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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Planetendifferentialgetriebe, insbesondere einem Stirnraddifferential, und noch genauer mit einer neuartigen Lageranordnung für ein derartiges Getriebe. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Planetendifferential mit einem Antriebsrad und zwei in einem Planetenträger gelagerten Planetenradsätzen, von denen ein Planetenrad des einen Planetenradsatzes in ein erstes Sonnenrad eingreift und ein Planetenrad des anderen Planetenradsatzes in ein zweites Sonnenrad eingreift, wobei der Planententräger über zumindest ein Wälzlager an einem Gehäuse radial drehbar und axial positionsbestimmt ist, wobei das zumindest eine Wälzlager wenigstens eine erste und eine zweite Lagerschale umfasst, die je einen Flanschendabschnitt benachbart zu den Laufflächen so aufweisen.
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Nachdem als Differentialgetriebe insbesondere für hohe Kräfte und Momente, wie sie beispielsweise bei Kraftfahrzeugen auftreten, seit rund hundert Jahren Kegelraddifferentialgetriebe verwendet wurden, wurde 2002 von der FZG München ein – an sich ebenso lange bekanntes – Planetendifferential als Stirnraddifferential so weiterentwickelt, dass es bei gleicher Leistung kompakter und leichter war. Dieses Planetendifferentialgetriebe wurde in den folgenden Jahren weiter verbessert.
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Bei derartigen Planetendifferentialen treibt eine Abtriebswelle eines Motors ein Stirn- oder Tellerrad als Antriebsrad an, das zusammen mit einem daran befestigten Planetenträger um die gemeinsame Achse des Planetendifferentials (die gemeinsame Achse von Gehäuse, Stirnrad, Planetenträger und Abtriebswellen des Differentials) drehbar ist. Das über das Stirnrad eingeleitete Drehmoment wird an den Planetenträger abgegeben. Der Planetenträger trägt mindestens zwei über einen Teil ihrer Verzahnungsbreite ineinandergreifende Planetenräder, von denen jedes zudem in eines aus zwei Sonnenrädern des Differentials eingreift. Üblicherweise wird das Drehmoment über mehrere Planetenradpaare übertragen, die gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Die beiden Sonnenräder sind mit den Abtriebswellen des Planetendifferentials verbunden.
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Beispielsweise zeigt die
WO 2008/110425 A2 ein Planetenraddifferential, das besonders kompakt ausgebildet ist, dessen Bauteile sich einfach herstellen lassen und das sich einfach montieren lässt. Auch die
DE 10 2007 040 478 A1 offenbart ein derartiges Planetendifferential, wobei diese Druckschrift größeren Wert auf Leichtbau bei hoher Drehmomentkapazität legt.
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Die
DE 10 2011 087 581 A1 kann ebenfalls beispielhaft herangezogen werden, um die Funktionsweise von Planetendifferentialgetrieben wie Stirnraddifferentialgetrieben zu erläutern. Die geometrischen und funktionalen Besonderheiten der besagten drei Druckschriften sollen als hier integriert gelten.
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Der Vorteil derartiger Planetendifferentiale ist eine deutliche Verringerung der Baulänge. Insbesondere bei „Fronttrieblern” mit quer eingebautem Motor kann ein Planetendifferential gegenüber einem Kegelraddifferential beachtliche Baulängeneinsparungen von bis zu 75% erzielen, das bedeutet, dass das Planetendifferential mit einem Viertel der Länge des Kegelraddifferentials auskommt. Dadurch verbleibt mehr Raum für andere Bauteile wie Motor, Getriebe und Kupplungsgehäuse.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen und ein Planetendifferential zu schaffen, das kostengünstiger und einfacher herstellbar ist, wobei möglichst auch eine Gewichtsreduktion erzielt werden soll.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass beide Flanschendabschnitte parallel zueinander ausgerichtet sind.
