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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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Hintergrund der Erfindung
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Aus
US 5 527 229 A ist ein Stirnraddifferentialgetriebe bekannt. Bei diesem Stirnraddifferentialgetriebe bildet der Planetenträger eine Radialwand an welcher sich eine Bremslamellenpackung abstützt. Der Planetenträger und auch die Bremslamellenpackung sind in einem Umlaufgehäuse aufgenommen und die zur Betätigung der Bremslamellenpackung erforderlichen Kräfte werden vollständig innerhalb des Umlaufgehäuses geführt. In dem Umlaufgehäuse ist im Bereich der Lamellenpackung ein Axiallager vorgesehen das als Endanschlag fungiert, wenn die Bremslamellenpackung einen definierten Verschleißzustand erreicht hat.
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Aus US 2009/ 0 105 032 A1 ist ein Stirnraddifferentialgetriebe bekannt, das ein erstes und ein zweites Sonnerad aufweist, wobei diese beiden Sonnenräder über Axiallager in einem Umlaufgehäuse abgestützt sind. Über die an den Sonnenrädern angreifenden Zahnreaktionskräfte erfolgt eine reibschlüssige Koppelung der Sonnenräder im Zusammenspiel mit Reibelementen die kinematisch direkt zwischen den Sonnenrädern, oder zwischen den Sonnenrädern und dem Umlaufgehäuse wirksam sind.
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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.
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Bei bestimmten Anwendungsfällen, insbesondere bei Allradfahrzeugen werden Differentialgetriebe eingesetzt, die dann, wenn kein Allradantrieb erforderlich ist, eine schaltbare Unterbrechung des Antriebsstranges ermöglichen, um das Fahrzeug über lediglich eine Achse anzutreiben und hierdurch die Reibungsverluste des momentan nicht erforderlichen, ansonsten mitgeschleppten Antriebssystems zu reduzieren. Ein entsprechendes Differentialgetriebe ist beispielsweise aus
DE 10 2008 037 885 A1 bekannt.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Differentialgetriebe zu schaffen, das eine schaltbare Aufhebung der Antriebsverbindung zwischen dem Leistungseingang und den beiden Leistungsausgängen ermöglicht und sich durch einen hinsichtlich der inneren Kräfteführung vorteilhaften Aufbau auszeichnet.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Differentialgetriebe mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Danach ist vorgesehen, dass die an der Bremseinrichtung angreifende Axialkraft zur selektiven Generierung einer Antriebsverbindung zwischen dem Planetenträger und dem Umlaufgehäuse über ein erstes Axiallager geführt wird, das sich an einer radialen Stirnfläche des ersten Lageraußenringes des ersten Wälzlagers abstützt.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Differentialgetriebe zu schaffen, bei welchem die zur Herbeiführung eines Kopplungszustandes der Bremseinrichtung erforderlichen axialen Kräfte in vorteilhafter Weise über den Lageraußenring des ersten Lagers in das Getriebegehäuse abgetragen werden können. Dieses erste Wälzlager ist vorzugsweise als radial und axial tragendes Schrägkugellager ausgebildet. Alternativ hierzu ist es auch möglich, das erste Wälzlager als radial und axial tragendes Kegelrollenlager, oder insbesondere auch als Schräg-Tonnenlager auszubilden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Axiallager als Zylinderrollenlager ausgeführt, dessen Zylinderrollenunmittelbar auf der Stirnfläche des ersten Lageraußenringes abrollen. Die Zylinderrollen selbst sind vorzugsweise in einer Käfigeinrichtung geführt. Die Käfigeinrichtung kann dabei so ausgebildet sein, dass diese eine Verliersicherung bildet, die als solche bei der Montage des Getriebes oder auch im Falle eines anderweitigen axialen Abwanderns des Umlaufgehäuses von dem Lageraußenring die Wälzkörper korrekt zusammenhält.
