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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Differenzial, welches vorzugsweise als Stirnraddifferenzial ausgeführt ist, für ein Kraftfahrzeug, wie einen PKW, LKW oder Bus, mit einem hohl ausgebildeten Antriebsrad, an dessen Innenumfangsfläche wenigstens ein sich in radialer Richtung erstreckender flanschartiger Verbindungsvorsprung angebracht ist, wobei an dem wenigstens einen Verbindungsvorsprung ein Planetenträger drehfest gehalten ist und wobei an dem Planetenträger wenigstens ein Paar miteinander kämmender Planetenräder drehbar angeordnet ist und die Planetenräder mit je einem Abtriebsrad kämmen.
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Aus dem Stand der Technik, etwa der
DE 10 2007 004 710 A1 ist ein Stirnraddifferenzial mit einem als Summenwelle ausgebildeten und um eine längs ausgerichtete Drehachse drehbaren Gehäuse und mit wenigstens drei um die Drehachse umfangsseitig zueinander beabstandeten Planetenrädern und mit einem Antriebsrad an dem besagten Gehäuse offenbart. Weiterhin ist offenbart, dass das Gehäuse zumindest aus zwei aneinander befestigten Gehäuseabschnitten gebildet ist, jedes der Planetenräder längs beidseitig in den Gehäuseabschnitten gelagert ist, wenigstens einer der Gehäuseabschnitte topfförmig ausgebildet ist, wobei der Gehäuseabschnitt aus einem Topf mit einem gehäusestirnseitigen Boden, aus einer vom Boden abgehenden und um die Drehachse verlaufenden Wand gebildet ist.
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Im Weiteren ist die
US 2011/0245012 A1 bekannt, die ein Stirnraddifferenzial offenbart mit einer ersten Sonne und einer zweiten Sonne, wobei der ersten Sonne ein erster Satz Planetenräder und der zweiten Sonne ein zweiter Satz Planetenräder zugeordnet ist und der erste Satz Planetenräder mit dem zweiten Satz Planetenräder kämmt und dabei die Anzahl der Zähne der ersten Sonne gleich der Anzahl der Zähne der zweiten Sonne ist wobei durch Profilverschiebung die Zähne der ersten Sonne an einem Kopfkreis mit einem Kopfkreisdurchmesser angeordnet sind, der anders ist als der Kopfkreisdurchmesser eines Kopfkreises, an dem die Zähne der zweiten Sonne angeordnet sind, wobei der erste Satz Planetenräder nur mit der ersten Sonne kämmt und wobei der zweite Satz von Planetenrädern nur mit der zweiten Sonne kämmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfkreisdurchmesser des Kopfkreises der Zähne der ersten Sonne durch positive Profilverschiebung und der Kopfkreisdurchmesser des Kopfkreises der Zähne der zweiten Sonne durch negative Profilverschiebung realisiert ist.
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Auch ist etwa aus der
DE 10 2010 050 604 A1 bekannt, ein Planetengetriebe für ein Fahrzeug vorzuschlagen, mit einer Mehrzahl von Planetenrädern sowie Planetenradbolzen, wobei die Planetenräder auf den Planetenradbolzen drehbar um Planetenraddrehachsen gelagert sind, und mit einem Planetenradträger, der mindestens zwei Trägerbleche umfasst, wobei die Planetenräder zwischen den Trägerblechen angeordnet sind und die Planetenradbolzen von den Trägerblechen getragen werden, wobei mindestens eines der Trägerbleche als ein konturierter Trägertopf ausgebildet ist, welcher in Umlaufrichtung um eine Hauptdrehachse des Planetengetriebes Planetenradaufnahmen zur Aufnahme der Planetenräder und dazu in axialer Richtung versetzte Befestigungsabschnitte zur Befestigung des Trägertopfs an dem Planetengetriebe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradaufnahmen radial außenseitig jeweils einen Stützblechabschnitt aufweisen, der flächig sowohl in Umlaufrichtung um die Hauptdrehachse als auch in axialer Richtung verläuft.
