DE102012207488A1

DE102012207488A1 - Differentialgetriebe, insbesondere in Form eines Achsdifferentialgetriebes

Info

Publication number: DE102012207488A1
Application number: DE201210207488
Authority: DE
Inventors: Thorsten BIERMANN; Harald Martini; Richard Grabenbauer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2013-11-07

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Differentialgetriebe zur Aufteilung der seitens eines Antriebssystems bereitgestellten Antriebsleistung auf einen ersten, sowie auf einen zweiten Abtriebsstrang. Das Differentialgetriebe umfasst ein Umlaufgehäuse mit darin kopfkreisgeführten axial partiell versetzten Stirnradzapfen. Erfindungsgemäß ist das Umlaufgehäuse aus einem sich entlang einer Profilachse erstreckenden Profilmaterial gebildet, und die Anordnung des Umlaufgehäuses in dem Differentialgetriebe derart getroffen ist, dass die Profilachse parallel zur Umlaufachse des Umlaufgehäuses verläuft.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Differentialgetriebe zur Aufteilung der seitens eines Antriebssystems bereitgestellten Antriebsleistung auf einen ersten, sowie auf einen zweiten Abtriebsstrang. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf ein Achsdifferentialgetriebe zur Aufteilung der Antriebsleistung auf einen linken und auf einen rechten, oder einen vorderen und einen hinteren Radantriebsstrang.
Aus DE 10 2007 031 814 A1 ist ein Achsdifferentialgetriebe bekannt, das zwei aneinander abwälzende Stirnräder umfasst, die zueinander derart axial versetzt angeordnet sind, dass jedes Stirnrad einen über die Stirnseite des jeweils anderen Stirnrades axial überstehenden Überstandsabschnitt bildet. Der jeweilige Überstandsabschnitt steht mit einem linken bzw. rechten Hohlrad in Eingriff, wobei diese Hohlräder wiederum jeweils mit einer Radantriebswelle gekoppelt sind.
Aus EP 1 052 430 A2 ist ein sog. Parallelachsdifferential bekannt. Dieses umfasst mehrere auf einem Teilkreis angeordnete und aneinander abwälzende Stirnradpaare. Die Stirnräder jedes Stirnradpaares sind ähnlich wie bezüglich DE 10 2007 031 814 A1 beschrieben zueinander axial versetzt angeordnet. Die einander abgewandten Überstandsabschnitte der Stirnradpaare stehen jeweils mit einem zum vorgenannten Teilkreis konzentrischen linken bzw. rechten Achswellenantriebsrad in Eingriff. An diese Achswellenantriebsräder ist jeweils eine linke bzw. rechte Radantriebswelle angebunden.
Achsdifferentialgetriebe zeichnen sich durch eine hochkompakte Anordnung von geometrisch-, werkstoff- und fertigungstechnisch anspruchsvollen Einzelkomponenten aus. Die Fertigung der Einzelkomponenten ist technologisch anspruchsvoll, die Montage der Komponenten zeitfordernd.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Achsdifferential zu schaffen, das sich durch einen hinreichend robusten Aufbau und ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet und zudem auch unter fertigungs- und montagetechnischen Gesichtspunkten vorteilhaft herstellbar ist.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Differentialgetriebe, mit:

– einem zum Umlauf um eine Umlaufachse vorgesehenen Umlaufgehäuse,
– einer in dem Umlaufgehäuse ausgebildeten ersten Lagerbohrung die parallel zur Umlaufachse ausgerichtet und zu dieser radial versetzt ist,
– einer in dem Umlaufgehäuse ausgebildeten zweiten Lagerbohrung die ebenfallsparallel zur Umlaufachse ausgerichtet und zu dieser radial versetzt ist,
– einem ersten Stirnradzapfen, der in der ersten Lagerbohrung aufgenommen ist,
– einem zweiten Stirnradzapfen, der in der zweiten Lagerbohrung aufgenommen ist,
– wobei die beiden Stirnradzapfen über die Lagerbohrungen derart positioniert sind, dass diese miteinander entlang eines Eingriffsabschnitts in Eingriff stehen, und
– wobei die beiden Stirnradzapfen zueinander derart axial versetzt angeordnet sind, dass die beiden Stirnradzapfen jeweils einen ersten bzw. einen zweiten einander abgewandten und über den Eingriffsabschnitt hervorstehenden Überstandsabschnitt bilden,
– einem ersten Hohlrad das achsgleich zur Umlauflachse angeordnet ist und das mit dem ersten Überstandsabschnitt in Eingriff steht, und
– einem zweiten Hohlrad das auf einer dem ersten Hohlrad abgewandten Seite des Umlaufgehäuses achsgleich zur Umlaufachse angeordnet ist und das mit dem zweiten Überstandsabschnitt in Eingriff steht,
– wobei sich dieses Differentialgetriebe dadurch auszeichnet, dass das Umlaufgehäuse aus einem sich entlang einer Profilachse erstreckenden Profilmaterial gebildet ist, und die Anordnung des Umlaufgehäuses in dem Differentialgetriebe derart getroffen ist, dass die Profilachse parallel zur Umlaufachse des Umlaufgehäuses verläuft.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Differentialgetriebe zu schaffen bei welchem die zur Koppelung der Hohlräder vorgesehenen Stirnradzapfen in einer kostengünstig herstellbaren Struktur geführt sind.
