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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Differenzial mit einem Differenzialkorb, einem ersten Satz erster Ausgleichsräder, einem zweiten Satz zweiter Ausgleichsräder, mit einem ersten Abtriebsrad und mit einem zweiten Abtriebsrad, wobei die ersten Ausgleichsräder jeweils mit einem Ausgleichsrad des zweiten Satzes in einem ersten Zahneingriff sowie die ersten Ausgleichsräder des ersten Satzes mit dem ersten Abtriebsrad in einem zweiten Zahneingriff stehen und dabei zugleich die Ausgleichsräder des zweiten Satzes mit dem zweiten Abtriebsrad in einem dritten Zahneingriff stehen, und wobei jedes Ausgleichsrad des ersten Satzes und des zweiten Satzes jeweils in einem Laufsitz um seine eigene Rotationsachse rotierbar in dem Differenzialkorb sitzen sowie zwischen jedem Abtriebsrad und dem Differentialkorb gegeneinander wirkende Reibkegel angeordnet sind,
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Hintergrund der Erfindung
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Über Differenziale sollen bekanntlich Drehmomente gleichmäßig auf die angetriebenen Fahrzeugräder verteilt werden. Das Durchdrehen eines der angetriebenen Fahrzeugräder gegenüber dem anderen angetriebenen Fahrzeugrad soll verhindert werden. Aus verschiedenen Gründen kann jedoch eines der Fahrzeugräder relativ zu dem anderen Fahrzeugrad durchrutschen. Es sind verschiedene selbstsperrende und auch als „Limited Slip Differential“ bezeichnete Differenziale bekannt. Durch die Sperrwirkung wird großer Schlupf zwischen den angetriebenen Fahrzeugrädern in der Regel mittels innerer Reibung des Differenzials reduziert, so dass die Differenzdrehzahlen auf angepasst minimale Werte „abgebremst“ werden. Dabei wird an jedem Fahrzeugrad zumindest ein Minimaldrehmoment bereitgestellt. Die Sperrwirkung ist abhängig vom Typ des Differenzials und von den an der Erzeugung der Sperrwirkung beteiligten Elemente.
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Ein selbstsperrendes Differenzial ist beispielsweise aus
US4805487A bekannt. In diesem Differenzial wird die Sperrwirkung durch geeignete Kombinationen von Ausgleichs- und Abtriebsrädern mit Stirn- bzw. Schneckenverzahnungen und deren Hemmung im kämmenden Zahneingriff erzielt.
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Selbstsperrende Differenziale eines anderen Typs sind in
WO2010112366A1 gezeigt. In diesem Fall wird die Sperrwirkung über Reibelemente erzeugt. Die Reibelemente wirken auf Abtriebsräder. Die Reibelemente sind Reibscheiben und sind entweder stirnseitig zwischen den Antriebsrädern angeordnet oder endseitig zwischen dem jeweiligen Abtriebsrad und dem Differenzialkorb.
WO2010112366A1 zeigt den Typ eines selbstsperrenden Differenzials, in dem die Ausgleichsräder entweder drehbar auf sogenannten Planetenbolzen gelagert sind oder selbst seitlich bolzenartige Drehzapfen aufweisen. Die Planetenbolzen können fest oder rotierbar in dem Differenzialkorb gelagert sein. Die Drehzapfen sind in dem Differenzialkorb drehbar gleitgelagert.
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DE 2 20 61 07A1 zeigt ein Stirnraddifferenzial, in dem die Sperrwirkung durch Kombination von Hemmungen im Zahneingriff und Reibung in Laufsitzen erzielt wird. Das Differenzial weist einen Differenzialkorb, Ausgleichsräder und Abtriebsräder auf. Jedem der Abtriebsräder ist ein Satz Ausgleichsräder zugeordnet, mit dem das jeweilige Abtriebsrad im Zahneingriff steht. Darüber hinaus steht jeweils ein Ausgleichsrad des einen Satzes mit einem Ausgleichsrad des anderen Satzes im Zahneingriff. Die Ausgleichsräder weisen außen Schrägverzahnung auf und sind jeweils um eine eigene Rotationsachse drehbar in Laufsitzen des Differenzialkorbs aufgenommen. Die Laufsitze sind durch Taschen im Differenzialkorb gebildet, in denen die Ausgleichsräder entweder über die Außenkonturen der Schrägverzahnungen oder über außenzylindrische Schäfte drehbar abgestützt sind. Die Laufsitze sind innenzylindrische Abschnitte, deren Innenkonturen einen Gleitsitz für die Außenkonturen bilden. Die Innenkonturen von jeweils zwei der Taschen überschneiden sich so, dass die in diesen beiden Taschen sitzenden Ausgleichsräder miteinander im Zahneingriff stehen können und dass darüber hinaus noch genügen Platz für den Zahneingriff mit dem jeweiligen Abtriebsrad verbleibt. Wenn das Differenzial ausgleicht, ist das jeweilige Ausgleichsrad in seinem Laufsitz rotierend an der Innenkontur abgestützt, wodurch Reibung und damit die angestrebte Sperrwirkung entsteht.
