DE102012216404A1

DE102012216404A1 - Stirnraddifferentialgetriebe

Info

Publication number: DE102012216404A1
Application number: DE201210216404
Authority: DE
Inventors: Thorsten BIERMANN; Harald Martini; Richard Grabenbauer; Florian Wilm
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2014-03-20
Also published as: CN103671813A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stirnraddifferential, mit einem zum Umlauf um eine Umlaufachse vorgesehenen Planetenträger, einem ersten Hohlrad das achsgleich zur Umlauflachse angeordnet ist und eine erste Hohlradinnenverzahnung bildet, einem zweiten Hohlrad das ebenfalls achsgleich zur Umlauflachse angeordnet ist und eine zweite Hohlradinnenverzahnung bildet, einem Satz erster Umlaufplaneten die mit der ersten Hohlradinnenverzahnung des ersten Hohlrades in Eingriff stehen, und einem Satz zweiter Umlaufplaneten die mit der zweiten Hohlradinnenverzahnung des zweiten Hohlrads in Eingriff stehen, wobei das erste Hohlrad und das zweite Hohlrad die gleiche Anzahl Z an Zähnen aufweisen und die Achsen der ersten Umlaufplaneten auf einem ersten Teilkreis angeordnet sind, und die auf die Umlaufachse des Planetenträgers bezogenen Winkelabstände der Umlaufplanetenachsen auf dem ersten Teilkreis derart festgelegt sind, dass diese ein ganzzahliges Vielfaches des Winkelwertes 360°/ Z darstellen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Stirnraddifferentialgetriebe mit einem Leistungseingang und einem ersten und einem zweiten jeweils als Hohlrad ausgeführten Leistungsausgang, wobei durch dieses Stirnraddifferentialgetriebe die am Leistungseingang anliegende Antriebsleistung auf den ersten und auf den zweiten Leistungsausgang verzweigt wird.
Hintergrund der Erfindung
Differentialgetriebe werden allgemein als Umlaufrädergetriebe ausgeführt und dienen überwiegend der Verzweigung oder Verteilung einer über einen Leistungseingang zugeführten Eingangsleistung auf zwei Wellen. Am häufigsten werden Differentialgetriebe als sog. Achsdifferentialgetriebe im Automobilbau verwendet. Hierbei wird die durch einen Antriebsmotor bereitgestellte Antriebsleistung über das Differentialgetriebe auf Radantriebswellen von getriebenen Laufrädern verteilt. Die beiden zu den Laufrädern führenden Radantriebswellen werden hierbei mit je gleich großem Drehmoment d.h. ausgeglichen angetrieben. Bei Geradeausfahrt drehen beide Laufräder gleich schnell. Bei Kurvenfahrt unterscheiden sich die Drehzahlen der Laufräder voneinander. Das Achsdifferentialgetriebe ermöglicht diese Drehzahldifferenz. Die Drehzahlen können sich frei einstellen, nur der Mittelwert der beiden Geschwindigkeiten ist unverändert. In der Vergangenheit wurden diese Differentiale in großer Breite als sog. Kegelraddifferentiale ausgeführt. Neben dieser Bauform werden Differentialgetriebe auch in Form sog. Stirnraddifferentiale ausgeführt. Bei diesen Stirnraddifferentialen erfolgt die Koppelung der als Leistungsausgang fungierenden Ausgangsräder über zwei miteinander in Eingriff stehende Umlaufplaneten die typischerweise als Stirnräder ausgeführt sind. Bauformen dieser Stirnraddifferentiale werden in der nachfolgend genannte Druckschrift beschrieben.
Aus DE 40 27 423 A1 ist beispielsweise ein Stirnraddifferential bekannt, das einen Umlaufträger aufweist, in welchem mehrere auf einem Teilkreis abfolgende Stirnradzapfenpaare aufgenommen sind. Jedes Stirnradpaar besteht aus einem ersten und einem zweiten Stirnrad. Beide Stirnräder stehen miteinander über einen Eingriffsabschnitt in Eingriff und sind derart gegeneinander axial versetzt, dass jedes Stirnrad einen Überstandsabschnitt bildet welcher über ein Stirnende des jeweils anderen Stirnrads übersteht. Auf die Überstandsabschnitte der ersten Stirnrads ist ein erstes Hohlrad aufgesetzt und auf die Überstandsabschnitte der zweiten Stirnrads ist ein zweites Hohlrad aufgesetzt. Beide Hohlräder sind gleichachsig zur Umlaufachse des Umlaufträgers angeordnet und befinden sich auf einander abgewandten Seiten desselben.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Differentialgetriebe zu schaffen, das sich durch einen robusten Aufbau und ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet und zudem kostengünstig herstellbar ist.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Stirnraddifferential, mit:

– einem zum Umlauf um eine Umlaufachse vorgesehenen Planetenträger,
– einem ersten Hohlrad das achsgleich zur Umlauflachse angeordnet ist und eine erste Hohlradinnenverzahnung bildet,
– einem zweiten Hohlrad das ebenfalls achsgleich zur Umlauflachse angeordnet ist und eine zweite Hohlradinnenverzahnung bildet,
– einem Satz erster Umlaufplaneten die mit der ersten Hohlradinnenverzahnung des ersten Hohlrades in Eingriff stehen,
– einem Satz zweiter Umlaufplaneten die mit der zweiten Hohlradinnenverzahnung des zweiten Hohlrads in Eingriff stehen,
