DE102014203522A1

DE102014203522A1 - Stirnraddifferentialgetriebe mit lastabhängig variierendem Überbrückungsmoment

Info

Publication number: DE102014203522A1
Application number: DE102014203522.8A
Authority: DE
Inventors: Harald Martini; Thorsten BIERMANN
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2015-08-27
Also published as: WO2015127914A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stirnraddifferentialgetriebe mit einem Umlaufgehäuse, einem ersten als Stirnrad ausgeführten Sonnenrad, das in dem Umlaufgehäuse aufgenommen ist, einem zweiten, ebenfalls als Stirnrad ausgeführten Sonnenrad, das in dem Umlaufgehäuse aufgenommen und zur Umlaufachse des ersten Sonnenrades gleichachsig angeordnet ist, einer mit dem Umlaufgehäuse umlaufenden Planetenanordnung zur Koppelung der beiden Sonnenräder derart, dass diese zueinander gegensinnig drehbar sind, einer Kupplungseinrichtung zur Generierung eines die Ausgleichswirkung des Differentiales belastenden Koppelungsmomentes auf reibschlüssigem Wege, und einer Betätigungsmechanik zur Betätigung der Kupplungseinrichtung derart, dass sich das Koppelungsmoment nach Maßgabe eines am Umlaufgehäuse anliegenden Antriebsdrehmomentes erhöht, wobei das erste Sonnenrad Bestandteil der Betätigungsmechanik bildet und hierbei mit einer Schrägverzahnung versehen und axial gegenüber dem Umlaufgehäuse verlagerbar ist und die axiale Verlagerung des ersten Sonnenrades nach Maßgabe der an der Schrägverzahnung des ersten Sonnenrades angreifenden Zahnradreaktionskräfte bewerkstelligt wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung richtet sich auf ein Stirnraddifferentialgetriebe mit einem Umlaufgehäuse, einem ersten und einem zweiten Sonnenrad, das jeweils in dem Umlaufgehäuse aufgenommen ist, einer mit dem Umlaufgehäuse umlaufenden Planetenanordnung zur Koppelung der beiden Sonnenräder derart, dass diese zueinander gegensinnig drehbar sind, einer Kupplungseinrichtung zur Generierung eines die Ausgleichswirkung des Differentiales belastenden Überbrückungsmomentes auf reibschlüssigem Wege, und einer Betätigungsmechanik zur Betätigung der Kupplungseinrichtung derart, dass sich das Überbrückungsmoment nach Maßgabe eines am Umlaufgehäuse anliegenden Antriebsdrehmomentes ändert.
Derartige Stirnraddifferentiale finden insbesondere als Achs- oder Mittendifferentiale bei Kraftfahrzeugen Anwendung und verbessern allgemein die Fahrstabilität des Fahrzeuges, indem bei höheren Lastmomenten im Antriebsstrang eine gewisse reibschlüssige Koppelung der beiden Ausgänge des Differentials erfolgt. Im Falle eines Achsdifferentiales ergibt sich ein verbesserter Geradeauslauf, im Falle eines Mittendifferentials ergibt sich eine lastabhängige Kopplung der beiden Fahrzeugachsen, wodurch einem übermäßigen Radschlupf an der Achse mit dem Rad mit der geringsten Bodenhaftung entgegen gewirkt wird.