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DE196 12 234A1 zeigt ein gattungsbildendes Verteilergetriebe, in dem die Ausgleichsräder in Laufsitzen des Differenzialkorbs um die eigene Rotationsachse rotierbar gelagert sind. Die reibende Wirkung der Laufsitze wird in diesem Differenzial als nicht ausreichend für die Sperrwirkung angesehen. Aus diesem Grund werden zusätzlich zu den Laufsitzen die schon im Zusammenhang mit
WO2010112366A1 beschriebenen Reibscheiben stirnseitig bzw. endseitig der Abtriebsräder eingesetzt. In
DE196 12 234A1 wird darüber hinaus die Verwendung von Reibkegeln beschrieben, die endseitig der Ausgleichsräder zwischen dem jeweiligen Ausgleichsrad und dem Differenzialkorb an Reibscheiben ausgebildet sind. Durch gegeneinander wirkende Reibkegel kann bekanntlich die Reibungswirkung und damit die Sperrwirkung auf geringstem Bauraum wirksam erhöht werden.
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In einem weiteren gattungsgemäßen Differenzial nach
US5,055,096A ist die selbstsperrende Wirkung gezielt durch das Zusammenwirken von Zahnkräften im Differenzial und gegeneinander wirkenden Reibkegeln zwischen den Abtriebsrädern und dem Differenzialkorb erzeugt. Die Ausgleichsräder sind so ungleichmäßig im Differenzial angeordnet. Dadurch richten sich die Resultierenden der Zahnkräfte der schrägverzahnten Ausgleichsräder im Differenzial so aus, dass die Verzahnungen der Abtriebsräder radial nach außen in Laufsitze oder speziell dafür vorgesehene Stützhülsen mit Laufsitzen gepresst werden. Außerdem werden die Abtriebsräder axial endseitig gegen Reibkonen verschoben, die sich am Differenzialkorb abstützen. Die Abtriebsräder sind endseitig mit außenkegeligen Flächen versehen, die aufgrund der Axialkräfte in zu ihnen komplementäre innenkegelige Reibflächen gepresst werden und so Reibkräfte für die gewünschte Sperrwirkung erzeugen.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Differenzial zu schaffen, dessen selbstsperrende Eigenschaften optimiert sind, das zugleich wenig Bauraum beansprucht und das kostengünstig herzustellen ist.
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Die Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Ausgleichsräder beider Sätze bilden einen in Umfangsrichtung um eine Hauptachse des Differenzials angeordneten Zahnkranz bilden. Die Hauptachse ist die Rotationsachse, um die der Differenzialkorb rotiert und um die auch die koaxial zueinander angeordneten Abtriebsräder rotieren. Die Ausgleichsräder beider Sätze sind dabei derartig miteinander wirkverbunden, dass immer ein erstes Ausgleichsrad jeweils zur einen Seite hin und zur anderen Seite hin jeweils mit einem zweiten Ausgleichsrad formschlüssig in einem ersten Zahneingriff steht. Infolgedessen steht das jeweilige zweite Ausgleichsrad jeweils zur einen Seite und zur anderen Seite hin mit jeweils einem ersten Ausgleichsrad formschlüssig in dem ersten Zahneingriff. Daraus folgt, dass in Umfangsrichtung um die Hauptachse betrachtet jedes Ausgleichsrad des ersten Satzes mit einem Ausgleichsrad des zweiten Satzes und dieses wiederum mit einem Ausgleichsrad des ersten Satzes im Zahneingriff steht. Als erster Zahneingriff ist demnach der Eingriff der Zähne einer Verzahnung des ersten Ausgleichsrades in die Verzahnung eines zweiten Ausgleichsrades und umgekehrt zu verstehen, so dass die Verzahnungen des ersten und zweiten Ausgleichsrades während der Differenzialwirkung miteinander kämmen und einen (Zahn)Kranz aus Ausgleichrädern bilden. Folglich ist der Zahnkranz durch die sich einander abwechselnden und dabei mit dem Nachbarn im Zahneingriff stehenden ersten und zweiten Ausgleichsräder umfangsseitig formschlüssig geschlossen.