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Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Differentialgetriebe weiterhin derart ausgebildet, dass das erste Axiallager einen ersten Axiallagerlaufring umfasst, an welchem die Wälzkörper des ersten Axiallagers axial abgestützt sind. Dieser Axiallagerlaufring kann einen Rinnenquerschnitt bilden, dessen Bodenfläche die radiale Wälzkörperlauffläche darstellt. In diesem Rinnenquerschnitt werden die Wälzkörper vorteilhaft radial und zudem verliersicher geführt.
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In vorteilhafter Weise ist auf einer dem ersten Axiallager abgewandten Seite des Umlaufgehäuses ein zweites Axiallager vorgesehen. Dieses zweite Axiallager kann wiederum so ausgebildet sein, dass dieses einen zweiten Axiallagerlaufring umfasst der baugleich zu dem vorangehend genannten ersten Axiallagerlaufring ausgebildet ist. Die Wälzkörper dieses zweiten Axiallagers laufen vorzugsweise auf der Stirnfläche eines Ringkolbens, der als solcher der Generierung einer die Bremslamellenpackung selektiv belastenden Axialkraft dient.
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Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Stirnraddifferentialgetriebe ausgebildet und weist ein erstes Abtriebssonnenrad, ein zweites Abtriebssonnenrad, sowie eine in dem Planetenträger aufgenommene Planetenanordnung zur gegensinnig drehbewegbaren Koppelung der beiden Abtriebssonnenräder auf.
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Die Planetenanordnung ist vorzugsweise wiederum derart gestaltet, dass diese mehrere Umlaufplaneten umfasst, die als solche um Planetenachsen drehbar sind, die parallel zur Getriebeachse ausgerichtet sind. Die Bremseinrichtung ist derart ausgebildet, dass sich die Bremslamellenpackung auf dem Radialniveau der Planetenachsen befindet.
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Das erste Axiallager ist hierbei vorzugsweise ebenfall derart gestaltet, dass der Laufbahndurchmesser des ersten Axiallagerlaufringes sich auf dem Radialniveau der Bremslamellenpackung befindet.
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Das in dem Getriebegehäuse um die Getriebeachse drehbar gelagerte Umlaufgehäuse ist gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung vorzugsweise als Topfgehäuse ausgebildet, wobei die Axialkraftübertragung zwischen dem Planetenträger und dem ersten Axiallagerlaufring über Stempelelemente bewerkstelligt wird, die axial schwimmend durch eine Bodenfläche des Topfgehäuses hindurchgeführt sind.
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Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe ist in vorteilhafter Weise weiterhin derart ausgebildete, dass sich die Bremslamellenpackung aus mehreren, als Ringscheiben ausgebildeten Bremslamellen zusammensetzt. Diese Bremslamellen können als flache Stahlblechringscheiben ausgeführt sein, die ggf. mit einem Reibmaterialbelag beschichtet sind. Die Bremslamellenpackung kann dabei so aufgebaut werden, dass diese Bremslamellen umfasst, die über eine Innenumfangskontur drehfest, jedoch axial verschiebbar mit dem Planetenträger kinematisch gekoppelt sind. Weiterhin umfasst die Bremslamellenpackung dann auch Bremslamellen, die über eine Aussenumfangskontur drehfest, jedoch axial verschiebbar mit dem Umlaufgehäuse kinematisch gekoppelt sind.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die axiale Abstützung der Bremslamellenpackung unter Einbindung eines Druckringelements bewerkstelligt, wobei sich dieses Druckringelement auf den Stirnflächen der Planetenlagerbolzen abstützt.
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Das zur Aufnahme des Planetenträgers vorgesehene, vorangehend bereits genannte Umlaufgehäuse, ist vorzugsweise als zweiteiliges Topfgehäuse ausgebildet, das sich aus einem ersten Topfelement und einem zweiten Topfelement zusammensetzt, wobei das erste Topfelement einen sich radial einwärts erstreckenden Bodenabschnitt aufweist. Jener Bodenabschnitt des ersten Topfelementes kann mit kreiszylindrischen Durchbrüchen versehen werden, die in vorzugsweise gleicher Umfangsteilung abfolgend jenen Bodenabschnitt axial durchsetzen. In diesen Durchbrüchen können dann Stempelelemente eines ersten Satzes an Stempelelementen aufgenommen sein, wobei diese Stempelelemente in Richtung der Planetenachsen in den Durchbrüchen axial verlagerbar geführt sind. Diese Stempelelemente fungieren als Druckkraftübertragungsorgane zwischen dem Innenbereich des Topfgehäuses und dem Außenbereich desselben.
