DE19538016C2 - Differential mit parallelen Achsen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Differential mit parallelen Achsen, welches Sonnenräder und Planetenräder aufweist, die parallel zu den Sonnenrädern angeordnet sind.

Wie im US-Patent 5,194,054 offenbart, weist ein Differential mit parallelen Achsen für Fahrzeuge ein Gehäuse auf, das von einem Motor in Umdrehung versetzt wird, ein Paar Sonnen­ räder, die im Gehäuse und koaxial zu diesem drehbar aufge­ nommen sind, und wenigstens ein Paar (üblicherweise drei oder vier Paare) Planetenräder, die innerhalb des Gehäuses drehbar abgestützt und parallel zu den Sonnenrädern angeord­ net sind. Die Paare von Planetenrädern sind mit den Paaren von Sonnenrädern jeweils in Eingriff, und ebenso mit­ einander. Die Paare von Sonnenrädern sind mit Endabschnitten eines Paares koaxialer Ausgangswellen verbunden.

Im derart aufgebauten Differential sind Taschen (Aussparun­ gen oder Bohrungen), die sich parallel zur Achse des Gehäu­ ses erstrecken, in einem inneren Umfang des Gehäuses ausge­ bildet. Die Planetenräder sind jeweils in den Taschen aufge­ nommen. Zur Rotation des Differentials werden die Planeten­ räder mit den äußeren Umfangsflächen (obere Flächen der Zäh­ ne) gedreht, die in Kontakt mit den inneren Umfangsflächen der Taschen sind. Zu dieser Zeit wird, da jedes Planetenrad eine senkrechte Kraft zu seiner Achse von den Sonnenrädern und dem anderen Planetenrad empfängt, jedes Planetenrad ge­ dreht, während es die innere Umfangsfläche der Tasche teil­ weise kontaktiert. Aufgrund dieser Reibung wird die Drehmo­ mentübertragung vom Gehäuse auf die mit niedriger Geschwin­ digkeit drehenden Sonnenräder größer als diejenige der mit hoher Geschwindigkeit drehenden Sonnenräder.

Im oben erwähnten Differential wird, da die senkrechte Kraft auf die Achse nicht gleichmäßig auf jedes Planetenrad über seine gesamte Länge aufgebracht wird, jedes Planetenrad geringfügig in Richtung eines geringeren Spiels geneigt. Infolgedessen werden die Räder der Zähne, die an einem Ende eines jeden Planetenrades angeordnet sind, in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Tasche in einem sehr kleinen Kontaktbereich gebracht. Die Ränder der Zähne werden an der Grenzfläche zwischen den oberen Flächen der Zähne und den Endflächen der Zähne gebildet. Da jedes Planetenrad relativ zum Gehäuse in diesem Kontaktzustand gedreht wird, werden die Zähne des Planetenrades und die innere Umfangsfläche abgenutzt.

Das Ziel der Erfindung besteht deshalb darin, ein Differen­ tial mit parallelen Achsen zu schaffen, bei dem die Abnutzung der Planetenräder und die Abnutzung der inneren Umfangsflächen der Taschen eines Gehäuses minimiert werden können.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Differential mit parallelen Achsen geschaffen, welches umfaßt:

