DE102012214767A1

DE102012214767A1 - Differentialgetriebe

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Publication number: DE102012214767A1
Application number: DE201210214767
Authority: DE
Inventors: Thorsten BIERMANN; Anja Kürzdörfer; Sebastian Welker
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2014-02-20

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Differentialgetriebe, mit einem zum Umlauf um eine Differentialachse vorgesehenen Planetenträger, der als Blechumformteil gefertigt ist, wobei das zur Bildung des Blechumformteiles herangezogene Blechmaterial ein Blechmaterial mit einem mehrere Lagen aufweisenden Gefügeaufbau ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Differentialgetriebe zur Aufteilung eines Antriebsdrehmomentes auf ein erstes und auf ein zweites Ausgangsrad, wobei dieses Differentialgetriebe einen als Blechumformteil gefertigten Planetenträger mit mehreren mit diesem umlaufenden Umlaufplanetenrädern aufweist, die eine erste und eine zweite Umlaufplanetenradgruppe bilden. Die Umlaufplanetenräder der ersten Umlaufplanetenradgruppe stehen dabei mit dem ersten Ausgangsrad in Eingriff und die Umlaufplanetenräder der zweiten Umlaufplanetenradgruppe stehen mit dem zweiten Ausgangsrad in Eingriff. Zudem stehen die Umlaufplanetenräder beider Umlaufplanetenradgruppen zumindest paarweise miteinander in Eingriff, so dass sich die Umlaufplanetenräder dieser beiden Umlaufplanetenradgruppen gegensinnig drehen, und damit die beiden Ausgangsräder über die Umlaufplanetenräder letztlich mit dem Übersetzungsverhältnis „–1“ gekoppelt sind.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Differentialgetriebe zu schaffen das sich durch ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten und durch eine hohe Steifigkeit auszeichnet.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Differentialgetriebe, mit einem zum Umlauf um eine Differentialachse vorgesehenen Planetenträger, der als Blechumformteil gefertigt ist, wobei das zur Bildung des Blechumformteiles herangezogene Blechmaterial ein Blechmaterial mit einem mehrlagigen Gefügeaufbau ist.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Differentialgetriebe zu schaffen, bei welchem selbst bei einer relativ dünnwandigen Ausführungsform des Planetenträgers eine hohe Strukturfestigkeit desselben erreicht wird.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Blechmaterial ein aus mehreren stofflich miteinander verbundenen, insbesondere schmelzverschweißten Stahlblechlagen gebildetes Stahlblech. Das Stahlblech hat vorzugsweise einen damaszenerartigen Gefügeaufbau und setzt sich aus wenigstens 2, vorzugsweise 3 bis 30 Stahlblechlagen zusammen. Der Planetenträger ist beispielsweise aus einem Stahl gefertigt, der lamellenartig nach Damaszener-Art harte Schichten mit hohem Kohlenstoffgehalt, und weichere Schichten mit geringerem Kohlenstoffgehalt aufweist
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Blechumformteil unter thermischer Teilplastifizierung des Ausgangsblechmateriales in einem Gesenkwerkzeug gefertigt. Hierzu wird das Blechmaterial vor der Umformung vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 780 bis 1050° C erwärmt.
Der erfindungsgemäß aus einem Stahlblech mit einem Schichtgefügeaufbau gefertigte Planetenträger kann gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zumindest lokal gehärtet werden. Diese lokale Härtung kann in vorteilhafter Weise durch Abschrecken unter Zugabe eines Kühlmittels, oder durch lokale Kühlung eines Formgesenks erfolgen.
Die Lagen des zur umformtechnischen Herstellung des Planetenträgers vorgesehenen Stahlmateriales weisen vorzugsweise unterschiedliche Stahlzusammensetzungen auf. Die einzelnen Lagen können insbesondere Stahlzusammensetzungen mit unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt aufweisen. So kann beispielsweise die jeweilige Stahlzusammensetzung einen Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,15 bis 1,4% aufweisen.
Der Planetenradträger kann so ausgebildet sein, dass sich dieser aus zwei Topfelementen zusammensetzt. Diese Topfelemente können ggf. baugleich ausgeführt sein.
Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe ist vorzugsweise als Stirnraddifferential ausgeführt und umfasst hierbei vorzugsweise ein erstes Ausgangsstirnrad das koaxial zur Differentialachse angeordnet ist, ein zweites Ausgangsstirnrad das ebenfalls koaxial zur Differentialachse angeordnet ist, sowie einen Umlaufplanetensatz, der mehrere Umlaufplanetenräder umfasst, deren Planentenachsen parallel zur Differentialachse ausgerichtet sind, wobei die Umlaufplanetenräder eine erste Umlaufplanetenradgruppe und eine zweite Umlaufplanetenradgruppe bilden, und die Umlaufplanetenräder der ersten Umlaufplanetenradgruppe mit dem ersten Ausgangsstirnrad in Eingriff stehen, die Umlaufplanetenräder der zweiten Umlaufplanetenradgruppe mit dem zweiten Ausgangsstirnrad in Eingriff stehen, und jedes Umlaufplanetenrad einer Umlaufplanetenradgruppe mit einem in dieses Umlaufplanetenrad eingreifenden Umlaufplanetenrad der entsprechend anderen Umlaufplanetenradgruppe gekoppelt ist, wobei sich dieses Stirnraddifferential weiterhin dadurch auszeichnet, dass das erste Ausgangsstirnrad eine Verzahnung bildet deren Zahnflanken im Radialschnitt konkav gekrümmt sind, und dass das zweite Ausgangsstirnrad eine Verzahnung bildet deren Zahnflanken im Radialschnitt konvex gekrümmt sind, und der Kopfkreis des ersten Ausgangsstirnrades kleiner ist als der Fußkreis des zweiten Ausgangsstirnrades, und jene die Umlaufplanetenräder der beiden Umlaufplanetenradgruppen koppelnden Planetenradeingriffszonen sich auf dem Axialniveau der Konkavflanken-Verzahnung des ersten Ausgangsstirnrades befinden.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, die axiale Länge der Eingriffszonen zwischen den Umlaufplanetenrädern der beiden Umlaufplanetenradgruppen zu vergrößern und die Belastung der Verzahnung der Umlaufplanetenräder zu reduzieren. Weiterhin wird es auf vorteilhafte Weise möglich, die an den Umlaufplanetenrädern angreifenden Kippmomente zu reduzieren. Insgesamt wird es auf vorteilhafte Weise möglich, bei einer moderaten Axiallänge des Differentials die axiale Länge der Eingriffszonen zwischen den Umlaufplanetenrädern der beiden Umlaufplanetenradgruppen zu vergrößern und die Belastung der Verzahnung der Umlaufplanetenräder zu reduzieren. Die an den Umlaufplanetenrädern und an den Ausgangsstirnrädern verwirklichten Verzahnungen sind als sog. Wildhaber/Novikov Verzahnung ausgeführt, wobei die Verzahnungspaarung derart realisiert ist, dass das Abtauchen des Kopfkreises des ersten Ausgangsstirnrades unter den Fußkreis des zweiten Ausgangsstirnrades erreicht wird, indem am ersten Ausgangsstirnrad – bei gleicher Teilung wie am zweiten Ausgangsstirnrad – eine Konkavflankenverzahnung ausgebildet wird.
Das Stirnraddifferential ist gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung derart gestaltet, dass dieses je Umlaufplanetenradgruppe fünf Planetenräder aufweist.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Ausgangsstirnräder vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Zähnezahl der Ausgangsstirnräder durch die Anzahl der Planeten je Umlaufplanetenradgruppe teilbar ist. Hierdurch wird es möglich, die jeweiligen Umlaufplanentenräder einer Gruppe gleichmäßig im entsprechenden Winkel (hier 72°) um die Ausgangsstirnräder herum anzuordnen. Die beiden für den Leistungsabgriff vorgesehenen Ausgangsstirnräder haben identische Zähnezahlen. Die Umlaufplanetenräder haben ebenfalls gleiche, gegenüber den Ausgangsstirnrädern jedoch geringere Zähnezahlen.
Das Übersetzungsverhältnis i zwischen Ausgangsstirnrad und Planetenrad liegt vorzugsweise im Bereich von 2,5 ± 20%. Vorzugsweise werden die Planeten mit Zähnezahlen ausgelegt, die nur durch eins und sich selbst teilbar sind (Primzahlen). Die hier konkret vorgeschlagenen Zähnezahlen betragen beispielsweise für die Ausgangsstirnräder 32 und für die Planeten 13. Das Verhältnis von Gesamtdurchmesser des Hüllkreises der Planetenräder zur Verzahnungsbreite der „langen“ Planetenräder liegt vorzugsweise im Bereich von 3 ± 20% bei diesem Verhältnis ergibt sich ein besonders vorteilhaftes Verhältnis des Bauraumbedarfs und des Bauteilgewichts zum Tragvermögen des Differentialgetriebes.
Das erfindungsgemäße Stirnraddifferenzial mit Wildhaber/Novikov Verzahnung eignet sich insbesondere als Ausgleichsgetriebe für Personenkraftwagen. Das erfindungsgemäße Konzept eignet sich weiterhin auch für Differentialgetriebe von Nutzfahrzeugen und anderweitige Schwerlastapplikationen insbesondere bei Zugfahrzeugen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Stirnraddifferential derart ausgebildet, dass die Planetenachsen der ersten Umlaufplanetenradgruppe auf einem ersten Teilkreis angeordnet sind und die Planetenachsen der zweiten Umlaufplanetenradgruppe auf einem zweiten Teilkreis angeordnet sind, und der erste Teilkreis und der zweite Teilkreis im wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen.