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Der auf einer der Bremslamellenpackung abgewandten Seite der Stempelelemente an diese Stempelelemente angesetzte Laufrollenführungsring ist über ein Ringkolbenelement axial belastbar, zum axialen Zusammenpressen der Bremslamellenpackung. Dieses Ringkolbenelement ist vorzugsweise in einer zur Getriebeachse konzentrischen Ringkammer aufgenommen und nach Maßgabe eines an die Ringkammer angelegten Fluiddruckes axial verfahrbar. Dieses Ringkolbenelement drängt bei entsprechendem Fluiddruck die an diesem anlaufenden Laufrollen des Laufrollenführungsringes zum Planetenträger, d.h. in Richtung auf die Bremslamellenpackung.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Planetenträger auf seiner der Bremslamellenpackung abgewandten Seite ebenfalls durch Stempelelemente abgestützt, die wiederum durch eine Bodenfläche des Umlaufgehäuses hindurchgeführt sind und sich stirnseitig auf dem ersten Laufrollenring abstützen. Diese Stempelelemente können baugleich zu den vorangehend genannten ersten Stempelelementen ausgebildet sein.
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An das Umlaufgehäuse ist vorzugsweise ein Tellerrad angesetzt. Die Leistungseinleitung in das Umlaufgehäuse wird über dieses Tellerrad bewerkstelligt. Im Zusammenspiel mit diesem Tellerrad kann ein Winkelgetriebe realisiert werden. Diese Bauform eignet sich insbesondere für den Einsatz als temporär abschaltbares Hinterachsdifferential. Es ist auch möglich, anstelle des Tellerrades zur Einleitung der Antriebsleistung ein Stirnrad anzuordnen.
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Das hier vorgesehene im Inneren des Umlaufgehäuses aufgenommene Innendifferential ist als Stirnraddifferential mit zwei über eine Planetenanordnung gegensinnig drehbewegbaren Abtriebssonnenrädern ausgeführt. Dieses Stirnraddifferential wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einer Verzahnung nach Wildhaber/Novikov ausgeführt. Einzelheiten zu den hierbei an den jeweiligen Zahnrädern vorzugsweise realisierten Geometrien, sowie zu den Kopf- und Fußkreisdurchmessern der Abtriebssonnenräder und den an diesen angreifenden Umlaufplanetenrädern sind in der Figurenbeschreibung näher erläutert.
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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:
- 1 eine Axialschnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes, bei welchem die Ankoppelung des Planetenträgers an ein diesen aufnehmendes Topfgehäuse über eine Bremslamellenpackung bewerkstelligt wird, die sich bezüglich der Getriebeachse auf dem Bahn- oder Radialniveau der Planetenradlagerbolzenachsen erstreckt und bei welchem zudem die axiale Ableitung der an der Bremslamellenpackung angreifenden Axialkraft in das stationäre Getriebegehäuse über ein Axiallager erfolgt, das sich axial an einem Lageraußenring eines Lagers abstützt, welches das Umlaufgehäuse lagert.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Differentialgetriebe. Diese umfasst hier ein Getriebegehäuse G und ein Umlaufgehäuse U, das in dem Getriebegehäuse G um eine Getriebeachse X drehbar gelagert ist. In dem Umlaufgehäuse U ist ein Planetenträger 3 aufgenommen, der wiederum zur Getriebeachse X koaxial angeordnet ist.