• (a) ein Gehäuse, das um eine Drehachse drehbar ist, wo­ bei das Gehäuse wenigstens ein Paar Taschen aufweist, die in einem inneren Umfang in gegenseitig benachbarter Beziehung ausgebildet sind und sich parallel zur Drehachse erstrecken, wobei eine innere Umfangsfläche einer jeden Tasche zylin­ drisch ist;
• (b) ein Paar Sonnenräder, die sich indirekt miteinander in Eingriff befinden und im Gehäuse drehbar aufgenommen und koaxial zum Gehäuse angeordnet sind, wobei jeweils ein Son­ nenrad des Paares Sonnenräder mit einem Endabschnitt einer Ausgangswelle eines Paares koaxialer Ausgangswellen verbun­ den ist;
• (c) wenigstens ein Paar Planetenräder, die im Taschen­ paar des Gehäuses aufgenommen und parallel zur Drehachse des Gehäuses angeordnet sind, wobei das Paar Planetenräder in Eingriff mit dem Paar Sonnenräder und ebenso in Eingriff miteinander ist, wobei die Planetenräder relativ zum Gehäuse gedreht werden, wobei die obere Fläche der Zähne der Planetenräder in Kontakt mit den inneren Umfangsflächen der Taschen sind; und
• (d) Endabschnitte der Zähne, die auf gegenüberliegenden Endbereichen eines jeden Planetenrades angeordnet sind, wobei ihre Höhe in Richtung der Enden des Planetenrades derart graduell verringert ist, und daß die oberen Flächen der Endabschnitte der Zähne, die an gegenüberliegenden End­ bereichen eines jeden Planetenrades angeordnet sind, gering­ fügig geneigte, konvex gekrümmte Flächen sind und als Kontaktflächen vorgesehen sind, die in Kontakt mit den inneren Umfangsflächen der Taschen gebracht werden, wenn die Planetenräder geringfügig geneigt sind.

Das US-Patent 5 346 443 offenbart ein Stirnraddifferential, bei dem zur Vermeidung von Zahneckenkontakten zwischen den sich kämmenden Zahnrädern bei einer Schiefstellung eines der Zahnräder die Zahnstirnenden abgeschrägt sind. Dieses be­ kannte Differential legt dem Fachmann das erfindungsgemäße Differential jedoch nicht nahe, weil die abgeschrägten Zahn­ stirnenden des bekannten Differentials aufgrund ihrer rage nicht als Kontaktflächen dienen, welche in Kontakt mit den inneren Umfangsflächen der Taschen gebracht werden können, wenn die Planetenräder geringfügig geneigt sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt eines Differentials für Fahr­ zeuge gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II von Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines allgemeinen Aufbaus eines wichtigen Ab­ schnitts des Differentials. In dieser Figur ist das Gehäuse weggelassen und le­ diglich ein Paar Planetenräder gezeigt,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Planetenrades, in welcher Merkmale seiner Form und die End­ abschnitte in einer übertriebenen Weise gezeigt sind,

Fig. 5 eine Darstellung einer imaginären aus­ geschnittenen Linie, welche die Form der oberen Flächen der Zähne des Planeten­ rades bestimmt, und

Fig. 6 eine vergrößerte Schnittdarstellung der Form der Endabschnitte der Zähne des Pla­ netenrades.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Fig. 1 bis 6 beschrieben.

Wie aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlich, weist ein Differen­ tial mit parallelen Achsen für Fahrzeuge ein Gehäuse 10 auf. Dieses Gehäuse 10 enthält einen Buchsenbereich 11, eine End­ wand 12, welche mit einem Ende des Buchsenbereiches 11 ein­ stückig ausgebildet ist, und einen Verschluß 13 zum Ab­ schließen einer Öffnung am anderen Ende des Buchsenbereiches 11. An der Endwand 12 und dem Verschluß 13 des Gehäuses 10 sind Achsschenkelbereiche 12a bzw. 13a ausgebildet. Das Gehäuse 10 ist um eine Achse L durch die Achsschenkel­ bereiche 12a und 13a drehbar abgestützt, die auf Lagern getragen werden. Ein Flanschbereich 15 ist auf dem oben erwähnten einen Ende des Buchsenbereiches 11 des Gehäuses 10 ausgebildet. Ein (nicht gezeigtes) Ringzahnrad ist an diesem Flanschbereich 15 befestigt. Das Gehäuse 10 nimmt ein Antriebsdrehmoment vom Motor durch das Ringzahnrad und ein Zahnrad auf, das mit dem Ringzahnrad in Eingriff ist.