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Diese spezielle Ausgestaltung von Stirnraddifferenzialen soll als hier integriert gelten. Sie beschreiben sog. Leichtbaudifferenziale, die auch als LWD (Light Weight Differentials) bezeichnet werden. Der Planetenträger ist zweiteilig ausgebildet. Es sind zwei Planetenträgerhälften zusammengefügt, um den Planetenträger zu bilden. Dabei wird unter einer Planetenträgerhälfte nicht eine solch geometrisch spezielle Unterteilung zu einer Mitte mit symmetrisch gleichartiger Ausgestaltung der beiden Planetenträgerhälften verstanden, sondern vielmehr eine entlang einer zu einer Rotationsachse senkrechten Ebene in zwei separate Teile aufgeteilte Planetenträgerbauteilausgestaltung verstanden.
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Zumeist, in den bisherigen, aktuellen Designs weist das Antriebsrad drei, vorzugsweise gleichmäßig um den Umfang des Antriebsrades gleichmäßig verteilte Verbindungsvorsprünge (auch als Verbindungsflansche bezeichenbar, die im Betriebszustand über Bolzen oder Niete, wie Hohlniete, mit dem Planetenträger verbunden sind) auf. Diese Verbindungsvorsprünge können jedoch eine um den Umfang ungleichmäßig verteilte Steifigkeitsverteilung, insbesondere in radialer Richtung (Radialsteifigkeit) und gegenüber Biegebelastungen (Biegesteifigkeit), verursachen. Es werden Bereiche höherer Steifigkeit und Bereich niedrigerer Steifigkeit ausgebildet. Diese Steifigkeitsverteilung führt dann dazu, dass, auch aufgrund des schlanken / schmalen Designs verursacht, im Betrieb eine Biegung des Antriebsrades, insbesondere in axialer Richtung stattfindet, die wesentlich größer ist als bei konventionellen Differentialen. Im Weiteren ist dadurch auch die Durchbiegungsamplitude wesentlich größer als die konventioneller Systeme. Auch kann die Steifigkeitsverteilung die Lebensdauer des Systems nachteilig beeinträchtigen.
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Zusammenfassend ist zu sagen, dass es bei bisherigen Differentialsystemen aufgrund einer speziellen Form des Antriebsrades zu einer ungleichmäßigen Steifigkeitsverteilung kommen kann, die Deformationen des Antriebsrades im Betrieb hervorrufen kann.
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Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und eine Drehungleichförmigkeit des Antriebsrades im Betrieb zu vermeiden, ohne dessen Gesamtsteifigkeit herabzusetzen.
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Offenbarung der Erfindung
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Dies ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Antriebsrad in einem zum wenigstens einen Verbindungsvorsprung benachbarten Bereich, etwa an der Innenumfangsfläche, axial anschließend zu dem wenigstens einen Verbindungsvorsprung, einen Schwächungsbereich aufweist, so dass das Antriebsrad zumindest in dem mit dem wenigstens einen Verbindungsvorsprung verbundenen Zustand entlang seines Umfangs einen gleichen Steifigkeitswert (insbesondere Biegesteifigkeitswert und / oder Radialsteifigkeitwert) aufweist.
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Dadurch wird insbesondere die Biegesteifigkeit des Antriebsrades entlang seines Umfangs angeglichen. Ein Verwinden des Antriebsrades durch Biegebelastung wird vermieden.
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Zusätzliche Ausführungen sind in den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend ausführlich erläutert.
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Weist das Antriebsrad mehrere in Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordnete Verbindungsvorsprünge auf, wobei vorzugsweise die Innenumfangsfläche in dem Bereich zwischen zwei benachbarten Verbindungsvorsprüngen entlang ihres Umfangs eine kreisrunde Erstreckung aufweist und wobei vorzugsweise das Antriebsrad je Verbindungsvorsprung zumindest eine Ausnehmung aufweist, wird die Verbindung zwischen Antriebsrad und Planetenträger deutlich gestärkt und die Verbindungsstellen gleichmäßiger um den Umfang herum verteilt. Die Verformungsneigung wird weiter reduziert.
