DE102016202595A1

DE102016202595A1 - spur gear

Info

Publication number: DE102016202595A1
Application number: DE102016202595.3A
Authority: DE
Inventors: Ingo Schulz; Tim Bartling; Christoph Bremekamp
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-02-19
Filing date: 2016-02-19
Publication date: 2017-08-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stirnraddifferential für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Differentialgehäuse (1) mit einem daran ausgebildeten Tellerrad (2), das zur Einspeisung eines Drehmoments in das Stirnraddifferential zumindest mittelbar mit einer Antriebswelle (3) verbunden ist, sowie zwei Abtriebswellen (4a, 4b), wobei die jeweilige Abtriebswelle (4a, 4b) mit einem jeweiligen Hohlrad (5a, 5b) verbunden ist, wobei das jeweilige Hohlrad (5a, 5b) zur hälftigen Verteilung des Drehmoments auf die beiden Abtriebswellen (4a, 4b) mit einem jeweiligen Planetenradsatz (6a, 6b) kämmt, wobei die beiden Planetenradsätze (6a, 6b) zumindest paarweise miteinander kämmen und auf einem gemeinsamen Planetenträger (7) drehbar gelagert sind. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Tellerrad (2) und einer der beiden Abtriebswellen (4a, 4b) eine schaltbare Kupplungsvorrichtung (8) angeordnet, wobei die Kupplungsvorrichtung (8) mindestens eine erste und zweite Reibscheibe (9a, 9b) sowie einen Aktuator (10) zur Betätigung der Reibscheiben (9a, 9b) umfasst, wobei ferner die Kupplungsvorrichtung (8) dazu vorgesehen ist, bei einer Betätigung der Reibscheiben (9a, 9b) das Drehmoment auf die beiden Abtriebswellen (4a, 4b) variabel umzuverteilen.The invention relates to a spur gear differential for a motor vehicle, comprising a differential housing (1) with a ring gear (2) formed thereon, which is at least indirectly connected to a drive shaft (3) for feeding a torque into the spur gear differential, and two output shafts (4a, 4b ), wherein the respective output shaft (4a, 4b) with a respective ring gear (5a, 5b) is connected, wherein the respective ring gear (5a, 5b) for the halfway distribution of the torque on the two output shafts (4a, 4b) with a respective planetary gear set (6a, 6b) meshes, wherein the two planetary gear sets (6a, 6b) at least in pairs mesh with each other and are rotatably mounted on a common planetary carrier (7). According to the invention, a switchable coupling device (8) is arranged between the ring gear (2) and one of the two output shafts (4a, 4b), the coupling device (8) comprising at least first and second friction discs (9a, 9b) and an actuator (10) Operation of the friction plates (9a, 9b), further wherein the coupling device (8) is provided for, upon actuation of the friction plates (9a, 9b) to redistribute the torque variably to the two output shafts (4a, 4b).

Description

Die Erfindung betrifft ein Stirnraddifferential zur Aufteilung eines an einem Differentialgehäuse anliegenden Antriebsmoments auf zwei gleichachsig angeordnete Hohlräder, die drehfest mit einer jeweiligen Abtriebswelle verbunden sind. Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf Kraftfahrzeuge.The invention relates to a spur gear for dividing a voltage applied to a differential housing drive torque to two coaxially arranged ring gears, which are rotatably connected to a respective output shaft. The field of application of the invention extends primarily to motor vehicles.