Aus der auf die Anmelderin zurückgehenden DE 10 2008 050 059 A1 ist ein Stirnraddifferential der eingangs genannten Art bekannt. Bei diesem Stirnraddifferential umfasst die Betätigungsmechanik eine Druckringanordnung mit zwei über Schrägflächen aneinander abgestützten Druckringen zur Generierung einer an einer Lamellenkupplungspackung angreifenden Axialkraft. Die Lamellenkupplungspackung ist derart in das Stirnraddifferential eingebunden, dass über diese eines der Sonnenräder reibschlüssig mit dem Umlaufgehäuse koppelbar ist. Durch die reibschlüssige Koppelung eines der Sonnenräder mit dem Umlaufgehäuse ergibt sich aufgrund der weiteren kinematischen Koppelung der beiden Sonnenräder über die Planetenanordnung insgesamt der Effekt, dass die Relativdrehung der beiden Sonnenräder durch ein Reibmoment gebremst und damit eine gewisse reibschlüssige Koppelung der beiden Sonnenräder, d.h. der Ausgänge des Differentials, erreicht wird.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stirnraddifferentialgetriebe der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich durch einen robusten und kostengünstig realisierbaren Aufbau auszeichnet und bei welchem die zur Betätigung der Kupplungseinrichtung erforderliche Axialkraft vorteilhaft generiert werden kann.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Stirnraddifferentialgetriebe mit:

– einem Umlaufgehäuse,
– einem ersten als Stirnrad ausgeführten Sonnenrad, das in dem Umlaufgehäuse aufgenommen ist,
– einem zweiten, ebenfalls als Stirnrad ausgeführten Sonnenrad, das in dem Umlaufgehäuse aufgenommen und zur Umlaufachse des ersten Sonnenrades gleichachsig angeordnet ist,
– einer mit dem Umlaufgehäuse umlaufenden Planetenanordnung zur Koppelung der beiden Sonnenräder derart, dass diese zueinander gegensinnig drehbar sind,
– einer Kupplungseinrichtung zur Generierung eines die Ausgleichswirkungdes Differentiales belastenden Koppelungsmomentes auf reibschlüssigem Wege, und
– einer Betätigungsmechanik zur Betätigung der Kupplungseinrichtung derart, dass sich das Koppelungsmoment nach Maßgabe eines am Umlaufgehäuse anliegenden Antriebsdrehmomentes erhöht,
– wobei das erste Sonnenrad Bestandteil der Betätigungsmechanik bildet und hierbei mit einer Schrägverzahnung versehen und axial gegenüber dem Umlaufgehäuse verlagerbar ist und die axiale Verlagerung des ersten Sonnenrades nach Maßgabe der an der Schrägverzahnung des ersten Sonnenrades angreifenden Zahnradreaktionskräfte bewerkstelligt wird.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Differentialgetriebe zu schaffen, bei welchem die zur Betätigung der Kupplungseinrichtung erforderliche Axialkraft über das erste Sonnenrad generiert und durch das erste Sonnenrad auf die Kupplungseinrichtung übertragen werden kann, wobei das erste Sonnenrad eben nicht nur als Abtriebsglied, sondern zugleich auch als Stellorgan der Betätigungsmechanik fungiert.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kupplungseinrichtung als Lamellenkupplung ausgeführt. Die Kupplungseinrichtung kann hierbei mehrere Kupplungslamellen aufweisen, die über eine entsprechende Verzahnung wechselweise drehfest mit einem Nabenabschnitt des ersten Sonnenrades oder einer Innenwandung eines Topfabschnittes des Umlaufgehäuses gekoppelt sind. Die Kupplungseinrichtung ist dabei vorzugsweise als sog. Nasskupplung ausgelegt, so dass die Kupplungslamellen in unbelastetem Zustand zunächst vom Schiermedium des Differentialgetriebes benetzt sind. Der Schmierfilm wird bei axialer Belastung der Kupplungslamellen reduziert und ein entsprechendes Reibmoment zwischen den Lamellen aufgebaut. Die Kupplungslamellen bestehen vorzugsweise aus hochfesten und im Bereich ihrer Innenbohrung oder ihres Außenumfangs mit einem Zahnprofil versehen flachen Stahlblechringen die vorzugsweise mit einem vorzugsweise mit einem Reibmaterialbelag versehen sind.
Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe ist in vorteilhafter Weise derart aufgebaut, dass die Kupplungseinrichtung zwischen dem ersten Sonnenrad und dem Umlaufgehäuse wirksam ist. Bei dieser Variante ist dann vorzugsweise das erste Sonnenrad mit einem Nabenabschnitt versehen, welcher eine Axialverzahnung aufweist, auf welcher die entsprechenden, innenverzahnten Kupplungslamellen axial verschiebbar, drehfest geführt sind. Das Umlaufgehäuse kann dann derart ausgebildet sein, dass dieses in einem axial neben dem ersten Sonnenrad liegenden und den Nabenabschnitt des Sonnenrades umgreifenden Bereich einen Topfabschnitt bildet in welchem die außenverzahnten Lamellen der Lamellenkupplungspackung aufgenommen und entsprechend geführt und drehfest gesichert ist. Bei dieser Lamellenkupplungspackung sind die innen- und außenverzahnten Lamellenkupplungsscheiben wechselweise an dem Nabenabschnitt des ersten Sonnenrades, oder der Innenwandung des Topfabschnittes drehfest gesichert.
