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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Stirnraddifferential zur Aufteilung eines an einem Umlaufträger anliegenden Antriebsmomentes auf eine erste und auf eine zweite, jeweils zu einer Umlaufachse des Umlaufträgers gleichachsig angeordnete Hohlrad-Abtriebsnabe.
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Aus
DE 40 27 423 A1 ist ein Stirnraddifferential bekannt, das einen Umlaufträger aufweist, in welchem mehrere auf einem Teilkreis abfolgenden Stirnradzapfenpaare aufgenommen sind. Jedes Stirnradzapfenpaar besteht aus einem ersten und einem zweiten Stirnradzapfen. Beide Stirnradzapfen stehen miteinander über einen Eingriffsabschnitt in Eingriff und sind derart gegeneinander axial versetzt, dass jeder Stirnradzapfen einen Überstandsabschnitt bildet welcher über ein Stirnende des jeweils anderen Stirnradzapfens übersteht. Auf die Überstandsabschnitte der ersten Stirnradzapfen ist ein erstes Hohlrad aufgesetzt und auf die Überstandsabschnitte der zweiten Stirnradzapfen ist ein zweites Hohlrad aufgesetzt. Beide Hohlräder sind gleichachsig zur Umlaufachse des Umlaufträgers angeordnet und befinden sich auf einander abgewandten Seiten desselben.
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Aus
FR 2 798 178 ist ebenfalls ein Stirnraddifferential bekannt, das insgesamt vier Stirnradzapfen umfasst, wobei jeweils zwei Stirnradzapfen mit einem ersten bzw. einem zweiten Hohlrad in Eingriff stehen. Diese Stirnradzapfen sind so zusammengesetzt, dass jeder der Stirnradzapfen der mit dem ersten Hohlrad kämmt jeweils mit beiden Stirnradzapfen in Eingriff steht welche mit dem zweiten Hohlrad kämmen.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stirnraddifferential zu schaffen, das sich durch einen robusten Aufbau und ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet und zudem kostengünstig herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Stirnraddifferential, mit:
- – einem zum Umlauf um eine Umlaufachse vorgesehenen Umlaufträger,
- – einer ersten Stirnradzapfengruppe, und
- – einer zweiten Stirnradzapfengruppe,
- – wobei die beiden Stirnradzapfengruppen derart zusammengefügt sind, dass jeder Stirnradzapfen einer Gruppe jeweils mit zwei der diesem benachbarten Stirnradzapfen der anderen Stirnradzapfengruppe in Eingriff steht, und gegenüber diesen axial versetzt ist, so dass jede Stirnradzapfengruppe jeweils Überstandsabschnitte bildet,
- – einem ersten Hohlrad das achsgleich zur Umlauflachse angeordnet ist und das mit den Überstandsabschnitten der Stirnradzapfen der zweiten Stirnradzapfengruppe in Eingriff steht, und
- – einem zweiten Hohlrad das ebenfalls achsgleich zur Umlauflachse angeordnet ist und das mit Überstandsabschnitten der Stirnradzapfen der ersten Stirnradzapfengruppe in Eingriff steht, wobei sich dieses Stirnraddifferential dadurch auszeichnet, dass im Innenraum des jeweiligen Hohlrades jeweils ein Stützelement vorgesehen ist, und dass dieses eine Zapfenstruktur lagert über welche ein am jeweiligen Stützelement stirnseitig anstehender Stirnradzapfen radial abgestützt ist.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, die Stirnradzapfen auf ihrer dem jeweiligen Überstandsabschnitt abgewandten Rückseite radial zu lagern und damit eine vorteilhafte Eingriffssituation zwischen den wechselweise miteinander in Eingriff stehenden Stirnradzapfen zu erreichen.
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Die erfindungsgemäße Radialabstützung der Innenenden der Stirnradzapfen kann auf konstruktiv einfach realisierbare Weise erreicht werden, indem in dem Stützelement Lagerbohrungen ausgebildet sind, in welche der jeweilige Stirnradzapfen mit einem zylindrischen Überstand drehbar eintaucht. Bei dieser Variante ergibt sich für den jeweiligen Stirnradzapfen eine hohe innere Festigkeit.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch am Stützelement Lagerzapfenstruktur ausgebildet ist, die als solche in den jeweiligen Stirnradzapfen eintaucht und diesen drehbewegbar lagert. Diese Lagerzapfenstruktur kann so gestaltet sein, dass dieses sich im wesentlichen über die gesamte Länge des jeweiligen Stirnradzapfens erstreckt.
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Es ist auch möglich, die Lagerzapfenstruktur so auszubilden, dass sich diese durch den Stirnradzapfen hindurch erstreckt und dann in dem gegenüberliegenden Stützelement ebenfalls gestützt ist.
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Das jeweilige Stützelement ist weiterhin vorzugsweise so ausgebildet, dass dieses eine an den innerhalb des Hohlrades freiliegenden Kopfkreis der Überstandsabschnitte heranreichende Lauffläche bildet welche die in das jeweilige Hohlrad eingreifenden Überstandsabschnitte radial stützt.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Differentialgetriebe zu schaffen, dass sich durch eine hohe innere Strukturfestigkeit und hohe kinematische Steifigkeit auszeichnet, und das zudem unter montagetechnischen Gesichtspunkten besonders vorteilhaft zusammensetzbar ist.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Differentialgetriebe derart ausgebildet, dass jede Stirnradzapfengruppe zwei Stirnradzapfen umfasst. Die Stirnradzapfen einer Stirnradzapfengruppe stehen nicht unmittelbar miteinander in Eingriff, sondern kämmen jeweils mit beiden Stirnradzapfen der anderen Stirnradzapfengruppe.
