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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Stirnraddifferentialgetriebe mit einem Getriebegehäuse, einem Umlaufgehäuse, das in dem Getriebegehäuse um eine Getriebeachse drehbar gelagert ist, und einem Planetenträger, der in dem Umlaufgehäuse sitzt, wobei durch dieses Differentialgetriebe die an das Umlaufgehäuse angelegte Antriebsleistung verzweigt wird und der Planetenträger und das Umlaufgehäuse über eine Kupplungseinrichtung selektiv reibschlüssig koppelbar sind.
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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 Antriebswellen. 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 Fahrzeugrädern verteilt. Die beiden zu den Fahrzeugrädern führenden Radantriebswellen werden hierbei mit je gleich großem Drehmoment d.h. ausgeglichen angetrieben. Bei Geradeausfahrt drehen beide Fahrzeugräder gleich schnell. Bei Kurvenfahrt unterscheiden sich die Drehzahlen der Fahrzeugräder voneinander. Das Achsdifferentialgetriebe ermöglicht diese Drehzahldifferenz. Die Drehzahlen können sich frei einstellen, der Mittelwert der beiden Geschwindigkeiten bleibt jedoch gleich.
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Bei bestimmten Anwendungsfällen, insbesondere bei Allradfahrzeugen werden Differentialgetriebe eingesetzt, die dann, wenn kein Allradantrieb erforderlich ist, eine schaltbare Unterbrechung des Antriebsstranges ermöglichen, um das Fahrzeug über lediglich eine Achse anzutreiben und hierdurch die Reibungsverluste des momentan nicht erforderlichen, ansonsten mitgeschleppten Antriebssystems zu reduzieren. Ein entsprechendes Differentialgetriebe ist beispielsweise aus
DE 10 2008 037 885 A1 oder auch
DE 10 2013 206 749 A1 bekannt.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Differentialgetriebe zu schaffen, das eine schaltbare Aufhebung der Antriebsverbindung zwischen dem Leistungseingang und den beiden Leistungsausgängen ermöglicht und sich durch einen hinsichtlich der inneren Kräfteführung vorteilhaften Aufbau auszeichnet.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Differentialgetriebe, mit:
- - einem Getriebegehäuse,
- - einem Umlaufgehäuse, das in dem Getriebegehäuse um eine Getriebeachse drehbar angeordnet ist,
- - einem in dem Umlaufgehäuse zur Getriebeachse koaxial drehbar angeordneten Planetenträger,
- - einem ersten Sonnenrad, das in dem Planetenträger aufgenommen ist,
- - einem zweiten Sonnenrad, das ebenfalls in dem Planetenträger aufgenommen ist,
- - einer Koppelplanetenanordnung zur gegensinnig drehbaren Kopplung der beiden Sonnenräder in dem Planetenträger,
- - einer ersten Kopplungseinrichtung mit einer ersten Kopplungslamellenpackung zur Generierung eines den Planetenträger mit dem Umlaufgehäuse reibschlüssig koppelnden Kopplungsmomentes, und
- - einer Betätigungsmechanik zur Generierung einer an der Kopplungslamellenpackung angreifenden Axialkraft, mit einem ersten axial profilierten Rampenring und einer zweiten Kopplungseinrichtung zur reibschlüssigen Koppelung dieses Rampenringes mit dem Umlaufgehäuse
wobei
- - der axial profilierte erste Rampenring unter Einbindung eines ersten Axiallagers an dem Umlaufgehäuse axial abgestützt und über dieses Axiallager gegenüber dem Umlaufgehäuse drehbar gelagert ist.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Differentialgetriebe zu schaffen, bei welchem im Rahmen der Aktivierung der Kopplungseinrichtung das am ersten Rampenring anliegende Drehmoment durch die Betätigungsmechanik präzise dosiert eingestellt werden kann.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Betätigungsmechanik derart ausgebildet, dass diese Rollkörper umfasst, die an den Rampenflächen des Rampenringes abrollen.
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Das erste Axiallager ist vorzugsweise als Nadel- oder Zylinderrollenlager ausgebildet. Die Nadeln oder Zylinderrollen sind vorzugsweise in einer Käfigeinrichtung verliersicher geführt.
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Die Betätigungsmechanik ist weiterhin vorzugsweise derart aufgebaut, dass die Nadeln oder Zylinderrollen des ersten Axiallagers auf dem Radialniveau der Rollkörper oder der Rampen den Rampenring axial stützen.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Betätigungsmechanik vorzugsweise auch derart aufgebaut, dass diese einen zweiten Rampenring aufweist, der auf einer dem ersten Rampenring abgewandten Seite der Rollkörper an diesen axial ansteht. Dieser zweite Rampenring kann dann in vorteilhafter Weise durch ein zweites Axiallager axial abgestützt werden. Der zweite Rampenring ist vorzugsweise auf dem Planetenträger axial verschiebbar geführt. Der zweite Rampenring kann so gestaltet sein, dass sich dieser unter Belassung eines ausreichenden Bewegungsspiels über seine Außenumfangsfläche radial in dem Umlaufgehäuse abstützt.
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Die über das zweite Axiallager geführte und hierzu durch die Betätigungsmechanik generierte, axial wirkende Stellkraft wird vorzugsweise auf einen Druckring übertragen, der Bestandteil der ersten Bremslamellenpackung bildet.
