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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 ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten 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 gleichachsig 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 Kopplungseinrichtung mit einer ersten Koppellamellenpackung zur Generierung eines den Planetenträger mit dem Umlaufgehäuse koppelnden Kopplungsmomentes nach Maßgabe einer an der ersten Koppellamellenpackung angreifenden Axialkraft, und
- - einer Betätigungsmechanik zur Generierung der an der ersten Koppellamellenpackung angreifenden Axialkraft, wobei
- - die Betätigungsmechanik einen Rampenring, daran anlaufende Rollkörper und einen Druckabnahmering umfasst und
- - die erste Koppellamellenpackung durch den Druckabnahmering unter Einbindung einer Hebelmechanik betätigt wird.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Differentialgetriebe zu schaffen, bei welchem die Aktuierung der zur Übertragung des am Umlaufgehäuse anliegenden Drehmomentes auf den Planetenträger vorgesehenen ersten Kopplungseinrichtung mit reduziertem Stellkraftbedarf bewerkstelligbar ist.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dabei die Hebelmechanik am Umlaufgehäuse abgestützt. Der Druckabnahmering greift vorzugsweise an der Hebelmechanik auf einem Umfangsniveau an, das innerhalb des Nabenkreises der ersten Koppellamellenpackung liegt.
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Die Einbindung der Hebelmechanik in das Umlaufgehäuse wird vorzugsweise derart bewerkstelligt, dass die Drehzentren der Hebelmechanik nahe am Umlaufgehäuse verlaufen.
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Die Hebelmechanik wirkt vorzugsweise auf einen Druckring der auf der Koppellamellenpackung anliegt.
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Die Hebelmechanik ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese ein elastisch deformierbares Ringplattenelement umfasst. Die Hebelmechanik ist vorzugsweise aus einem Federstahlwerkstoff gefertigt.
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Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Hebelmechanik aus einer Federstahlblechringscheibe gefertigt die in mehrere in Umfangsrichtung abfolgende Radialhebel gegliedert ist. Diese Radialhebel können in einem Nabenbereich zusammengefasst werden, in welchem dann auch die Kontaktierung durch den druckabnahmering oder ein Axiallager erfolgt. Alternativ hierzu ist es auch möglich die einzelnen Radialhebelsegmente in einem Außenrandbereich zusammen zu fassen, so dass sich die einzelnen Hebel dann radial von außen her zur Getriebeachse hin erstrecken.
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Die axiale Abstützung der Hebeleinrichtung in dem Umlaufgehäuse kann in vorteilhafter Weise bewerkstelligt werden, indem im Umlaufgehäuse in einer entsprechenden Nut ein Sicherungsring sitzt und die Radialhebel an diesem Sicherungsring dann mit ihren äußeren Enden anliegen.
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Die Hebelmechanik kann auch als temporär radial stauchbares Ringelement ausgebildet werde das dann beim Einsetzen in das Umlaufgehäuse in eine darin ausgebildete Umfangsnut einschnappt.
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Der Rampenring bildet vorzugsweise axial angestellte Rampenflächen und der Druckabnahmering bildet eine in ihrem Verlauf um die Getriebeachse durchgängig nicht axial alternierende Kontaktbahn an welcher die Rollkörper anlaufen.
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Die Kontaktbahn ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als plane Ringscheibenfläche gestaltet. Die Rollkörper sind dann vorzugsweise als Zylinderrollen ausgeführt. Die Rollkörper können dann sowohl die Ringscheibenfläche als auch die Rampenflächen jeweils in Form eines Linien-Kontaktes kontaktieren.
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Alternativ zu der oben beschriebenen Ausführungsform ist es auch möglich. Die Rollkörper als Kugeln, als Kegelrollen oder als Tonnenrollen auszuführen. Im Falle der Ausführung der Rollkörper als Kugeln ist die Kontaktbahn des Druckabnahmeringes vorzugsweise als Rinne ausgebildet die mit ihrer offenen Seite dem Rampenring zugewandt ist. Im Falle der Ausführung der Rollkörper als Kegelrollen ist die Kontaktbahn des Druckabnahmeringes vorzugsweise als Kegelmantelringfläche ausgebildet. Im Falle der Ausführung der Rollkörper als Tonnen ist die Kontaktbahn als im Querschnitt komplementär konkav gewölbte Rinne ausgebildet.
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Der Druckring und der Rampenring sind vorzugsweise so gestaltet, dass diese in Umfangsrichtung durchgängige Schultern bilden, durch welche die Rollkörper verliersicher in dem zwischen dem Rampenring und dem Druckring definierten Zwischenraum gehalten sind. Zudem sind die Rollkörper vorzugsweise in einem Käfig geführt und damit miteinander derart gekoppelt, dass alle Rollkörper sich gemeinsam in Umfangsrichtung auf ihren Rampen des Rampenringes verlagern. Vorzugsweise wird weiterhin über den Käfig eine Rückstellfunktion realisiert. Hierzu kann der Käfig in Umfangsrichtung gefedert abgestützt sein, so dass dann, wenn zwischen dem Druckring und dem Rampenring kein Drehmoment über die Rollkörper übertragen wird, die Rollkörper durch den Käfig in eine Passiv-Position auf dem Rampenring, d.h. in die Rampentäler zurückgedrängt oder zurückgeschwenkt werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Druckabnahmering mit dem Planetenträger reibschlüssig gekoppelt. Diese reibschlüssige Koppelung kann über Reibkontaktflächen bewerkstelligt werden, die z.B. mit einer Federmechanik gegen entsprechende Gegenflächen gedrängt werden. Die Reibkontaktflächen können hierbei mit dem Planetenträger verbunden sein und mit diesem umlaufen oder auch mit einem Nabenabschnitt des Druckabnahmeringes und dann eben mit diesem Ring gegenüber dem Planetenträger wandern.