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Die Ausgleichsräder und die Abtriebsräder sind vorzugsweise Stirnräder. Das Differenzial ist bevorzugt ein Stirnraddifferenzial, dessen Ausgleichsräder Planetenräder und dessen Abtriebsräder Sonnenräder sind. In dem Differenzial steht ein Satz Planetenräder mit einem Sonnenrad und ein weiterer Satz Planetenräder mit dem anderen Sonnenrad im Zahneingriff. Darüber hinaus steht jedes Planetenrad des einen Satzes im Zahneingriff mit zwei Planetenrädern des anderen Satzes, so dass die im Zahneingriff stehenden Planetenräder in Umfangsrichtung um die Hauptachse den Zahnkranz bilden.
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Beim beschriebenen gattungsbildenden Stand der Technik bilden jeweils ein Ausgleichsrad des ersten Satzes und ein Ausgleichsrad des zweiten Satzes ein Paar. Die Ausgleichsräder des jeweiligen Paares stehen unabhängig von den anderen Ausgleichsrädern im Zahneingriff. Für derartige Differenziale kann sich unter bestimmten baulichen Voraussetzungen und Betriebsbedingen ein Ungleichgewicht der resultierenden Zahnkräfte derartig nachteilig ergeben, wie es exemplarisch in 8 beschrieben ist. 8 wurde von der Anmelderin zur Erläuterung der Problematik erstellt und gibt grob schematisch die Ergebnisse eines Berechnungsbeispiels zum bekannten Stand der Technik wieder. Ein erstes Ausgleichsrad 1 eines ansonsten nicht weiter dargestellten ersten Satzes steht im ersten Zahneingriff 2 mit einem zweiten Ausgleichsrad 3 eines nicht weiter dargestellten zweiten Satzes und im zweiten Zahneingriff 4 mit der Verzahnung eines nur durch zwei Zähne 5 symbolisierten ersten Abtriebsrades. Das zweite Ausgleichsrad 3 steht im dritten Zahneingriff 6 mit der Verzahnung eines nur durch zwei Zähne 7 symbolisierten zweiten Abtriebsrades. Bei Rotation beispielsweise des zweiten Abtriebsrades entgegen dem Uhrzeigersinn wird dieses das zweite Ausgleichsrad 3 in Drehrichtung mit dem Uhrzeigersinn beaufschlagen, wodurch sich dieses an der Verzahnung des ersten Ausgleichsrads 1 abstützen wird. Dadurch stützt sich das erste Ausgleichsrad 1 an der Verzahnung des ersten Abtriebsrades ab. Die dabei entstehenden und mit den Pfeilen symbolisierten Zahnkräfte erzeugen Resultierende 8 und 9 an den Ausgleichsrädern 1 und 3. Die Resultierende 8 am ersten Ausgleichsrad 1 wird das Ausgleichsrad 1 erwartungsgemäß radial nach außen in einen Laufsitz drücken. Die Resultierende 9 dagegen wird das Ausgleichsrad 3 in nicht vorteilhafter Weise in Richtung der Verzahnung des zweiten Abtriebrads verschieben. Letzteres kann zu unsicheren Betriebszuständen des Differenzials und im ungünstigen Fall zur Beschädigung der Verzahnungen bis hin zum Blockieren des Differenzials führen. Außerdem ist aufgrund der unsicheren Betriebszustände die konstante Wirkung der Reibkegel zur Erhöhung der Selbstsperrwirkung des Differenzials in Frage gestellt bzw. nicht zuverlässig.
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In der erfindungsgemäßen Anordnung sind entgegen zum zuvor beschrieben Stand der Technik nachteilige Ungleichgewichte in der Kräfteverteilung ausgeschlossen, da sich jedes Ausgleichsrad des Zahnkranzes sowohl zur einen Seite als auch zur anderen Seite hin an einem benachbarten Ausgleichsrad abstützen kann. Das führt dazu, dass die jeweilige Resultierende das jeweilige Ausgleichsrad radial nach außen in den Laufsitz und nicht in die Verzahnung des Abtriebsrades drücken wird. Die Reibwerte am Reibkonus(kegel) stellen sich in jedem Betriebszustand zuverlässig mit der erwarteten Wirkung ein, so dass der selbstsperrende Betrieb abgesichert ist.