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Ein erfindungsgemäßes Planetenraddifferential zeichnet sich dadurch aus, dass im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik die benachbart zu den Laufflächen liegenden Flanschendabschnitte (oder auch „Ränder”) der beiden Wälzlagerschalen eines Lagers parallel zueinander ausgerichtet sind. In der Regel sind Planetenradträger von Planetenraddifferentialen über mindestens zwei Wälzlager gelagert. Jedes Wälzlager besteht aus zwei Lagerschalen (einer inneren und einer äußeren, auch Außenring und Innenring genannt), einem Wälzkörperkäfig und den Wälzkörpern, also Kugeln, Kegeln, Rollen, Nadeln, Tonnen oder dergleichen. Bei herkömmlichen Planetenraddifferentialen sind die Lagerschalen so konzipiert, dass sie einerseits einfach, insbesondere umformtechnisch, herzustellen sind, andererseits im Planetenraddifferential sicher verankerbar sind. Dazu wurden die von den Laufflächen entfernten Flanschendabschnitte insbesondere umformtechnisch besonders ausgeformt, um sie geeignet im Differential aufzunehmen. Auf die Ausrichtung der Flanschendabschnitte auf der Seite der Laufflächen wurde dagegen bisher nicht weiter geachtet. Durch die nun vorgeschlagene Ausrichtung der Endabschnitte wird jedoch, wie aus den Ausführungsbeispielen deutlicher hervorgeht, kostengünstig eine kompaktere Bauweise des Planetendifferential ermöglicht. Zudem kann ein besserer Schutz vor Verschmutzung und nachfolgendem Verschleiß der Lager erzielt werden, ohne die genannten Vorteile aufgeben zu müssen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass beide Flanschendabschnitte der ersten Lagerschale in die (gleiche) axiale Richtung weisen oder in die gleiche zur Axialrichtung schräg ausgerichtete Querrichtung. Weisen beide Flanschendabschnitte der ersten Lagerschale in dieselbe axiale Richtung, kann diese Lagerschale durch einen Umformvorgang (z. B. Tiefziehen eines geeigneten Blechhalbzeugs) mit einem vergleichsweise geringeren Hub und dadurch kürzerer Taktzeit gefertigt werden. Dadurch kann die Lagerschale kostengünstiger hergestellt werden.
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Eine andere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lagerschale Flanschendabschnitte aufweist, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Selbstverständlich sind die Vorteile, die sich für eine erste Lagerschale wie vorstehend beschrieben ergeben, auch für die zweite Lagerschale gültig, d. h. in diesem Fall kann diese zweite Lagerschale ebenfalls kostengünstig hergestellt werden. Weisen zudem die Flanschendabschnitte der zweiten Lagerschale in dieselbe axiale Richtung, ergeben sich die vorstehend mit Bezug auf die erste Lageschale beschriebenen Vorteile auch für die zweite Lagerschale. Werden beide Lagerschalen derart hergestellt, können daher die Massenfertigungskosten weiter minimiert werden. Alternativ ist jedoch auch möglich, dass die Flanschendabschnitte der zweiten Lagerschale in einander entgegengesetzte axiale Richtungen weisen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Lagerring wenigstens eines der Wälzlager einen U- oder C-förmigen Querschnitt aufweist. Ein solcher Querschnitt ist einfach umformtechnisch in Massenfertigung herzustellen. Gleichzeitig umschließt ein Lagerring in „U”- oder „C”-Form die Wälzkörper und deren Käfig besonders eng, so dass im Regelfall eine sehr kompakte Lagerform entsteht, die wiederum zu einer Verringerung der Baugröße des Endprodukts beiträgt.
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Es ist auch von Vorteil, wenn sich zwei Flanschendabschnitte überlappen. Wenn die Lagerschalen parallel ausgerichtet sind, können sich die Flanschendabschnitte zweier Lagerschalen überlappen. In diesem Fall kann beispielsweise eine Lagerschale einen Flanschendabschnitt einer zweiten Lagerschale umgreifen. Dadurch erhält der Konstrukteur weitere Freiheiten beim Ausführen einer erfindungsgemäßen Konstruktion. Beispielsweise kann der Außenring mit wenigstens einem Schenkel in das Maul des Innenrings eingreifen.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Flanschendabschnitte der beiden Lagerringe axial oder radial aufeinander zu weisen. Weisen die Flanschendabschnitte aufeinander zu, ergibt sich daraus, dass das Lager die Wälzkörper umschließt. Vorzugsweise betragen insbesondere in dieser Ausführungsform die Spaltmaße zwischen den Lagerringen maximal 30% des Wälzkörperdurchmessers. Größere Spaltmaße können im Betrieb dazu führen, dass Schmutz in die Lager eindringt und somit die Lagerlebensdauer verkürzt. Durch die vorgeschlagene und weiter spezifizierte Ausführungsform kann die Verschmutzung der Wälzkörper und der Laufflächen begrenzt werden, was die Lebensdauer der Lager erhöht.