Die Ausgangsstirnräder sind vorzugsweise so gestaltet, dass diese gleiche Zähnezahlen aufweisen. Die Umlaufplanetenräder selbst sind vorzugsweise so gestaltet, dass diese untereinander gleiche Zähnezahlen aufweisen. Innerhalb einer Gruppe werden die Umlaufplanetenräder als baugleiche Komponenten ausgeführt, wodurch sich Kostenvorteile hinsichtlich der Fertigung der Planetenräder und auch Vereinfachungen beim Einbau derselben ergeben.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Planetenträger so gestaltet, dass dieser unmittelbar ein zur Einleitung eines Antriebsdrehmomentes vorgesehenes Antriebszahnrad trägt. Dieses Antriebszahnrad kann als massive Ringstruktur ausgeführt sein. Vorzugsweise ist dabei das Antriebszahnrad so gestaltet, dass dieses eine Innenöffnung bildet, wobei diese Innenöffnung derart konturiert ist, dass die Umlaufplaneten an der Innenöffnungswandung eine Kopfkreisführung erhalten. Bei dieser Ausführungsform wird das am Antriebszahnrad anliegende Antriebsdrehmoment über mehrere Kopfkreiskontaktzonen unmittelbar als Querkraft auf die Umlaufplanetenräder übertragen. Die strukturmechanische Belastung des Planetenträgers wird damit reduziert.
Der Planetenträger ist als Blechumformteil ausgeführt. Der Planetenträger kann dabei aus zwei scheiben-, tassen-, oder topfartigen, tiefgezogenen, vorzugsweise baugleichen Blechschalen zusammengesetzt sein, die von beiden Seiten an das Antriebszahnrad angesetzt oder direkt zusammengesetzt sind. Alternativ hierzu, kann der Planetenträger auch als Umlaufgehäuse ausgeführt sein, das anderweitige Befestigungszonen für ein Antriebszahnrad, oder anderweitige Zonen zur Einleitung eines Antriebsdrehmomentes bildet.
Alternativ zu der oben beschriebenen Übertragung des Antriebsmomentes in den Planetenräderkranz durch Kopfkreiskontakt ist es gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung auch möglich, die einzelnen Umlaufplanetenräder an dem Planetenträger zu lagern. Diese Lagerung kann entweder durch Zapfenstrukturen erfolgen die an den Umlaufplanetenrädern ausgebildet sind und die in entsprechende Bohrungen des Planetenträgers eingreifen, oder – wie bevorzugt – durch Lagerbolzen die im Planetenradträger verankert sind und sich durch die Umlaufplanetenräder hindurch erstrecken und ggf. auch noch jeweils einen Nadellagersatz tragen.
Durch das erfindungsgemäße Konzept wird es möglich, ein als Achsgetriebe vorgesehenes Stirnraddifferential zu schaffen, das sich durch eine extrem kurze axiale Baulänge und eine relativ geringe Zahnflankenbelastung auszeichnet.
Die sich jeweils aus vorzugsweise vier oder fünf Planetenrädern zusammensetzende, am jeweiligen Ausgangsstirnrad angreifende Planentenradgruppe ermöglicht eine Drehmomenteinleitung in das Ausgangsstirnrad ohne dass hierbei das Ausgangsstirnrad mit erheblichen radialen Lagerkräften abgestützt werden muss.
Die Zähne der Stirnradverzahnung des ersten Ausgangsstirnrades weisen Radialschnitt ein Zahnflankenprofil auf, das konkav gewölbt ist. Die Zähne der Stirnradverzahnung des zweiten Ausgangsstirnrades weisen dagegen ein im Radialschnitt konvex gewölbtes Zahnflankenprofil auf.
Wie zuvor beschrieben, weisen die Zähne der Verzahnungen des ersten Abtriebszahnrades konkave Flankengeometrien auf. Die konkaven Flankengeometrien sind entweder stetig, im Idealfall kreisbogenförmig, verlaufend oder mit ungleichmäßigem Verlauf der Flankenlinie einwärts in den jeweiligen Zahn gewölbt, so dass zwischen zwei sich einander gegenüberliegenden Zahnflanken eine im Querschnitt des Zahnrades betrachtete Zahnlücke im Umriss beispielsweise in der Form von Kreisbogenprofilen, alternativ von gotischen Profilen oder von Profilen mit ovalen oder parabolischem Verlauf (Halbellipse über lange Achsenhälfte betrachtet) erscheint. Das Flankenprofil der Zähne selbst erscheint in dem gleichen Querschnitt im Umriss entsprechend kreisbogenförmig, kelchförmig oder glockenförmig. Es ist dabei nicht ausgeschlossen, dass die Zahnköpfe und die Lücken am Zahnfuß eben oder kreisbogenförmig abgeflacht sind, d. h. dass das jeweilige Profil an seiner Spitze sozusagen abgeschnitten erscheint.
