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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein ein Stirnraddifferential.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein Differential ist ein Ausgleichsgetriebe umfassend ein Planetengetriebe, das vornehmlich in Kraftfahrzeugen zwischen den angetriebenen Rädern zum Einsatz kommt. Da die Räder einer Achse beim Fahren in einer Kurve unterschiedlich lange Wege zurücklegen, wird über ein solches Differential die Möglichkeit gegeben, dass sich die Umfangsgeschwindigkeiten der gekoppelten Räder frei einstellen können, so dass beide Räder die gleiche Kraft übertragen können. Differentiale sind in unterschiedlicher Bauart bekannt, eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung ist die eines Stirnraddifferentials, wie es beispielsweise aus
DE 10 2007 040 475 A1 bekannt ist, welches Differential sich durch eine extrem schmale, kleine Bauweise auszeichnet.
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Wenngleich derartige Differentiale es ermöglichen, dass sich die Raddrehzahlen unabhängig voneinander entsprechend der Weglängen der jeweiligen Fahrspur einstellen können und auch eine symmetrische Antriebsmomentverteilung auf beide Antriebsräder möglich ist, so ist ein Nachteil insbesondere bei Anwendung im Kraftfahrzeugbereich dahingehend gegeben, als dann, wenn die Kraftschlusspotentiale der beiden Antriebsräder unterschiedlich sind, die Vortriebskräfte, die von beiden Antriebsrädern jeweils auf die Fahrbahn übertragbar sind, jeweils von dem Antriebsrad abhängig sind, dass das geringere Moment erhält, mithin also die geringere Kraft überträgt. D. h., dass in bestimmten Situationen, beispielsweise wenn auf Glatteis eines der Räder durchdreht, das andere, auf einem griffigen Untergrund stehende Rad ein kaum höheres Moment erhält als das durchdrehende. Ein Anfahren kann dann beispielsweise schwierig oder unmöglich sein.
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Zu diesem Zweck ist die Ausgestaltung eines Differentials als Sperrdifferential bekannt. Unter einem Sperrdifferential versteht man ein Differentialgetriebe, das eine konstruktiv bewusst schwergängige, behinderte Ausgleichsbewegung zulässt. D. h., dass eine gewisse Grundkopplung zwischen den beiden Radseiten auch dann gegeben ist, wenn das eine Rad oder die eine Achse infolge schlechter Bodenhaftung kein Moment oder nur ein geringes Moment überträgt. Infolge der gegebenen, auf ein gewisses Niveau gesperrten Kopplung ist es in solchen Fällen möglich, dass das Differential das Antriebsmoment von einem durchrutschenden Rad auf das Rad mit der besseren Bodenhaftung überträgt und so die Traktion verbessert wird. Auch beim Anfahren mit starker Beschleunigung, z. B. auf einer bevorrechtigten Straße, wird hierüber verhindert, dass das kurveninnere Rad abhebt und so durchdreht, so dass die Leistung auf die Straße geleitet und das Fahrzeug sicher in den Verkehr eingefädelt werden kann, beispielsweise im Bereich von Einmündungen. Auch läuft grundsätzlich eine gesperrte Achse immer besser gerade aus als eine ungesperrte, weshalb sich unter Verwendung eines solchen Sperrdifferentials die Wirkung beispielsweise von Seitenwind oder der Bernoulli-Effekt beim schnellen Vorbeifahren an einem LKW reduzieren lässt.
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Auch bei hohen Querbeschleunigungen, beispielsweise bei sportlich gefahrenen Kurven, zeigen sich ebenfalls die Vorteile des Sperrdifferentials. Denn mit ihm kann verhindert werden, dass das kurveninnere und damit entlastete Rad schlupft und ebenso schnell oder sogar schneller als das kurvenäußere Rad dreht, so dass stets ein Leistungsfluss auf die Straße gegeben ist. Zwar ist infolge der auf einen gewissen definierten Wert eingestellten Grundsperrung des Differentials die freie Anpassung der Raddrehzahlen an die Weglänge der Fahrspur behindert, jedoch sind die Vorteile solcher Sperrdifferentiale in kritischen Fahrzuständen beachtlich.
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Um eine solche drehmomentunabhängige Grundsperrung zu erzielen ist es bekannt, mehrere Reibscheiben zu integrieren, die die freie Beweglichkeit der Abtriebe, also der Sonnenräder, behindern. Ein solches Stirnraddifferenzial ist beispielsweise aus
WO 02/065000 A2 bekannt. Dort kommen zwei Reibscheiben zum Einsatz, die zwischen den beiden Sonnenrädern angeordnet sind, die Sonnenräder liegen stirnseitig an den Reibscheibenflächen an. Die beiden Reibscheiben sind über dazwischengeschaltete Tellerfederpakete gegen die Sonnenräder verspannt, es ist also eine Vorspannung gegeben. Durch die Wahl der Reibscheiben wie auch insbesondere der Auslegung der Tellefederpakete kann der Grundsperrwert eingestellt werden.
