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Die Erfindung betrifft ein Stirnraddifferential, eingesetzt in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, das ein drehbares, ein Antriebsrad einschließendes Ausgleichsgehäuse umfasst, in dem mehrere, paarweise miteinander kämmende Planetenräder drehbar gelagert sind. Die Planetenräder sind über verzahnte Abtriebsräder mit Abtriebswellen verbunden, wobei zur Schmierung von Bauteilen innerhalb des Stirnraddifferentials in zwei parallel beabstandeten, die Funktion eines Planetenträgers ausübenden Gehäusedeckeln des Ausgleichsgehäuses umfangsverteilt Öffnungen eingebracht sind, die einen Eintritt und einen Austritt von Schmieröl sicherstellen.
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Ein Stirnraddifferential ist beispielsweise aus der
EP 0 918 177 A1 bekannt. Derartige Stirnraddifferentiale stellen eine Alternative zu den klassischen, mit Kegelradsätzen bestückten Differentialen dar. Zur Schmierung bzw. für die Beölung des Innenraums von Stirnraddifferentialen werden häufig Öffnungen in den seitlichen Gehäusedeckeln des Ausgleichsgehäuses eingebracht. Über die Öffnungen kann Öl ins Innere des Stirnraddifferentials zur Schmierung der Getriebekomponenten eintreten und austreten. Diese sogenannte Schwerkraftbeölung oder Schwerkraftschmierung hat den Vorteil, dass durch den Verzicht einer Ölpumpe und einer Druckumlaufschmierung Kosten, Bauraum und Gewicht eingespart werden, wodurch eine kostengünstige Schmierung realisierbar ist.
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Eine Schwerkraftbeölung für einen Planetenradsatz eines Getriebes zeigt die
EP 0 268 904 B1 , wobei eine Ölzufuhr über die Getriebezahnräder erfolgt. Das von den Zahnrädern geförderte Öl wird über einen im Getriebegehäuse integrierten Kanal dem Planetenradsatz zugeführt. Aus der
JP H08-320 057A ist ein Planetengetriebe bekannt, das in den Gehäusewandungen Öffnungen einschließt, über die Schmieröl axial in das Getriebe eintreten und aus dem Getriebe austreten kann. Das Stirnraddifferential gemäß der
JP H08-338 510 A umfasst ein Getriebegehäuse mit radial ausgerichteten Öffnungen.
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Die
DE 10 2014 205 976 B3 zeigt ein weiteres Stirnraddifferential mit Schwerkraftbeölung. Alle Öffnungen, die beiderseits des Ausgleichgehäuses eingebracht sind, weisen ein Umlenkelement zur gezielten Strömungslenkung des Öls auf. Um eine Strömungslenkung des in beiden Drehrichtungen im Betriebszustand umlaufenden Stirnraddifferentials zu gewährleisten, sind gegenüberliegende, als Lamellen ausgebildete Umlenkelemente entgegengesetzt zueinander ausgerichtet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auf einfache Weise und kostengünstig durchführbare Schwerkraftbeölung anzubieten, die in allen Fahrbedingungen bzw. Fahrzuständen des Fahrzeugs eine ausreichende Versorgung der Differentialbaugruppe mit Schmieröl sicherstellt.
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Die zuvor genannte Problemstellung wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, die auf den Anspruch 1 rückbezogen sind.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jedem Gehäusedeckel von dem Ausgleichsgehäuse des Stirnraddifferentials auf der von den Planetenrädern abgewandten Seite eine Blende zugeordnet ist, die sich radial zumindest bis zu einem Kopfkreisdurchmesser einer Schrägverzahnung des Antriebsrades erstreckt. Dadurch bilden die beiderseits des Ausgleichsgehäuses an den Gehäusedeckeln fixierten Blenden gemeinsam mit Zahnlücken der Schrägverzahnung jeweils eine Schmieröl aufnehmende Förderrinne. Die Blenden unterbinden ein seitliches Abfließen des Öles aus den Zahnlücken, wodurch horizontale Ölförderverluste reduziert werden. Durch die seitlich von den Blenden abdichtenden Zahnlücken der Schrägverzahnung stellen sich geschlossene, auch Fördertröge genannte Förderrinnen ein, die einem Schaufelrad vergleichbar sind.