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Wenn der Sitz des Innenrings im Gehäuse im Durchmesser größer als der Sitz des Planetenträgers auf dem Außenring und größer als der Teilkreis der Wälzkörper ist, so stellen sich weitere Vorteile ein. In einer derartigen Ausführungsform ist der Innenring des Lagers radial außerhalb des Teilkreises der Wälzkörper und der Außenring radial innerhalb des Teilkreises der Wälzkörper abgestützt. Auf diese Weise kann das Lager kleiner, kompakter und billiger hergestellt werden. Gleichzeitig kann auch Material um das Lager herum gespart werden, da der Lagersitz des Außenrings nahezu auf dem gleichen Durchmesser wie die Laufbahn des Innenrings liegt. In anderen Worten ist der Lagersitz eines Innenrings jedes Wälzlagers maximal um den Durchmesser eines Wälzkörpers weiter außen als der Lagersitz des Außenrings des Wälzlagers angeordnet, und/oder der Lagersitz des Außenrings jedes Wälzlagers maximal um den Durchmesser eines Wälzkörpers weiter innen als der Lagersitz des Innenrings des Wälzlagers angeordnet. Auf diese Weise können die Lager so angeordnet werden, dass sie in radialer Richtung extrem kompakt bauen.
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Dazu umgreift der Innenring die Wälzkörper teilweise auch außen und/oder der Außenring umgreift die Wälzkörper auch innen. Somit ergibt sich eine radial extrem kompakte Bauweise des Planetendifferentials.
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Im bekannten Stand der Technik, wie in 1 gezeigt, wird dagegen sowohl der Innenring als auch der Außenring des Lagers radial innerhalb des Teilkreises der Wälzkörper abgestützt. Dazu werden speziell geformte Innen- und Außenringe umformtechnisch hergestellt und das Lager wie in 1 gezeigt aufgebaut.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Planetendifferential dadurch gekennzeichnet, dass es als Stirnraddifferential ausgebildet ist. Stirnraddifferentiale werden auf Grund ihrer geringen Baulänge und großen Momentenübertragungsfähigkeiten insbesondere bei frontgetriebenen Kraftfahrzeugen „Fronttrieblern”) eingesetzt.
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Die hier beschriebenen Lagerungen können besonders erfolgreich in Planetendifferentialen eingesetzt werden, in denen zwei Lager in O-Anordnung gegeneinander verspannt sind. Die bereits angesprochene Verringerung der Baulänge gegenüber herkömmlichen Kegelraddifferentialen bedingt auch eine Verringerung des Stützlagerabstands von Planetendifferentialen im Vergleich zum Kegelraddifferential. Das könnte mit herkömmlicher schwimmender oder Fest-Loslagerung dazu führen, dass Schwingungen und Kräfte, die beispielsweise von Rädern über die Differentialabtriebswellen oder über die Antriebswelle in das Planetendifferential eingeleitet werden, zu Kippmomenten führen, die das Planetendifferential langfristig beschädigen. Dies könnte dazu führen, dass das Differential, insbesondere seine Lagerung, stabiler und damit in der Regel teurer und schwerer werden muss.
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Um derartige Kippmomente aufzunehmen, wird daher bei einem erfindungsgemäßen Planetendifferential der Planetenträger im Regelfall mit einer angestellten Stützlagerung gegen das Außenrad (Stirn- oder Tellerrad) in einer sogenannten O-Anordnung gelagert. Dies bedeutet, dass je ein Wälzlager auf jeder Seite des Planetendifferentials so angeordnet wird, dass die beiden Lager axial gegeneinander verspannbar sind. Im verspannten Zustand wird ständig auf beide Lager eine axiale Kraft ausgeübt, die bewirkt, dass sich die Wälzelemente, z. B. Lagerkugeln oder Lagerrollen, auf einer gegenüber der Differentialachse schräg geneigten Fläche statt auf einer dazu senkrechten Fläche bewegen. Noch genauer werden die Außenlagerringer axial aufeinander zu und die Innenlagerringer axial voneinander weg gedrückt.
