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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung richtet sich auf ein Differentialgetriebe mit einem Umlaufgehäuse, einem ersten und einem zweiten Sonnenrad, das jeweils in dem Umlaufgehäuse aufgenommen ist, einer mit dem Umlaufgehäuse um eine Umlaufachse umlaufenden Planetenanordnung zur Koppelung der beiden Sonnenräder derart, dass diese um jene Umlaufachse zueinander gegensinnig drehbar sind, und einer Kupplungseinrichtung zur Generierung eines zwischen den Ausgängen des Differentiales wirksamen Überbrückungsmomentes auf reibschlüssigem Wege.
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Derartige Differentialgetriebe finden insbesondere als Achs- oder Mittendifferentiale bei Kraftfahrzeugen Anwendung und verbessern allgemein die Fahrstabilität des Fahrzeuges, indem eine gewisse reibschlüssige Koppelung der beiden Ausgänge des Differentials erfolgt. Im Falle eines Achsdifferentiales ergibt sich ein verbesserter Geradeauslauf, sowie ein verbessertes Beschleunigungsverhalten bei der Kurvenfahrt, da bei starker Entlastung des kurveninneren Rades noch wenigstens ein dem Überbrückungsmoment entsprechendes Moment am kurvenäußeren Rad für den Antrieb zur Verfügung steht. Im Falle eines Mittendifferentials ergibt sich eine Mindest-Kopplung der beiden Fahrzeugachsen, wodurch einem übermäßigen Radschlupf an der Achse mit dem Rad mit der geringsten Bodenhaftung entgegen gewirkt wird.
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Aus der auf die Anmelderin zurückgehenden
DE 10 2008 050 059 A1 ist ein Stirnraddifferential bekannt. Dieses Stirnraddifferential umfasst eine Betätigungsmechanik mit einer Druckringanordnung die zwei über Schrägflächen aneinander abgestützte Druckringe aufweist, 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.
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Aus der ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehenden
DE 20 2011 110 104 U1 ist ein Stirnraddifferentialgetriebe bekannt, das zwei Sonnenräder umfasst die über Tellerfederpackungen an einem Umlaufgehäuse axial abgestützt sind und damit axial gegeneinander gedrängt werden. Zwischen den beiden Sonnenrädern ist ein Reibring angeordnet der die beiden Sonnenräder axial gegeneinander abstützt und dabei reibschlüssig koppelt.
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Ein weiteres selbstsperrendes Differenzial ist beispielsweise aus
US 4805487 A 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
WO 2010112366 A1 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.
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DE 2 20 61 07 A1 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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DE 196 12 234 A1 zeigt ein Verteilergetriebe, in dem die Ausgleichsräder in Laufsitzen des Differenzialkorbs um die eigene Rotationsachse drehbar 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
WO 2010112366 A1 beschriebenen Reibscheiben stirnseitig bzw. endseitig der Abtriebsräder eingesetzt.
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In
DE 196 12 234 A1 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 die Reibungswirkung und damit die Sperrwirkung erhöht werden.
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In einem weiteren Differenzial nach
US 5,055,096 A wird 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 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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Aufgabe der Erfindung
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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 jenes die Ausgleichswirkung überlagernde Reibungsmoment vorteilhaft generiert werden kann.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Differentialgetriebe mit:
- – einem Umlaufgehäuse,
- – einem ersten Sonnenrad, das in dem Umlaufgehäuse aufgenommen ist,
- – einem zweiten Sonnenrad das ebenfalls in dem Umlaufgehäuse aufgenommen und zur Umlaufachse des ersten Sonnenrades gleichachsig angeordnet ist,
- – einer mit dem Umlaufgehäuse um die Umlaufachse umlaufenden Planetenanordnung zur Koppelung der beiden Sonnenräder derart, dass diese um jene Umlaufachse zueinander gegensinnig drehbar sind, und
- – einer in einem zwischen den Sonnenrädern definierten Aufnahmeraum aufgenommenen Kupplungseinrichtung zur Generierung eines die beiden Sonnenräder reibschlüssig koppelnden Überbrückungsmomentes,
wobei - – die Kupplungseinrichtung ein erstes Kupplungsringelement aufweist, das sich über eine Kegelfläche an einer ersten konischen Innenwandung des Aufnahmeraums abstützt,