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Dementsprechend sieht auch eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Ausgleichsräder mit gleicher Teilung zueinander am Umfang verteilt sind. Durch die gleichmäßige Teilung sind umfangsseitig zwischen den Ausgleichsrädern des ersten Satzes untereinander gleiche Abstände ausgebildet. Alternativ sind dadurch zwischen den Ausgleichsrädern des zweiten Satzes untereinander gleiche Abstände ausgebildet. Alternativ sind auch unter dem jeweiligen ersten Ausgleichsrad und dem in Umfangsrichtung auf dieses folgenden zweiten Ausgleichsrad und dem darauf wieder folgenden ersten Ausgleichsrad jeweils gleiche Abstände ausgebildet. Die Teilung T ist auch als ein Quotient aus einem Vollwinkel von 360° und aus der Anzahl N der am Umfang benachbarten oder aufeinander folgenden Ausgleichsräder definiert: T = 360°/N. N kann dementsprechend durch die Anzahl der Ausgleichsräder des einen oder anderen der Sätze definiert sein oder durch die Anzahl der im Zahnkranz wirkenden Ausgleichsräder beider Sätze zusammen.
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Die Teilung entspricht damit einem Wert eines auch als Teilungswinkel bezeichneten Winkels α, der jeweils zwischen zwei Strahlen eingeschlossen ist. Die Strahlen gehen in beliebigen quer zur Hauptachse ausgerichteten Querschnitten betrachtet von der Hauptachse ab. Sie schneiden die Rotationsachsen der jeweiligen umfangsseitig unmittelbar zueinander benachbarten Ausgleichsräder des ersten und zweiten Satzes. Alternativ schneiden die Strahlen die Rotationsachsen der umfangsseitig aufeinander folgenden Ausgleichsräder des jeweiligen Satzes. Die gleichmäßige Verteilung der Zahnräder am Umfang sichert ab, dass bei Geradeausfahrt keine Unwuchten am Differenzial auftreten, wie die, die beispielsweise an den Differenzialen des Standes der Technik aus den Massenkräften ungleichmäßig am Umfang verteilter Ausgleichsräder resultieren.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die parallel zur Hauptachse ausgerichteten Rotationsachsen der ersten Ausgleichsräder des ersten Satzes weiter von der Hauptachse entfernt sind als die Rotationsachsen der Ausgleichsräder des zweiten Satzes. Die Rotationsachsen der zweiten Ausgleichsräder sind auch parallel zur Hauptachse ausgerichtet. Dabei weisen die Rotationsachsen aller ersten Ausgleichsräder des ersten Satzes jeweils den gleichen Abstand zur Hauptachse auf. Die Rotationsachsen der zweiten Ausgleichsräder des zweiten Satzes weisen untereinander auch gleiche Abstände zur Hauptachse auf. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass es auf engstem Raum keine Kollision der Ausgleichsräder des einen Satzes mit demjenigen der Abtriebsräder gibt, das mit den Ausgleichsrädern des anderen Satzes im Zahneingriff steht.
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Mit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die ersten Ausgleichsräder jeweils über ihre Verzahnung in der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Weise mit den Ausgleichsrädern des zweiten Satzes in einem Zahneingriff stehen. Zugleich stehen die Ausgleichsräder des ersten Satzes auch mit dem ersten Abtriebsrad in einem Zahneingriff. Dabei ist zumindest ein Abschnitt der Verzahnung des jeweiligen ersten Ausgleichsrades von der Hauptachse aus betrachtet radial mit Abstand berührungslos zu der Verzahnung des zweiten Abtriebsrades angeordnet. Diese Anordnung macht es möglich, die Verzahnungen der Abtriebsräder axial stirnseitig aneinander zu rücken, ohne dass die Verzahnungen der ersten Ausgleichsräder mit der Verzahnung des zweiten Abtriebsrades und die Verzahnungen der zweiten Ausgleichsräder mit der Verzahnung des ersten Abtriebsrades kollidieren. Damit kann der durch das erfindungsgemäße Differenzial beanspruchte axiale Bauraum gegenüber dem durch Differenziale des Standes der Technik beanspruchten Bauraum vorteilhaft verringert werden. Nach dem bisher bekannten Stand der Technik muss dagegen zwischen den Verzahnungen der Abtriebsräder mindestens soviel Bauraum verbleiben, wie für den Zahneingriff der Ausgleichsräder der beiden Sätze benötigt wird.