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Alternativ zu der oben angegebenen Ausführungsform ist es auch möglich, den Druckabnahmering mit dem Planetenträger formschlüssig und dabei jedoch axial verschiebbar zu koppeln. Hierzu können an dem Planetenträger und dem Nabenabschnitt des Druckabnahmeringes zueinander komplementäre Axialverzahnungen ausgebildet sein.
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Der Rampenring ist vorzugsweise derart gestaltet, dass dieser einen Nabenabschnitt aufweist und über eine zweite Koppeleinrichtung mit dem Umlaufgehäuse koppelbar ist. Die zweite Koppeleinrichtung umfasst vorzugsweise eine Koppellamellenpackung mit einem Satz Koppellamellen welche mit dem Umlaufgehäuse drehfest gekoppelt sind. Hierdurch wird es möglich, den Rampenring über die zweite Koppeleinrichtung an dem Umlaufgehäuse festzulegen und die Relativdrehung zwischen dem Planetenträger und dem Umlaufgehäuse zur weiteren Aktivierung der Rampenmechanik zu nutzen.
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Die zweite Koppellamellenpackung umfasst vorzugsweise erste und zweite Koppellamellen, wobei die ersten Koppellamellen axial verlagerbar und drehfest mit dem Umlaufgehäuse gekoppelt sind und die zweiten Koppellamellen mit dem Rampenring axial verlagerbar drehfest kinematisch gekoppelt sind. Die zweiten Koppellamellen der zweiten Koppellamellenpackung können hierbei auch auf einem Buchsenelement axial verschiebbar geführt werden, wobei dann vorzugsweise der Rampenring einen Nabenabschnitt umfasst, welcher in das Buchsenelement axial eintaucht.
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Die ersten Koppellamellen der zweiten Koppellamellenpackung sind vorzugsweise ebenfalls in einem Ringelement axial verschiebbar geführt, wobei dieses Ringelement dann vorzugsweise in einem Deckelelement des Umlaufgehäuses verankert ist.
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Die Aktuierung der zweiten Koppellamellenpackung erfolgt vorzugsweise auf elektromagnetischem Wege durch eine Spule. Durch das vermittels dieser Spule generierte Magnetfeld können die Koppellamellen der Koppellamellenpackung axial zusammengedrängt werden, so dass zwischen abfolgenden ersten und zweiten Koppellamellen ein Reibmoment übertragen wird.
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Die Lagerung des Umlaufgehäuses im Getriebegehäuse wird vorzugsweise über eine erste und eine zweite Lagereinrichtung bewerkstelligt, wobei gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dann die Spule in einem von der zweiten Lagereinrichtung umsäumten Bereich angeordnet ist.
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Das Umlaufgehäuse ist vorzugsweise als gebaute Struktur gefertigt und setzt sich aus einem ersten Deckelelement, einem Topfgehäuse und einem zweiten Deckelelement zusammen, wobei dann vorzugsweise die zweite Koppellamellenpackung in einem von dem zweiten Deckelelement umgriffenen Bereich angeordnet ist.
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Die zweite Lagereinrichtung kann in vorteilhafter Weise als Wälzlager, insbesondere als Schrägkugellager ausgebildet sein, wobei dann deren Lageraußenring in einem Lagersitz aufgenommen sein kann, der durch das zweite Deckelelement gebildet ist.
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Die zweite Koppellamellenpackung ist vorzugsweise gegenüber der zweiten Lagereinrichtung axial in Richtung zu den Koppelplaneten hin versetzt in dem zweiten Deckelelement aufgenommen. Die Spule kann dann axial in das zweite Deckelelement und hierbei in den von der zweiten Lagereinrichtung umsäumten Bereich eintauchen.
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Die erste Koppellamellenpackung ist vorzugsweise zwischen einem nabenseitigen inneren Lamellensitz und einem gehäuseseitigen äußeren Lamellensitz axial belastbar geführt. Der Planententräger kann hierbei derart ausgebildet sein, dass zumindest ein Teilabschnitt des inneren Lamellensitzes der ersten Koppellamellenpackung noch den Gehäuseabschnitt des Planetenträgergehäuses erfasst, welcher die Koppelplaneten umgreift.
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Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe ist hierbei vorzugsweise derart aufgebaut, dass der die Koppelplanetenanordnung umgreifende Gehäuseabschnitt eine sich axial über das Stirnflächenniveau der Koppelplaneten fortsetzende Zylinderwandung bildet und sich der innere Lamellensitz der ersten Koppelalmellenpackung auf dieser Zylinderwandung fortsetzt.
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Die erste Koppellamellenpackung 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 Koppellamellenpackung sich über den Anlagering an einer Ringstufe in dem Umlaufgehäuse abstützt.