- – die Kupplungseinrichtung ein zweites Kupplungsringelement aufweist, das sich über eine Kegelfläche an einer zweiten konischen Innenwandung des Aufnahmeraumes abstützt, und
- – eine Federeinrichtung vorgesehen ist, zur axialen Belastung der beiden Kupplungsringelemente derart, dass diese unter Wirkung der Federeinrichtung gegen jeweilige konische Innenwandung des Aufnahmeraumes gedrängt werden.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Differentialgetriebe zu schaffen, bei welchem die beiden Sonnenräder durch eine von diesen umsäumte Kupplungseinrichtung miteinander reibschlüssig koppelbar sind, wobei das Koppelungsmoment in vorteilhafter Weise über die Gestaltung der Kegelflächen, insbesondere deren Durchmesser und Kegelwinkel, sowie die Federvorspannung abgestimmt werden kann.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die erste konische Innenwandung unmittelbar durch eine Innenumfangswandung einer in dem ersten Sonnenrades ausgebildeten Senkung gebildet, so dass das erste Sonnenrad eine erste Hälfte des Aufnahmeraumes umschließt. Die zweite konische Innenwandung kann dann in vorteilhafter Weise ebenfalls von einer Innenumfangswandung einer in dem zweiten Sonnenrad ausgebildeten Senkung begrenzt werden, so dass das zweite Sonnenrad dann die zweite Hälfte des Aufnahmeraumes umschließt. Durch diesen Ansatz ergibt sich eine besonders kompakte Ausführung des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes und die beiden Sonnenräder können dabei derart axial eng benachbart angeordnet werden, dass sich der Zahnkranz des ersten Sonnenrades auf dem Axialniveau des ersten Kupplungsringelementes befindet und der Zahnkranz des zweiten Sonnenrades sich auf dem Axialniveau des zweiten Kupplungsringelementes befindet.
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Die beiden Kupplungsringelemente sind vorzugsweise miteinander axial verschiebbar gekoppelt. Diese Koppelung kann durch unmittelbar an den beiden Kupplungsringelementen ausgebildete komplementäre und axial verschiebbar ineinander greifende Verzahnungsgeometrien erreicht werden. Die Angabe „axial“ bedeutet hierbei in Richtung der Umlaufachse der Sonneräder und des Umlaufgehäuses. Es ist auch möglich, die beiden Kupplungsringelemente über eine mehrere Bauteile umfassende Mechanik, beispielsweise eine entsprechend verzahnte Buchse miteinander zu koppeln. Diese Buchse kann dabei eine Außenverzahnung aufweisen auf welcher die beiden Kupplungsringelemente axial verschiebbar und zueinander drehstarr geführt sind. Im Innenbereich dieser Buchse kann dann die Federeinrichtung aufgenommen werden. Die Federeinrichtung kann insbesondere als Zylinder-Schraubenfeder gefertigt sein. Die Feder kann auch aus zwei ineinander geschraubten Schraubenfedern zusammengesetzt sein, so dass ich eine symmetrische Verteilung der Stützkraft ergibt. Die Federeinrichtung kann weiterhin auch als Tellerfederpackung oder anderweitige, insbesondere aus einem Flachmaterial gefertigte Federeinrichtung realisiert sein. Es ist auch möglich, über die Federeinrichtung eine Struktur zu schaffen die neben dem geforderten Federungseffekt auch eine hinreichend drehstarre Koppelung der beiden Kupplungsringelemente bewirkt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, die beiden Kupplungsringelemente derart miteinander zu kinematisch zu koppeln, dass ein zwischen diesen Kupplungsringelementen wirksames Drehmoment eine Erhöhung der axialen Belastung der Kupplungsringelemente bewirkt. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem die Koppelung der beiden Kupplungsringelemente durch eine Schrägflächen umfassende Verzahnung bewerkstelligt wird, wobei diese Verzahnung dann eine gewisse Verdrehung der Ringelemente zueinander zulässt und im Wege der Verdrehung die beiden Kupplungsringelemente axial auseinander bewegt werden.
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Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe kann gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung derart realisiert werden, dass das erste Sonnenrad einen sich axial durch die Kupplungseinrichtung hindurch erstreckenden Nabenabschnitt aufweist wobei dieser Nabenabschnitt dann in einem Buchsenabschnitt des zweiten Sonnenrades drehbar zentriert ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders vorteilhafte Lagerung des ersten Sonnenrades in dem zweiten Sonnenrad. Im Innenbereich der beiden Sonnenräder kann in vorteilhafter Weise eine Innenverzahnung vorgesehen sein, in welche komplementär verzahnte Anschnitte von Radantriebswellen einsteckbar sind.