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jedes Ausgleichsrad des ersten Satzes die gleiche Anzahl an Zähnen aufweist wie jedes Ausgleichsrad des zweiten Satzes, d.h., dass alle Ausgleichsräder des Zahnkranzes untereinander die gleiche Zähnezahl aufweisen. Außerdem weist das erste Abtriebsrad die gleiche Anzahl Zähne auf wie das zweite Abtriebsrad. Diese Anordnung sorgt für gleiche Übersetzungen auf beide Wellen der Abtriebsräder oder in entgegengesetzte Richtungen.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das erste Abtriebsrad eine Stirnverzahnung mit Zähnen aufweist, die länger sind als Zähne einer Stirnverzahnung des zweiten Abtriebsrades. Das erste Abtriebsrad steht über die längeren Zähne in dem zweiten Zahneingriff mit den Ausgleichsrädern des ersten Satzes. Das zweite Abtriebsrad steht über die kürzeren Zähnen in dem Zahneingriff mit den zweiten Ausgleichsrädern. Dies gilt insbesondere für die vorhergehende Ausgestaltung der Erfindung, nach der alle Ausgleichsräder des Zahnkranzes die gleiche Zähnezahl untereinander aufweisen und auch die Abtriebsräder untereinander verglichen mit der gleichen Zähnezahl versehen sind. Dabei kann wirkungsvoll das Prinzip der Profilverschiebung an den Ausgleichsrädern und/oder Abtriebsrädern verwirklicht werden. Das Zahnprofil eines Stirnrades ist durch ein Bezugsprofil, durch die Lage der Bezugsprofillinie und Erzeugungswälzbahn, und seine Lage zum Teilkreis der Verzahnung definiert. Wird bei der Herstellung des Zahnprofils der Verzahnung die Profilbezugslinie zur Rotationsachse des Zahnrades hin oder von dieser weg verschoben, fallen Profilbezugslinie und Erzeugungswälzkreis durch die sogenannte Profilverschiebung nicht mehr zusammen. Die Ausgleichsräder zum einen und die Abtriebsräder zum anderen können ohne axiale Abstände direkt axial nebeneinander angeordnet werden, ohne dass die Ausgleichsräder (Planetenräder) des einen Satzes mit der Verzahnung desjenigen Abtriebsrades (Sonnenrades) kollidieren, mit dem sie nicht im Eingriff stehen. Der durch das erfindungsgemäße Differenzial beanspruchte axiale Bauraum gegenüber dem durch Differenziale des Standes der Technik beanspruchte Bauraum ist deshalb vorteilhaft kleiner. Zugleich sind gleiche Übersetzungen in den Leistungsflüssen vom Antrieb des Differenzials in Richtungen der beiden Abtriebsräder oder in entgegengesetzte Richtungen von den Abtriebsrädern zu dem Antrieb möglich, da die Ausgleichsräder beider Sätze alle die gleiche Zähnezahl aufweisen können und die Abtriebsräder untereinander verglichen auch.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Laufsitze im Differenzialkorb jeweils durch mindestens eine gekrümmte Innenfläche gebildet sind. Diese Innenfläche ist in dem auch als Planetenträger bezeichneten Differenzialkorb ausgebildet und schmiegen sich höchsten halbbogenförmig um das Ausgleichsrad. Diese Innenflächen sind glattflächig oder beispielsweise durch Schmiernuten oder Taschen unterbrochen gestaltet und sind in beliebigen quer zur Hauptachse betrachteten Querschnittsebenen im Wesentlichen durch einen Kreisbogen beschrieben. Der Einstichpunkt für den Radius des Kreisbogens liegt in der jeweiligen Querschnittsebene auf der Rotationsachse des jeweiligen Ausgleichsrads und verläuft in der jeweiligen Querschnittsebene zwischen zwei von dem Einstichpunkt abgehenden Strahlen und endet an diesen. Der Kreisbogen verläuft in der jeweiligen Querschnittsebene zwischen Strahlen eingeschlossener Mittelpunktswinkel (β) des Kreisbogens weist Werte in einem Bereich von 90 ≤ β ≤ 180° auf. Mit anderen Worten: Der Laufsitz umschließt das jeweilige Ausgleichsrad am Außenumfang (am Kopfkreis der Verzahnung) mit einem Umschlingungswinkel 90 ≤ β ≤ 180° und geht ohne radialen Hinterschnitte in den nächsten Laufsitz über. Ein Differenzialkorb mit derartigen Laufsitzen lässt sich einfach und kostengünstig, beispielsweise durch Stanzen oder einfache Formen beim Gießen oder Spritzen, herstellen. Eine derartige Ausführung ist dadurch möglich, dass die jeweilige Resultierende das jeweiligen Ausgleichsrad des Zahnkranzes radial nach außen in den Laufsitz und nicht in die Verzahnung des Abtriebsrades drücken wird.
