DE10233110A1

DE10233110A1 - Differential

Info

Publication number: DE10233110A1
Application number: DE2002133110
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Herlitzek
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2002-07-20
Filing date: 2002-07-20
Publication date: 2004-01-29

Abstract

Es wird ein Differential in Planetenbauweise mit einem Planetentrieb für ein Fahrzeug mit über Verzahnungen in Eingriff stehenden Elementen zum Übertragen des zu übertragenden Momentes vorgeschlagen, wobei eine Selbstsperrung des Differentials ermöglicht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Differential in Planetenbauweise mit einem Planetentrieb für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der Fahrzeugtechnik sind Differentiale für Fahrzeuge bekannt. Beispielsweise kann ein Differential in Kegelradausführung verwendet werden. Bei dem Differential wird durch das zu übertragende Moment an der Rituzelverzahnung eine Axialkraft erzeugt, welche die miteinander kämmenden Ritzel auseinander treibt. Die Axialkraft wird dabei genutzt, um eine Relativbewegung zu verhindern und somit das Differential zu sperren.

Aus der DE 38 41 234 A1 ist ein Sperrdifferential bekannt. Das Sperrdifferential ist für den Einbau in einen Kraftübertragungusweg eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Das Sperrdifferential weist ein Differentialgehäuse auf, in dem ein Paar als Spiralkegelräder ausgebildete Achswellenräder angeordnet sind. Ferner sind eine Mehrzahl von als Spiralkegelräder ausgebildete Planetenräder vorgesehen, welche mit den Achswellenrädern kämmen und durch Wellenstücke eines Rotorsterns gelagert und in dem Gehäuse angeordnet sind. Ferner ist eine eine Reibungskraft erzeugende Einrichtung vorgesehen, durch die eine Differentialbewegung zwischen den jeweils mit den Achswellenrädern verbundenem Achswellen begrenzt wird.

Auf diese Weise wird ein Sperrdifferential vorgeschlagen, dass das am Planetenrad durch ein Differentialgehäuse wirkende Drehmoment aufnehmen kann, um dadurch die Vermin derung in der mechanischen Festigkeit der Zähne und einen abnormalen Abtrieb, welches auf den abnormalen Zahnkontakt zurückzuführen ist, zu verhindern. Die Zahnflanken weisen mit Bezug zum Zahn des Rchswellenrades auf der einen Seite eine konkave Gestalt und mit Bezug zum Zahn des Achswellenrades auf der anderen Seite eine konvexe Gestalt auf.

Bei den bekannten Differentialen ist insbesondere der erhebliche konstruktive Aufwand zur Realisierung der Sperrfunktion nachteilig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Differential der eingangs genannten Gattung vorzuschlagen, welches in Planetenbauweise einen möglichst einfachen Aufbau aufweist und dabei eine sichere Sperrfunktion realisiert.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Demnach wird ein erfindungsgemäßes Differential in Planetenbauweise mit einem Planetentrieb für ein Fahrzeug vorgeschlagen, welches als sogenanntes Selbstsperrdifferential ausgebildet ist. Die Selbstsperrung kann dabei sowohl an einzelnen Elementen des Planetentriebes als auch bei Komponenten des Differentials erfolgen. Das vorgeschlagene Differential zeichnet sich insbesondere durch eine kompakte und möglichst einfache Bauweise aus. Darüber hinaus wird mit dem selbstsperrenden Differential eine vorteilhafte sichere Betriebsweise zur Realisierung der Sperrfunktion ermöglicht.

Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das selbstsperrende Differential dadurch realisiert, dass die Elemente des Planetentriebes eine Schrägverzahnung aufweisen und wenn über ein schrägverzahntes Element ein Moment übertragen wird, kann auf Grund des jeweiligen Schrägungswinkel der Verzahnung eine Axialkraft erzeugt werden. Auf diese Weise können zwei mittels Schrägverzahnung in Eingriff stehende Elemente des Planetentriebes mittels Reibschluss und/oder Formschluss miteinander verspannt werden, sodass ein entsprechendes Sperrmoment zwischen den Elementen erzeugbar ist. Somit kann eine gewünschte Teil- oder Absolutsperrung des erfindungsgemäßen Differentials erreicht werden.

