DE102014206528A1

DE102014206528A1 - Differenzial

Info

Publication number: DE102014206528A1
Application number: DE102014206528.3A
Authority: DE
Inventors: Erik Orel; Thorsten BIERMANN
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2015-10-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Differenzial (10, 20) mit einem Differenzialkorb (S), mit Ausgleichsrädern und mit Abtriebsrädern (1, 2), in dem die Ausgleichsräder als erste Planetenräder (p1) und als zweite Planetenräder (p2) ausgebildet sind, jede erste Planetenverzahnung (Pz1) jeweils mit zwei benachbarten zweiten Planetenverzahnungen (Pz2) sowie jede zweite Planetenverzahnung (Pz2) jeweils mit zwei benachbarten ersten Planetenverzahnungen (Pz1) jeweils in einem ersten Zahneingriff (C12) steht, wobei ein Abtriebsrad (1) der Abtriebsräder (1, 2) ein erstes Sonnenrad (S1) sowie ein anderes Abtriebsrad (2) ein zweites Sonnenrad (S2) ist, und dabei jede erste Planetenradverzahnung (Pz1) in einem zweiten Zahneingriff (C11) mit der ersten Sonnenradverzahnung (Sz1) steht, wobei die ersten Planetenradverzahnungen (Pz1) berührungslos zur zweiten Sonnenradverzahnung (Sz2) sind, jede zweite Planetenradverzahnung (Pz2) mit der zweiten Sonnenradverzahnung (Sz2) im dritten Zahneingriff steht, und wobei die zweiten Planetenradverzahnungen (Pz2) berührungslos zur ersten Sonnenradverzahnung (Sz1) sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Differenzial mit einem Differenzialkorb, mit Ausgleichsrädern und mit Abtriebsrädern, in dem

– die Ausgleichsräder als erste Planetenräder, jedes erste Planetenrad jeweils mit einer ersten Planetenradverzahnung, und als zweite Planetenräder, jedes zweite Planetenrad jeweils mit einer zweiten Planetenradverzahnung, ausgebildet sind,
– die ersten Planetenräder, jedes jeweils mit radialem Abstand zu einer Zentralachse um eine erste Rotationsachse, und die zweiten Planetenräder, jedes zweite Planetenrad jeweils mit radialem Abstand zu der Zentralachse um eine zweite Rotationsachse rotierbar in dem Differenzialkorb gelagert sind,
– jede erste Planetenverzahnung jeweils mit zwei benachbarten zweiten Planetenverzahnungen sowie jede zweite Planetenverzahnung jeweils mit zwei benachbarten ersten Planetenverzahnungen jeweils in einem ersten Zahneingriff steht,
– die Abtriebsräder ein erstes Sonnenrad mit einer ersten Sonnenradverzahnung sowie ein zweites Sonnenrad mit einer zweiten Sonnenradverzahnung ist, wobei die Abtriebsräder zueinander koaxial auf der zu den Rotationsachsen parallelen Zentralachse des Differenzials relativ zueinander rotierbar ausgerichtet sind,
– jede erste Planetenradverzahnung in einem zweiten Zahneingriff mit der ersten Sonnenradverzahnung steht, wobei die ersten Planetenradverzahnungen berührungslos zur zweiten Sonnenradverzahnung sind,
– jede zweite Planetenradverzahnung mit der zweiten Sonnenradverzahnung im dritten Zahneingriff steht, wobei die zweiten Planetenradverzahnungen berührungslos zur ersten Sonnenradverzahnung sind.

Hintergrund der Erfindung
Die den folgenden Betrachtungen zugrunde liegenden Grundprinzipien der Planetentriebe sind in Herbert W. Müller „Die Umlaufgetriebe“, Springer Verlag, in der zweiten neubearbeiteten und erweiterten Auflage, mit den Darstellungen der Bilder 19.e und 19.g im Kapitel 1.2.3, „Bauformen einfacher Planetengetriebe“, beschrieben. Die nachfolgenden Ausführungen zum Stand der Technik anhand der 9, 10, 11, 12 und 13, sind auf die in Müller mit den in den Bildern 1.19.e und 1.19.g gezeigten Prinzipen eines Planetentriebs der Gattung bezogen bzw. von diesen abgeleitet. Im Einzelnen zeigen:
10 eine schematische Seitenansicht des Planetentriebs 8 nach 9, der der in Müller gezeigten Variante 1.19.e entspricht;
11 eine schematische Darstellung eines Planetentriebs, welcher der in Müller gezeigten Variante 1.19.g entspricht, und in dem die Anzahl der Sonnenräder S₁ bzw. S₂ insgesamt auf zwei festgelegt und die Anzahl an Planetenrädern p noch offen gelassen ist;
12 eine schematische Seitenansicht des Planetentriebs nach 11, welcher der in Müller gezeigten Variante 1.19.g entspricht;
13 mögliche Zahneingriffe, wahlweise zwischen Zähnen der Verzahnungen der Planetenräder p₁ und p₂ bzw. der Sonnenräder S₁ und S₂ mit den Planetenrädern p₁ bzw. p₂ der 10 und 12, vereinfacht und nicht maßstäblich;
9 und 10: Der Planetentrieb 8 weist einen als Steg S bezeichneten Differenzialkorb, Planetenräder p₁ und p₂ und Zentralräder 1 und 2 auf. Der Planetenträger S ist um die Zentralachse 4 des Planetentriebs 8 rotierbar angeordnet. Die Zentralräder 1 und 2 sind als Sonnenräder S₁ und S₂ ausgeführt und koaxial zueinander auf der Zentralachse 4 angeordnet.
