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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Differentialgetriebe gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus
DE 10 2009 032 286 A1 ist ein derartiges Stirnraddifferentialgetriebe bekannt. Dieses umfasst unmittelbar axial abfolgend angeordnete Abtriebsräder die derart gestaltet sind, dass der Kopfkreis eines der Abtriebsräder kleiner ist als der Fußkreis des benachbarten Abtriebsrades. Die Planetenräder und die Abtriebsräder sind zwischen zwei Nabendeckelelementen angeordnet und die so geschaffene Baugruppe ist einseitig an die Flansche eines Antriebsrades angesetzt.
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Aus
DE 207 040 478 A1 ist ein Stirnraddifferentialgetriebe bekannt, bei welchem die Koppelung der Planeten in einem axialen Zwischenbereich zwischen den Abtriebsrädern erfolgt. Die Abtriebsräder haben gleiche Kopfkreisdurchmesser und sind axial durch eine Nabenscheibe eines Hauptantriebsrades getrennt.
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Differentialgetriebe werden allgemein als Umlaufrädergetriebe ausgeführt und dienen überwiegend der Verzweigung oder Verteilung einer über einen Leistungseingang zugeführten Eingangsleistung auf zwei Antriebswellen. Am häufigsten werden Differentialgetriebe als sog. Achsdifferentialgetriebe im Automobilbau verwendet. Hierbei wird die durch einen Antriebsmotor bereitgestellte Antriebsleistung über das Differentialgetriebe auf Radantriebswellen von getriebenen Laufrädern verteilt. Die beiden zu den Laufrädern führenden Radantriebswellen werden hierbei mit je gleich großem Drehmoment d.h. ausgeglichen angetrieben. Bei Geradeausfahrt drehen beide Laufräder gleich schnell. Bei Kurvenfahrt unterscheiden sich die Drehzahlen der Laufräder voneinander. Das Achsdifferentialgetriebe ermöglicht diese Drehzahldifferenz. Die Drehzahlen können sich frei einstellen, nur der Mittelwert der beiden Geschwindigkeiten ist unverändert. In der Vergangenheit wurden diese Differentiale in großer Breite als sog. Kegelraddifferentiale ausgeführt. Neben dieser Bauform werden Differentialgetriebe auch in Form sog. Stirnraddifferentiale ausgeführt. Bei diesen Stirnraddifferentialen erfolgt die Koppelung der als Leistungsausgang fungierenden Abtriebsräder über wenigstens zwei miteinander in Eingriff stehende und damit gegensinnig drehbar getrieblich gekoppelte Umlaufplaneten die typischerweise als Stirnräder ausgeführt sind.
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Aus
US 8,221,278 B2 ist ein Stirnraddifferential bekannt, dass einen Umlaufträger umfasst, der sich aus einem Stirnradkranz, sowie einem Paar von axial einseitig an den Stirnradkranz angefügten Nabendeckeln zusammensetzt. Die Nabendeckel sind als Blechumformteile ausgeführt und derart axial profiliert, dass diese in zusammengesetztem Zustand einen Aufnahmeraum bilden in welchem ein erstes und ein zweites, jeweils als Stirnrad ausgeführtes Abtriebsrad aufgenommen ist. Die beiden Abtriebsräder sind über Umlaufplaneten gegensinnig getrieblich gekoppelt. Die Umlaufplaneten bilden eine erste Umlaufplanetengruppe und eine zweite Umlaufplanetengruppe. Die Umlaufplaneten der ersten Umlaufplanetengruppe stehen mit dem ersten Abtriebsrad in Eingriff, die Umlaufplaneten der zweiten Umlaufplanetengruppe stehen mit dem zweiten Abtriebsrad in Eingriff. Die getriebliche Koppelung der Umlaufplaneten erfolgt, indem diese unter gegenseitigem Axialversatz der Stirnradverzahnungen zusammengefügt sind. Die hierbei freibleibenden, einander abgewandten Abschnitte der Stirnradverzahnungen greifen in das entsprechende Abtriebsrad ein. Die Umlaufplaneten sind weiterhin über Lagerbolzen gelagert. Die Lagerbolzen sitzen mit ihren Endabschnitten in Aufnahmebohrungen die als solche in den Nabendeckeln ausgebildet sind. Der zum Antrieb des Stirnraddifferentiales vorgesehene Stirnradkranz und die an diesen angesetzten Nabendeckel bilden eine starre Umlaufträgerstruktur. Die Abtriebsräder sind in dieser Umlaufträgerstruktur über Wälzlager axial und radial abgestützt. Diese Wälzlager sind als Zylinderrollenlager ausgeführt.
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Aus
DE 10 2007 040 475 A1 ist ebenfalls ein Stirnraddifferential bekannt, bei welchem zwei an sich identische, als Stirnräder ausgeführte Abtriebsräder über Umlaufplanetenpaar gegensinnig drehbar getrieblich gekoppelt sind. Die Eingriffszone jener Umlaufplanetenpaare befindet sich in einem axial zwischen den Stirnradverzahnungen der Abtriebsräder liegenden Bereich.
