DE102007040474A1

DE102007040474A1 - Stirnraddifferential

Info

Publication number: DE102007040474A1
Application number: DE200710040474
Authority: DE
Inventors: Thorsten Biermann; Lothar Löw
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2009-03-05
Also published as: WO2009027148A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stirnraddifferential (1), insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Antriebselement (2), das drehfest mit einem Planetenträger (3) verbunden ist, wobei in dem Planetenträger (3) mindestens ein Paar miteinander kämmender Planetenräder drehbar angeordnet ist und wobei die Planetenräder mit je einem verzahnten Abtriebsrad (4, 5) kämmen. Um eine gute Schmiermittelversorgunggender Maschinenteile zu ermöglichen, sieht die Erfindung vor, dass das Antriebselement (2) in einer radial nach außen gerichteten Fläche (6) mindestens eine Öleintrittsöffnung (7) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Stirnraddifferential, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Antriebselement, das drehfest mit einem Planetenträger verbunden ist, wobei in dem Planetenträger mindestens ein Paar miteinander kämmender Planetenräder drehbar angeordnet ist und wobei die Planetenräder mit je einem verzahnten Abtriebsrad kämmen.
Hintergrund der Erfindung
Ein Stirnraddifferential der gattungsgemäßen Art ist beispielsweise aus der EP 0 918 177 A1 bekannt. Ein Antriebselement, beispielsweise in Form eines Stirnrads, treibt ein Ausgleichsgehäuse an, in dem mehrere Planetenräder drehbar gelagert sind. Dabei sind die Planetenräder paarweise miteinander und mit verzahnten Abtriebsrädern in Eingriff. Die ebenfalls im Ausgleichsgehäuse drehbar gelagerten Abtriebsräder sind mit Antriebswellen für die angetriebenen Räder des Kraftfahrzeugs verbunden.
Derartige Stirnraddifferentiale stellen also eine Alternative zu den klassischen Differentialen dar, die mit Kegelradsätzen arbeiten. Es sei hierzu exemplarisch auf die DE 195 46 330 C1 hingewiesen.
Stirnraddifferentiale der eingangs genannten Art sehen für die Beölung des Differentialinnenraums gemäß einer vorbekannten Ausgestaltung Öffnungen in den seitlichen Gehäusedeckeln vor. Über derartige Öffnungen in den Gehäusedeckeln kann ein gewisser Volumenstrom Öl ins Innere des Differentials gelangen und steht damit für die Schmierung der Getrieberäder zur Verfügung. Aufgrund der zumeist nur geringen Drehgeschwindigkeit der Planetenräder und der zugehörigen Lagerung ist diese Art der Schmiermittelversorgung in der Regel ausreichend.
Die Öffnungen in den Gehäusedeckeln stellt jedoch eine Schwächung der Bauteilfestigkeit dar, was im Falle von als Planetenträger fungierenden seitlichen Gehäusedeckeln deshalb problematisch ist, weil über die Planetenträger das volle Drehmoment des Ausgleichsgetriebes übertragen werden muss. Die Gehäusedeckel tragen nämlich in einer vorbekannten Bauart mittels Bolzen die Planetenlagerung, so dass Drehmomente von den Gehäusedeckeln aufgenommen werden müssen.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stirnraddifferential der eingangs genannten Gattung so fortzubilden, dass die erwähnten Nachteile vermieden werden. Es soll also eine hinreichende Ölversorgung des Inneren des Ausgleichsgetriebes sichergestellt werden, ohne dass die Drehmoment-übertragenden seitlichen Deckel des Ausgleichsgetriebes geschwächt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement in einer radial nach außen gerichteten Fläche mindestens eine Öleintrittsöffnung aufweist. Bevorzugt ist eine Anzahl Öleintrittsöffnungen äquidistant um den Umfang des Antriebselements herum verteilt angeordnet.
Die mindestens eine Öleintrittsöffnung ist bevorzugt – aus radialer Blickrichtung betrachtet – viereckig ausgebildet. Eine Begrenzungsfläche der Öleintrittsöffnung kann dabei – wiederum aus radialer Blickrichtung betrachtet – unter einem Winkel zur Achsrichtung des Stirnraddifferentials verlaufen. Der Winkel liegt dabei vorzugsweise zwischen 10° und 40°. Die der unter Winkel angeordneten Begrenzungsfläche gegenüber liegende Begrenzungsfläche kann indes in Achsrichtung verlaufen.