Ein Planetenrad p₁ und ein Planetenrad p₂ einer noch nicht bestimmten Anzahl an Planetenrädern p₁ und p₂ bilden ein Planetenpaar einer noch nicht bestimmten Anzahl Planetenpaare. Das Planetenrad p₁ steht mit einer Planetenradverzahnung mit der Planetenradverzahnung eines Planetenrads p₂im Zahneingriff C₁₂. Die Planetenradverzahnung des Planetenrads p₁ steht mit einer Sonnenradverzahnung des Sonnenrads S₁ im Zahneingriff C₁₁, berührt dabei aber nicht das Sonnenrad S₂. Das Planetenrad p₂ steht mit seiner Planetenradverzahnung mit einer Sonnenradverzahnung des Sonnenrads S₂im Zahneingriff C₂₂, berührt dabei aber nicht das Sonnenrad S₁. Durch den Abstand d₁, der mindestens der axialen Breite des Zahneingriffs C₁₂entsprechen sollte, ist sichergestellt, dass es auf Höhe des Zahneingriffs C₁₂keine Kollision der Räder p₁, p₂, S₁ und S₂ gibt. Die Sonnenräder S₁und S₂ sind axial mit dem axialen Abstand d₁ voneinander entfernt angeordnet, weil ansonsten z.B. das Planetenrad p₁ auf axialer Höhe des Zahneingriffs C₁₂mit dem größeren Sonnenrad S₂ kollidieren würde.
Die Planetenverzahnungen der Planetenräder p₁ und p₂ des jeweiligen Satzes untereinander weisen, ihrer Darstellung mit gleichem Durchmesser entsprechend, untereinander gleiche Planetenzähnezahlen auf. Die Sonnenzähnezahlen der Sonnenradverzahnungen der beiden Sonnenräder S₁und S₂ unterscheiden sich voneinander. Davon ist schon deshalb auszugehen, weil in Bild 1.19.e in diesem Fall das Sonnenrad S₂ mit einem wesentlich größeren Durchmesser D₂ abgebildet ist als das Sonnenrad S₁ mit dem Durchmesser D₁. Außerdem sind in Müller für eine derartige Anordnung Standübersetzungen i₁₂ innerhalb eines Bereichs von –0,09 bis –11,3 angegeben. Die Standübersetzung ist das Verhältnis der Sonnenzähnezahl der Sonnenradverzahnung des zweiten Sonnenrades S₂ zur Sonnenzähnezahl des ersten Sonnenrades bei ortsfest gehaltenem Steg.
11 und 12: Die Darstellung des in den 11 und 12 gezeigten Differenzials 3 ist an die Darstellung des in Müller mit Variante 1.19.g gezeigten Planetentriebs angelehnt. Das Differenzial 3 weist einen auch als Steg S bezeichneten Differenzialkorb, Ausgleichsräder und die Zentralräder 1 und 2 auf. Die Zentralräder sind Abtriebsräder 1 und 2 (Abtriebswellen) des Differenzials 3. Die Ausgleichsräder sind als Planetenräder p₁ und p₂ ausgeführt und an einem Planetenträger S drehbar gelagert. Dementsprechend wird der Differenzialkorb im Folgenden als Planetenträger S bezeichnet. Der Planetenträger S ist um die Zentralachse 4 des Differenzials 3 rotierbar. Die Abtriebsräder 1 und 2 sind als Sonnenräder S₁ und S₂ ausgeführt und koaxial zueinander auf der Zentralachse 4 angeordnet. Das Antriebsrad des Differenzials 3 ist ein Kegelrad 5, das mit dem Planetenträger S verbunden ist.
Ein Planetenrad p₁ und ein Planetenrad p₂ einer noch nicht bestimmten Anzahl an Planetenrädern p₁ und p₂ bilden ein Planetenpaar einer noch nicht bestimmten Anzahl an Planetenpaaren. Das Planetenrad p₁ steht mit einer Planetenradverzahnung eines Planetenrads p₂im Zahneingriff C₁₂. Das Planetenrad p₁ steht mit seiner Planetenradverzahnung mit der Sonnenradverzahnung des Sonnenrads S₁ im Zahneingriff C₁₁, berührt dabei aber nicht das Sonnenrad S₂. Das Planetenrad p₂ steht mit einer Planetenradverzahnung mit einer Sonnenradverzahnung des Sonnenrads S₂im Zahneingriff C₂₂, berührt dabei aber nicht mit dem Sonnenrad S₁. Durch den Abstand d₂, der mindestens der axialen Breite des Zahneingriffs C₁₂entsprechen sollte, ist sichergestellt, dass es auf Höhe des Zahneingriffs C₁₂keine Kollision der Verzahnungen der Räder p₁, p₂, S₁ und S₂ gibt.
Die Planetenverzahnungen der Planetenräder p₁ und p₂ des jeweiligen Satzes weisen, ihrer Darstellung mit gleichem Durchmesser entsprechend, untereinander gleiche Planetenzähnezahlen auf. Die Sonnenzähnezahlen der Sonnenradverzahnungen der beiden Sonnenräder S₁und S₂ sind auch gleich. Davon ist auszugehen, weil beide Sonnenräder S₁und S₂ mit dem gleichen Durchmesser D₂ abgebildet sind. Dementsprechend ist das Sonnenrad S₂ in der Ansicht nach 12 verdeckt dargestellt. Es ergibt sich für das Differenzial 3 eine Standübersetzung von i₁₂ = –1. Die Standübersetzung ist in diesem Fall das Verhältnis der Sonnenzähnezahl des zweiten Sonnenrades S2 zur Sonnenzähnezahl des ersten Sonnenrades bei ortsfest gehaltenem Differenzialkorb.
10 und 12: Die Bildebene der 10 und 12 entspricht jeweils einer beliebigen senkrecht von den Rotationsachsen 6 und 7 bzw. von der Zentralachse 4 durchstoßenen Radialebene, in der durch die Strecken R₁, R₂ und R₃ ein Dreieck umrissen ist. Der Abstand der zur Zentralachse parallelen Rotationsachse 6 des Planetenrads p₁ ist durch eine Strecke R₁ definiert. Der Abstand der Rotationsachse 7 des Planetenrads p₂ zur Zentralachse 4 ist durch die Strecke R₂ definiert. Der Abstand der beiden zueinander parallelen Rotationsachsen 6 und 7 ist durch eine Strecke R₃ definiert. Zwischen den Strecken R₁ und R₂ ist ein Innenwinkel γ eingeschlossen, der als Teilungswinkel bezeichnet wird. Einer Gegenüberstellung der Darstellungen des Planetentriebs 8 und des Differenzials 3 in den 10 und 12 kann entnommen werden, dass die Strecken R₁ und R₂ im Differenzial 3 gleich sind und sich im Planetentrieb 8 voneinander unterscheiden.
