of the considered planet wheels is designed as spur toothing, spur toothing, helical toothing, spline toothing or helical toothing.
e Each of the planetary gears is either located on a separate planetary pin, or is accommodated on two pins or even has two axially projecting from the pinion pin.
f The planetary pin and the planetary gear with pin or the planet gear on pin is mounted on both sides in or on the housing.
g The pins with which the respective planet gear is alternately received, either integrally formed with a sheet metal housing or introduced as a separate components in this.
h As an alternative to the above-mentioned embodiments of the bearing of the planet gears are one or multi-part pin einmaterialig formed with the planet or separately attached to the respective planetary gear elements.
i The planetary gear is in these cases either rotatably mounted on the pin or on the planet shaft about the pin axis or with the bolt.
j The non-toothed portions of the planet gears have longitudinally in the opposite direction, so that the end faces of the non-toothed portions each longitudinally outward, preferably for storage of the planet pins in the housing, point.
k Each of the planetary gears of a pair each engages with a longitudinally on the planetary gear outer portion of its toothed portion in the teeth of another of the two differential links of the differential.
The outer section, which can also be referred to as the outer section, is viewed in the longitudinal direction of the planetary gear, that is rectified with the pin axis, from one end of the planetary gear to an intermediate longitudinal section of the toothing.
m The areas of the outer portion, with which engages the respective planet gear in the inner and outer teeth of the differential element, preferably corresponds to half the width of Gearing in the longitudinal direction of the toothed portion.
n In the circumferential gap of each planetary gear of a pair, which is formed around the non-toothed portion, each of the teeth of that difference element of the two differential elements radially and axially contactlessly dives, which meshes with the outer portion of the teeth of the other planetary gear of the same pair.
o The circumferential gap is axially limited in the one longitudinal direction, by the longitudinally inner central portion of the toothing, and in the other longitudinal direction, for example. By the housing or by another axial stop for the planet.
p The planet gears of a pair are engaged with each other at the middle portion of the toothed portion.
q The middle portion is formed longitudinally between the outer portion of the teeth and the non-toothed portion.
r The choice of the type and dimension of the teeth of the outer portion may continue at the middle portion, but may alternatively be others.
s The width of the central portion at which the planet gears are meshed with each other is preferably the other half of the width of the teeth in the longitudinal direction of the toothed portion.
At least three, but preferably four or five, pieces of the planetary wheel pairs are arranged per differential.

Die Längsrichtung stimmt dabei mit den Bolzenachsen überein. Aus diesen Merkmalen folgt:

u Die erforderliche Gesamtbreite des verzahnten Abschnitts eines jeden der Planetenräder ist vorzugsweise die Summe aus der Breite des Differenzglieds, das in Zahneingriff mit dem Planeten steht und aus der Breite des Teilabschnitts der Verzahnung, mit dem die Planetenräder des gleichen Paares miteinander kämmen, höchstens noch zuzüglich Fertigungs-, Montage- bzw. gestaltungsbedingter Abstände, Phasen, Abstandshalter und ähnlichem.
v Die erforderliche Breite des nicht verzahnten Abschnitts des Planetenrades entspricht bevorzugt der Breite der Verzahnung des Differenzgliedes, welches mit dem anderen Planetenrad des gleichen Paares kämmt, höchstens noch zuzüglich Fertigungs-, Montage- bzw. gestaltungsbedingte Abstände, Phasen, Abstandshalter und ähnlichem.
w Die Verzahnung des Differenzgliedes taucht möglichst so weit in die Umfangslücke ein, dass sich das Differenzglied und das betreffende Planetenrad gerade noch nicht berühren.

The longitudinal direction coincides with the pin axes. From these characteristics follows:

u The required total width of the toothed portion of each of the planetary gears is preferably the sum of the width of the differential member meshing with the planet and the width of the portion of the toothing with which the planetary gears of the same pair mesh with each other at most Manufacturing, assembly or design-related distances, phases, spacers and the like.
v The required width of the non-toothed portion of the planetary gear preferably corresponds to the width of the toothing of the differential member, which meshes with the other planetary gear of the same pair, at most plus manufacturing, assembly or design-related distances, phases, spacers and the like.
w The toothing of the differential element dives into the circumferential gap as far as possible so that the differential element and the respective planetary gear are just not touching.

Die Zahnbreite für den Zahneingriff der miteinander verzahnten Bauteile des in der DE 10 2007 004 709 A1 vorgestellten Differenzials, ist breiter als die bis dahin üblichen Außenabmessungen, denn, die Planetenräder sind im Paar miteinander und mit den Differenzgliedern ohne weitere axiale Lücken verschachtelt. Höhere Drehmomente sind übertragbar. Die Planetenräder sind nicht an einem gesonderten längsmittig im Differenzial angeordneten Planetenträger, sondern beidseitig eben als Planetenträger fungierenden Gehäuse gelagert. Durch die zwei Lagerstellen anstelle nur einer, ist die Konstruktion steifer und weniger anfällig gegen Verkippung und somit weniger anfällig gegen die durch Verkippung entstehenden Nachteile.The tooth width for the tooth engagement of the toothed components of the in DE 10 2007 004 709 A1 presented differential, is wider than the hitherto usual outer dimensions, because, the planetary gears are nested in pairs and with the differential links without further axial gaps. Higher torques are transferable. The planet gears are not mounted on a separate longitudinally arranged in the differential planet carrier, but on both sides just acting as a planet carrier housing. The two bearing points instead of just one, the construction is stiffer and less prone to tipping and thus less susceptible to the disadvantages caused by tilting.