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Die zur reibschlüssigen Koppelung des Rampenringes mit dem Umlaufgehäuse vorgesehene zweite Kopplungseinrichtung umfasst vorzugsweise eine zweite Koppellamellenpackung. Diese zweite Koppellamellenpackung kann in eine Innenverzahnung des Umlaufgehäuses eingeschoben werden, in welcher auch die erste Koppellamellenpackung axial in dem Umlaufgehäuse geführt ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Differentialgetriebe ist die erste Kopplungslammellenpackung zwischen einem nabenseitigen inneren Lamellensitz und einem gehäuseseitigen äußeren Lamellensitz axial belastbar geführt. Der Planetenträger umfasst ein Planetenträgergehäuse, das einen die Koppelplanetenanordnung umgreifenden Gehäuseabschnitt und einen sich axial benachbart anschließenden Nabenabschnitt aufweist auf welchem sich der innere Lamellensitz befindet. Die Kopplungslamellenpackung ist vorzugsweise über diesen Gehäuseabschnitt axial abgestützt.
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Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe ist vorzugsweise derart aufgebaut, dass der die Koppelplanetenanordnung umgreifende Gehäuseabschnitt eine sich radial vom Nabenabschnitt erhebende Ringwandung bildet und sich die Kopplungslamellenpackung an dieser Ringwandung des Gehäuseabschnitts abstützt.
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Die erste Kopplungslamellenpackung kann in vorteilhafter Weise derart aufgebaut sein, dass diese innere Kopplungslamellen, äußere Kopplungslamellen und einen Anlagering umfasst, wobei die inneren Kopplungslamellen an dem inneren Lamellensitz axial verlagerbar und hierbei jedoch drehfest geführt sind, die äußeren Kopplungslamellen an dem äußeren Lamellensitz axial verlagerbar und wiederum und drehfest geführt sind und die erste Kopplungslamellenpackung über den Anlagering an dem Gehäuseabschnitt des Planetenträgergehäuses anliegt.
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Der innere Lamellensitz kann dabei direkt durch den Planetenträger gebildet werden, oder auch durch ein beispielsweise innen- und außen axialverzahntes buchsenartiges Bauteil gebildet sein, das mit dem Nabenabschnitt z.B. Über eine Verzahnung drehfest verbunden ist. Der äußere Lamellensitz ist vorzugsweise durch das Umlaufgehäuse gebildet oder ebenfalls durch ein topf- oder buchsenartiges Bauteil gebildet, das mit dem Umlaufgehäuse drehfest verbunden ist. Im Falle der Bereitstellung der Lamellensitze durch separate Bauteile wird es möglich, die zur Führung der Lamellen vorgesehenen Geometrien im Rahmen eines von der Fertigung des Planetenträgergehäuses oder des Umlaufgehäuses abgekoppelten Fertigungsprozesses zu fertigen. Die ring-, topf- oder buchsenartigen Teile können dann insbesondere als Tiefziehteile gefertigt werden und die entsprechenden Geometrien, insbesondere axialen Profilierungen, können dabei dann insbesondere auf umformtechnischem Wege gefertigt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Differentialgetriebe vorzugsweise derart aufgebaut, dass sich der äußere Lamellensitz auf einem Umfangsniveau eines die Koppelplanetenanordnung auf dem Axialniveau der beiden Sonnenräder umhausenden Abschnitts der Außenwandung des Planetenträgergehäuses erstreckt. Die Kopplungslamellenpackung kann dann auf den Nabenabschnitt des Planetenträgergehäuses aufgesteckt werden und schließt sich an den außenseitig zylindrischen Abschnitt des Planetenträgergehäuses an, welcher die Koppelplaneten umhaust. Die außenseitige Verzahnung der Kopplungslamellenpackung kann dabei so gestaltet sein, dass diese nicht, oder nur geringfügig über das Radialniveau dieses zylindrischen Abschnitts des Planetenträgergehäuses hinausragt. Die Außenverzahnung der ersten Koppellamellenpackung verläuft damit auf dem Umfangsniveau der zylindrischen Außenwandung des Planetenträgergehäuses, d.h. jenes Abschnitts der die Koppelplaneten umhaust. Sobald die erste Koppellamellenpackung auf den Nabenabschnitt des Planetenträgergehäuses aufgeschoben ist erscheint diese Koppellamellenpackung als zylindrischer Fortsatz jenes Gehäuseabschnitts des Planetenträgergehäuses welcher die Koppelplaneten umhaust. Die so gebildete Baugruppe erscheint dann als zylinderartiger Einschub, welcher in das Umlaufgehäuse eingefügt werden kann und auf der axialen Höhe der Koppellamellenpackung radial ausgreifende Geometrien bereitstellt über welche die mit dem Umlaufgehäuse mitlaufenden Lamellen in dieses eingreifen.
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Die Koppelplaneten sind gemäß einem weiteren besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung vorzugsweise über ihre Kopfkreisflächen radial in dem Planetenträgergehäuse gelagert. Die Koppelplaneten stützen sich weiterhin vorzugsweise über ihre Stirnflächen axial in dem Planetenträgergehäuse ab. Die Koppelplaneten sitzen mit leichtem axialen Spiel in dem Planetenträgergehäuse und leisten keinen Beitrag zur Übertragung etwaiger an dem Planetenträgergehäuse angreifender Axialkräfte.