Aus der US 3,292,456 ist ein Stirnraddifferential für ein Kraftfahrzeug bekannt. Dieses Stirnraddifferential umfasst ein Differentialgehäuse mit einem daran angeordnetem Tellerrad, das zur Einspeisung eines Drehmoments in das Stirnraddifferential mit einer Kegelradantriebswelle verbunden ist. Ferner weist das Stirnraddifferential zwei Abtriebswellen auf, die mit einem jeweiligen Rad des Kraftfahrzeugs verbunden sind. Darüber hinaus ist die jeweilige Abtriebswelle mit einem jeweiligen Hohlrad verbunden, wobei das jeweilige Hohlrad zur hälftigen Verteilung des Drehmoments auf die beiden Abtriebswellen mit einem jeweiligen Planetenradsatz kämmt. Ferner kämmen die beiden Planetenradsätze auch paarweise miteinander und sind auf einem gemeinsamen Steg drehbar gelagert. Das Stirnraddifferential ist als selbsthemmendes Differential ausgebildet.From the US 3,292,456 a spur gear differential for a motor vehicle is known. This spur gear differential includes a differential case having a crown gear disposed thereon and connected to a bevel gear drive shaft for inputting torque into the spur gear differential. Furthermore, the spur gear differential has two output shafts which are connected to a respective wheel of the motor vehicle. In addition, the respective output shaft is connected to a respective ring gear, wherein the respective ring gear meshes for the halfway distribution of the torque on the two output shafts with a respective planetary gear. Furthermore, the two planetary gears mesh with each other in pairs and are rotatably mounted on a common web. The spur gear is designed as a self-locking differential.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Stirnraddifferential weiterzuentwickeln, und insbesondere kompaktbauend und leistungsoptimiert auszubilden.The object of the invention is to develop a spur gear differential, and in particular compact design and performance-optimized form.

Das erfindungsgemäße Stirnraddifferential umfasst ein Differentialgehäuse mit einem daran ausgebildeten Tellerrad, das zur Einspeisung eines Drehmoments in das Stirnraddifferential zumindest mittelbar mit einer Antriebswelle verbunden ist, sowie zwei Abtriebswellen, wobei die jeweilige Abtriebswelle mit einem jeweiligen Hohlrad verbunden ist, wobei das jeweilige Hohlrad zur hälftigen Verteilung des Drehmoments auf die beiden Abtriebswellen mit einem jeweiligen Planetenradsatz kämmt, wobei die beiden Planetenradsätze zumindest paarweise miteinander kämmen und auf einem gemeinsamen Planetenträger drehbar gelagert sind. Ein jeweiliger Planet des ersten Planetenrades kämmt sowohl mit dem ersten Hohlrad als auch zumindest mit einem Planeten des zweiten Planetenradsatzes. Dementsprechend kämmt ein jeweiliger Planet des zweiten Planetenrades sowohl mit dem zweiten Hohlrad als auch zumindest mit einem Planeten des ersten Planetenradsatzes. Erfindungsgemäß ist eine schaltbare Kupplungsvorrichtung zwischen dem Tellerrad und einer der beiden Abtriebswellen angeordnet, wobei die Kupplungsvorrichtung mindestens eine erste und zweite Reibscheibe sowie einen Aktuator zur Betätigung der Reibscheiben umfasst, wobei ferner die Kupplungsvorrichtung dazu vorgesehen ist, bei einer Betätigung der Reibscheiben das Drehmoment auf die beiden Abtriebswellen variabel umzuverteilen. Mithin ist über die Kupplungsvorrichtung eine Sperrfunktion des Stirnraddifferentials realisierbar. Die Sperrfunktion ist insbesondere für eine sportlichdynamische Fahrweise des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere weist die Kupplungsvorrichtung mehrere axial abwechselnd angeordnete erste und zweite Reibscheiben auf. Je mehr Reibscheiben vorgesehen sind und je größer die Reibfläche der Reibscheiben ist, umso größer ist auch das generierbare Reibmoment an den Reibscheiben. Insbesondere ist die Anzahl der Reibscheiben von der Leistung des Antriebsmotors abhängig. Hohlräder haben gegenüber Sonnenrädern den Vorteil, dass durch die Vergrößerung des Durchmessers am Krafteingriff zwischen den Zähnen der Planeten und den Zähnen des jeweiligen Hohlrades größere Drehmomente übertragbar sind.The spur gear according to the invention comprises a differential housing with a ring gear formed thereon, which is at least indirectly connected to a drive shaft for feeding torque into the spur gear, and two output shafts, wherein the respective output shaft is connected to a respective ring gear, wherein the respective ring gear for half distribution the torque on the two output shafts meshes with a respective planetary gear, wherein the two planetary gear sets mesh with each other at least in pairs and are rotatably mounted on a common planet carrier. A respective planet of the first planetary gear meshes with both the first ring gear and at least one planet of the second planetary gear set. Accordingly, a respective planet of the second planet gear meshes with both the second ring gear and at least one planet of the first planetary gear set. According to the invention a switchable coupling device between the ring gear and one of the two output shafts is arranged, wherein the coupling device comprises at least a first and second friction disc and an actuator for actuating the friction discs, wherein further the coupling device is provided, upon actuation of the friction discs, the torque on the variably redistribute both output shafts. Consequently, a blocking function of the spur gear differential can be realized via the coupling device. The blocking function is provided in particular for a sporty-dynamic driving style of the motor vehicle. In particular, the coupling device has a plurality of axially and axially arranged first and second friction disks. The more friction disks are provided and the larger the friction surface of the friction disks, the greater the generatable friction torque on the friction disks. In particular, the number of friction plates depends on the power of the drive motor. Ring gears have the advantage over sun gears that larger torques can be transmitted by increasing the diameter of the force engagement between the teeth of the planet and the teeth of the respective ring gear.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass ein mittlerer Reibdurchmesser der Reibscheiben im Wesentlichen einem maximalen Außendurchmesser des Stirnraddifferentials entspricht. Somit wird ein maximaler radialer Bauraum des Sperrdifferentials zur Anordnung der annähernd diesem radialen Abmaß entsprechenden Reibscheiben ausgenutzt. Durch die Maximierung des Durchmessers der Reibscheiben und die daraus erwachsende Maximierung der effektiven Reibfläche der Reibscheiben kann die Anzahl der Reibscheiben verringert werden, wobei dadurch der axiale Bauraum der Kupplungsvorrichtung verringerbar ist.The invention includes the technical teaching that a mean friction diameter of the friction plates substantially corresponds to a maximum outer diameter of the spur gear. Thus, a maximum radial space of the locking differential for the arrangement of approximately this radial dimension corresponding friction discs is utilized. By maximizing the diameter of the friction plates and the consequent maximization of the effective friction surface of the friction plates, the number of friction plates can be reduced, thereby reducing the axial space of the coupling device can be reduced.