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In diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, wenn das Antriebsrad mit der Innenumfangsfläche zumindest abschnittsweise in radialer Richtung an dem Planetenträger anliegt. Dadurch wäre das Antriebsrad unmittelbar durch Anlage zu dem Planetenträger zentrierbar. Wenn das Antriebsrad mit der Innenumfangsfläche zumindest abschnittsweise in radialer Richtung von dem Planetenträger beabstandet ist, kann die Montierbarkeit des Planetenträgers am Antriebsrad verbessert werden.
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Von Vorteil ist es auch, die zumindest eine Ausnehmung mittels eines spanenden Bearbeitungsschrittes, wie Fräsen, in die Innenumfangsfläche eingebracht ist und / oder in die Innenumfangsfläche, in axialer Richtung neben dem mindestens einen Verbindungsvorsprung anschließend, zumindest eine die Wanddicke des Antriebsrades herabsetzende und den Schwächungsbereich bildende Ausnehmung eingebracht ist. Dadurch kann zusätzlich Gewicht eingespart werden und der Schwächungsbereich ist einfach herstellbar.
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Nachfolgend wird nun die Erfindung mit Hilfe von verschiedenen Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch ein Differenzial einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, welcher Schnitt entlang einer Ebene durchgeführt ist, in der die Drehachse der Abtriebsräder liegen,
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2 eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Differenzials nach 1, wobei eine Stirnseite des Differenzials dargestellt ist und insbesondere die Ausgestaltung des Antriebsrades und dessen Anbindung an den Planetenträger gut zu erkennen ist, wobei der Planetenträger mit seiner Außenumfangsfläche abschnittsweise in radialer Richtung an der Innenumfangsfläche des Antriebsrades anliegt, und
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3 eine Vorderansicht eines Differenzials einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei, wie auch in 2, das Differenzial von seiner Stirnseite dargestellt ist, jedoch der Planetenträger mit seiner Außenumfangsfläche abschnittsweise in radialer Richtung von der Innenumfangsfläche des Antriebsrades beabstandet ist.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Der Aufbau des erfindungsgemäßen als Stirnraddifferenzial
1 ausgeführten Differenzials
1 ist besonders gut in
1 zu erkennen. Das Stirnraddifferenzial
1 ist grundlegend wie das Stirnraddifferenzial
1 der
US 2011/0245012 , die aus der Patentfamilie der
DE 10 2009 032 286 A1 stammt. Das Stirnraddifferential
1 ist in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, wie eines PKWs, LKWs oder Busses einsetzbar und dort zur Drehmomentenübertragung zwischen den Radachsen und einem Getriebe / einer Kraftmaschine, wie einer Verbrennungskraftmaschine (Otto- oder Dieselmotor), dienend.
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Das Stirnraddifferenzial 1 weist ein hohl ausgebildetes Antriebsrad 2 auf. Das Antriebsrad 2 weist daher eine ringförmige Ausgestaltung auf, wobei ein Grundkörper 3 des Antriebsrades 2 ringförmig ausgestaltet ist. An der Außenumfangsfläche weist dieser Grundkörper 3 eine entlang des Umfangs verlaufende Außenverzahnung 4 auf, die als Geradverzahnung ausgestaltet ist. Alternativ kann die Außenverzahnung 4 auch in einer anderen Form, wie einer Schrägverzahnung oder Kegelverzahnung ausgeführt sein, die dann ebenfalls am Außenumfang des Grundkörpers 3 angeordnet wären.
