DE102013204933A1 - Stirnraddifferenzialgetriebe - Google Patents
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- F16H48/10—Differential gearings with gears having orbital motion with orbital spur gears
- F16H2048/106—Differential gearings with gears having orbital motion with orbital spur gears characterised by two sun gears
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Stirnraddifferenzialgetriebe mit einem ersten Sonnenrad (1) und einem koaxial benachbart hierzu angeordneten zweiten Sonnenrad (2), wobei das erste Sonnenrad (1) einen ersten Satz Planetenräder (3a–3c) und das zweite Sonnenrad (2) einen mit dem ersten Satz Planetenräder (3a–3c) kämmenden zweiten Satz Planetenräder (4a–4c) zugeordnet ist, und alle Planetenräder (3a–3c, 4a–4c) an einer ortsfest an einem Antriebsrad (5) gefestigten Planetenträgeranordnung drehend gelagert sind, wobei die Flanke (13) des ersten und/oder des zweiten Sonnenrads (1; 2) mehrere Durchbrüche (15) aufweist.The invention relates to a spur gear differential with a first sun gear (1) and a second sun gear (2) arranged coaxially adjacent thereto, the first sun gear (1) having a first set of planet gears (3a-3c) and the second sun gear (2) one with the first set of planetary gears (3a-3c) is assigned to meshing second set of planetary gears (4a-4c), and all planetary gears (3a-3c, 4a-4c) are rotatably mounted on a planet carrier arrangement fixed in place on a drive gear (5), the flank (13) of the first and / or the second sun gear (1; 2) has a plurality of openings (15).
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein Stirnraddifferenzialgetriebe mit einem abtriebsseitigen ersten Sonnenrad und einem koaxial benachbart hierzu angeordneten abtriebsseitigen zweiten Sonnenrad, wobei das erste Sonnenrad einen ersten Satz Planetenräder und das zweite Sonnenrad einen mit dem ersten Satz Planetenräder kämmenden zweiten Satz Planetenräder zugeordnet ist, und alle Planetenräder an einer ortsfest an einem Antriebsrad befestigten Planetenräderanordnung drehend gelagert sind. The invention relates to a Stirnraddifferenzialgetriebe with a driven side first sun gear and a coaxially adjacent thereto arranged output side second sun gear, wherein the first sun gear is associated with a first set of planetary gears and the second sun gear meshing with the first set planetary gears second set planetary gears, and all planetary gears on a Fixedly mounted on a drive wheel planetary gear assembly are rotatably mounted.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Kraftfahrzeugtechnik. Differenzialgetriebe der hier interessierenden Art kommen beispielsweise als Achsdifferenzial zum Einsatz. Neben den bislang zu diesem Einsatzzweck gebräuchlichen Kegelraddifferenzialen kommen zunehmend spezielle Stirnraddifferenziale zum Einsatz, welche sich bei gleicher Leistung durch einen relativ kleineren Bauraum sowie geringes Gewicht auszeichnen. Ein Stirnraddifferenzialgetriebe ist ein Getriebe nach Art eines Planetengetriebes, bei welchem die miteinander im Zahneingriff stehenden Ausgleichselement Zahnräder mit Stirnverzahnung sind. Das Konzept eines Stirnraddifferenzials stellt ein rückkehrendes Minusgetriebe mit einer Standübersetzung i0 = –1 dar. Die Einleitung des Drehmoments erfolgt über ein mit einer Außenverzahnung versehendes Antriebsrad und einen Planetenträger auf welchem paarweise Ausgleichs- oder Planetenräder angeordnet sind. Die Planetenräder eines Paares kämmen über einen Teil ihrer Verzahnungsbreite miteinander. Jeweils ein Planetenrad eines Planetenradpaares ist zusätzlich mit einem ersten Sonnenrad, das andere mit einem zweiten Sonnenrad verzahnt. Beide Sonnenräder sind meist als Abtriebshohlräder ausgebildet. The field of application of the invention extends primarily to automotive engineering. Differential gear of the type of interest here are used, for example, as an axle differential. In addition to the usual bevel gear differentials used to date for this purpose, special spur gear differentials are increasingly being used, which are distinguished by a relatively smaller installation space and low weight for the same performance. A Stirnraddifferenzialgetriebe is a transmission in the manner of a planetary gear in which the mutually meshing compensating element are gears with spur toothing. The concept of a spur gear differential represents a returning negative gear with a stand ratio i 0 = -1. The introduction of the torque via a provided with an external tooth drive wheel and a planet carrier on which paired balancing or planetary gears are arranged. The planet gears of a pair mesh with each other over part of their gearing width. In each case one planetary gear of a planetary gear pair is additionally toothed with a first sun gear, the other with a second sun gear. Both sun gears are usually designed as output hollow wheels.