Zumindest eine der die Öleintrittsöffnung in Umfangsrichtung begrenzenden Begrenzungsflächen kann – in Achsrichtung betrachtet – bogenförmig ausgebildet sein. Hierbei ist insbesondere an eine konkave Oberfläche gedacht. Die der konkaven Begrenzungsfläche gegenüber liegende Begrenzungsfläche kann eine ebene Oberfläche aufweisen.
Das Antriebselement ist zumeist ein außenverzahntes Stirnrad. Dabei kann vorgesehen sein, dass sich die Verzahnung des Stirnrads nur über einen Teil der Breite des Antriebselements erstreckt und die mindestens eine Öleintrittsöffnung im nicht verzahnten Bereich des Antriebselements angeordnet ist. Die Verzahnung des Stirnrads ist bevorzugt in einem axialen Endbereich des Antriebselements angeordnet.
Der Planetenträger wird vorzugsweise durch zwei im Abstand und parallel zueinander angeordnete scheibenförmige Träger gebildet, die mit dem Antriebselement verbunden sind. Die scheibenförmigen Träger sind dabei bevorzugt mit dem Antriebselement vernietet. Die für die Vernietung zum Einsatz kom menden Niete durchsetzen bevorzugt beide scheibenförmigen Träger. In den scheibenförmigen Trägern können dann Bolzen zur Lagerung der Planetenräder befestigt sein.
Alternativ zu der Nietlösung kann auch vorgesehen sein, dass die scheibenförmigen Träger mit dem Antriebselement verschweißt sind. Eine weitere Alternative ist die Verlötung der scheibenförmigen Träger mit dem Antriebselement. Auch ist die Verschraubung der Träger möglich.
Die scheibenförmigen Träger sind bevorzugt in den beiden axialen Endbereichen des Antriebselements angeordnet.
Bevorzugt bestehen die scheibenförmigen Träger aus Blech. In diesem Falle ist mit Vorteil vorgesehen, dass die scheibenförmigen Träger hülsenförmige Fortsätze aufweisen, die teilweise wellenförmige Abschnitte der Abtriebsräder umhüllen. Die hülsenförmigen Fortsätze können dabei Lager, insbesondere Gleitlager, für die wellenförmigen Abschnitte bilden.
Das Stirnraddifferential hat bevorzugt vier oder fünf Paare miteinander kämmender Planetenräder.
Mit der vorgeschlagenen Konzeption wird es möglich, ohne Schwächung der seitlichen Gehäusedeckel, die den Planetenträger bilden, eine gute Ölversorgung des Innenraums des Differentials sicherzustellen.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1a eine perspektivische Darstellung eines Stirnraddifferentials, wobei ein den Planetenträger des Differentials mit bildender scheibenför miger Träger demontiert ist, um den inneren Aufbau des Differentials ersichtlich zu machen,
1b dieselbe Darstellung wie 1a, jedoch im vollständig montierten Zustand mit dem in 1a weggelassenen scheibenförmigen Träger und
2 die Vorderansicht des Stirnraddifferentials gemäß 1.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In den Figuren ist ein Stirnraddifferential 1 zu sehen, das in bekannter Weise für den Ausgleich unterschiedlicher Drehgeschwindigkeiten der Abtriebswellen eines Kraftfahrzeugs bei der Kurvenfahrt sorgt. Das Stirnraddifferential 1 hat ein Antriebselement 2 in Form eines Stirnrades. Das Stirnrad wird über ein Schaltgetriebe und eine Gelenkwelle von einer Brennkraftmaschine über ein nicht dargestelltes Ritzel angetrieben, das in eine Verzahnung 12 eingreift, die in das Stirnrad 2 eingearbeitet ist. Ritzel samt Stirnraddifferential 1 sind in einem nicht dargestellten Gehäuse angeordnet.