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Aus
US 3,738,192 ist ein Stirnraddifferential bekannt das zwei als Stirnräder ausgeführte Abtriebsräder aufweist, die durch eine Umlaufplanetenanordnung miteinander gegensinnig drehbar getrieblich gekoppelt sind. Die Umlaufplanetenanordnung bildet einen Zahnkranz. Der Zahneingriff zwischen jenen den Zahnkranz bildenden Umlaufplaneten erfolgt in gleicher Weise wie bezüglich
DE 10 2007 040 475 A1 ausgeführt in einer Verzahnungsebene, die sich zwischen jenen Verzahnungsebenen befindet über welche die Umlaufplaneten in die Abtriebsräder eingreifen.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Differentialgetriebe der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich durch ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten und eine hohe kinematische Steifigkeit auszeichnet und zudem kostengünstig herstellbar ist.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Stirnraddifferentialgetriebe mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein in Richtung der Umlaufachse kurz bauendes Differentialgetriebe zu schaffen, bei welchem der Außendurchmesser der Abtriebsräder in Bezug auf den Außendurchmesser des Umlaufträgers relativ groß gestaltet werden kann und die zur Koppelung der Abtriebsräder vorgesehenen Umlaufplanetenpaare raumsparend und strukturmechanisch vorteilhaft in den Fenstersegmenten aufgenommen sind, wobei die Stegsegmente sich axial zwischen den Nabendeckelelementen befinden.
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Das erfindungsgemäße Stirnraddifferential ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die in Richtung der Umlaufachse gemessene Axialdicke der Stegsegmente geringer ist als die in Richtung der Umlaufachse gemessene Breite des Zahnkranzträgers. Hierdurch wird es möglich, die Nabendeckelelemente axial versenkt in den Zahnkranzträger einzusetzen und dabei vorteilhaft radial zu positionieren.
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Für den Einsatz des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes in einem Fahrzeug mit quer eingebautem Motor, insbesondere bei einem frontgetriebenen Fahrzeug bildet der Zahnkranzträger vorzugsweise einen Stirnradkranz, insbesondere einen schrägverzahnten Stirnradkranz. Über diesen Stirnradkranz erfolgt dann die Anbindung des Stirnraddifferentiales an ein Fahrzeuggetriebe, insbesondere Schaltgetriebe.
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Für den Einsatz des Differentialgetriebes als Hinterachsdifferential ist es in vorteilhafter Weise möglich, den Zahnkranzträger so auszubilden, dass über dessen Verzahnung auch ein Winkelgetriebe realisiert werden kann. Hierzu kann an dem Zahnkranzträger eine Kegelradverzahnung, oder eine zu einer Schnecke komplementäre Verzahnung z.B. eine Hypoidverzahnung ausgebildet werden.
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Das erfindungsgemäße Stirnraddifferential ist derart ausgebildet, dass die ersten Umlaufplaneten mit dem ersten Abtriebsrad in einer ersten Verzahnungsebene in Eingriff stehen, und die zweiten Umlaufplaneten mit dem zweiten Abtriebsrad in einer zweiten Verzahnungsebene in Eingriff stehen, wobei zudem der gegenseitige Eingriff der Umlaufplaneten innerhalb eines Umlaufplanetenpaares ebenfalls in der ersten Verzahnungsebene erfolgt. Hierdurch wird es möglich, die Abtriebsräder in unmittelbarer Nachbarschaft anzuordnen.
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Der gegenseitige Eingriff der Umlaufplaneten in der ersten Verzahnungsebene wird gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht, indem an dem ersten Abtriebsrad eine negative Profilverschiebung und an dem zweiten Abtriebsrad eine positive Profilverschiebung vorgenommen ist. Zudem ist vorzugsweise weiterhin an den ersten Umlaufplaneten eine positive Profilverschiebung vorgenommen und der jeweilige erste Umlaufplanet so gestaltet, dass die in Axialrichtung gemessene Breite desselben im wesentlichen der in Axialrichtung gemessenen Breite der Verzahnung des ersten Abtriebsrades entspricht.
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An den zweiten Umlaufplaneten ist vorzugsweise eine negative Profilverschiebung vorgenommen. Die in Axialrichtung gemessene Breite der Verzahnung der zweiten Umlaufplaneten entspricht im wesentlichen der Summe der Breitenmaße der Verzahnungen des ersten und des zweiten Abtriebsrades.
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In jedem Stegsegment ist vorzugsweise jeweils ein Paar von in Umfangsrichtung des Zahnkranzträgers abfolgenden Axialbohrungen ausgebildet. Die Nabendeckelelemente können dann über Verbindungsmittel an die Stegsegmente angebunden werden, wobei diese Verbindungsmittel dann die durch die genannten Axialbohrungen hindurchgeführt sind. Die Verbindungsmittel können insbesondere als Niete, oder als Schrauben ausgeführt werden.
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Eine im Hinblick auf eine besonders wirkungsvolle Zentrierung des Zahnkranzträgers vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gegeben, dass der Zahnkranzträger eine erste und eine zweite, zur Umlaufachse konzentrische Innenumfangsringfläche bildet, und dass das jeweilige Nabendeckelelement radial zentriert in der entsprechenden Innenumfangsringfläche sitzt.
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Die Nabendeckelelemente sind vorzugsweise als Blechumformteile gefertigt und fungieren auch als Getriebedeckel durch welche die Innenmechanik des Stirnraddifferentiales im Zusammenspiel mit dem Zahnkranzträger eingehaust wird. Hierbei wird es möglich, über die Nabendeckelelemente auch eine axiale Positionierung der Abtriebsräder vorzunehmen. Diese Positionierung wird vorzugsweise erreicht, indem das erste Abtriebsrad über ein an das erste Nabendeckelelement angebundenes, ringartiges erstes Einsatzelement radial und axial abgestützt ist, und das zweite Abtriebsrad über ein an das zweite Nabendeckelelement angebundenes, ringartiges zweites Einsatzelement radial und axial abgestützt wird.