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Das Antriebsrad 2 weist weiterhin eine Innenumfangsfläche 5 auf, die die radiale Innenseite des Grundkörpers 3 bildet. Die Innenumfangsfläche verläuft grundsätzlich kreisrund um die Drehachse 6 des Antriebsrades 2 / Zentralachse 6 des Stirnraddifferenzials 1 herum und im Wesentlichen konzentrisch zur Außenverzahnung 4 an der Außenumfangsfläche. Die Innenumfangsfläche 5 verläuft überwiegend in axialer Richtung (parallel zur Drehachse 6).
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An der Innenumfangsfläche 5 sind drei sich in radialer Richtung erstreckende Verbindungsvorsprünge 7 angeordnet.
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Die Verbindungsvorsprünge 7 sind gleich ausgebildet und gleichmäßig / in gleichen Winkelabständen um den Umfang des Antriebsrades 2 verteilt angeordnet. Jeder der Verbindungsvorsprünge 7 ist an der Innenumfangsfläche 5 angebracht, indem er bereits im Urformprozess an den Grundkörper 3 angebracht wird. Jeder der Verbindungsvorsprünge 7 ist daher integral mit dem Grundkörper 3 ausgeführt. Jeder der Verbindungsvorsprünge 7 erstreckt sich im Wesentlichen in radialer Richtung nach innen von der Innenumfangsfläche 5 weg. Die Verbindungsvorsprünge 7 sind in axialer Richtung mittig angeordnet und weisen eine entlang der Radialrichtung gleich bleibende Breite / Dicke (Abmessung in axialer Richtung) auf. Somit sind die Verbindungsvorsprünge 7 ähnlich eines Flansches ausgebildet.
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Jeder der Verbindungsvorsprünge 7 ist dann mittels Befestigungsmitteln, wie Bolzen (wie Schraubbolzen) oder Niete (auch Hohlniete) mit einem Planetenträger 8 verbunden (zumindest drehfest verbunden). Der Planetenträger 8 ist somit am Antriebsrad 2 drehfest gehalten. An dem Planetenträger 8 ist zumindest ein, hier drei Paare 9, 10, 11 miteinander kämmender Planetenräder 12 drehbar angeordnet. Ein erstes Paar 9, ein zweites Paar 10 sowie ein drittes Paar 11 ist entlang des Umfangs verteilt, in einem Umfangsbereich zwischen den Verbindungsvorsprüngen 7 angeordnet. Jeweils ein Planetenrad 12 jedes Planetenradpaares 9, 10, 11 kämmt dann wiederum auf bekannte Weise mit einem ersten Abtriebsrad 13, durch das eine ein erstes Rad antreibende Welle antreibbar ist, oder einem zweiten Abtriebsrad 14 durch das eine ein zweites Rad antreibende Welle antreibbar ist.
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Wie weiterhin gut in 1 zu erkennen ist, ist der Planetenträger 8 aus zwei einen Innenraum ausbildeten Hälften (erste Planetenträgerhälfte 15 und zweite Planetenträgerhälfte 16) gebildet und derart zum Antriebsrad angeordnet und positioniert, dass er in radialer Richtung zumindest entlang eines Abschnittes seines Umfangs an der Innenumfangsfläche 5 abgestützt ist.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2, ist die erste Planetenträgerhälfte 15 sowie die zweite Planetenträgerhälfte 16 mit ihrer radialen Außenumfangsfläche an der Innenumfangsfläche 5 des Antriebsrades 2 anliegend. Die erste Planetenträgerhälfte 15 ist auf einer ersten axialen Seite der Verbindungsvorsprünge 7 angeordnet, die zweite Planetenträgerhälfte 16 ist auf einer zweiten axialen Seite der Verbindungsvorsprünge 7, nämlich der Seite, die der ersten Planetenträgerhälfte 15 abgewandt ist, angeordnet.
