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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 gro-ßem 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 aber 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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Aus der
US 7 717 818 B2 ist ein Differentialgetriebe, welches Drehmomente von einer Eingangswelle auf Abtriebswellen verteilt. Das Differential ist ein Stirnraddifferential mit einem Hohlrad, einem Satz Planetenrädern und einem Sonnenrad. Eine der Abtriebswellen ist mit dem Hohlrad verbunden und die andere mit dem Sonnenrad. Das Differentialgetriebe weist außerdem eine Differentialsperre auf, die als Lamellenkupplung ausgebildet ist und über welche die Eingangswelle des Differentials mit einer Abtriebswelle gekoppelt und wieder abgekoppelt werden kann.
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Beschreibung 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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Die Aufgabe wird durch ein Differentialgetriebe nach Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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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 Kopplungseinrichtung mit einer Koppellamellenpackung zur Generierung eines den Planetenträger mit dem Umlaufgehäuse koppelnden Kopplungsmomentes, und
- - einer Betätigungsmechanik zur Generierung einer an der Koppellamellenpackung angreifenden Axialkraft, wobei
- - der Planetenträger ein Planetenträgergehäuse aufweist, das einen die Koppelplanetenanordnung umgreifenden Gehäuseabschnitt umfasst,
- - die Koppellamellenpackung zwischen einem nabenseitigen inneren Lamellensitz und einem gehäuseseitigen äußeren Lamellensitz axial belastbar geführt ist, und
- - zumindest ein Teilabschnitt des inneren Lamellensitzes den Gehäuseabschnitt des Planetenträgergehäuses erfasst, welcher die Koppelplaneten umgreift.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Differentialgetriebe zu schaffen, bei welchem die Koppellamellenpackung auf dem Bereich des größten Durchmessers auf dem Planetenträger sitzt und welches im Rahmen der Aktivierung der Kopplungseinrichtung das Umlaufgehäuse die an der Koppellamellenpackung angreifenden Axialkräfte aufnehmen kann.
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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 auf dieser Zylinderwandung fortsetzt.
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Die Koppellamellenpackung kann in vorteilhafter Weise derart aufgebaut sein, dass diese innere Koppellamellen, äußere Koppellamellen und eine Ringplatte umfasst, wobei die inneren Koppellamellen an dem inneren Lamellensitz axial verlagerbar und hierbei jedoch drehfest geführt sind, die äußeren Koppellamellen an dem äußeren Lamellensitz axial verlagerbar und wiederum und drehfest geführt sind und die Koppellamellenpackung sich über die Ringplatte an einer Schulter 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 die 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 das Axialniveau der Verzahnung zumindest eines der beiden Sonnenräder noch erfasst, d.h. die Axialposition zumindest einer Lamelle noch mit diesem Axialniveau überlappt. Die 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 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 Koppellamellenpackung auf das Planetenträgergehäuse aufgeschoben ist, erscheint diese Koppellamellenpackung als Lamellenring, 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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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. 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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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin ein erstes Axiallager vorgesehen, durch welches das Umlaufgehäuse axial abgestützt ist. Dieses erste Axiallager ist vorzugsweise als Zylinderrollenlager ausgeführt, dessen Zylinderrollen unmittelbar auf der Stirnfläche des ersten Lageraußenringes abrollen. Die Zylinderrollen selbst sind vorzugsweise in einer Käfigeinrichtung geführt. Die Käfigeinrichtung kann dabei so ausgebildet sein, dass diese eine Verliersicherung bildet, die als solche bei der Montage des Getriebes oder auch im Falle eines anderweitigen axialen Abwanderns des Umlaufgehäuses von dem Lageraußenring die Wälzkörper korrekt zusammenhält.