Die in die Zahnlücken des vorgenannten ersten Abtriebsstirnrades eingreifenden Zähne der an den ersten Umlaufplanetenrädern ausgebildeten Gegenverzahnung weisen konvexe Flankengeometrien auf. Die konvexen Flankengeometrien sind entweder stetig oder unstetig verlaufend nach außen gewölbt, so dass das Flankenprofil der Zähne im Querschnitt des Zahnrades im Umriss beispielsweise in der Form von Kreisbogenprofilen (klassische Form der Novikov-Verzahnung), alternativ gotischen Profilen oder von Profilen mit ovalen/parabolischem Verlauf (Halbellipse) erscheint. Die im selben Querschnitt betrachtete Zahnlücke zwischen zwei der einander gegenüberliegenden Zähne erscheint dann dementsprechend im Umriss entsprechend kreisbogenförmig, kelchförmig oder glockenförmig. Es ist dabei wieder nicht ausgeschlossen, dass die Zähnköpfe und die Lücken am Zahnfuß eben oder kreisbogenförmig abgeflacht sind, d. h. dass das jeweilige Profil an seiner Spitze sozusagen abgeschnitten erscheint.
Für diese in der klassischen Form als Wildhaber-Novikov-Verzahnung bezeichnete Verzahnung ist charakteristisch, dass immer ein Teil eines konkaven Zahnflankenprofils der Zähne eines Zahnrads mit jeweils mit einem Teil eines konvexen Zahnflankenprofils der Zähne eines Zahnes vom Gegenzahnrad im Eingriff steht. Im Querschnitt quer zur Rotationsachse der Zahnräder durch beide im Zahneingriff befindliche Zahnräder betrachtet, sind die im Zahnreingriff aneinander liegenden Flankenlinien des Zahnflankenprofils der Flanken des konkaven und konvexen Zahnes deshalb in die gleiche Richtung gewölbt, so dass sich die Flanken der konvex ausgewölbten Zähne scheinbar in die Flanken der konkav eingewölbten Zähne schmiegen. In einer derartigen Kombination ergeben sich günstige Pressungsverhältnisse zwischen den Zähnen. Für derartige Getriebe ist hinsichtlich der Flankenpressung eine höhere Tragfähigkeit zu erwarten. Außerdem wird durch derartigen Flankenkontakt die Selbstzentrierung der Abtriebszahnräder zur Hauptachse eines Planetengetriebes gefördert, wenn diese sich in der Regel an einer ungleichen Anzahl mit gleichmäßigen Umfangsabstand angeordneten Anzahl an Planetenrädern abstützt. Die Zahnhöhe einer derartigen Verzahnung ist bei gleichem Modul geringer als beispielsweise die einer Evolventenverzahnung. Das Gewicht derartiger Planetengetriebe ist deshalb gegenüber beispielsweise denen mit Evolventenverzahnung geringer.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes;
2 eine Axialschnittdarstellung des Differentialgetriebes nach 1.
3 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Variante eines aus einem Schicht-Blechmaterial gefertigten erfindungsgemäßen Planetenträgers für ein Stirnraddifferential, hier mit Umfangssicken;
4 eine Axialschnittdarstellung der Variante nach 3;
5a, 5b und 5c eine perspektivische Darstellung, eine Axialschnittdarstellung und eine Radialschnittdarstellung einer Variante eines aus einem Schicht-Blechmaterial gefertigten erfindungsgemäßen Planetenträgers für ein Stirnraddifferential, hier mit Axialsicken;
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Differentialgetriebe in einer Ausführung als Stirnraddifferential dargestellt. Dieses Stirnraddifferential, umfasst einen zum Umlauf um eine Differentialachse X vorgesehenen Planetenträger 3, ein erstes Ausgangsstirnrad 1 (hier verdeckt, siehe 2) das koaxial zur Differentialachse X angeordnet ist, sowie ein zweites Ausgangsstirnrad 2 das ebenfalls koaxial zur Differentialachse X angeordnet ist, und einen Umlaufplanetensatz 4, der mehrere Umlaufplanetenräder P1, P2 umfasst deren Planentenachsen XG1, XG2 parallel zur Differentialachse X ausgerichtet sind.