Die Paare eines Planetentriebes können umfangseitig näher aneinander gerückt werden, da zum einen die Belastung pro Planeten auf jeweils zwei Lagerstellen im oder am Gehäuse verteilt werden und zum anderen die Gehäusekonstruktion an sich schon stabiler ist, als dies ein mittig angeordneter scheibenförmiger Planetenträger aus Blech ist. Der Bauraum, der umfangsseitig zwischen den einzelnen Lagerstellen für stützendes Material zur Verfügung stehen muss, ist gering. Der für einen mittig angeordneten Planetenträger benötigte axiale Bauraum entfällt durch die Lagerung im Gehäuse. Die Verzahnung kann um diesen Betrag zusätzlich breiter ausgeführt werden. Damit kann auch wieder der Berührradius verringert und auf die steifere Anordnung und somit die den Verformungen weniger anfälligen Konstruktionen zurückgegriffen werden. Die Herstellung eines solchen Planetentriebs ist kostengünstiger, da die aufwändige Herstellung der Hohlräder entfällt. Aufwändig ist z.B. die Innenbearbeitung der Innenverzahnung.The pairs of a planetary gear can be moved closer to each other on the circumference, since on the one hand the load per planet are distributed to two bearings in or on the housing and on the other hand, the housing construction itself is already more stable than this is a centrally located disc-shaped planet carrier made of sheet metal. The installation space, which must be available circumferentially between the individual bearing points for supporting material, is low. The axial space required for a centrally arranged planetary carrier is eliminated by the storage in the housing. The gearing can be made wider by this amount. Thus, the contact radius can be reduced again and resorted to the stiffer arrangement and thus the less susceptible to deformation structures. The production of such a planetary drive is cheaper, since the complex production of the ring gears is eliminated. Elaborate is e.g. the internal machining of the internal toothing.

Die DE 10 2007 004 712 A1 offenbart ebenfalls ein Stirnraddifferenzial mit einem mindestens zweiteiligen Gehäuse und mit einem an dem Gehäuse befestigten und mit dem Gehäuse zur Drehachse des Stirnraddifferenzials konzentrischen Antriebsrads, wobei ein erster Gehäuseabschnitt und ein zweiter Gehäuseabschnitt und ein Befestigungsabschnitt des Antriebsrads mittels Befestigungsmittels axial aneinander befestigt und an die Gehäuseabschnitte sowie das Antriebsrad dabei in Umfangsrichtung gegeneinander drehfest geführt und zur Drehachse aneinander fixiert sind. The DE 10 2007 004 712 A1 also discloses a spur gear differential with an at least two-part housing and with a drive wheel concentric with the housing and concentric with the housing to the axis of rotation of the spur gear differential, wherein a first housing portion and a second housing portion and a mounting portion of the drive wheel by means of fastening means axially secured to each other and to the housing sections and the drive wheel guided in the circumferential direction against each other against rotation and are fixed to each other to the rotation axis.