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Das Umlaufgehäuse kann in vorteilhafter Wiese so gestaltet sein, dass dieses einen Antriebszahnkranz trägt wobei sich dieser Antriebszahnkranz dann in vorteilhafter Weise auf dem Axialniveau der beiden Sonnenräder befindet. Das Differentialgetriebe ist bei dieser Bauform vorzugsweise als Stirnraddifferential ausgebildet, wobei der Kopfkreis des ersten Sonnenrades vorzugsweise kleiner ist als der Fußkreis des zweiten Sonnenrades. Die Planeten der Planetenanordnung können dann als Stirnradzapfen gestaltet sein, wobei jener Planet der in das Sonnenrad mit dem größeren Kopfkreis eingreift dann auch das Axialniveau des hinsichtlich seines Kopfkreises kleineren Sonnenrades übergreift. Die kinematische Koppelung jenes „längeren“ Planeten mit dem „kurzen“ Planeten kann dann auf dem Axialniveau des hinsichtlich seines Kopfkreises kleineren Sonnenrades erfolgen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe erfindungsgemäß auch gelöst durch ein das Differentialgetriebe mit:
- – einem Umlaufgehäuse,
- – einem ersten Sonnenrad, das in dem Umlaufgehäuse aufgenommen ist,
- – einem zweiten Sonnenrad das ebenfalls in dem Umlaufgehäuse aufgenommen und zur Umlaufachse des ersten Sonnenrades gleichachsig angeordnet ist,
- – einer mit dem Umlaufgehäuse um die Umlaufachse umlaufenden Planetenanordnung zur Koppelung der beiden Sonnenräder derart, dass diese um jene Umlaufachse zueinander gegensinnig drehbar sind, und
- – einer in einem zwischen den Sonnenrädern definierten Aufnahmeraum aufgenommenen Kupplungseinrichtung zur Generierung eines die beiden Sonnenräder reibschlüssig koppelnden Überbrückungsmomentes,
wobei - – das erste Sonnenrad und das zweite Sonnenrad jeweils als Stirnrad ausgebildet sind und der Aufnahmeraum der Kupplungseinrichtung durch im ersten und im zweiten Sonnenrad ausgebildete Senkungen gebildet ist und die Verzahnungen der beiden Sonnenräder den Aufnahmeraum auf dem Axialniveau der Kupplungseinrichtung umsäumen.
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Hierdurch wird es möglich, ein Stirnraddifferential mit einer integrierten Überbrückungskupplung zu schaffen, das sich durch einen robusten und hochkompakten Aufbau auszeichnet.
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Das Differentialgetriebe kann so gestaltet werden, dass die mit dem Umlaufgehäuse umlaufende Planetenanordnung einen in sich geschlossenen Zahnkranz bildet, d.h. jedes in ein Sonnenrad eingreifende Planetenrad in zwei Nachbarplaneten eingreift. Hierdurch wird es möglich, bei moderater Zahnradbelastung hohe Lastmomente über das Differentialgetriebe zu führen.
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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.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine Axialschnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes mit einer Kupplungseinrichtung mit außenseitig konischen Kupplungsringen, wobei die Kupplungseinrichtung in einem von den Sonnenrädern umsäumten Aufnahmeraum angeordnet ist;
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2a und 2b eine Schnittdarstellung und Kräfteskizze zur Erläuterung des die Reibflächen belastenden Kräftesystems, sowie zur Erläuterung der Generierung des Überbrückungsmomentes;
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3 eine Detaildarstellung zur Veranschaulichung weiterer Einzelheiten der Kupplungseinrichtung sowie der speziellen Anordnung derselben „innerhalb“ der Sonnenräder;
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4 eine perspektivische Axialschnittdarstellung des ersten Kupplungsringelements;
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5 eine Skizze zur Veranschaulichung der kinematischen Koppelung der beiden Kupplungsringelemente ohne zusätzliche Axialkraftgenerierung.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Differentialgetriebe 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, und einer mit dem Umlaufgehäuse H umlaufenden Planetenanordnung P zur Koppelung der beiden Sonnenräder S1, S2 derart, dass diese zueinander gegensinnig drehbar sind.