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Das Stützelement ist in vorteilhafter Weise derart gestaltet, dass dieses einen Kreisscheibenkorpus mit darin randseitig partiell freiliegenden Bohrungssegmenten bildet. Die Zentren dieser Bohrungssegmente liegen auf der Achse des jeweils in dem Bohrungssegment gestützten Überstandes eines entsprechenden Stirnradzapfens. Die Bohrungssegmente bilden vorzugsweise eine zylindrische Innenfläche die als solche die vorangehend genannte, den jeweiligen Überstand stützende Lauffläche darstellt. Bei einer Ausführung mit zwei Stirnradzapfen je Stirnradzapfengruppe hat das Stützelement damit die Gestalt einer Doppelkeule deren Innensteg sich durch den zwischen zwei Stirnradzapfen einer Stirnradzapfengruppe verbleibenden Zwischenraum hindurch erstreckt. Das jeweilige Stützelement stellt ein separates und nicht stofflich mit dem Umlaufträger verbundenes Bauteil dar, es ist insbesondere vom Umlaufträger erforderlichenfalls demontierbar.
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Vorzugsweise sind die Stützelemente in dem Hohlrad axial schwimmend angeordnet, so dass die Axialposition derselben letztlich durch axiale Bewegungsweggrenzen festgelegt ist. Diese Bewegungsweggrenzen können durch Anlaufstrukturen gebildet sein, die entweder direkt durch den Umlaufträger und die entsprechenden Hohlräder gebildet sind, oder zumindest durch diese Bauteile festgelegt sind. Auf eine besondere Fixierung der Stützelemente an dem Umlaufgehäuse kann damit verzichtet werden, die Stützelemente sind damit letztlich aufgrund des inneren Aufbaus des Differentialgetriebes in diesem funktional ausreichend axial positioniert. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, Koppelungsstrukturen vorzusehen, über welche das jeweilige Stützelement auch an dem Umlaufträger festgelegt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe erfordert eine besondere Abstimmung der Verzahnungsgeometrien der Stirnradzapfen und der Hohlräder, so dass sich insgesamt Konstellationen ergeben bei welchen jeweils sowohl am Hohlrad, als auch innerhalb der Ritzelpackung Zahn auf Lücke gelangt. Hierzu kann insbesondere auf die Gestaltungsmaßnahme der Profilverschiebung Rückgriff genommen werden um entsprechende Zahn- und Lückenpositionen zu realisieren. Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden dabei die Stirnradzapfen beider Stirnradzapfengruppen als baugleiche Getriebeorgane mit ungerader Zähnezahl ausgelegt.
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Eine im Hinblick auf eine extrem hohe innere Strukturfestigkeit des Differentialgetriebes vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gegeben, dass die Stirnradzapfen mit einer Zentrumsbohrung versehen sind. Diese Zentrumsbohrung kann als Sackloch, oder auch als Durchgangsbohrung ausgeführt sein. Diese Zentrumsbohrung bildet eine Bohrungsinnenwandung die als Lauffläche eine Gleitlagersystems, oder auch als Lauffläche eines Wälzlagers, insbesondere eines Nadellagers fungiert. Um dieses Lagersystem zu realisieren ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Führungselement mit Achszapfen bestückt, die in die Zentrumsbohrungen derjenigen Stirnradzapfen eintauchen die in dem anderen Stützelement kopfkreisgeführt sind, d.h. in jene Stirnradzapfen eintauchen deren Stirnseiten an dem Führungselements stirnseitig anstehen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Differentialgetriebe sind die beiden Führungselemente von einander gegenüberliegenden Seiten des Umlaufträgers an diesen angesetzt. Der in Richtung der Umlaufachse gemessene Axialabstand zwischen den einander zugewandten Innenflächen der Führungselemente entspricht im wesentlichen der Eingriffslänge der beiden Stirnradzapfengruppen. Die Axiallänge des Eingriffsbereiches entspricht im wesentlichen der Axialtiefe der Innenverzahnung des Hohlrades oder ist ggf. auch geringfügig geringer. Insgesamt sind dann die jeweiligen Stirnradzapfen derart gestaltet, dass die Axiallänge des jeweiligen Stirnradzapfens der Summe der Axialtiefe der Innenverzahnung des Hohlrades und der Axiallänge des Eingriffsabschnitts entspricht.