Die WO 2011/003747 A2 offenbart auch ein Stirnraddifferenzial mit einer ersten Sonne und einer zweiten Sonne, wobei der ersten Sonne ein erster Satz Planetenräder und der zweiten Sonne ein zweiter Satz Planetenräder zugeordnet ist und der erste Satz Planetenräder mit dem zweiten Satz Planetenräder kämmt und dabei die Anzahl der Zähne der ersten Sonne gleich der Anzahl der Zähne der zweiten Sonne ist, wobei durch Profilverschiebung die Zähne der ersten Sonne an einem Kopfkreis mit einem Kopfkreisdurchmesser angeordnet sind, der anders ist, als der Kopfkreisdurchmesser eines Kopfkreises, an dem die Zähne der zweiten Sonne angeordnet sind, wobei der erste Satz Planetenräder nur mit der ersten Sonne kämmt und wobei der zweite Satz Planetenräder nur mit der zweiten Sonne kämmt, wobei ferner der Kopfkreisdurchmesser des Kopfkreises der Zähne der ersten Sonne durch positive Profilverschiebung und der Kopfkreisdurchmesser des Kopfkreises der Zähne der zweiten Sonne durch negative Profilverschiebung realisiert ist. Die DE 10 2007 040 475 A1 offenbart auch ein Stirnraddifferenzial, insbesondere ein solches für Kraftfahrzeuge, mit einem Antriebselement, das drehfest mit einem Planetenträger verbunden ist, wobei in dem Planetenträger mindestens ein Paar miteinander kämmender Planetenräder drehbar angeordnet ist, wobei die Planetenräder mit je einem verzahnten Abtriebsrad kämmen. Um bei einem solchen Stirnraddifferenzial einen hinreichenden Bauraum für die Planetenräder zu schaffen, sieht die DE 10 2007 040 475 A1 vor, dass der Planetenträger durch zwei im Abstand a) parallel zueinander angeordnete scheibenförmige Träger gebildet wird, die mit dem Antriebselement verbunden sind. Es ist offenbart, dass zwei Abtriebsräder jeweils einen wellenförmigen Abschnitt aufweisen, welche aus einem hülsenförmigen Fortsatz eines scheibenförmigen Trägers axial herausragen. The WO 2011/003747 A2 also discloses a spur gear differential having a first sun and a second sun, wherein the first sun is associated with a first set of planet gears and the second sun is associated with a second set of planet gears and the first set of planet gears mesh with the second set of planet gears, and the number of teeth of the first Sun is equal to the number of teeth of the second sun, wherein by profiling the teeth of the first sun are arranged on a tip circle with a tip diameter, which is different than the tip circle diameter of a tip circle on which the teeth of the second sun are arranged, the The first set of planetary gears meshes only with the first sun and wherein the second set of planetary gears meshes only with the second sun, wherein also the tip circle diameter of the top circle of the teeth of the first sun by positive profile shift and the tip circle diameter of the tip circle of the teeth of the second sun by negative profile shift r is realized. The DE 10 2007 040 475 A1 also discloses a spur gear, in particular such for motor vehicles, with a drive member which is rotatably connected to a planet carrier, wherein in the planet carrier at least one pair of meshing planetary gears is rotatably disposed, the planet gears mesh with a toothed driven gear. In order to provide sufficient space for the planet gears in such a spur gear, DE 10 2007 040 475 A1 provides that the planet carrier is formed by two spaced apart a) parallel to each other disc-shaped carrier, which are connected to the drive element. It is disclosed that two output wheels each have a wave-shaped portion, which consists of a sleeve-shaped Projecting extension of a disc-shaped carrier axially.

Die spezielle Art der Stirnraddifferentiale, wie sie aus oben diskutierten Druckschriften bekannt ist, liegt auch der hier vorgestellten Erfindung zugrunde.The special type of spur gear differentials, as is known from documents discussed above, is also based on the invention presented here.

Auch sind Verbindungslösungen für Achsantriebsräder mit Gehäusen, in denen Ausgleichsräder, wie Kegelräder gelagert sind, bekannt. Also, connection solutions for final drive wheels with housings in which differential gears, such as bevel gears are stored known.

So offenbart die DE 100 13 429 C5 ein Ausgleichsgetriebe mit einem Ausgleichsgehäuse aus Gusseisen und einem Tellerrad aus einsatzgehärtetem Stahl, wobei das Ausgleichsgehäuse auf dem Umfang, auf dem das Tellerrad aufgepresst ist, eine Anlageschulter mit einer äußeren Flanke aufweist, die radial zu einer Symmetrieachse des Tellerrades angeordnet ist, wobei das Ausgleichsgehäuse und das Tellerrad über eine unter Verwendung eines nickelhaltigen Zusatzwerkstoffes hergestellte, bzgl. der Symmetrieachse des Tellerrades ebenfalls radial angeordnete Schweißnaht zwischen einer Anlageschulter und dem Tellerrad miteinander verbunden sind, wobei das Tellerrad nicht speziell durch zumindest teilweises Abtragen der zu verschweißenden Fläche für die Schweißung vorbereitet ist. So revealed the DE 100 13 429 C5 a differential with a housing made of cast iron and a ring gear hardened steel, wherein the differential housing on the circumference on which the ring gear is pressed, an abutment shoulder with an outer edge, which is arranged radially to an axis of symmetry of the ring gear, wherein the differential housing and the ring gear via a produced using a nickel-containing filler, with respect to the axis of symmetry of the ring gear also radially arranged weld between a contact shoulder and the ring gear are connected to each other, the ring gear is not specially prepared by at least partially ablating the surface to be welded for welding.

Die Verwendung von Radialschweißnähten, allerdings bei Kegelraddifferenzialen, ist ferner aus der DE 10 2004 034 736 A1 bekannt. Dort wird ein Differenzial für eine Fahrzeugachse vorgeschlagen, umfassend einen Differenzialkorb und einen Differenzialdeckel, die mit einem Tellerrad verbunden sind, bei dem der Differenzialkorb mit dem Differenzialdeckel und dem Tellerrad über eine Radialschweißnaht verbunden ist. The use of radial welds, but in bevel gear differentials, is further from the DE 10 2004 034 736 A1 known. There, a differential for a vehicle axle is proposed, comprising a differential cage and a differential cover, which are connected to a ring gear, wherein the differential cage is connected to the differential cover and the ring gear via a radial weld.