Vorzugsweise sind als Elemente des Planetentriebes zumindest ein Hohlrad, zumindest ein Steg, zumindest ein Planetenrad und zumindest ein Sonnenrad vorgesehen. Es ist auch möglich, dass weitere Elemente des Planetentriebes oder auch andere sonstige Elemente zum Übertragen des Momentes bei dem erfindungsgemäßen Differential vorgesehen sind.

Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei dem selbstsperrenden Differential gemäß der Erfindung der Antrieb über das Hohlrad und der Abtrieb über den Steg sowie über eine Welle erfolgt, wobei das Sonnenrad verschiebbar an der Welle vorgesehen ist. Es ist auch denkbar, dass die Welle und das Sonnenrad als eine verschiebbare Einheit ausgebildet sind.

Ferner können das Hohlrad und der Steg axial fixiert sein, wobei an dem Steg das Planetenrad vorgesehen ist. Der für die Sperrung erforderliche Reibschluss kann über zumin dest ein Reibelement ermöglicht werden, welches bevorzugt in axialer Richtung zwischen dem Sonnenrad und dem Steg vorgesehen ist, so dass sich durch die in Abhängigkeit des Schrägungswinkels der Schrägverzahnung anliegende Axialkraft der Steg über das Reibelement mit dem Sonnenrad verspannt.

Eine weitere Variante der vorliegenden Erfindung kann vorsehen, dass bei dem erfindungsgemäßen Differential der Antrieb über ein Stirnrad und der Abtrieb über den Steg sowie über die Welle erfolgt, wobei das Sonnenrad verschiebbar auf der Welle angeordnet ist. Es ist möglich, dass das Hohlrad axial verschiebbar in dem Stirnrad angeordnet ist, wobei an dem Steg Planetenräder vorgesehen sind. In axialer Richtung zwischen dem Sonnenrad und dem Steg kann wie bei der vorgenannten Ausgestaltung zumindest ein Reibelement vorgesehen sein. Zusätzlich kann bei dieser Ausgestaltung zwischen dem Hohlrad und dem Steg zumindest ein Lamellenpaket angeordnet sein, wobei, wenn das Stirnrad und der Steg axial fixiert sind, eine Axialkraft durch eine zwischen den Elementen vorgesehene Schrägverzahnung an dem Hohlrad angreift. Auf diese Weise kann die Axialkraft über das Lamellenpaket an Stirnrad und Steg wirken, wodurch ein Sperrmoment zur Selbstsperrung des Differentials erzeugt wird.

Bei der vorgenannten Ausgestaltung kann das Sonnenrad auf der Welle fixiert sein und eine Sonnenrad-Welleneinheit bilden. Für den Fall, dass bei dieser Ausgestaltung die Reibelemente nicht verwendet werden, kann die Sonnenrad-Welleneinheit auch durch andere Elemente axial fixiert sein. Beispielsweise können dafür Anlaufscheiben bzw. Gleitscheiben oder dergleichen verwendet werden.

Bei sämtlichen genannten Ausgestaltungen und Varianten kann das gewünschte Sperrmoment zur Selbstsperrung des Differentials durch die Anzahl der Reibflächen, durch die Anzahl der eingebrachten Bauteile, wie z. B. Federelemente oder dergleichen, welche durch Druck auf die Reibflächen ein ständiges Reibmomuent erzeugen, und/oder durch den vorgesehenen Schrägungswinkel bei der Verzahnung der jeweiligen Elemente des Planetentriebs bestimmt werden. Dies kann auch unabhängig voneinander erfolgen.

Bei dem erfindungsgemäßen Differential ist es auch denkbar, dass lediglich eine Drehrichtung gesperrt wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die für die jeweils nicht zu sperrende Drehrichtung verantwortlichen Reibflächen z. B. durch Gleitscheiben oder dergleichen ersetzt werden.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der hier vorgestellten Erfindung ist es möglich, dass zusätzlich zu den Reibelementen und/oder dem Lamellenpaket formschlüssige Verbindungselemente oder dergleichen verwendet werden. Es ist auch möglich, dass die Reibelemente und das Lamellenpaket durch die formschlüssigen Verbindungselemente ersetzt werden.