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Bei dem erfindungsgemäßen Differentialgetriebe erfolgt die Einleitung des Hauptantriebsmomentes in das durch die Stirnradzapfengruppen gebildete Verzweigungssystem im Umgriffsbereich des gemeinsamen Eingriffsabschnitts der Stirnradzapfengruppen. Hierzu ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Umlaufträger derart gestaltet, dass dieser eine die Stirnradzapfen umgreifende Umgriffswandung bildet, wobei diese Umgriffswandung eine sich aus mehreren abfolgenden und dabei zur jeweiligen Stirnradzapfenachse konzentrischen Zylindersegmenten zusammengesetzte Lauffläche bildet an welcher die Stirnradzapfen kopfkreisgestützt ablaufen. Diese Umgriffswandung ist vorzugsweise weiterhin so gestaltet, dass diese mehrere zu den Eingriffsabschnitten der Stirnradzapfen vordringende Innennasen bildet, wobei diese Innennasen vorzugsweise verrundet sind.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet der Umlaufträger integralen Bestandteil eines zur Einleitung eines Differentialgetriebe-Antriebsmomentes vorgesehenen Zahnrades. Dieses Zahnrad kann als vorzugsweise schrägverzahntes Stirnrad ausgebildet sein und bildet dabei mit seinem inneren Scheibenkorpus im Bereich seiner Innenumfangsfläche die zur Einleitung des Antriebsmomentes in die Verzweigungsmechanik vorgesehene Kopfkreis-Mitnehmergeometrie.
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Die Hohlräder sind vorzugsweise in die Differentialeinrichtung eingebunden indem diese in Topfelementen geführt sind, welche auf die Hohlräder derart aufgesetzt sind. Diese Topfelemente sind vorzugsweise so gestaltet, dass diese die Hohlräder jeweils umsäumen, wobei diese Topfelemente an den Umlaufträger angebunden sind.
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Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das erfindungsgemäße Differentialgetriebe als in sich geschlossene, abgedichtete und dauergeschmierte Baugruppe auszuführen. Hierbei wird es möglich, für das Differentialgetriebe ein Schmiermittel einzusetzen das exakt auf die im Bereich des Differentialgetriebes vorherrschenden tribologischen Bedingungen abgestimmt ist. Zudem kann die Schmierstoffmenge derart abgestimmt werden, dass ein gewünschter mechanischer Wirkungsgrad erreicht wird. Über die miteinander in Eingriff stehenden Zahnradsysteme kann ein hydrostatisches Fördersystem geschaffen werden über welches eine gewisse innere Sperrwirkung, d.h. kinematische Koppelung der Abtriebsnaben generiert werden kann.
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Grundsätzlich kann auch über die Viskosität des in dem Differentialgetriebe aufgenommenen Schmierstoffes vorteilhaft Einfluss auf die Koppelungscharakteristik des Differentiales genommen werden.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes zur Veranschaulichung der Einzelkomponenten desselben;
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2 eine perspektivische Darstellung des aus den Komponenten nach 1 zusammengesetzten erfindungsgemäßen Differentialgetriebes;
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3 eine Axialschnittdarstellung des Differentialgetriebes nach 2 zur Veranschaulichung der Position der Stirnradzapfen einer Stirnradzapfengruppe;
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4 eine Radialschnittdarstellung des Differentialgetriebes nach 2 zur Veranschaulichung der Zahngeometrie der Stirnradzapfen und zur Veranschaulichung der Eingriffssituation, sowie der die Stirnradzapfen umgreifenden Mitnehmerkontur;
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5 eine Einzelteildarstellung des Umlaufträgers nach 4;
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6 eine Darstellung der wechselweise miteinander in Eingriff stehenden Stirnradzapfen;
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7 eine Skizze zur weiteren Erläuterung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Stützelementes;
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8 eine Skizze zur Veranschaulichung einer Variante bei welcher der Stirnradzapfen mit einem zylindrischen Überstandsabschnitt versehen ist welcher in einer Lagerbohrung des angrenzenden Stützelementes gelagert ist;
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9 eine Skizze zur Veranschaulichung einer Variante bei welcher der Stirnradzapfen auf einem Lagerzapfen gelagert ist der über die halbe Axiallänge in den Stirnradzapfen eintaucht;
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10 eine Skizze zur Veranschaulichung einer Variante bei welcher der Stirnradzapfen auf einem Lagerzapfen gelagert ist der über die gesamte Axiallänge des Stirnradzapfens in diesem erstreckt;
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11 eine Skizze zur Veranschaulichung der Eingriffssituation zwei miteinander in Eingriff stehender Stirnradzapfen;
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12 eine weitere Skizze zur Veranschaulichung der Eingriffssituation zwei miteinander in Eingriff stehender Stirnradzapfen die jeweils auf einem Lagerzapfen gelagert sind der wiederum beidseitig in einem Stützelement verankert ist.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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In 1 sind in Form einer Explosionsdarstellung die Einzelkomponenten eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferentiales dargestellt. Wie erkennbar umfasst das erfindungsgemäße Differentialgetriebe einen zum Umlauf um eine Umlaufachse X vorgesehenen Umlaufträger 3 der hier unmittelbar als Stirnradkorpus ausgebildet ist.
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Weiterhin umfasst das Stirnraddifferential eine erste Stirnradzapfengruppe 1, und eine zweite Stirnradzapfengruppe 2. Beide Stirnradzapfengruppen 1, 2 umfassen wenigstens zwei Stirnradzapfen 1a, 1b; 2a, 2b. Die beiden Stirnradzapfengruppen 1, 2 sind derart zusammengefügt, dass jeder Stirnradzapfen 1a, 1b; 2a, 2b einer Gruppe 1, 2 jeweils mit zwei der diesem benachbarten Stirnradzapfen 2a, 2b; 1a, 1b der anderen Stirnradzapfengruppe 2, 1 in Eingriff steht, und gegenüber diesen axial versetzt ist, so dass jede Stirnradzapfengruppe jeweils (vgl. hierzu auch 2 und 3) Überstandsabschnitte bildet.
