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Die Erfindung betrifft ein Stirnraddifferential zur Aufteilung eines an einem Differentialgehäuse anliegenden Antriebsmoments auf zwei gleichachsig angeordnete Hohlräder, die drehfest mit einer jeweiligen Abtriebswelle verbunden sind. Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf Kraftfahrzeuge.
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Aus der
DE 10 2012 207 498 A1 geht ein Stirnraddifferential zur Aufteilung eines an einem Umlaufträger anliegenden Antriebsmomentes auf eine erste und auf eine zweite, jeweils zu einer Umlaufachse des Umlaufträgers gleichachsig angeordnete Hohlrad-Abtriebsnabe hervor. Das Stirnraddifferential, umfasst einen zum Umlauf um eine Umlaufachse vorgesehenen Umlaufträger, eine erste Stirnradzapfengruppe und eine zweiten Stirnradzapfengruppe. Die beiden Stirnradzapfengruppen sind derart zusammengefügt, dass jeder Stirnradzapfen einer Gruppe jeweils mit zwei der diesem benachbarten Stirnradzapfen der anderen Stirnradzapfengruppe in Eingriff steht, und gegenüber diesen axial versetzt ist, so dass jede Stirnradzapfengruppe jeweils Überstandsabschnitte bildet. Ferner umfasst das Stirnraddifferential ein erstes Hohlrad, das achsgleich zur Umlauflachse angeordnet ist, und das mit den Überstandsabschnitten der Stirnradzapfen der zweiten Stirnradzapfengruppe in Eingriff steht, sowie ein zweites Hohlrad, das ebenfalls achsgleich zur Umlauflachse angeordnet ist, und das mit Überstandsabschnitten der Stirnradzapfen der ersten Stirnradzapfengruppe in Eingriff steht. Im Innenraum des jeweiligen Hohlrades ist jeweils ein Stützelement vorgesehen, das eine Zapfenstruktur lagert über welche ein am jeweiligen Stützelement stirnseitig anstehender Stirnradzapfen radial abgestützt ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Stirnraddifferential weiterzuentwickeln, und insbesondere kompaktbauend und leistungsoptimiert auszubilden.
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Das erfindungsgemäße Stirnraddifferential umfasst ein Differentialgehäuse, das zur Einspeisung eines Drehmoments in das Stirnraddifferential zumindest mittelbar mit einer Antriebswelle verbunden ist, sowie zwei Abtriebswellen, wobei die jeweilige Abtriebswelle mit einem jeweiligen Hohlrad verbunden ist, wobei das jeweilige Hohlrad zur hälftigen Verteilung des Drehmoments auf die beiden Abtriebswellen mit einem jeweiligen Planetenradsatz kämmt, und wobei die beiden Planetenradsätze zumindest paarweise miteinander kämmen und auf einem gemeinsamen Planetenträger drehbar gelagert sind. Ein jeweiliger Planet des ersten Planetenrades kämmt sowohl mit dem ersten Hohlrad als auch zumindest mit einem Planeten des zweiten Planetenradsatzes. Dementsprechend kämmt ein jeweiliger Planet des zweiten Planetenrades sowohl mit dem zweiten Hohlrad als auch zumindest mit einem Planeten des ersten Planetenradsatzes. Erfindungsgemäß sind die beiden Hohlräder axial benachbart und koaxial zueinander angeordnet, wobei beide Hohlräder gemeinsam entweder axial linksseitig oder rechtsseitig von den beiden Planetenradsätzen und dem Planetenträger angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die beiden Hohlräder besonders vorteilhaft und kompaktbauend angeordnet, wobei dadurch eine kompaktbauende und leistungsoptimierte Ausbildung des Stirnraddifferentials ermöglicht wird.
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Insbesondere ist das erste Hohlrad radial innerhalb des zweiten Hohlrades angeordnet, wobei sich das zweite Hohlrad axial über das erste Hohlrad hinaus erstreckt. Somit sind die beiden Hohlräder zumindest teilweise ineinander verbaut, wodurch insbesondere das axiale Abmaß des Stirnraddifferentials verkleiner wird. Das erste Hohlrad ist sowohl axial als auch radial innerhalb des zweiten Hohlrades angeordnet.
