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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Planetengetriebe, insbesondere in Form eines Stirnraddifferentialgetriebes mit einem zum Umlauf um eine Getriebeachse vorgesehenen Umlaufgehäuse, einem zu dieser Getriebeachse gleichachsig angeordneten ersten Sonnenrad, einem zur Getriebeachse ebenfalls gleichachsig angeordneten zweiten Sonnenrad, und einem von dem Umlaufgehäuse getragenen Planetensatz mit ersten und zweiten Planeten, wobei die ersten Planeten des Planetensatzes radial von außen her in das erste Sonnenrad eingreifen und die zweiten Planeten des Planetensatzes radial von außen her in das zweite Sonnenrad eingreifen und zudem die ersten und zweiten Planeten eines Planetensatzes miteinander in Eingriff stehen und damit gegensinnig drehbar gekoppelt sind. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Planetengetriebes.
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Hintergrund der Erfindung
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Differentialgetriebe werden allgemein als Umlaufrädergetriebe ausgeführt und dienen überwiegend der Verzweigung oder Verteilung einer über einen Leistungseingang zugeführten Eingangsleistung auf zwei Wellen. Am häufigsten werden Differentialgetriebe als sog. Achsdifferentialgetriebe im Automobilbau verwendet. Hierbei wird die durch einen Antriebsmotor bereitgestellte Antriebsleistung über das Differentialgetriebe auf Radantriebswellen von getriebenen Laufrädern verteilt. Die beiden zu den Laufrädern führenden Radantriebswellen werden hierbei mit je gleich großem Drehmoment d.h. ausgeglichen angetrieben. Bei Geradeausfahrt drehen beide Laufräder gleich schnell. Bei Kurvenfahrt unterscheiden sich die Drehzahlen der Laufräder voneinander. Das Achsdifferentialgetriebe ermöglicht diese Drehzahldifferenz. Die Drehzahlen können sich frei einstellen, nur der Mittelwert der beiden Geschwindigkeiten ist unverändert. In der Vergangenheit wurden diese Differentiale in großer Breite als sog. Kegelraddifferentiale ausgeführt. Neben dieser Bauform werden Differentialgetriebe auch in Form sog. Stirnraddifferentiale ausgeführt. Bei diesen Stirnraddifferentialen erfolgt die Koppelung der als Leistungsausgang fungierenden Sonnenräder über wenigstens zwei miteinander in Eingriff stehende und damit gegensinnig drehbar getrieblich gekoppelte Umlaufplaneten die typischerweise als Stirnräder ausgeführt sind.
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Aus
US 8,221,278 B2 ist ein Stirnraddifferential bekannt, dass einen Umlaufträger umfasst, der sich aus einem Stirnradkranz, sowie einem Paar von axial einseitig an den Stirnradkranz angefügten Nabendeckeln zusammensetzt. Die Nabendeckel sind als Blechumformteile ausgeführt und derart axial profiliert, dass diese in zusammengesetztem Zustand einen Aufnahmeraum bilden in welchem ein erstes und ein zweites, jeweils als Stirnrad ausgeführtes Abtriebsrad aufgenommen ist. Die beiden Abtriebsräder sind über Umlaufplaneten gegensinnig getrieblich gekoppelt. Die Umlaufplaneten bilden eine erste Umlaufplanetengruppe und eine zweite Umlaufplanetengruppe. Die Umlaufplaneten der ersten Umlaufplanetengruppe stehen mit dem ersten Abtriebsrad in Eingriff, die Umlaufplaneten der zweiten Umlaufplanetengruppe stehen mit dem zweiten Abtriebsrad in Eingriff. Die getriebliche Koppelung der Umlaufplaneten erfolgt, indem diese unter gegenseitigem Axialversatz der Stirnradverzahnungen zusammengefügt sind. Die hierbei freibleibenden, einander abgewandten Abschnitte der Stirnradverzahnungen greifen in das entsprechende Abtriebsrad ein. Die Umlaufplaneten sind weiterhin über Lagerbolzen gelagert. Die Lagerbolzen sitzen mit ihren Endabschnitten in Aufnahmebohrungen die als solche in den Nabendeckeln ausgebildet sind. Der zum Antrieb des Stirnraddifferentiales vorgesehene Stirnradkranz und die an diesen angesetzten Nabendeckel bilden eine starre Umlaufträgerstruktur. Die Abtriebsräder sind in dieser Umlaufträgerstruktur über Wälzlager axial und radial abgestützt. Diese Wälzlager sind als Zylinderrollenlager ausgeführt.
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Aus
DE 10 2007 040 475 A1 ist ebenfalls ein Stirnraddifferential bekannt, bei welchem zwei an sich identische, als Stirnräder ausgeführte Abtriebsräder über Umlaufplanetenpaar gegensinnig drehbar getrieblich gekoppelt sind. Die Eingriffszone jener Umlaufplanetenpaare befindet sich in einem axial zwischen den Stirnradverzahnungen der Abtriebsräder liegenden Bereich.