Ein Verfahren zum Verschweißen eines Tellerrades mit einem Ausgleichsgehäuse eines Getriebes ist auch aus der DE 10 2005 023 230 A1 bekannt. Dort ist ein Verfahren zum Verschweißen eines Tellerrads mit einem Ausgleichsgehäuse eines Getriebes offenbart, bei dem folgende Schritte durchlaufen werden:
Herstellen eines Tellerrades, wobei das Tellerrad einen Tellerradflansch mit einer Flanschfläche aufweist, Einsatzhärten des Tellerrades, Gießen eines Ausgleichsgehäuses aus einem Gusseisenmaterial, wobei das Ausgleichsgehäuse eine Flanschschulter aufweist, Herstellen eines Ausgleichsgehäuseflansches durch Drehbearbeiten der Flanschschulter, Fügen des Tellerrades und des Ausgleichsgehäuses, wobei das Tellerrad mit seiner Flanschfläche gegen die Flanschschulter gedrückt wird, Verschweißen des Tellerradflansches mit der Flanschschulter mittels eines Hochenergiestrahls, wobei während des Schweißvorgangs der Schweißzone ein nickelhaltiger Zusatzwerkstoff zugeführt wird. Die Flanschschulter weist folgende Flanschbereiche auf:
einen sich in einer Umfangsrichtung der Flanschschulter erstreckenden Steg, dessen Stirnseite nach dem Fügen an der Flanschfläche des Tellerradflansches anliegt, eine radial außerhalb des Steges befindliche Flanschfläche, die, von der Stirnseite des Steges aus gesehen, hinter der Stirnseite des Steges liegt und die nach dem Fügen mit der Flanschfläche des Tellerradflansches einen ersten Spalt bildet, und eine radial innerhalb des Steges befindliche, sich in Umfangsrichtung der Flanschschulter erstreckende Ausnehmung, die nach dem Fügen eine zweiten Spalt mit der Flanschfläche des Tellerradflansches bildet. A method for welding a ring gear with a differential housing of a transmission is also from the DE 10 2005 023 230 A1 known. There is disclosed a method for welding a crown wheel to a differential housing of a transmission in which the following steps are performed:
Manufacture of a ring gear, wherein the ring gear has a Tellerradflansch with a flange surface, hardening the ring gear, casting a differential housing made of a cast iron material, wherein the differential housing has a Flanschschulter, producing a Ausgleichsgehäuseflansches by turning the Flanschschulter, joining the ring gear and the differential housing, wherein the ring gear is pressed with its flange against the Flanschschulter, welding the Tellerradflansches with the flange shoulder by means of a high energy beam, during the welding of the welding zone, a nickel-containing filler material is supplied. The flange shoulder has the following flange areas:
a web extending in a circumferential direction of the flange shoulder, the end face of which rests on the flange surface of the Tellerradflansches after joining, a radially outboard of the web located flange surface, seen from the end face of the web, behind the end face of the web and after the Joining with the flange of the Tellerradflansches forms a first gap, and a radially located within the web, extending in the circumferential direction of the flange shoulder recess, which forms a second gap with the flange of the Tellerradflansches after joining.

Leider haben die Kegelraddifferenziale den Nacheil, dass sie einen großen Bauraumbedarf aufweisen. Die von der Anmelderin angebotenen Leichtbaudifferenziale, bieten hier einen Ausweg. Diese als Stirnraddifferenziale ausgebildeten Leichtbaudifferenziale sollen eine leistungsdichte Verzahnung bei nur wenig benötigtem Bauraum bieten. Auch die Nachteile, welche bei sog. „Stövchen“-Designs bekannt ist, insbesondere bei solchen, die Verschraubungen und Vernietungen im Bereich des Teilkreises der Planetenradlagerung verwenden, sollen behoben werden. Auch sollen, anders als bei sog. „Höhnschen“-Differenzialen außenverzahnte Sonnenräder verwendet werden. Eine Lagerung der Planetenräder in den äußeren Gehäuseblechen soll vermieden werden.Unfortunately, the bevel gear differentials have the lag, that they have a large space requirement. The lightweight differentials offered by the applicant offer a way out here. These designed as Stirnraddifferenziale lightweight differentials should provide a high-performance toothing with little space required. The disadvantages which are known in so-called "warmer" designs, in particular those which use screw connections and riveting in the area of the pitch circle of the planetary wheel bearing, are to be eliminated. Also, unlike so-called "Höhnschen" differentials externally toothed sun gears are to be used. A storage of the planet gears in the outer housing plates should be avoided.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem gattungsgemäßen Stirnraddifferenzial dadurch gelöst, dass eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen einer Innenfläche des Antriebsrades und einer radialen Umfangsfläche des Planetenträgers vorhanden ist. This object is achieved with a generic Stirnraddifferenzial characterized in that a torque transmitting connection between an inner surface of the drive wheel and a radial peripheral surface of the planet carrier is present.