Wenn ein nahezu konstantes Sperrmoment erzeugt werden soll, kann im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass bevorzugt im Bereich der Reibelemente und/oder des Lamellenpaketes Federelemente oder dergleichen vorgesehen sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert.
In diesen stellen dar:
1 eine geschnittene Teilansicht einer ersten Ausführungsform eines selbstsperrenden Differentials gemäß der Erfindung und
2 eine geschnittene Teilansicht einer zweiten Ausführungsform eines selbstsperrenden Differentials gemäß der Erfindung.
In 1 ist eine erste mögliche Ausführungsform des selbstsperrenden Differentials gemäß der vorliegenden Erfindung in einer geschnittenen Teilansicht dargestellt.
Das selbstsperrende Differential in Planetenbauweise weist einen Planetentrieb mit über Verzahnungen in Eingriff stehenden Elementen zum Übertragen des zu übertragenden Momentes auf. Die Elemente des Planetentriebes sind mit einer Schrägverzahnung ausgerüstet, wobei in Abhängigkeit des Schrägungswinkels der jeweiligen Schrägverzahnung eine Axialkraft auftritt, so dass zwei Elemente mittels Reibschluss und/oder Formschluss miteinander verspannbar sind, so dass ein Sperrmoment zwischen den Elementen erzeugbar ist.
Als Elemente sind ein Hohlrad 1, ein Steg 2, Planetenräder 3 und ein Sonnenrad 4 vorgesehen. Der Antrieb erfolgt über das Hohlrad 1 und der Abtrieb erfolgt über den Steg 2 und über eine Welle 6, auf der das Sonnenrad 4 verschiebbar angeordnet ist.
Das Hohlrad 1 und der Steg 2 sind axial fixiert. An dem Steg 2 sind Planetenräder 3 vorgesehen. Zwischen dem Sonnenrad 4 und dem Steg 2 befinden sich in axialer Richtung zwei Reibelemente 5. Auf Grund der Schrägung und der Reibung in der Schrägverzahnung ergeben sich Axialkräfte, welche den Steg 2 mit dem Sonnenrad 4 über die Reibelemente 5 verspannen. Durch die Reibkraft zwischen diesen Elementen wird ein vorbestimmtes Sperrmoment bei dem erfindungsgemäßen Differential zur Selbstsperrung erzeugt.
Es ist möglich, dass nicht weiter dargestellte Federelemente zwischen dem Steg 2 und den Reibelementen 5 oder auch zwischen dem Sonnenrad 4 und den Reibelementen 5 vorgesehen sind, so das in vorteilhafter Weise ein konstantes Sperrmoment aufbringbar ist. Auf diese Weise kann auch eine Selbstsperrung ermöglicht werden, wenn der Planetentrieb mit seinen Elementen nicht schrägverzahnt ist.
In 2 werden gleiche Bauteile mit gleichen Bezugzeichen bezeichnet. 2 zeigt eine zweite mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen selbstsperrenden Differentials. Im Gegensatz zu der in 1 dargestellten Ausführungsform ist ein Hohlrad 7 axial verschiebbar in einem Stirnrad 9 angeordnet. Ferner ist zusätzlich ein Lamellenpaket 8 vorgesehen, dessen Innenlamellenträger 10 an dem Steg 2 und dessen Außenlamellenträger 11 an dem Stirnrad 9 angeordnet sind.
Wenn das Stirnrad 9 und der Steg 2 axial fixiert sind, können durch die Schrägverzahnung des Planetentriebes Axialkräfte insbesondere an dem Hohlrad 7 erzeugt werden, wobei sich diese Axialkräfte über das Lamellenpaket 8 an dem Stirnrad 9 abstützen.
Es ist auch bei dieser Ausführungsform denkbar, dass nicht weiter dargestellte Federelemente vorgesehen sind, die auf das Lamellenpaket 8 wirken, so dass zwischen dem Stirnrad 9, das radial mit dem Hohlrad 7 gekoppelt ist, und dem Steg 2 eine ständige Reibung gegeben ist, wodurch bei dem selbstsperrenden Differential ein kontinuierliches Sperrmoment in vorbestimmter Höhe erzeugt wird.
Bezugszeichen

1: Hohlrad
2: Steg
3: Planetenrad
4: Sonnenrad
5: Reibelemente
6: Welle
7: Hohlrad
8: Lamellenpaket
9: Stirnrad
10: Innenlamellenträger
11: Außenlamellenträger