Vorzugsweise ist das Profilmaterial als ein Strangpress- oder Stranggussprofil gefertigt. Das Profilmaterial kann dabei insbesondere als Aluminium-Strangpressprofil gefertigt sein. Alternativ hierzu ist es auch möglich, das Profilmaterial als Stahlpress- oder Stranggussprofil zu fertigen.
Das Umlaufgehäuse ist vorzugsweise so gestaltet, dass die Axiallänge des Profilmateriales im wesentlichen der Axiallänge des Eingriffsabschnitts entspricht. Die Stirnseiten des Profilmateriales können als Planflächen gestaltet sein. Auf diese Planflächen können weitere Funktionsteile, insbesondere nachfolgend noch näher beschriebene Deckelbleche oder Füllstücke, insbesondere in Form von Tiefziehteilen, oder Pressteilen aufgesetzt sein. Diese Deckelbleche oder Füllstücke können durch das Profilmaterial hindurch miteinander verschraubt, verbolzt oder anderweitig verstiftet sein. Die Füllstücke können auch Komplementärgeometrien aufweisen welche in das Profilmaterial vordringen und die hierbei gebildete Struktur insgesamt aussteifen.
Das Profilmaterial selbst ist vorzugsweise hinsichtlich seines Querschnitts derart gestaltet, dass dieses einen Zylindermantel aufweist, und dass die erste und die zweite Lagerbohrung durch eine Innenstruktur des Profilmateriales gebildet sind. Die Wandungen der Lagerbohrungen können dabei entweder direkt durch das Profilmaterial gebildet sein, oder durch einen Einsatz, beispielsweise aus einem Stahlwerkstoff, der in dem Profilmaterial spielfrei sitzt, insbesondere mit diesem stofflich verbunden ist.
Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe ist vorzugsweise so gestaltet, dass dieses ein erstes Ringbuchsenelement umfasst, das einen ersten Ringboden aufweist welcher das erste Hohlrad auf einer dem Eingriffsabschnitt der Stirnradzapfen abgewandten Seite hintergreift. Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Differentialgetriebe zu schaffen, bei welchem wenigstens eines der Hohlräder durch eine dieses von außen her übergreifende Struktur axial an dem aus einem Profilmaterial gefertigten Umlaufgehäuse gesichert und drehbar gelagert werden kann.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein zweites Ringbuchsenelement vorgesehen, welches einen zweiten Ringboden aufweist, der das zweite Hohlrad auf einer dem Eingriffsabschnitt abgewandten Seite hintergreift. Die insoweit auf beiden Seiten des Umlaufgehäuses sitzenden Ringbuchsenelemente sichern damit beide Hohlräder an dem Umlaufgehäuse und fassen diese mit dem Umlaufgehäuse zu einer Baugruppe zusammen.
Vorzugsweise sind die beiden Ringbuchsenelemente am Umlaufgehäuse verankert. Diese Verankerung erfolgt in vorteilhafter Weise durch einen Presssitzt und ggf. zusätzlich formschlüssig sichernde Geometrien. Diese zusätzlich formschlüssig sichernden Geometrien könne durch plastische Umformung, insbesondere Einpressen von Abschnitten des jeweiligen Ringbuchsenelementes in komplementäre Gegengeometrien im Umlaufgehäuse geschaffen werden.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist wenigstens eines der beiden Ringbuchsenelemente als Tiefziehteil gefertigt. Dieses Tiefziehteil wird hierbei vorzugsweise aus einem Blechmaterial gezogen und erhält dabei einen stufenartigen Querschnitt. Der Querschnitt des jeweiligen Ringbuchsenelementes kann dabei so gestaltet sein, dass dieser einen Ringabschnitt bildet der in verbautem Zustand auf einer Außenumfangsfläche des Umlaufgehäuses sitzt. Weiterhin bildet das Ringbuchsenelement eine Ringbodenfläche welche wie eingangs angegeben das zugeordnete Hohlrad hintergreift. Diese Ringbodenfläche kann unmittelbar eine Lager- oder Anlauffläche bilden, an welcher das zugeordnete Hohlrad oder ein dieses tragendes Nabenelement anläuft. Es ist auch möglich, die Systemgeometrie so abzustimmen, dass zwischen dem Hohlrad und der diesem benachbarten Ringbodenfläche ein Ringraum verbleibt, in welchen eine Anlaufscheibe, oder ggf. auch eine anderweitige Lagereinrichtung, insbesondere ein mit Wälzkörpern bestückter Käfig einsetzbar ist. Das Ringbuchsenelement kann damit auch als Lageraußenring eines Wälzlagers fungieren, der Lagerinnenring kann durch eine entsprechende Geometrie, insbesondere Wälkzkörperlaufrille direkt an dem jeweiligen Hohlrad, bzw. einem dieses Hohlrad aufnehmenden Nabenelementes ausgebildet sein.