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Daher liegen die Laufflächen der Wälzelemente in jedem einzelnen Lager so, dass Senkrechte durch die Laufflächen (und die Wälzelemente) außerhalb der Lager auf der Mittelachse des Differentials aufeinandertreffen. Verbindet man diese Senkrechten durch zwei Lager miteinander so, dass sie sich auch (bei gleichen Lagerdurchmessern üblicherweise in der Mitte) zwischen den Lagern schneiden, so ergibt sich eine Raute als das für diese Anordnung namensgebende „O”. Eine derartige O-Lagerung kann ein größeres Kippmoment aufnehmen als eine Fest-Loslagerung mit gleichem Lagerabstand, da der Abstand der Druckmittelpunkte bzw. Schnittpunkte der genannten Senkrechten (auf der Achse des Differentials) größer ist als beispielsweise bei einer Fest-Los-Lagerung oder einer schwimmenden Lagerung, bei denen die Laufflächen senkrecht aufeinander und somit die Druckmittelpunkte im Zentrum der Lauffläche liegen. Durch die Aufnahme des größeren Kippmoments wird eine Verformung der gelagerten Elemente vermieden. Gleichzeitig wird auch ein leiserer Lauf erzielt und die Lagerlebensdauer erhöht, da ein „Ausschlagen” der Laufflächen auf Grund der Vorspannung praktisch nicht möglich ist.
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Weiter bevorzugt erfüllen die Maße der Lagerung bei der „O”-Anordnung die Ungleichung B/(D – d) > 1, wobei B der Abstand der beiden Lager voneinander, die sogenannte Lagerbreite, D der Außendurchmesser des Lagers und d der Innendurchmesser des Lagers ist. Dies bedeutet in anderen Worten, dass die Lagerbreite mindestens gleich groß wie oder größer als der Unterschied zwischen Innen- und Außendurchmesser ist. Somit ist der Lagerabstand mindestens gleich groß wie der Unterschied zwischen Innen- und Außendurchmesser der Lager, was zu einer effektiven Erhöhung des Kippmoments im Vergleich zu einer herkömmlichen Fest-Loslagerung oder schwimmenden Lagerung führt.
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Vorzugsweise werden die Innen- und Außenringe der Lagerung spanlos hergestellt. Spanlose Herstellverfahren sind insbesondere in der Massenfertigung kostengünstig, da der Werkstoff effizient ausgenutzt wird, weniger Abfälle als bei spanenden Verfahren entstehen und auch die Werkzeugkosten pro Teil günstiger sind. Insbesondere werden die Rohlinge der Innen- und/oder Außenringe des Wälzlagers bevorzugt durch Kaltumformen eines Blechteils hergestellt. Weiter vorzugsweise weisen beide Rohlinge für die Ihnen- und Außenringe dieselbe Blechstärke auf und können außerdem aus demselben Material hergestellt sein. Kaltumformen von Blechteilen ist ein äußerst kostengünstiges Massenfertigungsverfahren, das zu einer Verfestigung der Fertigteile führt. Somit ergeben sich bei kaltumgeformten Lagerringen bei geringen Kosten hohe Festigkeiten, was die Belastbarkeit des Lagers erhöht. Wenn beide Rohlinge dieselbe Blechstärke aufweisen, können sie zweckmäßig in einem Umformvorgang gemeinsam hergestellt werden. Falls zudem dasselbe Material verwendet wird, ist es weiterhin möglich, beim Formen von Innen- und Außenring beide Ringe gemeinsam zu formen und beispielsweise durch einen Steg zu verbinden, der bei bzw. kurz vor der Endmontage entfernt wird. Auf diese Weise kann die Montage vereinfacht werden, da vor/bei der Montage weniger Einzelteile vorhanden sind. Werden andererseits unterschiedliche Materialien für Innen- und Außenring verwendet, könnte beispielsweise ein Lager so hergestellt werden, dass ein einfach zu tauschendes Bauteil schneller nachgibt und verschleißt und dadurch das schwieriger zu montierende Teil schützt.
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Vorzugsweise sind die Wälzkörper kugelförmig. Zwar ist der erfindungsgemäße Aufbau auch mit Relief, Zylindern, Kegeln, Tonnen, Nadeln oder anderen Wälzkörpern herstellbar, Kugellager sind jedoch als Massenartikel eine sehr kostengünstige Lösung.
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Vorzugsweise umschließen die Lagerringe seitlich über dem Bauraum der Wälzkörper hinaustretende Teile des Lagerkäfigs radial. Im Allgemeinen sind Wälzkörper in einem Wälzlager in einem Lagerkäfig aufgenommen. Dieser Lagerkäfig verhindert, dass die Wälzkörper aneinanderstoßen und hält sie voneinander in einem gleichmäßigen Abstand, so dass die Lagerlast gleichmäßig auf die Wälzkörper verteilt ist. Dies trägt zu einer erhöhten Lagerlebensdauer bei. Wenn der Lagerkäfig, der in der Regel schwächer als die Lagerringe ausgelegt ist, von den Lagerringen umschlossen ist, ist es schwierig bis unmöglich, den Lagerkäfig durch Einwirkung von außen zu zerstören. Somit wird durch diesen Aufbau die Lebensdauer der Wälzlager und somit des Differentials erhöht.