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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 Planetenträger 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 der äußere Lamellensitz der ersten Koppellamellenpackung das Axialniveau der Verzahnung zumindest eines der beiden Sonnenräder noch erfasst, d.h. die Axialposition zumindest einer Lamelle noch mit diesem Axialniveau überlappt. Die erste Koppellamellenpackung kann dann auf den hinsichtlich seines Durchmessers größten Bereich des Planetenträgergehäuses aufgesteckt werden und sitzt dann zumindest teilweise auf dem außenseitig zylindrischen Abschnitt des Planetenträgergehäuses, welcher die Koppelplaneten umhaust. Die Außenverzahnung der ersten Koppellamellenpackung verläuft auf einem Radialniveau das nochmals größer ist als das Radialniveau der zylindrischen Außenwandung des Planetenträgergehäuses, d.h. jenes Abschnitts der die Koppelplaneten umhaust. Sobald die erste Koppellamellenpackung auf das Planetenträgergehäuse aufgeschoben ist erscheint diese Koppellamellenpackung als Lamellenring oder Lamellenringstapel, der auf dem Gehäuseabschnitt des Planetenträgergehäuses sitzt, welcher die Koppelplaneten umhaust.
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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 axialem Spiel in dem Planetenträgergehäuse und leisten keinen Beitrag zur Übertragung etwaiger an dem Planetenträgergehäuse angreifender Axialkräfte.
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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 Koppellamellenpackung ist derart ausgebildet, dass sich zumindest ein Teil der Kopplungslamellen auf dem Axialniveau 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 mehrteiliges, axial zusammengefügtes Topfgehäuse ausgebildet. Der Planetenträger ist in dem Topfgehäuse drehbar gelagert.
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Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe ist in vorteilhafter Weise weiterhin derart ausgebildet, dass sich die erste Koppellamellenpackung 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 Koppellamellenpackung kann dabei so aufgebaut werden, dass diese innere Kopplungslamellen umfasst, die über eine Innenumfangskontur drehfest, jedoch axial verschiebbar mit dem Planetenträgergehäuse kinematisch gekoppelt sind. Weiterhin umfasst die Koppellamellenpackung dann auch äußere 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 mehrteiliges Topfgehäuse ausgebildet, das sich aus einem ersten Deckelement, einem Topfelement und einem zweiten, axial an das Topfelement angefügten Deckelelement zusammensetzt. Das Topfelement bildet eine innere Ringstirnfläche an welcher die Koppellamellenpackung axial abgestützt ist.
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Die erste Koppellamellenpackung sitzt vorzugsweise in dem Topfelement und ist über eine in dem Umlaufgehäuse, insbesondere dem zweiten Deckelelement aufgenommene Mechanik axial belastbar, zum axialen Zusammenpressen der Koppellamellenpackung. Diese Mechanik umfasst eine Rollrampenmechanik bei welcher Rollkörper zwischen einer angestellten Rampenfläche und einer nicht axial alternierenden, also auf einem Axialniveau durchgängigen Bahnstruktur abgestützt sind.
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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 des ersten Deckelelements mit dem Topfelement 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 Ankoppelung des Planetenträgers an ein diesen aufnehmendes Umlaufgehäuse über eine erste Koppellamellenpackung bewerkstelligt wird, die zwischen einem nabenseitigen inneren Lamellensitz und einem gehäuseseitigen äußeren Lamellensitz axial belastbar geführt ist, wobei die Aktuierung dieser Koppellamellenpackung durch eine Betätigungsmechanik unter Einbindung einer Hebelmechanik erfolgt;
- 2 eine Detaildarstellung zur weiteren Veranschaulichung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Betätigungsmechanik;
- 3 eine Detaildarstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Rampenmechan ik;
- 4 eine Skizze zur Veranschaulichung des Aufbaus des Hebelringes als in Hebelsegmente gefächerte Federstahlringscheibe;
- 5 eine Skizze zur weiteren Veranschaulichung der Funktionsweise der Henelmechanik
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Differentialgetriebe. Dieses 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 erste Koppellamellenpackung BLP1 ausgeführt ist, zur Generierung eines den Planetenträger 3 mit dem Umlaufgehäuse U selektiv koppelnden Kopplungsmomentes nach Maßgabe einer an der ersten Koppellamellenpackung BLP1 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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Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Differentialgetriebe eine Betätigungsmechanik 5 zur Generierung jener an der ersten Koppellamellenpackung BLP1 angreifenden Axialkraft. Die erste Koppellamellenpackung BLP1 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 ersten Koppellamellenpackung BLP1 die Antriebsverbindung zwischen dem Planetenträger 3 und dem Umlaufgehäuse U aufzuheben, bzw. durch axiale Belastung der ersten Koppellamellenpackung BLP1 den Planetenträger 3 mit dem Umlaufgehäuse U reibschlüssig zu koppeln. Die erste Koppellammellenpackung BLP1 ist zwischen einem nabenseitigen inneren Lamellensitz LS1 und einem gehäuseseitigen äußeren Lamellensitz LS2 axial belastbar geführt.