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Vorzugsweise umfasst das Stirnraddifferential eine schaltbare Kupplungsvorrichtung, wobei die Kupplungsvorrichtung mindestens eine erste und zweite Reibscheibe sowie einen Aktuator zur Betätigung der Reibscheiben umfasst, wobei ferner die Kupplungsvorrichtung dazu vorgesehen ist, bei einer Betätigung der Reibscheiben das Drehmoment auf die beiden Abtriebswellen variabel umzuverteilen. Mithin schafft die Kupplungsvorrichtung eine schaltbare Sperrfunktion für das Sperrdifferential. Die Sperrfunktion ist insbesondere für eine sportlich-dynamische Fahrweise des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere weist die Kupplungsvorrichtung mehrere axial abwechselnd angeordnete erste und zweite Reibscheiben auf. Je mehr Reibscheiben vorgesehen sind und je größer die Reibfläche der Reibscheiben ist, umso größer ist auch das generierbare Reibmoment zwischen den jeweiligen Reibscheiben. Insbesondere ist die Anzahl der Reibscheiben von der Leistung des Antriebsmotors abhängig. Hohlräder haben gegenüber Sonnenrädern den Vorteil, dass durch die Vergrößerung des Durchmessers am Krafteingriff zwischen den Zähnen der Planeten und den Zähnen des jeweiligen Hohlrades größere Drehmomente übertragbar sind.
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Gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine erste Reibscheibe drehfest mit dem Differentialgehäuse verbunden, wobei die mindestens eine zweite Reibscheibe drehfest mit dem zweiten Hohlrad verbunden ist. Mithin wird bei einer Betätigung der Kupplungsvorrichtung das Differentialgehäuse gegen das zweite abtreibende Hohlrad gebremst.
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Gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine erste Reibscheibe drehfest mit dem zweiten Hohlrad verbunden, wobei die mindestens eine zweite Reibscheibe drehfest mit dem ersten Hohlrad verbunden ist. Mithin wird bei einer Betätigung der Kupplungsvorrichtung das erste abtreibende Hohlrad gegen das zweite abtreibende Hohlrad gebremst.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht ein mittlerer Reibdurchmesser der Reibscheiben im Wesentlichen einem maximalen Außendurchmesser des Stirnraddifferentials. Somit wird ein maximaler radialer Bauraum des Sperrdifferentials zur Anordnung der annähernd diesem radialen Abmaß entsprechenden Reibscheiben ausgenutzt. Durch die Maximierung des Durchmessers der Reibscheiben und die daraus erwachsende Maximierung der effektiven Reibfläche der Reibscheiben kann die Anzahl der Reibscheiben verringert werden, wobei dadurch der axiale Bauraum der Kupplungsvorrichtung verringerbar ist.
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Vorzugsweise ist am Differentialgehäuse eine Verzahnung ausgebildet, die mit einer Verzahnung an der Antriebswelle zur Einspeisung des Drehmoments in das Stirnraddifferential zusammenwirkt. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Verzahnung am Differentialgehäuse als Tellerrad ausgebildet, wobei die Verzahnung an der Antriebswelle als Kegelrad ausgebildet ist. Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Verzahnung am Differentialgehäuse umfangsseitig ausgebildet, wobei die Verzahnung an der Antriebswelle vorzugsweise als Stirnrad ausgebildet ist.