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Die Lagerung des Umlaufträgers erfolgt vorzugsweise über eine als Wälzlagerung ausgeführte Umlaufträgerlagereinrichtung. Diese Umlaufträgerlagereinrichtung weist vorzugsweise ein erstes und ein zweites Wälzlager auf, das jeweils einen Lagerinnenring und einen Lageraußenring umfasst, wobei an wenigstens einen der Lagerringe ein zur Umlaufachse koaxiales Einsatzelement angesetzt ist, das eine Führungsstruktur bildet über welche wenigstens eines der Abtriebsräder radial und/oder axial an dem Lagerring abgestützt ist. Hierdurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Differentialgetriebe zu schaffen, bei welchem die zur Lagerung des Umlaufträgers vorgesehene Wälzlagerung ein Positionierungselement trägt, das als solches die Abtriebsräder mit hoher Steifigkeit präzise radial und axial stützt. In vorteilhafter Weise wird hierdurch bei geringem axialen Bauraumbedarf die Gesamtsteifigkeit des Differentialsystems erhöht und einer übermäßigen axialen Abwanderung und Verkippung der Abtriebsräder entgegengetreten.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Differentialgetriebe derart ausgebildet, dass die mit dem Umlaufträger umlaufenden Einsatzelemente sowohl zur axialen als auch zur radialen Abstützung der Abtriebsräder herangezogen werden. Vorzugsweise ist hierbei die Anbindung der Lagereinrichtung an den Umlaufträger derart bewerkstelligt, dass die Lageraußenringe jene den Umlaufträger tragenden Lagerringe darstellen. Die Koppelung der Lageraußenringe mit dem Umlaufträger kann dabei bewerkstelligt werden, indem die Lageraußenringe jeweils in einem mit dem Umlaufträger umlaufenden Ring-Bund aufgenommen sind. Der jeweilige Ring-Bund kann dabei durch die schon genannten Nabendeckelelemente gebildet werden, die an dem Umlaufträger radial und axial gesichert sind und diesen tragen. Das jeweilige Nabendeckelelement ist vorzugsweise als Blechumformteil gefertigt. Der vorgenannte jeweilige Lageraußenring kann dann unter einem leichten Presssitz in dem Ring-Bund sitzen. Zur Festlegung der Axialposition des jeweiligen Lageraußenringes in dem Ring-Bund ist es in vorteilhafter Weise möglich, an den Lageraußenringen jeweils eine Ringschulter auszubilden, die als solche die axiale Einschubposition des jeweiligen Lageraußenringes beim Einpressen desselben in den jeweiligen Ring-Bund des Nabendeckelelements festlegt.
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Die beiden Wälzlager sind in vorteilhafter Weise als Schrägkugellager ausgebildet, wobei die Einbindung der Wälzlager in das Differentialgetriebe vorzugsweise in einer sog. O-Anordnung erfolgt.
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Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe kann so aufgebaut werden, dass das jeweilige Abtriebsrad einen axial über dessen Verzahnungsebene nach außen überstehenden buchsenartigen Anschlussabschnitt aufweist, zum Anschluss einer Radantriebswelle, wobei vorzugsweise zudem die Umlaufträgerlagereinrichtung derart gestaltet wird, dass zwischen dem jeweiligen Lagerinnenring derselben und dem Anschlussabschnitt ein zur Aufnahme eines den Lagerinnenring radial tragenden Stationärteils geeigneter Ringraum verbleibt. Jenes Stationärteil kann beispielsweise als Ringbund ausgeführt sein der integral mit einem Differentialgetriebegehäuse ausgeführt ist und von der Seite her axial in jenen Ringraum eintaucht.
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Durch das erfindungsgemäße Konzept ergibt sich eine Reduzierung des Bedarfs an radialem Bauraum, der durch die radialen Abmessungen der Sonne, der Umlaufplanetenräder und durch den Flansch sowie die Verzahnung des Antriebsrades vorgegeben ist. Das Stirnraddifferential baut damit relativ kompakt. Die Erfindung sieht vor, dass der Flansch des Antriebsrades als in radial nach innen in den Teilkreis der Planetenräder zwischen die Planetenräder greifende Flanschabschnitte gegliedert wird, so dass die Abmessungen des Flansches keinen Einfluss auf die radialen Abmessungen des Stirnraddifferentiales (SRD) haben.
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Figurenliste
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
- 1a eine Axialschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes;
- 1b eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Differentialgetriebe nach 1a;
- 1c eine perspektivische Darstellung des bei dem Differentialgetriebe nach 1a vorgesehenen Zahnkranzträgers;
- 2 eine Detaildarstellung zur weiteren Veranschaulichung des Aufbaus eines Einsatzelementes zur axialen Abstützung eines Abtriebsrades;
- 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus der Abtriebsräder und der zugeordneten Umlaufplaneten ;
- 4 eine Detaildarstellung zur weiteren Veranschaulichung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1a zeigt das erfindungsgemäße Differentialgetriebe im Axialschnitt. Das Differentialgetriebe ist als Stirnraddifferentialgetriebe ausgeführt und umfasst einen Umlaufträger 3 und eine als Wälzlagerung ausgeführte Umlaufträgerlagereinrichtung zur Lagerung des Umlaufträgers 3 zum Umlauf um eine Umlaufachse X.