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Aus
US 3,738,192 ist ein Stirnraddifferential bekannt das zwei als Stirnräder ausgeführte Abtriebsräder aufweist, die durch eine Umlaufplanetenanordnung miteinander gegensinnig drehbar getrieblich gekoppelt sind. Die Umlaufplanetenanordnung bildet einen Zahnkranz. Der Zahneingriff zwischen jenen den Zahnkranz bildenden Umlaufplaneten erfolgt in gleicher Weise wie bezüglich
DE 10 2007 040 475 A1 ausgeführt in einer Verzahnungsebene, die sich zwischen jenen Verzahnungsebenen befindet über welche die Umlaufplaneten in die Abtriebsräder eingreifen.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Lösungen aufzuzeigen durch welche es möglich wird im Rahmen eines effizienten Fertigungsprozesses Stirnraddifferentialgetriebe der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnen und zudem kostengünstig und unter geringe Ausschussquote herstellbar sind.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Stirnraddifferentialgetriebe mit:
- – einem zum Umlauf um eine Getriebeachse vorgesehenen Umlaufgehäuse,
- – einem zur Getriebeachse gleichachsig angeordneten ersten Sonnenrad,
- – einem zur Getriebeachse ebenfalls gleichachsig angeordneten zweiten Sonnenrad, und
- – einem Planetensatz mit ersten und zweiten Planeten,
wobei - – die ersten Planeten des Planetensatzes um erste Planetenachsen drehbar sind und radial von außen her in das erste Sonnenrad eingreifen,
- – die zweiten Planeten des Planetensatzes um zweite Planetenachsen drehbar sind und radial von außen her in das zweite Sonnenrad eingreifen,
- – die ersten und zweiten Planeten eines Planetensatzes jeweils paarweise miteinander in Eingriff stehen und damit gegensinnig drehbar gekoppelt sind,
- – die Sonnenräder und die Planetenräder als Serienteile gefertigt sind,
- – zum jeweiligen Sonnenrad und/oder Planetenrad eine Formeigenschaft messtechnisch festgestellt ist,
- – das jeweilige Sonnenrad im Hinblick auf die festgestellte Formeigenschaft selektiert ist, und
- – die Selektion auf Grundlage eines Kriteriums erfolgt das die geometrische Lage der Planetenachsen und die geometrischen Eigenschaften der ersten und zweiten Planeten mit einer die innerhalb der Serienfertigung auftretende Maßabweichungen hinreichend aufzeigenden Auflösung berücksichtigt.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, im Rahmen der Serienfertigung derartiger Stirnraddifferentialgetriebe ein definiert geringes, und zudem stets hinreichendes Flankenspiel bei den gefertigten Getrieben zu erreichen. In vorteilhafter Weise können hierbei die sich im Rahmen der Fertigung der Sonnenräder ergebenden Toleranzen gezielt zur Kompensation der sich bei der Fertigung des Umlaufgehäuses und der Planeten ergebenden Toleranzen genutzt werden, bevor das Umlaufgehäuse geschlossen wird.
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Es ist möglich, im Rahmen der Serienfertigung der Sonnenräder gezielt Sonnenräder zu fertigen die sich hinsichtlich der Verzahnungsgeometrie in geringem Maße unterscheiden und damit gezielt zur Spielkompensation herangezogen werden können. Die Planetenräder werden vorzugsweise so gewählt, dass diese einen hohen Ähnlichkeitsgrad aufweisen so dass sämtliche Planetenräder eines Planetensatzes zu dem dann gewählten Sonnenrad kompatibel sind.
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Das erfindungsgemäße Stirnraddifferentialgetriebe ist vorzugsweise derart aufgebaut, dass die Planetenräder auf Planetenbolzen gelagert sind wobei diese Planetenbolzen in Bohrungen des Umlaufgehäuses abgestützt sind und die geometrische Lage der Planetenachsen unter Vermessung der Lage der Bohrungen des Umlaufgehäuses ermittelt wird. Die Vermessung der Lage kann in Bezug auf das Zentrum des Umlaufgehäuses, oder auch in Bezug auf die Lage der Planetenachsen, d.h. der Bohrungszentren zueinander erfolgen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die eingangs angegebene Aufgabe erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Stirnraddifferentialgetriebes mit:
- – einem zum Umlauf um eine Getriebeachse vorgesehenen Umlaufgehäuse,
- – einem zur Getriebeachse gleichachsig angeordneten ersten Sonnenrad,
- – einem zur Getriebeachse ebenfalls gleichachsig angeordneten zweiten Sonnenrad, und
- – einem Planetensatz mit ersten und zweiten Planeten, wobei die ersten Planeten des Planetensatzes um erste Planetenachsen drehbar sind radial von außen her in das erste Sonnenrad eingreifen, die zweiten Planeten des Planetensatzes um ein zweite Planetenachsen drehbar sind und radial von außen her in das zweite Sonnenrad eingreifen, die ersten und zweiten Planeten eines Planetensatzes miteinander in Eingriff stehen und damit gegensinnig drehbar gekoppelt sind, und
- – die Sonnenräder als Serienteile gefertigt sind,
- – wobei im Rahmen von Messschritten die zeitlich dem Zusammenbau des Stirnraddifferentialgetriebes vorgelagert sind, Formeigenschaften der Sonnenräder und der Planetenräder messtechnisch festgestellt werden, und
- – im Rahmen eines Selektionsschrittes die jeweils für ein Stirnraddifferential vorgesehenen Sonnenräder aus einer Vielzahl messtechnisch erfasster Sonnenräder selektiert werden, und
- – die Selektion auf Grundlage eines Kriteriums erfolgt das die geometrische Lage der Planetenachsen und die geometrischen Eigenschaften der ersten und zweiten Planeten berücksichtigt.