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Bevorzugt ist die Kupplungsvorrichtung axial benachbart und in Reihe zu der Verzahnung am Differentialgehäuse angeordnet. Dies senkt insbesondere das radiale und axiale Abmaß des Stirnraddifferentials. Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die beiden Abtriebswellen auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Differentialgehäuse über zwei Lagerelemente drehbar an einem stationär festgelegten Gehäuse gelagert. Dabei ist das jeweilige Lagerelement vorzugsweise an einer jeweiligen Hälfte des Differentialgehäuses ausgebildet, wobei die beiden Hälften des Differentialgehäuses drehfest miteinander verbunden sind, insbesondere einteilig miteinander verschweißt sind. Ferner ist es denkbar die beiden Hälften des Differentialgehäuses durch vorzugsweise eine Presspassung drehfest miteinander zu verbinden.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung vier bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der vier Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt
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1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Stirnraddifferentials gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 eine stark vereinfachte schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Stirnraddifferentials gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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3 eine stark vereinfachte schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Stirnraddifferentials gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
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4 eine stark vereinfachte schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Stirnraddifferentials gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
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Gemäß den 1 bis 4 weist ein erfindungsgemäßes Stirnraddifferential für ein – hier nicht dargestelltes – Kraftfahrzeug, ein Differentialgehäuse 1 auf, an dem eine Verzahnung 2 in Form eines Tellerrads ausgebildet ist. Das Differentialgehäuse 1 ist über zwei Lagerelemente 14a, 14b drehbar an einem stationär festgelegten Gehäuse 13 gelagert. Die Verzahnung 2 ist zur Einspeisung eines Drehmoments in das Stirnraddifferential mit einer Verzahnung 15 an einer Antriebswelle 3 verbunden, wobei die Antriebswelle 3 insbesondere als Kegelradwelle ausgebildet ist. Mithin kämmt das Tellerrad zur Drehmomenteinspeisung mit der Kegelradwelle. Ferner umfasst das Stirnraddifferential eine erste und eine zweite auf einer gemeinsamen Achse 16 angeordnete Abtriebswelle 4a, 4b, wobei die jeweilige Abtriebswelle 4a, 4b mit einem jeweiligen Hohlrad 5a, 5b verbunden ist. Die beiden Hohlräder 5a, 5b sind axial benachbart und koaxial zueinander angeordnet. Ferner ist das erste Hohlrad 5a radial innerhalb des zweiten Hohlrades 5b angeordnet, wobei sich das zweite Hohlrad 5b axial über das erste Hohlrad 5a hinaus erstreckt.
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Das jeweilige Hohlrad 5a, 5b kämmt zur hälftigen Verteilung des Drehmoments auf die beiden Abtriebswellen 4a, 4b mit einem jeweiligen Planetenradsatz 6a, 6b, wobei die beiden Planetenradsätze 6a, 6b zumindest paarweise miteinander kämmen und auf einem gemeinsamen Planetenträger 7 drehbar gelagert sind. Das Drehmoment vom Differentialgehäuse 1 wird über den Planetenträger 7 auf die beiden Planetenradsätze 6a, 6b verteilt. Der Planetenträger 7 ist asymmetrisch aufgebaut.
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Gemäß den 1 bis 3 sind die beiden Hohlräder 5a, 5b unmittelbar axial benachbart angeordnet. Mithin ist axial zwischen den beiden Hohlrädern 5a, 5b kein weiteres Element angeordnet. Nach 4 sind die beiden Hohlräder 5a, 5b mittelbar axial benachbart angeordnet, wobei axial zwischen den beiden Hohlrädern 5a, 5b die Kupplungsvorrichtung 8 angeordnet ist.
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Gemäß 1 ist eine schaltbare Kupplungsvorrichtung 8 axial benachbart und in Reihe mit der Verzahnung 2 am Differentialgehäuse 1 angeordnet. Insbesondere ist Kupplungsvorrichtung 8 zwischen der Verzahnung 2 und der zweiten Abtriebswelle 4b angeordnet. Die Kupplungsvorrichtung 8 umfasst mehrere erste und zweite Reibscheiben 9a, 9b sowie einen Aktuator 10 zur Betätigung der Reibscheiben 9a, 9b. Die drei ersten Reibscheiben 9a sind dabei drehfest mit dem Differentialgehäuse 1 verbunden, wobei die drei zweiten Reibscheiben 9b drehfest mit dem zweiten Hohlrad 5b verbunden sind. Das zweite Hohlrad 5b ist ebenfalls drehfest mit der zweiten Abtriebswelle 4b verbunden. Mithin wird das Differentialgehäuse 1 gegen das zweite abtreibende Hohlrad 5b gebremst. Beide Hohlräder 5a, 5b sind gemeinsam axial linksseitig von den beiden Planetenradsätzen 6a, 6b angeordnet. Die Kupplungsvorrichtung 8 ist dazu vorgesehen, bei einer Betätigung der Reibscheiben 9a, 9b das Drehmoment auf die beiden Abtriebswellen 4a, 4b variabel umzuverteilen. Zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Schaltstellung der Kupplungsvorrichtung 8 sind eine Vielzahl von beliebigen Reibstellungen der Reibscheiben 9a, 9b einstellbar. Ein mittlerer Reibdurchmesser 11 der Reibscheiben 9a, 9b entspricht im Wesentlichen einem maximalen Außendurchmesser 12 des Stirnraddifferentials. Mit anderen Worten ist der Reibdurchmesser 11 der Reibscheiben 9a, 9b in Abhängigkeit des radialen Abmaßes des Stirnraddifferentials maximal. Dadurch ist auch eine Reibfläche der Reibscheiben 9a, 9b ebenfalls maximal.