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Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Differentialgetriebe weiterhin derart ausgebildet, dass das erste Axiallager einen ersten Axiallagerlaufring umfasst, an welchem die Wälzkörper des ersten Axiallagers axial abgestützt sind. Dieser Axiallagerlaufring kann einen Rinnenquerschnitt bilden, dessen Bodenfläche eine sich radial erstreckende und axial tragende Wälzkörperlauffläche darstellt. In diesem Rinnenquerschnitt werden die Wälzkörper vorteilhaft radial und zudem verliersicher geführt.
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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 Koppellamellenpackung ist derart ausgebildet, dass sich zumindest ein Teil der Koppellamellen auf dem Axialniveau der Koppelplaneten befindet.
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Das erste Axiallager ist hierbei vorzugsweise ebenfalls derart gestaltet, dass der Laufbahndurchmesser des ersten Axiallagerlaufringes sich 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 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 Koppellamellenpackung aus mehreren, als Ringscheiben ausgebildeten und axial abfolgend aneinandergefügten Koppellamellen zusammensetzt. Diese Koppellamellen können als flache Stahlblechringscheiben ausgeführt sein, die ggf. mit einem Reibmaterialbelag beschichtet sind. Die Koppellamellenpackung kann dabei so aufgebaut werden, dass diese innere Koppellamellen umfasst, die über eine Innenumfangskontur drehfest, jedoch axial verschiebbar mit dem Planetenträgergehäuse kinematisch gekoppelt sind. Weiterhin umfasst die Koppellamellenpackung dann auch äußere Koppellamellen, 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 Koppellamellenpackung sitzt vorzugsweise in dem Topfelement und ist über eine in dem Umlaufgehäuse, insbesondere dem zweiten Deckelelement aufgenommene Mechanik zum axialen Zusammenpressen der Koppellamellenpackung axial belastbar. Diese Mechanik kann insbesondere eine Roll-Rampenmechanik umfassen.
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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 Koppellamellenpackung bewerkstelligt wird.
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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 als Abtriebssonnenrad ausgeführtes erstes Sonnenrad 1, ein als Abtriebssonnenrad ausgeführtes zweites Sonnenrad 2 und eine in dem Planetenträger 3 aufgenommene Planetenanordnung P zur gegensinnig drehbewegbaren Kopplung der beiden Sonnenräder 1, 2. In dem Differentialgetriebe befindet sich eine Kopplungseinrichtung K, die hier als Koppellamellenpackung BLP ausgeführt ist, zur Generierung eines den Planetenträger 3 mit dem Umlaufgehäuse U selektiv koppelnden Kopplungsmomentes nach Maßgabe einer an der Koppellamellenpackung BLP angreifenden Axialkraft.
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Das hier unter Einschluss des Planetenträgers 3, der Planetenanordnung P und der Sonnenräder 1, 2 gebildete Differentialgetriebe ist als Stirnraddifferential mit zwei Sonnenrädern 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 Koppellamellenpackung BLP angreifenden Axialkraft. Die Koppellamellenpackung 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 Koppellamellenpackung BLP die Antriebsverbindung zwischen dem Planetenträger 3 und dem Umlaufgehäuse U aufzuheben, bzw. durch axiale Belastung der Koppellamellenpackung BLP den Planetenträger 3 mit dem Umlaufgehäuse U reibschlüssig zu koppeln. Die Koppellamellenpackung BLP ist zwischen einem nabenseitigen inneren Lamellensitz LS1 und einem gehäuseseitigen äußeren Lamellensitz LS2 axial belastbar geführt.
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Der Planetenträger 3 ist derart aufgebaut, dass dieser ein Planetenträgergehäuse PG umfasst, das einen die Planetenanordnung 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 Koppellamellenpackung BLP über eine Ringplatte AR axial an einer Schulter US des Umlaufgehäuses U ab.