Alternativ zu der oben genannten Ausführungsform oder ggf. auch in Kombination hiermit ist es auch möglich, die Kupplungseinrichtung so auszubilden und anzuordnen, dass diese unmittelbar zwischen den beiden Sonnenrädern wirksam ist. Bei dieser Variante wird entweder das erste Sonnenrad axial gegen das zweite Sonnenrad gedrängt und hierdurch die Kupplungseinrichtung belastet, oder ggf. werden beide Sonnenräder axial gegeneinander gedrängt und hierdurch die Kupplungseinrichtung belastet. Insbesondere bei dieser Variante kann die Kupplungseinrichtung auch durch einen einzigen Reibbelag realisiert sein, welcher sich axial zwischen den beiden Sonnenrädern befindet und bei entsprechender axialer Belastung ein zwischen den beiden Sonnenrädern wirksames Reibungsmoment generiert. Es ist auch möglich, über eines der beiden Sonnenräder auf das andere Sonnenrad eine Axialkraft aufzubringen und dann durch dieses andere Sonnenrad die Kupplungseinrichtung zu belasten und dadurch zu betätigen. Auch können beide Sonnenräder derart mit einer Schrägverzahnung versehen sein, dass beide Räder jeweils eine in die gleiche Richtung wirkende Axialkraft generieren die dann summiert die Kupplungseinrichtung aktiviert.
Das erfindungsgemäße Stirnraddifferential ist vorzugsweise so ausgebildet, dass dieses eine symmetrische Leistungsverzweigung bewirkt. Dies wird erreicht, indem die Zähnezahlen der Sonnenräder und die Zähnezahlen der Planetenräder der in diese Sonnenräder eingreifenden Planetenanordnung so abgestimmt sind, dass sich zwischen den Sonnenrädern eine Standübersetzung von –1 ergibt. Insbesondere im Falle eines Mittendifferentials kann jedoch auch eine abweichende Standübersetzung vorgesehen werden, die z.B. dem Achslastverhältnis Rechung trägt, oder eine anderweitig asymmetrische Drehmomentenverteilung vorsieht. Soweit im Falle eines Mittendifferentials keine hinsichtlich des Drehsinns gegensinnige Koppelung der beiden Sonnenräder erforderlich ist, da eine entsprechende Drehrichtungsumkehr z.B. über das Winkelgetriebe eines nachfolgenden Achsdifferentiales bewerkstelligt wird, können die beiden Sonnenräder direkt über einen mit beiden Sonnenrädern in Eingriff stehenden, schräg verzahnten Planeten gekoppelt werden und dann gemeinsam die zur Betätigung der Kupplungseinrichtung herangezogene Axialkraft generieren.
Die vorgenannte Standübersetzung von –1 kann insbesondere erreicht werden indem beide Sonnenräder gleiche Zähnezahlen aufweisen unabhängig von der Zähnezahl der Planeten. Auch die Zähnezahl an den Sonnen kann unterschiedlich gestaltet sein, dann muss dies jedoch wieder über einen gestuften Planeten mit unterschiedlichen Zähnezahlen ausgeglichen werden. Die Planetenanordnung kann dann so ausgebildet werden, dass diese einerseits erste Planeten aufweist die in das erste Sonnenrad eingreifen und andererseits zweite Planeten aufweist die in das zweite Sonnenrad eingreifen. Die ersten und die zweiten Planeten werden dann über einen Koppelplaneten miteinander gekoppelt. Der Koppelplanet ist zu einem der ersten oder zweiten Planeten gleichachsig angeordnet und mit diesem drehstarr gekoppelt und steht dann entsprechend mit einem zweiten oder ersten Planeten in Eingriff.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die beiden Sonnenräder in unmittelbar Nachbarschaft nebeneinander anzuordnen und den Eingriff des Koppelplaneten in den zugeordneten zweiten Planeten in jener Verzahnungsebene vorzunehmen in welcher der zweite Planet in das diesem zugeordnete zweite Sonnenrad einreift. Bei diesem Konzept wird dann vorzugsweise an dem zweiten Sonnenrad eine negative Profilverschiebung realisiert und an dem in dieses zweite Sonnenrad eingreifenden zweiten Planeten wird eine positive Profilverschiebung realisiert. An dem Koppelplaneten wird eine negative Profilverschiebung realisiert. Die Profilverschiebungen werden so abgestimmt, dass der Kopfkreis des zweiten Sonnenrades nicht in den Kopfkreis des Koppelplaneten eingreift.