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Wie anfangs beschrieben wurde, kann in den Differenzialen nach dem Stand der Technik an dem jeweiligen Zahnradpaar eine Resultierende ein Ausgleichsrad radial nach innen in die Verzahnung des Abtriebsrades drücken. Um das zu vermeiden, umschließen in gattungsbildenden Differenzialen die Laufsitze das jeweilige Ausgleichsrad mit mehr als 180° Umschlingungswinkel. Nur so kann verhindert werden, dass das jeweilige Ausgleichsrad in die Verzahnung des Abtriebsrades gedrückt wird. Derartige Differenzialkörbe sind in der Regel aufwändig in der Herstellung.
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Schließlich ist mit einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass jedes Abtriebsrad des Differenzials eine Schrägverzahnung und einen Schaft aufweist, dessen Außenkontur mit einer außenkegeligen ersten Reibfläche eines konzentrisch zur Hauptachse ausgerichteten Reibkegelstumpfes versehen ist. Die erste Reibfläche ist durch eine Oberfläche des Abtriebsrades aus Stahl mit einer geeigneten Reibstruktur oder durch eine Reibbeschichtung des Schafts gebildet und liegt einer an dem Differenzialkorb ausgebildeten und mit der ersten Reibfläche korrespondierenden innenkegeligen zweiten Reibfläche für einen Reibschluss gegenüber. Das jeweilige Abtriebsrad weist eine Schrägverzahnung auf. Der Reibkegelstumpf ist in beliebigen Längsschnitten durch den Reibkegelstumpf entlang der Hauptachse durch einen Kegelwinkel beschrieben. Der Kegelwinkel ist in beliebigen Längsschnitten von der Hauptachse und der jeweiligen in dem Längsschnitt abgebildeten Mantellinie der ersten Reibfläche eingeschlossen. Der Kegelwinkel liegt vorzugsweise in einem Bereich von 6° bis 20°. Der Schrägungswinkel der Verzahnung ist 5° ≤ 25°, so dass sich gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise ein Überschneidungsbereich von 6° ≤ 20° ergibt. Dabei können der Kegelwinkel und der Schrägungswinkel γ in den Grenzen dieses Bereichs unterschiedliche Werte aufweisen oder zueinander gleich sein. Die Flankenlinien von Schrägverzahnungen sind unter dem Schrägungswinkel γ zu Achsparallelen der Rotationsachse des Zahnrades geneigt.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen im Einzelnen:
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1, eine teilweise geschnittene Gesamtansicht eines als Sperrdifferenzial ausgeführten Differenzials 10 mit Blick auf einen Deckel 12 des Differenzials 10;
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2, das Differenzial 10 in einem Längsschnitt, längs entlang seiner Hauptachse 11;
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3, eine Seitenansicht des Differenzials 10 ohne den Deckel 12;
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4, ein als Sonnenrad ausgebildetes Abtriebsrad 16 bzw. 17 des Differenzials 10;
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5 und 6, den Deckel 12 des Differenzials 10 in zwei verschiedenen Ansichten;
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7, grob schematisch dargestellt, die Ergebnisse eines Berechnungsbeispiels zu einem erfindungsgemäßen Differenzials nach der Art des Differenzials 10 und
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8, grob schematisch dargestellt, die Ergebnisse eines Berechnungsbeispiels zu den Zahnkräften in einem erfindungsgemäßen Differenzial.