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2 ist eine alternative Ausführungsform des Stirnraddifferentials gemäß 1, wobei das axiale Abmaß des Stirnraddifferentials gemäß 1 bei dem Stirnraddifferentials gemäß 2 verkleinert ist. Insbesondere ist das zweite Lagerelement 14b axial benachbart und in Reihe zu der Verzahnung 2 am Differentialgehäuse 1 angeordnet. Durch diese Anordnung des zweiten Lagerelements 14b vergrößert sich jedoch das radiale Abmaß des Stirnraddifferentials.
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Auch 3 ist eine alternative Ausführungsform des Stirnraddifferentials gemäß 1, wobei beide Hohlräder 5a, 5b gemeinsam axial rechtsseitig von den beiden Planetenradsätzen 6a, 6b angeordnet sind. Mithin wird das Drehmoment linksseitig über den Planetenträger 7 auf die beiden Planetenradsätze 6a, 6b übertragen und auf die beiden Hohlräder 5a, 5b verteilt. Ferner ist das Differentialgehäuse 1 zweiteilig ausgebildet, wobei ein linksseitig angeordneter Teil des Differentialgehäuses 1 mit dem Planetenträger 7 verbunden ist und zur Drehmomentübertragung vorgesehen ist, und wobei ein rechtsseitig angeordneter Teil des Differentialgehäuses 1 über eine Presspassung 17 mit dem linksseitig angeordneten Teil des Differentialgehäuses 1 verbunden ist und im Wesentlichen drehmomentfrei ist. Der linksseitig angeordnete Teil des Differentialgehäuses 1 ist über das Lagerelement 14a am Gehäuse 13 drehbar gelagert, wobei der rechtsseitig angeordnete Teil des Differentialgehäuses 1 über das Lagerelement 14b drehbar am Gehäuse 13 gelagert ist.
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Nach 4 ist eine schaltbare Kupplungsvorrichtung 8 axial benachbart und in Reihe mit zu den beiden Hohlrädern 5a, 5b angeordnet. Insbesondere ist die Kupplungsvorrichtung 8 zwischen den beiden Hohlrädern 5a, 5b ausgebildet. Die Kupplungsvorrichtung 8 umfasst mehrere erste und zweite Reibscheiben 9a, 9b sowie einen Aktuator 10 zur Betätigung der Reibscheiben 9a, 9b. Die drei ersten Reibscheiben 9a sind dabei drehfest mit dem ersten Hohlrad 5a verbunden, wobei die drei zweiten Reibscheiben 9b drehfest mit dem zweiten Hohlrad 5b verbunden sind. Das erste Hohlrad 5a ist drehfest mit der ersten Abtriebswelle 4a verbunden, wobei das zweite Hohlrad 5b drehfest mit der zweiten Abtriebswelle 4b verbunden ist. Mithin werden die beiden Hohlräder 5a, 5b bei einer Betätigung der Kupplungsvorrichtung 8 gegeneinander gebremst. Beide Hohlräder 5a, 5b sind gemeinsam axial rechtsseitig von den beiden Planetenradsätzen 6a, 6b angeordnet. Die Kupplungsvorrichtung 8 ist dazu vorgesehen, bei einer Betätigung der Reibscheiben 9a, 9b das Drehmoment auf die beiden Abtriebswellen 4a, 4b variabel umzuverteilen. Ferner ist das zweite Lagerelement 14b axial benachbart und in Reihe zu der Verzahnung 2 am Differentialgehäuse 1 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Differentialgehäuse
- 2
- Verzahnung
- 3
- Antriebswelle
- 4a, 4b
- Abtriebswelle
- 5a, 5b
- Hohlrad
- 6a, 6b
- Planetenradsatz
- 7
- Planetenträger
- 8
- Kupplungsvorrichtung
- 9a, 9b
- Reibscheibe
- 10
- Aktuator
- 11
- Reibdurchmesser
- 12
- Außendurchmesser
- 13
- Gehäuse
- 14a, 14b
- Lagerelement
- 15
- Verzahnung
- 16
- Achse
- 17
- Presspassung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012207498 A1 [0002]