Das erfindungsgemäße Konzept kann so umgesetzt werden, dass nur an dem ersten Sonnenrad eine Schrägverzahnung vorgesehen ist und das zweite Sonnenrad als geradeverzahntes Stirnrad ausgeführt ist. Es ist auch möglich beide Sonnenräder als schrägverzahnte Stirnräder auszuführen, oder nur an dem zweiten Sonnenrad eine Schrägverzahnung auszuführen und dann eben dieses zweite Sonnenrad zur Axialkraftgenerierung heranzuziehen.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine vereinfachte Axialschnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferentialgetriebes mit einer Kupplungslamellenpackung, die über eines der beiden Sonnenräder nach Maßgabe des am Umlaufgehäuse angreifenden Drehmomentes belastet wird und hierbei ein Koppelungsmoment generiert.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
Die Darstellung nach 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Stirnraddifferentialgetriebe mit einem Umlaufgehäuse H, einem ersten als Stirnrad ausgeführten Sonnenrad S1, das in dem Umlaufgehäuse H aufgenommen ist, einem zweiten, ebenfalls als Stirnrad ausgeführten Sonnenrad S2 das auch in dem Umlaufgehäuse H aufgenommen und zur Umlaufachse X1 des ersten Sonnenrades S1 gleichachsig angeordnet ist, einer mit dem Umlaufgehäuse H umlaufenden Planetenanordnung P zur Koppelung der beiden Sonnenräder S1, S2 derart, dass diese zueinander gegensinnig drehbar sind, einer Kupplungseinrichtung K zur Generierung eines die Ausgleichswirkung des Differentiales belastenden Koppelungsmomentes auf reibschlüssigem Wege, und einer Betätigungsmechanik M zur Betätigung der Kupplungseinrichtung K derart, dass sich das Koppelungsmoment nach Maßgabe eines am Umlaufgehäuse H anliegenden Antriebsdrehmomentes erhöht.
Das erfindungsgemäße Stirnraddifferentialgetriebe ist derart ausgebildet, dass das erste Sonnenrad S1 Bestandteil der Betätigungsmechanik M bildet und hierbei mit einer Schrägverzahnung Z1 versehen und axial verlagerbar ist, wobei die axiale Verlagerung des ersten Sonnenrades S1 über die an der Schrägverzahnung Z1 angreifenden Zahnradreaktionskräfte veranlasst wird.