Ziel dieser Zahnradanordnung des Stirnraddifferenzials ist, die Belastung im Verzahnungskontakt, im speziellen die Zahnflankenpressung zwischen Planeten- und Antriebsrad durch die Paarung von Innen- und Außenverzahnung, zu minimieren. Die im Vergleich zum Kegelraddifferenzial geringeren Verzahnungskräfte ermöglichen einen extrem schmalen Verzahnungskontakt, der eine Bauraum- und Gewichtsreduzierung gegenüber dem Kegelraddifferenzial ermöglicht. The aim of this gear arrangement of the spur gear differential is to minimize the load in the gear contact, in particular the tooth flank pressure between the planet and the drive wheel by the mating of inner and outer teeth. The lower toothing forces compared to the bevel gear differential enable an extremely narrow toothed contact, which allows a space and weight reduction compared to the bevel gear differential.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Die beiden Sonnenräder des Stirnraddifferenzialgetriebes besitzen in der Regel einen relativ großen Durchmesser und werden als Gussbauteile hergestellt, was insgesamt der Zielsetzung eines Leichtbaus entgegensteht. Geringere, zur Gewichtsreduzierung beitragende Wandstärken der Sonnenräder können wegen der während des Betriebes auftretenden Bauteilspannungen nicht realisiert werden. The two sun gears of the Stirnraddifferenzgetriebes usually have a relatively large diameter and are manufactured as cast components, which precludes a total of the objective of a lightweight construction. Lower, contributing to weight reduction wall thickness of the sun gears can not be realized because of the occurring during operation component voltages.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Gestaltung der Sonnenräder eines Stirnraddifferenzialgetriebes dahingehend weiter zu verbessern, dass eine Gewichtsreduzierung ohne Einbußen bei der Bauteilfestigkeit ermöglicht wird. It is therefore the object of the present invention to further improve the design of the sun gears of a Stirnraddifferenzgetriebes to the effect that a weight reduction without sacrificing the component strength is made possible.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Stirnraddifferenzialgetriebe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. The object is achieved on the basis of a Stirnraddifferenzialgetriebe according to the preamble of
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Flanke des ersten und/oder des zweiten Sonnenrads des Stirnraddifferenzialgetriebes mehrere Durchbrüche aufweist. The invention includes the technical teaching that the flank of the first and / or the second sun gear of the Stirnraddifferenzgetriebes has a plurality of openings.
Versuche haben ergeben, dass sich an den Flanken der Sonnenräder Materialeinsparungen in Form von Durchbrüchen anbringen lassen, ohne dabei die Bauteilfestigkeit zu gefährden. Experiments have shown that can be attached to the edges of the sun gears material savings in the form of breakthroughs, without compromising the component strength.
Vorzugsweise sind die Durchbrüche des Sonnenrads auf demselben Umfangskreis angeordnet. Hierdurch lassen sich diese entlang des Spannungsverlaufs von radial innen nach außen optimal platzieren. Es ist jedoch auch denkbar, Durchbrüche – beispielsweise abwechselnd – auf verschiedenen Umfangskreisen des Sonnenrads anzuordnen, falls beispielsweise zwischen benachbarten Durchbrüchen eine ausreichende Materialbrücke verbleiben muss. Preferably, the apertures of the sun gear are arranged on the same circumferential circle. As a result, they can be optimally placed along the voltage curve from radially inward to outward. However, it is also conceivable, apertures - for example, alternately - to arrange on different circumferential circles of the sun gear, if, for example, between adjacent openings a sufficient material bridge must remain.
Vorzugsweise sind die Durchbrüche des Sonnenrads äquidistant zueinander angeordnet, um eine Unwucht bei Rotation zu vermeiden und eine einheitliche Stabilität sicherzustellen. Preferably, the openings of the sun gear are arranged equidistant from each other to a To avoid imbalance during rotation and to ensure uniform stability.
Gemäß einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sonnenrads ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Durchbrüche einen kreisbogenförmigen Querschnitt aufweisen. Die Durchbrüche verlaufen dabei entlang eines Kreissegments auf derselben Umfangslinie des Sonnenrads. Die Materialbrücken zwischen benachbarten kreisbogenförmigen Durchbrüchen sind dabei anhand der Stabilitätskriterien auszulegen. According to a first embodiment of a sun gear according to the invention it is provided that at least a part of the apertures have a circular arc-shaped cross-section. The openings run along a circle segment on the same circumference of the sun gear. The material bridges between adjacent circular arc-shaped openings are to be interpreted on the basis of the stability criteria.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Durchbrüche des Sonnenrads in Radialrichtung von innen nach außen erweitert gestaltet. Mit anderen Worten vergrößert sich der Durchbruch mit zunehmendem Radius des Sonnenrads. Durch diese spezielle Gestaltung des Durchbruchs kann gegenüber der vorstehend beschriebenen Ausführungsform bei gleichbleibender Bauteilstabilität eine größere Gewichtseinsparung erzielt werden. Insbesondere mit einem im Wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt lässt sich gegenüber einem kreisbogenförmigen Querschnitt eine höhere Materialeinsparung bei gleichbleibender Bauteilstabilität realisieren. Bei einem solchen dreieckförmigen Querschnitt sind die Querschnittsecken abgerundet ausgebildet, um an diesen Stellen keine Kerbspannungen zu erzeugen. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the openings of the sun gear in the radial direction are designed to be widened from the inside to the outside. In other words, the breakthrough increases with increasing radius of the sun gear. As a result of this special design of the aperture, a greater weight saving can be achieved with the component stability remaining the same as described above. In particular, with a substantially triangular cross-section can be compared to a circular arc-shaped cross-section realize a higher material savings with constant component stability. In such a triangular cross-section, the cross-sectional corners are rounded in order not to generate notch stresses at these locations.