Es können dann zwei scheibenförmige Gehäusebauteile verwendet werden, um den Planetenträger aufzubauen, wobei eine Nachbearbeitung einer Verschweißung vorgeschalten ist. Es wird dadurch möglich, mehr als drei Planetenradpaare einzusetzen, da der Bauraum für eine Anwendung zwischen den Planetenrädern nicht mehr benötigt wird. Eventuell kann auch auf die bekannte Verwendung von Bolzen zurückgegriffen werden, um eine zusätzliche Sicherung zwischen den Planetenradpaaren und dem Planetenträger zu erreichen, allerdings bietet sich eine etwas schwächere Ausgestaltung als beim „Stövchen“-Design an. It can then be used two disc-shaped housing components to build the planet carrier, with a post-processing of a weld upstream. It is thereby possible to use more than three Planetenradpaare because the space for an application between the planetary gears is no longer needed. Possibly can be used on the well-known use of bolts to achieve additional security between the Planetenradpaaren and the planet carrier, but offers a somewhat weaker configuration than the "warmer" design.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert. Advantageous embodiments are claimed in the subclaims and are explained in more detail below.

So ist es von Vorteil, wenn die Verbindung als stoff- und/oder form- und/oder kraftschlüssige Verbindung ausgestaltet ist. Bei einer Ausgestaltung des Stirnraddifferenzials mit nur geringer Drehmomentkapazität ist nur eine der Varianten ausreichend, wohingegen eine Kombination bei höherlastigen Auslegungswünschen von Vorteil ist. So it is advantageous if the compound as a material and / or positive and / or non-positive Connection is configured. In one embodiment of the spur gear differential with only a small torque capacity, only one of the variants is sufficient, whereas a combination with higher-load design wishes is advantageous.

So ist es bspw. von Vorteil, wenn die Verbindung als Pressverband und/oder als verstemmter Verband und/oder als Schweißverbindung ausgestaltet ist. Auch eine Kombination mit formschlüssigen Verbindungen lässt sich einsetzen, wenn besonders hohe Drehmomente übertragen werden sollen. Thus, for example, it is advantageous if the connection is designed as a press fit and / or as a caulked bandage and / or as a welded connection. A combination with positive connections can also be used if particularly high torques are to be transmitted.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger aus zumindest zwei Planetenträgerteilen zusammengesetzt ist, die vorzugsweise als Planetenträgerhälften ausgebildet sind, zu denen nur eines der beiden Planetenträgerteile oder beide Planetenträgerteile die drehmomentübertragende Verbindung aufweist/aufweisen.An advantageous embodiment is also characterized in that the planet carrier is composed of at least two planet carrier parts, which are preferably designed as planetary carrier halves, to which only one of the two planet carrier parts or both planet carrier parts has / have the torque transmitting connection.

Auf eine Vernietung kann verzichtet werden, wobei insbesondere eine formschlüssige Verbindung in Kombination mit einer Verstemmung besonders gut für eine axiale Sicherung geeignet ist.On a riveting can be omitted, in particular, a positive connection in combination with a caulking is particularly well suited for axial securing.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die beiden Planetenträgerteile eine unterschiedlich große Radialerstreckung haben. Das Stirnraddifferenzial lässt sich dann an besondere Anforderungen angepasst ausgestalten. It is particularly useful if the two planet carrier parts have a different size radial extent. The spur gear differential can then be adapted to special requirements.

Wenn nur das Planetenträgerteil mit der größeren Radialerstreckung die drehmomentübertragende Verbindung aufweist, so können die Kosten reduziert werden. Von Vorteil ist es jedoch auch, wenn beide Planetenträgerteile die drehmomentübertragende Verbindung aufweisen, da dann eine symmetrische Krafteinleitung erhalten werden kann, die sich positiv auf die Lebensdauer auswirkt. If only the planet carrier part with the larger radial extent has the torque-transmitting connection, the costs can be reduced. However, it is also advantageous if both planet carrier parts have the torque-transmitting connection, since then a symmetrical introduction of force can be obtained, which has a positive effect on the service life.

Um besonders hohe Drehmomente übertragen zu können, ist es auch von Vorteil, wenn sich die drehmomentübertragende Verbindung über den gesamten Umfang zumindest eines Planetenträgerteils erstreckt, also über 360°, vorzugsweise über den gesamten Umfang beider Planetenträgerteile. Gerade eine Kombination einer Verschweißung mit einem Verpressen ist hier von Vorteil. In order to be able to transmit particularly high torques, it is also advantageous if the torque-transmitting connection extends over the entire circumference of at least one planet carrier part, ie over 360 °, preferably over the entire circumference of both planet carrier parts. Especially a combination of a welding with a pressing is advantageous here.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Stirnraddifferenzials, umfassend den Schritt des Verschweißens des Planetenträgers an dessen Umfang mit der Innenfläche des Achsantriebsrades.The invention also relates to a method for producing such a spur gear differential, comprising the step of welding the planet carrier on its circumference to the inner surface of the axle drive wheel.