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Weiterhin umfasst das Differentialgetriebe ein erstes Abtriebsrad 1, das achsgleich zur Umlauflachse X angeordnet ist und eine erste Abtriebsradverzahnung bildet 1a. Das Differentialgetriebe umfasst zudem ein zweites Abtriebsrad 2 das ebenfalls achsgleich zur Umlauflachse X angeordnet ist und eine zweite Abtriebsradverzahnung 2a bildet.
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Die beiden Abtriebsräder 1, 2 sind über eine in dieser Darstellung nicht in Gänze erkennbare Planetenradanordnung P gegensinnig drehbar getrieblich gekoppelt. Die Planetenradanordnung P umfasst hierbei Umlaufplaneten P1, P2 die mit dem Umlaufträger 3 umlaufen und gegenüber diesem drehbar sind.
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Der Umlaufträger 3 setzt sich aus einem Zahnkranzträger 3a und einem ersten und einem zweiten Nabendeckelelement 7, 8 zusammen. Der Zahnkranzträger 3a und die beiden Nabendeckelelemente 7, 8 bilden dabei eine Gehäusestruktur in welcher die zur Leistungsverzweigung vorgesehene, unter Einschluss der Planetenradanordnung P gebildete Leistungsverzweigungsmechanik aufgenommen ist. Die beiden Abtriebsräder 1, 2 sind durch eine Umlaufplanetenanordnung P gegensinnig drehbar getrieblich gekoppelt.
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Das hier gezeigte erfindungsgemäße Stirnraddifferential zeichnet sich dadurch aus, dass der Zahnkranzträger 3a mehrere in Umfangsrichtung unter Belassung von Fenstersegmenten (vgl. 1c Bezugszeichen F1, F2, F3) abfolgende, radial einwärts vordringende Stegsegmente 3b aufweist, wobei jedes Stegsegment 3b eine erste und eine zweite einander abgewandte Segmentstirnfläche 3b1, 3b2 bildet. Zudem sind das erste Nabendeckelelement 7 und das zweite Nabendeckelement 8 von einander gegenüberliegenden Seiten der Stegsegmente 3b her axial and die ersten bzw. zweiten Segmentstirnflächen 3b1 bzw. 3b2 angesetzt. Weiterhin ist in jeweiligen Fenstersegment F1 jeweils ein Planetenpaar P1/P2 aufgenommen.
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Die in Richtung der Umlaufachse X gemessene Axialdicke t der Stegsegmente 3b ist geringer als die in Richtung der Umlaufachse X gemessene Breite b des Zahnkranzträgers 3a. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Zahnkranzträger 3a als Stirnradkranz ausgebildet.
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Die ersten Umlaufplaneten P1 stehen mit dem ersten Abtriebsrad 1 in einer ersten Verzahnungsebene in Eingriff. Die zweiten Umlaufplaneten P2 stehen mit dem zweiten Abtriebsrad 2 in einer zweiten Verzahnungsebene in Eingriff. Zudem erfolgt der gegenseitige Eingriff der Umlaufplaneten P1, P2 eines Umlaufplanetenpaares P ebenfalls in der ersten Verzahnungsebene, also axial auf der Höhe der Verzahnung des ersten Abtriebsrades 1.
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An jenem ersten Abtriebsrad 1 ist eine negative Profilverschiebung und an dem zweiten Abtriebsrad 2 ist eine positive Profilverschiebung vorgenommen. Weiterhin ist an den ersten Umlaufplaneten P1 eine positive Profilverschiebung vorgenommen und die in Axialrichtung gemessene Breite dieser ersten Umlaufplaneten P1 entspricht im wesentlichen der in Axialrichtung gemessenen Breite der Verzahnung des ersten Abtriebsrades 1. An den zweiten Umlaufplaneten P2 ist eine negative Profilverschiebung vorgenommen, und die in Axialrichtung gemessene Breite der Verzahnung der zweiten Umlaufplaneten P2 entspricht im wesentlichen der Summe der Breitenmaße der Verzahnungen des ersten und des zweiten Abtriebsrades 1, 2.
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In jedem Stegsegment 3b ist ein Paar von in Umfangsrichtung des Zahnkranzträgers abfolgenden Axialbohrungen 3b3, 3b4 ausgebildet, und die Nabendeckelelemente 7, 8 sind über Verbindungsmittel (vgl. Bezugszeichen 5, 6 in 1b) die durch diese Axialbohrungen 3b3, 3b4 hindurchgeführt sind, an die Stegsegmente 3b angebunden.
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Der Zahnkranzträger 3a bildet auf zwei einander bezüglich der Stegsegmente 3b gegenüberliegenden Umfangsbereichen eine erste und eine zweite, zur Umlaufachse X konzentrische Innenumfangsringfläche 3d, 3e durch welche das jeweilige Nabendeckelelement 7, 8 radial zentriert in der entsprechenden Innenumfangsringfläche 3d, 3e sitzt.