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Das Differentialgetriebe umfasst weiterhin ein erstes Abtriebssonnenrad 1, ein zweites Abtriebssonnenrad 2 und eine in dem Planetenträger 3 aufgenommene Planetenanordnung P zur gegensinnig drehbewegbaren Koppelung der beiden Abtriebssonnenräder 1, 2. In dem Differentialgetriebe befindet sich eine Bremseinrichtung, die hier als Bremslamellenpackung BLP ausgeführt ist, zur Generierung eines den Planetenträger 3 mit dem Umlaufgehäuse U selektiv koppelnden Koppelungsmomentes nach Maßgabe einer an der Bremslamellenpackung BLP angreifenden Axialkraft F.
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Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Differentialgetriebe eine Betätigungsmechanik 5 zur Generierung jener an der Bremslamellenpackung BLP angreifenden Axialkraft F. Die Bremslamellenpackung BLP ist derart in das Differentialgetriebe eingebunden, dass diese bei entsprechender axialer Belastung den Planetenträger 3 mit dem Umlaufgehäuse U reibschlüssig koppelt. Durch diesen Ansatz wird es möglich, durch Entlastung der Bremslamellenpackung BLP die Antriebsverbindung zwischen dem Planetenträger 3 und dem Umlaufgehäuse U aufzuheben, bzw. durch axiale Belastung der Bremslamellenpackung BLP den Planetenträger 3 mit dem Umlaufgehäuse U reibschlüssig zu koppeln.
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Das hier unter Einschluss des Planetenträgers 3, der Planetenanordnung P und der Abtriebssonnenräder 1, 2 gebildete Differentialgetriebe ist als Stirnraddifferential mit zwei Abtriebssonnenrädern 1, 2 ausgeführt. Die Planetenanordnung P umfasst mehrere Umlaufplaneten P1, P2 die als solche auf Planetenbolzen 6 gelagert sind.
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Die Lagerung des Umlaufgehäuses U in dem Getriebegehäuse G wird über eine Lagereinrichtung L1, L2 bewerkstelligt die ein erstes hier als Schrägkugellager ausgeführtes, radial und axial tragendes Wälzlager L1 mit einem Lagerinnenring L1i und einen am Getriebegehäuse G festgelegten Lageraußenring L1a aufweist. Die an der Bremseinrichtung angreifende Axialkraft F wird erfindungsgemäß über ein erstes Axiallager AX1 abgeleitet, das sich an einer radialen Stirnfläche F1 des ersten Lageraußenringes L1a des ersten Wälzlagers L1 abstützt.
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Dieses erste Axiallager AX1 ist hier als Zylinderrollenlager ausgeführt. Die Zylinderrollen L1r des Zylinderrollenlagers rollen unmittelbar auf der Stirnfläche F1 des ersten Lageraußenringes L1a ab. Das erste Axiallager AX1 umfasst einen ersten Axiallagerlaufring R1, an welchem die Wälzkörper L1r des ersten AX1 Axiallagers ebenfalls axial abgestützt sind.
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Auf einer dem ersten Axiallager AX1 abgewandten Seite des Umlaufgehäuses U ist ein zweites Axiallager AX2 vorgesehen. Dieses zweite Axiallager AX2 umfasst einen zweiten Axiallagerlaufring R2. Die Wälzkörper L2r des zweiten Axiallagers AX2 stützen sich axial an dem Ringkolben RK ab.
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Die Planetenanordnung P umfasst mehrere Umlaufplaneten P1, P2, die als solche um Planetenachsen XP drehbar sind, die parallel zur Getriebeachse X ausgerichtet sind. Die Bremseinrichtung ist derart ausgebildet, dass sich die Bremslamellenpackung BLP auf dem Radialniveau der Planetenachsen XP1 befindet. Die Laufbahn des ersten Axiallagerlaufringes R1 befindet sich auf dem Radialniveau der Bremslamellenpackung.