Der zum Umlauf um die Differentialachse X vorgesehene Planetenträger 3, ist als Blechumformteil gefertigt, wobei das zur Bildung des Blechumformteiles herangezogene Blechmaterial wie aus der Detaildarstellung D1 ersichtlich ein Blechmaterial mit einem mehrlagigen Gefügeaufbau ist. So handelt es sich bei dem zur Herstellung des Planetenträgers 3 vorgesehenen Blechmaterial um ein aus mehreren Stahlblechlagen gebildetes Stahlblech. Dieses setzt sich hier aus etwa 30 Stahlblechlagen zusammen.
Die Herstellung des Planetenträgers 3 als Topfstruktur erfolgt unter thermischer Teilplastifizierung in einem Gesenkwerkzeug wobei das Blechmaterial hierzu vor der Umformung auf eine Temperatur im Bereich von 780 bis 1050° C erwärmt wird.
Das den Planetenträger 3 bildende Blechumformteil ist hier um Umgebungsbereich der Planetenradlagerzapfen 6 lokal gehärtet. Die in der Detaildarstellung D1 sichtbaren Materiallagen M1, M2, ... Mn weisen unterschiedliche Stahlzusammensetzungen auf.
Der Umlaufplanetensatz 4 bildet einen in sich durch abfolgende Eingriffszonen EG geschlossenen Kranz und umfasst eine erste Umlaufplanetenradgruppe G1 der die Planetenräder P1 zuzuordnen sind und eine zweite Umlaufplanetenradgruppe G2, der die Umlaufplanetenräder P2 zuzuordnen sind.
Wie aus der Darstellung nur bedingt ersichtlich, stehen die Umlaufplanetenräder P1 der ersten Umlaufplanetenradgruppe G1 mit dem ersten Ausgangsstirnrad 1 in Eingriff. Die Umlaufplanetenräder P2 der zweiten Umlaufplanetenrädergruppe G2 stehen mit dem zweiten hier besser erkennbaren Ausgangsstirnrad 2 in Eingriff. Zudem sind jeweils zwei Umlaufplanetenräder P1, P1; P2, P2 einer Umlaufplanetenradgruppe G1; G2 über ein in diese beiden Umlaufplanetenräder P1, P1; P2, P2 eingreifendes Umlaufplanetenrad P2, P1 der entsprechend anderen Umlaufplanetenradgruppe G2; G1 gekoppelt.
Das hier gezeigte erfindungsgemäße Stirnraddifferential zeichnet sich dadurch aus, dass das erste Ausgangsstirnrad 1 derart gestaltet ist, dass dieses eine Verzahnung bildet, deren Zahnflanken im Radialschnitt konkav gekrümmt sind. Das zweite Ausgangsstirnrad 2 ist derart gestaltet, dass dieses eine Verzahnung bildet deren Zahnflanken im Radialschnitt konvex gekrümmt sind, wobei zudem der Kopfkreis des ersten Ausgangsstirnrades 1 kleiner ist als der Fußkreis des zweiten Ausgangsstirnrades 2. Jene die Umlaufplanetenräder P1, P2 der beiden Umlaufplanetenradgruppen G1, G2 koppelnden Planetenradeingriffszonen EG erstrecken sich auf dem Axialniveau der ersten Ausgangsstirnradeingriffszonen. Dies bedeutet, dass sich die Eingriffszonen EG zwischen den Umlaufplanetenrädern P1, P2 der beiden Umlaufplanetenradgruppen G1, G2 axial mit den Eingriffszonen zwischen den Umlaufplanetenrädern G1 der ersten Planetengruppe G1 und dem ersten Ausgangsstirnrad 1 überlagern, also auf dem gleichen Axialniveau und damit im Umgriff des ersten Ausgangsstirnrades 1 liegen. Wie eingangs angegeben wird es hierdurch möglich, die axiale Länge der Eingriffszonen EG zwischen den Umlaufplanetenrädern G1, G2 der beiden Umlaufplanetenradgruppen G1, G2 zu vergrößern und die Belastung der Verzahnung der Umlaufplanetenräder P1, P2 zu reduzieren. An den Umlaufplanetenrädern P1 der ersten Gruppe G1 ergeben sich praktisch keine Kippmomente um etwaige zur jeweiligen Planetenradachse XG1 unparallele Achsen. Auch die an den Umlaufplanetenrädern P2 der zweiten Gruppe G2 angreifenden Kippmomente sind gegenüber herkömmlichen Bauformen reduziert. Insgesamt ergibt sich eine axial eng gedrängte Mechanik mit hoher innerer Steifigkeit.