Die Kupplungseinrichtung K ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Lamellenkupplung ausgeführt und weist erste Kupplungslamellen K1 und zweite Kupplungslamellen K2 auf. Die Kupplungseinrichtung K ist an sich zwischen dem ersten Sonnenrad S1 und dem Umlaufgehäuse H wirksam. Aufgrund der kinematischen Koppelung der beiden Sonnenräder S1, S2 über die Planetenanordnung P ergibt sich jedoch für den außen stehenden Betrachter im Grunde eine reibschlüssige Koppelung der beiden Sonnenräder S1, S2. Je nachdem, wie hoch die Kupplungseinrichtung K axial belastet wird ergibt sich eine entsprechend hohe reibschlüssige Koppelung der Sonnenräder S1, S2 die ggf. einen Wert erreichen kann der einer Totalsperrung des Differentials entspricht. In diesem Zustand sind dann beide Sonnenräder S1, S2 mit dem Umlaufgehäuse H mit hohem Drehmomentenübertragungsvermögen gekoppelt und laufen mit diesem um. Es ist möglich, das maximale Sperrmoment der Kupplungseinrichtung K konstruktiv zu begrenzen, so dass keine unzulässig hohen Sperrmomente auftreten können. Die Kupplungscharakteristik kann im wesentlichen linear oder vorzugsweise flach asymptotisch ausgelegt sein, so dass also das Kupplungsüberbrückungsmoment im unteren Lastbereich relativ stark mit dem Lastmoment zunimmt, im mittleren Bereich im wesentlichen proportional zum Lastmoment variiert und im oberen Lastbereich asymptotisch auf einen Maximalwert zuläuft. Das Differentialgetriebe kann auch so ausgelegt werden, dass die Kupplungseinrichtung K erst ab Erreichen eines konstruktiv vorgegebenen Mindest-Lastmoments aktiv wird. Dieser Ansatz ist insbesondere bei Fahrt auf Fahrbahnen mit geringer Bodenhaftung, z.B. auf schneebedeckter Fahrbahn von besonderem Vorteil, da dann das Fahrzeug nicht wegen eines zu früh gesperrten Differentials unter- bzw. übersteuert.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Planetenanordnung P derart gestaltet, dass diese erste Planeten P1 aufweist, die in das erste Sonnenrad S1 eingreifen und zweite Planeten P2 aufweist die in das zweite Sonnenrad S2 eingreifen, wobei die ersten und die zweiten Planeten P1, P2 über einen Koppelplaneten PK miteinander gekoppelt sind. Die Koppelplaneten PK sind hier zu den ersten Planeten P1 gleichachsig angeordnet und mit diesen drehstarr gekoppelt. Die Koppelplaneten PK stehen dann mit dem hier nur andeutungsweise erkennbaren zweiten Planeten P2 in Eingriff.
Das zweite Sonnenrad S2 weist bei diesem Ausführungsbeispiel die gleiche Zähnezahl auf wie das erste Sonnenrad S1, hat jedoch eine negative Profilverschiebung. Das erste Sonnenrad S1 kann eine positive Profilverschiebung aufweisen und auch am ersten Planeten P1 und am Koppelplaneten PK können Profilverschiebungen vorgenommen werden. Ziel dieser Verzahnungsmodifikationen ist es, dass bei Einhaltung einer geforderten Übersetzung von –1 letztlich der Koppelplanet PK aus dem Kopfkreis des zweiten Sonnenrades S2 freikommt. Dies ermöglicht es in vorteilhafter Weise, dass der Koppelplanet PK in der Verzahnungsebene des zweiten Sonnenrades S2 angeordnet werden kann und dabei in dieser Verzahnungsebene dennoch in den zweiten Planeten P2 eingreift.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das zweite Sonnenrad S2 als geradverzahntes Stirnrad ausgeführt. Der Zahneingriff zwischen dem zweiten Planeten P2 und dem zweiten Sonnenrad S2 erzeugt also keine am zweiten Sonnenrad S2 angreifenden Axialkräfte. Es ist jedoch auch möglich das zweite Sonnenrad S2 als schrägverzahntes Stirnrad auszuführen, wobei die Ausrichtung der Schrägung dann vorzugsweise so gewählt ist, dass sich entweder die Axialkräfte der beiden Sonnenräder S1, S2 addieren, oder die Axialkräfte des ersten Planeten P1 und des mit diesem starr gekoppelten Koppelplaneten PK kompensieren.