Aus Müller, dem Kapitel 5.1.2 „Die Aufteilung mehrerer Planeten am Umfang“, ist bekannt, dass durch den Einbau eines ersten Planetenpaares die Winkelstellung der beiden Zentralräder zueinander festgelegt ist. Die Stellungen der Zähne der Sonnenradverzahnungen der Sonnenräder zueinander ist durch ein auf die Zentralräder montiertes Planetenpaar somit vorbestimmt. Dieser Sachverhalt ist nachvollziehbar, weil über die miteinander im Zahneingriff stehenden Planetenräder und die gleichzeitigen Zahneingriffe der Planetenräder mit den Sonnenrädern die Zahnräder nicht mehr unabhängig voneinander um die jeweilige Rotationsachse verdreht werden können. Dementsprechend lassen sich weitere Planetenpaare nur noch an bestimmten Stellen in die Sonnenradverzahnungen der beiden Sonnenräder einschieben.
13: Die Montierbarkeit setzt gemäß des in 13 dargestellten Details voraus, dass zugleich in drei Zahneingriffen C₁₁, C₁₂ sowie C₁₃ eine „Zahn (z) in Zahnlücke (zL)“ Konstellation für die weiteren zu montierenden Zahnräder vorliegt. Diese Konstellation ist z.B. vom Teilungswinkel γ und den Zähnezahlen abhängig.
Der Teilungswinkel zwischen zwei Planetenrädern hängt von der Anzahl der Zähne der beteiligten Räder ab und damit auch davon, ob und wie viele Zahnräder mit welchen Zähnezahlen sich in einem derartigen Planetentrieb verbauen lassen. Die Auslegung eines Planetentriebs kann deshalb also nicht wahllos vorgenommen werden, sondern ist von der sogenannten Zähnezahlbedingung abhängig. Diese ist in Müller nach Gleichung 5.10 für die Minusgetriebe der und g wie folgt definiert:
wobei:

z₁: = die Sonnenzähnezahl der Sonnenradverzahnung des ersten Sonnenrades,
z₂: = die Sonnenzähnezahl der Sonnenradverzahnung des zweiten Sonnenrades und
N: = die Anzahl der gleichmäßig am Umfang verteilten Planeten bzw. Planetenpaare ist.

Der Quotient g steht für eine ganze Zahl. Mit anderen Worten, die Zähnezahlbedingung ist erfüllt, wenn jede Zähnezahl für sich durch N oder wenn deren Summe durch N nach [1] so teilbar ist, dass sich jedes Mal eine ganze Zahl ergibt.
In DE 692 06 257 T2 ist ein gattungsgemäßes Differenzial beschrieben, dessen Grundprinzip dem der Variante 1.19.e nach Müller entspricht, dessen Aufbau jedoch in zwei wesentlichen Punkten von dem zuvor beschrieben Aufbau abweicht, welche sind:

a.) Die als Abtriebsräder ausgeführten Sonnenräder liegen axial aneinander an.
b.) Alle Planetenräder, also die ersten und die zweiten Planetenräder, stehen in Umfangsrichtung um die Zentralachse in Reihe über ihre Planetenradverzahnungen miteinander im Zahneingriff.

Aus a.) folgt, dass in diesem Differenzial zwischen den Sonnenrädern kein axialer Abstand d verbleibt und damit zwischen den Sonnenrädern auf dieser Höhe kein Raum für den Zahneingriff zwischen den Planetenrädern des jeweiligen Paares verbleibt. Die Rotationsachsen der Planetenräder des zweiten Satzes sind deshalb soweit radial nach außen gerückt, dass deren Achsabstände zur Zentralachse, wie in DE 692 06 257 T2 in den 1 und 2 anschaulich dargestellt ist, wesentlich größer sind als die Abstände der Rotationsachsen der ersten Planetenräder zur Zentralachse. Dementsprechend weisen die Sonnenräder unterschiedliche Durchmesser und Zähnezahlen auf, wobei die des zweiten Sonnenrades größer sind als die des ersten Sonnenrades. Zur Wirkung von unterschiedlich großen Abtriebsrädern ist in DE 692 06 257 T2 ausgeführt, dass jedes Zahnrad dadurch ein anderes Drehmoment erhält. Das wirkt sich jedoch nachteilig auf die Funktion des Differenzials aus.
Die Bedingung b.) hat zur Folge, dass für diese Differenziale die zuvor beschriebene Zähnezahlbedingung rein rechnerisch zwar zutreffen kann, das Differenzial sich jedoch trotzdem nicht montieren lässt. Das soll nachfolgend anhand eines in 14 schematisch dargestellten Beispiels mit insgesamt zwölf Planetenrädern p₁ und p₂bewiesen werden. Jede Planetenverzahnung des jeweiligen Planetenrads p₁ bzw. p₂ist jeweils mit zehn Zähnen versehen. Die auf diese Konstellation bezogenen Achsabstände R₁ und R₂ setzen bei gleichem Modul ein erstes Sonnenrad mit vierundzwanzig Zähnen und ein zweites Sonnenrad mit sechsunddreißig Zähnen voraus. Aus der oben beschriebenen Formel für die Zähnezahlbedingung ergibt sich für dieses Beispiel der sechs bzw. zwölf mit dem Teilungswinkel γ am Umfang verteilten Planetenpaare bzw. Planetenräder p₁ bzw. p₂ in jedem Fall als Ergebnis eine ganze Zahl. Allerdings steht jedes Planetenrad p₁ eines Planetenpaares nicht nur mit einem Planetenrad p₂ sondern in anderer Richtung mit einem weiteren Planetenrad p₂ im Zahneingriff, so dass umfangsseitig aneinander gereiht ohne Unterbrechung abwechseln ein eine Planetenradverzahnung eines Planetenrads p₁ mit der Planetenradverzahnung eines Planetenrads p₂ im Zahneingriff steht. Wie aus 14 zusammen mit 14a hervorgeht, liegt nicht in jedem Fall eine „Zahn in Zahnlücke“ Konstellation für die weiteren zu montierenden Zahnräder vor. Dies ist mit 14a, einer vergrößerten Ansicht eines Details der in 14 gezeigten Konstellation der Planetenräder, verdeutlicht, nach der die „Zahn z in Zahnlücke zL“ Konstellation an einer Stelle des Umfangs nicht mehr gegeben ist. Das Differenzial ließe sich also trotz rechnerischer Einhaltung der Zähnezahlbedingung nicht mehr montieren.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Differenzial zu schaffen, mit dem die zuvor genannten Nachteile vermieden werden.
