DE19540679C1 - Stirnraddifferential - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Stirnraddifferential, insbesondere für Kraftfahrzeu­ ge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiges Stirnraddifferential zeigt die DE 40 27 423 C2. Dabei wirken mehrere außenverzahnte und miteinander in Eingriff befindliche Planetenräder, die im Ausgleichsgehäuse aufgenommen sind, mit Abtriebsrädern zusammen, wobei die Abtriebsräder mit ringförmigen Abschnitten über Innenverzahnungen mit den Planetenrädern kämmen.

Ein derartiges Stirnraddifferential, insbesondere für Kraftfahrzeuge, ist hinsichtlich der übertragbaren Antriebsmomente günstiger als die vielfach bekannten Stirnraddifferentiale gemäß Fig. 1 der anliegenden Zeichnung, die sich im wesentlichen wie folgt zusammensetzen:
Ein Antriebselement, z. B. ein Tellerrad 14, treibt ein in einem nicht darge­ stellten Getriebegehäuse drehbar gelagertes Ausgleichsgehäuse 12 an. In dem Ausgleichsgehäuse 12 sind mehrere Planetenräder 16, 18 drehbar gelagert, die paarweise miteinander und mit außenverzahnten Abriebsrä­ dern 20, 22 in Eingriff sind. Die ebenfalls im Ausgleichsgehäuse 12 drehbar gelagerten Abtriebsräder 20, 22 sind beispielsweise über Steckverzahnun­ gen mit nicht dargestellten Antriebswellen für die angetriebenen Räder des Kraftfahrzeuges verbunden.

Wie die Fig. 1 der anliegenden Zeichnung zeigt, wird das übertragbare Drehmoment auf die Räder des Kraftfahrzeuges neben den Kriterien Zahnbreite, Geometrie, verwendeter Werkstoff, etc. wesentlich von dem mittleren Berührradius r₁ bestimmt, der somit in nicht unbeträchtlichem Maße die Kompaktheit des Differentiales bestimmt.

Dieser mittlere Berührradius r₁ kann bei dem Stirnraddifferential der gattungsgemäßen Art bei nahezu gleichen Abmessungen etwa doppelt so groß ausgebildet werden, wodurch entweder höhere Antriebsmomente übertragbar oder kleinere Bauabmessungen verwirklichbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Stirnraddifferential der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, das hinsichtlich seiner Bauteile einfacher und fertigungstechnisch günstiger ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Dementsprechend werden die Abtriebsräder bzw. deren innenverzahnte Abschnitte auf zumindest drei umfangsmäßig verteilten Planentenrädern zentriert bzw. frei gelagert. Dies ergibt einen optimalen Lastausgleich, wobei bei entsprechender Konstruktion der einzige Bearbeitungsvorgang in dem Herstellen der Verzahnung liegt. Diese könnte mit einer Räumnadel hergestellt werden, jedoch ist bei den geforderten Qualitätsanforderungen aufgrund der geringen Relativdrehzahlen eine spanlose Herstellung günstiger, z. B. im Sinterverfahren oder durch umgeformte Blechpreßteile. Dabei ist es vorteilhaft, daß die Abtriebsräder zweiteilig aus den ringförmigen Abschnitten mit der Innenverzahnung und aus Mitnehmerscheiben gebildet sind, die drehfest miteinander verbunden werden. Die Mitnehmerscheiben sind dabei zugleich Nabenabschnitte mit Steckverzahnungen zur Verbindung mit den Abtriebswellen.

Die zweiteilige Ausführung hat zudem den Vorteil, daß die ringförmigen Abschnitte der Abtriebsräder sich auf die drei Planetenräder einstellen können und eine gleichmäßige Linienlast aufweisen und somit nicht durch die Achse der Abtriebswellen in ihrer axialen Ausrichtung vorgeprägt sind. Die drehfeste, axial jedoch verschiebliche Verbindung der ringförmigen Abschnitte mit den Mitnehmerscheiben erlaubt größere Toleranzen zwischen den Achsen der Abtriebswellen und der Drehachse der Abtriebsräder.

