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Die Erfindung betrifft eine Differentialanordnung, insbesondere ein Kronenraddifferential für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
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Im Stand der Technik sind, unterschiedlich ausgebildete Differentialanordnungen, insbesondere Kronenraddifferentiale bekannt. Einerseits sind Kronenraddifferentiale bekannt, die ein entsprechendes Gehäuse aufweisen, wobei in dem Gehäuse sowohl die Ausgleichsräder als auch die Abtriebsräder gelagert bzw. geführt sind. Anderseits sind Kronenraddifferentiale bekannt, die einen Differentialkorb aufweisen bzw. einen äußeren Umfangsring zur Einleitung des entsprechenden Drehmomentes aufweisen, bei denen aber die Ausgleichsräder innerhalb eines Gehäuses nicht direkt gelagert bzw. geführt werden. Die zuletzt genannten Differentialanordnungen können daher auch durchaus mit dem Begriff „gehäuselose Kronenraddifferentiale” bezeichnet werden, wobei damit primär aber gemeint ist, dass hier kein Gehäuse zur Führung/Lagerung der Ausgleichsräder am Umfang, bspw. in entsprechenden Nuten vorgesehen ist.
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Solche gehäuselosen Kronenraddifferentiale weisen ein geringeres Gewicht sowie einen geringeren Bauraum auf und sind in der Regel kostengünstiger herzustellen als andere Kronenraddifferentiale mit einem Gehäuse, wo die Ausgleichsräder in Nuten oder mit Anschlägen geführt bzw. gelagert sind. Auch die Dynamik des Kraftfahrzeugs, in welchem ein sogenanntes gehäuseloses Kronenraddifferential eingesetzt wird, wird positiv beeinflusst, da auch geringere Massen gedreht bzw. gefedert und/oder mechanisch geführt/gelagert werden müssen.
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Die
DE 103 08 800 A1 beschreibt ein Kronenraddifferential mit Differentialgehäuse, in dem die Ausgleichsräder in einem rotierenden Differentialgehäuse radial gelagert sind. Das Differentialgehäuse ist drehfest mit einem angetriebenen Tellerrad verbunden. Eine Anzahl gleichmäßig über einen Umfang verteilte Ausnehmungen für Ausgleichsräder können vollständig oder nur teilweise mit Ausgleichsrädern besetzt sein, um mit dem gleichen Differentialtyp unterschiedliche Drehmomentanforderungen einer Motorenbaureihe mit einer entsprechender Anzahl Ausgleichsräder bedienen zu können. Dieser beispielhafte Differentialtyp hat vier Ausnehmungen für Ausgleichsräder, die auf zwei Achsen mit einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind und mit zwei oder vier Ausgleichsrädern besetzt sein können. Ein anderer hier beschriebener Differentialtyp hat sechs Ausnehmungen für Ausgleichsräder, die auf drei Achsen mit einem Winkel von 60° zueinander angeordnet sind und mit zwei, vier oder sechs Ausgleichsrädern besetzt sein können. Bei einer weiteren Variante mit vier Ausgleichsrädern schließen zwei Achsen diametral zueinander angeordneter Ausgleichsräder einerseits den Winkel von 60°, andererseits den Winkel von 120° ein. Die Druckschrift verallgemeinert hier auf eine beliebige Anzahl von Ausnehmungen und eine asymmetrische Winkelverteilung.
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Alle in der
DE 103 08 800 A1 beschriebenen Ausgleichsräder sind stirnseitig geradverzahnt mit scheibenförmigen Anschlagkörpern an den axialen Enden, die an die Verzahnung grenzen. Die scheibenförmigen Anschlagkörper sind im Differentialgehäuse gelagert zur Antriebsmomentübertragung von dem Differentialgehäuse auf die Ausgleichwellen. Die inneren scheibenförmigen Anschlagkörper wälzen sich auf speziell geformten Rippen an den inneren Flanken der Zähne eines Kronenrades ab, wodurch ein Auswandern der Ausgleichsräder aufgrund von Fliehkräften verhindert wird.