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Die Aktuierung dieser ersten Koppellamellenpackung BLP1 erfolgt über die Betätigungsmechanik 5, welche bedarfsweise eine an der ersten Koppellamellenpackung BLP1 angreifende Axialkraft generiert. Die Betätigungsmechanik 5 weist eine zweite Koppellamellenpackung BLP2 auf, welche zweite Koppellamellen KL2a umfasst, welche mit dem Umlaufgehäuse U drehfest gekoppelt sind.
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Die Betätigungsmechanik 5 umfasst einen Rampenring RK1, daran anlaufende Rollkörper ZR und einen Druckabnahmering VR. Der Rampenring RK1 bildet axial angestellte Rampenflächen. Der Druckabnahmering VR hingegen bildet eine durchgängig nicht axial alternierende Kontaktbahn an welcher die Rollkörper ZR auf ihrer dem Rampenring RK1 abgewandte Seite anlaufen.
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Die durch den Druckabnahmering VR gebildete Kontaktbahn ist hier als plane Ringscheibenfläche gestaltet und die Rollkörper ZR sind als Zylinderrollen ausgeführt. Die Zylinderrollen ZR sind so angeordnet, dass deren Zentralachsen die Getriebeachse X schneiden und auf dieser senkrecht stehen.
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Obgleich hier nicht dargestellt, sind die Rollkörper ZR in einer Käfig- oder Führungsstruktur geführt und damit zwischen dem Rampenring RK1 und dem Druckabnahmering VR verliersicher gehalten. Über diesen Käfig wird auch eine Rückstellfunktion realisiert.
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Der Druckabnahmering VR ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit dem Planetenträger 3 formschlüssig gekoppelt und hierbei auf einem Nabenabschnitt des Planetenträgers axial verschiebbar geführt.
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Der Rampenring RK1 ist derart ausgebildet, dass dieser einen Nabenabschnitt aufweist und über die auf diesem Nabenabschnitt sitzende zweite Koppeleinrichtung K2 mit dem Umlaufgehäuse 3 koppelbar ist.
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Die erste Koppellamellenpackung BLP1 wird erfindungsgemäß durch den Druckabnahmering VR unter Einbindung einer Hebelmechanik LM betätigt. Hierdurch wird die Aktuierung der zur Übertragung des am Umlaufgehäuse anliegenden Drehmomentes auf den Planetenträger vorgesehenen ersten Kopplungseinrichtung K1 mit reduziertem Stellkraftbedarf bewerkstelligbar.
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Die Hebelmechanik LM stütz sich am Umlaufgehäuse U ab. Der Druckabnahmering VR greift an der Hebelmechanik LM auf einem Umfangsniveau an, das innerhalb des Nabenkreises der ersten Koppellamellenpackung BLP1 liegt.
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Die Einbindung der Hebelmechanik LM in das Umlaufgehäuse ist derart bewerkstelligt, dass die Drehzentren SZ der Hebelmechanik LM nahe am Umlaufgehäuse verlaufen.
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Die Hebelmechanik wirkt bei diesem Ausführungsbeispiel direkt auf die Koppellamnellenpackung BLP1, es kann hier auch zunächst ein Druckring eingefügt sein, der auf der Koppellamellenpackung BLP1 anliegt und die Kraftbeaufschlagung der Koppellamellenpackung BLP1 vergleichmäßigt.
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Die Hebelmechanik LM kann so ausgebildet sein, dass diese ein elastisch deformierbares Ringplattenelement umfasst. Die Hebelmechanik LM ist vorzugsweise aus einem Federstahlwerkstoff gefertigt und so gestaltet, dass diese aus einer Federstahlblechringscheibe besteht, die in mehrere in Umfangsrichtung abfolgende Radialhebel gegliedert ist. Diese Radialhebel können in einem Nabenbereich zusammengefasst werden, in welchem dann auch die Kontaktierung durch den Druckabnahmering VR oder das Axiallager AX2 erfolgt. Alternativ hierzu ist es auch möglich die einzelnen Radialhebelsegmente in einem Außenrandbereich zusammen zu fassen, so dass sich die einzelnen Hebel dann radial von außen her zur Getriebeachse X hin erstrecken.
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Die axiale Abstützung der Hebeleinrichtung LM in dem Umlaufgehäuse U erfolgt hier indem im Umlaufgehäuse U in einer entsprechenden Nut ein Sicherungsring SR sitzt und die Radialhebel an diesem Sicherungsring SR dann mit ihren äußeren Enden anliegen.
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Bei der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung befindet sich die Rampenkontur auf der „rechten“ Rampenscheibe, d.h. jener Rampenscheibe, die am Umlaufgehäuse 3 über die zweite Kopplungseinrichtung K2 selektiv festlegbar ist. Die rechte Rampenscheibe ist bei offener Kupplung K2 frei drehbar. Die linke Druckscheibe, d.h. der mit dem Planetenträger gekoppelte Druckabnahmering VR bildet keine Rampenkontur und ist insoweit plan. Der Druckabnahmering VR ist auf dem Planetenträger 3 axial verschiebbar drehfest geführt. An dem Druckabnahmering befindet sich auf der Druckscheibe auf der Hauptkupplungsseite keine Rampenkontur. Dadurch erzeugt Die Zylinderrolle ZR auf der Druckscheibe VR keine tangentiale Kraft mehr, sondern nur noch eine Rollreibungskraft in Umfangsrichtung. Somit kann die formschlüssige Verbindung zwischen Druckscheibe VR und Differenzialgehäuse 3 deutlich filigraner ausgeführt werden, wodurch Bauraum, Gewicht und Kosten eingespart werden können. Zusätzlich ermöglicht diese Ausführung durch die geringe Belastung der Schnittstelle zwischen Differenzialgehäuse 3 und Druckscheibe VR Konzepte, die bei größerer Last aus Bauraum- und Dimensionierungsgründen nicht funktionieren würden bzw. nicht integrierbar wären.