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1, 2 und 3: Das Differenzial 10 weist einen Differenzialkorb 13, einen ersten Satz erster Ausgleichsräder 14, einen zweiten Satz zweiter Ausgleichsräder 15, ein erstes Abtriebsrad 16 und ein zweites Abtriebsrad 17 auf. Die ersten Ausgleichsräder 14 stehen jeweils mit einem Ausgleichsrad 15 des zweiten Satzes in einem ersten Zahneingriff. Außerdem stehen die ersten Ausgleichsräder 14 des ersten Satzes mit dem ersten Abtriebsrad 16 in einem zweiten Zahneingriff. Die Ausgleichsräder 15 des zweiten Satzes stehen mit dem zweiten Abtriebsrad 17 in einem dritten Zahneingriff. Jedes Ausgleichsrad 14 des ersten Satzes und des zweiten Satzes sitzt jeweils in einem Laufsitz 18 des Differenzialkorbs um seine eigene Rotationsachse rotierbar. Zwischen jedem Abtriebsrad 16 und 17 und dem Differentialkorb 13 sind gegeneinander wirkende Reibkegel 19 und 20 ausgebildet, von denen der Reibkegel 19 ein Außenkonus und der Reibkegel 20 ein Innenkonus ist. Die Ausgleichsräder 14 und 15 beider Sätze bilden einen um eine Hauptachse 11 des Differenzials 10 angeordneten Zahnkranz aus den miteinander im Zahneingriff 2 stehenden Ausgleichsrädern 14 und 15. Dabei steht immer ein ein erstes Ausgleichsrad 14 jeweils zur einen Seite und zur anderen Seite hin jeweils mit einem zweiten Ausgleichsrad 15 im Zahneingriff 2. Das jeweilige zweite Ausgleichsrad 15 steht wiederum jeweils zur einen Seite und zur anderen Seite hin jeweils mit einem ersten Ausgleichsrad 14 jeweils auch in einem ersten Zahneingriff 2.
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Wie insbesondere aus 3 hervorgeht, sind die parallel zur Hauptachse 11 ausgerichteten Rotationsachsen 21 der ersten Ausgleichsräder 14 weiter von der Hauptachse 11 entfernt sind als die Rotationsachsen 22 der zweiten Ausgleichsräder 15. Außerdem sind die Ausgleichsräder 14 und 15 mit gleicher Teilung zueinander am Umfang verteilt. Die Teilung ist ein Quotient aus einem Vollwinkel von 360° und aus der Anzahl der am Umfang benachbarten und mit gleichmäßiger Teilung zueinander verteilten Ausgleichsrädern des Zahnkranzes. Die Teilung entspricht damit einem Wert eines auch als Teilungswinkel bezeichneten Winkels α1, α2 bzw. α3, der jeweils zwischen zwei Strahlen S1 bzw. S2 eingeschlossen ist. Die Strahlen S1 bzw. S2 in dem in der Bildebene von 3 quer zur Hauptachse 11 ausgerichteten Querschnitt von der Hauptachse 11 ab. Die Strahlen S1 und S2 schneiden die Rotationsachsen 21 bzw. 22 der jeweiligen umfangsseitig unmittelbar zueinander benachbarten Ausgleichsräder 14 bzw. 15 des ersten und zweiten Satzes. Alternativ schneiden die Strahlen S1 bzw. S2 die Rotationsachsen 21 bzw. 22 der umfangsseitig aufeinander folgenden Ausgleichsräder 14 bzw. 15 des jeweiligen Satzes. Der Winkel α1 ist zwischen zwei umfangsseitig in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Strahlen S1 und S2 der benachbarten Ausgleichsräder 14 und 15 der beiden Sätze eingeschlossen. Der jeweilige Winkel α2 bzw. α3 ist zwischen zwei Strahlen S1 und S1 von zwei benachbarten Ausgleichsrädern 14 bzw. 15 des gleichen Satzes eingeschlossen.
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Wie aus den 2 und 3 hervorgeht, stehen die ersten Ausgleichsräder 14 mit den zweiten Ausgleichsrädern 15 im ersten Zahneingriff 2 sowie mit dem ersten Abtriebsrad 16 im zweiten Zahneingriff 4, wobei zumindest ein Abschnitt der Verzahnung radial mit dem Abstand X berührungslos zu der Verzahnung des zweiten Abtriebsrades 17 angeordnet ist. In 1 und 2 sind die ersten Ausgleichsräder 14 als lange Ausgleichsräder 14 (axial lange Planeten) zu erkennen, die nach der Darstellung in 2 rechts mit dem ersten Abtriebsrad 16 (Sonne) im Zahneingriff stehen und das zweite Abtriebsrad 17 (Sonne) links im Bild überragen sowie zu diesem den Abstand X aufweisen. Die zweiten Ausgleichsräder 15 sind axial kurze Planeten und stehen mit dem zweiten Abtriebsrad 17 im Zahneingriff – überragen aber das erste Abtriebsrad 16 nicht.
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3: Alle Ausgleichsräder 14 und 15 des Zahnkranzes weisen gleiche Zähnezahl Za = 12 auf. Die Sonnenräder, d.h. die Abtriebsräder 16 und 17 weisen beide eine Zähnezahl Zb = 20 auf.