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Das hier gezeigte erfindungsgemäße Differentialgetriebe zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Umlaufträgerlagereinrichtung ein erstes und ein zweites Wälzlager L1, L2 aufweist, das jeweils einen Lagerinnenring L1i, L2i und einen Lageraußenring L1a, L2a umfasst wobei an wenigstens einen der Lagerringe L1a, L2a ein Einsatzelement E1, E2 angesetzt ist, das eine Führungsstruktur bildet über welche wenigstens eines der Abtriebsräder 1, 2 radial und/oder axial abgestützt ist. Das Einsatzelement E1, E2 wird durch die Lagereinrichtung zur Umlaufachse X zentriert. Das jeweilige Einsatzelement E1, E2 ist ringtellerartig gestaltet und weist im Axialschnitt einen rinnenartigen Querschnitt auf dessen Rinnenbodenbereich dem benachbarten Abtriebsrad 1, 2 zugewandt ist, und dessen Öffnungsbereich dem jeweiligen Lager L1, L2 zugewandt ist.
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Das hier gezeigte Differentialgetriebe zeichnet sich bei diesem speziellen Aufbau durch eine relativ kurze axiale Baulänge aus und ist zudem unter montagetechnischen Gesichtspunkten besonders vorteilhaft zusammensetzbar. Wie erkennbar wird bei dem erfindungsgemäßen Differentialgetriebe das dort zur axialen und radialen Lagerung der Abtriebsräder 1, 2 vorgesehene Einsatzelement E1, E2 durch den jeweiligen mit dem Umlaufträger 3 umlaufenden Lagerring L1a, L2a zentriert und hierbei mit dem Umlaufträger 3 verbunden. Das Einsatzelement E1, E2 kann auch mit geometrischen Strukturen ausgestattet sein, die an dem Umlaufträger, insbesondere den Nabendeckelelementen 7, 8 desselben angreifen.
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Bei der hier gezeigten erfindungsgemäßen Lagereinrichtung stellen die Lageraußenringe L1a, L2a die den Umlaufträger 3 tragenden Lagerringe dar. Die durch diese Lageraußenringe L1a, L2a bereitgestellten Ringflächen bilden Sitzflächen über welche das jeweilige Einsatzelement E1, E2 präzise zentriert und auch innerhalb des Umlaufträgers 3 präzise axial positioniert wird.
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Die Lageraußenringe L1a, L2a sind jeweils in einem durch das jeweilige Nabendeckelement 7, 8 gebildeten Ring-Bund 7a, 8a aufgenommen. An den Lageraußenringen L1a, L2a ist jeweils eine Ringschulter L1b, L2b ausgebildet, die als solche die axiale Einschubposition des jeweiligen Lageraußenringes L1a, L2a in den jeweiligen Ring-Bund 7a, 8a festlegt.
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Der jeweilige Ring-Bund 7a, 8a ist durch das jeweilige Nabendeckelelement 7, 8 gebildet, das Bestandteil des Umlaufträgers 3 bildet. Das jeweilige Nabendeckelelement 7, 8 ist als Blechumformteil gefertigt, und der jeweilige Lageraußenring L1a, L2a sitzt unter einem ausgeprägten Presssitz radial spielfrei in dem Bund 7a, 8a.
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Das Differentialgetriebe ist wie angegeben als Stirnraddifferential ausgeführt und hierbei derart gestaltet, dass die Lageraußenringe L1a, L2a als Zentrierstruktur wirken über welche das jeweilige Einsatzelement E1, E2 im inneren des Umlaufträgers 3 positioniert wird. Die Abtriebsräder 1, 2 sind jeweils als Stirnrad ausgeführt, wobei jedes dieser Stirnräder durch das jeweilige Einsatzelement E1, E2 axial und radial abgestützt wird.
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Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe ist so gestaltet, dass das jeweilige Abtriebsrad 1, 2 einen axial über die Verzahnungsebene nach außen vordringenden Anschlussabschnitt 5a, 6a aufweist, zum Anschluss einer Radantriebswelle, wobei die Umlaufträgerlagereinrichtung 3 derart gestaltet ist, dass zwischen dem jeweiligen Lagerinnenring L1i, L2i derselben und dem Anschlussabschnitt 5a, 6a ein zur Aufnahme eines den Lagerinnenring L1i, L2i radial tragenden Stationärteils geeigneter Ringraum SP1, SP2 verbleibt. Das vorgenannte Stationärteil kann insbesondere durch ein Getriebegehäuse oder durch ein Ringstutzenelement gebildet sein, das abschnittsweise axial, also von der Seite her in den entsprechenden Lagerinnenring L1i, L2i eingeschoben wird. In diesem Ringstutzenelement kann dann eine weitere Lagereinrichtung aufgenommen sein, welche einen in das jeweilige Abtriebsrad eingeschobenen Wellenabschnitt, oder einen Gelenkwellentopf lagert. Die Abtriebsräder 1, 2 sind wie angegeben als Stirnräder ausgeführt. Die an diesen vorgesehenen Verzahnungen 1a, 2a stehen mit den Umlaufplaneten P1, bzw. P2 in Eingriff. Der jeweilige Anschlussabschnitt 5a, 6a bildet eine zur Umlaufachse X konzentrische Umfangsfläche die in den inneren Bundabschnitt des jeweiligen Einsatzelementes E1, E2 von innen her axial eintaucht und in dem Bundabschnitt ggf. unter Einlage eines Lagerringes radial geführt wird.