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Das den Planetenträger beherbergende Umlaufgehäuse ist vorzugsweise über eine erste Lagereinrichtung und eine hiervon axial beabstandete zweite Lagereinrichtung in dem Getriebegehäuse gelagert.
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Die erste Lagereinrichtung weist dabei vorzugsweise ein erstes Wälzlager mit einem am Getriebegehäuse festgelegten Lageraußenring auf und die an der Kopplungslamellenpackung angreifende Axialkraft kann dann über ein Axiallager geführt werden, das sich an einer radialen Stirnfläche des ersten Lageraußenringes des ersten Wälzlagers abstützt. Dieses erste Wälzlager ist vorzugsweise als radial und axial tragendes Schrägkugellager ausgebildet. Alternativ hierzu ist es auch möglich, das erste Wälzlager als radial und axial tragendes Kegelrollenlager, oder insbesondere auch als Schräg-Tonnenlager auszubilden.
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Die Planetenanordnung ist vorzugsweise derart gestaltet, dass diese mehrere Koppelplaneten umfasst, die als solche um Planetenachsen drehbar sind, die parallel zur Getriebeachse ausgerichtet sind. Die erste Kopplungslamellenpackung ist derart ausgebildet, dass sich die Kopplungslamellen auf dem Radialniveau der Koppelplaneten befindet.
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Das in dem Getriebegehäuse um die Getriebeachse drehbar gelagerte Umlaufgehäuse ist gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung vorzugsweise als zweiteiliges, axial zusammengefügtes Topfgehäuse ausgebildet.
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Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe ist in vorteilhafter Weise weiterhin derart ausgebildet, dass sich die erste Kopplungslamellenpackung aus mehreren, als Ringscheiben ausgebildeten axial abfolgend aneinandergefügten Kopplungslamellen zusammensetzt. Diese Kopplungslamellen können als flache Stahlblechringscheiben ausgeführt sein, die ggf. mit einem Reibmaterialbelag beschichtet sind. Die erste Kopplungslamellenpackung kann dabei so aufgebaut werden, dass diese Kopplungslamellen umfasst, die über eine Innenumfangskontur drehfest, jedoch axial verschiebbar mit dem Nabenabschnitt des Planetenträgergehäuse kinematisch gekoppelt sind. Weiterhin umfassen sowohl die erste Kopplungslamellenpackung als auch die zweite Kopplungslamellenpackung Kopplungslamellen, die über eine Außenumfangskontur drehfest, jedoch axial verschiebbar mit dem Umlaufgehäuse kinematisch gekoppelt sind.
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Das zur Aufnahme des Planetenträgergehäuses vorgesehene, vorangehend bereits genannte Umlaufgehäuse, ist vorzugsweise als zweiteiliges Topfgehäuse ausgebildet, das sich aus einem ersten Topfelement und einem zweiten Topfelement zusammensetzt, wobei das erste Topfelement einen sich radial einwärts erstreckenden Bodenabschnitt aufweist.
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Die erste Kopplungslamellenpackung ist erfindungsgemäß über eine in dem Umlaufgehäuse aufgenommene Betätigungsmechanik axial belastbar, zum axialen Zusammenpressen der Kopplungslamellenpackung. Diese Mechanik kann insbesondere eine Rollrampenmechanik umfassen die zwischen zwei Axiallagern gegenüber dem Umlaufgehäuse axial und drehbar abgestützt ist.
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An das Umlaufgehäuse ist vorzugsweise ein ringartiges Antriebsrad angesetzt. Die Leistungseinleitung in das Umlaufgehäuse wird über dieses Antriebsrad bewerkstelligt. Im Zusammenspiel mit diesem Antriebsrad kann auch ein Winkelgetriebe realisiert werden. Diese Bauform eignet sich insbesondere für den Einsatz als temporär abschaltbares Hinterachsdifferential. Zur Anbindung des Antriebsrades wird vorzugsweise eine Flanschstruktur herangezogen, die auch der Verbindung, insbesondere der axialen Kopplung der beiden Topfabschnitte des Umlaufgehäuses dient.
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Figurenliste
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
- 1 eine Axial-Halbschnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes, bei welchem die AnKopplung des Planetenträgers an ein diesen aufnehmendes Topfgehäuse über eine erste Kopplungslamellenpackung bewerkstelligt wird, die sich bezüglich der Getriebeachse auf dem Bahn- oder Radialniveau der Koppelplaneten erstreckt und bei welchem zudem die selektive Aktivierung der ersten Kopplungslamellenpackung über eine Betätigungsmechanik mit einem Rampenring erfolgt, der über ein Wälzlager axial am Umlaufgehäuse abgestützt ist.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Differentialgetriebe. Diese umfasst ein hier nur angedeutet dargestelltes Getriebegehäuse G und ein Umlaufgehäuse U, das in dem Getriebegehäuse G um eine Getriebeachse X drehbar gelagert ist. In dem Umlaufgehäuse U ist ein Planetenträger 3 aufgenommen und drehbar gelagert, der wiederum zur Getriebeachse X koaxial angeordnet ist.
