DE19713976C2 - Differential - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Differential gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein derartiges Differential, das z. B. in der DE 195 26 068 A1, der US 5,122,101 oder der WO 94/27063 offenbart ist, umfaßt ein Paar Sonnenräder und mindestens ein Paar Planetenräder, die in einem Gehäuse drehbar aufgenommen sind. Gegenüberliegende End­ flächen der Sonnenräder werden als Reibungskontaktflächen zur Verfügung gestellt. Wenn beim Differentialbetrieb ein Reibungs­ widerstand zwischen den Sonnenrädern und dem Gehäuse oder zwi­ schen den Sonnenrädern erzeugt wird, wirkt als Folge aufgrund dieses Reibungswiderstandes ein Drehmoment (im folgenden mit "Reibungsdrehmoment" bezeichnet). Dadurch wird ein Drehmoment mit unterschiedlichen Größen auf das Paar Sonnenräder übertragen. Das Verhältnis der Drehmomente, die auf das Paar Sonnenräder zu übertragen ist, wird im folgenden als "Traktionsverhältnis" bezeichnet.

Übrigens ist es bei dem Differential erforderlich, das Trakti­ onsverhältnis zu vergrößern. Um diese Anforderung zu erfüllen, offenbart die japanische Offenlegungsschrift der Gebrauchs­ musteranmeldung Nr. 123250/1986 ein Differential, bei dem mehrere Reibungsscheiben zwischen dem Paar Sonnenräder und/oder zwischen dem Paar Sonnenräder und einem Gehäuse angeordnet sind.

Wenn jedoch die Anzahl der Reibungsscheiben wächst, nimmt die Zahl der Teile um dieses Ausmaß zu und als Folge steigen die Herstellungskosten.

Die DE 195 26 068 A1 zeigt ein Differential gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei dem in der DE 195 26 068 A1 gezeigten Differential ist der Außendurchmesser der Reibungskontaktfläche an dem Absatz 26 durch den Durchmesser der Sonnenräder beschränkt. Es ist daher nicht möglich, ohne erheblichen konstruktiven Aufwand den Außendurchmesser der Reibungskontaktfläche und damit das Traktionsverhältn­ is zu vergrößern.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dif­ ferential zur Verfügung zu stellen, bei dem das Traktionsverh­ ältnis mit verhältnismäßig geringem konstruktiven Aufwand und einer kleinen Anzahl an Bauteilen vergrößert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Das Differential gemäß Anspruch 1 weist Sonnenräder auf, die an einem axial äußeren Endabschnitt mit einem ringförmigen Flansch ausgebildet sind, der einen größeren Außendurchmesser als die Zahnabschnitte der Sonnenräder aufweist. Die Flansche liegen axial außerhalb der Endflächen der Planetenräder. Daher kann der Außendurchmesser der Reibungskontaktflächen ohne irgendeine Be­ schränkung durch die Planetenräder vergrößert werden. Mit anderen Worten, kann der Flansch in axialer Richtung gesehen (d. h. in radialer Richtung), teilweise mit den Planetenrädern überlappen, weil er an einer Stelle ausgebildet ist, die axial außerhalb von Endflächen der Planetenrädern liegt.

Die EP 0 408 173 A1 offenbart in Fig. 8 ein Differential, bei dem die Planetenräder senkrecht zu den Sonnenrädern angeordnet sind. Die Sonnenräder weisen neben dem Zahnabschnitt einen weiteren Abschnitt größeren Durchmessers auf, um Platz für einen Keilab­ schnitt größeren Durchmessers zur Verfügung zu stellen.

Die Zusammenfassung der JP 08004885 A zeigt ein Differential, bei dem ein Flansch an einem Sonnenrand vorgesehen ist. Die Endfläche des Planetenrads, die auf der Seite des Sonnenrads mit dem Flansch liegt, ist mit einer Zwischenwand des Gehäuses in Kon­ takt.

Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Differentials gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird jetzt mit Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Ein Differential gemäß der vorliegenden Erfindung wird z. B. für Fahrzeuge eingesetzt. Das Differential umfaßt ein Gehäuse 10, das drehbar um eine Achse L angetrieben wird. Das Gehäuse 10 weist einen Gehäusekörper 10A und ein Deckelteil 10B auf. Der Gehäusekörper 10A hat einen Rohrabschnitt 11 und eine Seitenwand 12, die an einem Ende (rechts in Fig. 1) davon ausgebildet ist. Das Deckelteil 10B schließt eine bzw. die Öffnung an dem anderen Ende (links in Fig. 1) des Rohrabschnitts 11 und dient als die andere Seiten­ wand des Gehäuses 10.