Zur Ermöglichung der Differential-Ausgleichsbewegung ist – was nicht näher dargestellt, als solches aber bekannt ist (s. EP 0 918 177 A1 ) – vorgesehen, dass das Stirnrad 2 mit einem Planetenträger 3 drehfest verbunden ist.
Der Planetenträger 3 wird durch zwei im Abstand und parallel zueinander angeordnete scheibenförmige Träger 13 und 14 gebildet. Es sei in diesem Zusammenhang angemerkt, dass sich die beiden 1a und 1b nur darin unterscheiden, dass der Träger 14 in 1a nicht dargestellt ist, so dass dort der innere Aufbau des Differentials ersichtlich ist.
Die beiden Träger 13, 14 sind dabei über eine Nietverbindung mit dem Stirnrad 2 verbunden. Hierfür sind Niete 15 vorgesehen, die äquidistant über den Umfang der Träger 13, 14 verteilt angeordnet sind. Die Niete 15 durchsetzen da bei die Träger 13 und 14 und das Stirnrad 2. Die beiden Träger 13, 14 sind dabei in den axialen Endbereichen des Stirnrads 2 angeordnet.
In den beiden Trägern 13, 14 sind acht Bolzen 16 (s. 1) angeordnet, die (nicht dargestellte) Planetenräder tragen, wobei je zwei benachbarte Planetenräder miteinander kämmen. Die Planetenräder kämmen wiederum mit Verzahnungen in Abtriebsrädern 4 und 5, die drehfest mit den Antriebswellen der Räder des Fahrzeugs verbunden sind.
Wesentlich ist, dass das Antriebselement 2 in Form des Stirnrades in einer radial nach außen gerichteten Fläche 6 mindestens eine Öleintrittsöffnung 7 aufweist.
Vorliegend sind insgesamt 12 Öleintrittsöffnungen 7 über dem Umfang U des Stirnrades 2 herum angeordnet. Die Öleintrittsöffnungen 7 sind dabei in einen axialen Bereich eingebracht, in dem die Verzahnung 12 nicht angeordnet ist.
Die spezielle Form und Ausgestaltung der Öleintrittsöffnungen 7 geht dabei aus der Zusammenschau der beiden Figuren hervor:
Die Öleintrittsöffnungen 7 sind – aus radialer Richtung betrachtet – viereckig ausgebildet (s. am besten die mittlere Öleintrittsöffnung 7 in 2). Dabei begrenzen insgesamt vier Begrenzungsflächen die Öleintrittsöffnung 7. Die beiden die Öleintrittsöffnung 7 in Umfangsrichtung U begrenzenden Begrenzungsflächen sind mit 8 und 9 bezeichnet.
Die eine Begrenzungsfläche 8 ist dabei unter einem Winkel α zur Achsrichtung A des Stirnraddifferentials 1 schräg angeordnet. Der Winkel liegt im Ausführungsbeispiel bei ca. 20°. Die der Begrenzungsfläche 8 gegenüber liegende Begrenzungsfläche 9 verläuft indes in Achsrichtung A.
Ferner ist zu erkennen, dass die Begrenzungsflächen 8 und 9 so ausgeformt ist, dass es einen Ölfördereffekt nach einer Art ergibt, der durch eine Turbinen schaufel erreichbar ist. Die Begrenzungsfläche 9 ist nämlich (was in 1 gesehen werden kann) eine – in Achsrichtung gesehen – bogenförmige und konkav ausgebildete Oberfläche.
Die gegenüber liegende Begrenzungsfläche 8 verläuft indes eben, allerdings um einen kleinen Winkel zur radialen Richtung geneigt nach innen.
Die Öleintrittsöffnungen 7 sind dabei zwischen den Vernietungen angeordnet.
Gemäß der bevorzugten und dargestellten Ausgestaltung der Erfindung werden die Ölzuführungen also vergleichbar einem Turbinenrad gestaltet. Damit kann erreicht werden, dass das Öl entgegen der Fliehkraft ins Innere des Differentialgehäuses geleitet wird. Die „Schaufeln" sind dabei nicht im rechten Winkel in das Stirnrad eingebracht, sondern weisen eine definierte Neigung auf, sowohl was den erläuterten Winkel α anbelangt als auch die Neigung zur radialen Richtung.