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Bei dem aus
WO 02/065000 A2 bekannten Stirnraddifferenzial sind stets zwei Reibscheiben zu verwenden, zwischen denen die Tellerfederpakete angeordnet sind. Über die über die Reibscheiben gegebene „Kapselung” der Tellerfedern wird ein Verschleiß derselben verhindert, da sie nicht in reibenden Kontakt zu einem der Sonnenräder stehen. Ferner ist der Durchmesser der verwendbaren Reibscheiben bei dem Differential aus
WO 02/065000 A2 letztlich vom Durchmesser der Tellerfedern abhängig, da diese ja zwangsläufig in Wirkungsverbindung mit den Reibscheiben zu bringen sind, wobei das Tellerfeder-Reibscheiben-Paket zusätzlich in einer Radialhülse, die zwischen den Sonnenrädern angeordnet ist, aufgenommen ist. Eine übermäßig große Reibfläche, über die der Sperrwert variiert werden könnte, steht dort nicht zur Verfügung.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, ein Stirnraddifferential, mit Sperrwirkung anzugeben, das demgegenüber verbessert ist.
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Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß ein Stirnraddifferential, vorgesehen, umfassend einen Planetenradträger und zwei relativ zum Planetenradträger drehbare Sonnenräder, wobei die Sonnenräder mit am Planetenträger drehbar gehalterten Planetenrädern kämmen, wenigstens eine Reibscheibe sowie wenigstens ein die Sonnenräder relativ zum Planetenradträger vorspannendes Federmittel, wobei das Federmittel einerseits gegen ein Sonnenrad oder den Planetenradträger und andererseits gegen ein Axiallager angefedert ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Stirnraddifferenzial, ist das Federmittel, das die Sonnenräder relativ zum Planetenradträger vorspannt und bevorzugt als Tellerfeder oder Tellerfederpaket ausgeführt ist, nicht unmittelbar mit einer Reibscheibe gekoppelt, sondern entweder am Planetenradträger oder einem Sonnenrad aufgelagert. Die andere Seite des Federmittels ist an einem Axiallager aufgelagert, das seinerseits entweder am Planetenradträger oder einem Sonnenrad abgestützt ist. Über dieses Axiallager wird eine freie Drehbarkeit des Sonnenrads respektive des Planetenradträgers relativ zum Federmittel sichergestellt, so dass dieses keinerlei reibender Beanspruchung unterworfen ist.
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Darüber hinaus ist infolge der Entkopplung von Federmittel und Reibscheibe zwangsläufig keine auslegungsmäßige Abhängigkeit des Reibscheibendurchmessers gegeben. Dieser kann unter Ausnutzung des gesamten gegebenen radialen Bauraums den Anforderungen entsprechend gewählt werden. Die Reibscheibe kann je nach Ausgestaltung, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, entweder vorzugsweise zwischen den Sonnenrädern selbst oder zwischen einem Sonnenrad und dem Planetenradträger vorgesehen sein.
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Als Federmittel kommt bevorzugt wenigstens eine Tellerfeder, bevorzugt ein Tellerfederpaket bestehend aus mehreren hintereinander geschalteten Tellerfedern zum Einsatz, wobei insbesondere bei Verwendung eines Tellerfederpakets eine große Bandbreite hinsichtlich der Variation der Vorspannkraft gegeben ist.
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Hinsichtlich der konkreten Ausgestaltung des Stirnraddifferenzial in Bezug auf die Anordnung der Feder-Axiallager-Baugruppe sind unterschiedliche Ausgestaltungsalternativen denkbar.
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Gemäß einer ersten Erfindungsausgestaltung kann das Federmittel und das Axiallager zwischen den beiden Sonnenrädern angeordnet sein, wobei das Federmittel am einen Sonnenrad und das Axiallager am anderen Sonnenrad anliegt, während zwischen jedem Sonnenrad und dem Planetenradträger jeweils eine Reibscheibe angeordnet ist. Bei dieser Erfindungsausgestaltung kommen also zwei Reibscheiben zum Einsatz, die jeweils die Relativbewegung eines Sonnenrads zum Planetenradträger beeinflussen. Das Federmittel nebst Axiallager befindet sich zwischen den Sonnenrädern, spannt diese also in Richtung der Planetenradträger vor, mithin also gegen die Reibscheiben. Da über das Axiallager eine freie Verdrehbarkeit der Sonnenräder zueinander sichergestellt ist, wird folglich das Federmittel nicht reibend beansprucht.