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Das Stirnraddifferential umfasst weiterhin ein erstes Hohlrad 4 das achsgleich zur Umlauflachse X angeordnet ist und das in verbautem Zustand mit den Überstandsabschnitten der Stirnradzapfen 2a, 2b der zweiten Stirnradzapfengruppe 2 in Eingriff steht. Zudem umfasst das Stirnraddifferential ein zweites Hohlrad 5 das ebenfalls achsgleich zur Umlauflachse X angeordnet ist und das in verbautem Zustand mit Überstandsabschnitten der Stirnradzapfen 1a, 1b der ersten Stirnradzapfengruppe 1 in Eingriff steht.
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Das erfindungsgemäße Stirnraddifferential zeichnet sich dadurch aus, dass in zusammengebautem Zustand im Innenraum des jeweiligen Hohlrades 4, 5 jeweils ein Stützelement 6, 7 vorgesehen ist, das eine an den innerhalb des Hohlrades freiliegenden Kopfkreis der Überstandsabschnitte heranreichende Lauffläche 6a, 6b, 7a, 7b bildet, welche die in das jeweilige Hohlrad 4, 5 eingreifenden Überstandsabschnitte radial stützt. Hierdurch wird es wie eingangs bereits angegeben auf besonders vorteilhafte Weise möglich, ein Differentialgetriebe zu schaffen, dass sich durch eine hohe innere Strukturfestigkeit und hohe kinematische Steifigkeit auszeichnet, und das zudem unter montagetechnischen Gesichtspunkten besonders vorteilhaft zusammensetzbar ist.
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Bei der hier gezeigten Ausführungsform umfasst jede Stirnradzapfengruppe 1, 2 zwei Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b. Dieses Konzept ist jedoch in besonders vorteilhafter Weise auch mit insbesondere drei Stirnradzapfen je Stirnradzapfengruppe 1, 2 umsetzbar. Die Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b einer Stirnradzapfengruppe 1, 2 stehen innerhalb der Gruppe nicht unmittelbar miteinander in Eingriff, sondern kämmen jeweils nur mit den beiden Stirnradzapfen 2a, 2b; 1a, 1b der entsprechend anderen Stirnradzapfengruppe 2, 1.
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Die beiden hier gezeigten Stützelemente 6, 7 sind derart gestaltet, dass diese jeweils einen Kreisscheibenkorpus mit darin randseitig eintauchenden Bohrungssegmenten 6c, 6d, 7c, 7d bilden. Die Zentren dieser Bohrungssegmente 6c, 6d, 7c, 7d liegen auf der Achse des jeweils in dem Bohrungssegment 6c, 6d, 7c, 7d gestützten Überstandes eines entsprechenden Stirnradzapfens 1a, 1b, 2a, 2b. Die Bohrungssegmente 6c, 6d, 7c, 7d bilden vorzugsweise eine zylindrische Innenfläche die als solche die vorangehend genannte, den jeweiligen Überstand stützende Lauffläche 6a, 6b, 7a, 7b darstellt. Bei einer Ausführung mit „zwei Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b je Stirnradzapfengruppe 1, 2“ hat das Stützelement 6, 7 damit die hier erkennbare Gestalt einer Doppelkeule deren Innensteg sich durch den zwischen zwei Stirnradzapfen 1a, 1b; 2a, 2b einer Stirnradzapfengruppe 1, 2 verbleibenden Zwischenraum hindurch erstreckt.
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Die Stützelemente 6, 7 sind in dem jeweiligen Hohlrad 4, 5 jeweils in gewissem Maße axial schwimmend angeordnet, so dass die Axialpositionen derselben letztlich durch axiale Bewegungsweggrenzen festgelegt sind die sich durch anderweitige Bauteile des Differentialgetriebes ergeben. Diese Bewegungsweggrenzenergeben sich hier durch die einander gegenüberliegenden, planen Stirnflächen 3a, 3b des Umlaufträgers, sowie durch die Hohlräder 4, 5 bzw. jene die hier mehrteilig ausgeführten Hohlräder tragenden Abtriebsnaben 8, 9.
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Die Abtriebsnaben 8, 9 sind hier als tellerartige Strukturen ausgebildet und umformtechnisch, insbesondere durch Tiefziehen und Fließpressen aus einem Blechmaterial gefertigt. Die Abtriebsnaben 8, 9 sind mit Mitnehmergeometrien versehen welche mit entsprechenden Komplementärgeometrien der Hohlräder 4, 5 derart in Eingriff bringbar sind, dass sich dabei eine in Umfangsrichtung formschlüssige Drehsicherung ergibt. Die Passmaße dieser zusammenzusetzenden Bauteile sind dabei vorzugsweise so abgestimmt, dass die Hohlräder 4, 5 – die hier als Hohlradringe ausgebildet sind – mit einem gewissen Presssitz in den Abtriebsnaben 8, 9 sitzen. Die Abtriebsnaben 8, 9 bilden hier einen jeweils innenverzahnten Bund 8a, 9a an welchen jeweils entsprechende Wellenzapfen der Radantriebswellen drehfest ansteckbar sind. Der Leistungsabgriff aus den Abtriebsnaben 8, 9 kann auch durch anderweitige Anschlussgeometrien, z.B. Aussenverzahnungsgeometrien, oder Schraubanschlussflansche bewerkstelligt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Differentialgetriebe kann ggf. auf eine besondere Fixierung der Stützelemente 6, 7 am Umlaufträger 3 verzichtet werden, die Stützelemente 6, 7 sind bei der hier gezeigten Ausführungsform letztlich aufgrund des inneren Aufbaus des Differentialgetriebes in diesem funktional ausreichend positioniert. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, Koppelungsstrukturen vorzusehen, über welche das jeweilige Stützelement 6, 7 auch an dem Umlaufträger 3 festgelegt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe erfordert eine besondere Abstimmung der Verzahnungsgeometrien der Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b und der Hohlräder 4, 5, so dass sich insgesamt Zahnradpositionen ergeben bei welchen jeweils Zahn auf Lücke gelangt. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b beider Stirnradzapfengruppen 1, 2 als baugleiche Getriebeorgane mit ungerader Zähnezahl ausgelegt.