Die Planetenachsen XG1 der ersten Umlaufplanetenradgruppe G1 sind auf einem ersten Teilkreis T1 angeordnet und die Planetenachsen XG2 der zweiten Umlaufplanetenradgruppe G2 sind auf einem zweiten Teilkreis T2 angeordnet. Der erste Teilkreis T1 und der zweite Teilkreis T2 haben den gleichen Durchmesser.
Die Ausgangsstirnräder 1, 2 sind bei diesem Ausführungsbeispiel so gestaltet, dass diese gleiche Zähnezahlen aufweisen. Das erste Ausgangsstirnrad 1 und die Planetenräder P2 der zweiten Gruppe G2 bilden eine Konkavverzahnung nach Wildhaber/Novikov. Das das zweite Ausgangsstirnrad 2 und die Planetenräder P1 der ersten Gruppe G1 bilden eine Konvexverzahnung nach Wildhaber/Novikov. Die Umlaufplanetenräder P1, P2 selbst sind hier so gestaltet, dass diese gleiche Zähnezahlen aufweisen.
Der Planetenträger 3 ist so gestaltet, dass dieser unmittelbar ein zur Einleitung eines Antriebsdrehmomentes vorgesehenes Antriebszahnrad 5 trägt. Dieses Antriebszahnrad 5 ist hier als massive Kegelrad-Ringstruktur ausgeführt. Der Planetenträger 3 selbst ist hier als Blechumformteil ausgeführt und setzt sich aus zwei Blechschalen 3a, 3b zusammen, die von beiden Seiten an den Ringkorpus des Antriebzahnrads 5 angesetzt sind. Die Lagerung der Umlaufplanetenräder P1, P2 erfolgt hier durch Lagerbolzen 6 die im Planetenradträger 3 verankert sind und sich durch die Umlaufplanetenräder P1, P2 hindurch erstrecken und diese drehbar lagern.
Das hier gezeigte Stirnraddifferential eignet sich insbesondere als Achsgetriebe für ein mehrspuriges Kraftfahrzeug. Das Stirnraddifferential zeichnet sich durch eine extrem kurze axiale Baulänge und eine relativ geringe Zahnflankenbelastung aus.
Die Verzahnungen und die Lagerungen können so ausgebildet sein, dass diese ein hinreichendes Spiel bieten um etwaige innere Verspannungen aufgrund statischer Überbestimmung zu vermeiden.
In 2 ist der innere Aufbau des erfindungsgemäßen Stirnraddifferentiales weiter veranschaulicht. Die hier dargestellte Axialschnittebene verläuft durch die Differentialachse X und die beiden einander diametral gegenüberliegenden Umlaufplanetenräderachsen XG1, XG2 der Umlaufplanetenräder P1, P2. Die Umlaufplanetenräder P2 stehen mit dem zweiten Ausgangsstirnrad 2 in Eingriff. Dieses Ausgangsstirnrad 2 ist integral, d.h. einstückig mit einem Nabenbuchsenabschnitt 2a ausgeführt. Dieser Nabenbuchsenabschnitt 2a trägt eine Innenverzahnung 2b und dient der Aufnahme des Einsteckabschnitts einer hier nicht weiter gezeigten Radantriebswelle. Auch das erste Ausgangsstirnrad 1 ist mit einem Nabenbuchsenabschnitt 1a versehen der eine Innenverzahnung 1b aufweist. Die beiden Ausgangsstirnräder 1, 2 sind als Umformbauteile, insbesondere Fließpressteile gefertigt.
Der Planetenträger 3 der hier als zweischaliges Blechbauteil gefertigt ist, bildet einen ersten und einen zweiten Bundabschnitt 3c, 3d. Diese Bundabschnitte 3c, 3d bilden eine Lagerstruktur in welcher die beiden Ausgangsstirnräder 1, 2, genauer deren Nabenbuchsenabschnitte 1a, 2a radial gelagert sind. Da sich aus der erfindungsgemäßen Gestaltung des Planetenradkranzes an den beiden Abtriebsrädern 1, 2 eine im wesentlichen ausgeglichene Querkraftverteilung ergibt, ergibt sich keine signifikante lastabhängige Radialbelastung dieser Lagerstrukturen. Obgleich hier nicht dargestellt ist es möglich, den Planetenradträger 3 und die Nabenbuchsenabschnitte 1a, 2a so abzudichten und den Innenraum des Planetenträgers mit einem Schmierstoff zu befüllen, so dass das Differentialgetriebe eine in sich geschlossene dauergeschmierte Baugruppe bildet.
