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Die Erfindung betrifft ein selbsthemmendes Stirnraddifferential für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse an dem eine erste und eine zweite Sonne mit jeweils einem konischen Außenumfangsabschnitt drehbar gelagert sind, wobei zumindest die erste Sonne mit dem konischen Außenumfangsabschnitt an einem konischen Innenumfangsabschnitt des Gehäuses zur Anlage kommt, wobei ferner ein erster und ein zweiter Planetensatz mit jeweils mindestens vier Planeten drehbar am Gehäuse gelagert sind, und wobei der erste Planetensatz mit der ersten Sonne kämmt, der zweite Planetensatz mit der zweiten Sonne kämmt und die beiden Planetensätze zumindest paarweise miteinander kämmen.
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Gebiet der Erfindung
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Aus der
US 5,055,096 geht ein selbsthemmendes Differentialgetriebe hervor, bei dem zwei Achswellenräder mit Umfangsverzahnung koaxial in einem Differentialkorb gehalten sind. Ferner weist das Differentialgetriebe zwei Gruppen achsparalleler Ausgleichsräder auf, wobei die erste Gruppe der Ausgleichsräder mit einem der beiden Achswellenräder und die zweite Gruppe der Ausgleichsräder mit dem anderen der beiden Achswellenrädern und Räder beider Gruppen zumindest paarweise miteinander im Zahneingriff stehen und in einander durchdringenden Bohrungen des Differentialkorbes gehalten sind. Dabei sind die Ausgleichsräder unsymmetrisch über dem Umfang des Differentialkorbes verteilt und gleitend in Ausnehmungen des Differentialkorbes radial gegenüber diesen verlagerbar gehalten. Des Weiteren sind die Achswellenräder über an den Ende der Verzahnungsteile liegende Konusflächen in Gegenkonusflächen des Differentialkorbes gehalten. Ferner sind die Achswellenräder und die Ausgleichsräder als geradverzahnte Stirnräder ausgebildet.
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Aufgabenstellung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein selbsthemmendes Stirnraddifferential zu schaffen, das neben einer erhöhten Sperrwirkung auch eine optimierte Akustik und somit eine geringere Schallemission aufweist
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Erfindungsgemäße Lösung
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Erfindungsgemäß ist axial zwischen der zweiten Sonne und dem Gehäuse eine Vorspanneinheit zum Aufbringen einer Axialkraft auf die zweite Sonne angeordnet. Mithin beseitigt die Vorspanneinheit ein Axialspiel zwischen den beiden Sonnen und verspannt je nach Größe der Axialkraft die Sonnen. Die Vorspanneinheit wirkt im Wesentlichen stirnseitig auf die zweite Sonne, um dadurch eine gezielte Erhöhung der Reibung innerhalb des Stirnraddifferentials zu schaffen. Die Reibungserhöhung erfolgt jedoch nur bei einer Drehmomentbeaufschlagung des Stirnraddifferentials und bei einer gleichzeitigen Drehzahldifferenz zwischen den beiden Sonnen, die als Achswellenrädern fungieren. Mithin führt die Vorspanneinheit zu einer erheblichen Steigerung der Sperrwirkung bei gleichzeitiger Minimierung der Schallbelastung.
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Gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Vorspanneinheit ein ringförmiges Blechelement mit einem axial federnden Bereich und einem zylindrischen Bereich auf. Das ringförmige Blechelement ist insbesondere durch Kaltumformung hergestellt. Ferner ist das ringförmige Blechelement einteilig ausgebildet, wobei der axial federnde Bereich stirnseitig an dem zylindrischen Bereich ausgebildet ist.
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Vorzugsweise ist der zylindrische Bereich zur Verdrehsicherung im Gehäuse eingepresst und kommt axial an einer im Gehäuse ausgebildeten Schulter zur Anlage. Mit anderen Worten ist ein Außendurchmesser des zylindrischen Bereichs geringfügig größer als ein Innenumfang des Gehäuses an dieser Stelle, wodurch eine Presspassung realisiert ist. Zur Vergrößerung der stirnseitigen Auflagefläche des zylindrischen Bereichs an der Schulter im Gehäuse ist ein distaler Endabschnitt des zylindrischen Bereichs im Wesentlichen radial ausgebildet und somit parallel zu Schulter im Gehäuse. Vorteilhafterweise ist der zylindrische Bereich zusätzlich über Schweißpunkte oder Verstemmungen an einer Verdrehung gesichert.