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Die Koppellamellenpackung BLP umfasst innere Koppellamellen LI, äußere Koppellamellen LA und eine Ringplatte AR, wobei die inneren Koppellamellen LI an dem inneren Lamellensitz LS1 axial geführt sind, die äußeren Koppellamellen LA an dem äußeren Lamellensitz axial geführt sind und die Koppellamellenpackung BLP über die Ringplatte 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 gemäß der Darstellung 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 Koppellamellenpackung BLP ist so abgestimmt, dass sich der äußere Lamellensitz LS2 auf einem Axialniveau erstreckt, welches mit dem Axialbereich der Planetenanordnung P zumindest teilweise überlappt.
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Die Koppelplaneten P1, P2 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 über ihren 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 Koppellamellenpackung BLP entspricht dem Außendurchmesser des Planetenträgers 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 erste Lagereinrichtung L1 bildet ein radial und axial tragendes Wälzlager und weist einen Lagerinnenring L1i und einen am Getriebegehäuse G festgelegten Lageraußenring L1a auf.
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Eine ggf. an dem Umlaufgehäuse U angreifende Axialkraft wird über ein erstes Axiallager AX1 abgeleitet, das sich an einer radialen Stirnfläche des ersten Lageraußenringes L1a der ersten als Wälzlager ausgeführten Lagereinrichtung L1 abstützt. Dieses erste Axiallager AX1 ist hier als Zylinderrollenlager ausgeführt. Die Zylinderrollen L1r des Zylinderrollenlagers rollen unmittelbar auf der Stirnfläche 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 und die parallel zur Getriebeachse X ausgerichtet sind. Die Kopplungseinrichtung K ist derart ausgebildet, dass sich die Koppellamellenpackung BLP noch teilweise auf dem Axialniveau der Koppelplaneten P1, P2 befindet.
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Bei dem erfindungsgemäßen Differentialgetriebe sind die Koppellamellenpackung BLP und der Planetenträger 3 derart aufeinander abgestimmt ausgebildet, dass die Koppellamellenpackung BLP auf dem Abschnitt des Planetenträgers 3 mit dem größten Außendurchmesser sitzt und dabei auch noch das Axialniveau zumindest eines der Sonnenräder - hier das Sonnenrad 2 - erfasst. Die an der Koppellamellenpackung BLP angreifende Axialkraft F wird unter Umgehung des Planetenträgergehäuses PG von dem Umlaufgehäuse U aufgenommen.
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Die Koppellamellenpackung BLP weist einen Satz erster ringartiger Koppellamellen LI auf, die über eine Innenrandkontur mit dem Planetenträger 3 axial verschiebbar, jedoch drehfest in Eingriff stehen. Die Koppellamellenpackung BLP weist einen Satz zweiter Koppellamellen LA auf, die über eine Außenrandkontur mit dem Umlaufgehäuse U axial verschiebbar, jedoch drehfest in Eingriff stehen. Diese Koppellamellen LI, LA sind als flache Stahlblechringscheiben ausgeführt und vorzugsweise mit einem Reibmaterialbelag beschichtet.
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Die axiale Abstützung der Koppellamellenpackung BLP an dem Umlaufgehäuse U erfolgt unter Einbindung einer Ringplatte AR, die sich auf der Schulter US des Umlaufgehäuses U abstützt. Der Planetenträger 3 und die Koppellamellenpackung BLP sind insgesamt so abgestimmt, dass der Innendurchmesser einer Koppellamelle 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 2 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 Sonnenrad 1 in Eingriff stehen. Diese mit dem ersten Sonnenrad 1 in Eingriff stehenden Koppelplaneten P1 bilden einen ersten Koppelplanetensatz. Weiterhin sind bei diesem Ausführungsbeispiel insgesamt drei Koppelplaneten P2 vorgesehen, die mit dem zweiten Sonnenrad 2 in Eingriff stehen. Diese mit dem zweiten Sonnenrad 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 Sonnenrad 1.