Der Deckel 10B und die Seitenwand 12 sind in ihrer Mitte mit hülsenartigen Lagerabschnitten 13 bzw. 14 ausgebildet. In diesen Lagerabschnitten 13, 14 sind Endabschnitte eines Paar koaxialer Abtriebswellen 20L bzw. 20R durch nicht gezeigte Lager drehbar gelagert.

Ein Paar Sonnenräder 30L, 30R sind in dem Gehäuse 10 aufgenommen. Die Sonnenräder 30L, 30R haben einen im großen und ganzen zylinderförmigen Aufbau. Keilabschnitte 31 sind jeweils an inneren Umfangsflächen der zylinderförmigen Sonnenräder 30L, 30R ausgebildet. Diese Keilabschnitte 31 sind mit den Endabschnitten der beiden Abtriebswellen 20L, 20R keilverbunden. Infolge dieser Anordnung sind die Sonnenräder 30L, 30R bezüglich des Gehäuses 10 drehbar und leicht in axialer Richtung beweglich, wobei ihre Achsen mit der Achse L des Gehäuses 10 übereinstimmen.

Zahnabschnitte 32 mit Schrägverzahnungen unterschiedlicher Schrägungsrichtung sind an äußeren Umfängen der beiden Sonnen­ räder 30L, 30R ausgebildet. Diese Zahnabschnitte 32 nehmen vorzugsweise ungefähr die Hälfte des Außenumfangs der Sonnenräder 30L, 30R ein. Besonders bevorzugt nehmen sie die in axialer Richtung inneren Hälften des äußeren Umfangs der Sonnenräder 30L, 30R ein. Eine in axialer Richtung äußere Endfläche 33 und eine in axialer Richtung innere Endfläche 34 jedes Sonnenrads 30L, 30R werden als Reibungskontaktflächen mit den im folgenden im Detail beschriebenen Funktionen zur Verfügung gestellt.

Mindestens ein Paar (gewöhnlich drei oder vier Paare) Plane­ tenräder 40 (nur eins ist gezeigt) sind um die Sonnenräder 30L, 30R herum innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet. Diese Planeten­ räder 40 sind bezüglich des Gehäuses 10 drehbar gelagert, wobei ihre Achsen parallel zu der Achse L des Gehäuses 10 liegen.

Die Planetenräder 40 sind länger als jedes der Sonnenräder 30L, 30R. Ein axialer langer Zahnabschnitt 41 (erster Zahnabschnitt) ist an einem Ende jedes Planetenrads 40 angeordnet, während ein axialer kurzer Zahnabschnitt 42 (zweiter Zahnabschnitt) an dem anderen Ende davon angeordnet ist. Jedes Planetenrad 40 weist ferner einen Halsabschnitt 43 mit einem verminderten Durchmesser auf, der zwischen dem ersten Zahnabschnitt 41 und dem zweiten Zahnabschnitt 42 angeordnet ist. Der erste und der zweite Zahnabschnitt 41 bzw. 42 weist jeweils eine Schrägverzahnung auf.

Das dargestellte Planetenrad 40 ist derart angeordnet, daß der lange Zahnabschnitt 41 nach links und der kurze Zahnabschnitt 42 nach rechts zeigt. Eine rechte Hälfte des langen Zahnabschnitts 41 ist mit dem Zahnabschnitt 32 des linken Sonnenrads 30L im Eingriff. Das nicht dargestellte andere Planetenrad, das dem dargestellten Planetenrad 40 in einer Richtung senkrecht zu der Zeichenebene benachbart ist und ein Paar mit dem dargestellten Planetenrad 40 bildet, ist in einer dazu entgegengesetzten Richtung angeordnet, wobei die linke Hälfte seines langen Zahnabschnitts mit dem Zahnabschnitt 32 des rechten Sonnenrads 30R im Eingriff ist.

Die linke Hälfte des langen Zahnabschnitts 41 des dargestellten Planetenrads 40 ist mit dem kurzen Zahnabschnitt des anderen Planetenrads, das nicht dargestellt ist, im Eingriff, während der kurze Zahnabschnitt 42 des dargestellten Planetenrads 40 mit der rechten Hälfte des langen Zahnabschnitts des anderen Planetenrads im Eingriff ist.

Der oben beschriebene Aufbau ist ähnlich zu den herkömmlichen Differentialen, die in der oben erwähnten US 5,122,101 und der WO 94/27063 offenbart sind.