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Die
DE 10 2005 037 397 A1 offenbart eine sogenannte gehäuselose Differentialanordnung mit einem einteiligem Differentialkorb und einem damit verbundenen Zapfenkreuz, welches vier Ausgleichsräder auf rechtwinkligen Achsen trägt. Die vier Ausgleichsräder sind auf dem Zapfenkreuz nach innen und außen abgestützt, um zu gewährleisten, dass die stirnverzahnten Ausgleichsräder im Bereich von Kronenverzahnungen von Seitenwellenrädern gehalten werden.
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In der
DE 10 2005 036 362 A1 und auch in der
WO 2011 026 454 A1 wird jeweils ein gehäuseloses Differential vorgestellt, das vier Ausgleichsräder auf einem Ausgleichsradträger mit rechtwinkligen Achsen trägt. Die Ausgleichsräder sind auf diesen Achsen jeweils in beiden axialen Richtungen gelagert.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2007 018 024 A1 ein selbstsperrendes gehäuseloses Kronenraddifferential mit vier Ausgleichsräder auf einem Ausgleichsradträger mit rechtwinkligen Achsen bekannt.
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In den 2 und 3 ist der Stand der Technik bezüglich der zuvor beschriebenen sogenannten gehäuselosen Differentiale veranschaulicht, in 2 (Anordnung 1) mit vier Ausgleichsrädern und in 3 (Anordnung 2) mit drei Ausgleichsrädern. Zur Vereinfachung sind lediglich ein Kronenachswellenrad 3, ein Ausgleichsstern 4 bzw. 5 mit vier bzw. drei Achsen und die vier oder drei Ausgleichsräder 6 dargestellt. In Kronenraddifferentialen können hohe Drehmomente übertragen bzw. verteilt werden. Das übertragbare Drehmoment ist, bei gleicher Baugröße, auch abhängig von der Anzahl der Ausgleichsräder 6. Die Anzahl der Ausgleichsräder 6 bestimmt jedoch, ob die Kronenachswellenräder 3 über die Kronenradverzahnung zentriert werden oder nicht.
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In 2 ist der Sollzustand der Anordnung gezeigt, in dem die Drehachse 7 der Kronenachswellenräder 3 mit der Drehachse 8 des Ausgleichssterns 4 zusammenfällt. Bei der dargestellten symmetrischen Anordnung von vier Ausgleichsrädern 6 können die Kronenachswellenräder 3 in einem Sperrdifferential nicht über die Kronenradverzahnung zentriert werden. Die Drehachse 8 des Ausgleichssterns 4 kann in radialer Richtung, in diesem Beispiel in Richtung der Pfeile 9, zur Drehachse 7 der Kronenachswellenräder 3 ausgelenkt werden. Zwei gegenüberliegende Ausgleichsräder 6 sind auf dem Ausgleichsstern 4 gleichsinnig drehbar gemäß den Pfeilen 10. Die anderen beiden sich gegenüberliegenden Ausgleichsräder 6 sind in ihrer Verzahnung in axialer Richtung verschiebbar gemäß den Pfeilen 9, diese bewegen sich also zusammen mit dem Ausgleichsstern 4.
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Die Zentrierung der Kronenachswellenräder 3 erfolgt im Beispiel der 2 ausschließlich über die jeweilige Achswelle. D. h. die Kronenachswellenräder 3 müssen extern zentriert werden und können zum Zentrieren des Kronenraddifferentials im Getriebe keinen Beitrag leisten. Unter Umständen muss das Differential mit zusätzlichen Lagern zentriert werden.