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Die Vermessung der Sonnenräder erfolgt vorzugsweise im Anschluss an die Endbearbeitung derselben. Diese Vermessung der Sonnenräder erfolgt vorzugsweise unter Einsatz von Prüfkörpern, die auf einander zumindest annähernd diametral gegenüberliegenden Seiten der Außenverzahnung des jeweiligen Sonnenrades in die dortigen Zahnzwischenräume eingesetzt werden. Diese Prüfkörper können dabei so gestaltet sein, dass diese die den Zahnzwischenraum begrenzenden Zahnflanken in etwa auf der Höhe des Wälzkreises kontaktieren. Hierdurch ergibt sich eine für die Selektion besonders aussagekräftige Messung. Die Prüfkörper können als Zylinder oder Kugeln ausgebildet werden, so dass sich im wesentlichen gleich bleibende Messansätze im Bereich des Wälzkreises der Sonnenräder ergeben. Diese Messung kann an einem Sonnenrad auch mehrfach ausgeführt und ggf. gemittelt werden. Die Messung kann auch je Zahnrad mehrere Messungen unter Einsatz verschiedener Prüfkörper beeinhalten.
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Die geometrische Lage der Planetenachsen wird vorzugsweise unter Vermessung der Lage von Bohrungen des Umlaufgehäuses ermittelt, die der Aufnahme von Lagerbolzen dienen. Diese Messung erfolgt vorzugsweise unter Einsatz von Messdornen die sich in den Bohrungen selbst zentrieren. Die Messung kann auch auf anderweitigem Wege, ggf. auch als rein optische Messung abgewickelt werden.
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Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden auch die Planetenräder einer Vermessung unterzogen, so dass auch die jeweils für ein Stirnraddifferential vorgesehenen Planetenräder auf Grundlage ihrer messtechnisch erfassten geometrischen Eigenschaften selektiert werden. Hierdurch können auch besonders hohe Rundlaufqualitäten und geringes Spiel der Planetenpaarung erreicht werden.
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Die Vermessung der Planetenräder kann mit Messansätzen erfolgen die im wesentlichen den zur Vermessung der Sonnenräder herangezogenen Maßnahmen entsprechen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird nach dem Zusammenbau des Stirnraddifferentiales dieses einer Prüfung auf etwaig an den Sonnenrädern vorhandenes Flankenspiel unterzogen. Die hierbei festgestellten Eigenschaften können in vorteilhafter Weise zur iterativen Verbesserung des Selektionskriteriums herangezogen werden.
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Weiterhin wird vorzugsweise nach dem Zusammenbau des Stirnraddifferentiales dieses auch in eine Prüfeinrichtung eingesetzt und dabei einer Prüfung unter Lastwechsel unterzogen und das innere Spiel des Stirnraddifferentials anhand der hierbei erfassten Lastwechselcharakteristik beurteilt.
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Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Getriebebauform beschränkt. Das erfindungsgemäße Konzept kann allgemein für Planetengetriebestufen Anwendung finden wie sie beispielsweise auch in Schaltgetrieben, Automatikgetrieben oder als Vor- oder Endstufen bei anderweiteigen Getrieben insbesondere CVT-Getrieben vorgesehen sind. Soweit sich am Planetenträger auch das Achszentrum desselben hinreichend präzise erfassen lässt ist es auch möglich, die Auswahl der Sonnenräder unter Berücksichtigung des Abstandes der jeweiligen Planetenachsen von jenem Achszentrum vorzunehmen. Die Erfindung umfasst damit auch allgemein ein Planetengetriebe mit einem zum Umlauf um eine Getriebeachse vorgesehenen Umlaufgehäuse oder Planetenträger, einem zur Getriebeachse gleichachsig angeordneten ersten Sonnenrad, einem zur Getriebeachse ebenfalls gleichachsig angeordneten zweiten Sonnenrad, und einem Planetensatz mit ersten und zweiten Planeten, wobei die ersten Planeten des Planetensatzes um erste Planetenachsen drehbar sind und radial von außen her in das erste Sonnenrad eingreifen, die zweiten Planeten des Planetensatzes um zweite Planetenachsen drehbar sind und radial von außen her in das zweite Sonnenrad eingreifen, die ersten und zweiten Planeten eines Planetensatzes jeweils paarweise miteinander in Eingriff stehen und damit gegensinnig drehbar gekoppelt sind, die Sonnenräder und die Planetenräder als Serienteile gefertigt sind, zum jeweiligen Sonnenrad und/oder Planetenrad eine Formeigenschaft messtechnisch festgestellt ist, das jeweilige Sonnenrad im Hinblick auf die festgestellte Formeigenschaft selektiert ist, und die Selektion auf Grundlage eines Kriteriums erfolgt das die geometrische Lage der Planetenachsen und die geometrischen Eigenschaften der ersten und zweiten Planeten berücksichtigt.