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Die vorgenannten ersten und zweiten Umlaufplanenten P1, P2 stehen miteinander unmittelbar in Eingriff und sind damit wie nachfolgend noch vertieft werden wird derart miteinander derart getrieblich gekoppelt, dass sich diese gegensinnig drehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei Umlaufplaneten P1 vorgesehen die mit dem ersten Abtriebsrad in Eingriff stehen. Diese mit dem ersten Abtriebsrad 1 in Eingriff stehenden Umlaufplaneten P1 bilden einen ersten Umlaufplanetensatz. Weiterhin sind bei diesem Ausführungsbeispiel insgesamt drei Umlaufplaneten P2 vorgesehen die mit dem zweiten Abtriebsrad 2 in Eingriff stehen. Diese mit dem zweiten Abtriebsrad 2 in Eingriff stehenden Umlaufplaneten P2 bilden einen zweiten Umlaufplanetensatz. Jeweils ein Umlaufplanet P1 des ersten Satzes steht mit einem Umlaufplaneten P2 des zweiten Satzes in Eingriff. Der Eingriff der Umlaufplaneten P1 des ersten Satzes in die Umlaufplaneten P2 des zweiten Satzes erfolgt in der gleichen Verzahnungsebene wie der Eingriff der Umlaufplaneten P1 des ersten Satzes in das erste Abtriebszahnrad 1. Zudem erfolgt der gegenseitige Eingriff der Umlaufplaneten P1, P2 eines Paares in dem Radialniveau der Fenstersegmente F1, F2, F3.
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Das erste Abtriebsrad 1 und das zweite Abtriebsrad 2 sind hinsichtlich der Verzahnungsgeometrie derart aufeinander abgestimmt, dass der Kopfkreis der Stirnradverzahnung 1a des ersten Abtriebsrades 1 kleiner ist als der Fußkreis der Abtriebsradverzahnung 2a des zweiten Abtriebsrades 2. Die Umlaufplaneten P1 des ersten Satzes greifen im Bereich der Verzahnungsebene des ersten Abtriebsrades 1 in die Umlaufplaneten P2 des zweiten Satzes ein. Die beiden Abtriebsräder 1, 2 befinden sich damit in unmittelbarer Nachbarschaft.
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Die beiden Abtriebsräder 1, 2 sind derart ausgebildet, dass die Abtriebsradverzahnung 1a des ersten Abtriebsrades 1 und die Abtriebsradverzahnung 2a des zweiten Abtriebsrades 2 gleiche Zähnezahlen aufweisen. Auch die Umlaufplaneten P1 des ersten Satzes und die Umlaufplaneten P2 des zweiten Satzes weisen gleiche Zähnezahlen auf.
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Der Umlaufträger 3 weist einen Zahnradkranzträger 3a auf. Dieser Zahnradkranzträger 3a bildet wie ausgeführt bildet Innenstege 3b. An diesen Innenstegen 3b, sind die Nabendeckelelemente 7, 8 fixiert. Über diese Nabendeckelelemente 7, 8 werden die in dem Umlaufträger 3 aufgenommenen Komponenten gesichert und zu einer Baueinheit vereinigt. Die Nabendeckelelemente 7, 8 sind als Blechumformteile ausgeführt und zentrisch an dem Stirnradkranz 3a gesichert. Die Nabendeckelelemente 7, 8 bilden wie bereits ausgeführt Bundabschnitte 7a, 8a die als Lagersitze fungieren in welche die Lageraußenringe L1a, L2a eingepresst sind. Die Innenstege 3b bilden mehrere in Umfangsrichtung abfolgende Fenstersegmente. In diesen Lücken sitzt jeweils ein Umlaufplanetenpaar das sich aus einem ersten Umlaufplaneten P1 und einem zweiten Umlaufplaneten P2 zusammensetzt.
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Die Einleitung der Antriebsleistung in das Differentialgetriebe erfolgt über die Stirnradverzahnung 3d des Zahnkranzträgers 3a. Über die Umlaufplaneten P1, P2 erfolgt eine Leistungsverzweigung auf die Abtriebsräder 1, 2. An den Abtriebsrädern 1, 2 sind Bundabschnitte 5a, 6a ausgebildet. Diese Bundabschnitte 5a, 6a sind hier umformtechnisch durch Fließpressen gefertigt und mit einer Innenverzahnung 5b, 6b versehen. In diese Innenverzahnung 5b, 6b können entsprechend komplementär verzahnte Endabschnitte von Radantriebswellen, oder anderweitiger Leistungstransferkomponenten des jeweiligen Radantriebsstranges eingefügt werden. Anstelle der hier gezeigten Innenverzahnung sind auch anderweitige Verbindungsgeometrien zur Drehmomentenübertragung und zentrierten Aufnahme entsprechender Komponenten möglich.
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In 1b ist in Form einer Draufsicht die Gestaltung des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes weiter veranschaulicht. Die Achsen XP1 der Umlaufplaneten P1 befinden sich auf einem ersten Achskreis T1. Die Achsen XP2 der Umlaufplaneten P2 befinden sich auf einem zweiten Achskreis T2. Der erste Achskreis T1 weist einen Durchmesser auf der kleiner ist als der Durchmesser des zweiten Achskreises T2. Die Durchmesserdifferenz der beiden Achskreise T1, T2 entspricht bei diesem Ausführungsbeispiel in etwa der zweifachen Zahnhöhe der Zähne der ersten Abtriebsradverzahnung 1a. Die in 1a gezeigten Stegsegmente 3b reichen radial wenigstens bis an den zweiten Achskreis T2, vorzugsweise auch bis an den ersten Achskreis T1 heran. Die Durchmesserdifferenzen der Kopfkreise der ersten und der zweiten Abtriebsradverzahnung 1a, 2a sind durch Profilverschiebung realisiert. Die Achsen XP1, XP2 der Umlaufplaneten P1, P2 werden durch (hier als Hohlbuchsen gestaltete) Lagerbolzen 4 festgelegt die in den Nabendeckeln 7, 8 sitzen. Diese Nabendeckel 7, 8 sind an dem Stirnradkranz 3a befestigt. Diese Befestigung wird durch Niete 5, 6 bewerkstelligt. Diese Niete 5, 6 sichern die Nabendeckelelemente 7, 8 an den Innenstegen 3b (vgl. 1) die radial einwärts von dem Stirnradkranz 3a abragen. Jeweils ein durch die Umlaufplaneten P1, P2 gebildetes Planetenpaar sitzt in einem zwischen diesen Innenstegen 3b verbleibenden Zwischenraum.