Die Aufgabe ist mit einem Differenzial nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Danach gilt:
Alle ersten Planetenräder weisen untereinander jeweils die gleiche Zähnezahl auf. Alle zweiten Planetenräder weisen die gleiche Zähnezahl auf. Gleiches gilt für die zweiten Planetenräder im Vergleich mit der Zähnezahl der ersten Planetenräder. Die Eigenschaften der Planetenverzahnungen sind hinsichtlich des Verzahnungstyps, der Anzahl der Zähne sowie des Moduls gleich. Die Planetenradverzahnungen der ersten Planetenräder unterscheiden sich von den Planetenradverzahnungen der zweiten Planetenrädern vorzugsweise nur durch die Länge der Zähne (Profilverschiebung) und durch die axiale Länge. Die erste Sonnenradverzahnung und die zweite Sonnenradverzahnung weisen miteinander verglichen gleiche Sonnenzähnezahlen und gleiche Module auf. Die Sonnenverzahnungen unterscheiden sich voneinander durch die radiale Länge der Zähne (Profilverschiebung).
In dem Differenzial sind in jeder beliebigen gedachten und von den Rotationsachsen der ersten Planetenräder, von den Rotationsachsen der zweiten Planetenräder sowie auch von der Zentralachse gemeinsam senkrecht durchstoßenen Radialebene betrachtete Dreiecke jeweils von drei Strecken umrissen. Die Länge einer ersten Strecke ist jeweils pro Dreieck durch den Abstand jeder ersten Rotationsachse zur Zentralachse beschrieben. Die Länge einer zweiten Strecke ist jeweils durch den Abstand jeder zweiten Rotationsachse zur Zentralachse vorgegeben und die Länge einer dritten Strecke jeweils durch den Abstand zwischen der jeweiligen ersten Rotationsachse und der benachbarten zweiten Rotationsachse vorgegeben. Die Anzahl der Dreiecke ist durch die Anzahl der Planetenpaare vorgegeben, wobei ein Planetenpaar jeweils durch ein erstes Planetenrad und ein mit diesem ersten Planetenrad im Zahneingriff stehendes zweites Planetenrad gebildet ist. Dadurch entspricht die Anzahl der Dreiecke pro Radialebene der Hälfte aller in dem Differenzial verbauten ersten und zweiten Planetenräder.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in der Radialebene der Absolutwert einer aus einem ersten Innenwinkel und einem zweiten Innenwinkel des jeweiligen Dreieckst gebildeten Winkeldifferenz kleiner oder gleich ≤ 15° ist.
Die Innenwinkel. die im Folgenden mit den Formelzeichen α und β versehen sind, sind Innenwinkel des Dreiecks, das durch die drei vorgenannten Strecken umrissen ist. Der erste Innenwinkel α ist zwischen der ersten Strecke und der dritten Strecke ausgebildet und ist vorzugsweise kleiner als 90°. Der zweite Innenwinkel β ist zwischen der zweiten und dritten Strecke eingeschlossen und vorzugsweise auch kleiner als 90°. Den in der Mathematik auch als absoluten Betrag bezeichneten Absolutwert einer reellen Zahl erhält man durch Weglassen des Vorzeichens. in dem der erste Winkel α und der zweite Winkel β jeweils einen Wert aufweisen, der in einem Bereich von 60° ≤ α ≤ 80° bzw. 60° ≤ β ≤ 80° liegt, wobei hierbei die Konstellationen a.) mit Winkeln von α = 60° und β = 75° oder b.) mit Winkeln von α = 78° und β = 66° bevorzugt ausgewählt wurden, weil sich durch diese die im Weiteren vorzugsweisen Ausgestaltungen der Erfindung montierbar gestalten lassen.
Eine Winkeldifferenz von Null ist optional in diese Bedingung mit eingeschlossen. In diesem Fall sind beide Innenwinkel gleich und die erste und zweite Strecke sind dementsprechend gleich lang.
Allgemein gilt: γ = 360° / N [2] γ = 180° – (α + β) [3] wobei γ der Teilungswinkel ist und p die Anzahl der um die Zentralachse verteilten ersten und zweiten Planetenräder ist. Der Teilungswinkel γ ist dritter Innenwinkel des jeweiligen Dreiecks.
Für die Auswahl nach a.) ergibt sich aus Gleichung [3] ein Teilungswinkel γ von 45°. Daraus errechnet sich aus Gleichung [2] eine Auswahl eines Differenzials mit einer Anzahl N = 8 Planetenräder, von denen vier mit dem einen Sonnenrad und vier mit dem anderen Sonnenrad im Zahneingriff stehen.
Für die Auswahl nach b.) ergibt sich aus Gleichung [3] ein Teilungswinkel γ von 36°. Daraus errechnet sich aus Gleichung [2] eine Auswahl eines Differenzials mit einer Anzahl N = 10 Planetenräder, von denen fünf mit dem einen Sonnenrad und fünf mit dem anderen Sonnenrad im Zahneingriff stehen.