Vorzugsweise ist das Drehmoment vom Differentialgehäuse zentrisch über den Planetenträger auf die beiden Planetenradsätze verteilbar. Mit anderen Worten erfolgt über den Planetenträger eine symmetrische Krafteinleitung auf die beiden Planetenradsätze.Preferably, the torque from the differential housing is distributed centrally over the planet carrier on the two planetary gear sets. In other words, takes place via the planet carrier a symmetrical force on the two planetary gear sets.

Bevorzugt ist die Kupplungsvorrichtung axial benachbart und in Reihe mit dem Tellerrad am Differentialgehäuse angeordnet. Dies senkt insbesondere das radiale und axiale Abmaß des Stirnraddifferentials.Preferably, the coupling device is axially adjacent and arranged in series with the ring gear on the differential housing. This reduces in particular the radial and axial dimension of the spur gear differential.

Ferner bevorzugt ist die mindestens eine erste Reibscheibe drehfest mit dem Differentialgehäuse verbunden. Demgegenüber ist die mindestens eine zweite Reibscheibe drehfest mit einer der beiden Abtriebswellen verbunden. Mithin wird das Differentialgehäuse bei einer Betätigung der Kupplungsvorrichtung gegen eines der beiden Hohlräder gebremst. Das Stirnraddifferential wirkt dann als Sperrdifferential.Further preferably, the at least one first friction disc is non-rotatably connected to the differential housing. In contrast, the at least one second friction disc is rotatably connected to one of the two output shafts. Thus, the differential housing is braked against one of the two ring gears upon actuation of the coupling device. The spur gear differential then acts as a limited slip differential.