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Die Nabendeckelelemente 7, 8 können wie dargestellt baugleich ausgeführt sein. Zudem können die Nabendeckelelemente 7, 8 eine spezielle Axialprofilierung erhalten die beispielsweise leicht axial zu den Stegsegmenten 3b vordringende Auflagezonen Z1 sowie sich hierüber wieder erhebende Taschenzonen Z2 aufweist. Der Übergangsbereich zwischen diesen Zonen Z1, Z2 kann so konturiert sein, dass die Innenflächen der Stegsegmente in diese Konturierung eingreifen, so dass eine Verdrehsicherung der Nabendeckel 7, 8 an den Stegsegmenten 3b erreicht und damit die Querkraftbelastung der Verbindungsmitten 5, 6 reduziert wird. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel schließen die nach außen weisenden Deckflächen der Nabendeckelelemente 7, 8 im wesentlichen plan mit den Ringstirnflächen 3a3, 3a4 des Zahnkranzträgers 3a ab.
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In 1c ist in Form einer perspektivischen Darstellung der Zahnkranzträger 3a als Einzelteil dargestellt. Wie erkennbar bildet der Zahnkranzträger 3a mehrere in Umfangsrichtung unter Belassung der Fenstersegmente F1, F2, F3 abfolgende, radial einwärts vordringende Stegsegmente 3b. Jedes Stegsegment 3b bildet eine erste und eine zweite einander abgewandte Segmentstirnfläche 3b1, 3b2. Auf diese Segmentstirnflächen 3b1, 3b2 sind die in 1a im Axialschnitt dargestellten, auch in 3a illustrierten Nabendeckelelemente 7, 8 von einander gegenüberliegenden Seiten der Stegsegmente 3b her axial and die ersten bzw. zweiten Segmentstirnflächen 3b1 bzw. 3b2 angesetzt. Der in Umfangsrichtung zwischen den abfolgenden Fenstersegmenten F1, F2 liegende Bauraum wird zur Aufnahme der Umlaufplaneten P1, P2 jeweils eines Planentenpaares herangezogen.
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Die in Richtung der Umlaufachse X gemessene Axialdicke t der Stegsegmente 3b ist geringer als die in Richtung der Umlaufachse X gemessene Breite b des Zahnkranzträgers 3a. Der Zahnkranzträger 3a bildet Innenumfangsringflächenabschnitte 3a1, 3a2 die als Zentrierflächen zur bezüglicher der Umlaufachse X zentrierten Anordnung der Nabendeckelelemente 7, 8. Die Axialdicke t der Stegsegmente 3b ist hier weiter so abgestimmt, dass die Nabendeckelelemente 7, 8 axial unterhalb des jeweiligen Axialniveaus der Stirnflächen 3a4, 3a4 des Zahnkranzträgers 3a zu liegen kommen, d.h. im Zahnkranzträger 3a versenkt dessen Stegsegmente 3b beidseitig bedecken.
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In 2 sind in Form einer Detaildarstellung der Aufbau und die Anbindung eines Einsatzelementes E1 an einen Lageraußenring L1a der Lagereinrichtung L1 weiter veranschaulicht. Das Einsatzelement E1 bildet eine Führungsstruktur über welche ein benachbartes Abtriebsrad (vgl. 1 Bezugszeichen 1) radial und zudem auch axial abgestützt wird.
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Das Einsatzelement E1 ist bei diesem Beispiel ziehtechnisch aus einem Blechmaterial gefertigt. Das Einsatzelement E1 umfasst einen Sitzabschnitt E1a über welchen das Einsatzelement E1 zentrisch an den Lageraußenring L1a ansetzbar ist. An diesen Sitzabschnitt E1a schließt sich ein äußeren Ringmantelabschnitt E1b, und an diesen ein Ringbodenabschnitt E1c an. In dem vom Ringmantelabschnitt E1b umgriffenen Bereich befindet sich ein Bundabschnitt E1d der als solcher über den Ringbodenabschnitt E1c mit dem Ringmantelabschnitt E1b verbunden ist. Der Bundabschnitt E1d ist zur Umlaufachse konzentrisch. Der Bundabschnitt E1d ist hinsichtlich seines Querschnitts in der hier vorliegenden Axialschnittebene so gestaltet, dass dieser wenigstens eine Umfangsrinne E1c bildet, die als Ölkanal fungiert, oder in welche ggf. ein Gleitlagerring eingesetzt werden kann.
