DE102011080002A1 - Stirnraddifferenzial - Google Patents
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Abstract
Description
- Bezeichnung der Erfindung
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft ein Differenzial mit einem Planetenträger, mit einem ersten Satz Planetenräder, mit einem zweiten Satz Planetenräder, mit einem ersten Sonnenrad, mit einem zweiten Sonnenrad und mit einem Antriebsrad.
- Hintergrund der Erfindung
- Ein derartiges Differenzial ist in
DE 10 2007 040 475 A1 beschrieben. Die Planetenräder sind mit radialem Abstand zu einer Zentralachse des Differenzials jeweils um eine Rotationsachse drehbar, z. B. auf Planetenbolzen, gelagert. Die Planetenbolzen sind an dem Planetenträger abgestützt. Das erste Sonnenrad ist um die Zentralachse rotierbar und koaxial zum zweiten Sonnenrad angeordnet und steht mit jedem Planetenrad des ersten Satzes im Zahneingriff. Das zweite Sonnenrad steht mit jedem Planetenrad des zweiten Satzes im Zahneingriff. - Beschreibung der Erfindung
- Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompaktes und belastbares sowie einfach und kostengünstig herzustellendes Differenzial zu schaffen.
- Erfindungsgemäß ist das Antriebsrad ein Zahnrad eines Winkeltriebs für den Zahneingriff mit einem weiteren Zahnrad des Winkeltriebs. Es ist an dem Planetenträger befestigt, wobei die Rotationsachsen des Zahnrades und des weiteren Zahnrades zueinander geneigt verlaufen. Winkeltriebe sind getriebliche Verbindungen wie Kegelradgetriebe und Hypoidgetriebe, über die vorzugsweise über einen Winkel von 90° Drehmomente übertragen werden können. Beim Kegeltrieb greift ein Antriebskegelrad (das Ritzel) in ein Abtriebskegelrad (das Tellerrad). Kegelräder weisen einen kegelstumpfförmig ausgebildeten Grundkörper auf. Beim Hypoidantrieb, einer Sonderform des Kegeltriebs, sind die Rotationsachsen der miteinander im Zahneingriff stehenden Kegelräder im Gegensatz zum Kegelradtrieb zueinander so versetzt, dass sie sich nicht schneiden.
- Der Planetenträger ist vorzugsweise aus zwei schalenförmigen Blechteilen gebildet, welche die Planetenräder und die Sonnenräder zumindest teilweise zwischen sich einschließen. Alternativ ist der Planetenträger aus einem schalenförmigen Blechbauteil und aus einem Deckelteil gebildet, die beide axial z. B. durch vorzugsweise mindestens sechs Schrauben aneinander gehalten sind. Die Planetenräder sitzen drehbar auf Planetenbolzen. Jeder Planetenbolzen ist an einem Ende jeweils in einem der Blechbauteile entweder rotierbar oder fest gelagert. Die Planetenräder sind rotierbar auf den Planetenbolzen gelagert.
- Das Antriebsrad ist konzentrisch zur Zentralachse, vorzugsweise mit einem Passsitz auf dem Planetenträger zentriert. Das Antriebsrad sitzt beispielsweise auf einer außenzylindrischen Fläche eines Blechbauteils des Planetenträgers. Die Zentralachse und die Rotationsachsen der Sonnenräder entsprechen sich. Der Passsitz ist vorzugsweise durch eine Übergangspassung von zylindrischen Flächen gebildet. In der Übergangspassung sind, von gleichen Nennmaßen des Außendurchmessers des Planetenträgers und des Innendurchmessers des Antriebsrades am Passsitz ausgehend, die Toleranzgrenzen so gelegt, dass beim Fügen entweder ein Spiel, eine Deckung oder ein Übermaß entsteht. Beim Spiel ist das Istmaß des Außendurchmessers kleiner als das des Innendurchmessers. In der Deckung ist das Istmaß jedes der Durchmesser gleich. Beim Übermaß ist das Istmaß des Außendurchmessers des Planetenträgers größer als das Istmaß des Innendurchmessers des Antriebsrades. Ein Beispiel einer geeigneten Übergangspassung des zylindrische n Sitzes ist eine Kombination der Toleranzen des Durchmessers der Bohrung von dH7 mit denen des Durchmessers der Welle von dn6.
- Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zähnezahlen der Sonnenräder des Planetendifferenzials zueinander gleich sind. Die Sonnenräder sind gerad- oder schrägverzahnte Stirnräder. Jeder Satz weist wenigstens zwei, vorzugsweise jedoch drei, vier oder mehr Planetenräder gleicher Baugröße und Zähnezahlen auf. Die Zähnezahl jedes der Planetenräder des einen Satzes gleicht vorzugsweise der Zahl der Zähne jedes Planetenrads des anderen Satzes, kann sich aber unterscheiden. Die Planetenräder der Sätze sind pro Satz mit gleichmäßiger Teilung am Umfang um die Zentralachse des Stirnraddifferenzials verteilt. Die ersten Planetenräder stehen im Zahneingriff mit dem ersten Sonnenrad. Die Planetenräder des zweiten Satzes stehen im Zahneingriff mit dem zweiten Sonnenrad. Darüber hinaus steht jedes Zahnrad des ersten Satzes im Zahneingriff mit einem Planetenrad des zweiten Satzes.
- Die Sonnenräder und Planetenräder sind jeweils untereinander verglichen gleich breit. In einer Ausgestaltung der Erfindung liegen sich die Sonnenräder des Stirnraddifferenzials axial in etwa um einen Spalt voneinander entfernt gegenüber, die der Breite des Bereichs entspricht, an dem die Planetenräder im Zahneingriff stehen. Die Verzahnungen der im Zahneingriff mit dem jeweiligen der Sonnenräder stehenden Planetenräder ragen zur axialen Mitte des Planetentriebs hin über die Verzahnung der Sonnenräder hinaus und stehen nur in einem radialem Bereich über dem Spalt miteinander im Zahneingriff. So ist sichergestellt, dass trotz der gleichen Zähnezahlen und der gleichen Module der Verzahnung die Planetenräder des ersten Satzes nicht mit der Verzahnung des zweiten Sonnenrades und die Planetenräder des zweiten Satzes nicht mit der Verzahnung des ersten Sonnenrades kollidieren.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Zahnprofil des einen Sonnenrades gegenüber einem Normprofil positiv und das Zahnprofil des anderen Sonnenrades gegenüber dem Bezugsprofil negativ verschoben. Das Bezugsprofil weist Kennwerte der Verzahnung, wie Kopf-, Teil-, oder Fußkreisdurchmesser auf, mit denen Evolventenverzahnungen standardmäßig üblicherweise hergestellt werden. Bei Profilverschiebungen werden, ausgehend von dem Bezugsprofil der Kopf-, Teil- und Fußkreis negativ, d. h. radial in Richtung der Rotationsachse oder positiv, d. h. radial von der Rotationsachse weg verschoben, so dass sich für die Profilverschiebung ein Wert mit der Einheit „mm" ergibt. Die Differenz des Profilverschiebungsfaktors des einen Sonnenrades zum Profilverschiebungsfaktor des anderen Sonnenrades ist an dem erfindungsgemäßen Differenzial mindestens 1,5. Der jeweilige Profilverschiebungsfaktor ergibt sich aus der Division der Profilverschiebung durch den jeweiligen Modul m des Zahnrades. Der Modul m ergibt sich bei Division des Zahnraddurchmessers durch die Anzahl der Zähne dieses Zahnrades.
- Legt man im Normalschnitt an die Evolventenfläche im Schnittpunkt mit dem Teilkreis der Verzahnung eine Tangente, dann bezeichnet man den entsprechenden Winkel zu einer durch die Zentren der Zahnräder gelegten und durch den Schnittpunkt verlaufenden Gerade als Normaleingriffswinkel αn der vorzugsweise mindestens 21° beträgt.
- Derartig ausgeführte Differenziale können sehr kompakt und damit Platz sparend ausgeführt werden.
- Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt schematisch eine Differenzialeinheit10 mit einem Winkeltrieb9 und mit einem Differenzial1 , Das Differenzial1 ist als Stirnraddifferenzial1 ausgeführt und weist einen Planetenträger2 , einen ersten Satz3 erster Planetenräder3' und einen zweiten Satz4 zweiter Planetenräder4' , ein erstes Sonnenrad5 und ein zweites Sonnenrad6 sowie ein Antriebsrad8 auf. Die Sonnenräder5 und6 sind koaxial zueinander auf der Zentralachse7 des Differenzials1 ausgerichtet. Das erste Sonnenrad5 kämmt mit jedem Planetenrad3' des ersten Satzes3 . Das zweite Sonnenrad6 kämmt mit jedem Planetenrad4' des zweiten Satzes4 . Das Verhältnis 2R zu B ist relativ klein, da zwischen den Sonnenrädern5 und6 axial ein Spalt der Breite A verbleiben muss, der mindestens der Zahnbreite S des Planetenrades3' oder4' bzw. des Sonnenrades5 oder6 entspricht. In dem Bereich A' über dem axialen Spalt A zwischen den Sonnenrädern5 und6 steht jedes Planetenrad3' im Zahneingriff mit einem Planetenrad4' , wie zeichnerisch mit der gestrichelten Linie zwischen den Planetenräder3' und4' angedeutet sein soll. - Der Planetenträger
2 ist aus zwei Teilen2a und2b gebildet. Die Teile2a und2b sind miteinander über die Flansche2c und2d verschraubt. Das Antriebsrad8 greift mit entsprechenden Befestigungsmitteln8a zwischen die Flansche2c und2d und ist mit diesen verschraubt. - Der Winkeltrieb
9 ist aus dem Antriebsrad8 , welches ein Tellerrad ist, aus einem als Ritzel11 ausgeführten Zahnrad12 gebildet. Die Rotationsachse des Antriebsrades8 entspricht der Zentralachse7 , welche die Rotationsachse des Planetenträgers2 ist. Die Rotationsachse13 des Zahnrades verläuft quer zur Zentralachse7 . -
2 zeigt das Detail Z aus1 , in dem die Zähne8a des Antriebsrades8 am Winkeltrieb9 im Zahnengriff mit den Zähnen12a des Zahnrades12 und Zähne8' des Antriebsrads8 abgebildet sind. -
3 zeigt eine Hauptansicht eines Ausführungsbeispiels eines Differenzials20 , als geschlossene Einheit.4 zeigt eine Hauptansicht des Differenzials20 von der anderen Seite. Der Planetenträger14 des Differenzials20 ist aus zwei Blechteilen14a und14b gebildet. Das Topfteil14a umhaust den Planetentrieb35 des Differenzials20 , welcher in6 , einer Schnittdarstellung einer Frontalansicht, sichtbar ist. Ein Deckel14b verschließt das Topfeil14a . Auf dem außen zylindrischen Topfteil14a sitzt ein Antriebsrad15 mit einem Passsitz. Von dem Antriebsrad15 ist der kegelstumpfförmige Grundkörper15a und ein Befestigungsring15b dargestellt. An dem kegelstumpfförmigen Grundkörper15a ist die nicht dargestellte Verzahnung des Antriebsrades15 für den Zahneingriff mit einem nicht abgebildeten Zahnrad eines Winkeltriebs ausgebildet. Über den Befestigungsring15b und das Topfteil14a ist der Passsitz verwirklicht. Außerdem weist der Befestigungsring15b Innengewinde auf, in die Schrauben16 eingreifen, mit welchen das Topfteil14a , der Deckel14b und das Antriebszahnrad15 miteinander axial verschraubt sind. - Die radialen inneren Abmessungen des Topfteils
14a sind von dem radialen Bauraum abhängig, den die Planetenräder17' eines ersten Planetensatzes17 im Zahneingriff mit Planetenrädern18' des zweiten Satzes18 und mit einem ersten Sonnenrad19 sowie die zweiten Planetenräder18' im Zahneingriff mit einem zweiten Sonnenrad21 beanspruchen. Entscheidend für die Abmessungen ist der Durchmesser eines Kreises22 , der außen um die die zweiten Planetenräder18' gelegt ist, welche radial am weitesten von der Zentralachse23 des Differenzials20 entfernt sind. -