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Bevorzugt eignet sich das erfindungsgemäße Konzept für elektrische Achsantriebe von Fahrzeugen, in denen aus Kostengründen eine Schwerkraftbeölung eingesetzt wird. Über die von seitlichen Blenden und dem Verzahnungsprofil der Schrägverzahnung gebildeten Förderrinnen kann Schmieröl effektiv zur Beölung der einzelnen Getriebestufen aufgenommen und verteilt werden.
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Bisher eingesetzte Schwerkraftbeölungen stießen beispielsweise bei Kurvenfahrten und den dabei auftretenden Querbeschleunigungen des Fahrzeugs an ihre technischen Grenzen. In diesen Grenzbereichen sowie bei geringen Getriebedrehzahlen ≤ 1000 1/min stellten sich Probleme mit der Ölverfügbarkeit ein. Zum Ausgleich wurde die Ölbefüllung erhöht, mit der Folge, dass sich bei normalen Fahrzuständen durch den erhöhten Ölstand Ölverwirbelungen und Planschverluste einstellten, verbunden mit einem verschlechterten Wirkungsgrad.
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Abweichend dazu gewährleistet die erfindungsgemäße, endseitig geschlossene Förderrinnen einschließende Schwerkraftbeölung selbst bei extremen Fahrmanövern bzw. Fahrzuständen, wie schnellen und andauernden Kurvenfahrten, eine sichere Ölförderung. Vorteilhaft kann das Öl über die erfindungsgemäßen Förderrinnen unabhängig von der Schwerkraft, unter Zuhilfenahme der Bewegung der Getriebeteile aktiv gefördert und eine Schmierung unabhängig von der Ausrichtung des Fahrzeugs und/oder der Antriebsvorrichtung d.h. unter allen Bedingungen gewährleistet werden. Dabei kann die verbesserte Bauteilbeölung ohne ein vergrößertes Ölvolumen im Getriebe realisiert werden. Aufgrund der erfindungsgemäßen verbesserten, effektiven Schwerkraftbeölung besteht die Möglichkeit, die Ölfüllmenge in dem Getriebe zu reduzieren, was zu einer vorteilhaften Erhöhung des Wirkungsgrades führt.
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Gleichzeitig erfüllt das erfindungsgemäße Konzept eine angestrebte Maximierung des Ölförderstroms durch die Differentialbaugruppe bei geringen Drehzahlen. Mittels der Förderrinnen wird das Öl kurzfristig und zielgerichtet den verschleißgefährdeten Bereichen des Getriebes bzw. des Stirnraddifferentials zugeführt und damit eine gewünschte optimierte Schmierung und gleichzeitig wirksame Kühlung des Getriebes erreicht.
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Bevorzugt ist die Differentialbaugruppe und/oder ein Parksperrenrad innerhalb des Getriebes als Fördervorrichtung vorgesehen, die eine Förderrinnen bildende Schrägverzahnung aufweist, um Schmieröl aus dem Ölsumpf aufzunehmen und an weitere oder übergeordnete Getriebestufen oder zu Übergabepunkten in dem Getriebegehäuse zu leiten.
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Mit der erfindungsgemäßen, wenige Komponenten einschließenden, sich durch verbesserte Ölschmierungseigenschaften auszeichnende Schwerkraftbeölung, kann die Betriebssicherheit sowie die Lebensdauer des Getriebes bzw. des Stirnraddifferentials mit einfachen und kostengünstigen Mitteln vorteilhaft deutlich gesteigert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, Blenden einzusetzen, die sich radial bis über den Kopfkreisdurchmesser der Schrägverzahnung erstrecken. Mit dieser Maßnahme vergrößert sich das Aufnahmevolumen der Förderrinne und folglich das Fördervolumen des Antriebsrades, zur Erzielung einer gesteigerten Schmierwirkung.