Das jeweilige Hohlrad der Differentialgetriebeeinrichtung kann so gestaltet sein, dass dieses Teil einer Wellenanschlussnabe bildet. Hierbei ist es möglich, das innenverzahnte Hohlrad als integralen Bestandteil der Wellenanschlussnabe zu fertigen, insbesondere als Fließpressteil. Eine fertigungstechnisch besonders vorteilhafte alternative Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass das Hohlrad als Hohlradring ausgebildet ist, der unter Presssitz in einen Nabenkörper eingesetzt und ggf. mit diesem stofflich verbunden, insbesondere lokal verschweißt ist. Dieser Hohlradring kann als innenverzahnter, gezogener oder fließgepresster Rohrabschnitt, oder vorzugsweise als gerollter und im Bereich der Stoßstellen verschweißter Ring gefertigt sein.
Die Wellenanschlussnabe ist weiterhin vorzugsweise so gestaltet, dass diese ein Topfteil mit einer innenverzahnten Nabenbohrung und einem integralen Ringrand bildet, wobei das Hohlrad wie bereits angegeben durch ein innenverzahntes Ringelement gebildet ist, das von dem Ringrand umgriffen ist und in diesem drehfest aufgenommen ist. Die Wellenanschlussnabe weist vorzugsweise einen Zylinderbundabschnitt auf, wobei dieser Zylinderbundabschnitt eine Umfangsfläche bildet die unter Belassung eines Laufspiels in einer Ringsteginnenfläche des Ringbuchsenelementes sitzt.
Eine unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gegebenen, dass auf das Umlaufgehäuse eine Antriebsringbuchse aufgesetzt ist. Diese Antriebsringbuchse kann ähnlich wie die beiden Ringbuchsenelemente als Tiefziehteil gefertigt sein. Dieses Tiefziehteil kann als relativ dickwandiges Bauteil gefertigt sein und unmittelbar mit einer Umfangsverzahnung versehen sein über welche das Bauteil mit einem Antriebsrad, insbesondere einem sog. Differentialantriebsritzel in Eingriff steht. Alternativ hierzu kann das Antriebsrad auch als Massivbauteil gefertigt sein das auf die Antriebsringbuchse aufgesetzt, insbesondere aufgepresst ist und ggf. durch Verbindungsmittel wie z.B. Schrauben oder Niete an der Antriebsringbuchse gesichert ist. Die Antriebsringbuchse selbst kann an dem Umlaufgehäuse formschlüssig verankert sein, wobei diese formschlüssige Verankerung insbesondere durch plastische Umformung, insbesondere Einpressung von Einkehlungen oder Ausstellungen erreicht werden kann.
Die in dem Umlaufgehäuse aufgenommenen Stirnradzapfen sind vorzugsweise so gestaltet, dass diese in den im Umlaufgehäuse ausgebildeten Bohrungen kopfkreisgeführt sind. Die Stirnradzapfen können auch durch zusätzliche Lagergeometrien radial und axial abgestützt werden. Derartige Lagergeometrien können beispielsweise in Zapfen bestehen die stirnseitig in entsprechende Bohrungen der Stirnradzapfen eintauchen. Die Stirnradzapfen sind vorzugsweise als geradverzahnte Zahnradzapfen ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, diese Zahnradzapfen mit einer Schrägverzahnung zu versehen. Der sich hierbei ergebende Axialschub der Stirnradzapfen kann zur Generierung eines Bremseffektes herangezogen werden der letztlich dazu führt, dass bei zunehmendem Antriebsmoment am Umlaufgehäuse eine gewisse Sperrung, oder Erhöhung des Koppelungsmomentes der beiden Radantriebsstränge eintritt.
Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe ist vorzugsweise so gestaltet, dass der Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung des ersten Hohlrades dem Teilkreisinnendurchmesser der Innenverzahnung des zweiten Hohlrades entspricht, und dass dieser Hohlradteilkreisinnendurchmesser dem doppelten Teilkreisdurchmesser eines Stirnradzapfens entspricht. Hierdurch wird es möglich mit lediglich einem Stirnradzapfenpaar ein robustes und unwuchtfreies Differentialgetriebe zu schaffen.
