Bezeichnung der Erfindung

Stirnraddifferentialgetriebe

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Stirnraddifferentialgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind bereits Stirnraddifferentialgetriebe mit einer Antriebseinheit, mit zumin- dest zwei als Hohlräder mit einer Innenverzahnung ausgebildeten Abtriebseinheiten und mit einer Planetenradeinheit, die einen Planetenradträger und zumindest ein Planetenradpaar umfasst, das aus zumindest zwei auf dem Planetenradträger angeordneten Planetenrädern besteht, bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein möglichst kompaktes und leichtes Stirnraddifferentialgetriebe bereitzustellen, das kostengünstig hergestellt werden kann. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem unabhängigen Nebenanspruch.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einem Stirnraddifferentialgetriebe mit einer An- triebseinheit, mit zumindest zwei als Hohlräder mit einer Innenverzahnung ausgebildeten Abtriebseinheiten und mit einer Planetenradeinheit, die einen Planetenradträger und zumindest ein Planetenradpaar umfasst, das aus zumindest zwei auf dem Planetenradträger angeordneten Planetenrädern besteht.

Es wird vorgeschlagen, dass die Planetenradeinheit weniger als drei Planeten- radpaare umfasst. Durch eine Einschränkung der Planetenradpaare kann ein kompaktes und leichtes Stirnraddifferentialgetriebe bereitgestellt werden, das kostengünstig hergestellt werden kann.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Planetenradeinheit genau ein Planeten- radpaar mit genau zwei Planetenrädern umfasst. Durch die Verwendung von nur einem Planetenradpaar können Bauraum, Gewicht und Montagekosten eingespart werden, wodurch ein besonders kompaktes und leichtes Stirnraddifferentialgetriebe bereitgestellt werden kann.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Planetenräder äquidistant zu einer Plane- tenradträgermittelachse angeordnet sind. Unter einer „Planetenradträgermit- telachse" soll insbesondere eine Achse verstanden werden, um die der Plane- tenradträger eine Drehbewegung ausführen kann. Sie ist insbesondere auch eine Mittelachse des Stirnraddifferentialgetriebes. Durch eine erfindungsgemäße Anordnung der Planetenräder kann eine besonders einfache Anordnung der Abtriebseinheiten gefunden werden.

Sind weiter die Planetenräder in Bezug auf eine Planetenradträgermittelachse gegenüberliegend angeordnet, kann eine vorteilhafte Anordnung der Planetenräder erreicht werden, wodurch weiterer Bauraum eingespart werden kann.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Abtriebseinheiten zumindest eine Aufnahmeeinheit umfassen, die dazu vorgesehen ist, eine Abtriebswelle aufzunehmen. Unter „vorgesehen" soll insbesondere speziell ausgestattet, ausgelegt und/oder programmiert verstanden werden. Durch eine Aufnahmeeinheit kann das Stirnraddifferentialgetriebe besonders einfach mit einer Abtriebswelle ver- bunden werden. Insbesondere wenn die Aufnahmeeinheit durch eine Hohlwelle gebildet wird, kann eine vorteilhafte Aufnahmeeinheit bereitgestellt werden. Es sind aber auch andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Aufnahmeeinheiten, wie beispielsweise die Ausbildung durch eine Welle, auf die eine als

Hohlwelle ausgebildete Abtriebswelle aufgesteckt wird, denkbar. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn jede Abtriebseinheit eine Aufnahmeeinheit umfasst.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Aufnahmeeinheiten axial beabstandet angeordnet sind. Dadurch wird axial zwischen den Aufnahmeeinheiten bzw. axial zwischen den Abtriebseinheiten ein Innenraum frei, der als zusätzlicher Bauraum für Teile des Stirnraddifferentialgetriebes genutzt werden kann. Unter „axial" soll insbesondere parallel zu der Planetenradträgermittelachse verstanden.

Sind die Planetenräder zumindest teilweise in einem Innenraum axial zwischen den Aufnahmeeinheiten angeordnet, kann der Bauraum des Stirnraddifferentialgetriebes weiter reduziert werden.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Abtriebseinheit wenigstens eine Abdeckvorrichtung umfasst, die dazu vorgesehen ist, den Planetenradträger nach außen abzudecken. Dadurch kann verhindert werden, dass Schmutz oder Dreck in das Stirnraddifferentialgetriebe eindringt und zu Beschädigungen des Stirnraddifferentialgetriebes führt.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Abdeckvorrichtung einstückig mit der Abtriebseinheit ausgeführt ist. Dadurch können weitere Bauteile reduziert werden.