Innerhalb des Gehäuses 10 und koaxial zu diesem ist ein Paar zylindrischer Sonnenräder 20 drehbar aufgenommen. Die Son­ nenräder 20 haben an ihren äußeren Umfängen jeweils eine schraubenförmige Verzahnung 21. Die schraubenförmigen Ver­ zahnungen 21 des Paares Sonnenräder 20 sind zueinander be­ züglich des Schraubenwinkels gleich. Die Schraubrichtung der schraubenförmigen Verzahnung 21 des Paares Sonnenräder 20 kann in umgekehrter oder in gleicher Richtung angeordnet werden.

Ein Paar Achsen 30 (Ausgangswellen) erstrecken sich durch die Achsschenkelbereiche 12a und 13a hindurch, wobei ihre Endabschnitte jeweils mit einer Keilverbindung mit Keilab­ schnitten 22 des Paares Sonnenräder 20 verbunden sind.

In der inneren Umfangsfläche des Buchsenbereiches 11 des Gehäuses 10 sind drei Paare von Taschen 11a in gleichen Abständen in Umfangsrichtung ausgebildet. Die gepaarten Taschen 11a sind zueinander benachbart angeordnet. Eine innere Umfangsfläche einer jeden Tasche 11a ist zylindrisch. In den Taschenpaaren 11a sind jeweils Planetenradpaare 40 drehbar aufgenommen. Die Planetenräder 40 sind zur Achse L des Gehäuses 10 parallel ausgerichtet. Jedes Planetenrad 40 hat einen langen ersten Abschnitt 40a und einen zweiten kurzen Abschnitt 40b an seinen gegenüberliegenden Enden. An den äußeren Umfängen der ersten und zweiten Abschnitte 40a bzw. 40b sind Schraubenverzahnungen 41 ausgebildet.

Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich, ist der erste Ab­ schnitt 40a von einem der Planetenräder 40 mit einem der Sonnenräder 20 in Eingriff, und ebenso mit dem zweiten Ab­ schnitt 40b des anderen Planetenrades 40. In gleicher Weise ist der erste Abschnitt 40a des anderen Planetenrades 40 mit dem anderen Sonnenrad 20 und auch mit dem zweiten Abschnitt 40b des oben erwähnten einen Planetenrades 40 in Eingriff.

Zwischen der Endwand 12 des Gehäuses 10 und einem der Son­ nenräder 20, zwischen dem Paar Sonnenräder 20 und zwischen dem anderen Sonnenrad 20 und dem Verschluß 13 des Gehäuses 10 sind jeweils Sicherungsscheiben 50 angeordnet.

Die oben erwähnte Konstruktion ist grundsätzlich die gleiche wie diejenige des üblichen Differentials mit parallelen Achsen für Fahrzeuge. Wie aus Fig. 4 in einer übertriebenen Weise gezeigt, sind obere Flächen 43 der Endabschnitte der Schraubenverzahnung 41, die sich auf gegenüberliegenden End­ bereichen des Planetenrades 40 befinden, auf imaginären, konvex gekrümmten Oberflächen S₂ angeordnet, wogegen obere Flächen 42 der anderen Teile der Schraubenverzahnung 41 auf einer imaginären zylindrischen Oberfläche S₁ angeordnet sind. Die Enden der oberen Flächen 43 der Schraubenverzahnung 41 kreuzen mit den Endflächen 44, die 45° geneigt sind, und Ränder 45 sind jeweils in ihren Grenzbereichen ausgebildet.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, werden die imaginäre zylindri­ sche Oberfläche S₁ und zwei imaginäre, konvex gekrümmte Ober­ flächen S₂ durch Drehen einer imaginären geraden Linie L₁ und imaginärer, gekrümmter Linien L₂ um eine Achse L₀ des Planetenrades 40 erhalten. Die imaginäre gerade Linie L₁ ist parallel zur Achse L₀ des Planetenrades 40 angeordnet, und die imaginären, gekrümmten Linien L₂ sind mit gegenüber­ liegenden Enden der imaginären geraden Linie L₁ verbunden. Die imaginären, gekrümmten Linien L₂ sind koplanar mit der Achse L₀ und der imaginären geraden Linie L₁. Jede imaginäre, gekrümmte Linie L₂ ist aus einem Teil eines Kreises oder ei­ nem Teil einer Ellipse gebildet.