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Weiter vorzugsweise beträgt die Blechstärke eines Blechteils, aus dem die Lagerschale hergestellt wird, minimal 30% des Wälzkörperdurchmessers. Bei einer ausreichend dicken Lagerschale weist diese genügend Eigenstabilität auf, um selbst dann die Lagerkräfte aufzunehmen, wenn sie nicht an einem weiteren Bauteil direkt abgestützt ist. Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung aus Platzgründen mindestens eine Lagerlauffläche nicht abgestützt ist, sondern als freie Fläche vorgesehen ist, muss das Lager selbst die von den Wälzkörpern ausgeübten Druckkräfte aufnehmen. Dazu benötigt das Blechteil, aus dem das Lager gefertigt wird, eine ausreichende Festigkeit. Diese Festigkeit kann umformtechnisch nach Erfahrungswerten mit einem Blechteil erreicht werden, dessen Stärke ungefähr 30% des Wälzkörperdurchmessers beträgt.
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Außerdem wird bevorzugt, dass sich der Lagerinnenring als eine der Lagerschalen axial an der Seitenwand und radial auf dem Flansch des Differentialgehäuses abstützt. Auf diese Weise ist der Lagerinnenring so festgelegt, dass bei der Montage das feste Gehäuse einen definierten Sitz des Innenrings bietet, und die Lagervorspannung über die auf die Außenringe wirkende Verspannung aufbringbar ist. Dies erleichtert die Montage, da auf die Außenringe im montierten Zustand besser eine justierbare Kraft aufgebracht werden kann als auf die Innenringe.
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Mit anderen Worten ist wenigstens einer der bzw. die Lagerringe des Schrägkugellagers im Längsschnitt betrachtet U-förmig, C-förmig (liegend), also im weitesten Sinne maul-, haken- oder bügelformig mit zwei Schenkeln ausgebildet. Die Schenkel der beiden Ringe weisen vorzugsweise axial oder radial aufeinander zu. Weiter vorzugsweise ist der Sitz des Innenringes im Gehäuse ist im Durchmesser größer als der Sitz des Planetenträgers (Differenzialkorbs) auf/in dem Außenring und auch größer als der Teilkreis (ba) Weiter bevorzugt greift der Außenring mit wenigstens einem Schenkel in das Maul, also in die ”Kontur” des Innenrings, axial oder radial ein wenn nicht nur ein als U-Profil ausgebildeter Innenring des Lagers vorliegt). Noch weiter bevorzugt werden zwei derartige Lager in O-Anordnung verspannt. Schließlich ist zu bevorzugen, dass die Lagerringer spanlos, insbesondere umformtechnisch hergestellt sind.
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Man könnte auch sagen, dass der Lagerquerschnitt nahezu quadratisch ist oder anders im Bauraum eines herkömmlichen Lagers hergestellt ist. Um einen O-Anordnung zu realisieren, ist der Innenring des Lagers radial außerhalb des Teilkreises der Wälzkörper und der Außenring radial innerhalb des Teilkreises der Wälzkörper gegenüber dem Getriebegehäuse abgestützt. Im Ergebnis erhält man eine kostengünstige Stützstruktur für ein Leichtbaudifferential.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch eine Stützanordnung für ein Planetendifferential mit Schrägkugellagern in O-Anordnung nach dem Stand der Technik,
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2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Stützanordnung für ein Planetendifferential mit Schrägkugellagern in O-Anordnung nach einer ersten Ausführungsform,
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3 einen Schnitt durch ein Lager zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Stützanordnung nach 2,
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4 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Stützanordnung für ein Planetendifferential mit Schrägkugellagern in O-Anordnung nach einer zweiten Ausführungsform, und
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5 einen Schnitt durch ein Lager zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Stützanordnung nach 4.
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Die 1 zeigt eine Stützanordnung für ein Stirnraddifferential als Beispiel eines Planetendifferentials nach dem Stand der Technik im Schnitt. Weil das Stirnraddifferential achssymmetrisch ist, wird (auch bei den weiteren Figuren) lediglich ein Teil oberhalb der Achse gezeigt.