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Besonders bevorzugt weist der axial federnde Bereich an einem distalen Ende einen konischen Innenumfangsabschnitt auf, der an dem konischen Außenumfangsabschnitt der zweiten Sonne zur Anlage kommt. Die beiden zusammenwirkenden konischen Abschnitte führen bei einer Einleitung der Axialkraft durch das Vorspannelement zu einer radialen Verlagerung der beiden Sonnen, die wiederum zu einer Erhöhung der Sperrwirkung des Sperrdifferentials führt.
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Gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Vorspanneinheit ein Ringelement mit einer konischen Innenumfangsfläche sowie ein axial auf das Ringelement wirkende Federelement auf. Dabei ist das Federelement insbesondere als Ringfeder oder Tellerfederpaket ausgebildet.
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Vorzugsweise besitzt das Sperrdifferential wahlweise zwei oder drei Verzahnungsebenen. Bei zwei Verzahnungsebenen besteht der Vorteil, dass die beiden Sonnen identisch mit gleichen Zähnezahlen ausgeführt werden, jedoch unterschiedliche Profilverschiebungen aufgrund des jeweils damit kämmenden Planetensatzes aufweisen.
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Des Weiteren bevorzugt weist das Ringelement ein Formschlussprofil auf, das mit einem im Gehäuse ausgebildeten Formschlussprofil zur Verdrehsicherung und axialen Verschiebung des Ringelements zusammenwirkt. Als Formschlussprofil ist eine Verzahnung im Gehäuse denkbar, die mit einer korrespondierenden Verzahnung am Ringelement zusammenwirkt. Darüber hinaus ist aber auch lediglich eine Nut im Gehäuse denkbar, die mit einer korrespondierenden Ausprägung am Ringelement, oder auch umgekehrt, zusammenwirkt.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass sowohl der erste als auch der zweite Planetensatz jeweils fünf Planeten aufweist, die abwechselnd aneinandergereiht über den Umfang verteilt sind und miteinander kämmen. Somit kämmen alle Planeten der beiden Planetensätze untereinander. Ferner sind die beiden Planetensätze symmetrisch angeordnet.
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Vorzugsweise sind die beiden Planetensätze über einen Kopfkreis der Planeten im Gehäuse drehbar gelagert, wobei das Gehäuse aus einem Stahlgusswerkstoff hergestellt ist. Mit anderen Worten sind die entstehenden Reibflächen zwischen den Kopfkreisen der Planeten und dem Gehäuse bei einer Radialverlagerung der beiden Sonnen im Wesentlichen für die Sperrwirkung des Stirnraddifferentials verantwortlich. Das Gehäuse ist vorzugsweise mehrteilig ausgebildet, kann aber auch einteilig ausgebildet sein. Insbesondere eignet sich zur Herstellung des Gehäuses das Sandgussverfahren. Ferner kann eine Verzahnung zur Realisierung einer Parksperre des Kraftfahrzeugs an einer Außenumfangsfläche des Gehäuses ausgebildet sein.
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Besonders bevorzugt weisen die Planeten der beiden Planetensätze sowie die beiden Sonnen eine Schrägverzahnung auf, wobei ein Schrägungswinkel der Schrägverzahnung kleiner ist als 20°. Durch eine Schrägverzahnung lassen sich zusätzliche Reibkräfte an den Stirnflächen der Planeten und Sonnen erzeugen, die die Sperrwirkung des Stirnraddifferentials weiter erhöhen. Die durch die Vorspanneinheit über die zweite Sonne in das System eingebracht Axialkraft ist größer als eine Kraft, die maximal durch die Schrägverzahnung in das System eingebracht werden kann.