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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 Aufbaues eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferentialgetriebes;
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2a, 2b, und 2c Skizzen zur Veranschaulichung der Erfassung der geometrischen Eigenschaften der Zahnräder;
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3 eine Draufsicht eines erfindungsgemäß unter Berücksichtigung der Geometrie des Umlaufgehäuses Laufspieloptimiert und dabei toleranzkompensiert zusammengestellten Zahnradsatzes;
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4 ein Ablaufdiagramm zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1 zeigt in Form eines Axialschnitts ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferentialgetriebes mit einem wie nachfolgend noch erläutert werden wird speziell zusammengestellten Zahnradsatz. Das Stirnraddifferentialgetriebe umfasst ein Umlaufgehäuse G und eine als Wälzlagerung ausgeführte Umlaufgehäuselagereinrichtung L1, L2 zur Lagerung des Umlaufgehäuses G zum Umlauf um eine Getriebeachse X.
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Weiterhin umfasst das Differentialgetriebe ein erstes Sonnenrad S1, das achsgleich zur Umlauflachse X angeordnet ist und eine erste Abtriebsradverzahnung Z1 bildet. Das Differentialgetriebe umfasst zudem ein zweites Sonnenrad S2 das ebenfalls achsgleich zur Umlauflachse X angeordnet ist und eine zweite Abtriebsradverzahnung Z2 bildet.
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Die beiden Sonnenräder S1, S2 sind über eine in dieser Darstellung nicht zur Gänze erkennbare Planetenradanordnung P gegensinnig drehbar getrieblich gekoppelt. Die Planetenradanordnung P umfasst hierbei Umlaufplaneten P1, P2 die mit dem Umlaufgehäuse G umlaufen und gegenüber diesem auf Achszapfen 1 drehbar gelagert sind.
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Der Umlaufgehäuse G setzt sich aus einem Zahnkranzträger G3 und einem ersten und einem zweiten Nabendeckelelement G1, G2 zusammen. Der Zahnkranzträger G3 und die beiden Nabendeckelelemente G1, G2 bilden dabei eine Gehäusestruktur in welcher die zur Leistungsverzweigung vorgesehene, unter Einschluss der Planetenradanordnung P gebildete Leistungsverzweigungsmechanik aufgenommen ist. Die beiden Sonnenräder S1, S2 sind durch die Planetenanordnung P gegensinnig drehbar getrieblich gekoppelt.
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Bei dem hier dargestellten Stirnraddifferential sind das erste Nabendeckelelement G1 und das zweite Nabendeckelement G2 von einander gegenüberliegenden Seiten her axial and Stirnflächen des Zahnkranzträgers G3 angesetzt. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Zahnkranzträger G3 als Stirnradkranz ausgebildet. Die beiden Nabendeckelemente G1, G2 sind als Blechumformteile gefertigt.
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Die ersten Umlaufplaneten P1 stehen mit dem ersten Sonnerad S1 in einer ersten Verzahnungsebene in Eingriff. Die zweiten Umlaufplaneten P2 stehen mit dem zweiten Sonnerad S2 in einer zweiten Verzahnungsebene in Eingriff. Zudem erfolgt der gegenseitige Eingriff der Umlaufplaneten P1, P2 eines Umlaufplanetenpaares P ebenfalls in der ersten Verzahnungsebene, also axial auf der Höhe der Verzahnung des ersten Sonnenrades 1.
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An jenem ersten Sonnenrad S1 ist eine negative Profilverschiebung und an dem zweiten Sonnenrad S2 ist eine positive Profilverschiebung vorgenommen. Weiterhin ist an den ersten Umlaufplaneten P1 eine positive Profilverschiebung vorgenommen und die in Axialrichtung gemessene Breite dieser ersten Umlaufplaneten P1 entspricht im wesentlichen der in Axialrichtung gemessenen Breite der Verzahnung des ersten Sonnenrades S1. An dem zweiten Umlaufplaneten P2 ist eine negative Profilverschiebung vorgenommen, und die in Axialrichtung gemessene Breite der Verzahnung der zweiten Umlaufplaneten P2 entspricht im wesentlichen der Summe der Breitenmaße der Verzahnungen des ersten und des zweiten Sonnenrades S1, S2.
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Der Zahnkranzträger G3 bildet eine erste und eine zweite, zur Umlaufachse X konzentrische Innenumfangsringfläche 3a, 3b durch welche das jeweilige Nabendeckelelement G1, G2 radial zentriert in der entsprechenden Innenumfangsringfläche 3a, 3b sitzt.