Weiterhin eine Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen nach der gilt: g = 2 × X1 und g = 2 × X2 sowie g = 2X1 + 2X2 wobei X1 = β/(2 × Pz × 360°) [4] X2 = α/(2 × Pz × 360°) [5]
Das Zweifache von X1 und auch das Zweifache von X2 sowie auch eine Summe aus dem Zweifachen von X1 und auch das Zweifache von X2 müssen jeweils eine ganze Zahl ergeben. X1 ist gemäß Gleichung [4] ein erster Quotient aus dem zweiten Winkel β und aus einem Produkt. Das Produkt ergibt sich durch Multiplikation der zweifachen Planetenzähnezahl eines Planetenrades mit einem Vollwinkel. von 360°. X2 ist dementsprechend nach Gleichung [5] ein zweiter Quotient aus dem ersten Winkel (α) und aus dem vorgenannten Produkt, da die Planetenzähnezahlen der jeweiligen ersten Planetenräder und zweiten Planetenräder gleich sind.
In einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung grenzen die Sonnenräder aneinander. Darunter ist zu verstehen, dass die Sonnenradverzahnungen der beiden Sonnenräder axial so dicht aufeinander folgen, dass der axiale Abstand zwischen den Sonnenradverzahnungen axial schmaler ist als die Verzahnungsbreite des Zahneingriffs zwischen Sonnenrad und Planetenrad und insbesondere des Zahneingriffs zwischen den Planetenrädern. Unter Zahneingriff ist dabei das formschlüssige Eingreifen wenigstens eines Zahnes einer der Sonnenradverzahnungen in eine Zahnlücke der gegenüberliegenden Planetenradverzahnung oder umgekehrt zu verstehen. Die axiale Breite des Zahneingriffs ist als die Breite der schmalsten der im Formschluss stehenden Verzahnungen in axiale Richtung zu verstehen. Mit anderen Worten, die Sonnenräder grenzen soweit aneinander, dass der axiale Abstand zwischen ihren Sonnenradverzahnungen schmaler ist als die Breite der Planetenradverzahnung des kurzen Planetenrades des Differenzials, wobei die Breiten der Planetenradverzahnung des kurzen Planetenrades und die der Sonnenradverzahnung auch gleich sein können. In der Regel wird die Verzahnung des Differenzials so gestaltet, dass die Sonnenradverzahnung beider Sonnenräder gleich breit ist und auch die Breite der Planetenradverzahnung eines kurzen der Planetenräder dieser Breite entspricht. Die Planetenradverzahnung des anderen Planetenrades muss mindestens so breit sein wie beide Sonnenradverzahnungen zuzüglich eines Spaltmaßes eines möglichen axialen Spalts zwischen den Sonnenradverzahnungen. Dieses Planetenrad wird dementsprechend als langes Planetenrad bezeichnet.
Für das erfindungsgemäße Differenzial ergibt sich aus dem vorher beschriebenen, dass die ersten Planetenräder wahlweise kurze oder lange Planetenräder sind und die zweiten Planetenräder wahlweise lange oder kurze Planetenräder, wobei in Umfangsrichtung immer ein kurzes mit einem langen Planetenrad und das lange wieder mit einem kurzen Planetenrad im Zahneingriff steht. Die kurzen Planetenräder wechseln sich in Umfangsrichtung um die Zentralachse des Differenzials mit den langen ab, wobei ein kurzes Planetenrad jeweils in beide Umfangsrichtungen mit einem langen Planetenrad im Zahneingriff steht und jedes lange Planetenrad in beide Umfangsrichtungen jeweils im Zahneingriff mit einem kurzen Planetenrad. Es ergibt sich dadurch eine vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung, nach der die Zahneingriffe der Sonnenradverzahnung des ersten Sonnenrades mit den ersten Planetenrädern (zweiter Zahneingriff) axial auf gleicher Höhe mit den Zahneingriffen der Planetenradverzahnung des jeweiligen ersten Planetenrades mit den Planetenradverzahnungen des zweiten Planetenrades (erster Zahneingriff) liegen. Der jeweilige erste Zahneingriff ist radial weiter von der Zentralachse weg als der zweite Zahneingriff und darüber hinaus auch in Umfangsrichtung zu dem zweiten Zahneingriff versetzt. Diese Anordnung kann zu Unterschieden in den radialen Abständen der Rotationsachsen der kurzen Planetenräder und der langen Planetenräder führen. Es ist aber auch möglich, dass diese gleich sind. Die Unterschiede werden durch radial längere und kürzere Zähne, über die sogenannte Profilverschiebung, in den Zahneingriffen verwirklicht. Denkbar ist eine Anordnung, in der eines der Sonnenräder eine Sonnenradverzahnung mit radial sehr kurzen Zähnen aufweist, die im Zahneingriff mit sehr langen Zähnen der Planetenradverzahnung der kurzen Planetenräder steht. Das zweite Sonnenrad würde in dem Fall eine Verzahnung mit vergleichsweise langen Zähnen aufweisen, die im Zahneingriff mit relativ kurzen Zähnen der Planetenverzahnung der langen Planetenräder steht. Die Zuordnung von langen Planetenrädern zum ersten Sonnenrad und der kurzen Planetenräder zum zweiten Sonnenrad ist ebenso nicht bindend wie die vorgenannte Zuordnung von langen und kurzen Zähnen. Es ist auch denkbar, dass das zweite Sonnenrad mit den langen Planetenrädern im Zahneingriff steht und das erste Sonnenrad mit den kurzen. Denkbar ist auch der Einsatz von Sonnenrädern, bei denen sich deren Sonnenradverzahnungen hinsichtlich ihrer axialen Länge voneinander unterscheiden.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Einhaltung der erfindungsgemäßen Bedingungen zu montierbaren Anordnungen führt. Aufwändige Berechnungen und vielfaches Probieren, also Wege, die zum gleichen Ergebnis führen könnten, können zukünftig durch Einhaltung der mit der Erfindung vorgegebenen Bedingungen entfallen.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert:
1 zeigt eine Seitenansicht eines Differenzials 10, wobei das der Differenzialkorb 9 des Differenzials 10 so geschnitten ist, dass die Planetenräder p₁ und p₂ sowie das Sonnenrad S₂ in einer Seitenansicht sichtbar sind.
2 zeigt einen Teilschnitt in einer Gesamtansicht des Differenzials 10.
3 zeigt einen Längsschnitt entsprechend der Linie III-III aus 1 und entlang der Zentralachse 4 des Differenzials 10.