Die Planentenräder können bevorzugt über deren Zahnkopfflächen unmit­ telbar im Ausgleichsgehäuse gelagert sein. Daraus resultiert eine sehr ge­ drungene Bauweise des Differentiales, insbesondere in Axialrichtung. Um dabei auf der einen Seite die Reibung zwischen den Planetenrädern und dem Ausgleichsgehäuse gering zu halten und den Verschleiß in den Bohrungen zu minimieren, können die Bohrungen mit Beschichtungen (z. B. aufgedampften Härte- bzw. Karbidbeschichtungen) versehen sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzel­ heiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein dem Stand der Technik entsprechendes Stirnraddifferential für ein Kraftfahrzeug in einem Teillängsschnitt entlang der Linie I-I der Fig. 2;

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 einen weiteren Querschnitt entsprechend Linie III-III der Fig. 1;

Fig. 4 ein Stirnraddifferential für ein Kraftfahrzeug mit Abtriebsrädern mit ei­ ner Innenverzahnung, in einem Längsschnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 5;

Fig. 5 einen Querschnitt gemäß Linie V-V der Fig. 4;

Fig. 6 einen weiteren Querschnitt entlang Linie VI-VI der Fig. 4; und

Fig. 7 ein Stirnraddifferential gemäß Fig. 4, jedoch mit einteiligen Abtriebsrädern.

Das in den Fig. 1-3 gezeigte Stirnraddifferential 10 entspricht dem üblichen Stand der Technik und setzt sich im wesentlichen aus einem in einem nicht dargestellten Getriebegehäuse drehbar gelagerten Ausgleichsgehäuse 12, einem Tellerrad 14 als Antriebselement, mehreren paarweise miteinander kämmenden Planetenrädern 16, 18 und aus mit Abtriebswellen 27, 28 verbundenen Abtriebsrädern 20, 22 zusammen.

Der Antriebsfluß verläuft vom Tellerrad 14 über das Ausgleichsgehäuse 12 und über die über Lagerzapfen 24, 26 im Ausgleichsgehäuse 12 drehbar gelagerten Planentenrädern 16, 18 auf die Abtriebsräder 20, 22 bzw. die Abtriebswellen 27, 28. Drehzahldifferenzen an den Abtriebsrädern 20, 22 werden z. B. vom Abtriebsrad 20 jeweils über die Planetenräder 16, 18 zum Abtriebsrad 22 ausgeglichen.

Ein wesentliches Kriterium des übertragbaren Antriebsmomentes resultiert aus dem wirksamen Berührradius r₁, der sich wie ersichtlich aus dem Teil­ kreisdurchmesser der außenverzahnten Abtriebsräder 20, 22 ergibt und der wesentlich die Kompaktheit des Differentiales bzw. dessen radiale Ausdeh­ nung bestimmt.

Das in den Fig. 4-6 dargestellte Stirnraddifferential 30 ist soweit nicht be­ schrieben funktionell und/oder baulich gleich und mit gleichen Bezugszei­ chen versehen.

Abweichend davon sind die Abtriebsräder 42, 44 jedoch mit ringförmigen Abschnitten 46, 48 mit durchgehenden Innenverzahnungen versehen, die radial außenliegend der durch die Planetenräder 36, 38 bei deren Umlauf gebildeten Hüllkreisfläche mit der korrespondierenden Außenverzahnung 36a bzw. 38a der Planetenräder 36, 38 kämmen. Daraus resultiert bei glei­ chen radialen Abmessungen des Ausgleichsgehäuses 32 ein nahezu ver­ doppelter Berührradius r₁ mit entsprechend größeren, übertragbaren An­ triebsmoment.

Die ringförmigen Abschnitte 46, 48 bzw. deren Innenverzahnungen greifen formschlüssig in entsprechende Außenverzahnungen von Mitnehmerschei­ ben 50, 52, an die zur Mitte des Ausgleichsgehäuses verlaufende Nabenab­ schnitte 54, 56 angeformt sind. Die Nabenabschnitte 54, 56 weisen eine formschlüssige Welle-Naben-Verbindung mit den Abtriebswellen 27, 28 zum Antrieb der Räder des Kraftfahrzeuges auf.

Die umfangsmäßig symmetrisch verteilten Planetenräder 36, 38 (im Ausfüh­ rungsbeispiel drei Paare, es sind bei hohen zu übertragenden Antriebsmo­ menten auch mehr Planetenräder einsetzbar) sind frei bzw. ohne die in Fig. 1 dargestellten Lagerzapfen 24, 26 innerhalb des Ausgleichsgehäuses 32 gelagert, wobei die zu Lagerflächen geschliffenen Zahnkopfflächen (nicht dargestellt) der Planetenräder 36, 38 in der mittleren Querschnittsebene ge­ mäß Fig. 5 in entsprechend ausgearbeiteten, ineinander im Verzahnungsbe­ reich verschnittenen Lagerbohrungen 58, 60 des Ausgleichsgehäuses 32 gelagert sind. Diese Lagerbohrungen können beschichtet sein, um einerseits die Reibung zu reduzieren, die eine gewisse Sperrwirkung erzeugt, und um den Verschleiß zu minimieren. Als Beschichtung wird bevorzugt eine karbidische Härteschicht aufgebracht.