– wobei aus jeweils einem ersten und einem zweiten Umlaufplanenten ein Planetenpaar gebildet wird dessen Umlaufplaneten miteinander gegensinnig drehbar getrieblich gekoppelt sind, und
– das erste Hohlrad und das zweite Hohlrad die gleiche Anzahl „Z“ an Zähnen aufweisen und
– die Achsen der ersten Umlaufplaneten auf einem ersten Teilkreis angeordnet sind, und die auf die Umlaufachse des Planetenträgers bezogenen Winkelabstände der Umlaufplanetenachsen auf dem ersten Teilkreis derart festgelegt sind, dass diese ein ganzzahliges Vielfaches des Winkelwertes 360°/ Z darstellen.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein robustes Stirnraddifferential zu schaffen bei welchem die jeweiligen Planetenpaare aus baugleichen Komponenten gebildet werden können.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Winkelabstände der Umlaufplanetenachsen auf dem ersten Teilkreis derart festgelegt, dass sich minimale Winkelabstandsdifferenzen ergeben. Hierzu ist es in vorteilhafte Weise möglich, die Anzahl Z der Zähne eines Hohlrades so festzulegen, dass diese einem Vielfachen der Anzahl P an Umlaufplanetenpaaren entspricht. Bei dieser Auslegung wird es möglich, die Umlaufplanetenachsen auf dem ersten Teilkreis so anzuordnen, dass die Winkelabstände der Umlaufplanetenachsen auf dem ersten Teilkreis identisch sind. Zur Schaffung eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferentiales mit vier Koppelplanetenpaaren kann beispielsweise die Zähnezahl am jeweiligen Hohlrad den Wert 60 haben. Die Umfangswinkelabstände der Umlaufplanetenachsen auf dem ersten Teilkreis können dann gleichmäßig auf den Wert 90° festgelegt werden.
Alternativ zu der vorangehend beschriebenen Maßnahme der Festlegung der Zähnezahl Z des jeweiligen Hohlrades als ganzzahliges Vielfaches der Anzahl P an Koppelplanetenpaaren ist es auch möglich, dass die Anzahl Z der Zähne eines Hohlrades willkürlich derart festzulegen, dass diese kein Vielfaches der Anzahl P an Umlaufplanetenpaaren darstellt. So kann die Zähnezahl Z dann beispielsweise den Wert 62 erhalten. Dann können die Winkelabstände der Umlaufplanetenachsen auf dem ersten Teilkreis so festgelegt werden, dass diese unterschiedlich sind. Die Winkelabstände können dann bei Einsatz von vier Umlaufplanetenpaaren zweimal 87,1° und zweimal 92,9° betragen. Diese Anordnung ist weiterhin unwuchtfrei symmetrisch und die Differenz der Winkelabstände hat den kleinst möglichen Wert.
Wird als Zähnezahl Z der Wert 59 gewählt, so können nach dem erfindungsgemäßen Ansatz dreimal Winkelabstände von je 91,5° und einmal 85,5 realisiert werden. Diese Anordnung ist geringfügig unsymmetrisch und erfordert ggf. Vorkehrungen zur Unwuchtbeseitigung.
Weiterhin kann die Anzahl der Zähne Z eines Hohlrades so gewählt werden, dass diese eine Primzahl, z.B. 61 oder – wie bereits angesprochen – 59 darstellt. Diese Wahl kann je nach Ausführung des Stirnraddifferentials unter akustischen Gesichtspunkten Vorteile bieten.
Insgesamt wird es im Zusammenspiel mit dem erfindungsgemäßen Auslegungskonzept möglich, ein Differentialgetriebe zu schaffen, dass sich durch eine relativ kurze axiale Baulänge, eine hohe innere Strukturfestigkeit und hohe kinematische Steifigkeit auszeichnet, und bei welchem die jeweiligen Umlaufplanetenpaare wahlweise unter gleicher oder ungleicher Umfangsteilung angeordnet werden können. Bei den hier angesprochenen Winkeln handelt es sich um Winkel deren Scheitelpunkt auf der Umlaufachse des Planetenträgers liegt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind dass das erste Hohlrad und das zweite Hohlrad hinsichtlich der Verzahnungsgeometrie derart aufeinander abgestimmt, dass der Kopfkreis der Hohlradinnenverzahnung des ersten Hohlrades größer ist als die Summe aus doppeltem Achsabstand von zweitem Planet zu zweitem Hohlrad und Kopfkreisdurchmesser des zweiten Planeten.
Das erfindungsgemäße Stirnraddifferential ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass auch die Umlaufplaneten des ersten Satzes und die Umlaufplaneten des zweiten Satzes gleiche Zähnezahlen aufweisen. Die Durchmesserdifferenz der beiden Hohlräder ist vorzugsweise so abgestimmt, dass diese wenigstens der zweifachen kleinsten Zahnhöhe der Zähne eines der Umlaufplaneten, d.h. eines Ausgleichselementes entspricht. Diese Durchmesserdifferenz der ersten und der zweiten Hohlradinnenverzahnung ist vorzugsweise durch Profilverschiebung realisiert.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Achsen der Umlaufplaneten des ersten Satzes auf einem ersten Teilkreis angeordnet und die Achsen der Umlaufplaneten des zweiten Satzes sind auf einem zweiten Teilkreis angeordnet, und der zweite Teilkreis weist einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der Durchmesser des ersten Teilkreises. Die Durchmesserdifferenz der beiden Teilkreise entspricht vorzugsweise wenigstens der zweifachen kleinsten Zahnhöhe der Zähne eines Ausgleichselementes. Die Teilung auf beiden Teilkreisen ist identisch.