Dabei ist es von Vorteil, wenn vor dem Verschweißen die Außenverzahnung des Achsantriebsrades relativ zu einem Lagersitz ausgearbeitet wird, vorzugsweise mittels eines Schleifvorganges. Auch nach dem Verschweißen ist es grundsätzlich möglich, dass die Außenverzahnung des Achsantriebsrades relativ zu einem Lagersitz ausgearbeitet wird. Es besteht durchaus die Möglichkeit, die Gesamtbaugruppe zu montieren und nach dem Verschweißen die Verzahnung Außen zu schleifen.It is advantageous if, prior to welding, the external toothing of the final drive wheel is worked out relative to a bearing seat, preferably by means of a grinding operation. Even after welding, it is basically possible that the outer toothing of the final drive gear is worked out relative to a bearing seat. It is quite possible to assemble the entire assembly and to grind the teeth on the outside after welding.

Wenn, insbesondere nach einer intensiven Reinigung, nach dem Schleifvorgang die im Planetenträger befindlichen Bauteile montiert werden, das Differenzial also vervollständigt wird, kann auf einen besonders effizienten Montageablauf zurückgegriffen werden.If, in particular after intensive cleaning, after the grinding process, the components located in the planet carrier are mounted, the differential is thus completed, can be made of a particularly efficient assembly process.

Es sei noch erwähnt, dass es von Vorteil ist, wenn ein relativ dichter Abstand des Kopfkreises der Ausgleichsplaneten, also der Planetenräder, zu einem Fußkreisdurchmesser der Verzahnung des Achsantriebsrades vorliegt, also bspw. ein fünfaches oder maximal sechsfaches Modul.It should be mentioned that it is advantageous if a relatively close distance of the top circle of the compensating planet, so the planet gears, to a root diameter of the teeth of the final drive, there is, for example, a five-fold or a maximum of six times module.

Die Planetenträgerhälften können auch als Gehäusehalbschalen bezeichnet werden. The planet carrier halves can also be referred to as housing half shells.

Es ist ferner von Vorteil, wenn der maximale Abstand des Kopfkreises eines Ausgleichsplaneten zu einem Fußkreisdurchmesser des Achsantriebsrades ein vielfaches Modul aufweist.It is also advantageous if the maximum distance of the top circle of a compensation planet to a root diameter of the Achsantriebsrades has a multiple module.

Ferner ist es von Vorteil, wenn der Außenumfang der Differenzialverzahnung in Millimetern geteilt durch die Gesamtbreite des Differenzials in Millimetern einen Wert von ≥ 3,0 ergibt. Ein axialer Verbleib des Differenzials im Innenraum des Achsantriebsrades ist von Vorteil, weil die Differenzialbaugruppe hinsichtlich ihres axialen Bauraums sowieso schmaler als das Antriebsrad in einer vorzugsweisen Variante ausgestaltet ist.Furthermore, it is advantageous if the outer circumference of the differential toothing in millimeters divided by the total width of the differential in millimeters gives a value of ≥ 3.0. An axial whereabouts of the differential in the interior of the Achsantriebsrades is advantageous because the differential assembly anyway with respect to their axial space is designed narrower than the drive wheel in a preferred variant.

Die Erfindung ist auch nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung erläutert, in der zwei Ausführungsbeispiele näher dargestellt sind.The invention is explained below with reference to a drawing in which two embodiments are shown in more detail.

Es zeigen:Show it:

1 ein Stirnraddifferenzial mit scheibenförmigen Gehäuseteilen gemäß der Erfindung, wobei der Planetenträger aus zwei Teilen aufgebaut ist, die beide dieselbe radiale Erstreckung aufweisen und 1 a Stirnraddifferenzial with disc-shaped housing parts according to the invention, wherein the planet carrier is composed of two parts, both of which have the same radial extent and

2 eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform eines Stirnraddifferenzials, bei dem jedoch das eine Planetenträgerteil eine größere radiale Ausdehnung aufweist, als das andere Planetenträgerteil. 2 a second embodiment of a Stirnraddifferenzials invention, but in which one planet carrier part has a greater radial extent, as the other planetary carrier part.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente werden mit denselben Bezugszeichen versehen. The figures are merely schematic in nature and are only for the understanding of the invention. The same elements are given the same reference numerals.

Während in 1 das nahezu vollständige Stirnraddifferenzial in einem Längsschnitt dargestellt ist, ist in 2 nur ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferenzials in einem Längsschnitt dargestellt. While in 1 the almost complete spur gear differential is shown in a longitudinal section, is in 2 only a section of a Stirnraddifferenzials invention shown in a longitudinal section.

In 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferenzials 1 dargestellt. Dieses Stirnraddifferenzial 1 wird in einem Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeuges, wie eines Pkws, eines Lkws, eines Busses oder eines Vans eingesetzt. Solche Fahrzeuge weisen üblicherweise Verbrennungsmotoren auf, können jedoch auch alternativ oder zusätzlich einen Elektromotor aufweisen.In 1 is a first embodiment of a Stirnraddifferenzials invention 1 shown. This spur gear differential 1 is used in a powertrain of a motor vehicle, such as a car, a truck, a bus or a van. Such vehicles usually have internal combustion engines, but may alternatively or additionally comprise an electric motor.