4 zeigt einen weiteren Teilschnitt des Differenzials 10 in einer Gesamtansicht des Differenzials 10.
Das Differenzial 10 weist einen Differenzialkorb 9 auf, der einem Planetenträger S entspricht. Die als Planetenräder p₁ und p₂ ausgebildeten Ausgleichsräder sind in Taschen 13 des Planetenträgers S gelagert. Die koaxial auf der Zentralachse angeordneten Abtriebsräder 1 und 2 sind das erste Sonnenrad S₁ und das zweite Sonnenrad S₂. Jedes erste Planetenrad p₁ ist jeweils mit einer ersten Planetenradverzahnung Pz₁ versehen. Die zweiten Planetenräder p₂ weisen jedes jeweils eine zweite Planetenradverzahnung Pz₂ auf.
Die ersten Planetenräder p₁ sind jedes jeweils mit einem radialem Abstand der Rotationsachse 6 zu einer Zentralachse 4 des Differenzials 10 angeordnet, der die Länge eine Strecke R₁ beschreibt und die zweiten zweiten Planetenräder p₂ jeweils mit einem Abstand ihrer Rotationsachse 7 zur Zentralachse 4, der der Länge der Strecke R₂ entspricht. Jedes erste Planetenrad p₁ ist um jeweils eine erste Rotationsachse 6 rotierbar und jedes zweite Planetenrad p₂ um jeweils eine zweite Rotationsachse 7 rotierbar in dem Differenzialkorb 9 (Planetenträger S) gelagert. Die Rotationsachsen 6 und 7 sowie die Zentralachse 4 verlaufen senkrecht in die Bildebene von 1 hinein. Der Abstand zwischen den parallelen Rotationsachsen entspricht der Länge der Strecke R₃.
Jedes als langes Planetenrad ausgebildete erste Planetenrad p₁ steht über eine erste Planetenverzahnung Pz₁ jeweils mit zwei benachbarten zweiten Planetenverzahnungen Pz₂ sowie jedes als kurzes Planetenrad ausgebildete zweite Planetenrad p₂ über eine zweite Planetenverzahnung Pz₂ jeweils mit zwei benachbarten ersten Planetenverzahnungen Pz₁eines benachbarten ersten Planetenrads p₁ in einem ersten Zahneingriff C₁₂.
Das erste Sonnenrad S₁ ist mit einer ersten Sonnenradverzahnung Sz₁ versehen und das zweite Sonnenrad S₂ mit einer zweiten Sonnenradverzahnung Sz₂. Die erste Sonnenradverzahnung Sz₁ und die ersten Planetenradverzahnungen Pz₁ stehen miteinander in einem zweiten Zahneingriff C₁₁. Wie insbesondere aus den 1 und 4 ersichtlich ist, stehen die Planetenradverzahnungen Pz₂ der zweiten Planetenräder p₂ im Zahneingriff mit der Sonnenradverzahnung Sz₂ des zweiten Sonnenrades S₂. Wie insbesondere aus 2 hervorgeht, ist die zweite Planetenradverzahnung Pz₂ berührungslos zum ersten Sonnenrad S₁. Aus den 1 und 3 geht hervor, dass die erste Planetenradverzahnung Pz1 berührungslos zum zweiten Sonnenrad S₂ ist. Darüber hinaus ist ersichtlich, dass die zweite Sonnenradverzahnung Sz₂ axial breiter als die erste Sonnenradverzahnung Sz₁ ist. Axial heißt mit der Zentralachse 4 gleichgerichtet.
Die erste Planetenradverzahnung Pz₁ und die zweite Planetenverzahnung Pz₂ weisen miteinander verglichen die gleiche Planetenzähnezahl auf, die in diesem Fall Zwölf ist. Die erste Sonnenradverzahnung Pz₁ und die zweite Sonnenradverzahnung Pz₂ weisen miteinander verglichen gleiche Sonnenzähnezahl auf, die in diesem Falle Zwanzig ist, so dass sich die Konstellation nach der Auswahl a.) mit Winkeln von α = 60° und β = 75° montieren lässt.
Die Sonnenräder S₁ und S₂ grenzen aneinander. Wie insbesondere aus den 1 und 4 hervorgeht, liegt der erste Zahneingriff C₁₂ axial auf gleicher Höhe mit dem Zahneingriff C₂₂. Der Zahneingriff C₂₂ findet zwischen der Sonnenradverzahnung S_z2 des zweiten Sonnenrades S₂ mit dem der zweiten Planetenradverzahnung Pz₂ des zweiten Planetenrades p₂ statt.
5 zeigt eine Seitenansicht eines Differenzials 20, wobei das der Differenzialkorb 9 des Differenzials 10 so geschnitten ist, dass die Planetenräder p₁ und p₂ sowie das Sonnenrad S₂ in einer Seitenansicht sichtbar sind.
6 zeigt einen Teilschnitt in einer Gesamtansicht des Differenzials 20.
7 zeigt einen Längsschnitt entsprechend der Linie VII-VII aus 5 und entlang der Zentralachse 4 des Differenzials 20.
Das Differenzial 20 weist einen Differenzialkorb 9 auf, der einem Planetenträger S entspricht. Die als Planetenräder p₁ und p₂ ausgebildeten Ausgleichsräder sind in Taschen 13 des Planetenträgers S gelagert. Die koaxial auf der Zentralachse angeordneten Abtriebsräder 1 und 2 sind das erste Sonnenrad S₁ und das zweite Sonnenrad S₂. Jedes erste Planetenrad p₁ ist jeweils mit einer ersten Planetenradverzahnung Pz₁ versehen. Die zweiten Planetenräder p₂ weisen jedes jeweils eine zweite Planetenradverzahnung Pz₂ auf.