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Das erste Sonnenrad 1 und das zweite Sonnenrad 2 sind hinsichtlich der Verzahnungsgeometrie derart aufeinander abgestimmt, dass der Kopfkreis der Stirn-Sonnenradverzahnung 1a des ersten Sonnenrades 1 kleiner ist als der Fußkreis der Sonnenradverzahnung 2a des zweiten Sonnenrades 2. Die Koppelplaneten P1 des ersten Satzes greifen im Bereich der Verzahnungsebene des ersten Sonnenrades 1 in die Koppelplaneten P2 des zweiten Satzes ein. Die beiden Sonnenräder 1, 2 befinden sich damit in unmittelbarer Nachbarschaft.
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Die beiden Sonnenräder 1, 2 sind derart ausgebildet, dass die Sonnenradverzahnung 1a des ersten Sonnenrades 1 und die Sonnenradverzahnung 2a des zweiten Sonnenrades 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 übertragen. Über die in dem Planetenträgergehäuse PG aufgenommenen Koppelplaneten P1, P2 erfolgt eine symmetrische Momentenaufteilung und Leistungsverzweigung auf die Sonnenräder 1, 2. Die Sonnenräder 1, 2 weisen Sonnenradverzahnungen 1a, 2a auf. Die Sonnenräder 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 als Schrägkugellager ausgeführten Lagereinrichtungen L1, L2. Diese Lagereinrichtungen 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 das Antriebsrad 7 das Umlaufgehäuse U in Drehung versetzt. Dieses Umlaufgehäuse U ist konzentrisch zu einer Getriebeachse X angeordnet und über die Lagereinrichtungen L1, L2 drehbar im Getriebegehäuse G gelagert.
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Gemeinsam mit dem Umlaufgehäuse U werden auch die mit diesem drehfest gekoppelten Koppellamellenringe LA der Koppellamellenpackung BLP in Drehung versetzt. Die Koppellamellenpackung BLP gelangt bei Aktivierung der Stellmechanik 5 in einen Koppelungszustand. Die Stellmechanik 5 belastet bei diesem Ausführungsbeispiel die Koppellamellenpackung BLP durch den Druckring DR und den Anlagering AR nach Maßgabe der durch Rampenmechanik RK generierten Axialkraft. Die Koppellamellenpackung 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 Sonnenräder 1, 2.
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Das hier in dem Umlaufgehäuse U aufgenommene Umlaufrädergetriebe bildet, wie bereits ausgeführt, ein Stirnraddifferential. Das erste Sonnenrad 1 hat hierbei eine Verzahnung mit kleinem Kopfkreis. Das zweite Sonnenrad 2 hat eine Verzahnung mit großem Kopfkreis. Der Kopfkreisdurchmesser des ersten Sonnenrades 1 und der theoretische Fußkreis des zweiten Sonnenrades 2 entsprechen in etwa dem identischen Teilkreisdurchmesser. Beide Sonnenräder 1, 2 haben gleiche Zähnezahlen. Das erste Sonnenrad 1 steht mit den kurzen Koppelplaneten P1 in Eingriff, das zweite Sonnenrad 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 Sonnenrad 1. Die ersten Koppelplaneten P1 haben eine Axiallänge, die im Wesentlichen der Axiallänge der Sonnenradverzahnung 1a des ersten Sonnenrades 1 entspricht. Die zweiten Koppelplaneten P2 haben eine Axiallänge, die im Wesentlichen der Summe der Axiallängen der Sonnenradverzahnungen 1a, 2a beider Sonnenräder 1, 2 entspricht.