Es ist auch möglich, in dem Umlaufgehäuse mehrere Bohrungspaare so auszubilden, wobei in jedem Bohrungspaar jeweils ein Stirnradpaar angeordnet ist. Dieses Bohrungspaare sind vorzugsweise derart in Umfangsrichtung des Umlaufgehäuses angeornet, dass in die Hohlräder eine reine Drehmomenteneinkoppelung ohne signifikante Lagerungsquerkräfte erfolgt. Bei zwei Bohrungspaaren wird dies erreicht, indem diese Bohrungspaare einander bezüglich der Umlaufachse diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Bei drei Bohrungspaaren sind diese in einer Teilung von 120° in Umfangsrichtung abfolgend angeordnet.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine Axialschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes;
2 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Darstellung des Umlaufgehäuses des Differentialgetriebes nach 1;
3 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Darstellung des Umlaufgehäuses des Differentialgetriebes nach 1 zusätzlich mit einem Stirnradzapfen;
4 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Darstellung des Umlaufgehäuses des Differentialgetriebes nach 1 nunmehr mit beiden Stirnradzapfen;
5 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Darstellung des Umlaufgehäuses des Differentialgetriebes nach 1 nunmehr mit beiden Stirnradzapfen und beidseitig des Umlaufgehäuses angeordneten Deckelelementen;
6 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Darstellung des Umlaufgehäuses des Differentialgetriebes nach 1 nunmehr mit beiden Stirnradzapfen und beidseitig des Umlaufgehäuses angeordneten Deckelelementen sowie einem angesetzten Hohlrad;
7 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Darstellung des Umlaufgehäuses des Differentialgetriebes nach 1 nunmehr mit beiden Stirnradzapfen und beidseitig des Umlaufgehäuses angeordneten Deckelelementen sowie beiden angesetzten Hohlrädern;
8 eine perspektivische teilweise aufgebrochene Darstellung des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes nach 1;
9 eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung des Einfachwalzenpaar-Konzepts wie es bei der Bauform nach den 1 bis 8 Anwendung findet;
10 eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung des Zweiwalzenpaar-Konzepts das zu einer Kompensation der Querkräfte am jeweiligen Hohlrad führt;
11 eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung des Dreiwalzenpaar-Konzepts das ebenfalls zu einer Kompensation der Querkräfte, d.h. einer reinen Drehmomenteneinkoppelung am jeweiligen Hohlrad führt und sich durch eine besonders hohe Festigkeit auszeichnet;
12a, 12b
Skizzen zur Veranschaulichung eines Füllstückes über welches eine weitere Abstützung und Lagerung der Überstandsabschnitte der Stirnradzapfen und der Hohlräder erreicht werden kann.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 1 ist in Form einer Axialschnittdarstellung eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes dargestellt. Dieses Differentialgetriebe umfasst ein zum Umlauf um eine Umlaufachse X vorgesehenes Umlaufgehäuse G mit einer in dem Umlaufgehäuse G ausgebildeten ersten Lagerbohrung 1 die parallel zur Umlaufachse X ausgerichtet und zu dieser radial versetzt ist. Weiterhin ist in dem Umlaufgehäuse G eine zweite Lagerbohrung 2 ausgebildet, die ebenfalls parallel zur Umlaufachse X ausgerichtet und zu dieser radial versetzt ist.
Das Differentialgetriebe umfasst einen ersten Stirnradzapfen 3, der in der ersten Lagerbohrung 1 aufgenommen ist, und einen zweiten Stirnradzapfen 4, der in der zweiten Lagerbohrung 2 aufgenommen ist. Die beiden Stirnradzapfen 3, 4 sind über die Lagerbohrungen 1, 2 derart positioniert, dass diese miteinander entlang eines Eingriffsabschnitts E in Eingriff stehen, wobei die beiden Stirnradzapfen 3, 4 zueinander derart axial versetzt angeordnet sind, dass die beiden Stirnradzapfen 3, 4 jeweils einen ersten bzw. einen zweiten einander abgewandten und über den Eingriffsabschnitt hervorstehenden Überstandsabschnitt 3a, 4a bilden.
Weiterhin umfasst das Differentialgetriebe ein erstes Hohlrad 5 das achsgleich zur Umlauflachse X angeordnet ist und das mit dem ersten Überstandsabschnitt 3a des ersten Stirnradzapfens 3 in Eingriff steht. Auf einer dem ersten Hohlrad 5 abgewandten Seite des Umlaufgehäuses G ist ein zweites Hohlrad 6 achsgleich zur Umlaufachse X angeordnet. Dieses Hohlrad 6 steht mit dem zweiten Überstandsabschnitt 4a des zweiten Stirnradzapfens 4 in Eingriff.
Das hier gezeigte Differentialgetriebe zeichnet sich dadurch aus, dass das Umlaufgehäuse aus einem sich entlang einer Profilachse erstreckenden Profilmaterial gebildet ist, und die Anordnung des Umlaufgehäuses in dem Differentialgetriebe derart getroffen ist, dass die Profilachse parallel zur Umlaufachse des Umlaufgehäuses verläuft.