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Eine zweite alternative Erfindungsausgestaltung sieht vor, dass das Federmittel und das Axiallager zwischen einem Sonnenrad und dem Planetenradträger angeordnet ist, dass zwischen den Sonnenrändern wenigstens eine Reibscheibe angeordnet ist und dass zwischen dem anderen Sonnenrad und dem Planetenradträger ein weiteres Federmittel nebst Axiallager angeordnet ist.
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Bei dieser Erfindungsausgestaltung erfolgt die Erzeugung der Sperrwirkung unmittelbar zwischen den Sonnenrädern über die dazwischen angeordnete Reibscheibe. Die Sonnenräder sind wiederum relativ zueinander respektive dem Planetenradträger verspannt, indem jeweils zwischen einem Sonnenrad und dem Planetenradträger eine Federmittel-Axiallager-Baugruppe angeordnet ist. Wiederum sind die Federmittel, bevorzugt Tellerfederpakete, über die zugeordneten Axiallager vor jeder reibenden Beanspruchung geschützt, da die Axiallager die freie Relativbeweglichkeit sicherstellen, wie gleichwohl eine über die Federmittel einstellbare Vorspannung gegeben ist, und natürlich auch die Wahl des Reibscheibendurchmessers wiederum unabhängig von Federdurchmesser ist.
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Eine dritte erfindungsgemäße Differentialausführungsform sieht vor, dass das Federmittel und das Axiallager zwischen einem Sonnenrad und dem Planetenradträger angeordnet sind, dass zwischen den Sonnenrädern wenigstens eine Reibscheibe angeordnet ist, und dass zwischen dem anderen Sonnenrad und dem Planetenradträger ein weiteres Axiallager angeordnet ist. Bei dieser Erfindungsausgestaltung kommt nur ein Federmittel zum Einsatz, wobei wiederum, wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform, die Federmittel-Axiallager-Baugruppe zwischen dem Planetenradträger und einem Sonnenrad vorgesehen ist. An der gegenüberliegenden Seite ist lediglich ein Axiallager vorgesehen, d. h., dass dort kein Bauraum für die Integration eines Federmittels vorgehalten werden muss, mithin also die axiale Baulänge des Stirnraddifferenzials verkleinert werden kann. Die Sperrwirkung wird wiederum über die zwischen den Sonnenrädern angeordnete Reibscheibe in Verbindung mit der über das entsprechend ausgelegte Federmittel, insbesondere ein Tellerfederpaket, erzeugten Federvorspannung realisiert.
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Eine vierte erfindungsgemäße Ausführungsform eines Stirnraddifferenzials sieht vor, dass das Federmittel und das Axiallager zwischen einem Sonnenrad und dem Planetenradträger angeordnet sind, dass zwischen den Sonnenrädern wenigstens eine Reibscheibe angeordnet ist, und dass zwischen dem anderen Sonnenrad und dem Planetenradträger wenigstens eine weitere Reibscheibe angeordnet ist. Bei dieser Erfindungsausgestaltung sind quasi zwei Reibebenen oder Reibzonen realisiert, nämlich eine erste über die zwischen den Sonnenrädern integrierte Reibscheibe, die die Relativbewegung der beiden Sonnenräder zueinander behindert, sowie eine zweite Reibebene durch die Integration der weiteren Reibscheibe zwischen einem Sonnenrad und dem Planetenradträger, die die dazwischen gegebene Relativbewegung behindert. Die Vorspannung erfolgt wieder über die auf der anderen Seite zwischen Planetenradträger und Sonnenrad integrierte Federmittel-Axiallager-Baugruppe, wobei auch hier wiederum das Federmittel völlig reibfrei über das Axiallager gehalten wird. Auch bei dieser Ausgestaltung ist der jeweilige aktive Reibscheibendurchmesser unabhängig vom Federdurchmesser wählbar.