Claims

Differential in Planetenbauweise mit einem Planetentrieb für ein Fahrzeug mit über Verzahnungen in Eingriff stehenden Elementen zum Übertragen des zu übertragenden Momentes, dadurch gekennzeichnet, dass es selbstsperrend ausgebildet ist.
Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente des Planetentriebes eine Schrägverzahnung aufweisen, wobei in Abhängigkeit des Schrägungswinkels der jeweiligen Schrägverzahnung eine Axialkraft auftritt, sodass zwei Elemente mittels Reibschluss und/oder Formschluss miteinander verspannbar sind, sodass ein Sperrmoment zwischen den Elementen erzeugbar ist.
Differential nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest als Elemente ein Hohlrad (1, 7), ein Steg (2), mindestens ein Planetenrad (3) und ein Sonnenrad (4) vorgesehen sind.
Differential nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb über das Hohlrad (1) und der Abtrieb über den Steg (2) sowie über eine Welle (6) erfolgt, auf der das Sonnenrad (4) verschiebbar angeordnet ist, dass das Hohlrad (1) und/oder der Steg (2) axial fixiert sind, wobei an dem Steg (2) mindestens das Planetenrad (3) vorgesehen ist, und dass in axialer Richtung zwischen dem Sonnenrad (4) und dem Steg (2) zumindest ein Reibelement (5) vorgesehen ist, sodass sich bei anlie gender Axialkraft der Steg (2) über das Reibelement (5) mit dem Sonnenrad verspannt.
Differential nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Steg (2) und dem Reibelement (5) und/oder zwischen dem Sonnenrad (4) und dem Reibelement (5) jeweils zumindest ein Federelement vorgesehen ist, sodass ein konstantes Sperrmoment erzeugbar ist.
Differential nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (6) und das Sonnenrad (4) als eine verschiebbare Einheit ausgebildet sind.
Differential nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Planetenrad (3) zumindest ein Doppelplanetenrad vorgesehen ist.
Differential nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb über ein Stirnrad (9) und der Abtrieb über den Steg (2) sowie über eine Welle (6) erfolgt, auf der das Sonnenrad (4) verschiebbar angeordnet ist, dass das Hohlrad (7) axial verschiebbar in dem Stirnrad (9) angeordnet ist, dass an dem Steg (2) mindestens ein Planetenrad (3) vorgesehen ist, dass in axialer Richtung zwischen dem Sonnenrad (4) und dem Steg (2) zumindest ein Reibelement (5) vorgesehen ist, dass zumindest ein Lamellenpaket (8) zwischen dem Hohlrad (7) und dem Steg (2) angeordnet ist, wobei, wenn das Stirnrad (9) und der Steg (2) axial fixiert sind, eine Axialkraft durch die Schrägverzahnung des Planetentriebes an dem Hohlrad (7) angreift, und wobei die Axialkraft über das Lamellenpaket (8) an dem Stirnrad (9) wirkt, wodurch ein Sperrmoment erzeugbar ist.
Differential nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenlamellenträger (10) jedes Lamellenpaketes (8) an dem Steg (2) und der Außenlamellenträger (11) jedes Lamellenpaketes (8) an dem Stirnrad (9) angeordnet ist.
Differential nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lamellenpaket (8) zumindest ein Federelement vorgesehen ist, sodass zwischen dem Stirnrad (9) bzw. dem Hohlrad (7) und dem Steg (2) durch die in dem Lamellenpaket (8) erzeugte Reibung ein kontinuierliches Sperrmoment erzeugbar ist.
Differential nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (4) auf der Welle (6) fixiert ist und eine Einheit bildet, welche axial mittels Anlauf- und/oder Gleitscheiben geführt ist.
Differential nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrmoment durch die Anzahl der Reibflächen der Reibelemente (5) bzw. der Lamellenpakete (8) und/oder der Anzahl der Federelemente und/oder durch den Schrägungswinkel der jeweiligen Verzahnungen des Planetentriebes einstellbar ist.
Differential nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibflächen der Reibelemente (5) bzw. der Lamellenpake to (8), welche die Sperrung einer vorbestimmten Drehrichtung ermöglichen, durch Gleitscheiben ersetzbar sind, sodass lediglich eine vorbestimmte Drehrichtung sperrbar ist.
Differential nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Reibelementen (5) und/oder den Lamellenpaketen (8) formschlüssige Verbindungselemente vorgesehen sind.
Differential nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelemente (5) und/oder die Lamellenpakete (8) durch formschlüssige Verbindungselemente ersetzbar sind.