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Der Rampenring RK1 ist wie oben ausgeführt über die zweite Koppellamellenpackung BLP2 reibschlüssig mit dem Umlaufgehäuse U kinematisch koppelbar. Die zweite Koppellamellenpackung BLP2 umfasst insgesamt erste und zweite Koppellamellen KL2a, KL2b, wobei die ersten Koppellamellen KL2a axial verlagerbar und drehfest mit dem Umlaufgehäuse U gekoppelt sind und die zweiten Koppellamellen KL2b mit dem Rampenring RK1 axial verlagerbar drehfest gekoppelt sind.
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Die zweiten Koppellamellen KL2a der zweiten Koppellamellenpackung BLP2 sind auf einem Buchsenelement BE axial verschiebbar geführt und der Rampenring RK1 umfasst einen Nabenabschnitt, welcher in das Buchsenelement BE axial eintaucht.
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Die ersten Koppellamellen KL2a der zweiten Koppellamellenpackung BLP2 sind in einem Ringelement RE axial verschiebbar geführt. Dieses Ringelement RE ist in einem Deckelelement U2 des Umlaufgehäuses U verankert.
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Die zweite Koppellamellenpackung BLP2 wird durch eine Spule HK auf elektromagnetischem Wege betätigt. Wie oben bereits angesprochen ist das Umlaufgehäuse U über eine erste und eine zweite Lagereinrichtung L1, L2 im Getriebegehäuse G gelagert, wobei die Spule HK in einem von der zweiten Lagereinrichtung L2 umsäumten Bereich angeordnet ist.
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Das Umlaufgehäuse U setzt sich aus einem ersten Deckelelement U1, einem Topfgehäuse U3 und einem zweiten Deckelelement U3 zusammen. Die zweite Koppellamellenpackung BLP2 ist in einem von dem zweiten Deckelelement U2 umgriffenen Bereich angeordnet. Weiterhin ist die zweite Lagereinrichtung L2 in einem Lagersitz aufgenommen, der durch das zweite Deckelelement U2 gebildet ist.
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Die zweite Koppellamellenpackung BLP2 ist gegenüber der zweiten Lagereinrichtung L2 axial in Richtung zu dem Koppelplaneten P hin versetzt in dem zweiten Deckelelement U2 aufgenommen. Die Spule HK ist vorzugsweise so angeordnet, dass diese axial in das zweite Deckelelement U2 eintaucht.
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Der Planetenträger 3 ist derart aufgebaut, dass dieser ein Planetenträgergehäuse PG umfasst, das einen die Koppelplanetenanordnung P auf dem Axialniveau der beiden Sonnenräder 1, 2 umgreifenden Gehäuseabschnitt PG1 und einen sich axial daran anschließenden Nabenabschnitt PGN umfasst. Der innere Lamellensitz LS1 erfasst axial beide Abschnitte PG1, PGN des Planetenträgergehäuses PG. Bei dem erfindungsgemäßen Differentialgetriebe stützt sich die erste Koppellamellenpackung BLP1 über einen Anlagering AR axial an einer Schulter US des Umlaufgehäuses U ab.
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Die erste Koppellamellenpackung BLP1 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 erste Koppellamellenpackung BLP1 über den Anlagering AR an der Schulter US des Umlaufgehäuses U anliegt.
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Der innere Lamellensitz LS1 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 U z.B. über eine Axialverzahnung drehfest verbunden ist.
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Die Axialposition der ersten Koppellamellenpackung BLP1 ist hier so abgestimmt, dass sich der äußere Lamellensitz LS2 auf einem Axialniveau erstreckt welches mit dem Axialbereich der Koppelplanetenanordnung P zumindest teilweise überlappt.
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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, axial unbelastet. Der Innendurchmesser der Hauptkupplung BLP1 entspricht dem Außendurchmesser des Differentialgehäuses 3 im Umgriffsbereich der Koppelplaneten P1, P2. Der Kraftfluss der axialen Anpresskraft geht im geschlossenen Zustand über das Umlaufgehäuse U, insbesondere unter Verwendung der radialen Schulter US 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 Planetenanordnung P umfasst mehrere Koppelplaneten P1, P2, die als solche um Planetenachsen XP1, XP2 drehbar sind, die parallel zur Getriebeachse X ausgerichtet sind. Die Kopplungseinrichtung K ist derart ausgebildet, dass sich die erste Koppellamellenpackung BLP1 noch teilweise auf dem Axialniveau der Koppelplaneten P1, P2 befindet.
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Bei dem erfindungsgemäßen Differentialgetriebe sind die erste Koppellamellenpackung BLP1 und der Planetenträger 3 derart aufeinander abgestimmt ausgebildet, dass die erste Koppellamellenpackung BLP1 auf dem Abschnitt des Planetenträgers 3 mit dem größten Außendurchmesser sitzt und dabei auch noch das Axialniveau zumindest eines der Sonnenräder - hier S2 - erfasst. Die an der ersten Koppellamellenpackung BLP1 angreifende Axialkraft F wird unter Umgehung des Planetenträgergehäuses PG von dem Umlaufgehäuse 3 aufgenommen.