Vorzugsweise weisen die Durchbrüche eine bezüglich einer gedachten mittleren Radialachse symmetrische Gestalt auf. Dies bedeutet, dass die beiden Seiten des dreieckförmigen Querschnittes spiegelsymmetrisch sind. Diese Durchbruchsform wird besonders dann bevorzugt, wenn das maximale Eingangs- und Ausgangsmoment des Stirnraddifferenzialgetriebes annähernd konstant ist. Preferably, the apertures have a shape symmetrical with respect to an imaginary central radial axis. This means that the two sides of the triangular cross-section are mirror-symmetrical. This breakthrough shape is particularly preferred when the maximum input and output torque of the Stirnraddifferenzgetriebes is approximately constant.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform können die Durchbrüche auch eine unsymmetrische Gestalt aufweisen. Diese Variante ist dann bevorzugt, wenn eine größere Differenz des Eingangsmoments zwischen Vorwärts- und Rückwärtsdrehung besteht. Durch den in jedem Fall dreieckförmigen Querschnitt kann (gegenüber der kreisbogenförmigen Variante) eine Reduzierung der Bauteilspannung um mehr als 40% erzielt werden. According to an alternative embodiment, the apertures may also have an asymmetrical shape. This variant is preferred when there is a greater difference in the input torque between forward and reverse rotation. Due to the in each case triangular cross-section can be achieved (compared to the circular arc-shaped variant), a reduction of the component voltage by more than 40%.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass beide Sonnenräder einen zentral angeformten und hohlzylinderartig ausgebildeten Axialsteg zur Aufnahme von je zugeordneten Wellenenden aufweisen. Die Innenwandung jedes hohlzylinderartigen Axialsteges kann dabei mit einem Verzahnungsprofil versehen werden, in welchem sich die Wellenenden formschlüssig einstecken lassen. According to a further measure improving the invention, it is proposed that both sun gears have a centrally formed and hollow cylinder-like axial web for receiving respectively associated shaft ends. The inner wall of each hollow cylinder-like axial web can be provided with a tooth profile, in which the shaft ends can be positively inserted.
Zur Bildung eines Getriebegehäuses können vorteilhafterweise die Planetenträgeranordnungen dienen, welche beidseits der Sätze Planetenräder in Form von Trägerringscheiben angeordnet sind, die im Bereich des Außenumfangs lösbar am Antriebsrad befestigt sind. Durch diese Funktionsintegrationsmaßnahme entfällt ein separates Getriebegehäuse. To form a gear housing can advantageously serve the planet carrier arrangements, which are arranged on both sides of the sets of planetary gears in the form of carrier ring discs, which are detachably mounted in the region of the outer periphery on the drive wheel. This functional integration measure eliminates the need for a separate gearbox.
Vorzugsweise sind an dem mit einer Außenverzahnung versehenen Antriebsrad mehrere radial nach innen gerichtete Flanschabschnitte vorgesehen, welche der Befestigung der Trägerringscheiben dienen. Die Flanschabschnitte können dabei in Umfangsrichtung je zwischen zwei benachbarten Planetenradpaaren angeordnet sein, um sich bauraumsparend in die Gesamtkonstruktion einzuordnen. Preferably, a plurality of radially inwardly directed flange portions are provided on the drive gear provided with an external toothing, which serve for the attachment of the support ring discs. The flange sections can be arranged in the circumferential direction between two adjacent Planetenradpaaren in order to save space in the overall construction.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. These show:
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Das in der
Nach
Nach
Nach
Im Unterschied dazu sind gemäß
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- erstes Sonnenrad first sun gear
- 2 2
- zweites Sonnenradsecond sun wheel
- 3 3
- Planetenradplanet
- 4 4
- Planetenradplanet
- 5 5
- Hohlradring gear
- 6 6
- Außenverzahnungexternal teeth
- 7 7
- Flanschabschnitt flange
- 8 8th
- TrägerringscheibeSupport washer
- 9 9
- Planetenträgeranordnung Planet carrier assembly
- 10 10
- Schraubescrew
- 11 11
- Innenverzahnung internal gearing
- 12 12
- Innenverzahnung internal gearing
- 13 13
- Flanke flank
- 14 14
- Umfangskreisperipheral circle
- 15 15
- Durchbruch breakthrough
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- 2013-12-16 WO PCT/DE2013/200369 patent/WO2014146631A1/en active Application Filing
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