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Die Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b sind hier jeweils mit einer Zentrumsbohrung 1c, 1d, 2c, 2d versehen. Diese Zentrumsbohrungen 1c, 1d, 2c, 2d sind hier als Durchgangsbohrung ausgeführt. Diese Zentrumsbohrungen 1c, 1d, 2c, 2d bilden eine Bohrungsinnenwandung die als Lauffläche eine Gleitlagersystems fungiert. Um dieses Lagersystem zu realisieren ist hier das jeweilige Führungselement 6, 7 mit Achszapfen 6e, 6f, 7e, 7f bestückt, die in die Zentrumsbohrungen derjenigen Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b eintauchen die in dem anderen Stützelement 2, 1 kopfkreisgeführt sind, d.h. in jene Stirnradzapfen 2a, 2b, 1a, 1b eintauchen deren Stirnseite der Innenstirnfläche des Führungselements 6, 7 zugewandt ist.
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Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Führungselemente 6, 7 von einander abgewandten Seiten des Umlaufträgers 3 an diesen angesetzt. Der in Richtung der Umlaufachse X gemessene Axialabstand zwischen den einander zugewandten Innenflächen der Führungselemente 6, 7 entspricht im verbauten Zustand im wesentlichen der Eingriffslänge der beiden Stirnradzapfengruppen 1, 2. Die Axiallänge des Eingriffsbereiches entspricht im wesentlichen der Axialtiefe der Innenverzahnung des jeweiligen Hohlrades 4, 5. Insgesamt sind die Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b derart gestaltet, dass die Axiallänge des jeweiligen Stirnradzapfens 1a, 1b, 2a, 2b der Axialtiefe der Innenverzahnung des Hohlrades 4, 5 und der Axiallänge des Eingriffsabschnitts entspricht.
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Die Einleitung des Hauptantriebsmomentes in das durch die Stirnradzapfengruppen 1, 2 gebildete Verzweigungssystem erfolgt im Umgriffsbereich des gemeinsamen Eingriffsabschnitts der Stirnradzapfengruppen 1, 2. Hierzu ist der Umlaufträger 3 derart gestaltet, dass dieser eine die Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b umgreifende Umgriffswandung 3c bildet, wobei sich diese Umgriffswandung 3c aus mehreren abfolgenden und dabei zur jeweiligen Stirnradzapfenachse X konzentrischen Zylindersegmenten zusammensetzt und hierbei Laufflächen bildet an welchen die Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b kopfkreisgestützt ablaufen. Diese Umgriffswandung 3c ist zudem so gestaltet, dass diese mehrere zu den Eingriffsabschnitten der Stirnradzapfen vordringende Innennasen bildet. Diese Innennasen sind hier verrundet.
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Der Umlaufträger 3 bildet wie bereits angesprochen integralen Bestandteil eines zur Einleitung eines Differentialgetriebe-Antriebsmomentes vorgesehenen Zahnrades. Dieses Zahnrad ist hier als massives, schrägverzahntes Stirnrad ausgebildet und bildet dabei im Bereich seiner Innenumfangsfläche die vorgenannte, zur Einleitung des Antriebsmomentes in die Verzweigungsmechanik vorgesehene Stirnradzapfenmitnehmergeometrie.
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Die Hohlräder 4, 5, bzw. jene diese Hohlräder 4, 5 tragenden Abtriebsnaben 8, 9 sind vorzugsweise in die Differentialeinrichtung eingebunden indem diese in Topfelementen 10, 11 geführt sind, welche auf die Hohlräder 4, 5 derart von der Seite her aufgesetzt sind, dass diese die Hohlräder 4, 5 jeweils umsäumen, wobei diese Topfelemente 10, 11 an dem Umlaufträger 3 durch Verbindungsmittel 3d angebunden sind.
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Die Topfelemente 10, 11 sind als Tiefziehteile aus einem Blechmaterial gefertigt. Diese Topfelemente 10, 11 bilden eine Umfangswandung welche die Hohlräder 4, 5 bzw. die Abtriebsnaben 8, 9 umgreift. Die Topfelemente 10, 11 können so ausgelegt sein, dass diese Lagerflächen bilden über welche die Abtriebsnaben 8, 9 und die darin aufgenommenen Hohlräder 4, 5 axial und radial abgestützt sind, so dass diese lediglich zur Differentialachse X drehbewegbar und in Richtung der Lagerachse X nur über eine kurze Bewegungsspielstrecke bewegbar sind. Die Topfelemente 10, 11 können weiterhin so gestaltet sein, dass über diese das Differentialgetriebe insgesamt gelagert werden kann. Hierzu können die Topfelemente 10, 11 wie hier dargestellt Umfangsflächen bilden, auf welche jeweils ein Innenring eines Wälzlagers aufgesetzt werden kann. Die Topfelement 10, 11 können auch unmittelbar als Innenring eines Wälzlagers fungieren und entsprechende Wälzkörperlaufbahnen bilden.