Die Einleitung eines Antriebsdrehmomentes, oder zumindest die Einleitung der zur Generierung dieses Antriebsdrehmomentes erforderlichen Umfangskraft in das Umlaufgehäuse H erfolgt über einen außenverzahnten Zahnkranz ZK. Dieser ist als Massivteil gefertigt und trägt eine als Schrägverzahnung gefertigte Außenverzahnung ZK1. Bei der vorliegenden Variante wird der Zahnkranz ZK über ein nicht näher dargestelltes Stirnrad angetrieben und das Umlaufgehäuse H ist in einem Getriebegehäuse aufgenommen, das integral mit dem Gehäuse eines Getriebes in Queranordnung ausgebildet ist. Alternativ kann der Zahnkranz ZK auch als Tellerrad ausgeführt sein und damit z.B. Bestandteil eines Winkelgetriebes bilden. Hier wäre dann der Antriebsstrang in der Längsrichtung angeordnet. Der Zahnkranz ZK bildet zwei einander abgewandte Sitzflächen ZK2, ZK3. Auf diesen Sitzflächen sitzen die als Blechumformteile gefertigten Deckelelemente H1, H2 des Umlaufgehäuses H. Die Deckelelemente H1, H2 sind fest mit dem Zahnkranz ZK verbunden. Die beiden Deckelelemente H1, H2 bilden jeweils Lagerbuchsen H1a, H2a in welchen die Sonnenräder S1, S2 radial gelagert sind. Das Deckelelement H1 bildet einen Topfabschnitt H1b in welchem die Kupplungseinrichtung K aufgenommen ist. Dieser Topfabschnitt H1b ist mit einer Innenverzahnung versehen in welcher die zweiten Kupplungslamellen K axialverschiebbar, drehfest geführt sind. Die ersten Kupplungslamellen K1 sind auf einer Außenverzahnung S1Z geführt. Diese Außenverzahnung S1Z1 ist auf einer Außenfläche eines Nabenabschnitts S1N ausgebildet welcher einen integralen Bestandteil des ersten Sonnenrades S1 bildet. Dieser Nabenabschnitt S1N des ersten Sonnenrades S1 ist mit einer Innenverzahnung S1Z2 versehen, über welche ein komplementär verzahnter Endabschnitt einer Antriebswelle drehfest mit dem ersten Sonnenrad S1 koppelbar ist.
Das zweite Sonnenrad S2 ist mit einem Nabenabschnitt S2N versehen der in dem Buchsenabschnitt H2a des zweiten Deckelelementes H2 gelagert ist. Dieser Nabenabschnitt S2N ist mit einer Innenverzahnung S2Z2 versehen die analog zur Verzahnung S1Z2 der drehfesten Aufnahme eines komplementär verzahnten Abschnitts einer Antriebswelle dient.
Der erste Planet P1 und der Koppelplanet PK sind miteinander torsionssteif gekoppelt. Diese beiden Planeten können entweder integral ausgebildet oder anderweitig miteinander verbunden oder formschlüssig gekoppelt sein. Dies wird hier durch eine nur angedeutet erkennbare drehfeste Verbindungsstelle zwischen den beiden Komponenten erreicht. Die beiden Zahnräder P1, PK sind drehbar auf einem Planetenlagerbolzen B gelagert der wiederum drehfest in dem Umlaufgehäuse H verankert ist. Es ist auch möglich, die beiden Zahnräder P1, PK über den Bolzen B drehfest zu koppeln und den Bolzen B im Umlaufgehäuse H drehbar zu lagern.
Nachdem in dieser Darstellung der zweite Planet P2, welcher in das zweite Sonnenrad S2 radial von außen her eingreift nur partiell erkennbar ist, wird nochmals darauf hingewiesen, dass dieser in der Verzahnungsebene des zweiten Sonnenrades S2 mit dem Koppelplaneten PK in Eingriff steht und auf einem nicht weiter erkennbaren weiteren Planetenlagerbolzen drehbar gelagert ist. In der vorliegenden Darstellung nach 1 ist nur eine Planetenanordnung P dargestellt. Vorzugsweise sind wenigstens zwei, insbesondere drei oder vier derartige Planetenanordnungen in gleicher Teilung abfolgend in dem Umlaufgehäuse H angeordnet.
Die Zähnezahlen der Sonnenräder S1, S2 und der Planeten P1, P2, PK der Planetenanordnung sind so abgestimmt dass sich eine Koppelung mit der Standübersetzung von „–1“ ergibt. Hierzu wird folgender Ansatz erfüllt: (–Z_P1/Z_S1) × (–Z_P2/Z_P1) × (–Z_S2/Z_PK) = –1
Wobei: Z_P1 = Zähnezahl Planet P1, Z_S1= Zähnezahl Sonnenrad S1, Z_P2 = Zähnezahl Planet P2, und Z_PK = Zähnezahl des Koppelplaneten PK.