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Von unten (der Achse des Abtriebs des Differentialgehäuses) nach oben erkennt man Differentialsonnen/Sonnen/Sonnenräder 1A, 1B, die radial im Flansch des Differentialgehäuses abgestützt und über eine Verzahnung 1A1, 1B1 drehfest mit den jeweiligen (nicht gezeigten) Abtriebswellen verbindbar sind. Die Differentialsonnen 1A, 1B greifen in ineinandergreifende Planetenräder (im Schnitt ist nur ein Planetenrad 2 zu erkennen, das in die Sonne 1A eingreift) ein. Jedes Planetenrad 2 ist in einem Planetenträger 3 über einen Bolzen 4 gelagert. Mit dem Planetenträger 3 ist zudem ein Stirnrad 5 des Differentials fest verbunden. Stirnrad und Planetenträger sind gegenüber den Differentialsonnen in diesem Stand der Technik mittels zweier Lager/Wälzlager/(einreihiger) Kugellager 6 und 7, bestehend aus je einem Außenring 6A und 7A, einem Innenring 6B und 7B, mehreren Wälzkörpern (jeweils nur ein Wälzkörper, hier eine Kugel 6C, 7C, ist gezeigt) und einem die Wälzkörper umschließenden Lagerkäfig 6D, 7D axial fest und drehbar gelagert.
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Die Lager 6 und 7 sind, wie aus der 1 zu erkennen, im Wesentlichen zueinander spiegelsymmetrisch aufgebaut. Die Lagerflächen liegen dabei wie aus der Figur zu erkennen ungefähr auf der Höhe des Eingriffs der Planetenräder in die Sonnen und gleichzeitig ungefähr auf der Höhe des Umfangs des Trägerteils. Zudem sind die Innen- und Außenringe der Lager nach innen verlängert, um umformtechnisch günstig herstellbar und gleichzeitig sicher im Stirnraddifferential aufnehmbar zu sein.
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2 zeigt ein Stirnraddifferential mit einer erfindungsgemäßen Lageranordnung. Vergleichbare Bauteile erhalten gleiche Bezugszeichen wie in 1 und hier werden nur die Unterschiede zu der Anordnung nach 1 näher erläutert.
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Bei dieser Ausführungsform fällt im Vergleich zum in 1 gezeigten Stand der Technik zunächst auf, dass die Lager 6, 7 weiter innen angeordnet und die Lagerschalen/Lagerring 6A, 6B, 7A, 7B deutlich kompakter sind. Die Innenringe haben die Bezugszeichen 6a und 7A. Die Außenringe haben die Bezugszeichen 6B und 7B
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In dieser Anordnung sind die Differentialsonnen 1A, 1B radial direkt in Flanschen/Gehauseteilen 8A, 8B des Differentialgehäuses 2 abgestützt, statt wie im Stand der Technik über Ausformungen der Lagerringe abgestützt zu werden.
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Mit anderen Worten besitzt der Lagersitz des Außenrings 7A nahezu den gleichen Durchmesser wie die Laufbahn des Innenrings 7B. Es hat sich gezeigt, dass die Differenz des radialen Abstands der Lagersitze vorzugsweise maximal dem Durchmesser eines Wälzkörpers entspricht. Die anderen Bauteile wie die Planetenräder 2, der Planetenträger 3, die Bolzen 4 und das Stirnrad 5 sind im Wesentlichen wie im 1 angeordnet. Lediglich die Lager 6 und 7 sowie die Flansche 8A, 8B des Gehäuses 2 sind grundlegend anders als im Stand der Technik konzipiert.
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Genauer gesagt können die Flansche 8A, 8B die Lager 6 und 7 von außen umgreifen, weil diese Lager nun mit ihren Innenringen 6A, 7A an einem nach innen gezogenen Flansch des Planetenträgers 3 aufliegen. Die Außenringe 6B, 7B liegen an den Gehäuseteilen 8A, 8B auf, welche die Differentialsonnen aufnehmen. Wie zu erkennen ist, sind die Lager 6 und 7 auch hier spiegelsymmetrisch zueinander. Im Gegensatz zur in 1 gezeigten Lagerung, in der lediglich eine der Laufflächen 6GA, 6GI, 7GA, 7GI (nämlich die Lauffläche 6GA, 7GA der Außenlager 6A, 7A) „frei” liegt und durch die Verspannung die Kugeln als Wälzkörper federnd gegen die Lauffläche 6G, 7G der Innenlagerschale 6B, 7B drückt, die am Gehäuseteil 8A, 8B anliegt, kann bei der erfindungsgemäßen Konstruktion sowohl die Lauffläche des Innen- als auch des Außenlagers elastisch Kräfte aufnehmen.