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Das Differentialgetriebe umfasst weiterhin ein erstes Abtriebssonnenrad 1, ein zweites Abtriebssonnenrad 2 und eine in dem Planetenträger 3 aufgenommene Planetenanordnung P zur gegensinnig drehbewegbaren Kopplung der beiden Abtriebssonnenräder 1, 2. In dem Differentialgetriebe befindet sich eine erste Kopplungseinrichtung K, die hier als Kopplungslamellenpackung BLP ausgeführt ist, zur Generierung eines den Planetenträger 3 mit dem Umlaufgehäuse U selektiv koppelnden Kopplungsmomentes nach Maßgabe einer an der Kopplungslamellenpackung BLP angreifenden Axialkraft.
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Das hier unter Einschluss des Planetenträgers 3, der Planetenanordnung P und der Abtriebssonnenräder 1, 2 gebildete Differentialgetriebe ist als Stirnraddifferential mit zwei Abtriebssonnenrädern 1, 2 ausgeführt. Die Planetenanordnung P umfasst mehrere Koppelplaneten P1, P2 die über ihre Kopfkreisflächen in dem Planetenträgergehäuse PG gelagert sind.
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Die Kopplungslamellenpackung BLP ist derart in das Differentialgetriebe eingebunden, dass diese bei entsprechender axialer Belastung den Planetenträger 3 mit dem Umlaufgehäuse U reibschlüssig koppelt. Durch diesen Ansatz wird es möglich, durch Entlastung der Kopplungslamellenpackung BLP die Antriebsverbindung zwischen dem Planetenträger 3 und dem Umlaufgehäuse U aufzuheben, bzw. durch axiale Belastung der Kopplungslamellenpackung BLP den Planetenträger 3 mit dem Umlaufgehäuse U reibschlüssig zu koppeln. Die Kopplungslammellenpackung BLP ist zwischen einem nabenseitigen inneren Lamellensitz LS1 und einem gehäuseseitigen äußeren Lamellensitz LS2 axial belastbar geführt.
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Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Differentialgetriebe eine Betätigungsmechanik 5 zur Generierung jener an der Kopplungslamellenpackung BLP angreifenden Axialkraft F. Die Betätigungsmechanik umfasst einen ersten axial profilierten Rampenring RK1 und eine zweite Kopplungseinrichtung K2 zur reibschlüssigen Koppelung dieses Rampenringes mit dem Umlaufgehäuse U. Der axial profilierte erste Rampenring RK1 ist unter Einbindung eines ersten Axiallagers AX1 an dem Umlaufgehäuse axial abgestützt.
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Die Betätigungsmechanik 5 umfasst Rollkörper RK, die an den Rampenflächen des ersten Rampenringes RK1 abrollen und dabei entsprechend der Rampengeometrie unterschiedliche Axialpositionen einnehmen.
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Das erste Axiallager AX1 ist als Nadel- oder Zylinderrollenlager ausgebildet. Die Nadeln oder Zylinderrollen des ersten Axiallagers AX1 stützen den Rampenring RK1 axial auf dem Radialniveau der Rollkörper RK.
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Die Betätigungsmechanik 5 weist einen zweiten Rampenring RK2 auf, der auf einer dem ersten Rampenring RK1 abgewandten Seite der Rollkörper 5 an diesen axial ansteht. Dieser zweite Rampenring RK2 ist durch ein zweites Axiallager AX2 axial abgestützt. Der zweite Rampenring RK2 ist auf dem Planetenträger 3 axial verschiebbar geführt. Der zweite Rampenring RK2 kann - obgleich hier abweichend dargestellt - über seine Außenumfangsfläche radial in dem Umlaufgehäuse U abgestützt werden und dann auch wie hier gezeigt über das Lager N2 den Planetenträger 3 in dem Umlaufgehäuse U zentriert drehbar radial stützen.
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Die Betätigungsmechanik 5 ist weiterhin so aufgebaut, dass über dieses zweite Axiallager AX2 die durch die Betätigungsmechanik 5 generierte, axial wirkende Stellkraft auf einen Druckring DR übertragen wird, der Bestandteil der ersten Bremslamellenpackung BLP bildet.
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Die zweite Kopplungseinrichtung K2 umfasst eine zweite Koppellamellenpackung BLP2. Diese ist in eine Innenverzahnung des Umlaufgehäuses U eingeschoben, in welcher auch die erste Koppellamellenpackung BLP axial in dem Umlaufgehäuse U geführt ist.
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Der Planetenträger 3 ist derart aufgebaut, dass dieser ein Planetenträgergehäuse PG umfasst, das einen die Koppelplanetenanordnung P umgreifenden Gehäuseabschnitt PG1 und einen sich axial benachbart anschließenden Nabenabschnitt PGN umfasst, auf welchem sich der innere Lamellensitz LS1 befindet. Bei dem erfindungsgemäßen Differentialgetriebe stützt sich die Kopplungslamellenpackung BLP über diesen Gehäuseabschnitt PG1 axial ab. Die Koppelplaneten P sind am axialen Kraftfluss nicht beteiligt. Der die Koppelplanetenanordnung P umgreifende Gehäuseabschnitt PG1 bildet eine sich radial vom Nabenabschnitt erhebende Ringwandung PGR an welcher die Kopplungslamellenpackung BLP ansteht und damit in ihrer axialen Verlagerbarkeit begrenzt wird. Die erste Kopplungslammellenpackung BLP ist zwischen einem nabenseitigen inneren Lamellensitz und einem gehäuseseitigen äußeren Lamellensitz axial belastbar geführt.