Das Profilmaterial ist als ein Strangpress- oder Stranggussprofil gefertigt. Die Axiallänge des Profilmateriales im wesentlichen der Axiallänge des Eingriffsabschnitts. Das Profilmaterial weist einen Zylindermantel auf, und die erste und die zweite Lagerbohrung 1, 2 sind durch eine Innenstruktur des Profilmateriales gebildet.
Das hier gezeigte Differentialgetriebe zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass ein erstes Ringbuchsenelement 7 vorgesehen ist, das einen ersten Ringboden 7a aufweist welcher das erste Hohlrad 5 auf einer dem Eingriffsabschnitt E der Stirnradzapfen 3, 4 abgewandten Seite hintergreift.
Auf einer dem Eingriffsabschnitt E und dem ersten Hohlrad 7 abgewandten Seite des Umlaufgehäuses G ist ein zweites Ringbuchsenelement 8 vorgesehen, welches einen zweiten Ringboden 8a aufweist der das zweite Hohlrad 8 axial hintergreift.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind beide Ringbuchsenelemente 7, 8 am Umlaufgehäuse G verankert. Diese Verankerung wird hier erreicht, indem die beiden Ringbuchsenelemente 7, 8 auf das Umlaufgehäuse G aufgepresst sind. Zudem sind an den beiden Ringbuchsenelementen 7, 8 durch plastische Umformung Verankerungsstrukturen ausgebildet die axial und in Umfangsrichtung formschlüssig an dem Umlaufgehäuse G angreifen.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind beide Ringbuchsenelemente 7, 8 als Tiefziehteile aus einem Stahlmaterial gefertigt. Alternativ hierzu können die Ringbuchsenelemente auch als gerollte, oder ggf. auch spanend gefertigte Bauteile ausgebildet sein.
Das jeweilige Hohlrad 7, 8 bildet Teil einer Wellenanschlussnabe 9, 10. Die Wellenanschlussnabe 9, 10 ist als Topfteil mit einer innenverzahnten Nabenbohrung 9a, 10a und einem Ringrand 9b, 10b ausgebildet. Das jeweilige Hohlrad 7, 8 ist durch ein innenverzahntes Ringelement gebildet, das von dem entsprechenden Ringrand 9b, 10b umgriffen ist und in diesem drehfest aufgenommen ist.
Die Wellenanschlussnabe 9, 10 weist einen Zylinderbundabschnitt 9c, 10c auf. Dieser Zylinderbundabschnitt 9c, 10c bildet eine Umfangsfläche die unter Belassung eines Laufspiels in einer Ringsteginnenfläche eines Ringstegs 7b, 8b des jeweiligen Ringbuchsenelementes 7, 8 sitzt.
Die Einleitung eines Antriebsdrehmomentes in das Umlaufgehäuse G erfolgt über eine auf das Umlaufgehäuse G aufgesetzte Struktur. Diese Struktur umfasst hier eine Antriebsringbuchse 11 die als Tiefziehteil gefertigt ist. Die Antriebsringbuchse 11 trägt ein Antriebszahnrad 12. Es ist auch möglich, dieses Antriebszahnrad 12 umformtechnisch unmittelbar an der Antriebsringbuchse 11 auszubilden.
Die Stirnradzapfen 3, 4 sind in den im Umlaufgehäuse G ausgebildeten Bohrungen 1, 2 kopfkreisgeführt. Hierzu kann an den Kopfflächen, der einzelnen Zähne eine Schliffgeometrie realisiert sein, welche den Aufbau eines Schmierfilmes unterstützt. Die Stirnradzapfen 3, 4 können auch durch weitere Lagerstrukturen zusätzlich axial und radial abgestützt werden.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht der Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung des ersten Hohlrades 7 dem Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung des zweiten Hohlrades 8. Die Teilkreisdurchmesser der Hohlräder 7, 8 entsprechen zudem dem doppelten Teilkreisdurchmesser eines Stirnradzapfens 3, 5.
2 zeigt in Form einer perspektivischen und teilweise aufgebrochenen Darstellung den Aufbau des Umlaufgehäuses G des Differentialgetriebes nach 1. Wie erkennbar ist das Umlaufgehäuse G als „prismatische“ Struktur ausgebildet die über ihre axiale Erstreckung hinweg im wesentlichen den gleichen Profilquerschnitt aufweist.