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Das hier gezeigte erfindungsgemäße Differentialgetriebe zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Umlaufgehäuselagereinrichtung ein erstes und ein zweites Wälzlager L1, L2 aufweist, das jeweils einen Lagerinnenring L1i, L2i und einen Lageraußenring L1a, L2a umfasst wobei an wenigstens einen der Lagerringe L1a, L2a ein Einsatzelement E1, E2 angesetzt ist, das eine Führungsstruktur bildet über welche wenigstens eines der Sonnenräder S1, S2 radial und/oder axial abgestützt ist. Das Einsatzelement E1, E2 wird durch die Lagereinrichtung zur Umlaufachse X zentriert. Das jeweilige Einsatzelement E1, E2 ist ringartig gestaltet und weist im Axialschnitt einen rinnenartigen Querschnitt auf dessen Rinnenbodenbereich dem benachbarten Sonnenrad S1, S2 zugewandt ist, und dessen Öffnungsbereich dem jeweiligen Lager L1, L2 zugewandt ist.
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Das hier gezeigte Differentialgetriebe zeichnet sich bei diesem speziellen Aufbau durch eine relativ kurze axiale Baulänge aus und ist zudem unter montagetechnischen Gesichtspunkten besonders vorteilhaft zusammensetzbar. Wie erkennbar wird bei dem erfindungsgemäßen Differentialgetriebe das dort zur axialen Abstützung der Sonnenräder S1, S2 vorgesehene Einsatzelement E1, E2 durch den jeweiligen mit dem Umlaufgehäuse G umlaufenden Lagerring L1a, L2a zentriert und hierbei mit dem Umlaufgehäuse G verbunden. Das Einsatzelement E1, E2 kann auch mit geometrischen Strukturen ausgestattet sein, die an dem Umlaufgehäuse, insbesondere den Nabendeckelelementen G1, G2 desselben angreifen.
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Bei der hier gezeigten erfindungsgemäßen Lagereinrichtung stellen die Lageraußenringe L1a, L2a die das Umlaufgehäuse G tragenden Lagerringe dar. Die durch diese Lageraußenringe L1a, L2a bereitgestellten Ringflächen bilden Sitzflächen über welche das jeweilige Einsatzelement E1, E2 präzise zentriert und auch innerhalb des Umlaufgehäuses 3 präzise axial positioniert wird.
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Die Lageraußenringe L1a, L2a sind jeweils in einem durch das jeweilige Nabendeckelement G1, G2 gebildeten Ring-Bund aufgenommen. Das jeweilige Nabendeckelelement G1, G2 ist als Blechumformteil gefertigt, und der jeweilige Lageraußenring L1a, L2a sitzt unter einem ausgeprägten Presssitz radial spielfrei in einem Ringabschnitt G1a, G2a.
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Das Differentialgetriebe ist wie angegeben als Stirnraddifferential ausgeführt und hierbei derart gestaltet, dass die Lageraußenringe L1a, L2a als Zentrierstruktur wirken über welche das jeweilige Einsatzelement E1, E2 im inneren des Umlaufgehäuses 3 positioniert wird. Die Sonneräder S1, S2 sind jeweils als Stirnrad ausgeführt, wobei jedes dieser Stirnräder durch das jeweilige Einsatzelement E1, E2 axial abgestützt wird.
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Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe ist so gestaltet, dass das jeweilige Sonnenrad S1, S2 einen axial über die Verzahnungsebene nach außen vordringenden Anschlussabschnitt 5a, 6a aufweist, zum Anschluss einer Radantriebswelle, wobei die Umlaufgehäuselagereinrichtung L1, L2 derart gestaltet ist, dass zwischen dem jeweiligen Lagerinnenring L1i, L2i derselben und dem Anschlussabschnitt 5a, 6a ein zur Aufnahme eines den Lagerinnenring L1i, L2i radial tragenden Stationärteils geeigneter Ringraum SP1, SP2 verbleibt. Das vorgenannte Stationärteil kann insbesondere durch ein Getriebegehäuse oder durch ein Ringstutzenelement gebildet sein, das abschnittsweise axial, also von der Seite her in den entsprechenden Lagerinnenring L1i, L2i eingeschoben wird. In diesem Ringstutzenelement kann dann eine weitere Lagereinrichtung aufgenommen sein, welche einen in das jeweilige Sonnenrad eingeschobenen Wellenabschnitt, oder einen Gelenkwellentopf lagert. Die Abtriebsräder S1, S2 sind wie angegeben als Stirnräder ausgeführt. Die an diesen vorgesehenen Verzahnungen Z1, Z2 stehen mit den Umlaufplaneten P1, bzw. P2 in Eingriff. Der jeweilige Anschlussabschnitt 5a, 6a bildet eine zur Umlaufachse X konzentrische Umfangsfläche die in den inneren Bundabschnitt des jeweiligen Einsatzelementes E1, E2 von innen her axial eintaucht und in dem Bundabschnitt ggf. unter Einlage eines Lagerringes radial geführt wird.