Vorteilhafterweise sind die beiden Hohlräder zumindest mittelbar stirnseitig benachbart und koaxial zueinander angeordnet. Insbesondere befindet sich axial zwischen den beiden Hohlrädern lediglich der Planetenträger, an dem die beiden Planetenradsätze drehbar gelagert sind.Advantageously, the two ring gears are at least indirectly adjacent to the front side and arranged coaxially with each other. In particular is located axially between the two ring gears only the planet carrier to which the two planetary gear sets are rotatably mounted.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Differentialgehäuse über zwei Lagerelemente drehbar an einem stationär festgelegten Gehäuse gelagert. Dabei ist das jeweilige Lagerelement vorzugsweise an einer jeweiligen Hälfte des Differentialgehäuses ausgebildet, wobei die beiden Hälften des Differentialgehäuses drehfest miteinander verbunden sind.According to a preferred embodiment, the differential housing is rotatably supported by two bearing elements on a stationary fixed housing. In this case, the respective bearing element is preferably formed on a respective half of the differential housing, wherein the two halves of the differential housing are rotatably connected to each other.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die beiden Abtriebswellen auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind. Insbesondere kämmt das Tellerrad mit einem Kegelrad, wobei das Kegelrad drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist.The invention includes the technical teaching that the two output shafts are arranged on a common axis. In particular, the ring gear meshes with a bevel gear, wherein the bevel gear is rotatably connected to the drive shaft.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Diese zeigt eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferentials.Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to the single figure. This shows a greatly simplified schematic representation of a spur gear according to the invention.

Gemäß der einzigen Figur weist ein erfindungsgemäßes Stirnraddifferential für ein – hier nicht dargestelltes – Kraftfahrzeug, ein Differentialgehäuse 1 auf, an dem ein Tellerrad 2 ausgebildet ist. Das Differentialgehäuse 1 ist über zwei Lagerelemente 14a, 14b drehbar an einem stationär festgelegten Gehäuse 13 gelagert. Das Tellerrad 2 ist zur Einspeisung eines Drehmoments in das Stirnraddifferential mit einem drehfest an einer Antriebswelle 3 angeordneten Kegelrad 15 verbunden. Mithin kämmt das Tellerrad 2 zur Drehmomenteinspeisung in das Stirnraddifferential mit dem Kegelrad 15. Ferner umfasst das Stirnraddifferential eine erste und eine zweite auf einer gemeinsamen Achse 16 angeordnete Abtriebswelle 4a, 4b, wobei die jeweilige Abtriebswelle 4a, 4b mit einem jeweiligen Hohlrad 5a, 5b verbunden ist. Die beiden Hohlräder 5a, 5b sind stirnseitig benachbart und koaxial zueinander angeordnet. According to the single figure, an inventive spur gear for a - not shown here - motor vehicle, a differential case 1 on, on which a ring gear 2 is trained. The differential case 1 is about two bearing elements 14a . 14b rotatable on a stationary fixed housing 13 stored. The ring gear 2 is for feeding a torque in the Stirnraddifferential with a rotationally fixed to a drive shaft 3 arranged bevel gear 15 connected. Thus, the ring gear meshes 2 for torque input into the spur gear differential with the bevel gear 15 , Furthermore, the spur gear differential comprises a first and a second on a common axis 16 arranged output shaft 4a . 4b , wherein the respective output shaft 4a . 4b with a respective ring gear 5a . 5b connected is. The two ring gears 5a . 5b are frontally adjacent and arranged coaxially with each other.