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Das Umlaufgehäuse H setzt sich aus einem ersten Gehäuseseitenteil H1 und einem zweiten Gehäuseseitenteil H2, sowie einem Antriebszahnrad Z zusammen. Die beiden Gehäuseseitenteile H1, H2 sitzen in flachen Senkungen des Antriebszahnrades Z, so dass der Außenrandbereich der Gehäuseseitenteile H1, H2 unter der jeweiligen Stirnfläche des Antriebszahnrades Z versenkt ist. Dies ermöglicht eine besonders kurze axiale Baulänge des Differentialgetriebes.
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Die Planetenanordnung P umfasst erste Planeten P1 die in das erste Sonnenrad S1 eingreifen sowie zweite Planeten P2, die in das zweite Sonnenrad S2 eingreifen. Die ersten Planeten P1 stehen auf dem axialen Verzahnungsniveau des ersten Sonnenrades S1 mit den zweiten Planeten P2 in Eingriff. Die Planeten P1, P2 sind über Planetenbolzen in dem Umlaufgehäuse H gelagert. Hierzu sind Bohrungen in den Gehäuseseitenteilen H1, H2 ausgebildet.
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Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe zeichnet sich dadurch aus, dass in einem von den Sonnenrädern S1, S2 umschlossenen Aufnahmeraum 3 eine Kupplungseinrichtung 4 aufgenommen ist, zur Generierung eines die beiden Sonnenräder S1, S2 reibschlüssig koppelnden Überbrückungsmomentes, wobei die Kupplungseinrichtung 4 ein erstes Kupplungsringelement R1 aufweist, das sich über eine Kegelfläche F1 an einer ersten konischen Innenwandung K1 abstützt die den Aufnahmeraum 3 begrenzt. Zudem weist die Kupplungseinrichtung 4 ein zweites Kupplungsringelement R2 auf, das sich über eine Kegelfläche F2 an einer zweiten konischen Innenwandung K2 des Aufnahmeraumes 3 abstützt. Die Kupplungseinrichtung 4 umfasst zudem eine Federeinrichtung 5, zur axialen Belastung der beiden Kupplungsringelemente R1, R2 derart, dass diese unter Wirkung der Federeinrichtung 5 axial nach außen in einander entgegen gesetzte Richtungen d.h. voneinander weg, gegen die jeweilige konische Innenwandung K1, K2 des Aufnahmeraumes 3 gedrängt werden. Die Federeinrichtung 5 sitzt im Innenbereich der beiden Kupplungsringelemente R1, R2 und stützt sich axial an radial einwärts über eine zylindrischen Innenfläche vordringene Ringstufen der Kupplungsringelemente R1, R2 ab. Die Ringstufen befinden sich nahe einem axialen Endbereich des jeweiligen Kupplungsringelementes R1, R2 auf jener Seit zu welcher sich die jeweilige Kegelmantelfläche F1, F2 des Kupplungsringelementes R1, R2 hin verjüngt. Die Ringstufen bilden Ringflächen an welchen sich die Federeinrichtung 5 axial abstützt.
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Die erste konische Innenwandung K1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine Innenumfangswandung des ersten Sonnenrades S1 gebildet. Die zweite konische Innenwandung K2 ist durch eine Innenumfangswandung des zweiten Sonnenrades S2 gebildet. Die beiden Sonnenräder S1, S2 sind axial eng benachbart angeordnet so dass sich der Zahnkranz ZS1 des ersten Sonnenrades S1 auf dem Axialniveau des ersten Kupplungsringelementes R1 befindet und der Zahnkranz ZS2 des zweiten Sonnenrades S2 sich auf dem Axialniveau des zweiten Kupplungsringelementes R2 befindet. Die beiden Kupplungsringelemente R1, R2 sind miteinander axial verschiebbar gekoppelt. Die Koppelung kann über eine reine Axialverzahnung bewerkstelligt werden, oder auch so bewirkt werden, dass die beiden Kupplungsringelemente R1, R2 derart miteinander gekoppelt sind, dass ein zwischen diesen Kupplungsringelementen wirksames Drehmoment eine axiale Verlagerung der Kupplungsringelemente R1, R2, d.h. eine Auseinaderbewegung derselben und damit eine Erhöhung der axialen Belastung der Reibflächen F1, F2 der Kupplungsringelemente R1, R2 bewirkt.