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Das Umlaufgehäuse U ist als Topfgehäuse ausgebildet und die Axialkraftübertragung zwischen dem Planetenträger 3 und dem ersten Axiallagerlaufring R1 wird über Stempelelemente Q1 bewerkstelligt, die axial schwimmend durch eine Bodenfläche des Topfgehäuses hindurchgeführt sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Differentialgetriebe sind die Bremslamellenpackung BLP und der Planetenträger 3 derart aufeinander abgestimmt ausgebildet, dass sich die Bremslamellenpackung BLP und auf dem Radial- oder Bahnniveau der zur Getriebeachse X parallelen Planetenachsen XP befindet. Durch diesen speziellen Aufbau wird erreicht, dass die an der Bremslamellenpackung BLP angreifende Axialkraft F unter Einschluss der zur Getriebeachse X parallel ausgerichteten Planetenbolzen 6 „geradlinig gestreckt“ durch den Planetenträger 3 hindurch axial auf den Laufring R1 abgeleitet werden kann.
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Die Bremslamellenpackung BLP weist einen Satz erster ringartiger Bremslamellen 4a auf, die über eine Innenrandkontur mit dem Planetenträger 3 axial verschiebbar, jedoch drehfest in Eingriff stehen. Die Bremslamellenpackung BLP weist einen Satz zweiter Bremslamellen 4b auf, die über eine Außenrandkontur mit dem Umlaufgehäuse U axial verschiebbar, jedoch drehfest in Eingriff stehen. Diese Bremslamellen 4a, 4b sind als flache Stahlblechringscheiben ausgeführt und vorzugsweise mit einem Reibmaterialbelag beschichtet.
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Die axiale Abstützung der Bremslamellenpackung BLP an den Planetenlagerbolzen 6 erfolgt unter Einbindung eines Druckringelements 4d, das sich auf den Stirnflächen der Planetenlagerbolzen 6 abstützt. Der Planetenträger 3 und die Bremslamellenpackung BLP sind insgesamt so abgestimmt, dass der Radialabstand der jeweiligen Planetenbolzenachse XP von der Getriebeachse X größer ist als der Innendurchmesser einer Bremslamelle 4a, 4b und zudem kleiner ist als der Außendurchmesser jener Bremslamelle 4a, 4b.
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Das zur Aufnahme des Planetenträgers 3 vorgesehene Umlaufgehäuse U ist als zweiteiliges Topfgehäuse ausgebildet und setzt sich aus einem ersten Topfelement U1 und einem zweiten Topfelement U2 zusammen, wobei das erste Topfelement U1 einen sich radial einwärts erstreckenden Bodenabschnitt U1a aufweist. Jener Bodenabschnitt U1a des ersten Topfelementes U1 ist hier mit kreiszylindrischen Durchbrüchen D1 versehen, die in gleicher Umfangsteilung abfolgend jenen Bodenabschnitt U1a axial durchsetzen. In diesen Durchbrüchen D1 sitzen die Stempelelemente Q2 eines Satzes an Stempelelementen. Diese Stempelelemente Q2 sind in Richtung der Planetenachsen XP in den Durchbrüchen D1 axial verlagerbar geführt. Diese Stempelelemente Q2 fungieren als Druckkraftübertragungsorgane zwischen dem Innenbereich des Topfgehäuses U und dem Außenbereich desselben. Auf einer der Bremslammelenpackung BLP abgewandten Seite der Stempelelemente Q2 ist an diese Stempelelemente Q2 ein Laufrollenführungsring R2 angesetzt, der unter Zwischenschaltung der Laufrollen L2r über ein Ringkolbenelement RK axial belastbar ist, zum axialen Zusammenpressen der Bremslamellenpackung BLP.
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Der Ringkolben RK ist in einer zur Getriebeachse X konzentrischen Ringkammer RC aufgenommen und nach Maßgabe eines an die Ringkammer RC über einen Fluidkanal C1 angelegten Fluiddruckes axial verfahrbar. Dieser Ringkolben RK drängt die an diesem anlaufenden Laufrollen L2r des Laufrollenführungsringes R2 zum Planetenträger 3, d.h. in Richtung auf die Bremslamellenpackung BLP. Die vorgenannte Ringkammer RK ist hier direkt in das Getriebegehäuse G eingeformt.
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Der Planetenträger 3 ist auf seiner der Bremslamellenpackung BLP abgewandten Seite ebenfalls durch Stempelelemente Q1 abgestützt, die wiederum durch eine Bodenfläche U2a des Umlaufgehäuses U hindurchgeführt sind und sich stirnseitig auf dem ersten Laufrollenring R1 abstützen. Diese Stempelelemente Q1 sind baugleich zu den vorangehend genannten Stempelelementen Q2 ausgebildet.