Das erfindungsgemäße Stirnraddifferentialgetriebe kann so aufgebaut werden, dass die Umlaufplaneten des ersten Satzes und die Umlaufplaneten des zweiten Satzes letztlich baugleich sind. Es ist auch möglich, an den Umlaufplaneten Profilverschiebungen vorzunehmen so dass diese unterschiedliche Kopfkreisdurchmesser erlangen.
Die kinematische Koppelung der Umlaufplaneten wird vorzugsweise bewerkstelligt, indem die Umlaufplaneten des zweiten Satzes über einen Achszapfen mit einem Koppelzahnrad gekoppelt sind, und das jeweilige Koppelzahnrand in ein Umlaufplanetenrad des ersten Satzes eingreift. Auch die Umlaufplaneten des ersten Satzes sind vorzugsweise mit einem Achszapfen versehen. Die Lagerung der Umlaufplaneten in dem Umlaufplanetenträger wird vorzugsweise bewerkstelligt, indem die Umlaufplaneten über einen Abschnitt ihres jeweiligen Achszapfens in dem Umlaufträger radial gelagert werden. Diese Lagerstelle kann als Gleitlagerstelle ausgeführt werden. Die Achszapfen können dann unmittelbar in einer entsprechenden Bohrungswandung des Umlaufträgers sitzen. Die Achszapfen können integral mit dem jeweiligen Umlaufplaneten ausgebildet sein. Vorzugsweise jedoch sind die Achszapfen als separate Bauteile gefertigt die eine Außenverzahnung aufweisen und in eine hierzu komplementär konturierte Bohrung in den jeweiligen Umlaufplaneten einsteckbar sind. Alternativ kann auch eine andere beliebige formschlüssige Verbindung vorgesehen werden. Die Verbindungsstrukturen sind vorzugsweise so dimensioniert, dass diese unter einem leichten Presssitz erfolgt. Die Außenverzahnung jener Achszapfen weist vorzugsweise eine Teilung auf die von der Zahnteilung der Stirnradverzahnung des entsprechenden Umlaufplaneten abweicht, insbesondere feiner ist. Hierdurch wird es möglich besondere Ausrichtungen der Umlaufplaneten des zweiten Satzes gegenüber dem zugeordneten Koppelzahnrad zu realisieren.
Durch das erfindungsgemäße Konzept der kinematischen Koppelung der Umlaufplaneten über achsgleich auf dem Achszapfen sitzende Koppelzahnräder wird es möglich, dass der Eingriff jenes Koppelzahnrades in das entsprechende Planetenrad des ersten Satzes auf dem Axialniveau der ersten Hohlradinnenverzahnung erfolgt.
Die Hohlräder sind gemäß einer besonders bevorzugen Ausführungsform der Erfindung als Ringelemente ausgebildet. Diese Ringelemente können insbesondere als Stanz- oder Schneidteile aus einem Plattenmaterial gefertigt werden. Es ist insbesondere auch möglich, diese Ringelemente aus einem Bandmaterial zu fertigen, das zu jener Ringgeometrie gebogen und an seinen Stoßstellen verschweißt wird. Die in Axialrichtung der Ringelemente gemessene Breite wird vorzugsweise so abgestimmt, dass diese der Axiallänge des daran von innen her angreifenden Umlaufplaneten entspricht. Diese Ringelemente sind gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an Nabenteller angebunden, wobei diese Nabenteller als Blechumformteile ausgeführt sind. Die Verbindung des jeweiligen Ringelementes mit dem Nabenteller kann durch Presssitz und ggf. plastische Umformung entsprechender Bereiche der Nabenteller erfolgen. So ist es insbesondere möglich, am jeweiligen Nabenteller Reliefstrukturen vorzusehen die axial von der Seite her leicht in die Innenverzahnung des Ringelementes vordringen und damit eine Verdrehsicherung unterstützen. Das Ringelement kann an dem Nabenteller fixiert werden indem ein Umfangsrandbereich des Nabentellers derart umgeformt wird, dass dieser das Ringelement umgreift und damit sichert.
Der Planetenträger selbst ist wie bereits angesprochen vorzugsweise als Scheibenkorpus ausgebildet und weist einen integral mit diesem ausgebildeten Stirnradkranz auf. Bei dem erfindungsgemäßen Stirnraddifferential besteht weiterhin ein Unterschied zu bisher bekannten Hohlraddifferenzialen insbesondere darin, dass der durch den Scheibenkorpus gebildete Steg des Antriebsrades direkt als Planetenträger genutzt wird und die Planeten über diesen, im Wirkverbund mit den Planetenbolzen, angetrieben werden.
Das erfindungsgemäße Stirnraddifferentialgetriebe, besteht im Kern aus einem Antriebsrad welches gleichzeitig als Planetenträger dient, einem negativ profilverschobenen Hohlrad, einem relativ dazu positiv profilverschobenen Hohlrad, Planetenpaaren bestehend aus Planetenrädern und Planetenbolzen, Abtriebselementen sowie auch Gehäuseteilen, welche die Abtriebselemente führen und an den Planetenradträger anbinden.