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Das erste Sonnenrad S1 weist einen Nabenabschnitt SN1 auf wobei dieser Nabenabschnitt SN1 in einem Buchsenabschnitt SB2 des zweiten Sonnenrades S2 drehbar zentriert ist. Das Antriebszahnrad Z bildet einen Antriebszahnkranz Z1 der sich auf dem Axialniveau der beiden Sonnenräder S1, S2 befindet. Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Stirnraddifferential ausgebildet, wobei der Kopfkreis C1 des ersten Sonnenrades S1 kleiner ist, als der Fußkreis C2 des zweiten Sonnenrades S2. Diese geometrische Besonderheit ist durch Profilverschiebung realisiert, die Zähnezahlen der Sonnenräder S1, S2 sind identisch.
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Das in der Darstellung nach 1 gezeigte erfindungsgemäße Differentialgetriebe zeichnet sich unabhängig von der speziellen Realisierung der Kupplungseinrichtung 4 mittels konischer und axial auseinander gegen die konischen Innenwandungen K1, K2 der Sonnenräder S1, S2 gedrängter Reibflächen F1, F2 auch dadurch aus, das erste Sonnenrad S1 und das zweite Sonnenrad S2 jeweils als Stirnrad ausgebildet sind und der Aufnahmeraum 3 der Kupplungseinrichtung 4 durch im ersten und im zweiten Sonnenrad S1, S2 ausgebildete Senkungen gebildet ist und die Verzahnungen ZS1, ZS2 der beiden Sonnenräder S1, S2 den Aufnahmeraum 3 auf dem Axialniveau der Kupplungseinrichtung 4 umsäumen. Der jeweilige Teil des Aufnahmeraumes 3 liegt damit axial hinter einer dem jeweils benachbarten Sonnenrad S2, S1 zugewandten Stirnfläche des Sonnerades S1, S2.
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Wie aus den beiden Darstellungen nach den 2a und 2b ersichtlich, wird es möglich über die Vorspannung der Federeinrichtung 5 ein Kräftesystem zu generieren bei welchem die jeweils reibschlüssig miteinander in Kontakt stehenden Bauteile R1, S1 und R2, S2 durch Kräfte FN belastet sind, die größer sind, als die durch die Federeinrichtung 5 generierte Federkraft F. Der Kegelwinkel φ des Außenmantels F1, F2 des jeweiligen Reibringelementes R1, R2, sowie der Innenflächen K1, K2 der Sonnenräder S1, S2 ist so gestaltet, dass keine Selbsthemmung eintreten kann. Die zwischen den Reibringelementen R1, R2 und dem jeweiligen Sonnenrad S1, S2 wirksame Reibkraft FR entspricht hierbei im wesentlichen dem Produkt aus der zwischen den Reibflächen wirksamen Normalkraft FN(FN = F/sinφ) und dem Reibungskoeffizienten μc der Reibflächenpaarung. Das dann über die Kupplungseinrichtung 4 generierte Überbrückungsmoment entspricht dann dem Produkt dieser Reibkraft FR mit dem Reibflächenradius Rc, d.h. dem mittleren Durchmesser des jeweiligen konischen Außenmantels F1, F2 des Reibringelementes R1, R2.
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Die Darstellung nach 3 veranschaulicht in Form einer perspektivischen Darstellung den Aufbau der Kupplungseinrichtung 4 die im zusammengebauten Zustand des Getriebes in einem von den Sonnenrädern S1, S2 umgriffenen Innenraum aufgenommen ist. Die beiden außenseitig konisch gestalteten Reibringelemente R1, R2 sind vorzugsweise aus einem Sinterwerkstoff gefertigt. Die konischen Außenmäntel F1, F2 der Reibringelemente R1, R2 können mit einer Beschichtung versehen sein die im Zusammenspiel mit den Eigenschaften der Gegenwandungen K1, K2 einerseits einen gewünschten Reibungskoeffizienten generiert und andererseits eine hinreichend verschleißarme Relativbewegung ermöglicht.