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Erfindungsgemäß ist jedem Gehäusedeckel des Ausgleichsgehäuses eine Blende zugeordnet, die als Kaltformteil beispielsweise als ein Zieh- oder Stanzteil aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist. Alternativ dazu bietet es sich an, Blenden aus einem Kunststoff, vorzugsweise einem Elastomer einzusetzen. Dabei ist jede Blende abgedichtet und bevorzugt stoffschlüssig, beispielsweise verklebt, an dem zugehörigen Gehäusedeckel befestigt. Um einen negativen Einfluss auf den axialen Bauraum zu vermeiden, aber andererseits eine ausreichende Festigkeit zu gewährleisten, ist für die Blenden eine Wandstärke S ≤ 1,8 mm vorgesehen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Diese Lösung stellt jedoch keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar. Es zeigt:
- 1: ein Stirnraddifferential in der Perspektive, wobei der äußeren Schrägverzahnung beidseitig eine Blende zugeordnet ist;
- 2: einen Ausschnitt des Stirnraddifferentials gemäß 1 in einem vergrößertem Maßstab;
- 3: die Vorderansicht des in 1 abgebildeten Stirnraddifferentials.
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Die 1 zeigt eine Differentialstufe mit Stirnradverzahnung bzw. ein Stirnraddifferential 1 bekannten Aufbaus und bekannter Wirkungsweise, das in einem Getriebegehäuse (nicht gezeigt) integriert ist. Ein Ausgleichsgehäuse 2 des Stirnraddifferentials 1 ist beidseitig von auch Planetenradträger genannten Gehäusedeckeln 3, 4 begrenzt, die auch zur Aufnahme von in der 3 gezeigten Planetenradbolzen 4 bestimmt sind. Auf den Planetenradbolzen 4 sind paarweise miteinander kämmende Planetenräder (nicht gezeigt) gelagert. Ein alle Planetenräder umschließendes, auch als Hohlrad bezeichnetes Antriebsrad 5 (gezeigt in 3) weist eine Schrägverzahnung 6 auf. An beiden Gehäusedeckeln 3, 4 sind Blenden 7, 8 angebracht, die jeweils an einer Endseite der Schrägverzahnung 6 abgestützt sind. Dabei erstrecken sich die scheibenartig gestalteten Blenden 7, 8 radial soweit nach außen, dass deren Außenkontur 9 zumindest mit einem Kopfkreis der Schrägverzahnung 6 übereinstimmt.
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Die 2 zeigt einen Ausschnitt der Schrägverzahnung 6 in einem vergrößerten Maßstab. Diese Abbildung verdeutlicht schräg verlaufende Zahnlücken 10 der Schrägverzahnung 6, die jeweils endseitig von den Blenden 7, 8 verschlossen sind und damit Förderrinnen 11 bilden.
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Die Darstellung gemäß 3 zeigt ein, teilweise in ein Ölbad 12 eingesetztes Stirnraddifferential 1, die eine Einbausituation in einem Getriebe (nicht gezeigt) verdeutlichen soll. Im Betriebszustand, bei einem rotierenden Stirnraddifferential 1 wird mittels der Förderrinnen 11 Schmieröl aus dem Ölbad 12 aufgenommen und innerhalb des Getriebegehäuses verteilt. Damit wird über umfangsverteilte Öffnungen 13 in beiden Gehäusedeckeln 3, 4, die einen Eintritt und einen Austritt von Schmieröl ermöglichen, eine wirkungsvolle Schmierung des Getriebes sowie aller Bauteile innerhalb des Stirnraddifferentials gewährleistet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stirnraddifferential
- 2
- Ausgleichsgehäuse
- 3
- Gehäusedeckel
- 4
- Gehäusedeckel
- 5
- Antriebsrad
- 6
- Schrägverzahnung
- 7
- Blende
- 8
- Blende
- 9
- Außenkontur
- 10
- Zahnlücke
- 11
- Förderrinne
- 12
- Ölbad
- 13
- Öffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0918177 A1 [0002]
- EP 0268904 B1 [0003]
- JP H08320057 A [0003]
- JP H08338510 A [0003]
- DE 102014205976 B3 [0004]