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Das Axiallager selbst ist bevorzugt ein Nadellager, das axial gesehen sehr wenig aufbaut, so dass folglich hierfür wenig Bauraum vorgehalten werden muss.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Stirnraddifferenzial einer ersten Ausführungsform, in einer Schnittansicht;
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2 ein erfindungsgemäßes Stirnraddifferenzial einer zweiten Ausführungsform, in einer Teilansicht im Schnitt;
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3 ein erfindungsgemäßes Stirnraddifferenzial einer dritten Ausführungsform, in einer Teilansicht im Schnitt;
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4 ein erfindungsgemäßes Stirnraddifferenzial einer vierten Ausführungsform, in einer Teilansicht im Schnitt.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt in einer Schnittansicht ein erfindungsgemäßes Stirnraddifferenzial 1 in einer Bauform als Stirnraddifferential 2 mit Sperrfunktion. Es besteht aus einem Planetenradträger 3, der im gezeigten Ausführungsbeispiel aus zwei dünnwandigen Blechbauteilen 4, 5, die über geeignete Verbindungen, z. B. Nieten, gehäuseartig miteinander verbunden sind. Der Planetenradträger 3 trägt mehrere Planetenräder 6, die auf entsprechenden Lagerbolzen 7 drehbar am Planetenradträger 3 gehaltert sind.
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Die einzelnen Planeten kämmen in an sich bekannter Bauweise mit jeweils einem Sonnenrad 8, 9, wobei jedes Sonnenrad 8, 9 mit einem eigenen Planetenradsatz kämmt. Die Sonnenräder 8, 9 sind über entsprechende Gleithülsen 10, 11 im Planetenradträger 3 drehgelagert.
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Zwischen den Sonnenrädern, die in geeigneter Weise mit nicht näher gezeigten Abtriebswellen zu verbinden sind, die dann zu anzutreibenden Rädern oder dergleichen laufen, befindet sich ein Federmittel 12 hier in Form eines Tellerfederpakets 13, das an einer Seite im gezeigten Ausführungsbeispiel am Sonnenrad 9 abgestützt ist. An der anderen Seite ist das Tellerfederpaket gegen ein Axiallager 14 hier in. Form eines Nadellagers 15, das am anderen Sonnenrad 8 abgestützt ist, aufgelagert. Über die Integration des Axiallagers 14 ist eine freie Verdrehbarkeit der Sonnenräder 8, 9 relativ zueinander möglich, ohne dass das Tellerfederpaket in irgendeiner Form reibend beaufschlagt wird. Über das Tellerfederpaket 13 wiederum werden die beiden Sonnenräder 8, 9 gegen den Planetenradträger 3 vorgespannt. Federmittel 12 und Axiallager 14 können natürlich auch vertauscht angeordnet werden.
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Zwischen jedem Sonnenrad 8, 9 und dem benachbarten Planetenradträger 3 ist jeweils eine Reibscheibe 16, 17 aus einem geeigneten Reibmaterial angeordnet. Die beiden Sonnenräder 8, 9 werden über das Tellerfederpaket 13 in Richtung des Planetenradträgers 3 vorgespannt, damit also auch gegen die beiden Reibscheiben 16, 17. Über die Reibscheiben wird eine Relativbewegung zwischen jedem Sonnenrad 8, 9 und den Planetenradträger 3 behindert, eine freie Drehbarkeit ist damit ausgeschlossen. Hierüber wird also ein drehmomentunabhängiger Grundsperrwert erzeugt, der einerseits von der Vorspannkraft, andererseits von den jeweiligen Reibflächen der Reibscheiben 16, 17 abhängt.
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Das Tellerfederpaket 13 ist ersichtlich nicht mit den Reibscheiben 16, 17 in irgendeiner Form verbunden, d. h., dass sowohl das Tellerfederpaket 13 als auch die Reibscheiben 16, 17 unabhängig voneinander im Durchmesser gewählt werden können. Je nach Anforderung und vorhandenem Bauraum können also auch vom Durchmesser her relativ große Reibscheiben verwendet werden, so dass sich große Reibflächen geben und mithin auch hierüber eine beachtliche Variationsmöglichkeit hinsichtlich des Grundsperrwerts gegeben ist.
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Wie 1 ferner zeigt, ist der Planetenradträger 3 mit einem Antriebsstirnrad 18 über geeignete Verbindungsschrauben 19 verbunden, so dass ein unmittelbarer Antrieb des Planetenradträgers 3 über das Antriebsrad 18, beispielsweise ein schräg verzahntes Stirnrad, erfolgen kann. Da aus der Schrägverzahnung axiale, drehmomentabhängige Kräfte resultieren, können die Reibscheiben 16, 17 zusätzlich zur Vorspannkraft über das Tellerfederpaket 13 auch mit diesen axialen Kräften belastet werden, so dass eine Steigerung des Sperrwerts zusätzlich möglich ist. Die Vorspannung, die über das Tellerfederpaket 13 eingebracht wird, liegt im Bereich mehrerer 10 kN.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferenzials 1, wobei hier lediglich eine Teildarstellung gegeben ist. Der Aufbau des Stirnraddifferenzials entspricht dem Grunde nach dem, wie er in 1 gezeigt ist, unterschiedlich ist lediglich die Verteilung respektive Anordnung der Reibscheibe bzw. der Tellerfeder-Axiallager-Baueinheit.