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Die erste Koppellamellenpackung BLP1 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 Koppellamellenpackung BLP1 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 ersten Koppellamellenpackung BLP1 an dem Umlaufgehäuse PG erfolgt unter Einbindung eines Anlageringes AR, der sich auf der Ringstirnwand US des Umlaufgehäuses U abstützt. Der Planetenträger 3 und die erste Koppellamellenpackung BLP1 sind insgesamt so abgestimmt, dass der Innendurchmesser einer Kopplungslamelle LI, LA größer ist als der Durchmesser des Bahnraumes durch welchen sich die Koppelplaneten P1, P2 sich beim Umlauf des Planetenträgers hindurch bewegen.
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Das zur Aufnahme des Planetenträgers 3 vorgesehene Umlaufgehäuse U ist als mehrteiliges Topfgehäuse ausgebildet und setzt sich aus einem ersten Deckelelement U1, einem zweiten Deckelelement U2 und einem Topfelement U3 zusammen, wobei das Topfelement U3 die sich radial einwärts erstreckenden innere Schulter US bildet an welcher sich die Koppellamellenpackung BLP axial abstützt. Diese Schulter US befindet sich auf einem Axialniveau auf welchen sich die Verzahnung des zweiten Sonnenrades S2 erstreckt.
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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 erste Koppellamellenpackung BLP1 wird das Drehmoment auf das Planetenträgergehäuse PG übertragen. 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. 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 muss keine axialen Kräfte ableiten. Hauptzweck dieses Lagers N1 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.
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Demgemäß wird über das Antriebsrad 7 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 Koppellamellenpackung BLP1 in Drehung versetzt. Die Koppellamellenpackung BLP1 gelangt bei Aktivierung der Stellmechanik 5 in einen Koppelungszustand. Die Stellmechanik 5 belastet bei diesem Ausführungsbeispiel die Koppellamellenpackung BLP durch den Druckring DR und die Ringplatte AR nach Maßgabe der durch Rampenmechanik RK generierten Axialkraft. Die erste Koppellamellenpackung BLP1 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. Das erste Abtriebssonnenrad 1 hat hierbei eine Verzahnung mit kleinem Kopfkreis. Das zweite Abtriebssonnenrad 2 hat eine Verzahnung mit großem Kopfkreis. Der Kopfkreisdurchmesser des ersten Abtriebssonnenrades 1 und der theoretische Fußkreis des zweiten Abtriebssonnerades 2 entsprechen in etwa dem identischen Teilkreisdurchmesser. Beide Zahnräder 1, 2 haben gleiche Zähnezahlen. Das erste Abtriebssonnenrad 1 steht mit den kurzen Koppelplaneten P1 in Eingriff, das zweite Abtriebssonnenrad 2 steht mit den langen Koppelplaneten P2 in Eingriff. Die kurzen Koppelplaneten P1 haben einen großen Kopfkreisdurchmesser. Die langen 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 Lamellenpackung 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 Aktivierung der Rampenmechanik RK erfolgt durch Anheben des Übertragungsmomentes der zweiten Koppellamellenpackung BLP2. Dies erfolgt hier durch Ansteuerung der Spuleneinrichtung HK. Bei Ansteuerung der Spuleneinrichtung HK wird über die Koppellamellenpackung BLP2 ein Drehmoment auf den Nabenabschnitt des axial profilierten Rampenringrs RK1 übertragen. Der Rampenring RK1 stützt sich axial über ein Axiallager AX1 an einem im Umlaufgehäuse U axial festgelegten Ring AXR ab.
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Der Rampenring RK1 bildet eine axial profilierte Rampenstirnfläche. An dieser stützen sich Stützrollen ZR axial ab. Die Stützrollen ZR laufen auf einer planen Ringfläche des axial verlagerbar geführten Druckabnahmeringes VR. Dieser Druckabnahmeringes VR ist auf dem Planetenträger 3 axial verlagerbar geführt. Der Druckabnahmeringes 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 Druckabnahmeringes VR und dem Planetenträger 3 übertragbare Drehmoment.
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Die Aktivierung der zweiten Koppellamellenpackung BLP2 kann durch äußere Aktoren, auf elektromagnetischem Wege, oder durch Reibungsphänomene innerhalb der Koppellamellenpackung BLP2 erfolgen, die z.B. bei einer konstruktiv vorgegebenen Relativgeschwindigkeit zwischen den Lamellen der zweiten Koppellamellenpackung BLP2 auftreten und ein entsprechendes Drehmoment erzeugen.
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Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Aktuierung der zweiten Koppellamellenpackung über eine Spuleneinrichtung. Diese umfasst eine Spule HK. Nach Maßgabe eines über die Spule HK generierbaren Magnetfeldes wird die zweite Koppellamellenpackung BLP2 aktiv und überträgt ein Drehmoment auf den Rampenring RK1.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sitzen die erste und die zweite Koppellamellenpackung BLP1, BLP2 axial abfolgend in dem Umlaufgehäuses U. Die Betätigungsmechanik 5 und die Spuleneinrichtung HK sind axial abfolgend in einem Hohlzylinderraum aufgenommen dessen Innendurchmesser dem Fußkreisdurchmesser des zweiten Sonnenrades S2 und dem Außendurchmesser der Koppellamellenpackung BLP1 auf der axialen Höhe des zweiten Sonnenrades S2 entspricht. Die Rampenmechanik RK befindet sich axial zwischen der ersten und der zweiten Koppellamellenpackung BLP1, BLP2.