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In der Darstellung nach 2 sind nunmehr die vorangehend beschriebenen Komponenten in zusammengefügtem Zustand dargestellt. Wie erkennbar ragen die Stirnradzapfen 2a, 2b der zweiten Stirnradzapfengruppe 2 in das hier dem Betrachter zugewandte Stützelement 6 hinein. Das Stützelement 6 bildet Laufflächen 6a, 6b welche die daran anliegenden Überstandsabschnitte der Stirnradzapfen 2a, 2b radial führen und damit gewisse aus dem Eingriff am Hohlrad 4 herrührende Reaktionskräfte abstützen.
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das Hohlrad 4 ist als Ringelement ausgeführt und in die Abtriebsnabe 8 eingepresst. Das Hohlrad 4 ist mit einer Aussenverzahnung 4a versehen die als Mitnehmergeometrie fungiert über welche das Hohlrad 4 in der Abtriebsnabe 8 drehfest gesichert ist.
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Die Abtriebsnabe 8 ist über das Topfelement 10 gelagert und axial abgestützt. Das Topfelement 10 ist an den als Stirnrad ausgeführten Umlaufträger 3 angesetzt. Die Befestigung erfolgt durch Niete 40. Die Niete 40 sind durch entsprechend in dem Umlaufträger 3 ausgebildete Bohrungen hindurchgeführt und dienen auch der Fixierung des auf der gegenüberliegenden Seite des Umlaufträgers 3 angeordneten Topfelements 11.
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Beide Topfelemente 10, 11 sind an dem Umlaufträger 3 zentriert. Dies erfolgt hier über Umfangsflächen 10b, 11b die jeweils an einer Innenringfläche des Umlaufträgers 3 anstehen und damit die Radialposition der Topfteile 10, 11 festlegen. Über diese aneinander anstehenden Flächen können zwischen dem jeweiligen Topfteil 10, 11 und dem Umlaufträger 3 zuverlässig Querkräfte übertragen werden, ohne dass diese die Niete 40 belasten.
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Das Topfelement 10 bildet, bzw. begrenzt jenen Bauraum in welchem die Abtriebsnabe 8, das Hohlrad 4, die Überstandsabschnitte der Stirnradzapfen 2a, 2b und auch das Führungselement 6 aufgenommen sind. Als freier Raum verbleiben im Inneren des Topfelements 10 im wesentlichen nur die Zahnlücken des Hohlrades 4 und die Zahnlücken der Überstandsabschnitte der Stirnradzapfen 2a, 2b. Durch die Anbindung der Topfelemente 10, 11 an den Umlaufträger 3 wird eine Trägerstruktur geschaffen in welcher die Abtriebsnaben 8, 9, und die Hohlräder 4, 5 aufgenommen sind. Zwischen diesen Bauteilen wiederum ist die aus den Führungselementen 6, 7, sowie den hier nur teilweise erkennbaren Stirnradzapfen 1a, 1b 2a, 2b gebildete Leistungsverzweigungsmechanik aufgenommen und axial gesichert.
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In 3 ist in Form einer Axialschnittdarstellung der Aufbau des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes weiter veranschaulicht. Wie erkennbar stehen die Stirnradzapfen 2a, 2b mit dem Hohlrad 4 in Eingriff. Das Hohlrad 4 ist drehfest in der Abtriebsnabe 8 verankert. Die Stirnradzapfen 2a, 2b sind auf den Lagerzapfen 7e, 7f drehbar gelagert. Diese Lagerzapfen 7e, 7f sind wie auch aus 1 ersichtlich an dem Führungselement 7 starr verankert. Durch dieses Konzept ergibt sich einerseits eine vorteilhafte Führung der Stirnradzapfen 2a, 2b und andererseits auch eine Abstützung des Führungselementes 7 an den beiden Stirnradzapfen 2a, 2b. Durch das Führungselement 7 können dann Reaktionskräfte abgeleitet werden die an den in dieser Schnittebene nicht erkennbaren Stirnradzapfen 1a, 1b angreifen. Die Führungselemente 6, 7 fungieren als Kraftübertragungssysteme die zu einer vorteilhaften inneren Teilkompensation der an den Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b angreifenden Kräfte führen. Durch die Führungselemente 6, 7 werden insbesondere die Radialkomponenten der an den Überstandsabschnitten angreifenden, aus dem Eingriff mit dem jeweiligen Hohlrad herrührenden Zahneingriffskräfte kompensiert.
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Die Topfelemente 10, 11 sind an die Seitenflächen 3a, 3b des Umlaufträgers 3 angesetzt. Die Führungselemente 6, 7 sind axial durch die Abtriebsnaben 8, 9 und diese wiederum durch die Topfelemente 10, 11 und den Umlaufträger 3 gesichert. Die Topfelemente 10, 11 bilden Lagerstrukturen die als solche die Abtriebsnaben 8, 9 umgreifen und lagern. An den Topfelementen 10, 11 sind hierzu Ringstege 10a, 11a ausgebildet in welchen die innenverzahnten Bunde 8a, 9a gelagert sind.