Um das Übersetzungsverhältnis von –1 zu erreichen haben beide Hohlräder die gleiche Zähnezahl, jedoch ist eines der Räder positiv, das andere negativ profilverschoben. Die Planeten haben ebenfalls die gleiche Zähnezahl und werden als Gleichteile ausgeführt. Das System weist lediglich zwei Verzahnungsebenen auf. Da die Planeten aufgrund der profilverschobenen Hohlräder auf unterschiedlichen Teilkreisen liegen, kann keine Kollision von gegenläufig rotierenden Verzahnungselementen erfolgen.
Ausgehend vom negativ-verschobenen Hohlrad betrachtet befindet sich in der gleichen Verzahnungsebene (axiale Position) ein Planet pro Planetenpaar mit dem Hohlrad im Eingriff. Dieser wiederum greift in den zweiten „Halbplaneten“ (Koppelplanet) ein, welcher über den Planetenbolzen das Drehmoment auf den, in der zweiten Verzahnungsebene (positiv-verschobenes Hohlrad) liegenden, zweiten „Halbplaneten“ (zweiten Umlaufplaneten) überträgt. Der Planetenträgersteg des Antriebsrads liegt zwischen den beiden „Halbplaneten“.
Die Bezeichnung Halbplanet bezieht sich auf einen Planeten, welcher auf der gegenüberliegenden Seite des Antriebsradsteges einen weiteren Planeten auf demselben Bolzen als Wirkpartner besitzt. Der eigentliche Ausgleichsplanet wird in zwei Hälften rechts und links des Antriebsrades geteilt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die eingangs angegebene Aufgabe erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Stirnraddifferential, mit:

– einem zum Umlauf um eine Umlaufachse vorgesehenen Planetenträger,
– einem ersten Hohlrad das achsgleich zur Umlauflachse angeordnet ist und eine erste Hohlradinnenverzahnung bildet,
– einem zweiten Hohlrad das ebenfalls achsgleich zur Umlauflachse angeordnet ist und eine zweite Hohlradinnenverzahnung bildet,
– einem Satz erster Umlaufplaneten die mit der ersten Hohlradinnenverzahnung des ersten Hohlrades in Eingriff stehen,
– einem Satz zweiter Umlaufplaneten die mit der zweiten Hohlradinnenverzahnung des zweiten Hohlrads in Eingriff stehen,
– wobei aus jeweils einem ersten und einem zweiten Umlaufplanenten ein Planetenpaar gebildet wird dessen miteinander in Eingriff stehende Umlaufplaneten miteinander gegensinnig drehbar getrieblich gekoppelt sind, und
– die Umlaufplaneten des ersten Satzes auf einem Teilkreis angeordnet sind und die auf dem Teilkreis liegenden Achsen dort unterschiedliche Umfangswinkelabstände aufweisen.

Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine Axialschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Stirnraddifferentialgetriebes;
2 eine perspektivische Axialschnittdarstellung des Umlaufträgers des erfindungsgemäßen Stirnraddifferentialgetriebes in Verbindung mit den angesetzten Hohlrädern und den Umlaufplaneten;
3 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Eingriffszustände der Hohlräder und der Umlaufplaneten;
4 eine Detaildarstellung zur weiteren Veranschaulichung von Einzelheiten des Stirnraddifferentialgetriebes nach 1;
5 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Hohlräder, der Umlaufplaneten und der Achszapfen;
Ausführliche Beschreibung der Figuren
Die Darstellung nach 1 zeigt das erfindungsgemäße Stirnraddifferential im Axialschnitt. Das erfindungsgemäße Stirnraddifferential umfasst einen zum Umlauf um eine Umlaufachse X vorgesehenen Planetenträger 3, ein erstes Hohlrad 1 das achsgleich zur Umlauflachse X angeordnet ist und eine erste Hohlradinnenverzahnung 1a bildet. Weiterhin umfasst das Stirnraddifferential ein zweites Hohlrad 2 das ebenfalls achsgleich zur Umlauflachse X angeordnet ist und eine zweite Hohlradinnenverzahnung 2a bildet.
In dem vom ersten Hohlrad 1 umgriffenen Getriebeinnenbereich befindet sich ein Satz erster Umlaufplaneten P1 (hier nicht sichtbar, siehe 2) die mit der ersten Hohlradinnenverzahnung 1a des ersten Hohlrades 1 in Eingriff stehen. In dem vom zweiten Hohlrad 2 umgriffenen Getriebeinnenbereich befindet sich ein Satz zweiter Umlaufplaneten P2 die mit der zweiten Hohlradinnenverzahnung 2a des zweiten Hohlrads 2 in Eingriff stehen.
Aus jeweils einem ersten und einem zweiten Umlaufplanenten P1, P2 wird jeweils ein Planetenpaar gebildet dessen mit dem jeweiligen Hohlrad in Eingriff stehende Umlaufplaneten P1, P2 wie angegeben miteinander gegensinnig drehbar getrieblich gekoppelt sind. Das erste Hohlrad 1 und das zweite Hohlrad 2 weisen die gleiche Anzahl an Zähnen auf. Diese Anzahl der Zähne eines Hohlrades 1, 2 entspricht bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel einem Vielfachen der Anzahl an Umlaufplanetenpaaren. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier Umlaufplanetenpaare vorgesehen. Die Zähnezahl Z des ersten und des zweiten Hohlrades 1, 2 entspricht damit 4·n, mit n = ganze Zahl. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Zähnezahl Z den Wert 60.