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Die Einleitung der durch die Rampenmechanik RK generierten Axialkraft in den Druckring DR erfolgt auf einem Umfangsniveau das kleiner ist als der Innendurchmesser der Lamellen der ersten Koppellamellenpackung BLP1. Der Druckring DR ist derart ausgebildet, dass durch diesen eine Endanschlagsfunktion bereitgestellt wird, die den maximalen axialen Stauchungsgrad der ersten Koppellamellenpackung BLP1 begrenzt. Der Druckring DR ist im Umlaufgehäuse U axialverschiebbar, jedoch drehfest geführt. Zur Führung des Druckringes DR wird die zur Führung der ersten Bremslamellenpackung BLP1 herangezogene Innenverzahnung des Umlaufgehäuses U verwendet.
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Die Einleitung der zur Betätigung der ersten Koppellamellenpackung BLP1 erforderlichen Druckkraft erfolgt über das Axiallager AX2. Die Rampenmechanik sitzt damit axial zwischen dem ersten Axiallager AX1 und dem zweiten Axiallager AX2. Der Druckabnahmering VR ist auf dem Planetenträger 3 zentriert. Der Druckabnahmering VR ist mit dem Planetenträger 3 derart gekoppelt, dass über diese Verbindung ein Drehmoment übertragen werden kann, das für das Wirksamwerden der Rampenmechanik RK bei Festlegung des Rampenträgers RK1 ausreicht. Diese Koppelung des Druckabnahmering VR mit dem Planetenträger 3 kann wie hier dargestellt formschlüssig, oder alternativ auch reibschlüssig erfolgen. Der gesamte zur Betätigung der ersten Koppellamellenpackung BLP1 erforderliche Kraftfluss geht über das Umlaufgehäuse U und hierbei am Planetenträger 3 vorbei. Die Axialposition der ersten Bremslamellenpackung BLP1 ist derart auf die Axialposition der zweiten Koppelplaneten P2 abgestimmt, dass es hier zu einer axialen Überlappung kommt und damit zumindest ein Teilabschnitt des inneren Lamellensitzes LS1 der Koppellamellenpackung BLP den Gehäuseabschnitts PG1 auf dem Axialniveau der zweiten Koppelplaneten P2 und auf einem Radialniveau außerhalb des von den zweiten Koppelplaneten P2 bei der Umlauf um die Getriebeachse X durchlaufenen Bahnraumes umgreift. Die Hauptkupplung BLP1 befindet sich radial auf einem größeren Durchmesser als der äußere Kopfkreisdurchmesser des Differenzials. Die Hauptkupplung BLP1 ist so angeordnet, dass axial wenigstens eine Lamelle derselben mit dem Differential überlappt. Der Kraftfluss der axialen Anpresskraft geht über die Hauptkupplung BLP auf das äußere Gehäuse U. Das Drehmoment der Hauptkupplung BLP greift am äußeren Differenzialgehäusedurchmesser an.
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Das äußere Gehäuse U dient hier als Drehmonteneinleitung sowohl für die Hauptkupplung BLP1 (Verbindung zwischen äußerem Gehäuse U und Planetenträger 3) als auch für die Aktuierungskupplung BLP2 (Verbindung zwischen äußerem Gehäuse U und der axialen Verstelleinheit RK). Außerdem überlappen sowohl die Lagerung L2 als auch der Elektromagnet HK axial mit dem äußeren Gehäuse U. Die von den Sonnenrädern 1,2 axial weiter entfernte zweite Lagerung L2 und der Elektromagnet HK sind hier so angeordnet, dass sie axial nicht nur etwas mit dem äußeren Gehäuse U überlappen, sondern komplett innerhalb des äußeren Gehäuses U oder dem zweiten Deckelelement U2 dieses Gehäuses U liegen.