Optional gilt auch: Z_S1 = Z_S2 und Z_P1 = Z_P2
Im Kern betrifft die Erfindung ein Stirnraddifferential mit einer Drehmomentfühlenden Sperre. Es wird hierbei über die Schrägverzahnung wenigstens eines Sonnenrades eine Axialkraft generiert, die zur Betätigung einer Reibungskupplung herangezogen wird. Wird nun über das Differential ein Drehmoment übertragen, so wird die Axialkraft der schrägverzahnten Sonne auf die Kupplung übertragen. Diese Kupplung bremst dann die Relativdrehung des Sonnenrades gegenüber dem Umlaufgehäuse.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 weist nur das in der Darstellung linke Sonnenrad S1 eine Schrägverzahnung auf. Es ist möglich, auch an dem in der Darstellung rechten Sonnenrad S2 eine Schrägverzahnung vorzusehen, die derart ausgerichtet ist, dass sich auch am zweiten Sonnenrad S2 eine Axialkraft aufbaut, die als solche ebenfalls “nach links gerichtet ist“ und damit unter leichter Axialverlagerung des zweiten Sonnenrades zur Betätigung der Kupplungseinrichtung K beiträgt.
Es ist auch möglich, dem zweiten Sonnenrad S2 eine in ihrem Aufbau der dem ersten Sonnenrad S1 zugeordneten Kupplung entsprechende zweite Kupplung zuzuordnen, die dann durch das zweite Sonnenrad S2 betätigt wird. Beide Sonnenräder S1, S2 wandern dann bei zunehmendem Lastmoment axial nach außen und bremsen sich dabei am Umlaufgehäuse H zunehmend reibschlüssig fest.
Die Kupplungseinrichtung kann auch axial schwimmend zwischen den beiden Sonnenrädern S1, S2 angeordnet werden und dabei durch axiale Gegeneinanderrücken der beiden Sonnenräder S1, S2 aktiviert werden. In diesem Falle bremst dann die Kupplungseinrichtung K die beiden Sonnenräder S1, S2 aneinander fest. Diese Variante kann ggf. mit einem einzigen, ggf. axial profilierten Reibring realisiert werden, der zwischen den Sonnenrädern S1, S2 sitzt und dabei im Lastfall axial belastet wird.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes ist wie folgt: Über den Zahnkranz ZK wird ein Antriebsdrehmoment in das Umlaufgehäuse H eingeleitet. In diesem Umlaufgehäuse H ist die Planetenanordnung P gelagert. Die Planetenanordnung P koppelt die beiden Sonnenräder S1, S2 mit dem Übersetzungsverhältnis „–1“. Sobald z.B. im Rahmen eines Beschleunigungsvorganges über die nicht weiter dargestellten Antriebswellen an den beiden Sonnenrädern S1, S2 ein Lastmoment anliegt, koppelt das erste Planetenrad P1 über die Schrägverzahnung Z1 des ersten Sonnenrades S1 in dieses eine, in der vorliegenden Darstellung nach links gerichtete, eine Axialkraft ein. Das erste Sonnenrad S1 wandert demgemäß nach links und belastet die Lamellenkupplungspackung K. Hierdurch baut sich zwischen dem Deckelelement H1 und dem ersten Sonnenrad S1 ein Bremsmoment auf. Da die beiden Sonnenräder S1, S2 über die Planetenanordnung P miteinander gegensinnig drehbar gekoppelt sind ergibt sich infolge des zwischen dem ersten Sonnenrad S1 und dem Umlaufgehäuse H aufgebauten Reibmomentes auch eine reibschlüssige Koppelung des zweiten Sonnerads S2 mit dem Umlaufgehäuse H. Im Ergebnis werden damit die beiden Sonnenräder S1, S2 und das Umlaufgehäuse H miteinander entsprechend dem durch die Kupplungseinrichtung K übertragenen Reibmomentes miteinander gekoppelt. Wird das am Zahnkranz ZK anliegenden Drehmoment weiter erhöht, wird das erste Sonnenrad über den ersten Planeten P1 nochmals weiter axial belastet und das über die Kupplungseinrichtung K übertragenen Drehmoment noch weiter erhöht. Sobald die am Zahnkranz ZK anliegende Last abnimmt wird das erste Sonnenrad S1 axial entlastet und das über die Kupplungseinrichtung K übertragene