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Die Innenumfangsfläche 15 ist weiterhin so ausgestaltet, dass sie Schwächungsbereiche 17 in Form von Ausnehmungen 17 (Auch als Aussparungen, Vertiefungen oder Nuten bezeichenbar) aufweist, die in 2 besonders gut zu erkennen sind. Jedem der Verbindungsvorsprünge 7 sind zwei Ausnehmungen 17 zugeordnet, wobei eine erste Ausnehmung 17 auf einer ersten axialen Seite des Verbindungsvorsprungs 7 an den Verbindungsvorsprung 7 anschließt, und eine zweite Ausnehmung 17 auf einer zweiten axialen Seite des Verbindungsvorsprungs 7, nämlich der Seite, die der ersten Ausnehmung 17 abgewandt ist, an den Verbindungsvorsprung 7 anschließt. Jede der Ausnehmungen 17 verläuft nur über einen bestimmten Umfangsbereich und ist vorzugsweise durch ein spanendes Fertigungsverfahren in den Grundkörper 3 eingebracht. Jede Ausnehmung 17 ist im Wesentlich halbmondförmig ausgestaltet, wobei sie an ihren Umfangsenden in die kreisrunde Innenumfangsfläche 5, nachfolgend als Basisbereiche 18 bezeichnet, übergehen. Insgesamt sind somit drei Paare von Ausnehmungen 17 entlang des Umfangs angeordnet, wobei jedes Paar zwischen zwei benachbarten Basisbereichen 18, im Umfangsbereich eines Verbindungsvorsprungs 7 angeordnet ist. Jedes Paar Ausnehmungen 17 ist im Wesentlichen, bezogen auf eine durch die axiale Mitte der Verbindungsvorsprünge 7 verlaufende Radialebene, symmetrisch zueinander ausgestaltet.
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Im Ausführungsbeispiel nach 2 berührt die im Wesentlichen entlang des Umfangs kreisrund verlaufende Außenumfangsfläche des Planetenträgers 8, d.h. die Außenumfangsfläche jeder Planetenträgerhälfte 15, 16 den Basisbereich 18, wohingegen diese Außenumfangsfläche jeder Planetenträgerhälfte 15, 16 im Umfangsbereich der Ausnehmungen 17 von dem Antriebsrad 2 / dem Grundkörper 3 beabstandet ist.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferenzials 1 ist in 3 dargestellt, wobei dieses Stirnraddifferenzials 1 gemäß dem in den 1 und 2 beschriebenem Stirnraddifferenzial 1 aufgebaut ist. Der wesentliche Unterschied besteht lediglich darin, dass der Durchmesser zumindest einer der drei Basisbereiche 18 gegenüber dem Durchmesser der Außenumfangsfläche der Planetenträgerhälften 15, 16 so ausgestaltet ist, dass zumindest ein Basisbereich 18 in radialer Richtung von der der Außenumfangsfläche der Planetenträgerhälften 15, 16 beabstandet ist. Somit ist ein Spalt zwischen ein Basisbereich 18 und dem Planetenträger 8 ausgestaltet. Alternativ dazu können auch zwei oder gar alle drei Basisbereiche 18 von der Außenumfangsfläche der Planetenträgerhälften 15, 16 beabstandet sein, wobei die Zentrierung dann bspw. über separate, an der Außenumfangsfläche des Planetenträgers 8 angeordnete Zentrierungslaschen stattfindet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Differenzial / Stirnraddiffernzial
- 2
- Antriebsrad
- 3
- Grundkörper
- 4
- Außenverzahnung
- 5
- Innenumfangsfläche
- 6
- Drehachse / Zentralachse
- 7
- Verbindungsvorsprung
- 8
- Planetenträger
- 9
- erstes Paar
- 10
- zweites Paar
- 11
- drittes Paar
- 12
- Planetenrad
- 13
- erstes Abtriebsrad
- 14
- zweites Abtriebsrad
- 15
- erste Planetenträgerhälfte
- 16
- zweite Planetenträgerhälfte
- 17
- Schwächungsbereich / Ausnehmung
- 18
- Basisbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007004710 A1 [0002]
- US 2011/0245012 A1 [0003]
- DE 102010050604 A1 [0004]
- US 2011/0245012 [0021]
- DE 102009032286 A1 [0021]