Der Ölstand des Getriebes bewegt sich üblicherweise im Bereich der Mittelachse des Differentials. Bei mittleren und hohen Drehzahlen werden aufgrund der schräg gestellten Begrenzungsflächen der Öleintrittsöffnungen bei der Ölzuführung ein zusätzliches Kippmoment und axiale Schubkräfte erzeugt, die dem Kippmoment und den Schubkräften des schräg verzahnten Final Drive entgegenwirken (s. Pfeile in 2). Die Lagerung des Differentials wird so bei mittleren und hohen Drehzahlen entlastet.

1: Stirnraddifferential
2: Antriebselement
3: Planetenträger
4: Abtriebsrad
5: Abtriebsrad
6: radial nach außen gerichtete Fläche
7: Öleintrittsöffnung
8: Begrenzungsfläche
9: Begrenzungsfläche
10: konkave Oberfläche
11: ebene Oberfläche
12: Verzahnung
13: scheibenförmiger Träger
14: scheibenförmiger Träger
15: Niet
16: Bolzen
α: Winkel
A: Achsrichtung
U: Umfangsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0918177 A1 [0002, 0022]
- DE 19546330 C1 [0003]

Claims

Stirnraddifferential (1), insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Antriebselement (2), das drehfest mit einem Planetenträger (3) verbunden ist, wobei in dem Planetenträger (3) mindestens ein Paar miteinander kämmender Planetenräder drehbar angeordnet ist und wobei die Planetenräder mit je einem verzahnten Abtriebsrad (4, 5) kämmen, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (2) in einer radial nach außen gerichteten Fläche (6) mindestens eine Öleintrittsöffnung (7) aufweist.
Stirnraddifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl Öleintrittsöffnungen (7) äquidistant um den Umfang des Antriebselements (2) herum verteilt angeordnet ist.
Stirnraddifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Öleintrittsöffnung (7) aus radialer Blickrichtung betrachtet viereckig ausgebildet ist.
Stirnraddifferential nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Begrenzungsfläche (8) der Öleintrittsöffnung (7) aus radialer Blickrichtung unter einem Winkel (α) zur Achsrichtung (A) des Stirnraddifferentials (1) verläuft.
Stirnraddifferential nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen 10° und 40° beträgt.
Stirnraddifferential nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die der unter Winkel (α) angeordneten Begrenzungsfläche (8) gegenüberliegende Begrenzungsfläche (9) in Achsrichtung (A) verläuft.
Stirnraddifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der die Öleintrittsöffnung (7) in Umfangsrichtung (U) begrenzenden Begrenzungsflächen (8, 9) in Achsrichtung (A) betrachtet bogenförmig ausgebildet ist.
Stirnraddifferential nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Begrenzungsflächen (9) eine konkave Oberfläche (10) aufweist.
Stirnraddifferential nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die der konkaven Begrenzungsfläche (9) gegenüber liegende Begrenzungsfläche (8) eine ebene Oberfläche (11) aufweist.
Stirnraddifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (2) ein außenverzahntes Stirnrad ist.
Stirnraddifferential nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Verzahnung (12) des Stirnrads nur über einen Teil der Breite des Antriebselements (2) erstreckt und die mindestens eine Öleintrittsöffnung (7) im nicht verzahnten Bereich des Antriebselements (2) angeordnet ist.
Stirnraddifferential nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (12) des Stirnrads in einem axialen Endbereich des Antriebselements (2) angeordnet ist.
Stirnraddifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (3) durch zwei im Abstand und parallel zueinander angeordnete scheibenförmige Träger (13, 14) gebildet wird, die mit dem Antriebselement (2) verbunden sind.
Stirnraddifferential nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die scheibenförmigen Träger (13, 14) mit dem Antriebselement (2) vernietet sind.
Stirnraddifferential nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Vernietung zum Einsatz kommenden Niete (15) beide scheibenförmigen Träger (13, 14) durchsetzen.
Stirnraddifferential nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in den scheibenförmigen Trägern (13, 14) Bolzen (16) zur Lagerung der Planetenräder befestigt sind.