Das hier gezeigte Umlaufgehäuse G ist als Profilabschnitt gefertigt, wobei dieses Profil vorzugsweise aus einem Aluminiumwerkstoff, oder Stahlmaterial durch Strangpressen, oder Stranggießen gefertigt ist. Das Umlaufgehäuse G bildet die beiden Aufnahmebohrungen 1, 2 zur Aufnahme der in der nachfolgend noch näher beschriebenen 4 erkennbaren Stirnradzapfen 3, 4. Die beiden Bohrungen 1, 2 sind so angeordnet, dass der Abstand d zwischen den zueinalder parallelen Mittelachsen X2, X3 kleiner ist als der Kopfkreisdurchmesser der Stirnradzapfen 3, 4. Im Grunde entspricht der Abstand d zwischen den Mittelachsen X2, X3 dem Teilkreisdurchmesser der Stirnradzapfen 3, 4. Die Bohrungen 1, 2 überlappen einander damit partiell. In diesem Überlappungsbereich gelangen die später eingesetzten Stirnradzapfen 3, 4 auf Höhe ihrer Teilkreise miteinander in Eingriff.
Die beiden einander überlappenden Bohrungen 1, 2 bilden eine Kaverne mit einem „8-artigen“ Querschnitt. Die Übergangsbereiche zwischen den beiden zum Überlappungsbereich vordringenden Innenwandungen der Bohrungen 1, 2, d.h. die „Innenecken der 8“ sind verrundet ausgebildet. Auf einer dem jeweiligen Verrundungsbereich abgewandten Rückseite erstrecken sich jeweils Stützstege S1, S2 die in einen Gehäusemantel münden. Zu beiden Seiten dieser Stützstege S1, S2 befinden sich Kavernen K1, K2, K3, K4. Ingesamt setzt sich der Querschnitt des Umlaufgehäuses G damit aus einem im wesentlichen zylindrischen Gehäusemantel, den beiden Stützstegen S1, S2 und der die „8“ definierenden und damit die Bohrungen 1, 2 umsäumenden Wandung zusammen.
Die Außenumfangsfläche des Umlaufgehäuses G ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und bildet mehrere in Umfangsrichtung abfolgende axiale Einmuldungen E1, E2, E3, E4. Über diese Einmuldungen E1, E2, E3, E4 kann eine Antriebsstruktur, insbesondere ein Antriebszahnrad oder ein dieses tragendes Zwischenelement (vgl. 1 Bezugszeichen 11) drehfest verankert werden.
In 3 ist das vorangehend beschriebene Umlaufgehäuse G mit dem nunmehr eingesetzten ersten Stirnradzapfen 3 dargestellt. Der Stirnradzapfen 3 taucht radial in den Überlappungsbereich der Bohrungen 1, 2 ein und steht zudem axial über eine vordere Stirnfläche des Umlaufgehäuses G hervor.
In 4 ist in ebenfalls partiell aufgebrochener Darstellung das Umlaufgehäuse G in einem Zustand dargestellt in welchem beide Stirnradzapfen 3, 4 in die Aufnahmebohrungen 1, 2 eingesetzt sind. Der zweite Stirnradzapfen 4 ragt auf einer in dieser Darstellung hinteren Stirnseite des Umlaufgehäuses G über diese hervor. Die beiden Stirnradzapfen 3, 4 stehen miteinander über ihre Umfangsverzahnung in Eingriff.
Wie aus 5 ersichtlich, ist auf beide Stirnseiten des Umlaufgehäuses G ein vorderes bzw. hinteres Deckelelement 20, 21 aufgesetzt. Dieses Deckelelement 20, 21 schottet den Innenbereich der beiden Aufnahmebohrungen 1, 2 gegenüber dem Innenraum der in 1 gezeigten Hohlräder 5, 6 ab. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Deckelelemente als relativ dünnwandige Blechstrukturen ausgebildet. Diese Deckelelemente können jedoch auch als komplexe Strukturbauteile ausgeführt sein, die den Innenraum der Hohlräder weitgehend ausfüllen und sowohl für die Hohlräder als auch für den jeweiligen Überstandsabschnitt des Stirnradzapfens eine Kopfkreisführung bewirken. Diesbezüglich wird auf die 12a und 12b verwiesen.
6 zeigt das mit den beiden Stirnradzapfen 3, 4 und dem ersten Hohlrad 5 bestückte Umlaufgehäuse G in wiederum teilweise aufgebrochener Darstellung. Das erste Hohlrad 5 ist hier als innenverzahntes Ringelement dargestellt. Dieses Ringelement bildet Teil einer zum Antriebswellenanschluss vorgesehenen Wellenanschlussnabe 9, 10 und wird nicht wie hier gezeigt als Einzelteil montiert, sondern bildet an sich integralen Bestandteil der als Massivbauteil, oder Tiefziehbauteil gefertigten Wellenanschlussnabe 9, 10 und wird als Teil der Wellenanschlussnabe 9, 10, als mit diesem Bauteil – und nicht einzeln – angesetzt.
Die Darstellung nach 7 zeigt das mit beiden Stirnradzapfen 3, 4 bestückte Umlaufgehäuse G. Auf die axialen Überstände sind die Hohlräder 5, 6 aufgesetzt. Die Hohlräder 5, 6, bilden wie angesprochen Bestandteil hier nicht näher dargestellter Wellenanschlussnaben 9, 10.