Weiter wird zumindest eine zwischen der Antriebseinheit und der Abdeckvor- richtung angeordnete Lagereinheit vorgeschlagen. Dadurch kann ein vorteilhaft abgedichtetes Stirnraddifferentialgetriebe erreicht werden, das nach außen abgeschlossen ist.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Lagereinheit dazu vorgesehen ist, ein Sperrmoment bereitzustellen. Dadurch können Kosten und Bauteile sowie Montageaufwand weiter gesenkt werden, da auf eine zusätzliche Sperreinheit verzichtet werden kann.

Ist weiter die Lagereinheit dazu vorgesehen, die Abtriebseinheit zumindest teilweise gegen die Antriebseinheit zu sperren, kann eine vorteilhafte An- triebsmomentverteilung realisiert werden.

Weiter wird eine Zahnradeinheit mit einem Zahnrad und einem auf einem Zahnradträger angeordneten Zahnradbolzen, insbesondere eine Planetenrad- einheit für ein Planetenradgethebe mit einem Planetenrad und mit einem auf einem Planetenradträger angeordneten Planetenradbolzen, vorgeschlagen, die eine Sperrvorrichtung, die dazu vorgesehen ist, das Zahnrad und den Zahn- radbolzen kraftschlüssig zu verbinden, umfasst. Dadurch kann ein sperrbares Zahnrad einfach erreicht werden. Ein solches Zahnrad ist für ein Planetenrad- getriebe und insbesondere für ein Stirnraddifferentialgetriebe mit einer Innenverzahnung vorteilhaft. Durch eine Ausgestaltung des Planetenradgethebes mit einem solchen Zahnrad könnte ein Planetenradgetriebe, das ab einer Grenz- drehzahl zwischen Abtriebseinheiten sperrt, einfach realisiert werden. Als Sperreinheiten sind insbesondere mechanische, hydraulische oder magne- torheologische Sperrvorrichtungen vorteilhaft.

Es wird weiter vorgeschlagen, dass die Sperrvorrichtung dazu vorgesehen ist, oberhalb einer Grenzdrehzahl des Zahnrads zu sperren. Dadurch kann ein vorteilhaftes Schaltverhalten realisiert werden.

Ist die Sperrvorrichtung hydrodynamisch ausgebildet, kann eine Sperrvorrichtung mit einem vorteilhaften Schaltverhalten oberhalb der Grenzdrehzahl des Zahnrads besonders einfach realisiert werden.

Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Sperrvorrichtung dazu vorgesehen ist, oberhalb einer Grenzdrehzahl des Zahnradträgers zu sperren. Auch dadurch kann ein vorteilhaftes Schaltverhalten realisiert werden. Eine solche Sperrvor- richtung kann insbesondere mechanisch einfach realisiert werden.

Zeichnung

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Stirnraddifferentialgetriebe mit einer Innenverzahnung im Schnitt,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Stirnraddifferentialgetriebes,

Fig. 3 eine Außenansicht des Stirnraddifferentialgetriebes,

Fig. 4 eine Zahnradeinheit für ein Stirnraddifferentialgetriebe mit einem Zahnrad und mit einer hydrodynamischen Sperrvorrichtung,

Fig. 5 eine Zahnradeinheit mit einem Zahnrad und mit einer mechanischen Sperrvorrichtung,

Fig. 6 eine Zahnradeinheit mit einer alternativen mechanischen

Sperrvorrichtung und

Fig. 7 eine weitere Zahnradeinheit mit einer mechanischen Sperrvorrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt ein Stirnraddifferentialgetriebe mit einer Innenverzahnung im Schnitt. Eine Antriebseinheit 10a des Stirnraddifferentialgetriebes ist mit einer nicht näher dargestellten Abtriebseinheit eines Schaltgetriebes kraftschlüssig verbunden. Zur Weiterleitung eines Antriebsmoments ist die Antriebseinheit 10a fest mit einem Planetenradträger 13a verbunden. Der Planetenradträger 13a verteilt das Antriebsmoment auf die zwei paarweise angeordneten Plane-

tenräder 14a, 15a, die auf einer Kreisbahn geführt werden. Die Planetenräder 14a, 15a sind mittels Planetenradbolzen 24a, 25a auf dem Planetenradträger 13a angeordnet. Die Planetenräder 14a, 15a eines Planetenradpaars 16a sind um eine halbe Zahnbreite axial versetzt. Sie kämmen mit den jeweils inneren Hälften der Zahnbreite miteinander und mit den jeweils äußeren Hälften der Zahnbreite mit innenverzahnten Hohlrädern, die als Abtriebseinheiten 11 a, 12a ausgebildet sind. Die Abtriebseinheiten 11 a, 12a sind koaxial angeordnet.