Die ersten Planetenräder p₁ sind jedes jeweils mit einem radialem Abstand der Rotationsachse 6 zu einer Zentralachse 4 des Differenzials 20 angeordnet, der die Länge eine Strecke R₁ beschreibt und die zweiten zweiten Planetenräder p₂ jeweils mit einem Abstand ihrer Rotationsachse 7 zur Zentralachse 4, der der Länge der Strecke R₂ entspricht. Jedes erste Planetenrad p₁ ist um jeweils eine erste Rotationsachse 6 rotierbar und jedes zweite Planetenrad p₂ um jeweils eine zweite Rotationsachse 7 rotierbar in dem Differenzialkorb 9 (Planetenträger S) gelagert. Die Rotationsachsen 6 und 7 sowie die Zentralachse 4 verlaufen senkrecht in die Bildebene von 5 hinein. Der Abstand zwischen den parallelen Rotationsachsen entspricht der Länge der Strecke R₃.
Jedes als langes Planetenrad ausgebildete erste Planetenrad p₁ steht über eine erste Planetenverzahnung Pz₁ jeweils mit zwei benachbarten zweiten Planetenverzahnungen Pz₂ sowie jedes als kurzes Planetenrad ausgebildete zweite Planetenrad p₂ über eine zweite Planetenverzahnung Pz₂ jeweils mit zwei benachbarten ersten Planetenverzahnungen Pz₁eines benachbarten ersten Planetenrads p₁ in einem ersten Zahneingriff C₁₂.
Das erste Sonnenrad S₁ ist mit einer ersten Sonnenradverzahnung Sz₁ versehen und das zweite Sonnenrad S₂ mit einer zweiten Sonnenradverzahnung Sz₂. Die erste Sonnenradverzahnung Sz₁ und die ersten Planetenradverzahnungen Pz₁ stehen miteinander in einem zweiten Zahneingriff C₁₁. Wie insbesondere aus den 5 und 7 ersichtlich ist, stehen die Planetenradverzahnungen Pz₂ der zweiten Planetenräder p₂ im Zahneingriff mit der Sonnenradverzahnung Sz₂ des zweiten Sonnenrades S₂. Wie insbesondere aus 6 hervorgeht, ist die zweite Planetenradverzahnung Pz₂ berührungslos zum ersten Sonnenrad S₁. Aus den 5 und 7 geht hervor, dass die erste Planetenradverzahnung Pz₁ berührungslos zum zweiten Sonnenrad S₂ ist. Darüber hinaus ist ersichtlich, dass die zweite Sonnenradverzahnung Sz₂ axial genauso breit ist wie die erste Sonnenradverzahnung Sz₁. Axial heißt mit der Zentralachse 4 gleichgerichtet.
Die erste Planetenradverzahnung Pz₁ und die zweite Planetenverzahnung Pz₂ weisen miteinander verglichen die gleiche Planetenzähnezahl auf, die in diesem Fall Fünfzehn ist. Die erste Sonnenradverzahnung Pz₁ und die zweite Sonnenradverzahnung Pz₂ weisen miteinander verglichen gleiche Sonnenzähnezahl auf, die in diesem Falle Fünfundreißig ist, so dass sich die Konstellation nach der Auswahl b.) mit Winkeln von α = 78° und β = 66° montieren lässt.
Die Sonnenräder S₁ und S₂ grenzen aneinander. Wie insbesondere aus den 5 und 6 hervorgeht, liegt der erste Zahneingriff C₁₂ axial auf gleicher Höhe mit dem Zahneingriff C₂₂. Der Zahneingriff C₂₂ findet zwischen der Sonnenradverzahnung S_z2 des zweiten Sonnenrades S₂ mit dem der zweiten Planetenradverzahnung Pz₂ des zweiten Planetenrades p₂ statt.

8 ist ein nicht maßstäblich dargestellter Ausschnitt eines Planetentriebs mit Sicht auf das zweite Sonnenrad S₂ mit wechselseitig im Zahneingriff stehenden Planetenrädern p₁ und p₂, der gleichermaßen für beide Differenziale 10 und 20 gelten soll. In der von der Bildebene vorgegebenen Radialebene ist in jedem durch die Strecken R₁, R₂ und R₃ begrenzten Dreieck der erste Innenwinkel α von R₁ und R₃ eingeschlossen. Der zweite Innenwinkel β ist durch die Strecken R₂ und R₃ eingeschlossen. Jedes Dreieck ist zu einem weiteren Dreieck so unmittelbar benachbart, dass die benachbarten Dreiecke jeweils in Umfangsrichtung um die Zentralachse 4 durch eine gemeinsame Strecke R₁ oder R₂ begrenzt sind. Der jeweilige Teilungswinkel γ ist jeweils von zwei unmittelbar benachbarten Strecken R₁ und R₂ begrenzt. Bezugszeichen

1	Zentralrad/Abtriebsrad	p₁	erstes Planetenrad
2	Zentralrad/Abtriebsrad	p₂	zweites Planetenrad
3	Differenzial	Pz₁	Planetenradverzahnung
4	Zentralachse	Pz₂	Planetenradverzahnung
5	Kegelrad	R₂	zweite Strecke
6	Rotationsachse	R₃	dritte Strecke
7	Rotationsachse	S	Steg/Differenzialkorb
8	Planetentrieb	S₁	erstes Sonnenrad
9	Differenzialkorb	S₂	zweites Sonnenrad
10	Differenzial	Sz₁	erste Sonnenradverzahnung
11	Antriebsrad	Sz₂	zweite Sonnenradverzahnung
12	Keilverzahnung	z	einzelner Zahn
13	Tasche	zL	einzelne Zahnlücke
20	Differenzial	γ	Teilungswinkel
C₁₂	erster Zahneingriff	α	erster Winkel
C₁₁	zweiter Zahneingriff	β	zweiter Winkel
C₂₂	dritter Zahneingriff
R₁	erste Strecke
d₁	axialer Abstand
d₂	axialer Abstand
D₁	Durchmesser
D₂	Durchmesser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69206257 T2 [0018, 0019, 0019]

Claims