Das erste Hohlrad 1 und das zweite Hohlrad 2 sind hinsichtlich der Verzahnungsgeometrie derart aufeinander abgestimmt, dass der Kopfkreis K1 der Hohlradinnenverzahnung 1a des ersten Hohlrades 1 größer ist als der Fußkreis F2 der Hohlradinnenverzahnung 2a des zweiten Hohlrades 2.
Die beiden Hohlräder 1, 2 sind derart ausgebildet, dass die Hohlradinnenverzahnung 1a des ersten Hohlrades 1 und die Hohlradinnenverzahnung 2a des zweiten Hohlrades 2 gleiche Zähnezahlen aufweisen. Auch die Umlaufplaneten P1 des ersten Satzes und die Umlaufplaneten P2 des zweiten Satzes weisen gleiche Zähnezahlen auf.
Die Umlaufplaneten P1 des ersten Satzes und die Umlaufplaneten P2 des zweiten Satzes sind baugleich ausgeführt. Die Umlaufplaneten P2 des zweiten Satzes sind jeweils über einen Achszapfen 4 mit einem Koppelzahnrad PK2 gekoppelt, und das jeweilige Koppelzahnrand PK2 greift in ein Umlaufplanetenrad P1 es ersten Satzes ein.
Die Umlaufplaneten P1, P2 sind über einen Abschnitt ihres jeweiligen Achszapfens 4 in dem Umlaufträger 3 radial gelagert. Der Eingriff jenes Koppelzahnrades PK2 in das entsprechende Planetenrad P1 des ersten Satzes erfolgt auf dem Axialniveau der ersten Hohlradinnenverzahnung 1a. Die Hohlräder 1, 2 sind als Ringelemente ausgebildet und an Nabenteller 5, 6 angebunden, wobei diese Nabenteller 5, 6 als Blechumformteile ausgeführt sind.
Der Planetenträger 3 selbst ist als Scheibenkorpus ausgebildet und weist einen integral mit diesem ausgebildeten Stirnradkranz 3a auf. Dieser Stirnradkranz 3a bildet eine erste und eine zweite Innenumfangswandung 3b, 3c. In diese Innenumfangswandungen sind Gehäusedeckel 7, 8 axial eingepresst. Über diese Gehäusedeckel 7, 8 werden die an den Umlaufträger 3 axial angesetzten Komponenten gesichert und zu einer Baueinheit vereinigt. Die Gehäusedeckel 7, 8 sind als Blechumformteile ausgeführt und zentrisch in den Stirnradkranz 3a eingepresst. Die Gehäusedeckel 7, 8 bilden Bundabschnitte 7a, 8a die als Lagersitze fungieren über welche dieses Stirnraddifferentialgetriebe drehbar gelagert werden kann.
Die Einleitung der Antriebsleistung in das Differentialgetriebe erfolgt über die Stirnradverzahnung 3d des Stirnradkranzes 3a. Über die Umlaufplaneten P1, P2 erfolgt eine Leistungsverzweigung auf die Hohlräder 1, 2 und damit auf die Nabenteller 5, 6. An den Nabentellern 5, 6 sind Bundabschnitte 5a, 6a ausgebildet. Diese Bundabschnitte 5a, 6a sind ziehtechnisch gefertigt und mit einer Innenverzahnung 5b, 6b versehen. In diese Innenverzahnung 5b, 6b können entsprechend komplementär verzahnte Endabschnitte von Radantriebswellen, oder anderweitiger Leistungstransferkomponenten des jeweiligen Radantriebsstranges eingefügt werden. Anstelle der hier gezeigten Innenverzahnung sind auch anderweitige Verbindungsgeometrien zur Drehmomentenübertragung und zentrierten Aufnahme entsprechender Komponenten möglich.
In 2 ist in Form einer perspektivischen Axialschnittdarstellung der Aufbau des Differentialgetriebes nach 1 weiter veranschaulicht. In dieser Darstellung sind nunmehr zumindest teilweise die Umlaufplaneten P1 erkennbar die in das erste Hohlrad 1 radial von innen her eingreifen. Die in 1 dargestellten Nabenteller 5, 6 sind in dieser Darstellung nicht gezeigt. Die Hohlräder 1, 2 sind jedoch an diese Nabenteller 5, 6 starr angebunden und werden in Verbindung mit diesen Nabentellern 5, 6 montiert. Die Weglassung der Nabenteller 5, 6 in dieser Darstellung erfolgt lediglich zur deutlicheren Veranschaulichung. Die Umlaufplaneten P2 greifen radial von innen her in die das zweite Hohlrad 2 ein. Die Koppelung der mit dem zweiten Hohlrad 2 in Eingriff stehenden Umlaufplaneten P2 mit jenen, mit dem ersten Hohlrad 1 in Eingriff stehenden Umlaufplaneten P1 erfolgt wie bereits angesprochen über die Koppelplaneten PK2. Diese Koppelplaneten PK2 greifen nicht in die Innenverzahnung 1a des ersten Holrades 1 ein.
Die Achsen XP1 der Umlaufplaneten P1 des ersten Satzes sind auf einem ersten Teilkreis TK1 angeordnet und die Achsen XP2 der Umlaufplaneten P2 des zweiten Satzes sind auf einem zweiten Teilkreis TK2 angeordnet. Der zweite Teilkreis TK2 weist einen Durchmesser D2 auf, der kleiner ist als der Durchmesser D1 des ersten Teilkreises TK1. Die Durchmesserdifferenz der beiden Teilkreise TK1, TK2 entspricht in etwa der zweifachen Zahnhöhe h der Zähne Z1 der ersten Hohlradinnenverzahnung 1a. Die Durchmesserdifferenzen der ersten und der zweiten Hohlradinnenverzahnung 1a, 2a sind durch Profilverschiebung realisiert.