Eine Druckscheibe 50 ist zwischen dem linken Sonnenrad 30L und dem rechten Sonnenrad 30R angeordnet. Die Druckscheibe 50 ist bezüglich des Gehäuses 10 infolge eines nicht gezeigten Vor­ sprungs drehfest angeordnet, der an einem Außenumfang der Druck­ scheibe 50 ausgebildet ist, der zwischen das Paar Planetenräder 40 eindringt.

Die wesentlichen Teile der vorliegenden Erfindung werden jetzt beschrieben. Das Paar Sonnenräder 30L, 30R sind im Vergleich zu dem herkömmlichen Differential lang. Ein axial äußerer End­ abschnitt jedes Sonnenrads 30L, 30R steht in axialer Richtung nach außen von der Endfläche des Planetenrads 40 vor. Ein ringförmiger Flansch 35 ist an dem axial äußeren Endabschnitt jedes Sonnenrads 30L, 30R ausgebildet. Ein äußerer Durchmesser bzw. der Außendurchmesser dieses Flansches 35 ist größer als der des Zahnabschnitts 32. Der Flansch 35 ist in einer Stellung angeordnet, die in axialer Richtung von dem Zahnabschnitt 32 entfernt ist. Ein Halsabschnitt 36 mit einem kleineren Durch­ messer als der Zahnabschnitt 32 ist zwischen dem Zahnabschnitt 32 und dem Flanschabschnitt 35 ausgebildet.

Die Flansche 35 der Sonnenräder 30L, 30R sind in axialer Richtung außerhalb der Endflächen der Planetenräder 40 angeordnet. Insbesondere sind die Endflächen der Planetenräder 40 in Kontakt mit einer Innenfläche des Deckteils 10B bzw. einer Innenfläche der Seitenwand 12 des Gehäuses 10. Die Flansche 35 sind in einer Aussparung 15, die in der Innenfläche des Deckelelements 10B ausgebildet ist, bzw. in einer Aussparung 16 aufgenommen, die in einer Innenfläche der Seitenwand 12 des Gehäuses 10 ausgebildet ist.

Die axiale Lage des kurzen Zahnabschnitts 42 des dargestellten Planetenrads 40 stimmt im großen und ganzen mit dem Halsabschnitt 36 des rechten Sonnenrads 30R überein. Dieser kurze Zahnabschnitt 42 dringt zum Teil zwischen den Zahnabschnitt 32 und dem Flansch 35 ein. Deshalb überlappen in axialer Richtung gesehen die Zahnabschnitte 41, 42 des Planetenrads 40 teilweise nicht nur mit dem Zahnabschnitten 32 der Sonnenräder 30L, 30R, sondern auch mit den Flanschen 35. Der kurze Zahnabschnitt des nicht dargestellten Planetenrads stimmt auf ähnliche Weise im großen und ganzen in der axialen Lage mit dem Halsabschnitt 36 des linken Sonnenrads 30L überein.

Die Seitenflächen der Flansche 35 werden als Reibungskontakt­ flächen 33 der Sonnenräder 30L, 30R zur Verfügung gestellt. Jeder Flansch 35 hat die Aufgabe, den Außendurchmesser der Reibungs­ kontaktfläche 33 zu vergrößern. Weil die Flansche 35 in axialer Richtung außerhalb der Endfläche des Planetenrads 40 angeordnet sind, kann der Außendurchmesser der Reibungskontaktfläche 33 ohne irgendeine Beschränkung durch das Planetenrad 40 vergrößert werden.

Die Sonnenräder 30L, 30R sind in mittleren Abschnitten der äußeren Endflächen mit kreisförmigen Aussparungen 38 um die Achsen der Sonnenräder 30L, 30R ausgestattet, die einen größeren Durchmesser als der Keilabschnitt 31 aufweisen. Jede Aussparung 38 hat die Aufgabe, den Innendurchmesser der Reibungskontakt­ fläche 33 zu vergrößern.

Wie oben beschrieben, sind in Folge der Bereitstellung der Flansche 35 und der Aussparungen 38 die Reibungskontaktflächen 33 im äußeren und inneren Durchmesser und damit im effektiven Reibungsradius im Vergleich zu dem herkömmlichen Differential vergrößert.

Weil die Zahnabschnitte 32 der beiden Sonnenräder 30L, 30R und die langen Zahnabschnitte 41 der beiden Planetenräder 40 Schräg­ verzahnungen aufweisen, wirken bei dem so ausgebildeten Differential axiale Druckkräfte, die durch den kämmenden Eingriff mit den Planetenrädern 40 erzeugt werden, auf das Sonnenrad 30L bzw. 30R.