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Der Laufrollenring R1 trägt eine Laufrollenanordnung L1r, die unmittelbar an einer Stirnfläche eines äußeren Lagerringes L1a eines das Umlaufgehäuse U lagernden Lagers L1 anläuft. Der Laufrollenring R1 kann so gestaltet sein, dass dieser durch einen Lagerinnenring L1i dieses Lagers L1 zentriert wird. Bei der hier gezeigten Ausführungsform nimmt der Lagerinnenring L1i die am Umlaufgehäuse U angreifenden radialen und axial Kräfte auf. Das Axiallager AX1 nimmt die über die Stempelelemente Q1 schwimmend aus dem Umlaufgehäuse U herausgetragenen Axialkräfte der Bremslamellenpackung BLP auf. Die Axialbelastung der ersten Lagereinrichtung L1wird damit durch die seitens des Ringkolbenelements RK generierten Stellkräfte nicht zusätzlich belastet.
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Die Stempelelemente Q1, Q2 können partiell in geeigneten Aufnahmetaschen der Laufrollenringe R1, R2 sitzen und ggf. in diesen gegen Herausfallen gesichert sein. Über die Stempelelemente Q1, Q2 kann bezüglich der Laufringe R1, R2 eine Verdrehsicherung realisiert werden, sodass die Laufringe R1, R2 zwar gemeinsam mit den diesen zugeordneten Stempelelementen Q1, Q2 axial verlagerbar sind, sich jedoch nicht gegenüber dem Umlaufgehäuse U verdrehen.
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Die vorgenannten ersten und zweiten Umlaufplaneten P1, P2 stehen miteinander unmittelbar in Eingriff und sind damit derart miteinander getrieblich gekoppelt, dass sich diese gegensinnig drehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei Umlaufplaneten P1 vorgesehen, die mit dem ersten Abtriebssonnenrad 1 in Eingriff stehen. Diese mit dem ersten Abtriebssonnenrad 1 in Eingriff stehenden Umlaufplaneten P1 bilden einen ersten Umlaufplanetensatz. Weiterhin sind bei diesem Ausführungsbeispiel insgesamt drei Umlaufplaneten P2 vorgesehen, die mit dem zweiten Abtriebssonnenrad 2 in Eingriff stehen. Diese mit dem zweiten Abtriebssonnenrad 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 Abtriebssonnenrad 1.
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Das erste Abtriebssonnenrad 1 und das zweite Abtriebssonnenrad 2 sind hinsichtlich der Verzahnungsgeometrie derart aufeinander abgestimmt, dass der Kopfkreis der Stirnradverzahnung 1a des ersten Abtriebssonnenrades 1 kleiner ist als der Fußkreis der Abtriebssonnenradverzahnung 2a des zweiten Abtriebssonnenrades 2. Die Umlaufplaneten P1 des ersten Satzes greifen im Bereich der Verzahnungsebene des ersten Abtriebssonnenrades 1 in die Umlaufplaneten P2 des zweiten Satzes ein. Die beiden Abtriebssonnenräder 1, 2 befinden sich damit in unmittelbarer Nachbarschaft.