Wie bereits angesprochen wird die kinematische Koppelung der Umlaufplaneten P1, P2 erfindungsgemäß erreicht, indem die Umlaufplaneten P2 des zweiten Satzes jeweils über einen Achszapfen 4 mit einem Koppelzahnrad PK2 gekoppelt sind, und dann das jeweilige Koppelzahnrand PK2 in ein Umlaufplanetenrad P1 des ersten Satzes eingreift. Die Umlaufplaneten P1 des ersten Satzes sitzen ebenfalls jeweils auf einem Achszapfen 4. Der die Umlaufplaneten P1 tragende Achszapfen 4 ist hier baugleich zu jenem Achszapfen 4 ausgeführt der die Umlaufplaneten P2 mit den Koppelplaneten PK2 koppelt. Die bei der Lagerung der Umlaufplaneten P1 frei bleibende Verzahnung der Achszapfen 4 greift nicht in die Innenverzahnung 2a des zweiten Hohlrades 2 ein.
Wie erkennbar wird die Lagerung der Umlaufplaneten P1, P2 in dem Umlaufplanetenträger 3 bewerkstelligt, indem die Umlaufplaneten P1, P2 über einen zylindrischen Abschnitt 4a ihres jeweiligen Achszapfens 4 in entsprechenden Lagerbohrungen 3e in dem Umlaufträger 3 radial gelagert werden. Die entsprechende Lagerstelle ist hier als Gleitlagerstelle ausgeführt. Die Achszapfen 4 sitzen hier unter einem hinreichenden Bewegungsspiel unmittelbar in einer entsprechenden Bohrungswandung des Umlaufträgers 3. Die Achszapfen 4 können auch integral mit dem jeweiligen Umlaufplaneten P1, P2 ausgebildet sein. Vorzugsweise jedoch sind die Achszapfen 4 wie dargestellt als separate Bauteile gefertigt die eine Außenverzahnung 4b aufweisen und in eine hierzu komplementär konturierte Bohrung in den jeweiligen Umlaufplaneten P1, P2 einsteckbar sind. Die Steckverbindungsstrukturen sind vorzugsweise so dimensioniert, dass die Steckverbindung unter einem leichten Presssitz erfolgt. Die Außenverzahnung 4b jener Achszapfen 4 weist eine Teilung auf die von der Zahnteilung der Stirnradverzahnung des entsprechenden Umlaufplaneten P1, P2 abweicht, insbesondere feiner ist.
Durch das hier gezeigte Konzept der kinematischen Koppelung der Umlaufplaneten P1, P2 über achsgleich auf dem Achszapfen 4 sitzende Koppelzahnräder PK2 wird es möglich, dass der Eingriff jenes Koppelzahnrades PK2 in das entsprechende Planetenrad P1 des ersten Satzes auf dem Axialniveau der ersten Hohlradinnenverzahnung 1a erfolgt.
In 3 sind in Form einer Draufsicht die Hohlradinnenverzahnungen 1a, 2a der Hohlräder 1, 2 sowie auch die Umlaufplaneten P1, P2 und die Koppelzahnräder PK2 dargestellt. Wie bereits in Verbindung mit 1 beschrieben, jedoch in dieser Darstellung besser erkennbar sind die Achsen XP1 der Umlaufplaneten P1 des ersten Satzes auf einem ersten Teilkreis TK1 angeordnet und die Achsen XP2 der Umlaufplaneten P2 des zweiten Satzes sind auf einem zweiten Teilkreis TK2 angeordnet. Die Achsen XP1, XP2 sind parallel zur Differentialachse X ausgerichtet. Der zweite Teilkreis TK2 weist einen Durchmesser D2 auf, der kleiner ist als der Durchmesser D1 des ersten Teilkreises TK1. Die Durchmesserdifferenz der beiden Teilkreise TK1, TK2 entspricht in etwa der zweifachen Zahnhöhe h der Zähne Z1 der ersten Hohlradinnenverzahnung 1a. Die Hohlräder 1, 2 weisen die gleichen Zähnezahlen und gleichen Modula auf. Die Durchmesserdifferenzen der ersten und der zweiten Hohlradinnenverzahnung 1a, 2a sind durch Profilverschiebung realisiert. Die Umlaufplaneten P1, P2 und die Koppelplaneten PK2 sind baugleich ausgeführt.
Bei der dargestellten Auslegung wird es möglich, die Umlaufplanetenachsen auf dem ersten Teilkreis TK1 so anzuordnen, dass die Winkelabstände der Umlaufplanetenachsen XP1 auf dem ersten Teilkreis TK1 identisch sind. Zur Schaffung eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferentiales mit vier Koppelplanetenpaaren kann beispielsweise die Zähnezahl am jeweiligen Hohlrad den Wert 60 haben. Die Umfangswinkelabstände der Umlaufplanetenachsen auf dem ersten Teilkreis können dann wie gezeigt, gleichmäßig auf den Wert 90° festgelegt werden.