Ein Krümmungsradius von jeder imaginären gekrümmten Linie L₁ ist viel größer als ein Radius des Planetenrades 40, d. h. von einigen Dutzend Malen bis ungefähr 200 Dutzend Malen. Die imaginäre gerade Linie L₁ erstreckt sich in tangentialer Richtung der imaginären gekrümmten Linie L₂ bei Verbindungspunkten P zwischen den imaginären gekrümmten Linien L₂ und der imaginären geraden Linie L₁. Infolgedessen ist, wie am besten aus Fig. 6 ersichtlich, die obere Fläche 43 von einem Endabschnitt der Schraubenverzahnung 41 weich mit den oberen Flächen 42 der anderen Teile derart verbunden, daß die oberen Flächen 43 leicht nach außen konvex gekrümmt sind. Die Höhe H des Endabschnittes der Schraubenverzahnung 41 ist graduell in Richtung des Randes 45 des Planetenrades 40 reduziert.

Die Form des Endabschnittes der Schraubenverzahnung 41 wird mittels konkreter numerischer Werte beschrieben, wobei auf Fig. 6 Bezug genommen wird. Unter der Annahme, daß der Durchmesser des Planetenrades 40 2 cm bis 3 cm beträgt, ist die Höhe der Schraubenverzahnung 41 3 mm bis 4 mm, und eine axiale Länge Lx des Endabschnittes der Schraubenverzahnung 41 mit der konvex gekrümmten oberen Fläche 43 beträgt 5 mm bis 10 mm, wobei der reduzierte Abschnitt ΔH der Höhe beim Rand 45 nur 0,05 mm bis 0,10 mm beträgt.

In dem derart ausgebildeten Differential empfängt jedes Pla­ netenrad 40, wenn das Gehäuse 10 in Umdrehungsrichtung ange­ trieben ist, eine senkrechte Kraft zur Achse L₀, da es mit dem Sonnenrad 20 und dem anderen Planetenrad 40 in Eingriff ist. Zu dieser Zeit wird das Planetenrad 40 geringfügig relativ zur Tasche 11a bis zu einem kleineren Spiel geneigt. Zu dieser Zeit ist, anders als bei der üblichen Vorrichtung, der Rand 45 des Planetenrades 40 nicht in Kontakt mit der inneren Umfangsoberfläche der Tasche 11a, und die oberen Flächen 43 der Schraubenverzahnungen 41, die auf den gegen­ überliegenden Endabschnitten des Planetenrades 40 angeordnet sind, werden mit der inneren Umfangsfläche der Tasche 11a in Kontakt gebracht. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Höhe H des Endabschnittes der Schraubenverzahnung 41 graduell verringert ist und die obere Fläche 43 geringfügig konvex gekrümmt ist. Da eine Kontaktfläche zwischen den oberen Flächen 43 und der inneren Umfangsfläche der Tasche 11a viel größer ist im Vergleich zu demjenigen Fall, in welchem die Ränder 45 in Kontakt mit der inneren Umfangs­ fläche der Tasche 11a gebracht werden, kann der Kontaktdruck reduziert werden. Infolgedessen kann die Abnutzung der inneren Umfangsfläche der Tasche 11a und die Abnutzung des Planetenrades 40 minimiert werden, wenn das Planetenrad 40 relativ zum Gehäuse 10 gedreht wird.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt und kann in vielerlei Hinsicht verändert werden. Die Endfläche der Schraubenverzahnung, welche die obere Fläche der Schraubenverzahnung kreuzt, kann senkrecht zur Achse des Planetenrades anstelle von 45° geneigt sein.