Die „längeren“ Umlaufplanetenräder P2 der zweiten Gruppe G2 sind hinsichtlich ihrer Axiallänge so gestaltet, dass diese die Konkavflanken-Verzahnung des ersten Abtriebsrades 1 und die Konvexflankenverzahnung des zweiten Abtriebszahnrades 2 axial überdecken. Aufgrund der Gestaltung und Anordnung der Umlaufplanetenräder P2 und des ersten Ausgangsstirnrades 1 gelangt die Konkavflanken-Verzahnung der Umlaufplanetenräder P2 der zweiten Gruppe nicht mit der Konkavflankenverzahnung des ersten Ausgangsstirnrades 1 in Eingriff. Die kinematische Koppelung zwischen dem Ausgangsstirnrad 1 und den Umlaufplanentenrädern P2 der zweiten Gruppe erfolgt unter Zwischenschaltung der mit einer Konvexflankenverzahnung ausgestatteten Umlaufplanetenräder P1 der ersten Gruppe (vgl. 1). Die Axiallänge der Konvexflanken-Stirnradverzahnung der Umlaufplanetenräder P1 der ersten Gruppe ist wesentlich kürzer als die Axiallänge der Konkavflanken-Stirnradverzahnung der Umlaufplanetenräder P2 der zweiten Gruppe. Jene Axiallänge der Konvexflanken-Stirnradverzahnung der ersten Umlaufplanetenräder P1 entspricht vorzugsweise im wesentlichen der Axiallänge der Konkavflanken-Stirnradverzahnung des ersten Ausgangsstirnrades 1.
Die Umlaufplanetenräder P1 der ersten Gruppe G1 sind so ausgebildet und gelagert, dass diese nicht mit der Konvexflanken-Stirnradverzahnung des zweiten Ausgangsstirnrades 2 in Eingriff treten können. Ggf. kann in das Differentialgetriebe ein mit Durchbrechungen oder Ausklinkungen versehenes Trennblech eingesetzt werden, das die Stirnseiten der Umlaufplanetenräder P1 der ersten Gruppe G1 von der Verzahnung des zweiten Ausgangsstirnrades 2 abschirmt.
Die Umlaufplanetenräder P2 der zweiten Gruppe G2 sind hinsichtlich ihrer Axiallänge so gestaltet, dass diese die Stirnradverzahnung des ersten Abtriebsrades 1 axial überdecken. Aufgrund der Gestaltung und Anordnung der Umlaufplanetenräder P2 und des ersten Ausgangsstirnrades 1 gelangt die Stirnradverzahnung der Umlaufplanetenräder GP2 der zweiten Gruppe G2 nicht mit der Stirnradverzahnung des ersten Ausgangsstirnrades 1 in Eingriff. Die kinematische Koppelung zwischen dem Ausgangsstirnrad 1 und den Umlaufplanentenrädern P2 der zweiten Gruppe G2 erfolgt unter Zwischenschaltung Umlaufplanetenräder P1 der ersten Gruppe G1 (vgl. 1). Die Axiallänge der Stirnradverzahnung der der Umlaufplanetenräder P1 der ersten Gruppe G1 ist wesentlich kürzer als die Axiallänge der Stirnradverzahnung der Umlaufplanetenräder G2 der zweiten Gruppe G2. Jene Axiallänge der Stirnradverzahnung der ersten Umlaufplanetenräder G1 entspricht vorzugsweise im wesentlichen der Axiallänge der Stirnradverzahnung des ersten Ausgangsstirnrades 1.
Die Axialsicherung der Lagerbolzen 6 erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel durch Kappenelemente 7 die von innen her in entsprechende Bohrungen 8 des Planetenträgers 3 eingesetzt sind. Das Antriebszahnrad 5 ist als hypoidverzahntes Kegelrad ausgebildet und an einen durch die beiden Blechschalen 3a, 3b des Planetenträgers 3 gebildeten Radialflansch axial angesetzt und montiert. Die hierzu vorgesehenen Schrauben 5a koppeln auch die beiden Blechschalen 3a, 3b.
Die Ausgangsstirnräder 1, 2 sind so gestaltet und angeordnet, dass sich die Stirnradverzahnungen derselben in enger Nachbarschaft befinden. Die Kopfkreisdurchmesser dieser beiden Ausgangsstirnräder 1, 2 sind derart unterschiedlich, dass der Kopfkreisdurchmesser des ersten Ausgangsstirnrades 1 in etwa dem Fußkreisdurchmesser des zweiten Ausgangsstirnrades 2 entspricht. Insgesamt sind die Verzahnungsgeometrien dieser beiden Ausgangsstirnräder 1, 2 so aufeinander abgestimmt, dass jedes der mit dem zweiten Ausgangsstirnrad 2 in Eingriff stehenden Umlaufplanetenräder P2 nicht in die Stirnradverzahnung des ersten Ausgangsstirnrades 1, wohl aber auf dessen Axialniveau in die Stirnradverzahnung der ersten Umlaufplanetenräder P1 eingreifen kann.