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Wie aus dieser Ansicht weiter erkennbar, hat der Umlaufträger 3 in jenem die Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b umgreifenden Bereich eine in Axialrichtung gemessene Breite B die im wesentlichen auch der Breite des Eingriffsbereichs der Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b entspricht. Diese Breite B kann etwas kürzer ausgelegt sein, als die axiale Eingriffstiefe T der Stirnradzapfen in das zugeordnete Hohlrad 4, 5.
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In 4 ist in Form einer Radialschnittdarstellung die Verzahnung der Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b veranschaulicht. Die Stirnradzapfen 1a, 1b der ersten Stirnradzapfengruppe 1 stehen nicht unmittelbar miteinander, sondern mit jeweils nur mit zwei Stirnradzapfen 2a, 2b der zweiten Stirnradzapfengruppe 2 in Eingriff. Die Stirnradzapfen 1a, 1b der ersten Stirnradzapfengruppe 1 haben damit einen zu den Stirnradzapfen 2a, 2b der zweiten Stirnradzapfengruppe 2 entgegen gesetzten Drehsinn.
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Wie in dieser Darstellung erkennbar, bildet der Umlaufträger 3 eine die Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b umgreifende Umgriffswandung 3c. Diese Umgriffswandung 3c bildet eine sich aus mehreren abfolgenden und dabei zur jeweiligen Stirnradzapfenachse z1a, z1b, z2a, z2b konzentrischen Zylindersegmenten 31a, 31b, 32a, 32b zusammensetzende Lauffläche an welcher die Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b kopfkreisgestützt ablaufen.
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Die Umgriffswandung 3c bildet mehrere zu den Eingriffsabschnitten e1a2b, e1b2b, e1b2a, e1a2a der Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b vordringende Innennasen ne1a2b, ne1b2b, n1b2a, ne1a2a, wobei diese Innennasen verrundet sind. Die Umgriffswandung 3c hat damit insgesamt die Kontur eines „vierblättrigen Kleeblatts“. Der Umlaufträger 3 bildet integralen Bestandteil eines Zahnrades das hier eine schräge Stirnradverzahnung 3e aufweist.
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Die miteinander in Eingriff stehenden Stirnradzapfen bilden eine Zahnradmechanik welche die daran angesetzten Hohlräder im negativ, d.h im Verhältnis „1/–1“ koppelt. Über den Umlaufträger 3 erfolgt im Wege eines Kopfkreiskontakts mit sämtlichen Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b eine Einleitung des Drehmomentes in die miteinander gekoppelten Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b. Die kinematische Koppelung der Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b untereinander ermöglicht eine gegensinnige Drehung der Hohlräder 4, 5.
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Bei dem hier insgesamt beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Hohlräder 4, 5 als Ringelemente ausgebildet die als solche in die entsprechenden, tiefgezogenen Abtriebsnaben 8, 9 eingesetzt sind. Die so geschaffenen Bauteile können auch als Integralteil, insbesondere durch Umformverfahren wie Schmieden oder Pressen gefertigt sein, so dass der die Innenverzahnung bildende Teil dieser Struktur einstückig mit den zum weiteren Wellenanschluss vorgesehenen Strukturen ausgebildet ist.
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Die Stirnradzapfen können im Bereich ihrer in das jeweilige Hohlrad eindringenden Verzahnung eine verrundete Stirn- oder Kopfkante ausweisen, so dass im Auslaufbereich der Zahnlücken im Hohlrad keine scharfen Innenecken erforderlich sind. An der jener verrundeten Stirnkante abgewandten Stirnseite des jeweiligen Stirnradzapfens kann die Verzahnung geringfügig gegenüber der vordersten Stirnfläche zurückgenommen werden. Es entsteht dann innerhalb des Fußkreises der Verzahnung ein Bundabschnitt der ein Eindringen der Verzahnung in das diesem an sich nicht zugeordnete Hohlrad vermeidet. Ein derartiges Eindringen kann auch vermieden werden, indem die Führungselemente hinsichtlich ihrer axialen Weite derart bemessen sind, dass sich die durch diese gebildete Anschlagstirnfläche zwangsläufig außerhalb des vom Hohlrad umgriffenen Bereichs befindet.
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In 5 ist der Umlaufträger 3 nach 4 als Einzelteil dargestellt. Der Umlaufträger 3 bildet eine Umgriffswandung 3c die sich aus mehreren abfolgenden und dabei zur jeweiligen Stirnradzapfenachse z1a, z1b, z2a, z2b konzentrischen Zylindersegmenten 31a, 31b, 32a, 32b zusammensetzt. An diesen Laufflächen können die Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b (vgl. 4) kopfkreisgestützt ablaufen.
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Die Umgriffswandung 3c bildet wie bereits angesprochen mehrere zu den Eingriffsabschnitten der Stirnradzapfen vordringende Innennasen wobei diese Innennasen verrundet sind. Die Umgriffswandung 3c hat insgesamt die Kontur eines „vierblättrigen Kleeblatts“.