Claims (4)

1. Differential mit parallelen Achsen, welches umfaßt:

• (a) ein Gehäuse (10), das um eine Drehachse drehbar ist, wobei das Gehäuse wenigstens ein Paar Taschen (11a) auf­ weist, die in einem inneren Umfang gegenseitig benachbart ausgebildet sind und sich parallel zur Drehachse erstrecken, wobei eine innere Umfangsfläche einer jeden Tasche zylin­ drisch ist,
• (b) ein Paar Sonnenräder (20), die sich indirekt miteinander in Eingriff befinden und drehbar im Gehäuse aufgenommen und koaxial zum Gehäuse angeordnet sind, wobei jeweils ein Son­ nenrad des Paares Sonnenräder mit einem Endabschnitt einer Ausgangswelle eines Paares koaxialer Ausgangswellen (30) verbunden ist,
• (c) wenigstens ein Paar Planetenräder (40), die in dem Taschenpaar des Gehäuses aufgenommen und parallel zur Dreh­ achse des Gehäuses angeordnet sind, wobei das Paar Planeten­ räder in Eingriff mit dem Paar Sonnenräder und auch mit­ einander ein Eingriff ist, wobei die Planetenräder relativ zum Gehäuse mit oberen Flächen von Zähnen (41) der Planeten­ räder drehbar sind, die in Kontakt mit den inneren Umfangs­ fläche der Taschen sind, dadurch gekennzeichnet, daß Endab­ schnitte der Zähne (41), die auf gegenüberliegenden Endab­ schnitten eines jeden Planetenrades (40) angeordnet sind, hinsichtlich ihrer Höhe in Richtung der Enden des Planeten­ rades derart graduell verringert sind, daß obere Flächen (43) der Endabschnitte der Zähne, die an den gegenüber­ liegenden Endabschnitten jedes Planetenrades angeordnet sind, aus konvex gekrümmten Flächen mit geringer Neigung bestehen und als Kontaktflächen vorgesehen sind, welche in Kontakt mit den inneren Umfangsflächen der Taschen (11a) gebracht werden, wenn die Planetenräder geringfügig geneigt sind.

2. Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn man sich eine imaginäre zylindrische Oberfläche (S₁) und imaginäre, konvex gekrümmte Oberflächen (S₂) vor­ stellt, die mit ihren gegenüberliegenden Enden verbunden sind, die oberen Flächen (43) der Endabschnitte der Zähne (41) auf imaginären, konvex gekrümmten Oberflächen liegen, wogegen sich obere Flächen (42) anderer Teile der Zähne auf der imaginären zylindrischen Oberfläche befinden, wobei die imaginäre zylindrische Oberfläche und die imaginären, konvex gekrümmten Oberflächen durch Drehen einer imaginären geraden Linie (L₁) und imaginärer gekrümmter Linien (L₂) um eine Achse (L₀) des Planetenrades (40) erhalten werden, wobei die imaginäre gerade Linie parallel zur Achse des Planetenrades angeordnet ist, wobei die imaginären gekrümmten Linien mit gegenüberliegenden Enden der imaginären geraden Linie ver­ bunden sind.

3. Differential nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die imaginäre gerade Linie (L₁) in tangentialer Richtung einer jeden imaginären gekrümmten Linie (L₂) bei einem Verbindungspunkt (P) zwischen jeder imaginären gekrümmten Linie und der imaginären geraden Linie erstreckt, wobei ein Krümmungsradius einer jeden imaginären gekrümmten Linie viel größer ist als ein Radius eines jeden Planetenrades (40).

4. Differential nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede imaginäre gekrümmte Linie (L₂) Teil eines Kreises ist.