Die Planetenräder 14a, 15a sind äquidistant zu einer Planetenradträgermit- telachse 19a angeordnet (Figur 2). Der Zahneingriff der Planetenräder 14a, 15a untereinander liegt auf der Planetenradträgermittelachse 19a. Die Planetenräder liegen sich somit in Bezug auf die Planetenradträgermittelachse 19a gegenüber.

Die Abtriebseinheiten 11 a, 12a, umfassen je eine Aufnahmeeinheit 17a, 18a. Die Aufnahmeeinheiten 17a, 18a sind einstückig mit den Abtriebseinheiten 11 a, 12a ausgeführt und als Hohlwellen ausgebildet. Die Abtriebseinheiten 11 a, 12a dienen als Aufnahmeeinheiten 17a, 18a für nicht näher dargestellte Abtriebswellen. Die Aufnahmeeinheiten 17a, 18a und die Abtriebseinheiten sind axial beabstandet angeordnet, wodurch ein axial zwischen den Hohlwellen liegender Innenraum frei wird. In dem Innenraum sind die Planetenräder 14a, 15a angeordnet.

Die Abtriebseinheiten 11 a, 12a sind einstückig mit Abdeckvorrichtungen 20a, 21 a ausgeführt, die den Planetenradträger 13a nach außen abdecken und somit das Stirnraddifferentialgetriebe nach außen abschließen (Figur 3). Zwischen den Abdeckvorrichtungen 20a, 21 a und der Antriebseinheit 10a ist je eine Lagereinheit 22a, 23a angeordnet, die die Abdeckvorrichtungen 20a, 21 a und die Antriebseinheit 10a trennt. Die Lagereinheiten 22a, 23a weisen eine innere Reibung auf. Durch die Reibung wird ein Teil des Antriebsmoments direkt von der Antriebseinheit 10a auf die Abtriebseinheiten 11 a, 12a übertragen und wirkt somit als ein Sperrmoment zwischen den Abtriebseinheiten 11 a, 12a und der Antriebseinheit 10a. Das Stirnraddifferentialgetriebe ist dadurch teil-

weise gesperrt. Das durch die Lagereinheiten 22a, 23a übertragene Sperrmo- ment hängt von der Ausführung der Lagereinheiten 22a, 23a ab. Die in diesem Ausführungsbeispiel gezeigte Gleitlagereinheit überträgt ein vergleichsweise hohes Sperrmoment. Ein hohes Sperrmoment wird vorzugsweise für einen Offroad-Einsatz benötigt. Alternativ kann auch eine Wälzlagereinheit eingesetzt werden, die ein vergleichsweise niedriges Moment überträgt und vorzugsweise für den Straßeneinsatz geeignet ist.

Durch die Verwendung von nur einem Planetenradpaar 16a mit zwei Planeten- rädern 14a, 15a können nur geringe Antriebsmomente übertragen werden, wie sie beispielsweise durch Brennkraftmaschinen bereitgestellt werden, die in kleinen Kraftfahrzeugen und insbesondere in sogenannten Quads eingesetzt werden. Durch ein erfindungsgemäßes Stirnraddifferentialgetriebe könnten solche Fahrzeuge kostengünstig mit einem zumindest teilweise entsperrten Antrieb ausgerüstet werden, wodurch die Fahrstabilität solcher Fahrzeuge erhöht werden kann. Bei einem Einsatz in einem Quad könnte die Antriebseinheit 10a ein Kettenrad aufweisen, Starrachsen des Quads könnten direkt an die Abtriebseinheiten 11 a, 12a angebunden werden.

Sollen höhere Antriebsmomente übertragen werden, können auch zwei Plane- tenradpaare mit je zwei Planetenrädern in dem Stirnraddifferentialgetriebe angeordnet werden. Auch ein solches Stirnraddifferentialgetriebe kann kompakt und kostengünstig konstruiert werden. Eine Anordnung von zwei Planetenrad- paaren ist hier nicht näher dargestellt.