Differenzial (10, 20) mit einem Differenzialkorb (S), mit Ausgleichsrädern und mit Abtriebsrädern (1, 2), in dem – die Ausgleichsräder als erste Planetenräder (p₁), jedes jeweils mit einer ersten Planetenradverzahnung (Pz₁), und als zweite Planetenräder (p₂), jedes jeweils mit einer zweiten Planetenradverzahnung (Pz₂), ausgebildet sind, – die ersten Planetenräder (p₁), jedes jeweils mit radialem Abstand zu einer Zentralachse (4) um eine erste Rotationsachse (6), und die zweiten Planetenräder, (p₂) jedes jeweils mit radialem Abstand zu der Zentralachse (4) um eine zweite Rotationsachse (7) rotierbar in dem Differenzialkorb (S) gelagert sind, – jede erste Planetenverzahnung (Pz₁) jeweils mit zwei benachbarten zweiten Planetenverzahnungen (Pz₂) sowie jede zweite Planetenverzahnung (Pz₂) jeweils mit zwei benachbarten ersten Planetenverzahnungen (Pz₁) jeweils in einem ersten Zahneingriff (C₁₂) steht, – ein Abtriebsrad (1) der Abtriebsräder (1, 2) ein erstes Sonnenrad (S₁) mit einer ersten Sonnenradverzahnung (Sz₁) sowie ein anderes Abtriebsrad (2) ein zweites Sonnenrad (S₂) mit einer zweiten Sonnenradverzahnung (Sz₂) ist, wobei die Abtriebsräder (1, 2) zueinander koaxial auf der zu den Rotationsachsen (6, 7) parallelen Zentralachse (4) des Differenzials (10) relativ zueinander rotierbar ausgerichtet sind, – jede erste Planetenradverzahnung (Pz₁) in einem zweiten Zahneingriff (C₁₁) mit der ersten Sonnenradverzahnung (Sz₁) steht, wobei die ersten Planetenradverzahnungen (Pz₁) berührungslos zur zweiten Sonnenradverzahnung (Sz₂) sind, – jede zweite Planetenradverzahnung (Pz₂) mit der zweiten Sonnenradverzahnung (Sz₂) im dritten Zahneingriff steht, wobei die zweiten Planetenradverzahnungen (Pz₂) berührungslos zur ersten Sonnenradverzahnung (Sz₁) sind, und wobei – die erste Planetenradverzahnung (Pz₁) und die zweite Planetenverzahnung (Pz₂) miteinander verglichen gleiche Planetenzähnezahlen (zp₁, zp₂) aufweisen sowie die erste Sonnenradverzahnung (Pz₁) und die zweite Sonnenradverzahnung (Pz₂) miteinander verglichen gleiche Sonnenzähnezahlen (z₁, z₂) aufweisen, – in einer gedachten beliebigen von den ersten Rotationsachsen (6) und den zweiten Rotationsachsen (7) gemeinsam senkrecht durchstoßenen Radialebene betrachtet, Dreiecke jeweils durch eine erste Strecke (R₁), eine zweite Strecke (R₂) sowie eine dritte Strecke (R₃) umrissen sind, wobei der Abstand jeder ersten Rotationsachse (6) zur Zentralachse (4) jeweils durch eine erste Strecke (R₁), der Abstand jeder zweiten Rotationsachse (7) zur Zentralachse (4) jeweils durch eine zweite Strecke (R₂) und die jeweiligen Abstände zwischen zwei benachbarten Rotationsachsen (6, 7) jeweils durch eine dritte Strecke (R₃) beschrieben sind, und wobei in der Radialebene in jedem Dreieck eine aus einem ersten Innenwinkel (α) des jeweiligen Dreiecks und einem zweiten Innenwinkel (β) gebildete Winkeldifferenz ≤ 15° ist, und dabei der erste Innenwinkel (α) zwischen der ersten Strecke (R₁) und der dritten Strecke (R₃) des jeweiligen Dreiecks eingeschlossen ist, sowie der zweite Innenwinkel (β) zwischen der zweiten Strecke (R₂) und der dritten Strecke (R₃) des gleichen der jeweiligen Dreiecke eingeschlossen ist und wobei die Winkeldifferenz der Absolutwert einer Differenz aus dem ersten Innenwinkel (α) und dem zweiten Innenwinkel (β) ist.
Differenzial nach Anspruch 1, in dem der erste Zahneingriff (C₁₂) axial auf gleicher Höhe mit einem Zahneingriff (C₁₁, C₂₂) zwischen einer der Sonnenradverzahnungen (S_z1, S_z2) und einer der Planetenradverzahnung (Pz₁, Pz₂) liegt, wobei axial mit dem Verlauf der Zentralachse (4) gleichgerichtet ist.
Differenzial nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, mit vier ersten Planetenrädern (p₁) und vier zweiten Planetenrädern (p₂).
Differenzial nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, mit vier ersten Planetenrädern (p₁) und mit vier zweiten Planetenrädern (p₂), wobei die Planetenzähnezahlen (Pz₁, Pz₂) Zwölf und die Sonnenzähnezahlen (Sz₁, Sz₂) Zwanzig sind.
Differenzial nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, mit fünf ersten Planetenrädern (p₁) und fünf zweiten Planetenrädern (p₂).
Differenzial nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, mit fünf ersten Planetenrädern (p₁) und fünf zweiten Planetenrädern (p₂), wobei die Planetenzähnezahlen (Pz₁, Pz₂) Fünfzehn und die Sonnenzähnezahl (Sz₁, Sz₂) Fünfunddreißig ist.
Differenzial nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, in dem der erste Winkel (α) und der zweite Winkel (β) jeweils einen Wert aufweisen, der in einem Bereich von 60° ≤ α ≤ 80° bzw. 60° ≤ β ≤ 80° liegt. (Vorzugswerte besonders hervorheben).
Differenzial nach Anspruch 1, für das gilt folgende Bedingung gilt, das Zweifache von X1 und auch das Zweifache von X2 sowie auch eine Summe aus dem Zweifachen von X1 und dem Zweifachen von X2 müssen jeweils eine ganze Zahl ergeben, wobei X1 ein erster Quotient aus dem zweiten Winkel β und aus einem Produkt ist, und wobei das Produkt sich durch Multiplikation der zweifachen Planetenzähnezahl (Pz1, Pz2) eines Planetenrades (p1, p2) mit einem Vollwinkel von 360° ergibt, wobei X2 ein zweiter Quotient aus dem aus dem ersten Winkel (α) und aus dem Produkt ist.