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Die erste Kopplungslamellenpackung BLP umfasst innere Kopplungslamellen LI, äußere Kopplungslamellen LA und einen Anlagering AR, wobei die inneren Kopplungslamellen LI an dem inneren Lamellensitz LS1 axial geführt sind, die äußeren Kopplungslamellen LA an dem äußeren Lamellensitz axial geführt sind und die Kopplungslamellenpackung BLP über den Anlagering AR an dem Gehäuseabschnitt PG1 anliegt.
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Der innere Lamellensitz LI wird entweder direkt durch den Planetenträger 3 gebildet oder wie hier dargestellt, durch ein buchsenartiges Bauteil, das mit diesem Planetenträger 3 drehfest verbunden ist. Der äußere Lamellensitz LS2 wird durch das Umlaufgehäuse U gebildet oder ebenfalls durch ein buchsenartiges Bauteil gebildet, das mit dem Umlaufgehäuse drehfest verbunden ist.
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Der äußere Lamellensitz LS2 erstreckt sich auf einem Durchmesserniveau der Außenwandung eines die Koppelplanetenanordnung P auf dem Axialniveau der beiden Sonnenräder 1, 2 umhausenden Abschnitts des Planetenträgergehäuses PG.
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Die Koppelplaneten P sind über ihre Kopfkreisflächen radial in dem Planetenträgergehäuse PG gelagert und über ihre Stirnflächen in dem Planetenträgergehäuse PG axial abgestützt.
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Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe ist als Stirnraddifferentialgetriebe mit Kopfkreis-gelagerten Koppelplaneten gestaltet. Die Koppelplaneten P1, P2 werden über ihre Kopfkreisflächen in dem Planetenträgergehäuse PG geführt und benötigen keine Planetenbolzen. Die Koppelplaneten P1, P2 haben im Bereich ihrer Stirnflächen leichtes Axialspiel und sind, von Zahnreaktionskräften abgesehen, von außen her axial unbelastet. Der Außendurchmesser der Hauptkupplung BLP entspricht dem Außendurchmesser des Differentialgehäuses 3 im Umgriffsbereich der Koppelplaneten P1, P2. Der Kraftfluss der axialen Anpresskraft geht im geschlossenen Zustand über das Planetenträgergehäuse 3, insbesondere unter Verwendung der radialen Stirnwand PGR als axial stützende Anlagefläche.
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Die Lagerung des Umlaufgehäuses U in dem Getriebegehäuse G wird über eine erste und eine zweite Lagereinrichtung L1, L2 bewerkstelligt. Die erste Lagereinrichtung L1 umfasst ein erstes Schrägkugellager, die zweite Lagereinrichtung L2 umfasst ein zweites Schrägkugellager.
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Die erste Lagereinrichtung L1 weist einen Lagerinnenring L1i und einen am Getriebegehäuse G festgelegten Lageraußenring L1a auf. Eine ggf. an dem Umlaufgehäuse U angreifende Axialkraft wird über ein Axiallager AX abgeleitet, das sich an einer radialen Stirnfläche F1 des ersten Lageraußenringes L1a des ersten Wälzlagers L1 abstützt.
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Dieses erste Axiallager AX1 ist hier als Zylinderrollenlager ausgeführt. Die Zylinderrollen L1r des Zylinderrollenlagers rollen unmittelbar auf der Stirnfläche F1 des ersten Lageraußenringes L1a ab. Das erste Axiallager AX1 umfasst einen ersten Axiallagerlaufring R1, an welchem die Wälzkörper L1r des ersten AX1 Axiallagers ebenfalls axial abgestützt sind.
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Die Planetenanordnung P umfasst mehrere Koppelplaneten P1, P2, die als solche um Planetenachsen XP1, XP2 drehbar sind, die parallel zur Getriebeachse X ausgerichtet sind. Die erste Kopplungseinrichtung K ist derart ausgebildet, dass sich die Kopplungslamellenpackung BLP auf dem Radialniveau der Koppelplaneten P1, P2 befindet. Die Laufbahn des ersten Axiallagerlaufringes R1 befindet sich auf dem Radialniveau der ersten Kopplungslamellenpackung BLP.
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Bei dem erfindungsgemäßen Differentialgetriebe sind die erste Kopplungslamellenpackung BLP und der Planetenträger 3 derart aufeinander abgestimmt ausgebildet, dass sich die Kopplungslamellenpackung BLP und auf dem Radial- oder Bahnniveau der zur Getriebeachse X parallelen Koppelplaneten K befindet. Die an der Kopplungslamellenpackung BLP angreifende Axialkraft F wird durch das Planetenträgergehäuse PG an den Koppelplaneten P1, P2 vorbei auf das Umlaufgehäuse U abgeleitet. Die Betätigungsmechanik stützt sich ebenfalls axial an dem Umlaufgehäuse U ab. Damit ergibt sich ein innerhalb des Umlaufgehäuses U geschlossener Kraftfluss.