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Dies wird durch die in der Figur erkennbare ungefähr U- bzw. C-förmige Ausgestaltung des Querschnitts der beiden Lagerschalen erreicht. Dadurch sind alle Flanschendabschnitte 6FA, 6FI und 7FA, 7FI der inneren und äußeren Lagerschalen parallel zueinander ausgerichtet. Neben dem kompakteren Aufbau im Vergleich zum in 1 gezeigten Aufbau ergibt sich somit eine bessere Verteilung der Vorspannkraft auf die beiden Lagerschalen durch den elastischen Ausgleich an beiden Schalen.
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3 zeigt einen Schnitt durch das Lager 7 (mit den Teilen 7A bis 7D sowie den eingezeichneten Flanschendabschnitten 7FA, 7FI und Laufflächen 7GA, 7GI) der 2 als ein Beispiel für ein Lager, in dem die neuartige Lageranordnung einsetzbar ist. Der Lagerkäfig 7D kann bei dieser Ausgestaltung, wie aus der 3 deutlich wird, mit sehr geringem Materialeinsatz hergestellt werden, weil die Wälzkörper weitgehend von den Lagerschalen umschlossen sind und somit wenig Freiheitsgrade existieren, die eine unerwünschte Bewegung der Wälzkörper zulassen könnten.
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Darüber hinaus wird durch das weitgehende Umschließen der Lagerkäfige und der hier als Wälzkörper verwendeten Kugeln durch die Lagerschalen 7A, 7B eine Verschmutzung der Lager besser vermieden. Da sowohl der Lagerkäfig als auch die Wälzkörper mit dieser Konstruktion weitgehend umschlossen sind, ist es für Schmutz und Fremdkörper schwieriger, in die Lager einzudringen. Versuche haben ergeben, dass der zwischen Innen- und Außenring vorhandene Spalt A idealerweise höchstens 30% des Durchmessers der Wälzkörper 7C beträgt. In der hier beispielhaft gezeigten Figur beträgt der Abstand A auf der weniger verschmutzungsanfälligen Innenseite lediglich knapp 10% des Wälzkörperdurchmessers, auf der Außenseite ist er noch geringer.
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Kleine Spaltmaße können einerseits die Präzision und dadurch die Kosten des Lagers erhöhen, andererseits kann bei zu großen Spalten wie bereits beschrieben die Abdeckung der Wälzkörper und damit der Schutz gegen Verschmutzung nicht so weitgehend wie gewünscht möglich sein. Somit muss diesbezüglich für jede Anwendung ein Kompromiss für die Spaltbreite gefunden werden, der jedoch erfahrungsgemäß häufig bei den angegebenen 30% des Wälzkörperdurchmessers liegt. Wesentlich für die Erfindung ist die Anordnung der Flanschendabschnitte 7FA, 7FI parallel zueinander. Außerdem sind im Lager der hier gezeigten Ausführungsform die (unbenannten) Flanschendabschnitte gegenüber den Flanschendabschnitten 7FA, 7FI ebenfalls parallel zueinander und parallel zu den benannten Abschnitten 7FA, 7FI angeordnet.
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Ebenfalls aus 3 gut erkennbar ist, dass die Blechstärke der Lagerringe 7A, 7B (und analog auch der Ringe 6A, 6B) groß genug sein sollte, um die vorstehend mit Bezug auf 2 angesprochene Verspannung abfedern zu können. Gleichzeitig sollte die Dicke und Festigkeit ausreichend sein, um ein Ausschlagen der Lagerringe durch die Wälzkörper zu vermeiden. Diese Forderungen können erfahrungsgemäß erfüllt werden, wenn die Lagerringe 7A, 7B eine Blechstärke aufweisen, die mindestens 30% des Durchmessers der Wälzkörper beträgt.
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Selbstverständlich kann dieser Wert je nach Festigkeit des Materials der Lagerringe variieren. Zu dünne Lagerringe könnten dazu führen, dass die Verspannung ungenügend wird oder sich die Lagerringe unter Belastung aufbiegen. Sind die Lagerringe (insbesondere bei festem Material) dagegen zu dick, werden die Lager unnötig schwer, zudem ist auch die Fertigung mittels Umformen erschwert. Mit anderen Worten führt eine zu große Materialstärke neben dem Gewichtszuwachs sowohl zu höheren Material- als auch zu höheren Fertigungskosten.