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Die zur Aktivierung der Rampenmechanik RK vorgesehene Betätigungsmechanik 5 umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel eine weitere Lamellenpackung BLP2, die entweder aktiv in einen Koppelzustand bringbar ist, oder die 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 Rampenmechanik RK stützt sich axial in dem Umlaufgehäuse U, insbesondere in dem zweiten Deckelelement U2 ab. Die Aktivierung der Rampenmechanik RK erfolgt über die zweite Koppellamellenpackung BLP2. Die Aktivierung der Rampenmechanik RK erfolgt durch Anheben des Übertragungsmomentes der zweiten Koppellamellenpackung BLP2. Dies erfolgt hier durch Ansteuerung einer Spuleneinrichtung HK. Bei Ansteuerung der Spuleneinrichtung HK wird über die Koppellamellenpackung BLP2 ein Drehmoment auf den axial profilierten Rampenträger RK1 übertragen. Der Rampenträger RK1 stützt sich axial über ein Axiallager AX2 an einem im Umlaufgehäuse U axial festgelegten Ring AXR ab.
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Der Rampenträger RK1 bildet eine axial profilierte Rampenstirnfläche. An dieser stützen sich Stützrollen axial ab. Die Stützrollen laufen auf einer planen Ringfläche eines axial verlagerbar geführten Vordruckringes VR. Dieser Vordruckring VR ist auf dem Planetenträger 3 axial verlagerbar geführt. Der Vordruckring VR stützt sich über ein drittes Axiallager AX3 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 Koppellamellenpackung BLP2 erfolgen. Die Reibungsphänomene treten z.B. bei einer konstruktiv vorgegebenen Relativgeschwindigkeit zwischen den Lamellen der zweiten Koppellamellenpackung auf und erzeugen ein entsprechendes Drehmoment.
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Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Aktuierung der zweiten Koppellamellenpackung über eine 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 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 2 und dem Außendurchmesser der Koppellamellenpackung BLP auf der axialen Höhe des zweiten Sonnenrades S2 entspricht. Die Rampenmechanik RK befindet sich axial zwischen der ersten und der zweiten Koppellamellenpackung BLP, BLP2.
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Die Einleitung der durch die Rampenmechanik generierten Axialkraft in den Druckring erfolgt auf einem Umfangsniveau, das kleiner ist als der Innendurchmesser der Lamellen der Koppellamellenpackung BLP. Der Druckring DR ist derart ausgebildet, dass durch diesen eine Endanschlagsfunktion bereitgestellt wird, die den maximalen axialen Stauchungsgrad der Koppellamellenpackung BLP begrenzt. Der Druckring DR ist im Umlaufgehäuse U axialverschiebbar, jedoch drehfest geführt. Die zur Führung der Koppellamellenpackung BLP herangezogene Innenverzahnung des Umlaufgehäuses U wird zur Führung des Druckringes DR verwendet.
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Die Einleitung der zur Betätigung der Koppellamellenpackung BLP erforderlichen Druckkraft erfolgt über das Axiallager AX3. Die Rampenmechanik sitzt damit axial zwischen dem zweiten Axiallager AX2 und dem dritten Axiallager AX3. Der Vordruckring VR ist auf dem Planetenträger 3 zentriert. Der Vordruckring 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 Vordruckringes VR mit dem Planetenträger 3 kann form- oder reibschlüssig erfolgen. Der gesamte zur Betätigung der Koppellamellenpackung BLP erforderliche Kraftfluss geht über das Umlaufgehäuse und hierbei am Planetenträger 3 vorbei. Die Axialposition der Koppellamellenpackung BLP ist derart auf die Axialposition der zweiten Koppelplaneten P2 abgestimmt, dass es hier zu einer axialen Überlappung OL 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 dem Umlauf um die Getriebeachse X durchlaufenen Bahnraumes umgreift. Die Koppellamellenpackung BLP befindet sich radial auf einem größeren Durchmesser als der äußere Kopfkreisdurchmesser des Differentials. Die Koppellamellenpackung BLP ist so angeordnet, dass axial wenigstens eine Lamelle derselben mit dem Differential überlappt. Der Kraftfluss der axialen Anpresskraft geht über die Koppellamellenpackung BLP auf das äußere Umlaufgehäuse U. Das Drehmoment der Koppellamellenpackung BLP greift am äußeren Differentialgehäusedurchmesser an.