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Die vorgenannten ersten und zweiten Umlaufplanenten P1, P2 stehen miteinander unmittelbar in Eingriff und sind damit wie nachfolgend noch vertieft werden wird derart miteinander getrieblich gekoppelt, dass sich diese gegensinnig drehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei erste Umlaufplaneten P1 vorgesehen die mit dem ersten Sonnenrad S1 in Eingriff stehen. Diese mit dem ersten Sonnenrad 1 in Eingriff stehenden ersten Umlaufplaneten P1 bilden einen ersten Umlaufplanetensatz. Weiterhin sind bei diesem Ausführungsbeispiel insgesamt drei zweite Umlaufplaneten P2 vorgesehen die mit dem zweiten Sonnenrad S2 in Eingriff stehen. Diese mit dem zweiten Sonnenrad 2 in Eingriff stehenden zweiten Umlaufplaneten P2 bilden einen zweiten Umlaufplanetensatz. Jeweils ein Umlaufplanet P1 des ersten Satzes steht mit einem Umlaufplaneten P2 des zweiten Satzes in Eingriff. Der Eingriff der Umlaufplaneten P1 des ersten Satzes in die Umlaufplaneten P2 des zweiten Satzes erfolgt in der gleichen Verzahnungsebene wie der Eingriff der Umlaufplaneten P1 des ersten Satzes in das erste Abtriebszahnrad 1.
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Das erste Sonnenrad S1 und das zweite Sonnenrad S2 sind hinsichtlich der Verzahnungsgeometrie derart aufeinander abgestimmt, dass der Kopfkreis der Stirnradverzahnung Z1 des ersten Sonnenrades 1 kleiner ist als der Fußkreis der Stirnradverzahnung Z2 des zweiten Sonnenrades S2. Die Umlaufplaneten P1 des ersten Satzes greifen im Bereich der Verzahnungsebene des ersten Sonnenrades 1 in die Umlaufplaneten P2 des zweiten Satzes ein. Die beiden Abtriebsräder 1, 2 befinden sich damit in unmittelbarer Nachbarschaft.
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Die beiden Abtriebsräder S1, S2 sind derart ausgebildet, dass die Stirnradverzahnung Z1 des ersten Sonnenrades 1 und die Stirnradradverzahnung Z2 des zweiten Sonnenrades 2 gleiche Zähnezahlen aufweisen. Auch die Umlaufplaneten P1 des ersten Satzes und die Umlaufplaneten P2 des zweiten Satzes weisen gleiche Zähnezahlen auf.
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Der Umlaufgehäuse G weist einen Zahnradkranzträger G3 auf. An diesem Zahnradkranzträger G3 sind die Nabendeckelelemente G1, G2 fixiert. Über diese Nabendeckelelemente G2, G3 werden die in dem Umlaufgehäuse G aufgenommenen Komponenten gesichert und zu einer Baueinheit vereinigt. Die Nabendeckelelemente G1, G2 sind als Blechumformteile ausgeführt und zur Getriebeachse X zentrisch an dem Zahnradkranzträger G3 gesichert. Die Nabendeckelelemente G1, G2 bilden wie bereits ausgeführt Bundabschnitte G1a, G2a die als Lagersitze fungieren in welche die Lageraußenringe L1a, L2a eingepresst sind.
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Die Einleitung der Antriebsleistung in das Differentialgetriebe erfolgt über die Stirnradverzahnung 3d des Zahnkranzträgers G3. Über die Umlaufplaneten P1, P2 erfolgt eine Leistungsverzweigung auf die Sonnenräder S1, S2. An den Sonnenrädern S1, S2 sind Bundabschnitte 5a, 6a ausgebildet. Diese Bundabschnitte 5a, 6a sind hier umformtechnisch durch Fließpressen gefertigt und mit einer Innenverzahnung 1a, 2a versehen. In diese Innenverzahnung 1a, 2a können entsprechend komplementär verzahnte Endabschnitte von Radantriebswellen, oder anderweitiger Leistungstransferkomponenten des jeweiligen Radantriebsstranges eingefügt werden. Anstelle der hier gezeigten Innenverzahnung sind auch anderweitige Verbindungsgeometrien zur Drehmomentenübertragung und zentrierten Aufnahme entsprechender Komponenten möglich.
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Die ersten Planeten P1 sind um Planetenachsen X1 (vgl. auch 3) drehbar an dem Umlaufgehäuse G abgestützt. Die zweiten Planeten P2 sind um Planetenachsen X2 drehbar an dem Umlaufgehäuse G abgestützt. Die Sonnenräder S1, S2 sind als Serienteile gefertigt. Bei dem dargestellten Sitrnraddifferentialgetriebe wurde zum jeweiligen Sonnenrad S1, S2 eine Formeigenschaft messtechnisch festgestellt und das jeweilige Sonnenrad S1, S2 dann im Hinblick auf die festgestellte Formeigenschaft selektiert, wobei die Selektion auf Grundlage eines Kriteriums erfolgt das die geometrische Lage der Planetenachsen X1, X2 und die geometrischen Eigenschaften der ersten und zweiten Planeten P1, P2 berücksichtigt. Die Planetenräder P1, P2 sind auf Planetenbolzen 1 gelagert und diese Planetenbolzen 1 sind in Bohrungen des Umlaufgehäuses G abgestützt, wobei die geometrische Lage der Planetenachsen X1, X2 unter Vermessung der Lage der Bohrungen des Umlaufgehäuses G ermittelt wird.