Reibungsmoment abgesenkt. Die Charakteristik des erfindungemäßen Differentiales kann über das Drehmomentenübertragungsverhalten der Kupplungseinrichtung, den Schrägungswinkel der Verzahnung des ersten Sonnenrades S1 und insbesondere auch über hier nicht weiter dargestellte Rückstellorgane abgestimmt werden. Das Umlaufgehäuse H und die Sonnenräder S1, S2 sind derart aufeinander abgestimmt ausgebildet, dass eine zur Betätigung der Kupplungseinrichtung K hinreichende axiale Verlagerung des Sonnenrades S1, ggf. auch des Sonnenrades S2 ermöglicht ist. Der mögliche Verlagerungsweg kann derart groß ausgelegt sein dass dieser bis zum Totalverschleiß der Kupplungseinrichtung ausreicht. Alternativ kann in der Kupplungseinrichtung auch eine Nachstellmechanik vorgesehen sein, die bei Abtrag der Kupplungslamellen eine leichte axiale Nachstellung derselben veranlasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008050059 A1 [0003]

Claims

Stirnraddifferentialgetriebe mit: – einem Umlaufgehäuse (H), – einem ersten als Stirnrad ausgeführten Sonnenrad (S1), das in dem Umlaufgehäuse (H) aufgenommen ist, – einem zweiten, ebenfalls als Stirnrad ausgeführten Sonnenrad (S2) das in dem Umlaufgehäuse (H) aufgenommen und zur Umlaufachse (X1) des ersten Sonnenrades (S1) gleichachsig angeordnet ist, – einer mit dem Umlaufgehäuse (H) umlaufenden Planetenanordnung (P) zur Koppelung der beiden Sonnenräder (S1, S2) derart, dass diese zueinander gegensinnig drehbar sind, – einer Kupplungseinrichtung (K) zur Generierung eines die Ausgleichswirkung des Differentiales belastenden Koppelungsmomentes auf reibschlüssigem Wege, und – einer Betätigungsmechanik (M) zur Betätigung der Kupplungseinrichtung (K) derart, dass sich das Koppelungsmoment nach Maßgabe eines am Umlaufgehäuse (H) anliegenden Antriebsdrehmomentes erhöht, – wobei das erste Sonnenrad (S1) Bestandteil der Betätigungsmechanik (M) bildet und hierbei mit einer Schrägverzahnung (Z1) versehen und axial verlagerbar ist, und die axiale Verlagerung des ersten Sonnenrades(S1) über die an der Schrägverzahnung (Z1) angreifenden Zahnradreaktionskräfte veranlasst wird.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (K) als Lamellenkupplung ausgeführt ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (K) zwischen dem ersten Sonnerad (S1) und dem Umlaufgehäuse (H) wirksam ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (K) zwischen den beiden Sonnenrädern (S1, S2) angeordnet ist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenanordnung (P) erste Planeten (P1) aufweist, die in das erste Sonnenrad (S1) eingreifen und zweite Planeten (P2) aufweist, die in das zweite Sonnenrad (S2) eingreifen, und dass die ersten und die zweiten Planeten (P1, P2) über einen Koppelplaneten (PK) miteinander gekoppelt sind.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelplaneten (K) zu einem der ersten oder zweiten Planeten (P1, P2) gleichachsig angeordnet und mit diesem drehstarr gekoppelt sind und dann entsprechend mit einem zweiten oder ersten Planeten (P2, P1) in Eingriff stehen.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Sonnenrad (S2) eine negative Profilverschiebung aufweist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sonnenrad (S1) eine positive Profilverschiebung aufweist.
Stirnraddifferentialgetriebe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelplanet (PK) in der Verzahnungsebene des zweiten Sonnenrades (S2) in den zweiten Planeten (P2) eingreift.
Stirnraddifferentialgetriebe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Sonnenrad (S2) als geradverzahntes Stirnrad ausgeführt ist.