In 8 ist in teilweise aufgebrochener perspektivischer Darstellung nochmals der Aufbau des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes nach 1 gezeigt. Diese Ausführungen zu 1 gelten sinngemäß auch für diese Darstellung. Die Wellenanschlussnaben 9, 10 sind als Blechumformteile gefertigt. Die Hohlräder 5, 6 sind in diese Wellenanschlussnaben 9, 10 eingepresst und ggf. mit diesen lokal verschweißt oder anderweitig in Umlaufrichtung formschlüssig gesichert.
Die Ringbuchsenelemente 7, 8 bilden Teil einer Lagereinrichtung über welche die Wellenanschlussnaben 9, 10 gemeinsam mit den darin aufgenommenen Hohlrädern 5, 6 axial an das Umlaufgehäuse G angebunden und gleichachsig zur Umlaufachse X drehbar gelagert sind. Auf dem Umlaufgehäuse G sitzt eine Antriebsringbuchse 11 die als Tiefziehteil gefertigt ist. Die Antriebsringbuchse 11 trägt ein Antriebszahnrad 12. Es ist möglich, dieses Antriebszahnrad 12 umformtechnisch unmittelbar an der Antriebsringbuchse 11 auszubilden.
In 9 ist sind die Teilkreise T3, T4 der Stirnradzapfen 3, 4 innerhalb der in dieser Ansicht deckungsgleichen Teilkreise T7, T8 der Hohlräder dargestellt. Diese Darstellung veranschaulicht das Anordnungskonzept der Stirnradzapfen 3, 4 bei der vorangehend in Verbindung mit den 1 bis 8 beschriebenen Ausführungsform. Die Einleitung einer Querkraft erfolgt bei jedem Hohlrad nur an einer Eingriffsstelle PE mit dem entsprechenden Axialüberstand eines Stirnradzapfens 3, 4. Es damit von der Lagerung des Hohlrades eine Radialkraft aufzunehmen.
In 10 ist eine Variante dargestellt, bei welcher zwei Stirnradzapfenpaare vorgesehen sind und damit an jedem Hohlrad die Querkrafteinleitung an zwei einander im wesentlichen diametral gegenüberliegenden Eingriffspunkten PE erfolgt. Die Querkräfte bilden ein Kräftepaar welches das am Hohlrad anliegende Drehmoment generiert.
In 11 ist eine Variante dargestellt, bei welcher insgesamt drei Stirnradzapfenpaare vorgesehen sind, welche jeweils zwei einander abgewandte Axialüberstände bilden die mit dem zugeordneten Hohlrad in Eingriff stehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Einleitung eines Antriebs- und Mitnahmedrehmomentes je Hohlrad über drei Krafteinleitungspunkte PE. Die als ausgefüllte Kreise dargestellten Krafteinleitungspunkte PE sind die Krafteinleitungspunkte über welche der Eingriff mit dem vorderen Hohlrad bewerkstelligt wird. Die durch eine gepunktete Kreislinie jeweils angedeuteten Krafteinleitungspunkte entsprechen den Krafteinleitungspunkten auf der jenem vorderen Hohlrad abgewandten Seite des Umlaufgehäuses.
Wie bereits vorangehend angesprochen ist es möglich, die mit dem jeweiligen Hohlrad in Eingriff stehenden axialen Überständer der Stirnradzapfen durch ein Füllstück zu führen und abzustützen. Der Grundaufbau eines derartigen Füllstückes ist in den 12a und 12b veranschaulicht. Dieses Füllstück 30 ist so gestaltet, dass dieses eine Führungsbohrung 31 bildet in welcher der Überstandsabschnitt des entsprechenden Stirnradzapfens eine Kopfkreisführung erfährt. Weiterhin ist die Umfangsfläche 32 so gestaltet, dass diese eine Kopfkreisführung der Innenverzahnung des entsprechenden Hohlrades bewirkt. An diesem Füllstück können noch weitere Lagergeometrien ausgebildet sein. So kann insbesondere eine Lagerbohrung 33 vorgesehen sein, über welche eine zusätzliche radiale Lagerung des nicht überstehenden Innenendes eines der Stirnradzapfen erreicht wird. Bei einem vollständig montierten erfindungsgemäßen Differentialgetriebe ist dann auf jeder Seite des Umlaufgehäuses ein derartiges Füllstück angeordnet. Diese beiden Füllstücke können an dem Umlaufgehäuse G drehfest verankert sein. Insbesondere ist es möglich, die beiden Füllstücke durch das Umlaufgehäuse hindurch zu verschrauben oder zu verstiften. Über die Füllstücke kann auch ein Massenausgleich erreicht werden, so dass die Axialüberstände der Stirnradzapfen keine Unwucht verursachen. Die Füllstücke können insbesondere als Guss-, Tiefzieh-, oder spanend gefertigte Bauteile gefertigt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007031814 A1 [0002, 0003]
EP 1052430 A2 [0003]

Claims