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Differenzials30 in einem Längsschnitt entlang der Zentralachse24 des Differenzials30 . Das Differenzial30 weist einen Planetenträger25 , einen ersten Satz26 erster Planetenräder26' , einen zweiten Satz27 zweiter Planetenräder27' , ein erstes Sonnenrad28 , ein zweites Sonnenrad29 und ein Antriebsrad31 für den Eingriff mit einem nicht dargestellten Zahnrad eines nicht abgebildeten Winkeltriebs auf. - Der Planetenträger
25 ist aus den Blechbauteilen25a und25b gebildet. In dem Topteil25a sind die Sätze26 und27 und die Sonnenräder28 und29 auf genommen. Das Topfteil25a ist seitlich von dem Deckel25a verschlossen. Das Topfteil25a ist mit einem Flansch25c versehen. Der Deckel25b weist axiale Durchgangslöcher25d auf, deren Anordnung mit dem Lochbild der Löcher25e im Flansch25c korrespondiert. Durch die Löcher25d und25e sind Schrauben32 gesteckt, die jeweils in Gewindelöcher31a des Antriebsrades31 eingeschraubt sind. Die Gewindelöcher31 sind in Anschlusselementen oder in einem Anschlussring31b des Antriebsrades ausgebildet. Die Anschlusselemente und oder der Anschlussring31b sitzen/sitzt mit einem Passsitz33 auf einer außenzylindrischen Fläche des Topfteils25 . Der Anschlussring31b geht in den kegelstumpfförmig ausgebildeten Grundkörper31c des Antriebsrades31 über, an dem die Zähne beispielsweise einer Hypoidverzahnung ausgebildet sind. - Die Planetenräder
26' des ersten Satzes26 stehen im Zahneingriff mit dem Sonnenrad28 . Die Planetenräder27' des zweiten Satzes27 stehen im Zahneingriff mit dem Sonnenrad29 . Das Verhältnis V von D/B ist: 2 ≤ V ≤ 6,5. D ist der Durchmesser des Kreises22 , welcher konzentrisch zur Zentralachse24 ausgerichtet ist und die Planetenräder27' außen berührt. -
7 zeigt den Zahneingriff der Planetenräder26' mit dem ersten Sonnenrad28 und der Planetenräder27' mit dem zweiten Sonnenrad29 . Außerdem steht jedes Planetenrad26' im Zahneingriff mit einem Planetenrad27' . Die Sonnenräder28 und29 liegen axial nahezu aneinander und sind axial aneinander abgestützt und weisen die gleiche Anzahl an Zähnen28a bzw.29a auf, welche mit gleicher Teilung am Umfang verteilt sind. Die Anzahl der Zähne26a der Planetenräder26' ist gleich der Anzahl der Zähne27a der Planetenräder27' . Das Zahnprofil der Zähne28a ist radial positiv also nach außen verschoben. Das Zahnprofil der Zähne29a ist radial nach innen also negativ verschoben, so die als lange Planetenräder26' ausgebildeten Planetenräder26' nicht mit der Verzahnung29a des zweiten Sonnenrades29 kollidieren. Die Anzahl der Zähne28a des ersten Sonnenrades28 entspricht der Anzahl der Zähne29a des zweiten Sonnenrades29 . - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007040475 A1 [0002]
Claims (10)
- Differenzial (
1 ,20 ,30 ) mit einem Planetenträger (2 ,14 ,25 ), mit einem ersten Satz (3 ,17 ,26 ) Planetenräder (3' ,17' ,26' ), mit einem zweiten Satz (4 ,18 ,27 ) Planetenräder (4' ,18' ,27 ) mit einem ersten Sonnenrad (5 ,19 ,28 ) und mit einem zweiten Sonnenrad (6 ,21 ,29 ) und mit einem Antriebsrad (8 ,15 ,31 ), wobei: – die Planetenräder (3' ,17' ,26' ) jeweils mit radialem Abstand zu einer Zentralachse (7 ,23 ,24 ) des Differenzials (1 ,20 ,30 ) um eine Rotationsachse drehbar sowie an dem Planetenträger (2 ,14 ,25 ) abgestützt sind, – das erste Sonnenrad (5 ,19 ,28 ) konzentrisch zur Zentralachse (7 ,23 ,24 ) um die Zentralachse (7 ,23 ,24 ) rotierbar und koaxial zum zweiten Sonnenrad (6 ,21 ,29 ) angeordnet ist und