Insbesondere wirken bei dem Differential dieses Ausführungs­ beispiels einwärts gerichtete Druckkräfte FR₁, FL₁ auf das Sonnenrad 30L bzw. 30R (bringen sie einander näher), weil die Schrägungsrichtungen der Sonnenräder 30L, 30R anders als in der oben erwähnten US 5,122,101 sind, wenn das Gehäuse 10 in der ersten Richtung drehangetrieben wird. Wenn das Gehäuse 10 in der zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung drehange­ trieben wird, wirken nach außen gerichtete Druckkräfte FR₂, FL₂ auf das Sonnenrad 30L bzw. 30R (drücken sie voneinander weg).

Wie oben erwähnt, wirken die Druckkräfte FL₁, FR₁, auf das Sonnenrad 30L bzw. 30R, wenn sich das Gehäuse 10 in der ersten Richtung dreht, und deshalb werden die Sonnenräder 30L, 30R gegen die Druckscheibe 50 gedrängt. Wenn sich die Sonnenräder 30L, 30R unterschiedlich drehen, wird ein Reibungswiderstand zwischen den Reibungskontaktflächen 34 der Sonnenräder 30L, 30R und der Druckscheibe 50 erzeugt. Auch werden in Folge des Unterschieds zwischen den Druckkräften FL₁ und FR₁ die Sonnenräder 30L, 30R in axialer Richtung bewegt, entweder nach links oder nach rechts in Fig. 1, und die Reibungskontaktfläche 33 eines der Sonnenräder 30L, 30R kommt in Kontakt mit einer Bodenfläche einer der Aus­ sparungen 15, 16 des Gehäuses 10, um dadurch einen Reibungs­ widerstand zu erzeugen. Auf diese Weise wird ein Reibungs­ drehmoment in Folge des Reibungswiderstandes erzeugt, der an drei Stellen entsteht.

Wenn sich das Gehäuse 10 in der zweiten Richtung dreht, werden die Reibungskontaktflächen 33 der Sonnenräder 30L, 30R gegen die Aussparungen 15, 16 des Gehäuses 10 durch die Druckkräfte FL₂, FR₂ gedrängt, die auf die Sonnenräder 30L, 30R einwirken. Wenn die Sonnenräder 30L, 30R unterschiedlich gedreht werden, wird ein Reibungswiderstand zwischen den Reibungskontaktflächen 33 der Sonnenräder 30L, 30R und den Bodenflächen der Aussparungen 15, 16 des Gehäuses 10 erzeugt, um dadurch ein Reibungsdrehmoment zu bewirken. In diesem Fall wird, wie oben erwähnt, weil die Reibungskontaktflächen 33 der Sonnenräder 30L, 30R im effektiven Reibungsradius groß sind, ein großes Reibungsdrehmoment im Ver­ gleich zu dem herkömmlichen Differential erzeugt. Somit kann das Traktionsverhältnis vergrößert werden.

Wenn sich das Gehäuse 10 in der zweiten Richtung dreht, ist die Zahl der Stellen, wo Reibungskontakt auftritt, im Vergleich zu dem Fall klein, daß sich das Gehäuse 10 in der ersten Richtung dreht. Weil jedoch der effektive Reibungsradius der Reibungs­ kontaktflächen 33 größer als der effektive Reibungsradius der Reibungskontaktflächen 34 ist, wird kein großer Unterschied im Traktionsverhältnis zwischen dem Fall, daß sich das Gehäuse 10 in der ersten Richtung dreht, und dem Fall, daß sich das Gehäuse 10 in der zweiten Richtung dreht, erzeugt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Flansche, um das Trak­ tionsverhältnis zu vergrößern, in einem Stück mit dem Sonnenrad 30L bzw. 30R ohne die Notwendigkeit der Bereitstellung einer Unterlegscheibe bzw. Druckscheibe ausgebildet. Dementsprechend wächst die Anzahl der Teile nicht, und die Herstellungskosten können deshalb gering gehalten werden.

Es sollte erwähnt werden, daß die vorliegende Erfindung nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern viele Veränderungen gemacht werden können. Zum Beispiel kann bei dem obigen Ausführungsbeispiel eine kleine Anzahl Unterlegscheiben bzw. Druckscheiben zwischen die Sonnenräder und das Gehäuse gelegt werden. Auch kann die Druckscheibe, die zwischen den Sonnenrädern angeordnet ist, weggelassen werden.