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4 zeigt ein Stirnraddifferential als Beispiel eines Planetenraddifferentials nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Wie aus 4 erkennbar umgreift die Verlängerung der Innenlauffläche 7B einen Bereich, in den der Flanschendabschnitt der Außenlauffläche 7A hineinragt. Gleichzeitig könnte die Außenlauffläche 7A in diesem Beispiel so gestaltet werden, dass sie napfförmig verlängert ist, wie in 5 zu sehen ist. Außerdem greift der Außenring 7A mit seinem einen Flanschendabschnitt 7FA in den Innenring 7B ein. Zudem sind in diesem Fall zwar die Flanschendabschnitte 7FA und 7FI parallel zueinander ausgerichtet, ein Flanschendabschnitt 7H ist jedoch in diesem Beispiel nicht parallel zu diesen Abschnitten ausgerichtet. Andere in der 4 und 5 nicht weiter hervorgehobene Bauteile sind den entsprechenden der 1 und 2 ähnlich und werden deshalb hier nicht mehr erörtert.
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Diese Gestaltung gemäß 4 mit einem Lager gemäß 5 bietet ebenfalls einen besseren Schutz gegen Verschmutzung als der bisher genannte Stand der Technik, weil der Innenring mit der Innenlauffläche den Außenring mit der Außenlauffläche umgreift und daher die Innen- und Außenringe eine labyrinthartige Dichtung bilden.
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Zudem wird in 4 eine alternative Stützstruktur für den Innenring gezeigt. Als Stützstruktur wird hier eine topfförmige Struktur aus dünnem und dadurch federndem Blech verwendet, die den Lagersitz des Innenrings versteifen und zudem zu einem besseren Ausgleich der auf den Innenring wirkenden Belastungen führen kann. Die Versteifung bei geringem Materialeinsatz führt dazu, dass kostengünstigere Fertigungsmöglichkeiten für den Lagersitz verwendbar sind. Schließlich ergibt diese Lagerung auf Grund des geringen Materialeinsatzes auch eine Gewichts- und Materialkostenersparnis gegenüber der Lagerung auf einem herkömmlichen Lagersitz. Im Einzelnen wird diese Erfindung in einer parallelen Anmeldung beschrieben.
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Selbstverständlich sind Abwandlungen der Ausführungsformen möglich, die hier nicht im Einzelnen gezeigt sind. So können als Wälzkörper anstelle von Kugeln auch Rollen, Nadeln oder Kegel in den Lagern verwendet werden. Statt der hier gezeigten Bauform des Stirnraddifferentials mit Geradverzahnung kann ein schrägverzahntes Stirnraddifferential und natürlich auch ein Planetendifferential ohne Stirnrad mit der gezeigten Lageranordnung aufgebaut werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1A
- Differentialsonne/Sonne/Sonnenrad/erstes Sonnenrad
- 1B
- Differentialsonne/Sonne/Sonnenrad/zweites Sonnenrad
- 1A1
- Verzahnung
- 1B1
- Verzahnung
- 2
- Planetenrad/Planet
- 3
- Planetenträger/Differentialkorb
- 4
- Bolzen
- 5
- Stirnrad/Antriebsrad
- 6
- Lager/Wälzlager/Kugellager
- 6A
- Lagerring/erste Lagerschale
- 6B
- Lagerring/zweite Lagerschale
- 6C
- Kugel
- 6D
- Lagerkäfig
- 6FA
- Flanschendabschnitt (außen)
- 6FI
- Flanschendabschnitt (innen)
- 6GA
- Lauffläche
- 6GI
- Lauffläche
- 7
- Lager/Wälzlager/Kugellager
- 7A
- Lagerring/erste Lagerschale
- 7B
- Lagerring/zweite Lagerschale
- 7C
- Wälzkörper/Kugel
- 7D
- Lagerkäfig
- 7FA
- Flanschendabschnitt (außen)
- 7FI
- Flanschendabschnitt (innen)
- 7GA
- Lauffläche
- 7GI
- Lauffläche
- 7H
- quer ausgerichteter Flanschendabschnitt
- 8A
- Flansch/Gehäuseteil
- 8B
- Flansch/Gehäuseteil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2008/110425 A2 [0004]
- DE 102007040478 A1 [0004]
- DE 102011087581 A1 [0005]