dabei mit jedem Planetenrad (3' ,17' ,26' ) des ersten Satzes (3 ,17 ,26 ) im Zahneingriff steht, – das zweite Sonnenrad (6 ,21 ,29 ) um die Zentralachse (7 ,23 ,24 ) rotierbar mit jedem Planetenrad (4' ,18' ,27 ) des zweiten Satzes (4 ,18 ,27 ) im Zahneingriff steht, – das Antriebsrad (8 ,15 ,31 ) ein Zahnrad eines Winkeltriebs (9 ) für den Zahneingriff mit einem weiteren Zahnrad (12 ) des Winkeltriebs (9 ) und an dem Planetenträger (2 ,14 ,25 ) befestigt ist und wobei die Rotationsachsen (7 ,13 ,23 ,24 ) des Zahnrades und des weiteren Zahnrades zueinander geneigt verlaufen. - Differenzial nach Anspruch 1, an welchem das Antriebsrad (
15 ,31 ) einen kegelstumpfförmigen Grundkörper (15a ,31c ) mit Verzahnung aufweist. - Differenzial nach Anspruch 1, an welchem das Antriebsrad (
8 ,15 ,31 ) konzentrisch zur Zentralachse (7 ,23 ,24 ) auf dem der Planetenträger (2 ,14 ,25 ) zentriert ist. - Differenzial nach Anspruch 2 an welchem das Antriebsrad (
8 ,15 ,31 ) mittels eines Passsitzes auf einer außen zylindrischen Fläche des Planetenträgers (2 ,14 ,25 ) zentriert ist. - Differenzial nach Anspruch 1, 2 oder 3, an dem der Planetenträger (
2 ,14 ,25 ) aus wenigstens zwei Teilen (2a ,2b ,14a ,14b ,25a ,25b ) gebildet ist, zwischen denen die Planetenräder (3' ,4' ,17' ,18' ,26' ) angeordnet sind, wobei die Teile (2a ,2b ,14a ,14b ,25a ,25b ) aneinander befestigt sind und wobei das Antriebsrad (8 ,15 ,31 ) auf einem der Teile (2a ,2b ,14a ,14b ,25a ,25b ) zentriert ist. - Differenzial nach Anspruch 1, an dem der Planetenträger (
2 ,14 ,25 ) aus wenigstens zwei Teilen (2a ,2b ,14a ,14b ,25a ,25b ) gebildet ist, zwischen denen die Planetenräder (3' ,4' ,17' ,18' ,26' ,27' ) angeordnet sind, wobei die Teile (2a ,2b ,14a ,14b ) mittels Schrauben (32 ) aneinander befestigt sind und wobei das Antriebsrad (8 ,15 ,31 ) auf einem der Teile (2a ,2b ,14a ,14b ,25a ,25b ) zentriert ist. - Differenzial nach Anspruch 5, an dem die Teile (
2a ,2b ,14a ,14b ,25a ,25b ) mittels der Schrauben (32 ) an dem Antriebsrad (8 ,15 ,31 ) befestigt sind. - Differenzial nach Anspruch 1, in dem das erste Sonnenrad (
28 ) eine erste Anzahl Zähne (28a ) aufweist, welche gleich einer zweiten Anzahl Zähne (29a ) des zweiten Sonnenrades (29 ) ist und in dem jedes Planetenrad (26' ) des ersten Satzes (26 ) eine dritte Anzahl Zähne (26a ) aufweist, welche gleich einer vierten Anzahl Zähne (27a ) jedes Planetenrades (27' ) des zweiten Satzes (27 ) ist, wobei jedes Planetenrad (26' ) des ersten Satzes (26 ) mit jeweils einem Planetenrad (27' ) des zweiten Satzes (27 ) im Zahneingriff steht. - Differenzial nach Anspruch 1, in dem ein zur Zentralachse (
7 ,23 ,24 ) konzentrischer gedachter Kreis (22 ), welcher an welchem die radial am weitesten von der Zentralachse (7 ,23 ,24 ) angeordneten Planetenräder (3' ,4' ,17' ,18' ,26' ,27' ) eines der Sätze (3 ,4 ,17 ,18 ,26 ,27 ) radial an dem Kreis (22 ) anliegen, einen Durchmesser D aufweist, der mindestens dem Zweifachen und maximal dem 6.5-fachen einer Zahnbreite B des breitesten Zahnes der Planetenräder (3' ,4' ,17' ,18' ,26' ,27' ) entspricht. - Differenzialantriebseinheit (
10 ) mit dem Differenzial (1 ,20 ,30 ) nach Anspruch 1 und mit einem Winkeltrieb (9 ), wobei der Winkeltrieb (9 ) wenigstens ein Zahnrad (12 ) aufweist, welches im Zahneingriff mit dem Antriebsrad (8 ,15 ,31 ) steht und dessen Rotationsachse (13 ) quer zur Rotationsachse (7 ,23 ,24 ) des Antriebsrades (8 ,15 ,31 ) verläuft.
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