In 4 ist in Form einer Detaildarstellung der in 1 durch das Symbol „A“ gekennzeichnete Bereich des Differentialgetriebes weiter veranschaulicht. Wie angegeben ist der Planetenträger 3 selbst als Scheibenkorpus ausgebildet und weist einen integral mit diesem ausgebildeten Stirnradkranz 3a auf. Dieser Stirnradkranz 3a bildet eine erste und eine zweite Innenumfangswandung 3b, 3c. In diese Innenumfangswandungen 3b, 3c sind die als Blechumformteile gefertigten Gehäusedeckel 7, 8 axial eingepresst. Die Gehäusedeckel 7, 8 sind hierzu mit Umfangsstegen 7b, 8b. versehen. Die Gehäusedeckel 7, 8 sind durch die Innenumfangswandungen 3b, 3c zentriert. Diese Gehäusedeckel 7, 8 sichern die an den Umlaufträger axial angesetzten Komponenten und halten das Differentialgetriebe zu einer vormontierten Baueinheit zusammen.
In 5 sind in Form einer perspektivischen Explosionsdarstellung die beiden Hohlräder 1, 2, die Umlaufplaneten P1, P2, Die Koppelplaneten PK2 und die Achszapfen 4 dargestellt. Die Achszapfen 4 sind hier mit einer axial durchgängigen Außenverzahnung versehen. Bevorzugt wird jedoch die in 1 angedeutete Variante mit einem mittigen Zylindermantelabschnitt der als solcher eine höhere radiale Tragfähigkeit bietet. Soweit die Achszapfen 4 wie hier dargestellt, mit einer durchgängigen Außenverzahnung versehen sind ist es auch möglich, auf diese eine innenverzahnte Ringbuchse aufzusetzen die eine als Gleitlagerlauffläche fungierende zylindrische Außenfläche bildet. Die Achszapfen 4 sind hier insgesamt baugleich ausgeführt. Die Verzahnung weist eine Teilung auf die von der Teilung der Stirnradverzahnung der Umlaufplaneten P1, P2 abweicht. Die hier als Einzelteile dargestellten Hohlräder 1, 2 sind wie in 1 veranschaulicht in Nabenteller eingefasst. Die Hohlradinnenverzahnungen 1a, 2a und auch die hierzu passenden Stirnradverzahnungen der Umlaufplaneten P1, P2 sind als gerade Evolventenverzahnungen ausgeführt. Die Kopfkreisdurchmesser der Innenverzahnungen 1a, 2a sind unterschiedlich. Die Durchmesserdifferenz ist bei gleicher Zähnezahl durch Profilverschiebung realisiert. Bei dieser Ausführungsform ist der Kopfkreisdurchmesser der ersten Hohlradinnenverzahnnung 1a größer als der Fußkreisdurchmesser der zweiten Hohlradinnenverzahnung. Die Umlaufplaneten P1, P2 und auch die Koppelplaneten PK2 sind baugleich ausgeführt.
Es ist grundsätzlich möglich, bei dem beschriebenen Getriebeaufbau auch an den Umlaufplaneten P1, P2 sowie an den Koppelplaneten PK2 positive und negative Profilverschiebungen vorzunehmen. Hierdurch wird es möglich die erforderliche Durchmesserdifferenz der Kopfkreise der Hohlradinnenverzahnungen 1a, 2a der Hohlräder 1, 2 zu reduzieren. Konkret wird dann der Kopfkreisdurchmesser der zweiten Umlaufplaneten P2 vergrößert und der Kopfkreisdurchmesser der Koppelplaneten PK2 durch negative Profilverschiebung verkleinert.
Unter dem Begriff Differentialgetriebe sind im Kontext der vorliegenden Beschreibung allgemein Verteilergetriebe zu verstehen, die zur Verzweigung der über ein Antriebssystem zugeführten Antriebsleistung dienen. Neben Achsdifferentialgetrieben die eine Verzweigung der Antriebsleistung auf die Räder einer angetriebenen Achse ermöglichen, richtet sich die Erfindung damit ausdrücklich auch auf Verteilergetriebe zur Aufteilung der Antriebsleistung zwischen abfolgenden Achsen, beispielsweise einer Fahrzeugvorderachse und einer Fahrzeughinterachse.
Bei dem hier als Differentialgetriebe beschriebenen Getriebesystem handelt es sich um ein Getriebesystem das in ein Getriebegehäuse eingebunden und darin gelagert wird. Der Antrieb des hier als Differentialgetriebe bezeichneten Getriebesystems erfolgt über einen beispielsweise unmittelbar am Differentialgetriebe angreifenden Zahnrad-, oder Zugmitteltrieb. Hinsichtlich einer typischen Einbausituation wird auf den Stand der Technik nach DE 10 2008 027 992 A2 verwiesen. Der Begriff Planetenradträger umfasst ausdrücklich die allgemein als Steg oder Umlaufgehäuse bezeichnete, ggf. auch mehrteilig gebaute Komponente eines Umlaufrädergetriebes.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4027423 A1 [0003]
DE 102008027992 A2 [0051]

Claims

Stirnraddifferential, mit: – einem zum Umlauf um eine Umlaufachse (X) vorgesehenen Planetenträger (3), – einem ersten Hohlrad (1) das achsgleich zur Umlaufachse (X) angeordnet ist und eine erste Hohlradinnenverzahnung (1a) bildet, – einem zweiten Hohlrad (2) das ebenfalls achsgleich zur Umlaufachse (X) angeordnet ist und eine zweite Hohlradinnenverzahnung (2a) bildet, – einem Satz erster Umlaufplaneten (P1) die mit der ersten Hohlradinnenverzahnung (1a) des ersten Hohlrades (1) in Eingriff stehen, – einem Satz zweiter Umlaufplaneten (P2) die mit der zweiten Hohlradinnenverzahnung (2a) des zweiten Hohlrads (2) in Eingriff stehen, – wobei aus jeweils einem ersten und jeweils einem zweiten Umlaufplanenten (P1, P2) ein Planetenpaar gebildet wird dessen Umlaufplaneten (P1, P2) miteinander gegensinnig drehbar getrieblich gekoppelt sind, und – das erste Hohlrad (1) und das zweite Hohlrad (2) die gleiche Anzahl „Z“ an Zähnen aufweisen, und – die Achsen (XP1) der ersten Umlaufplaneten (P1) auf einem ersten Teilkreis (TK1) angeordnet sind, und die Winkelabstände der Umlaufplanetenachsen (XP1) auf dem ersten Teilkreis (TK1) derart festgelegt sind, dass diese ein ganzzahliges Vielfaches des Winkelwertes 360°/ Z darstellen.