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Ferner bevorzugt ist ein Antriebsrad zur Einleitung eines Antriebsdrehmoments drehfest mit dem Gehäuse verbunden. Vorzugsweise ist das Antriebsrad ab dem Gehäuse angeflanscht und weist eine Schrägverzahnung auf. Das Stirnraddifferential dient als Achsgetriebe.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen selbsthemmenden Stirnraddifferential mit einer Vorspanneinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
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2 eine schematische Detaildarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Vorspanneinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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Nach 1 weist ein erfindungsgemäßes selbsthemmendes Stirnraddifferential für ein Kraftfahrzeug ein mehrteiliges, aus einem Stahlgusswerkstoff hergestelltes Gehäuse 1 auf, das mit einem Antriebsrad 17 zur Einleitung eines Antriebsdrehmoments drehfest verbunden ist. Dazu ist an dem Gehäuse 1 ein Flanschabschnitt ausgebildet, der über Befestigungsmittel mit dem Antriebsrad 17 verbindbar ist. Ferner sind in dem Gehäuse 1 eine erste und eine zweite Sonne 2a, 2b mit jeweils einem konischen Außenumfangsabschnitt 3a, 3b drehbar gelagert. Ferner weisen die beiden Sonnen 2a, 2b innenseitig eine Verzahnung auf, um einen drehmomentübertragenden Eingriff mit jeweils einer – hier nicht dargestellten – Achswelle des Kraftfahrzeugs zu realisieren.
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Darüber hinaus kommt die erste Sonne 2a mit dem konischen Außenumfangsabschnitt 3a an einem konischen Innenumfangsabschnitt 4 des Gehäuses 1 zur Anlage. Ferner sind ein erster und ein zweiter Planetensatz 5a, 5b mit jeweils fünf Planeten 5a', 5b' drehbar über einen Kopfkreis 16 der Planeten 5a', 5b' am Gehäuse 1 gelagert. Somit erfolgt der Ausgleich durch die beiden Planetensätze koaxial zum Abtrieb. Ferner weist das Gehäuse 1 mehrere stirnseitig ausgebildete, in Umfangsrichtung nebeneinender angeordnete Schmierbohrungen 18 zur Schmierung der Planeten im Gehäuse 1 auf. Der erste Planetensatz 5a kämmt dabei mit der ersten Sonne 2a. Demgegenüber kämmt der zweite Planetensatz 5b mit der zweiten Sonne 2b. Darüber hinaus kämmen die beiden Planetensätze 5a, 5b miteinander. Die Planeten 5a', 5b' der beiden Planetensätze 5a, 5b sowie die beiden Sonnen 2a, 2b weisen eine Schrägverzahnung mit einem Schrägungswinkel von weniger als 20° auf. Axial zwischen der zweiten Sonne 2b und dem Gehäuse 1 ist eine Vorspanneinheit 6 zum Aufbringen einer Axialkraft auf die zweite Sonne 2b angeordnet. Durch die Vorspanneinheit erhöht sich zum Einen die Sperrwirkung des Sperrdifferentials und zum Anderen wird auch die Schalemission des Sperrdifferentials gesenkt.
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Die Vorspanneinheit 6 weist ein ringförmiges Blechelement 7 mit einem axial federnden Bereich 8 und einem zylindrischen Bereich 9 auf. Der zylindrische Bereich 9 ist zur Verdrehsicherung im Gehäuse 1 eingepresst und kommt axial an einer im Gehäuse 1 ausgebildeten Schulter 10 zur Anlage. Ferner weist der axial federnden Bereich 8 an einem distalen Ende einen konischen Innenumfangsabschnitt 11 auf, der an dem konischen Außenumfangsabschnitt 3b der zweiten Sonne 2b zur Anlage kommt. Wie ferner aus 1 hervorgeht ist das ringförmige Blechelement 7 dünnwandig und einteilig ausgebildet.
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Nach 2 umfasst die Vorspanneinheit 6 ein Ringelement 12 mit einer konischen Innenumfangsfläche 13 sowie ein axial auf das Ringelement 12 wirkendes Federelement 14. Das Ringelement 12 weist ein Formschlussprofil 15a auf, das mit einem im Gehäuse 1 ausgebildeten Formschlussprofil 15b zur Verdrehsicherung und axialen Verschiebung des Ringelements 12 zusammenwirkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2a, 2b
- Sonne
- 3a, 4b
- konischer Außenumfangsabschnitt
- 4
- konischer Innenumfangsabschnitt
- 5a, 5b
- Planetensatz
- 5a', 5b'
- Planet
- 6
- Vorspanneinheit
- 7
- Blechelement
- 8
- axial federnder Bereich
- 9
- zylindrischer Bereich
- 10
- Schulter
- 11
- konischer Innenumfangsabschnitt
- 12
- Ringelement
- 13
- konische Innenumfangsfläche
- 14
- Federelement
- 15a, 15b
- Formschlussprofil
- 16
- Kopfkreis
- 17
- Antriebsrad
- 18
- Schmierbohrung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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