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Die beiden Abtriebssonnenräder 1, 2 sind derart ausgebildet, dass die Abtriebssonnenradverzahnung 1a des ersten Abtriebssonnenrades 1 und die Abtriebssonnenradverzahnung 2a des zweiten Abtriebssonnenrades 2 gleiche Zähnezahlen aufweisen. Auch die Umlaufplaneten P1 des ersten Satzes und die Umlaufplaneten P2 des zweiten Satzes weisen gleiche Zähnezahlen auf. Die Einleitung der Antriebsleistung in das Differentialgetriebe erfolgt über das Tellerrad 7 in das Umlaufgehäuse U. Über die Umlaufplaneten P1, P2 erfolgt eine symmetrische Momentenaufteilung und Leistungsverzweigung auf die Abtriebssonnenräder 1, 2. An den Abtriebssonnenrädern 1, 2 sind Bundabschnitte 1b, 2b ausgebildet. Diese Bundabschnitte 1b, 2b sind mit einer Innenverzahnung 1c, 2c versehen. In diese Innenverzahnung 1c, 2c können entsprechend komplementär verzahnte Endabschnitte von Radantriebswellen, oder anderweitigen 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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Das an das Umlaufgehäuse U drehfest angesetzte Tellerrad 7 wird über ein Hauptantriebsritzel 8 angetrieben. Das Tellerrad 7 und das Hauptantriebsritzel 8 bilden ein Winkelgetriebe. Die hier gezeigte Ausführungsform eignet sich damit insbesondere als Achsdifferential für eine selektiv vom Hauptantriebsstrang abkoppelbare Hinterachse. Anstelle der hier gezeigten Drehmomenteneinleitung über ein Winkelgetriebe ist es auch möglich, am Umlaufgehäuse U ein Stirnrad vorzusehen, das beispielsweise über ein weiteres Stirnrad angetrieben wird. Eine derartige Variante eignet sich dann insbesondere für den direkten Anbau an ein Fahrzeuggetriebe.
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Der Planetenträger 3 sitzt zwischen dem Ringelement R und der Bremslamellenpackung BLP. Die Axialkraftübertragung zwischen dem Ringelement R und der Bremslamellenpackung BLP erfolgt hier primär über die Planetenbolzen 6 und den durch diese ausgesteiften Planetenträger 3 selbst.
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Der Planetenträger 3 setzt sich aus zwei Trägerschalen 3a, 3b und einem Trägerzapfen 3c zusammen. Die Trägerschalen 3a, 3b sind jeweils als Blechumformteile gefertigt. Diese beiden Trägerschalen 3a, 3b und der Trägerzapfen 3c sind miteinander verschweißt. An der ersten Trägerschale 3a sind hierzu Stege ausgebildet die als solche den Verzahnungsbereich überbrücken. Die erste Trägerschale 3a bildet eine Innenbohrung in welcher ein Fortsatz des ersten Abtriebssonnenrades 1 drehbar aufgenommen ist. Die Bremslamellenpackung BLP sitzt auf dem Trägerzapfen 3c. Durch Festbremsen der Bremslamellenpackung BLP ist damit der Planetenträger 3 mit dem Umlaufgehäuse U reibschlüssig koppelbar. Die Bremslamellenpackung BLP und die zur axialen Belastung derselben vorgesehene Stellmechanik 5 ist so ausgelegt, dass über diese Bremslamellenpackung BLP in axial belasteten Zustand das am Tellerrad 7 anliegenden Antriebsmoment auf den Planetenträger 3 übertragen werden kann.
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Die Lagerung des Planetenträgers 3 in dem Umlaufgehäuse U erfolgt über ein erstes Nadellager N1 und ein zweites Nadellager N2. Die Lagerung des Umlaufgehäuses U in dem Getriebegehäuse G erfolgt über die Schrägkugellager L1, L2. Diese Schrägkugellager L1, L2 leiten auch die am Tellerrad 7 angreifenden, radial und axial gerichteten Zahnradreaktionskraftkomponenten in das Getriebegehäuse G ab. Das Lager N1 und auch das Lager N2 müssen jeweils keine axialen Kräfte ableiten. Hauptzweck dieser Lager N1, N2 ist die Zentrierung und Lagerung des Planetenträgers 3 in dem Umlaufgehäuse U. Am Getriebegehäuse G sind Passsitze S1, S2 ausgebildet, in welche Wellendichtringe (nicht dargestellt) eingesetzt werden können. Diese dienen zur Abdichtung des Getriebegehäuses gegen die Steckwellen.