Stirnraddifferential nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hohlrad (1) und das zweite Hohlrad (2) hinsichtlich der Verzahnungsgeometrie derart aufeinander abgestimmt sind, dass der Kopfkreis (K1) der Hohlradinnenverzahnung (1a) des ersten Hohlrades (1) größer ist als die Summe aus dem Kopfkreisdurchmesser des zweiten Planeten und dem doppeltem Abstand der Achse des zweiten Planeten (P2) von der Achse des zweiten Hohlrads.
Stirnraddifferential nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlaufplaneten (P1) des ersten Satzes und die Umlaufplaneten (P2) des zweiten Satzes gleiche Zähnezahlen aufweisen.
Stirnraddifferential nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen (XP1) der Umlaufplaneten (P1) des ersten Satzes auf einem ersten Teilkreis (TK1) angeordnet sind und die Achsen (XP2) der Umlaufplaneten (P2) des zweiten Satzes auf einem zweiten Teilkreis (TK2) angeordnet sind, und der zweite Teilkreis (TK2) einen Durchmesser aufweist der kleiner ist als der Durchmesser des ersten Teilkreises (TK1).
Stirnraddifferential nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesserdifferenz der beiden Teilkreise (TK1, TK2) wenigstens der zweifachen Zahnhöhe (h) der Zähne der ersten oder zweiten Hohlradinnenverzahnung (1a, 2a) oder der zweifachen Zahnhöhe der Ausgleichsplanten oder einer Kombination zweier Zahnhöhen oder Zahnkopf- und Zahnfußhöhen der erwähnten Verzahnungen entspricht.
Stirnraddifferential nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesserdifferenzen der ersten und der zweiten Hohlradinnenverzahnung (1a, 2a) durch Profilverschiebung realisiert sind, und dass die Umlaufplaneten (P1) des ersten Satzes und die Umlaufplaneten (P2) des zweiten Satzes baugleich ausgeführt sind.
Stirnraddifferential nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlaufplaneten (P2) des zweiten Satzes über einen Achszapfen (4) mit einem Koppelzahnrad (PK2) gekoppelt sind, und dass das jeweilige Koppelzahnrand (PK2) in ein Umlaufplanetenrad (P1) des ersten Satzes eingreift.
Stirnraddifferential nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlaufplaneten (P1, P2, PK2) über einen Abschnitt ihres jeweiligen Achszapfens (4) in dem Umlaufträger (3) radial gelagert sind, und dass der Eingriff jenes Koppelzahnrades (PK2) in das entsprechende Planetenrad (P1) des ersten Satzes auf dem Axialniveau der ersten Hohlradinnenverzahnung (1a) erfolgt.
Stirnraddifferential nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräder (1, 2) als Ringelemente ausgebildet sind und dass diese Ringelement an Nabenteller (5, 6) angebunden sind, wobei diese Nabenteller (5, 6) als Blechumformteile ausgeführt sind, und dass der Planetenträger (3) als Scheibenkorpus ausgebildet ist und einen integral mit diesem ausgebildeten Stirnradkranz (3a) aufweist.
Stirnraddifferential, insbesondere nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, mit: – einem zum Umlauf um eine Umlaufachse (X) vorgesehenen Planetenträger (3), – einem ersten Hohlrad (1) das achsgleich zur Umlaufachse (X) angeordnet ist und eine erste Hohlradinnenverzahnung (1a) bildet, – einem zweiten Hohlrad (2) das ebenfalls achsgleich zur Umlaufachse (X) angeordnet ist und eine zweite Hohlradinnenverzahnung (2a) bildet, – einem Satz erster Umlaufplaneten (P1) die mit der ersten Hohlradinnenverzahnung (1a) des ersten Hohlrades (1) in Eingriff stehen, – einem Satz zweiter Umlaufplaneten (P2) die mit der zweiten Hohlradinnenverzahnung (2a) des zweiten Hohlrads (2) in Eingriff stehen, – wobei aus jeweils einem ersten und einem zweiten Umlaufplanenten (P1, P2) ein Planetenpaar gebildet wird dessen miteinander in Eingriff stehende Umlaufplaneten (P1, P2) miteinander gegensinnig drehbar getrieblich gekoppelt sind, und die Umlaufplaneten (P1) des ersten Satzes auf einem Teilkreis (TK1) angeordnet sind und die auf dem Teilkreis (TK1) liegenden Achsen (XP1) dort unterschiedliche Umfangswinkelabstände aufweisen.