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3 zeigt stellvertretend eine symmetrische Anordnung mit einer ungeraden Anzahl von Ausgleichsrädern, nämlich die Anordnung 2 mit drei Ausgleichsrädern 6 auf dem Ausgleichstern 5. In dieser Anordnung können die Kronenachswellenräder 3 in einem Sperrdifferential über die Kronenradverzahnung 11 zentriert werden. Die Drehachse 7 des Ausgleichssterns 5 kann jetzt nicht mehr in radialer Richtung zur Drehachse 8 der Kronenachswellenräder 3 ausgelenkt werden. Die drei Ausgleichsräder 6 unterbinden ihre jeweiligen Freiheitsgrade auf Ihren Achsen gegenseitig. Somit ist diese hier dargestellte Anordnung 2 für die Zentrierung des Differentials wesentlich günstiger. Jedoch kann im Vergleich zu einem vierrädrigen Differential auch weniger Drehmoment übertragen werden.
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Die im Stand der Technik bekannten Differentiale, insbesondere die oben beschriebenen sogenannten gehäuselosen Kronenraddifferentiale, die zwar ein äußeres Gehäuse aufweisen können, wobei aber mit der Bezeichnung „gehäuselos” gemeint ist, dass die Ausgleichsräder entlang ihrer Umfangsbewegung nicht direkt an einem Gehäuse, also nicht entlang einer Nut oder mit Hilfe von Anlageflächen geführt werden, sind daher noch nicht optimal ausgebildet, wie auch aus den obigen Ausführungen deutlich wird. Anders ausgedrückt die hier in Rede stehenden gattungsgemäßen Differentialanordnungen, bei denen die Ausgleichsräder nicht direkt am Gehäuse oder mit Hilfe von Anschlagflächen gelagert und/oder geführt sind, sind noch nicht optimal ausgebildet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende gattungsgemäße Differentialanordnung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass die oben beschriebenen Nachteile vermieden sind, insbesondere die mit einer derartigen Differentialanordnung einhergehenden Kosten reduziert sind.
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Diese zuvor gezeigte Aufgabe wird nun dadurch gelöst, dass mindestens zwei Achswinkel zwischen zwei Achsen der Ausgleichsräder ungleich 90° betragen, und dass eine Führung/Lagerung der Ausgleichsräder ausschließlich mit Hilfe des Ausgleichsradträgers, insbesondere des Ausgleichssterns realisiert ist.
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Folglich sind bei der Differentialanordnung, insbesondere bei dem Kronenraddifferential mit vier Ausgleichsrädern, die jeweils drehbar um Achsen auf Zapfen des Ausgleichsradträgers gelagert sind, mindestens zwei Achswinkel zwischen zwei Achsen der Ausgleichsräder ungleich 90°, wobei die Lagerung/Führung der Ausgleichsräder nur durch den Ausgleichsradträger realisiert wird bzw. ist.
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Durch diese Ausgestaltung der Differentialanordnung, insbesondere eines Kronenraddifferentials wird erreicht, dass die Zentrierung von Ausgleichsradträger und den Abtriebsrädern, hier den Kronenachswellenrädern zueinander gefördert wird. Vorzugsweise wird eine Abweichung von 90° der mindestens zwei Achswinkel zwischen zwei Achsen der Ausgleichsräder so groß gewählt, dass die Ausgleichsräder bezüglich des Ausgleichsradträgers zentrierend auf die Abtriebsräder, hier die Kronenachswellenräder wirken.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Achsen zweier einander gegenüber liegender Paare von benachbarten Ausgleichsrädern eine gemeinsame Winkelhalbierende aufweisen. Die Winkelhalbierende bildet hier eine Symmetrieachse bezüglich der beteiligten Ausgleichsräder und vermeidet dadurch Unwuchten.