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Die erste Kopplungslamellenpackung BLP weist einen Satz erster ringartiger Kopplungslamellen LI auf, die über eine Innenrandkontur mit dem Planetenträger 3 axial verschiebbar, jedoch drehfest in Eingriff stehen. Die erste Kopplungslamellenpackung BLP weist einen Satz zweiter Kopplungslamellen LA auf, die über eine Außenrandkontur mit dem Umlaufgehäuse U axial verschiebbar, jedoch drehfest in Eingriff stehen. Diese Kopplungslamellen LI, LA sind als flache Stahlblechringscheiben ausgeführt und vorzugsweise mit einem Reibmaterialbelag beschichtet.
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Die axiale Abstützung der Kopplungslamellenpackung BLP an dem Planetenträgergehäuse PG erfolgt unter Einbindung eines Anlageringes AR, der sich auf der Ringstirnwand PGR des Planetenträgergehäuses PG abstützt. Der Planetenträger 3 und die Kopplungslamellenpackung BLP sind insgesamt so abgestimmt, dass der Radialabstand der jeweiligen Planetenbolzenachse XP1, XP2 von der Getriebeachse X größer ist als der Innendurchmesser einer Kopplungslamelle LI, LA und zudem kleiner ist als der Außendurchmesser jener Kopplungslamelle LI, LA.
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Das zur Aufnahme des Planetenträgers 3 vorgesehene Umlaufgehäuse U ist als zweiteiliges Topfgehäuse ausgebildet und setzt sich aus einem ersten Topfelement U1 und einem zweiten Topfelement U2 zusammen, wobei das erste Topfelement U1 einen sich radial einwärts erstreckenden Bodenabschnitt U1a aufweist.
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Die vorgenannten ersten und zweiten Koppelplaneten P1, P2 stehen miteinander unmittelbar in Eingriff und sind damit derart miteinander getrieblich gekoppelt, dass sich diese gegensinnig drehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei Koppelplaneten P1 vorgesehen, die mit dem ersten Abtriebssonnenrad 1 in Eingriff stehen. Diese mit dem ersten Abtriebssonnenrad 1 in Eingriff stehenden Koppelplaneten P1 bilden einen ersten Koppelplanetensatz. Weiterhin sind bei diesem Ausführungsbeispiel insgesamt drei Koppelplaneten P2 vorgesehen, die mit dem zweiten Abtriebssonnenrad 2 in Eingriff stehen. Diese mit dem zweiten Abtriebssonnenrad 2 in Eingriff stehenden Koppelplaneten P2 bilden einen zweiten Koppelplanetensatz. Jeweils ein Koppelplanet P1 des ersten Satzes steht mit einem Koppelplaneten P2 des zweiten Satzes in Eingriff. Der Eingriff der Koppelplaneten P1 des ersten Satzes in die Koppelplaneten P2 des zweiten Satzes erfolgt in der gleichen Verzahnungsebene wie der Eingriff der Koppelplaneten P1 des ersten Satzes in das erste Abtriebssonnenrad 1.
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Das erste Abtriebssonnenrad 1 und das zweite Abtriebssonnenrad 2 sind hinsichtlich der Verzahnungsgeometrie derart aufeinander abgestimmt, dass der Kopfkreis der Stirnradverzahnung 1a des ersten Abtriebssonnenrades 1 kleiner ist als der Fußkreis der Abtriebssonnenradverzahnung 2a des zweiten Abtriebssonnenrades 2. Die Koppelplaneten P1 des ersten Satzes greifen im Bereich der Verzahnungsebene des ersten Abtriebssonnenrades 1 in die Koppelplaneten P2 des zweiten Satzes ein. Die beiden Abtriebssonnenräder 1, 2 befinden sich damit in unmittelbarer Nachbarschaft.
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Die beiden Abtriebssonnenräder 1, 2 sind derart ausgebildet, dass die Abtriebssonnenradverzahnung 1a des ersten Abtriebssonnenrades 1 und die Abtriebssonnenradverzahnung 2a des zweiten Abtriebssonnenrades 2 gleiche Zähnezahlen aufweisen. Auch die Koppelplaneten P1 des ersten Satzes und die Koppelplaneten P2 des zweiten Satzes weisen vorzugsweise gleiche Zähnezahlen auf.
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Die Einleitung der Antriebsleistung in das Differentialgetriebe erfolgt über das Antriebsrad 7 in das Umlaufgehäuse U. Über die Koppellamellenpackung BLP wird das Drehmoment auf das Planetenträgergehäuse PG übertagen. Über die in dem Planetenträgergehäuse PG aufgenommenen Koppelplaneten P1, P2 erfolgt eine symmetrische Momentenaufteilung und Leistungsverzweigung auf die Abtriebssonnenräder 1, 2. Die Abtriebssonnenräder 1, 2 weisen Bundabschnitte 1a, 2a auf. Die Abtriebssonnenräder 1, 2 sind mit einer Innenverzahnung 1c, 2c versehen. In diese Innenverzahnung 1c, 2c können entsprechend komplementär verzahnte Endabschnitte von Radantriebswellen, oder anderweitigen 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 Lagerung des Planetenträgers 3 in dem Umlaufgehäuse U erfolgt über ein erstes Nadellager N1 und ein zweites Nadellager N2. Die Lagerung des Umlaufgehäuses U in dem Getriebegehäuse G erfolgt über die Schrägkugellager L1, L2. Diese Schrägkugellager L1, L2 leiten auch die am Antriebsrad 7 angreifenden, radial und axial gerichteten Zahnradreaktionskraftkomponenten in das Getriebegehäuse G ab. Das Lager N1 und auch das Lager N2 müssen jeweils keine axialen Kräfte ableiten. Hauptzweck dieser Lager N1, N2 ist die Zentrierung und Lagerung des Planetenträgers 3 in dem Umlaufgehäuse U.