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Bei der hier gezeigten Erfindungsausgestaltung ist jeweils zwischen einem Sonnenrad 8, 9 und dem Planetenradträger 3 ein Federmittel 12 in Form eines Tellerfederpakets 13 sowie ein Axiallager 14 in Form eines Nadellagers 15 geschaltet. Zwischen den beiden Sonnenrädern 8, 9 ist hier eine Reibscheibe 16 angeordnet, d. h., dass hier nur eine Reibscheibe eingesetzt wird, wobei selbstverständlich auch hier ein Reibscheibenpaket bestehend beispielsweise aus zwei Reibscheiben integriert werden könnte.
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Wiederum ist eine freie Verdrehbarkeit der Tellerfederpakete 13 auf dem Nadellager 15 gegeben, d. h., dass auch hier die Tellerfederpakete 13 nicht reibend beansprucht werden, da sie vom jeweiligen Sonnenrad 8, 9 mitgenommen werden. Eine Relativverdrehung der Sonnenräder 8, 9 zueinander ist jedoch über die Reibscheibe 16 zur Erzeugung des Grundsperrwerts gehemmt.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferenzials, wiederum entsprechend der Bauform gemäß 1. Der Aufbau entspricht im Wesentlichen dem, wie in 2 gezeigt. Auch hier ist zwischen den Sonnenrädern 8, 9 eine Reibscheibe 16 angeordnet, ferner befindet sich zwischen dem Sonnenrad 9 und dem Planetenradträger 3 ein Federmittel 12 in Form eines Tellerfederpakets 13, das auf einem Axiallager 14, wiederum in Form eines Nadellagers 15 abgestützt ist.
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Anders als bei 2 jedoch ist hier an der gegenüberliegenden Seite, also zwischen Sonnenrad 8 und Planetenradträger 3, nur ein Axiallager 20, hier wiederum in Form eines Nadellagers 21, angeordnet, das eine freie Beweglichkeit des Sonnenrads 8 relativ zum Planetenradträger 3 ermöglicht. Der Grundsperrwert wird auch hier über die Vorspannkraft des Tellerfederpakts 13 in Verbindung mit der Reibverbindung zwischen den beiden Sonnenrädern 8, 9 zur Reibscheibe 16 erzeugt.
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Schließlich zeigt 4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferenzials 1, dessen Bauform wiederum der aus 1 entspricht. Der Aufbau hinsichtlich der Anordnung der Reibscheibe 16 sowie des einen Federmittels 12 in Form des Tellerfederpakets 13 in Verbindung mit dem Axiallager 14, hier wiederum in Form eines Nadellagers 15 entspricht der Ausgestaltung gemäß 3. Anstelle des weiteren Axiallagers 20 ist hier jedoch zwischen dem Sonnenrad 8 und dem Planetenradträger 3 eine weitere Reibscheibe 17 angeordnet, d. h., dass eine zweite Reibebene zwischen diesen beiden Laufpartnern integriert ist. Wiederum ist, wie bei allen Ausführungsformen eine Vorspannung zwischen den Sonnenrädern 8, 9 und dem Planetenradträger 3 über das Federmittel 12 gegeben, wiederum sind die Durchmesser der Reibscheiben 16, 17 letzten Endes unabhängig vom Durchmesser des Tellerfederpakets 13 wählbar, da beide nicht in unmittelbarer Wirkungsverbindung zueinander stehen. D. h., dass, je nach Ausgestaltung im Bereich der jeweiligen Stirnverzahnungen der Sonnenräder 8, 9 die Reibscheiben 16, 17 einen weit größeren Außenumfang aufweisen können, als ihn das Tellerfederpaket 13 aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stirnraddifferenzial
- 2
- Stirnraddifferential
- 3
- Planetenradträger
- 4
- Blechbauteil
- 5
- Blechbauteil
- 6
- Planetenrad
- 7
- Lagerbolzen
- 8
- Sonnenrad
- 9
- Sonnenrad
- 10
- Gleithülse
- 11
- Gleithülse
- 12
- Federmittel
- 13
- Tellerfederpaket
- 14
- Axiallager
- 15
- Nadellager
- 16
- Reibscheibe
- 17
- Reibscheibe
- 18
- Antriebsstirnrad
- 19
- Verbindungsschraube
- 20
- Axiallager
- 21
- Nadellager
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007040475 A1 [0002]
- WO 02/065000 A2 [0006, 0007, 0007]