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Das Einsatzelement E1 kann durch Wahl der Wanddicke des zu seiner Bildung herangezogenen Blechmateriales, durch Abstimmung der werkstofftechnischen Parameter, und durch entsprechende geometrische Gestaltung so gefertigt werden, dass hinsichtlich der Koppelung des Bundabschnitts E1d mit dem Lageraußenring L1a eine gewisse Elastizität gegeben ist durch welche der Grad der statischen Überbestimmung der Lagerung eines Abtriebsrades 1 definiert reduziert wird.
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Obgleich hier nicht näher dargestellt ist es möglich, im Bereich des Sitzabschnitts E1a eine Anschlagstruktur auszubilden, zur Begrenzung der axialen Einschubtiefe des Einsatzelementes E1 in den dieses tragenden Lagerring L1a. Weiterhin können hier auch Rast- oder Sicherungsgeometrien realisiert werden durch welche das Einsatzelement an dem Lagerring L1a gesichert werden kann. Es ist auch möglich, an dem Einsatzelement E1 einen Sitzabschnitt zur Aufnahme des Lageraußenringes L1a auszubilden und die so geschaffene Struktur in das Nabendeckelelement 7 einzusetzen. Hierbei ist es möglich, die Anordnung so zu gestalten dass der Lageraußenring L1a axial von innen her an das Nabendeckelement 7 angesetzt wird und hierbei z.B. durch Ringabsätze (am Nabendeckelelement 7, oder am Lageraußenring L1a, oder am Einsatzelement E1) axial gesichert wird.
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In 3 sind in Form einer perspektivischen Explosionsdarstellung die Abtriebsräder 1, 2, die zur Koppelung derselben vorgesehenen Umlaufplaneten P1, die Umlaufplaneten P1, P2, die zur Lagerung der Umlaufplaneten P1, P1 vorgesehenen Achsbolzen 4 und die Nabendeckelelemente 7, 8 dargestellt.
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Die Axialsicherung der Achsbolzen 4 erfolgt über Ringkappenelemente 4a, 4b die im Bereich der Stirnenden der Achsbolzen 4 auf diese aufgesetzt werden. Diese Ringkappenelemente 4a, 4b übergreifen in aufgesetztem Zustand die Stirnenden der Achsbolzen 4 und bilden dann an einer axial einwärts versetzten Stelle jeweils eine Ringschulter. Diese Ringschulter sichert die Ringkappenelemente 4a, 4b in den entsprechenden Achsbohrungen 7b, 8b in den Nabendeckeln 7, 8.
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Im zusammengebauten Zustand greifen die Umlaufplaneten P1 radial von außen her in das erste Abtriebsrad 1 ein. Die Umlaufplaneten P2 greifen radial von außen her in das zweite Abtriebsrad 2 ein. Die Koppelung der mit dem zweiten Abtriebsrad 2 in Eingriff stehenden Umlaufplaneten P2 mit jenen, mit dem ersten Abtriebsrad 1 in Eingriff stehenden Umlaufplaneten P1 erfolgt durch gegenseitigen Eingriff im Bereich der Verzahnungsebene des ersten Abtriebsrades 1. An dem ersten Abtriebsrad 1 ist eine negative Profilverschiebung realisiert. An dem zweiten Abtriebsrad 2 ist eine positive Profilverschiebung realisiert.
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Es ist grundsätzlich möglich, bei dem beschriebenen Getriebeaufbau auch an den Umlaufplaneten P1, P2 positive und negative Profilverschiebungen vorzunehmen. Hierdurch wird es möglich die erforderliche Durchmesserdifferenz der Achskreise der Umlaufplaneten P1, P2 zu reduzieren. Konkret wird dann der Kopfkreisdurchmesser der zweiten Umlaufplaneten P2 verkleinert und der Kopfkreisdurchmesser der ersten Umlaufplaneten P1 durch positive Profilverschiebung vergrößert.
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Zwischen die Abtriebsräder 1, 2 ist ein Ringelement R eingefügt. Dieses greift über Ringschultern in entsprechende Komplementärgeometrien der Abtriebsräder 1, 2 ein und bewirkt eine gegenseitige Zentrierung der Abtriebsräder 1, 2.
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In 4 ist in Form einer weiteren Detaildarstellung eine gegenüber der Variante nach 3 leicht modifizierte Ausführungsform des Einsatzelementes E2 dargestellt. Das Einsatzelement E2 fungiert auch hier als Abstandshalter und Führungsorgan eines Sonnenrades 2. Die Erfindung sieht eine Abstandshülsen-Gleitlagerung pro Sonne 1, 2 vor. Diese Abstandshülsen-Gleitlagerung wird je Sonnenrad durch das dargestellte Einsatzelement E2 bewerkstelligt. Das Einsatzelement E2 ist halbtorusartig ausgebildet und an einem mit dem Planetenträger 3 mitlaufenden Lagerring L2a abgestützt.
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Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist an dem Einsatzelement E2 eine Koppelungsstruktur E2e ausgebildet über welche dieses an dem Lageraußenring L2a axial gesichert ist. Die Koppelungsstruktur umfasst hier einen radial ausbauchenden Ringwulst der in eine hierzu komplementäre Ringnut an der Innenumfangswandung des Lageraußenringes L2a eingreift.
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Wie aus dieser Darstellung weiter ersichtlich, sitzt der Lagerinnenring L2i auf einem stationären Ringzapfen 10 der als solcher axial in einen zwischen dem Bund 6a und dem Lagerinnenring L2i verbleibenden Ringraum eintaucht und mit seiner Außenumfangsfläche eine der Lagerinnenring L2a tragende Sitzfläche bildet.