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Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes ist wie folgt: Über ein nicht weiter dargestelltes Zahnrad wird das Antriebsrad 7 angetrieben. Das Antriebsrad 7 ist als Stirnradring gestaltet und drehfest an dem Umlaufgehäuse U fixiert. Demgemäß wird über den Stirnradring das Umlaufgehäuse U in Drehung versetzt. Dieses Umlaufgehäuse U ist konzentrisch zu einer Getriebeachse X angeordnet und über die Lager L1, L2 drehbar im Getriebegehäuse G gelagert.
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Gemeinsam mit dem Umlaufgehäuse U werden auch die mit diesem drehfest gekoppelten Kopplungslamellenringe LA der ersten Kopplungslamellenpackung BLP in Drehung versetzt. Die erste Kopplungslamellenpackung BLP gelangt bei Aktivierung der Stellmechanik 5 in einen Koppelungszustand. Die Stellmechanik 5 belastet bei diesem Ausführungsbeispiel die Kopplungslamellenpackung BLP durch den Druckring DR und die Ringplatte AR nach Maßgabe der durch Rampenmechanik RK generierten Axialkraft. Die erste Kopplungslamellenpackung BLP wird damit in einen Kopplungszustand verbracht, in welchem das Umlaufgehäuse U und der Planetenträger 3 reibschlüssig gekoppelt sind. Innerhalb des Planetenträgers 3 erfolgt eine Leistungsverzweigung über die Planeten P1, P2 auf die Abtriebssonnenräder 1, 2.
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Das hier in dem Umlaufgehäuse U aufgenommene Umlaufrädergetriebe bildet, wie bereits ausgeführt, ein Stirnraddifferential. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Abtriebssonnenräder 1, 2 und die Planetenräder P1, P2 der Planetenanordnung P mit einer z.T profilverschobenen Verzahnung versehen. Das erste Abtriebssonnenrad 1 hat hierbei eine Verzahnung mit kleinem Kopfkreis. Das zweite Abtriebssonnenrad 2 hat eine Verzahnung mit großem Kopfkreis. Beide Zahnräder 1, 2 haben gleiche Zähnezahlen. Das erste Abtriebssonnenrad 1 steht mit den Koppelplaneten P1 in Eingriff, das zweite Abtriebssonnenrad 2 steht mit den Koppelplaneten P2 in Eingriff. Die Koppelplaneten P1 haben einen großen Kopfkreisdurchmesser. Die Koppelplaneten P2 haben einen kleinen Kopfkreisdurchmesser. Die Koppelplaneten P1, P2 stehen paarweise miteinander in Eingriff. Der Eingriff erfolgt in der Eingriffsebene der ersten Koppelplaneten P1 in das erste Abtriebssonnenrad 1. Die ersten Koppelplaneten P1 haben eine Axiallänge die im wesentlichen der Axiallänge der Verzahnung 1a des ersten Abtriebssonnenrades 1 entspricht. Die zweiten Koppelplaneten P2 haben eine Axiallänge die im wesentlichen der Summe der Axiallängen der Verzahnungen 1a, 2a beider Abtriebssonnenräder 1, 2 entspricht.
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Die zur Aktivierung der Rampenmechanik RK vorgesehene Betätigungsmechanik 5 umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel eine zweite Koppellamellenpackung BLP2 die entweder aktiv in einen Koppelzustand bringbar ist, oder ab einer definierten Relativdrehung zwischen dem Planetenträgergehäuse PG und dem Umlaufgehäuse U aktiv wird und dann ein Reibmoment auf den Rampenträger RK1 der Rampenmechanik RK überträgt.
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Die Kopplung des Planetenträgers 3 mit dem Umlaufgehäuse U erfolgt über die erste Koppellamellenpackung BLP. Die hierzu erforderliche Axialkraft wird über die Rampenmechanik RK generiert. Die Aktivierung der Rampenmechanik RK erfolgt über die zweite Koppellamellenpackung BLP2. Hierzu wird über die Koppellamellenpackung BLP2 ein Drehmoment auf den axial profilierten ersten Rampenträger RK1 übertragen. Der Rampenträger RK1 stützt sich axial über ein erstes Axiallager AX1 an einem im Umlaufgehäuse U axial festgelegten Ring AXR ab.