Das Stirnraddifferenzial 1 weist einen Planetenträger 2 auf, der ein erstes Planetenträgerteil 3 und ein zweites Planetenträgerteil 4 aufweist, die zusammen den Planetenträger aufbauen. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Planetenträgerteile 3 und 4 zueinander symmetrisch entlang einer Teilungsebene aufgebaut. Auf beiden Seiten der Teilungsebene ist innerhalb des Planetenträgers auch je ein Sonnenrad 5 und 6 angeordnet. Jedes der beiden Sonnenräder 5 und 6 weist eine Außenverzahnung 7 auf. Im Planetenträger 2 sind über Bolzen 8 auch Planetenradsätze 9 drehbar gelagert, die jeweils ein erstes Planetenrad 10 und ein nicht dargestelltes zweites Planetenrad aufweisen. Das eine Planetenrad ist kürzer als das andere Planetenrad ausgestaltet, gesehen in Richtung einer Längsachse 11, zu der eine Radialebene senkrecht steht.The spur gear differential 1 has a planet carrier 2 on, the first planet carrier part 3 and a second planet carrier part 4 has, which together build the planet carrier. In the embodiment shown here, the two planet carrier parts 3 and 4 symmetrically constructed along a dividing plane. On both sides of the graduation plane is within the planet carrier also ever a sun gear 5 and 6 arranged. Each of the two sun wheels 5 and 6 has an external toothing 7 on. In the planet carrier 2 are about bolts 8th also planetary gear sets nine rotatably mounted, each a first planetary gear 10 and a non-illustrated second planetary gear. One planetary gear is shorter than the other planetary gear designed, seen in the direction of a longitudinal axis 11 to which a radial plane is perpendicular.

Die Bolzen 8 sind mittels Lager- und Distanzhülsen 12 im ersten Planetenträgerteil 3 und im zweiten Planetenträgerteil 4 gelagert. Nicht dargestellt, aber möglich ist, der Einsatz von Ausgleichsscheiben zwischen den Planetenradsätzen 9 und den beiden Planetenträgerteilen 3 und 4.Bolts 8th are by means of bearing and spacer sleeves 12 in the first planet carrier part 3 and in the second planet carrier part 4 stored. Not shown, but possible is the use of shims between the planetary gear sets nine and the two planet carrier parts 3 and 4 ,

Im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen beide Planetenträgerteile 3 und 4 dieselbe radiale Erstreckung auf. Das heißt, dass deren radiale Umfangsfläche am größten Durchmesser von der Längsachse 11 gleich weit entfernt ist.Im in 1 illustrated embodiment, both planet carrier parts 3 and 4 the same radial extent. This means that their radial peripheral surface at the largest diameter of the longitudinal axis 11 equidistant.

Außerhalb der radialen Umfangsflächen 13, in Kontakt mit den beiden radialen Umfangsflächen 13 des Planetenträgers 2, ist ein Achsantriebsrad 14 vorgesehen, das eine Innenfläche 15 aufweist, die in Anlage mit den radialen Umfangsflächen 13 der beiden Planetenträgerteile 3 und 4 befindlich ist. Auf der den Planetenträgerteilen abgewandten Seite des Achsantriebsrades 14 ist eine Außenverzahnung 16 ausgebildet. Diese Außenverzahnung 16 kann eine Geradverzahnung, eine Schrägverzahnung oder eine Schneckenverzahnung sein.Outside the radial peripheral surfaces 13 in contact with the two radial peripheral surfaces 13 of the planet carrier 2 , is an axle drive wheel 14 provided that has an inner surface 15 having in engagement with the radial peripheral surfaces 13 the two planet carrier parts 3 and 4 is located. On the planet carrier parts facing away from the Achsantriebsrades 14 is an external toothing 16 educated. This external toothing 16 may be a spur, a helical or a worm gearing.

Im Kontaktbereich der radialen Umfangsfläche 13 mit der Innenfläche 15 ist eine stoff- und/oder form- und/oder kraftschlüssige Verbindung 17 ausgebildet, wobei die Verbindung 17 an beiden Planetenträgerteilen 3 und 4 zum Achsantriebsrad 14 hin ausgebildet ist und bspw. eine Kombination einer Verstemmung und eines Formschlusses oder eines Pressverbandes und einer Verschweißung sein kann. Auch die einzelnen Verbindungsteilkomponenten sind möglich, aber auch miteinander frei kombinierbar, je nach gewünschtem Anwendungsfall. In the contact area of the radial peripheral surface 13 with the inner surface 15 is a material and / or positive and / or non-positive connection 17 formed, the connection 17 on both planet carrier parts 3 and 4 to the final drive wheel 14 is formed and, for example, a combination of caulking and a positive connection or a press fit and a weld can be. The individual connection components are possible, but also freely combined with each other, depending on the desired application.