3 zeigt eine weitere Variante eines Halbschalentopfes 30 eines zum Umlauf um eine Differentialachse X vorgesehenen Planetenträgers. Der zum Umlauf um die Differentialachse X vorgesehene Halbschalentopf 30 ist wiederum als Blechumformteil gefertigt, wobei das zur Bildung des Blechumformteiles herangezogene Blechmaterial wie bezüglich 1 bereits beschrieben ein Blechmaterial mit einem mehrlagigen Gefügeaufbau ist, das sich aus 3 bis etwa 30 Stahlblechlagen zusammensetzt. Die Herstellung des Halbschalentopfes 30 als Topfstruktur erfolgt unter thermischer Teilplastifizierung in einem Gesenkwerkzeug wobei das Blechmaterial hierzu vor der Umformung auf eine Temperatur im Bereich von 780 bis 1050° C erwärmt wird.
Der Halbschalentopf 30 umfasst einen Ringflansch 31 mit mehreren darin in Umfangsrichtung abfolgend ausgebildeten Axialbohrungen 32. Der Halbschalentopf 30 umfasst zudem eine Seitenwandung 33 und eine Bodenwandung 34. Die Seitenwandung 33 ist mit mehreren Umfangssicken 35, 36 versehen. Die Bodenwandung 34 ist mit mehreren Achsbohrungen 37, 38 versehen die der Lagerung der Lagerbolzen der Umlaufplaneten dienen. Die Bodenwandung 34 ist weiterhin mit einer zentralen Durchgangsöffnung 39 versehen in welcher ein Bundabschnitt eines Abtriebszahnrades gelagert ist.
In 4 ist der Aufbau des Halbschalentopfes 30 im Axialschnitt dargestellt. Der Ringflansch 31 bildet eine plane Ringstirnfläche 31a die als Sitzfläche dient. Die Umfangssicken 35, 36 sind so ausgebildet, dass sich deren Innenwandungsabschnitte gegenüber der eigentlichen Wandung radial um etwa die halbe Blechstärke erheben.
Die Durchgangsöffnung 39 ist von einem Bundabschnitt 40 umsäumt der durch plastische Umformung integral mit dem Halbschalentopf 30 gefertigt ist.
In den 5a, 5b und 5c ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäß gefertigten Halbschalentopfes 30 zur Bildung eines Planetenträgers eines Stirnraddifferentiales dargestellt. Für diesen Halbschalentopf gelten die vorangegangenen Ausführungen sinngemäß. Abweichend von der Variante nach den 3 und 4 ist hier die Seitenwandung 33 mit Axialsicken 41 versehen.
Die Axialsicken 41 sind in Umfangsrichtung der Seitenwandung 33 abfolgend in diese eingeformt. Wie insbesondere aus 5b ersichtlich ergibt sich durch die Axialsicken eine hochsteife Koppelung der Bodenwandung 34 mit dem Ringflansch 31.
In 5b ist in Form eines Radialschnitts durch die Seitenwandung 33 entlang der in 5b eingetragenen Schnittlinie, der Querschnitt der Axialsicken 41 weiter veranschaulicht. Die Sickenhöhe hs entspricht in etwa der Materialdicke t.

Claims

Differentialgetriebe, mit einem zum Umlauf um eine Differentialachse vorgesehenen Planetenträger (3, 3a, 3b, 30), der als Blechumformteil gefertigt ist, wobei das zur Bildung des Blechumformteiles herangezogene Blechmaterial ein Blechmaterial mit einem mehrere Lagen aufweisenden Gefügeaufbau ist.
Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechmaterial ein aus mehreren Stahlblechlagen gebildetes Stahlblech ist.
Differentialgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblech sich aus 2 bis 30 Stahlblechlagen zusammensetzt.
Differentialgetriebe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechumformteil unter thermischer Teilplastifizierung in einem Gesenkwerkzeug gefertigt ist.
Differentialgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechmaterial vor der Umformung auf eine Temperatur im Bereich von 780 bis 1050° C erwärmt wird.
Differentialgetriebe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechumformteil zumindest lokal gehärtet ist.
Differentialgetriebe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen unterschiedliche Stahlzusammensetzungen aufweisen.
Differentialgetriebe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Stahlzusammensetzung einen Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,15 bis 1,4% aufweist.
Differentialgetriebe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (3) wenigstens eine erste Halbschale (30) umfasst und diese Halbschale (30) als Topfstruktur ausgeführt ist in deren Umfangswandung (33) eine Sickenstruktur (35, 36, 41) ausgebildet ist.
Differentialgetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sickenstruktur (41) durch Axialsicken (41) gebildet ist die sich zwischen einer Bodenwandung (34) und einem Ringflansch (31) erstrecken.