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Der erste Rampenträger RK1 bildet eine axial profilierte Rampenstirnfläche. An dieser stützen sich Stützrollen axial ab. Die Stützrollen laufen entweder auf einer planen Ringfläche eines axial verlagerbar geführten Vordruckringes VR oder an einer an diesem Ring ebenfalls ausgebildeten Rampenstruktur. Dieser Vordruckring VR ist über ein als Nadellager ausgeführtes, radial tragendes Lager auf dem Planetenträger 3 drehbar und axial verlagerbar geführt. Der Vordruckring VR stütz sich über ein zweites Axiallager AX2 an dem Druckring DR ab. Die Rampenmechanik RK ist derart ausgelegt, dass das zu deren Aktivierung erforderliche Drehmoment kleiner ist als das zwischen dem Vordruckring VR und dem Planetenträger 3 wirksame Reibmoment.
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Die Aktivierung der zweiten Koppellamellenpackung BLP2 kann durch äußere Aktoren, auf elektromagnetischem Wege, oder durch Reibungsphänomene innerhalb der Kopplungslamellenpackung BLP2 erfolgen die z.B. bei einer konstruktiv vorgegebenen Relativgeschwindigkeit zwischen den Lamellen der zweiten Kopplungslamellenpackung BLP2 auftreten und ein entsprechendes Drehmoment erzeugen.
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Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Aktuierung der zweiten Koppellamellenpackung BLP2 über eine mit dem Umlaufgehäuse U mitlaufende Spuleneinrichtung HK. Diese umfasst eine Spule HK1. Nach Maßgabe eines über die Spule HK1 generierbaren Magnetfeldes wird die zweite Koppellamellenpackung BLP2 aktiv und überträgt ein Drehmoment auf den Rampenträger RK1.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sitzen die erste und die zweite Koppellamellenpackung BLP, BLP2 in der gleichen Innenverzahnung des Umlaufgehäuses U. Die Betätigungsmechanik 5 und auch die Spuleneinrichtung HK sind axial abfolgend in einem Hohlzylinderraum aufgenommen dessen Innendurchmesser dem Fußkreisdurchmesser des zweiten Sonnenrades S2 entspricht und dessen Außendurchmesser dem Außendurchmesser des Planetenträgergehäuses PG auf der axialen Höhe des zweiten Sonnenrades S2 entspricht. Die Rampenmechanik RK befindet sich axial zwischen der ersten und der zweiten Koppellamellenpackung BLP, BLP2 und ist beidseitig zwischen den Axiallagern AX1, AX2 drehbar abgestützt.
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Die Darstellung nach 2 veranschaulicht nochmals in Form einer Detaildarstellung den Aufbau der Betätigungsmechanik 5. Diese umfasst die beiden Rampenringe RK1, VR die sich axial über die Rollkörper RK aneinander abstützen und bei einer Relativdrehung axial voneinander entfernen oder bei einer Rückstelldrehbewegung sich wieder axial annähern. Der Rampenring RK1 ist über die zweite Koppellamellenpackung BLP2 mit dem Umlaufgehäuse 3 reibschlüssig koppelbar. Das Koppelungsmoment wird über den axialen Anpressdruck der Lamellen LI2, LA2 der zweiten Koppellamellenpackung BLP2 eingestellt. Dieser Anpressdruck kann z.B. über dosierte Ansteuerung einer Spule HK (vgl. 1) eingestellt werden. Der zweite Rampenring VR ist auf dem Planetenträger axial verschiebbar geführt. Der zweite Rampenring VR stützt sich axial über das zweite Axiallager AX2 an dem Druckring DR der ersten Kopplungslamellenpackung BLP ab.
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Solange die zweite Kopplungslamellenpackung BLP2 nicht aktiviert ist, wird der erste Rampenring RK1 über die Rollkörper RK vom zweiten Rampenring VR mitgenommen und dreht sich leichtgängig gemeinsam mit den inneren Lamellen LI2 in der Packung BLP2. Wird diese Packung BLP2 z.B. elektromagnetisch aktiviert, so dass deren Lamellen L12, LA2 sich aneinander drängen, so übertragen die inneren Lamellen LI2 ein Drehmoment auf den ersten Rampenring RK1 und bremsen diesen am Umlaufgehäuse U fest. Infolge des am zweiten Rampenring VR anliegenden Drehmomentes werden die beide Rampenringe RK1, VR gegeneinander verdreht und die Rollkörper RK drängen die Rampenringe RK1, VR axial auseinander. Der erste Rampenring RK1 stützt sich über das erste Axiallager AX1 an dem Ring AXR ab, der axial am Umlaufgehäuse U festgelegt ist. Der zweite Rampenring VR überträgt über das zweite Axiallager AX2 die durch die Rampenmechanik generierte Stellkraft auf den Druckring DR. Die Rampenmechanik ist damit in beide parallel zur Getriebeachse X ausgerichteten Bewegungsrichtungen zwischen den als Wälzlagern ausgeführten Axiallagern AX1, AX2 abgestützt. Der zweite Rampenring VR kann über eine Axialverzahnung axial verschiebbar, jedoch drehfest mit dem Palententräger 3 gekoppelt sein. Es ist auch möglich den zweiten Rampenring VR mit dem Planetenträger 3 so zu koppeln, dass hier ein zum Wirksamwerden der Rampenmechanik erforderliches Drehmoment auf reibschlüssigem Wege übertragen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008037885 A1 [0003]
- DE 102013206749 A1 [0003]