Des weiteren können die Reibungskontaktflächen der inneren Enden der Sonnenräder im äußeren und inneren Durchmesser durch Ausbildung eines Flansches und einer Aussparung an dem axial inneren Ende jedes Sonnenrads vergrößert werden. In diesem Fall wächst der Unterschied zwischen dem Traktionsverhältnis, wenn sich das Gehäuse in der ersten Richtung dreht, und dem Traktions­ verhältnis, wenn sich das Gehäuse in der zweiten Richtung dreht.

Des weiteren kann die Schrägungsrichtung der Schrägverzahnung der beiden Sonnenräder gleich sein.

Überdies können die Planetenräder derart angeordnet sein, daß ihre Achsen schräg zu der Achse des Gehäuses liegen.

Claims (4)

1. Differential mit

• a) einem Gehäuse (10), das um eine Drehachse L antreibbar ist und ein Paar Seitenwände (10B, 12) aufweist,
• b) einem Paar Sonnenräder (30L, 30R), das drehbar und axial beweglich innerhalb des Gehäuses in einer Weise aufgenommen ist, die als koaxial zur Rotationsachse zu bezeichnen ist, wobei das Paar Sonnenräder jeweils an einem äußeren Umfang mit einem Zahnabschnitt (32), der eine Schrägverzahnung aufweist, und an einem inneren Umfang mit einem Keilabschnitt (31) zur Verbindung eines Endabschnitts einer Abtriebswelle an den inneren Umfang ausgestattet ist, und
• c) mindestens einem Paar Planetenräder (40), die drehbar innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, wobei das Paar Planetenräder nicht nur jeweils mit dem Paar Sonnen­ räder, sondern auch miteinander im Eingriff ist, wobei die Achsen der Planetenräder (40) parallel zu der Ro­ tationsachse (L) des Gehäuses (10) liegen, wobei die gegenüberliegenden Endflächen der Planetenräder (40) jeweils in Kontakt mit der Innenfläche von einer der Seitenwände (10B, 12) des Gehäuses sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenräder (30R, 30L) je­ weils in einem Stück an einem axial äußeren Endabschnitt mit einem ringförmigen Flansch (35) ausgebildet sind, der einen größeren Außendurchmesser als die Zahnabschnitte (32) der Sonnenräder aufweist und an einer Stelle ausgebildet ist, die axial außerhalb von Endflächen der Planetenräder (40) liegt, wobei eine Seitenfläche des Flansches als eine Reibungskontaktfläche (33) bereitgestellt ist, wobei Aussparungen (15, 16) jeweils in Innenflächen der beiden Sei­ tenwände ausgebildet sind, und die Flansche (35) der beiden Sonnenräder (30L, 30R) jeweils in den Aussparungen aufge­ nommen sind, und wobei der Flansch (35) in radialer Rich­ tung teilweise mit den Planetenrädern (40) überlappt.

2. Differential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (40) jeweils einen ersten langen Zahn­ abschnitt (41), einen zweiten kurzen Zahnabschnitt (42), der in axialer Richtung von dem ersten langen Zahnabschnitt entfernt ist, und einem Halsabschnitt (43) eines verminder­ ten Durchmessers aufweist, der dazwischen ausgebildet ist, wobei der erste lange Zahnabschnitt (41) von jedem Plane­ tenrad mit dem Zahnabschnitt (32) des entsprechenden Son­ nenrads (30L, 30R) und auch mit dem zweiten kurzen Zahn­ abschnitt des anderen Planetenrads im Eingriff ist, wobei der Zahnabschnitt (32) und der Flansch (35) von jedem Son­ nenrad (30L, 30R) jeweils voneinander entfernt angeordnet ist, und ein Halsabschnitt (36) mit einem verminderten Durchmesser dazwischen ausgebildet ist, wobei der zweite kurze Zahnabschnitt (42) jedes Planetenrads (40) in unge­ fähr gleicher axialer Lage zu dem Halsabschnitt (36) des entsprechenden Sonnenrads (30L, 30R) angeordnet ist, und wobei der zweite kurze Zahnabschnitt (42) zum Teil zwischen dem Zahnabschnitt (32) und dem Flansch (35) des entspre­ chenden Sonnenrads (30L, 30R) eindringt.

3. Differential nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnabschnitte (32) der beiden Sonnenräder (30L, 30R) zueinander entgegengesetzte Schrä­ gungsrichtungen aufweisen.

4. Differential nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine axiale äußere Endfläche von jedem der Sonnenräder (30L, 30R) mit einer um ihre Achse kreis­ förmigen Aussparung (38) derart ausgebildet ist, daß der Innendurchmesser der Reibungskontaktfläche (33) größer als der des Keilabschnitts (31) ist.