Das jeweilige Hohlrad 5a, 5b kämmt zur hälftigen Verteilung des Drehmoments auf die beiden Abtriebswellen 4a, 4b mit einem jeweiligen Planetenradsatz 6a, 6b, wobei die beiden Planetenradsätze 6a, 6b zumindest paarweise miteinander kämmen und auf einem gemeinsamen Planetenträger 7 drehbar gelagert sind. Das Drehmoment vom Differentialgehäuse 1 wird zentrisch über den Planetenträger 7 auf die beiden Planetenradsätze 6a, 6b verteilt. Mithin erfolgt über den planetenträger 7 eine symmetrische Krafteinleitung auf die beiden Planetenradsätze 6a, 6b.The respective ring gear 5a . 5b meshes with the half distribution of torque on the two output shafts 4a . 4b with a respective planetary gear set 6a . 6b , where the two planetary gear sets 6a . 6b at least in pairs combing each other and on a common planet carrier 7 are rotatably mounted. The torque from the differential case 1 becomes centered over the planet carrier 7 on the two planetary gear sets 6a . 6b distributed. Thus, via the planet carrier 7 a symmetrical force transmission to the two planetary gear sets 6a . 6b ,

Eine schaltbare Kupplungsvorrichtung 8 ist axial benachbart und in Reihe mit dem Tellerrad 2 am Differentialgehäuse 1 angeordnet. Insbesondere ist die Kupplungsvorrichtung 8 zwischen dem Tellerrad 2 und der zweiten Abtriebswellen 4b angeordnet. Die Kupplungsvorrichtung 8 umfasst mehrere erste und zweite Reibscheiben 9a, 9b sowie einen Aktuator 10 zur Betätigung der Reibscheiben 9a, 9b. Die drei ersten Reibscheiben 9a sind dabei drehfest mit dem Differentialgehäuse 1 verbunden, wobei die drei zweiten Reibscheiben 9b drehfest mit der zweiten Abtriebswelle 4b verbunden sind. Das zweite Hohlrad 5b ist ebenfalls drehfest mit der zweiten Abtriebswelle 4b verbunden. Mithin wird das Differentialgehäuse 1 bei einer Betätigung der Kupplungsvorrichtung 8 gegen das zweite abtreibende Hohlrad 5b gebremst. Die Kupplungsvorrichtung 8 ist dazu vorgesehen, bei einer Betätigung der Reibscheiben 9a, 9b das Drehmoment auf die beiden Abtriebswellen 4a, 4b variabel umzuverteilen. Zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Schaltstellung der Kupplungsvorrichtung 8 sind eine Vielzahl von beliebigen Reibstellungen der Reibscheiben 9a, 9b realisierbar.A switchable coupling device 8th is axially adjacent and in series with the ring gear 2 on the differential case 1 arranged. In particular, the coupling device 8th between the crown wheel 2 and the second output shafts 4b arranged. The coupling device 8th includes a plurality of first and second friction plates 9a . 9b as well as an actuator 10 for actuating the friction discs 9a . 9b , The first three friction discs 9a are rotatably with the differential case 1 connected, wherein the three second friction discs 9b non-rotatably with the second output shaft 4b are connected. The second ring gear 5b is also non-rotatable with the second output shaft 4b connected. Thus, the differential case 1 upon actuation of the coupling device 8th against the second abort ring gear 5b braked. The coupling device 8th is intended, upon actuation of the friction discs 9a . 9b the torque on the two output shafts 4a . 4b variable redistribution. Between an open and a closed switching position of the coupling device 8th are a variety of arbitrary friction positions of the friction discs 9a . 9b realizable.