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Die Darstellung nach 2 veranschaulicht nochmals in Form einer Detaildarstellung den Aufbau der Betätigungsmechanik 5. Diese umfasst den Rampenringe RK1, und den Druckabnahmering VR. Beide Ringe stützensich axial über die Rollkörper ZR aneinander ab und entfernen sich bei einer Relativdrehung axial voneinander oder nähern sich bei einer Rückstelldrehbewegung wieder axial an. Der Rampenring RK1 ist über die zweite Koppellamellenpackung BLP2 mit dem Umlaufgehäuse U reibschlüssig koppelbar. Das Koppelungsmoment wird über den axialen Anpressdruck der Lamellen L12, LA2 der zweiten Koppellamellenpackung BLP2 eingestellt. Dieser Anpressdruck kann z.B. über dosierte Ansteuerung einer Spule HK (vgl. 1) eingestellt werden. Der Druckabnahmering VR ist auf dem Planetenträger 3 axial verschiebbar geführt. Der Druckabnahmering VR stützt sich axial über das zweite Axiallager AX2 an dem Druckring DR der ersten Kopplungslamellenpackung BLP1 ab. Solange die zweite Kopplungslamellenpackung BLP2 nicht aktiviert ist, wird der erste Rampenring RK1 über die Rollkörper ZR vom Druckabnahmering 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 Druckabnahmering VR anliegenden Drehmomentes werden die beide Ringe RK1, VR gegeneinander verdreht und die Rollkörper RK drängen den Rampenring RK1 und den Druckabnahmering 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 Druckabnahmering VR überträgt über das zweite Axiallager AX2 die durch die Rampenmechanik generierte Stellkraft auf den Druckring DR. Die Rampenmechanik RK ist damit in beide parallel zur Getriebeachse X ausgerichteten Bewegungsrichtungen zwischen den als Wälzlagern ausgeführten Axiallagern AX1, AX2 abgestützt. Der Druckabnahmering VR kann über eine Axialverzahnung axial verschiebbar, jedoch drehfest mit dem Palententräger 3 gekoppelt sein. Es ist auch möglich den Druckabnahmering 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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Die Darstellung nach 3 veranschaulicht in Form einer Seitenansicht den Aufbau der Rampenmechanik RK, die Bestandteil der Betätigungsmechanik 5 bildet. Die Rampenmechanik RK umfasst den Rampenring RK1, die daran anlaufenden Rollkörper ZR und den Druckabnahmering VR. Der Rampenring bildet RK1 axial angestellte Rampenflächen RF. Im Gegensatz hierzu bildet der Druckabnahmering VR eine in ihrem Verlauf um die Getriebeachse X durchgängig axial nicht-alternierende Kontaktbahn RB, an welcher die Rollkörper ZR anlaufen. Sowohl der Rampenring RK1 also auch der Druckabnahmering VR sind axial über Axiallager AX1, AX2 abgestützt, die hier als Wälzlager, insbesondere Zylinderrollenlager ausgeführt sind. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Rampenmechanik RK mehrere in gleicher Teilung in Umfangsrichtung abfolgende Stützsysteme mit jeweils einem Rollkörper ZR und einem Paar axial angestellter Rampenflächen RF. Der hier dargestellte Systemzustand entspricht dem Passivzustand der Betätigungsmechanik 5 in welchem die Betätigungsmechanik 5 keine Betätigungskraft generiert. In diesem Zustand kann der Druckabnahmering VR mit einem gewissen Schlupf an den Rollkörpern ZR vorbeilaufen oder über die Rollkörperreaktionskräfte den Rampenring RK1 im wesentlichen lastfrei mitnehmen. Die zweite Koppellamellenpackung BLP2 (vgl. 1 und 2) ist dabei axial unbelastet, d.h. in einem Freilaufzustand.
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Bei dem erfindungsgemäßen Stirnraddifferentialgetriebe wirkt der Druckabnahmering der axialen Verstelleinheit nicht direkt auf die Hauptkupplung, sondern auf einen Hebel, der mit einem Sicherungsring axial gesichert wird. Dadurch wird die Kraft zusätzlich verstärkt und dieses Design erlaubt eine bessere radiale Verschachtelung bei Reduzierung des axialen Bauraums. Das Lamellenpaket besitzt außen und innen eine formschlüssige Verbindung zum jeweiligen Gehäuse. Der Hebel besitzt am äußeren Durchmesser dieselbe formschlüssige Verbindung zum Außengehäuse wie das Lamellenpaket. In der Steckverzahnung des äußeren Gehäuses ist eine Nut eingearbeitet in der der Sicherungsring platziert werden kann. Der Drehpunkt des Hebels befindet sich also an der Kontaktstelle zwischen Hebel und Sicherungsring. Da der radiale Abstand zur Hauptkupplung deutlich geringer ist als der Abstand zur Kraftwirkung der Stellmechanik wird die Kraft zusätzlich in eben diesem Abstandsverhältnis nach dem Hebelgesetz verstärkt.
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Die Darstellung nach 4 zeigt vereinfacht eine Variante einer als FederstahlRingscheibe gefertigten Hebelmechanik LM. Die Hebelmechanik LM umfasst mehrere in Umfangsrichtung abfolgende Hebelsegmente DRS. Diese sind über Brückenabschnitte BS miteinander elastisch gekoppelt. Die Ringscheibe ist axial profiliert, so dass die Hebelsegmente DRS wie in 5 erkennbar jeweils als mehrfach gekröpfte Hebel erscheinen.
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Wie aus der Skizze nach 5 ersichtlich, stützen sich die Hebelsegmente DRS an dem Sicherungsring SR ab, der in einer Umfangsnut des Umlaufgehäuses sitzt. Die Hebelsegmente DRS bilden hier einen zentralen Nabenbereich in welchem ein Laufring DR' des zweiten Axiallagers AX2 (vgl. auch 1) sitzt. Die hier beispielhaft gezeigten Hebelverhältnisse liefern ein Übersetzungsverhältnis von 5:1, d.h. die an der ersten Koppellamellenpackung BLP1 angreifende Axialkraft ist gegenüber der durch das zweite Axiallager AX2 übertragenen Axialkraft um den Faktor 5 erhöht. Diese erhöhte Kraft stützt sich am Sicherungsring SR ab.
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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]