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Vorteilhaft sind bei der erfindungsgemäßen Differentialanordnung, insbesondere einem Kronenraddifferential jeweils zwei einander gegenüber liegende Ausgleichsräder auf einer gemeinsamen Achse angeordnet. In dieser Anordnung sind Achswinkel von Paaren einander gegenüberliegender Ausgleichsräder, die nicht auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, gleich. Dadurch entstehen zwei Winkelhalbierende der Achsen von jeweils zwei Paaren benachbarter Ausgleichsräder. Diese Anordnung ist spiegelsymmetrisch zu zwei Ebenen jeweils senkrecht zu einer Winkelhalbierenden durch die Drehachse des Ausgleichsradträgers und vermeidet dadurch noch besser Unwuchten.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten die erfindungsgemäße Differentialanordnung in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden, hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die nachfolgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der folgenden Erläuterung und Zeichnung verwiesen werden. In der Zeichnung zeigt:
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1 schematisch ein Kronenachswellenrad und einen Ausgleichsradträger mit Ausgleichsrädern eines Kronenraddifferentials gemäß der vorliegenden Erfindung,
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2 schematisch ein Kronenachswellenrad und einen Ausgleichsradträger mit Ausgleichsrädern eines Kronenraddifferentials gemäß dem Stand der Technik, und
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3 schematisch ein Kronenachswellenrad und einen Ausgleichsradträger mit Ausgleichsrädern eines weiteren Kronenraddifferentials gemäß dem Stand der Technik.
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In 1 ist eine Anordnung 20 einer Differentialanordnung, die hier insbesondere als Kronenraddifferential ausgeführt ist, gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Anordnung 20 zeigt lediglich ein Abtriebsrad, hier ein Kronenachswellenrad 21 und einen Ausgleichsradträger 22, insbesondere hier einen Ausgleichsstern mit Ausgleichsrädern 23, 24, 25 und 26.
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Die Ausgleichsräder 23, 24, 25, 26 sind auf Zapfen 27 des Ausgleichsradträgers 22 um zugeordnete Achsen 28, 29, 30, 31 des Ausgleichsradträgers 22 bzw. der Ausgleichsräder 23, 24, 25, 26 drehbar gelagert. Die Drehachse 32 des Kronenachswellenrades 21 und die Drehachse 33 des Ausgleichsradträgers 22 fallen zusammen. Das Kronenachswellenrad 21 weist einen Zahnkranz 34 auf, der mit den Ausgleichsrädern 23, 24, 25, 26 kämmt.
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In dem in diesem Beispiel beschriebenen selbstsperrenden Kronenraddifferential sind, wie aus 1 ersichtlich, die wesentlichen Komponenten der hier dargestellten Differentialanordnung, die als Kronenraddifferential ausgebildet ist, dargestellt. Insbesondere sind die Ausgleichsräder 23 bis 26, dargestellt, allerdings hier nur ein Kronenachswellenrad 21. Selbstverständlich sind auch die übrigen Komponenten, wie dies im Stand der Technik üblich ist, vorgesehen, also ein zweites hier nicht dargestelltes Kronenachswellenrad eventuell ein entsprechender Differentialkorb bzw. ein Umlaufring für den Ausgleichsstern etc., insbesondere um das entsprechende Drehmoment in die Differentialanordnung einzuleiten und auf die Abtriebsräder, die hier als Kronenachswellenräder ausgebildet sind, zu übertragen.
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In 1 sind weiterhin zu den Achsen 28, 29, 30, 31 des Ausgleichsradträgers 22, hier des Ausgleichssterns die Achswinkel α1, α2, α3, α4 zwischen den Achsen von Paaren benachbarter Ausgleichsräder 23 und 24, 24 und 25, 25 und 26, 26 und 23 eingezeichnet. Gemäß der Erfindung betragen mindestens zwei Achswinkel zwischen zwei Achsen des Ausgleichsradträgers ungleich 90°. In diesem Beispiel sind die Achswinkel α1, α3 größer als 90° und die Achswinkel α2, α4 sind kleiner als 90°. Die Achswinkel sind derart gewählt, dass die Ausgleichsräder 23 bis 26 bezüglich des Ausgleichsradträgers 22 zentrierend auf die Kronenachswellenräder wirken.