Differentialgetriebe, mit: – einem zum Umlauf um eine Umlaufachse (X) vorgesehenen Umlaufgehäuse (G), – einer in dem Umlaufgehäuse (G) ausgebildeten ersten Lagerbohrung (1) die parallel zur Umlaufachse (X) ausgerichtet und zu dieser radial versetzt ist, – einer in dem Umlaufgehäuse (G) ausgebildeten zweiten Lagerbohrung (2) die ebenfallsparallel zur Umlaufachse (X) ausgerichtet und zu dieser radial versetzt ist, – einem ersten Stirnradzapfen (3), der in der ersten Lagerbohrung (1) aufgenommen ist, – einem zweiten Stirnradzapfen (4), der in der zweiten Lagerbohrung (2) aufgenommen ist, – wobei die beiden Stirnradzapfen (3, 4) über die Lagerbohrungen (1, 2) derart radial positioniert sind, dass diese miteinander entlang eines Eingriffsabschnitt (E) in Eingriff stehen, und – wobei die beiden Stirnradzapfen (3, 4) zueinander derart axial versetzt angeordnet sind, dass die beiden Stirnradzapfen (3, 4) jeweils einen ersten bzw. einen zweiten einander abgewandten und über den Eingriffsabschnitt hervorstehenden Überstandsabschnitt (3a, 4a) bilden, – einem ersten Hohlrad (5) das achsgleich zur Umlauflachse (G) angeordnet ist und das mit dem ersten Überstandsabschnitt (3a) in Eingriff steht, und – einem zweiten Hohlrad (6) das auf einer dem ersten Hohlrad (5) abgewandten Seite des Umlaufgehäuses (G) achsgleich zur Umlaufachse (X) angeordnet ist und das mit dem zweiten Überstandsabschnitt (4a) in Eingriff steht, – dadurch gekennzeichnet, dass das Umlaufgehäuse aus einem sich entlang einer Profilachse erstreckenden Profilmaterial gebildet ist, und die Anordnung des Umlaufgehäuses in dem Differentialgetriebe derart getroffen ist, dass die Profilachse parallel zur Umlaufachse (X) des Umlaufgehäuses verläuft.
Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilmaterial als ein Strangpress- oder Stranggussprofil gefertigt ist.
Differentialgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallänge des Profilmateriales im wesentlichen der Axiallänge des Eingriffsabschnitts (E) entspricht.
Differentialgetriebe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilmaterial einen Zylindermantel aufweist, und dass die erste und die zweite Lagerbohrung durch eine Innenstruktur des Profilmateriales gebildet sind.
Differentialgetriebe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ringbuchsenelement (7) vorgesehen ist, das einen ersten Ringboden (7a) aufweist welcher das erste Hohlrad (5) auf einer dem Eingriffsabschnitt (E) der Stirnradzapfen (3, 4) abgewandten Seite hintergreift und zudem ein zweites Ringbuchsenelement (8) vorgesehen ist welches einen zweiten Ringboden (8a) aufweist der das zweite Hohlrad (8) auf einer dem Eingriffsabschnitt (E) abgewandten Seite hintergreift.
Differentialgetriebe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der beiden Ringbuchsenelemente (7, 8) am Umlaufgehäuse (G) verankert ist, und dass jenes am Umlaufgehäuse (G) verankerte Ringbuchsenelement (7, 8) auf das Umlaufgehäuse (G) aufgepresst ist.
Differentialgetriebe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Ringbuchsenelemente (7, 8) als Tiefziehteil gefertigt ist, und dass das jeweilige Hohlrad (5, 6) Teil einer Wellenanschlussnabe bildet.
Differentialgetriebe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenanschlussnabe als Topfteil mit einer innenverzahnten Nabenbohrung und einem Ringrand ausgebildet ist, und dass das Hohlrad (5, 6) durch ein innenverzahntes Ringelement gebildet ist, das von dem Ringrand umgriffen ist und in diesem drehfest aufgenommen ist, und dass dieser Zylinderbundabschnitt eine Umfangsfläche bildet die unter Belassung eines Laufspiels in einer Ringsteginnenfläche des entsprechenden Ringbuchsenelementes (7, 8) sitzt.
Differentialgetriebe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Umlaufgehäuse (G) eine Antriebsringbuchse aufgesetzt ist, wobei die Antriebsringbuchse ein Antriebszahnrad trägt oder bildet.
Differentialgetriebe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnradzapfen (3, 4) in den im Umlaufgehäuse (G) ausgebildeten Bohrungen (1, 2) kopfkreisgeführt sind, und dass der Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung des ersten Hohlrades (5) dem Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung des zweiten Hohlrades (6) entspricht, und dass dieser Hohlradteilkreisdurchmesser dem doppelten Teilkreisdurchmesser eines Stirnradzapfens (3, 4) entspricht.