Figur 4 zeigt eine Zahnradeinheit mit einem Zahnrad 31 b und mit einer hydrodynamischen Sperrvorrichtung 32b. Die Zahnradeinheit mit der Sperrvorrichtung 32b ist insbesondere für ein Stirnraddifferentialgetriebe, wie es in den Figuren 1 bis 3 gezeigt ist, vorteilhaft, wobei die Zahnradeinheit, die im Stirn- raddifferentialgetriebe die Planetenradeinheit bildet, zumindest ein weiteres Zahnrad mit einer Sperrvorrichtung umfassen müsste.

Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele in der folgenden Figurenbeschreibung ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den Figuren 1 bis 3 durch die Buchstaben b bis e in den Bezugszeichen der Ausführungsbeispiele in den Figuren 4 bis 7 ersetzt. Die Ausfüh- rungsbeispiele von Zahnradeinheiten in den Figuren 4 bis 7 sind insbesondere für Stirnraddifferentialgetriebe, wie es beispielsweise in den Figuren 1 bis 3 dargestellt ist, vorteilhaft, wobei sich die nachfolgende Beschreibung im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel in den Figuren 1 bis 3 beschränkt und bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auch auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels in den Figuren 1 bis 3 verwiesen werden kann.

Das Zahnrad 31 b der Zahnradeinheit in Figur 4 ist als ein Losrad auf einem Zahnradbolzen 33b ausgeführt und auf einem Zahnradträger 34b angeordnet. Eine Drehbewegung des Zahnradträgers 34b führt das Zahnrad 31 b auf einer Kreisbahn. Eine Zahnradträgermittelachse 35b ist verschieden von einer Zahnradbolzenmittelachse 36b. Zwischen dem Zahnrad 31 b und dem Zahnradbolzen 33b ist die Sperrvorrichtung 32b angeordnet. Die Sperrvorrichtung 32b umfasst eine Lamelleneinheit 37b und ein in die Lamelleneinheit 37b einge- brachtes Betriebsmittel mit einer vorteilhaften Viskosität. Dreht sich das Zahnrad 31 b relativ zu dem Zahnradbolzen 33b, wird durch das Betriebsmittel eine Scherwirkung zwischen Lamellen der Lamelleneinheit 37b aufgebaut. Durch die Scherwirkung wird das Zahnrad 31 b kraftschlüssig mit dem Zahnradbolzen 33b verbunden. Eine Grenzdrehzahl des Zahnrads 31 b, oberhalb der die Sperrvorrichtung 32b sperrt, wird über die Viskosität des Betriebsmittels definiert.

Eine solche Sperrvorrichtung 32b ist für ein Planetenradgetriebe und insbesondere für ein Stirnraddifferentialgetriebe mit einer Innenverzahnung, wie es in Figur 1 gezeigt ist, vorteilhaft. Durch eine solche Sperrvorrichtung 32b kann das Planetenradgetriebe gesperrt werden, wenn eine Drehzahl des Zahnrads 31 b, das als ein Planetenrad ausgeführt ist, hoch ist. Für ein Planetenradge-

triebe mit mehr als einem Planetenrad kann es vorteilhaft sein, wenn in mehr als einem Planetenrad eine Sperrvorrichtung angeordnet ist.

Figur 5 zeigt als eine alternative Ausgestaltung eine Zahnradeinheit mit einem Zahnrad 31 c und mit einer mechanischen Sperrvorrichtung 32c, die oberhalb einer Grenzdrehzahl eines Zahnradträgers 34c sperrt.

Die Sperrvorrichtung 32c, die oberhalb einer Grenzdrehzahl des Zahnradträgers 34c sperrt, ist in einem Zahnradbolzen 33c angeordnet. Die Sperrvorrich- tung 32c ist als eine mechanische Fliehkraftkupplung ausgeführt, bei der eine Grenzdrehzahl des Zahnradträgers 34c durch eine Federeinheit 38c definiert ist. Sie ist, bezogen auf eine Zahnradträgermittelachse 35c, radial nach außen angeordnet, wodurch eine Fliehkraft, die durch eine Drehbewegung des Zahnradträgers 34c entsteht, in einer Richtung an einem Reibbelag 39c der Sperr- Vorrichtung 32c angreift, in der die Sperrvorrichtung 32c gesperrt werden kann. Ist die an dem Reibbelag 39c angreifende Fliehkraft größer als die Kraft der Federeinheit 38c, wird der Reibbelag 39c gegen den Zahnradbolzen 33c gedrückt und die Sperrvorrichtung 32c verbindet den Zahnradbolzen 33c und das Zahnrad 31 c kraftschlüssig miteinander.