Ein mittlerer Reibdurchmesser 11 der Reibscheiben 9a, 9b entspricht im Wesentlichen einem maximalen Außendurchmesser 12 des Stirnraddifferentials. Mit anderen Worten ist der Reibdurchmesser 11 der Reibscheiben 9a, 9b in Abhängigkeit des radialen Abmaßes des Stirnraddifferentials maximal. Dadurch ist auch eine Reibfläche der Reibscheiben 9a, 9b maximal. An average friction diameter 11 the friction discs 9a . 9b corresponds essentially to a maximum outer diameter 12 of the spur gear differential. In other words, the friction diameter 11 the friction discs 9a . 9b depending on the radial dimension of the spur gear maximum. This is also a friction surface of the friction plates 9a . 9b maximum.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Differentialgehäuse differential case
22: Tellerrad crown
33: Antriebswelle drive shaft
4a, 4b4a, 4b: Abtriebswelle output shaft
5a, 5b5a, 5b: Hohlrad ring gear
6a, 6b6a, 6b: Planetenradsatz planetary gear
77: Planetenträger planet carrier
88th: Kupplungsvorrichtung coupling device
9a, 9b9a, 9b: Reibscheibe friction
1010: Aktuator actuator
1111: Reibdurchmesser friction diameter
1212: Außendurchmesser outer diameter
1313: Gehäuse casing
14a, 14b14a, 14b: Lagerelement bearing element
1515: Kegelrad bevel gear
1616: Achse axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 3292456 [0002]

Claims

A spur gear differential for a motor vehicle, comprising a differential housing ( 1 ) with a ring gear formed thereon ( 2 ), which for feeding a torque in the spur gear, at least indirectly with a drive shaft ( 3 ), and two output shafts ( 4a . 4b ), wherein the respective output shaft ( 4a . 4b ) with a respective ring gear ( 5a . 5b ), wherein the respective ring gear ( 5a . 5b ) for half the distribution of the torque on the two output shafts ( 4a . 4b ) with a respective planetary gear set ( 6a . 6b ) meshes, the two planetary gear sets ( 6a . 6b ) at least in pairs mesh with each other and on a common planet carrier ( 7 ) are rotatably mounted, characterized in that a switchable coupling device ( 8th ) between the ring gear ( 2 ) and one of the two output shafts ( 4a . 4b ), wherein the coupling device ( 8th ) at least a first and second friction disc ( 9a . 9b ) and an actuator ( 10 ) for actuating the friction discs ( 9a . 9b ), wherein furthermore the coupling device ( 8th ) is provided, upon actuation of the friction discs ( 9a . 9b ) the torque on the two output shafts ( 4a . 4b ) redistribute variably.

Spurraddifferential according to claim 1, characterized in that a mean friction diameter ( 11 ) of the friction discs ( 9a . 9b ) substantially a maximum outer diameter ( 12 ) corresponds to the Stirnraddifferentials.

Spurraddifferential according to claim 1, characterized in that the torque from the differential housing ( 1 ) centered over the planet carrier ( 7 ) on the two planetary gear sets ( 6a . 6b ) is distributable.

Spurraddifferential according to claim 1, characterized in that the coupling device ( 8th axially adjacent and in series with the ring gear ( 2 ) on the differential housing ( 1 ) is arranged.

Spurraddifferential according to claim 1, characterized in that the at least one first friction disc ( 9a ) rotatably with the differential case ( 1 ) connected is.

Spurraddifferential according to claim 1, characterized in that the at least one second friction disc ( 9b ) rotatably with one of the two output shafts ( 4a . 4b ) connected is.

Spurraddifferential according to claim 1, characterized in that the two ring gears ( 5a . 5b ) are at least indirectly adjacent to the front side and arranged coaxially with each other.

Spurraddifferential according to claim 1, characterized in that the differential housing ( 1 ) via two bearing elements ( 14a . 14b ) rotatably on a stationary fixed housing ( 13 ) is stored.

Spurraddifferential according to claim 1, characterized in that the ring gear ( 2 ) with a bevel gear ( 15 ) meshes, the bevel gear ( 15 ) rotatably with the drive shaft ( 3 ) connected is.

Spurraddifferential according to claim 1, characterized in that the two output shafts ( 4a . 4b ) on a common axis ( 16 ) are arranged.