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Die beiden Reibringelemente R1, R2 sind über eine Verzahnung SP miteinander gekoppelt. Diese umfasst erste Verzahnungsgeometrien SP1 die am ersten Reibringelement R1 ausgebildet sind, sowie zweite Verzahnungsgeometrien SP2 die am zweiten Reibringelement R2 ausgebildet sind. Die beiden Verzahnungsgeometrien sind als im wesentlichen komplementäre Geometrien gestaltet, die jedoch Schrägflächen bereitstellen und die eine geringe Verdrehung der Reibringelemente R1, R2 zulassen und dabei eine Erhöhung der an den Wandungen K1, K2 angreifenden Druckkraft bewirken. Diese Verzahnung SP ist hier an den einander zugewandten Stirnflächen der Reibringelemente R1, R2 ausgebildet.
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Die Darstellung nach 4 veranschaulicht dabei die zur Koppelung der Reibringelemente R1, R2 vorgesehene, am ersten Reibringelement R1 ausgebildete Koppelungsverzahnung SP1. Diese Koppelungsverzahnung SP1 bildet hier Schrägflächen SP1A die im Falle einer Relativdrehung der Sonnenräder S1, S2 eine Erhöhung der die Reibflächen belastenden Kraft bewirken. Die Schrägflächen SP1A der Koppelungsverzahnung SP1 des ersten Reibringelementes R1 stützen sich dabei in Umfangsrichtung an den Schrägflächen SP2A der Koppelungsverzahnung SP2 des zweiten Reibringelementes R2 unter Bildung eines Schrägflächen oder Keilsystems ab. Der Keilwinkel GA liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 25°. Die Parameter der Kupplungsvorrichtung können durch die Wahl der Kegelwinkel, die Federkraft und die Reibungskoeffizienten der Kontaktflächen abgestimmt und optimiert werden. Das Überbrückungsmoment wird dabei z.B. im Hinblick auf die Trägheit des im Leistungsfluss nach dem jeweiligen Sonnenrad liegenden Abschnitt des Antriebstranges sowie dem Drehmomentenbedarf der Radantriebswellen abgestimmt. Die konischen Flächen können mit einem Material beschichtet sein, das einen hohen Reibungskoeffizienten und eine hohe Verschleißfestigkeit bietet wie beispielsweise eine MO-Beschichtung, Carbon-Beschichutng oder TitanBeschichtung. Die Schrägverzahnung verleiht dem Differential eine progressive Charakteristik, die mechanischen Eigenschaften des Differentialgetriebes können durch Wahl der Winkel und weiterer geometrischer Parameter auf den jeweiligen Fahrzeugtyp abgestimmt werden.
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Die Darstellung nach 5 veranschaulicht eine Koppelung der beiden Reibringelemente R1, R2 mittels einer Verzahnung die kein Schrägflächensystem bildet. Der Keilwinkel GA beträgt hier 0°. Bei dieser Ausgestaltung wird jene die Reibringelemente R1, R2 gegen die konischen Innenwandungen K1, K2 der Sonnenräder S1, S2 drängende Kraft ausschließlich durch die Federeinrichtung 5 generiert. (vgl. hierzu 1). Diese Variante der Kupplungseinrichtung zeigt im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 4 keine progressive Charakteristik.
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Bezugszeichenliste
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- 3
- Aufnahmeraum
- 4
- Kupplungseinrichtung
- 5
- Federeinrichtung
- C1
- Kopfkreis
- C2
- Fußkreis
- F
- Federkraft
- FN
- Kraft
- FR
- Reibkraft
- H
- Umlaufgehäuse
- H1
- Gehäuseseitenteil
- H2
- Gehäuseseitenteil
- K1
- Innenwandung
- K2
- Innenwandung
- P
- Planetenanordnung
- P1
- Planeten
- P2
- Planeten
- R1
- Kupplungsringelement
- R2
- Kupplungsringelement
- Rc
- Reibflächenradius
- S1
- Sonnenrad
- S2
- Sonnenrad
- SN1
- Nabenabschnitt
- SB2
- Buchsenabschnitt
- SP
- Verzahnung
- SP1
- Koppelungsverzahnung
- SP2
- Koppelungsverzahnung
- SP1A
- Schrägflächen
- SP2A
- Schrägflächen
- X1
- Umlaufachse
- Z
- Antriebszahnrad
- Z1
- Antriebszahnkranz
- ZS1
- Zahnkranz
- ZS2
- Zahnkranz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008050059 A1 [0003]
- DE 202011110104 U1 [0004]
- US 4805487 A [0005]
- WO 2010112366 A1 [0006, 0008]
- DE 2206107 A1 [0007]
- DE 19612234 A1 [0008, 0009]
- US 5055096 A [0010]