Figur 6 zeigt eine Zahnradeinheit mit einer alternativen mechanischen Sperrvorrichtung 32d, die wirkt, wenn eine Drehzahl eines Zahnrads 31 d, das mittels eines Zahnradbolzens 33d auf einem Zahnradträger 34d angeordnet ist, größer ist als eine Grenzdrehzahl des Zahnrads 31d. Eine Fliehkraft, die durch eine Drehzahl des Zahnrads 31 d entsteht, wirkt auf eine Umlenkeinheit 4Od. Die Umlenkeinheit 4Od setzt die, bezogen auf eine Zahnradbolzenmittelachse 36d, radial nach außen wirkende Fliehkraft in eine radial nach innen wirkende Kraft um. Dadurch wird ein Reibbelag 39d gegen den Zahnradbolzen 33d gedrückt und das Zahnrad 31 d stellt mit dem Zahnradbolzen 33d eine kraftschlüssige Verbindung her. Die Umlenkeinheit 4Od umfasst einen Betriebsmittelkanal 41 d und eine Gewichtseinheit 42d. Aufgrund von Gewichtsverhältnissen zwischen der Gewichtseinheit 42d und dem Reibbelag 39d ist die an der Gewichtseinheit 42d angreifende Fliehkraft größer als die an dem Reibbelag 39d angreifende

Fliehkraft, wodurch der Reibbelag 39d nach innen gedrückt wird. Alternativ ist auch eine mechanische Umlenkeinheit, die nach einem Hebelprinzip funktioniert, denkbar.

Figur 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Zahnradeinheit mit einer mechanischen Sperrvorrichtung 32e. Ein auf einem Zahnradträger 34e angeordneter Zahnradbolzen 33e ist als ein Hohlbolzen ausgeführt und ein auf den Zahnradbolzen 33e aufgestecktes Zahnrad 31 e weist eine ringförmige Vertiefung auf, in die der als Hohlbolzen ausgeführte Zahnradbolzen 33e eingreift. Ein innerer Teil des Zahnrads 31 e, der bolzenförmig ausgeformt ist, liegt innerhalb des Zahnradbolzens 33e. In dem bolzenförmigen inneren Teil des Zahnrads 31 e ist die Sperrvorrichtung 32e, die zumindest einen, vorteilhafterweise zumindest zwei Reibbeläge 39e umfasst, angeordnet. Wird das Zahnrad 31 e relativ zum Zahnradbolzen 33e mit einer Drehzahl beaufschlagt, greift an den Reibbelägen 39e eine, bezogen auf eine Zahnradbolzenmittelachse 36e, radial nach außen wirkende Fliehkraft an. Die Fliehkraft ist entgegengesetzt gerichtet zu einer Kraft von Federeinheiten 38e, über die eine Grenzdrehzahl des Zahnrads 31 e definiert wird, ab der die Sperrvorrichtung 32e sperrt. Ist die Drehzahl des Zahnrads 31 e größer als die Grenzdrehzahl des Zahnrads 31 e, übersteigt die Fliehkraft die Kraft der Federeinheiten 38e und die Reibbeläge 39e werden gegen den Zahnradbolzen 33e gedrückt, wodurch sie eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Zahnrad 31 e und dem Zahnradbolzen 33e herstellen. Die Sperrvorrichtung 32e ist gesperrt.

Alternativ zu den gezeigten Sperrvorrichtungen sind auch magnetorheologi- sche Sperrvorrichtungen denkbar, die analog zu der hydrodynamischen Sperrvorrichtung aus Figur 4 aufgebaut sind und zusätzlich eine Magnetfeldeinheit umfassen, die eine Viskosität eines magnetorheologischen Betriebsmittels einstellt. Magnetorheologische Sperrvorrichtungen können jedoch vorteilhafterweise durch eine Regel- und Steuereinheit gesperrt werden.

Bezugszeichenliste

Antπebseinheit

Abtriebseinheit

Abtriebseinheit

Planetenradträger

Planetenrad

Planetenrad

Planetenradpaar

Aufnahmeeinheit

Aufnahmeeinheit

Planetenradträgermittelachse

Abdeckvorrichtung

Abdeckvorrichtung

Lagereinheit

Lagereinheit

Planetenradbolzen

Planetenradbolzen

Zahnrad

Sperrvorrichtung

Zahnradbolzen

Zahnradträger

Zahnradträgermittelachse

Zahnradbolzenmittelachse

Lamelleneinheit

Federeinheit

Reibbelag

Umlenkeinheit

Betriebsmittelkanal

Gewichtseinheit