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Die Laufsitze 18 sind jeweils durch mindestens eine gekrümmte Innenfläche in dem Differenzialkorb 13 des Differenzials 10 gebildet und sind in der quer zur Hauptachse betrachteten Querschnittsebenen nach 3 durch Kreisbögen 24 beschrieben. Der Einstichpunkt für den Radius des Kreisbogens liegt auf der jeweiligen Rotationsachse 21 bzw. 22 des jeweiligen Ausgleichsrades 14 bzw. 15. Jeder Kreisbogen 24 verläuft zwischen zwei von dem Einstichpunkt abgehenden Strahlen S4 und schließt einen Mittelpunktswinkel (β) des Kreisbogens 24 ein, der kleiner als 180° ist (beschrieben.
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Wie aus den 1 und 2 sowie insbesondere 4 hervorgeht, weist jedes Abtriebsrad 16 bzw. 17 eine Schrägverzahnung 25, mit einem Schrägungswinkel γ und einen Schaft 26 auf. Die Außenkontur des Schafts 26 ist mit einer kegeligen ersten Reibfläche 19 eines konzentrisch zur Hauptachse 11 ausgerichteten Reibkegelstumpfes mit dem Kegelwinkel δ versehen. Diese Reibfläche 27 liegt einer Reibfläche 28 gegenüber, die an dem in den 5 und 6 dargestellten Deckel 12 des Differenzialkorbs 13 für einen Reibkontakt mit der Reibfläche 27 ausgebildet ist. Der Deckel 12 weist außer einer Nabe 29 mit der kegeligen Reibfläche 28 auch noch eine Platte 30 auf, in der Schmierlöcher 31 ausgebildet sind. Die Schmierlöcher 31 korrespondieren mit den Stirnseiten der Ausgleichsräder 14 und 15.
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7 zeigt einen Ausschnitt des Differenzials
10. Die ersten Ausgleichsräder
14 stehen links und rechts jeweils mit einem Ausgleichsrad
15 und die Ausgleichsräder
15 jeweils mit einem Ausgleichsrad
15 im Zahneingriff
2. Darüber hinaus stehen die Ausgleichsräder
14 im Zahneingriff
4 mit dem im Bild durch das zweite Abtriebsrad
17 verdeckten Abtriebsrad
16. aber nicht mit dem im Vordergrund dargestellten zweiten Abtriebsrad
17. Von dem ersten Abtriebsrad ist nur die Verzahnung teilweise sichtbar. Die Ausgleichsräder
15 dagegen stehen jeweils im Zahneingriff
6 mit dem Abtriebsrad
17. Jedes der Ausgleichsräder
14 und
15 ist in einem Laufsitz
18 geführt. Bei Rotation des zweiten Abtriebsrades
17 entgegen dem Uhrzeigersinn (Pfeilrichtung) werden die Ausgleichsräder
15 im Zahneingriff
6 beaufschlagt und stützen sich im Zahnkontakt
2 an den Ausgleichsrädern
14 und die Ausgleichsräder
14 wiederum in den Zahnkontakten
4 an dem Abtriebsrad
16 ab, so dass die Resultierenden
8 und
9 die Ausgleichsräder
14 und
15 von den Zahnkontakten
4 und
6 weg in die Laufsitze
18 drücken. Bezugszeichen
| 1 | erstes Ausgleichsrad | 17 | zweites Abtriebsrad |
| 2 | erster Zahneingriff | 18 | Laufsitz |
| 3 | zweites Ausgleichsrad | 19 | Reibkegel |
| 4 | zweiter Zahneingriff | 20 | Reibkegel |
| 5 | Zahn des ersten Abtriebsrades | 21 | Rotationsachse des ersten Ausgleichsrades |
| 6 | dritter Zahneingriff | 22 | Rotationsachse des zweiten Ausgleichsrades |
| 7 | Zahn des zweiten Abtriebsrades | 23 | nicht vergeben |
| 8 | Resultierende am ersten Ausgleichsrad | 24 | Kreisbogen |
| 9 | Resultierende am zweiten Ausgleichsrad | 25 | Schrägverzahnung |
| 10 | Differenzial | 26 | Schaft |
| 11 | Hauptachse | 27 | Reibfläche |
| 12 | Deckel | 28 | Reibfläche |
| 13 | Differenzialkorb | 29 | Nabe |
| 14 | erste Ausgleichsräder | 30 | Platte |
| 15 | zweite Ausgleichsräder | 31 | Schmierloch |
| 16 | erstes Abtriebsrad | | |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4805487 A [0003]
- WO 2010112366 A1 [0004, 0004, 0006]
- DE 2206107 A1 [0005]
- DE 19612234 A1 [0006, 0006]
- US 5055096 A [0007]