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In 6 sind die Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b für sich dargestellt. Die miteinander in Eingriff stehenden Stirnradzapfen bilden eine Zahnradmechanik welche die daran angesetzten Hohlräder im negativ, d.h im Verhältnis „1/–1“ koppelt. Diese Zahnradmechanik definiert einen Verzahnungskopfkreis KK und einen Verzahnungsfußkreis KF. Der Durchmesser des Verzahnungsfußkreises entspricht im wesentlichen dem Innendurchmesser des Verzahnungskopfkreises des entsprechend aufgesetzten Hohlrades 4, 5 (vgl. 3). Über den in 5 gezeigten Umlaufträger 3 erfolgt im Wege eines Kopfkreiskontakts mit sämtlichen Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b eine Einleitung des Drehmomentes in die miteinander gekoppelten Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b. Die kinematische Koppelung der Stirnradzapfen 1a, 1b, 2a, 2b untereinander ermöglicht eine gegensinnige Drehung der Hohlräder 4, 5.
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In 7 ist die Außenkontur eines erfindungsgemäßen Stützelements 6, 7 veranschaulicht. Dieses Stützelement hat hier eine Außenkontur in der Art einer Doppelkeule. Die Außenumfangsfläche 67s1, 67s2 is als Zylinderfläche ausgebildet. Diese Außenumfangsfläche 67s1, 67s2 ist so gestaltet, dass diese eine Kopfkreis-Lauffläche für das jeweils aufgesetzte Hohlrad bildet. Das Stützelement 6, 7 bildet wie bereits ausgeführt eine an den innerhalb des jeweiligen Hohlrades freiliegenden Kopfkreis der Überstandsabschnitte der Stirnradzapfen (vgl. 6) heranreichende Lauffläche (6a, 6b, 7a, 7b) bildet welche die in das jeweilige Hohlrad (4, 5) eingreifenden Überstandsabschnitte radial stützt. Diese Laufflächen sind hier so gestaltet, dass der jeweilige Umschlingungswinkel W wenigstens 160° beträgt, vorzugsweise größer ist als 180° oder wie hier realisiert so groß ist, das sich die Laufflächen bis an den Hüllkreis KH heran erstrecken, wobei der Durchmesser des Hüllkreises HK dem Durchmesser KF (6) entspricht.
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In 8 ist in Form einer Skizze eine Stirnradzapfenlagerung dargestellt, bei welcher der stirnseitig am Stützelement 6 anstehende Stirnradzapfen 1b einen zylindrischen Überstand 1f aufweist der in eine Lagerbohrung 6g eintaucht. Durch diese Maßnahme wird auch das am Stützelement 6 stirnseitig anstehend Ritzelelement radial und in Umfangsrichtung gestützt.
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In 9 ist ebenfalls in Form einer Skizze eine Stirnradzapfenlagerung dargestellt, bei welcher der stirnseitig am Stützelement 6 anstehende Stirnradzapfen 1b eine Sacklochbohrung aufweist und über einen in diese eintauchenden Lagerbolzen 6f am Stützelement radial gelagert ist.
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In 10 ist wiederum in Form einer Skizze eine Stirnradzapfenlagerung dargestellt, bei welcher der stirnseitig am Stützelement 6 anstehende Stirnradzapfen 1b axial durchgängig durchbohr ist und über einen sich in dieser Bohrung erstreckenden Lagerbolzen 6f durchgängig gelagert ist. Der Lagerbolzen 6f ist in dem Stützelement 6 unter Presssitz gesichert.
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In 11 ist in Form einer Skizze die Einbausituation von zwei Stirnradzapfen 1a, 2a der ersten Stirnradzapfengruppe und der zweiten Stirnradzapfengruppe dargestellt. Die beiden Stirnradzapfen 1a, 2a derart zusammengefügt, dass jeder Stirnradzapfen 1a, 2a einer Gruppe 1, 2 jeweils mit zwei der diesem benachbarten Stirnradzapfen (2a, 2b, 1a, 1b) der jeweils anderen Stirnradzapfengruppe (2, 1) in Eingriff steht, und gegenüber diesen axial versetzt ist, so dass jede Stirnradzapfengruppe (1, 2) jeweils von dem Eingriffsbereich abragende Überstandsabschnitte bildet. Die Stützelemente 6, 7 sind an den Umlaufträger 3 mit einem Versatz von 90° angesetzt. Die Stirnradzapfen 1a, 2a sind auf Lagerzapfen 6e, 7e gelagert. Die Lagerzapfen 6e, 7e sind in die jeweiligen Stützelemente 6, 7 eingepresst, oder ggf. auch einstückig mit diesen gefertigt.
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In 12 ist eine weitere Variante dargestellt, bei welcher die Lagerzapfen 6e, 7e aus dem jeweiligen Überstandsabschnitt Ü1a, Ü2a herausgeführt und nochmals radial abgestützt sind. Hierzu sind an den Stützelementen 6, 7 Deckelabschnitte 6h, 7h ausgebildet in welche die Lagerzapfen 6e, 7e jeweils eintauchen. Insbesondere bei dieser Variante ist es möglich, die Stützelemente 6, 7 über entsprechenden Eingriffsgeometrien an dem Umlaufträger 3 drehfest zu sichern. Bei einer derartigen Ausführungsform kann dann das am Umlaufträger 3 anliegende Antriebsmoment auf die Stützelemente 6, 7 übertragen und über diese wiederum in die Lagerzapfen 6e, 6f eingeleitet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4027423 A1 [0002]
- FR 2798178 [0003]