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Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes ist wie folgt: Über das Hauptantriebsritzel 8 wird das Tellerrad 7 angetrieben. Das Tellerrad 7 ist drehfest an dem Umlaufgehäuse U fixiert. Demgemäß wird über das Tellerrad 7 das Umlaufgehäuse U in Drehung versetzt. Dieses Umlaufgehäuse U ist konzentrisch zu einer Getriebeachse X angeordnet und über die Lager L1, L2 drehbar im Getriebegehäuse G gelagert.
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Gemeinsam mit dem Umlaufgehäuse U werden auch die mit diesem drehfest gekoppelten Bremslamellenringe 4b der Bremslamellenpackung BLP in Drehung versetzt. Die Bremslamellenpackung BLP wird axial durch den Druckring 4d und die Ringplatte 4c nach Maßgabe der durch die Stellmechanik 5 generierten Axialkraft F belastet und damit ggf. in einen Koppelungszustand verbracht, in welchem das Umlaufgehäuse U und der Planetenträger 3 reibschlüssig gekoppelt sind. Innerhalb des Planetenträgers 3 erfolgt eine Leistungsverzweigung über die Planeten P1, P2 auf die Abtriebssonnenräder 1, 2.
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Das hier in dem Umlaufgehäuse U aufgenommene Umlaufrädergetriebe bildet, wie bereits ausgeführt, ein Stirnraddifferential. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Abtriebssonnenräder 1, 2 und die Planetenräder P1, P2 der Planetenanordnung P mit einer Verzahnung nach Wildhaber/Novikov versehen. Das erste Abtriebssonnenrad 1 hat hierbei eine Verzahnung mit kleinem Kopfreis und konkaven Zahnflankenflächen. Das zweite Abtriebssonnenrad 2 hat eine Verzahnung mit großem Kopfreis und konvexen Zahnflankenflächen. Der Kopfkreisdurchmesser des ersten Abtriebssonnenrades 1 und der theoretische Fußkreis des zweiten Abtriebssonnerades 2 entsprechen in etwa dem identischen Teilkreisdurchmesser. Beide Zahnräder 1, 2 haben gleiche Zähnezahlen. Das erste Abtriebssonnenrad 1 steht mit den Umlaufplaneten P1 in Eingriff, das zweite Abtriebssonnenrad 2 steht mit den Umlaufplaneten P2 in Eingriff. Die Umlaufplaneten P1 haben einen großen Kopfkreisdurchmesser und bilden konvexe Zahnflanken. Die Umlaufplaneten P2 haben einen kleinen Kopfkreisdurchmesser und bilden konkave Zahnflanken. Die Umlaufplaneten P1, P2 stehen paarweise miteinander in Eingriff. Der Eingriff erfolgt in der Eingriffsebene der ersten Umlaufplaneten P1 in das erste Abtriebssonnenrad 1. Die ersten Umlaufplaneten P1 haben eine Axiallänge die im wesentlichen der Axiallänge der Verzahnung 1a des ersten Abtriebssonnenrades 1 entspricht. Die zweiten Umlaufplaneten P2 haben eine Axiallänge die im wesentlichen der Summe der Axiallängen der Verzahnungen 1a, 2a beider Abtriebssonnenräder 1, 2 entspricht.
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Die Planetenbolzen 6 stützen sich axial an dem Druckringelement R ab. Dieses Druckringelement R wird wiederum durch die Stempelelemente Q1, die axial verschiebbar in der Bodenwandung U2a des Topfgehäuses geführt sind, gestützt. Die Stempelelemente Q1 stützen sich axial auf dem Laufring R1 des ersten Axiallagers AX1 ab. Die Laufrollen L1r dieses ersten Axiallagers AX1 laufen direkt auf einer Ringstirnfläche F1 des Lageraußenringes des Schrägkugellagers L1, das als solches das Umlaufgehäuse U in dem Getriebegehäuse G lagert.
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Der Lageraußenring L1a, das Axiallager AX1, die Planetenbolzen 6 und die Bremslamellenpackung BLP sind derart aufeinander abgestimmt ausgebildet, dass eine weitgehend geradlinige Axialkraftdurchleitung durch den Planetenträger und die Ableitung in das Getriebegehäuse G auf dem Radialniveau der Bremslamellenpackung BLP erfolgt.