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Die messtechnische Ermittlung der Formeigenschaften der Sonnenräder S1, S2 kann wie in 2a dargestellt unter Einsatz von Prüfkörpern T erfolgen. Der Prüfkörper T kann hierzu derart ausgebildet sein, dass dieser die Zahnflanken in etwa auf der Höhe des Wälzkreises W kontaktiert. Der Prüfkörper T kann dabei insbesondere als Zylinder oder Kugel ausgebildet sein. Die Sonnenräder S1, S2 können dabei so gefertigt werden, dass diese nach Abschluss der Feinbearbeitung unterschiedliche Endgeometrien aufweisen. Entsprechend der Endgeometrie ergeben sich bei Abwicklung der Messung mittels der Prüfkörper T unterschiedliche Klassifikationsdurchmesser M1, M2, M3. Bei einer Fertigung der Sonnenräder nahe der untersten Toleranzgrenze ergibt sich beispielsweise der Klassifikationsdurchmesser M1. Im mittleren Maßbereich ergibt sich der hier eingetragenen Klassifikationsdurchmesser M2 und bei einer Fertigung des Sonnerades S1, S2 nahe seiner Obermaßgrenze ergibt sich der Klassifikationsdurchmesser M3. Anhand dieser Durchmesser M1, M2, M3 können die Sonnenräder S1, S2 klassifiziert und dann gezielt ausgewählt und zur Abstimmung des Zahnflankenspiels des Planetengetriebes herangezogen werden.
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Wie aus der Darstellung nach 2b hervorgeht, kann bei Zahnrädern S1, S2 mit geraden Zähnezahlen die Messung so abgewickelt werden, dass zwei Prüfkörper T auf einander exakt diametral gegenüberliegenden Seiten in Zahnzwischenräume des Sonnenrades S1, S2 eingeführt werden und hierbei eine Messung des Setztabstandes der Prüfkörper T erfolgt.
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Bei Zahnrädern mit ungeraden Zähnezahlen kann wie aus 2c ersichtlich die Messung derart abgewickelt werden, dass hierzu in zwei nur im wesentlichen, jedoch nicht exakt diametral gegenüberliegende Zahnzwischenräume eingegriffen wird. Konkret wird hier mit dem in der Darstellung unteren Prüfkörper in einen Zahnzwischenraum eingegriffen der dem in der Darstellung oberen und zur Aufnahme des oberen Prüfkörpers herangezogenen Zahnzwischenraum diametral gegenüberliegenden Zahn, beachbart ist.
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Die Darstellung nach 3 zeigt einen auf Grundlage einer Vermessung des Umlaufgehäuses G, sowie der Zahnräder S1, S2, P1, P2 zusammengestellten Zahnradsatz. Mit diesem Zahnradsatz wird das Zahnflankenspiel der miteinander in Eingriff stehenden Planetenräder P1, P2, sowie der mit diesen in Eingriff stehenden Sonnenräder S1, S2 minimiert und ein hoher Konzentrizitätsgrad der Sonnenräder S1, S2 zur Getriebeachse X erreicht.
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Die im Wege der oben beschriebenen Vermessung der Zahnräder S1, S2, P1, P2 generierten Messdaten können in vorteilhafter Weise auf dem jeweils vermessenen Sonnenrad S1, S2 oder Planetenrad P1, P2 z.B. in Form einer absoluten Maßangabe oder eines Barcodes vermerkt werden. Die vermessenen Räder S1, S2, P1, P2 werden dann vorzugsweise automatisiert in ein Lagersystem verbracht und dort für einen rechnergestützten Abruf bereitgehalten.
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Für den Zusammenbau eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferentialgetriebes wird neben den Zahnrädern auch das Umlaufgehäuse G, d.h. der Planetenträger hinsichtlich der Lage der die Achsen X1, X2 bestimmenden Bohrungen vermessen. Anhand dieser Messdaten werden dann durch eine Rechnereinrichtung geeignete Planeten P1, P2 selektiert und dann ein Selektionskriterium für die Sonnenräder S1, S2 durch eine elektronische Steuereinrichtung berechnet. Im Rahmen eines Selektionsschrittes werden dann aus den fertig bearbeiteten vermessenen und eingelagerten Sonnenrädern S1, S2 ein Paar Sonnenräder S1, S2 abgerufen die im Hinblick auf die Lage der Achsen X1, X2 und die Geometrie der Planetenräder P1, P2 ein hinreichendes, jedoch unter einem Grenzwert liegendes Laufspiel bieten.
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Unter Verwendung des derart unter Berücksichtigung des Umlaufgehäuses G zusammengestellten Satzes von Sonnen- und Planetenrädern S1, S2, P1, P2 wird dann das jeweilige Stirnraddifferentialgetriebe zusammengesetzt.
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Nach dem Zusammenbau des Stirnraddifferentialgetriebes mit einem automatisiert erstellten Zahnradsatz wird dieses einer Prüfung auf etwaig an den Sonnenrädern vorhandenes Flankenspiel unterzogen. Zudem wird nach dem Zusammenbau des Stirnraddifferentiales dieses auch einer Prüfung unter Lastwechsel unterzogen und das innere Spiel des Stirnraddifferentials wird anhand der hierbei erfassten Lastwechselcharakteristik beurteilt.