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In der 1 liegen die beiden einander gegenüber liegenden Ausgleichsräder 23, 25 auf einer gemeinsamen Achse 36 und die beiden einander gegenüber liegen den Ausgleichsräder 24, 26 liegen auf einer gemeinsamen Achse 37. Daher sind hier die Achswinkel α1, α3 gleich groß und die Achswinkel α2, α4 sind ebenfalls gleich groß. Weiterhin entstehen dadurch zwei Winkelhalbierende 38, 39 der entsprechenden Achsen von jeweils zwei Paaren benachbarter Ausgleichsräder. Die beiden einander gegenüber liegende Paare benachbarter Ausgleichsräder 23; 24 und 25, 26 weisen Achsen 28, 29 und 30, 31 mit einer gemeinsamen Winkelhalbierenden 38 auf. In diesem Beispiel weisen außerdem die beiden einander gegenüber liegende Paare benachbarter Ausgleichsräder 24, 25 und 26, 23 Achsen 29, 30 und 31, 28 mit einer gemeinsamen Winkelhalbierenden 39 auf.
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Jede Winkelhalbierende bildet eine Symmetrieachse bezüglich der beteiligten Ausgleichsräder Gemeinsame Winkelhalbierende zu zwei Paaren von Ausgleichsrädern bilden eine Symmetrie, die Unwuchten vermeiden hilft. Mit der hier vorhandenen Möglichkeit, die Ausgleichsräder in verschiedene Paare mit sich rechtwinklig schneidenden Winkelhalbierenden 38, 39 und damit Symmetrieachsen gruppieren zu können wird eine sehr hohe Symmetrie zur Vermeidung von Unwuchten geschaffen.
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Durch das anhand von 1 beschriebene Kronenraddifferential können mit den vier Ausgleichsrädern 23, 24, 25, 26 hohe Drehmomente übertragen; bzw. verteilt werden. Die Kronenachswellenräder, von denen nur das Kronenachswellenrad 21 gezeigt ist, werden über die Kronenradverzahnung, Zahnkranz 34, zu dem Ausgleichsradträger 22 zentriert. Die vier Ausgleichsräder 23; 24, 25, 26 unterbinden durch die jeweiligen Achswinkel ungleich 90° ihre jeweiligen Freiheitsgrade auf Ihren Achsen gegenseitig. D. h. diese wirken zentrierend auf die Kronenachswellenräder 21 und können zusätzlich ein höheres Drehmoment übertragen als eine Anordnung bspw. gemäß 3. Beispielsweise könnte etwa der Achswinkel α2 gleich oder auch ungleich dem Achswinkel α4 sein. Zur Vermeidung von Unwuchten ist es jedoch vorteilhaft, dass die Anordnung der Ausgleichsräder etwa um die dargestellte Symmetrieachse der Winkelhalbierenden 39 entsprechend den Achswinkeln α2, α4 positioniert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung
- 2
- Anordnung
- 3
- Kronenachswellenrad
- 4
- Ausgleichsstern
- 5
- Ausgleichsstern
- 6
- Ausgleichsräder
- 7
- Drehachse
- 8
- Drehachse
- 9
- Pfeile
- 10
- Pfeile
- 11
- Kronenradverzahnung
- 20
- Anordnung
- 21
- Kronenachswellenrad
- 22
- Ausgleichsradträger
- 23
- Ausgleichsrad
- 24
- Ausgleichsrad
- 25
- Ausgleichsrad
- 26
- Ausgleichsrad
- 27
- Zapfen
- 28
- Achse
- 29
- Achse
- 30
- Achse
- 31
- Achse
- 32
- Drehachse
- 33
- Drehachse
- 34
- Zahnkranz
- 36
- Verzahnung
- 36
- Achse
- 37
- Achse
- 38
- Winkelhalbierende
- 39
- Winkelhalbierende
- α1
- Achswinkel
- α2
- Achswinkel
- α3
- Achswinkel
- α4
- Achswinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10308800 A1 [0004, 0005]
- DE 102005037397 A1 [0006]
- DE 102005036362 A1 [0007]
- WO 2011026454 A1 [0007]
- DE 10200701-8024 A1 [0008]