In 2 ist der auf der rechten Seite dargestellte erste Planetenträgerteil 3 in radialer Richtung ausgesehen länger, als das zweite Planetenträgerteil 4. Zwischen der radialen Umfangsfläche 13 des zweiten Planetenträgerteils 4 und der Innenfläche 15 des Achsantriebsrades 14 ist ein Spalt vorhanden, wohingegen zwischen der radialen Umfangsfläche 13 und der Innenfläche 15 des Achsantriebsrades 14 am anderen Planetenträgerteil 3 kein Spalt vorhanden ist, aber stattdessen eine nicht gezeigte Verschweißung an der radialen Umfangsfläche vorhanden ist, die sich in das Innere des Achsantriebsrades 14 hinein erstreckt.In 2 is the first planet carrier part shown on the right side 3 Seen in the radial direction longer than the second planet carrier part 4 , Between the radial peripheral surface 13 of the second planet carrier part 4 and the inner surface 15 of the final drive wheel 14 There is a gap, whereas between the radial peripheral surface 13 and the inner surface 15 of the final drive wheel 14 at the other planet carrier part 3 there is no gap, but instead a weld, not shown, is present on the radial peripheral surface extending into the interior of the final drive wheel 14 extends into it.

In einer Variante ist es jedoch auch möglich, dass im Bereich der Verbindung 17 keine Verschweißung vorliegt, sondern ein Formschluss oder ein Pressverband. Der Spalt am zweiten Planetenträgerteil 4 zum Achsantriebsrad 14 hin ist mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichnet.In a variant, however, it is also possible that in the area of the connection 17 no welding is present, but a positive connection or an interference fit. The gap on the second planet carrier part 4 to the final drive wheel 14 out with the reference numeral 18 characterized.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Stirnraddifferenzial Spur gear
22: Planetenträger planet carrier
33: erstes Planetenträgerteil first planet carrier part
44: zweites Planetenträgerteil second planet carrier part
55: Sonnenrad sun
66: Sonnenrad sun
77: Außenverzahnung external teeth
88th: Bolzen bolt
99: Planetenradsatz planetary gear
1010: erstes Planetenrad first planetary gear
1111: Längsachse longitudinal axis
1212: Lager- und Distanzhülse Bearing and spacer sleeve
1313: radiale Umfangsfläche radial peripheral surface
1414: Achsantriebsrad axle drive
1515: Innenfläche des Achsantriebsrades Inner surface of the final drive wheel
1616: Außenverzahnung external teeth
1717: Verbindung connection
1818: Spalt gap

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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DE 102007004712 A1 [0006]
WO 2011/003747 A2 [0007]
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DE 102004034736 A1 [0011]
DE 102005023230 A1 [0012]

Claims

Helical differential ( 1 ) for a drive train of a motor vehicle, with a planet carrier ( 3 ), in which two each having an external toothing sun gears ( 5 . 6 ) are arranged, each with a planetary gear ( 10 ) trained compensating wheel, wherein the two planet gears ( nine ) are in mutual engagement with each other, and further one with a substantially radially outside of the planetary carrier ( 2 ) arranged axle drive wheel ( 14 ), characterized in that a torque transmitting connection ( 17 ) between an inner surface ( 15 ) of the final drive wheel ( 14 ) and a radial peripheral surface ( 13 ) of the planet carrier ( 2 ) is available.

Helical differential ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the compound ( 17 ) is designed as a material and / or positive and / or non-positive connection.

Helical differential ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the compound ( 17 ) is configured as a press fit and / or as a caulked bandage and / or as a welded joint.

Helical differential ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the planet carrier ( 2 ) from at least two planet carrier parts ( 3 and 4 ), which are preferably designed as planet carrier halves, of which only one of the two planet carrier parts ( 3 or 4 ) or both planet carrier parts ( 3 . 4 ) the torque transmitting connection ( 17 ).

Helical differential ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the two planet carrier parts ( 3 . 4 ) have a different radial extent.

Helical differential ( 1 ) according to claim 5, characterized in that only the planetary carrier part ( 3 ) with the larger radial extent the torque transmitting connection ( 17 ) having.

Helical differential ( 1 ) according to one of claims 4 to 6, characterized in that the torque-transmitting connection ( 17 ) over the entire circumference of at least one planet carrier part ( 3 or 4 ), preferably over the entire circumference of both planet carrier parts ( 3 . 4 ).

Method for producing a spur gear differential ( 1 ) according to one of the preceding claims, comprising the step of welding the planetary carrier ( 2 ) at its periphery with the inner surface ( 15 ) of the final drive wheel ( 14 ).

A method according to claim 8, characterized in that after welding an external toothing ( 16 ) of the final drive wheel ( 14 ) is prepared relative to a bearing seat, preferably by means of a cutting manufacturing process.

Helical differential ( 1 ) according to claim 9, characterized in that before the welding process in the planet carrier ( 2 ) are mounted components.