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Die Darstellung nach 4 zeigt in Form eines vereinfachten Flussdiagramms den Prozess zur Herstellung erfindungsgemäßer Stirnraddifferentialgetriebe im Rahmen einer Serienfertigung. Im Rahmen vorbereitender Fertigungsschritte FP1, FP2, FS1, FS2, FG1, FG2 werden zunächst in großer Stückzahl die Umlaufplaneten P1, P2, die Sonnenräder S1, S2, sowie die Gehäuseteile G1, G2 gefertigt. Diese vorbereitenden Fertigungsschritte FP1, FP2, FS1, FS2, FG1, FG2 beinhalten eine Feinbearbeitung der Zahnräder P1, P2, S1, S2, und der Gehäuseteile G1, G2 auf Endmaß. Anschließend werden diese Komponenten gereinigt und geölt.
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In den Schritten MP1, MP2, MS1, MS2, MG werden die Komponenten unter Einsatz von speziellen Prüfkörpern vermessen, identifiziert, und in ein Lagesystem verbracht.
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Über ein Rechnersystem C werden die in das Lagersystem verbrachten Komponenten analysiert. Im Rahmen dieser Analyse wird errechnet, welche der eingelagerten Komponenten zu einem hinsichtlich des Zahnspiels optimierten Getriebe zusammengesetzt werden können. Das Rechnersystem ermittelt hierbei zunächst, welche Umlaufgehäuseteile G1, G2 ein hohes Achsparallelitätskriterium erfüllen und selektiert hierbei bestimmte Kombinationen der Gehäuseteile G1, G2. Weiterhin ermittelt das Rechnersystem C mit welchen der eingelagerten Planetenräder P1, P2 bei den jeweiligen Gehäuseteilpaaren G1, G2 ein bestimmtes Laufspiel erreicht werden kann. Sobald die Auswahl der Planeten P1, P2 für ein Gehäuseteilpaar G1, G2 feststeht wird dann über das Rechnersystem C nach Sonnenrädern S1, S2 gesucht, die in diesem Umfeld wiederum ein Laufspielkriterium erfüllen. Die derart zusammengestellten Komponenten werden dann in den Schritten TP1, TP2, TS1, TS2, TG aus dem Lagesystem abgerufen und als Teilefamilie für ein Stirnradifferentialgetriebe an einen Montageplatz MP verbracht und dort zusammengesetzt. Die Auswahl der Einzelteile aus dem Lagerbestand kann über die Rechnereinrichtung C derart abgewickelt werden, dass mit den ausgewählten Kombinationen das gesamte Spektrum der gefertigten Komponenten verwertet werden kann. Soweit bestimmte Laufspielkriterien mit verschieden Kombinationen der gefertigten Kopmonenten erreicht werden können erfolgt die Selektion unter Berücksichtigung statistischer Ansätze, so dass möglichst alle gefertigten Komponenten letztlich aufgebraucht werden können. Es ist möglich insbesondere die Sonnenräder S1, S2 so zu fertigen, dass dort wenigstens drei Maßvarianten zur Verfügung stehen, wobei sich eine geometrisch nahe der unteren Maßgrenze bewegt, eine im mittleren Bereich eine im oberen Endmaßbereich.
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Anstelle der oben beschriebenen Zwischenlagerung der gefertigten Komponenten ist es auch möglich, den Zusammenbau eines Stirnraddifferentialgetriebes über eine Komponente desselben zu triggern. So werden beispielsweise im Bereich des Montageplatzes MP von jeder Komponente des Getriebes in einem Bestückungssystem drei Maßvarianten bereitgehalten. Bei Eintritt des ersten Gehäuseteiles G1 in die Montagezone wird automatisiert ein hierzu passendes zweites Gehäuseteil selektiert und zugeordnet. Anschließend werden zu den Abmessungen des Gehäuseteils passende Planetenkombinationen ermittelt und über das Bestückungssystem bereitgestellt. Im weiteren Fortgang wird zu der nunmehr vorliegenden Teilekombination automatisiert ein erstes und ein zweites Sonnerad ausgewählt. Nach Ausgabe einer bestimmten Komponente beschafft sich während der weiteren Komplettierung des Getriebes das Bestückungssystem eine erneute Komponente mit den entsprechenden Abmessungen aus einem Lagersystem. Erkennt der Rechner MP, dass zu bestimmten Gehäuseteilen G1, G2 momentan keine optimalen Planeten P1, P2 und keine passenden Sonnenräder S1, S2 zur Verfügung stehen, werden diese Umlaufgehäuseteile G1, G2 zunächst abgezweigt und für eine spätere Bestückung bereitgehalten, sobald wieder passende Zahnräder P1, P2, S1, S2 zur Verfügung stehen. Das an dem Montageplatz MP gefertigte Stirnraddifferential, kann dann im Schritt SRD abschließend geprüft und bei Erfüllung von Prüfkriterien freigegeben werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8221278 B2 [0003]
- DE 102007040475 A1 [0004, 0005]
- US 3738192 [0005]