Andererseits sind die ringförmigen Abschnitte 46, 48 der Abtriebsräder 42, 44 über ihre Innenverzahnungen frei auf den umfangsmäßig symmetrisch ver­ teilt angeordneten Planetenrädern 36, 38 bzw. deren Außenverzahnungen 36a, 38a abgestützt bzw. gelagert (vgl. auch Fig. 6).

Zur kostengünstigen Herstellung des beschriebenen Stirnraddifferentiales 30 sind unter anderem die ringförmigen Abschnitte 46, 48 der Abtriebsräder 42, 44 im Sinterverfahren hergestellt, wobei die dabei erzielbare geometri­ sche Genauigkeit einschließlich der Innenverzahnungen für die auftretenden Relativdrehzahlen im Ausgleichsbetrieb (z. B. beim Durchfahren des Kraft­ fahrzeuges von Kurven) ausreichen. Jedoch kann auch eine Herstellung der Abtriebsräder 42, 44 aus umgeformten Blechpreßteilen vorgenommen werden.

Die Planetenräder 36, 38 sind ebenfalls spanlos gefertigt, z. B. im Strangpreßverfahren oder in Umformtechnik aus Blechteilen; anschließend werden lediglich die Zahnkopfflächen auf Maß und Rundheit geschliffen, um eine einwandfreie Lagerung in den Lagerbohrungen 58, 60 des Ausgleichsgehäuses 32 sicherzustellen.

Das Ausgleichsgehäuse 32 schließlich kann aus Montagegründen quergeteilt und ggf. verschraubt oder verschweißt sein.

Das in der Fig. 7 dargestellte Stirnraddifferential 30 ist soweit nicht beschrieben gleich dem der Fig. 4. Abweichend davon sind jedoch die Abtriebsräder 42, 44 einteilig ausgebildet; d. h. eine Baueinheit mit den ringförmigen Mitnehmerscheiben 50, 52 und den Nabenabschnitten 54, 56. Die Abtriebsräder 42, 44 können dabei ebenfalls Sinterteile oder Blechpreßteile sein.

Sind die Verzahnungen zwischen den innenverzahnten Abtriebsrädern 42, 44 und den außenverzahnten Planetenrädern 36, 38 als Schrägverzah­ nungen ausgebildet, so kann aufgrund der auftretenden Axialkraftkompo­ nente zwischen Mitnehmerscheiben 50, 52 und den stirnseitigen Wänden des Ausgleichsgehäuses 32 eine gezielte Anpreßkraft bzw. Reibung erzeugt werden, die eine höhere definierte Sperrwirkung des beschriebenen Stirnraddifferentiales ergibt.

Claims (5)

1. Stirnraddifferential, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem ein Aus­ gleichsgehäuse antreibenden Antriebselement, mehreren außenverzahn­ ten und miteinander in Eingriff befindlichen Planentenrädern, die in dem Ausgleichsgehäuse aufgenommen sind und mit verzahnten Abtriebsrä­ dern zusammenwirken, wobei die Abtriebsräder (42, 44) mit ringförmigen Abschnitten (46, 48) über Innenverzahnungen mit den Planentenrädern (36, 38) kämmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebsräder (42, 44) auf jeweils zumindest drei umfangsmäßig verteilten Planentenrädern (36, 38) frei gelagert sind, daß die Abtriebsräder (42, 44) zumindest zweiteilig aus ringförmigen Abschnitten (46, 48) und Mitnehmerscheiben (50, 52) gebildet sind, die drehfest miteinander verbunden sind und daß die ringförmigen Abschnitte (46, 48) und die Mitnehmerscheiben (50, 52) über die jeweils durchgehende Innenverzahnung der ringförmigen Abschnitte (46, 48) miteinander gekuppelt sind.

2. Stirnraddifferential nach Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Abschnitte (46, 48) spanlos (z. B. im Sinterverfahren oder aus umgeformten Blechteilen) hergestellt sind.

3. Stirnraddifferential nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Mitnehmerscheiben (50, 52) Nabenabschnitte (54, 56) angeformt sind, die drehschlüssig mit den Abtriebswellen verbindbar sind.

4. Stirnraddifferential nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (36, 38) spanlos herge­ stellt, insbesondere stranggepreßt sind.

5. Stirnraddifferential nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbohrungen (58, 60) im Ausgleichsgehäuse (32) beschichtet sind.