Gleithülse zur Lagerung von Sonnenrädern

Beschreibung

Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Differentialgetriebe für ein Kraftfahrzeug, mit einem Antriebsrad, über das Drehmoment in das Getriebe einbringbar ist, und mit einem ersten Abtriebsorgan und einem zweiten Abtriebsorgan, über die das Drehmoment aus dem Getriebe ausleitbar ist, mit einem Differential korb, der zur Drehmomentweitergabe vom Antriebsrad an das erste Abtriebsorgan aus- gebildet ist, wobei der Differential korb drehfest am Antriebsrad angebunden ist, und das erste Abtriebsorgan relativ zum Differential korb rotierbar angeordnet ist, wobei eine Gleithülse zwischen dem Differential korb und dem ersten Abtriebsorgan angeordnet ist. Aus dem Stand der Technik, etwa der DE10201 10851 19B3 sind Differentialgetriebe bekann. So offenbart diese Druckschrift ein Stirnraddifferential, umfassend einen Planetenradträger und zwei relativ zum Planetenradträger drehbare Sonnenräder, wenigstens eine Reibscheibe sowie wenigstens ein die Sonnenräder relativ zum Planetenradträger vorspannendes Federmittel, wobei das Federmittel einerseits gegen ein Sonnenrad oder den Planetenradträger und andererseits gegen ein Axiallager angefedert ist. Die dort offenbarten geometrischen und funktionalen Besonderheiten sollen als hier inkludiert betrachtet werden. Eine nicht vorveröffentlichte ältere Anmeldung der Anmelderin offenbart ein Differentialgetriebe in Form eines Planetenradgetriebes mit zumindest einem Sonnen(zahn)rad und zumindest einem koaxial und verdrehbar zu diesem angeordneten Planetenträger, wobei zwischen dem zumindest einem Son- nen(zahn)rad und dem Planetenträger eine Lagerhülse so eingesetzt ist, dass sie axial und/oder radial relativ zum Planetenträger lagernd auf das Son- nen(zahn)rad einwirkt. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Differentialgetriebe mit gegenüber dem Stand der Technik optimierter Schmierung und Führung, geringem Lagerspiel, optimierten Laufeigenschaften, optimierter Bauraumnutzung und/oder leichter Montage zu ermöglichen. Ferner sollen die Verschleißfestigkeit und die Standzeit verbessert sowie die Herstell kosten und im Betrieb auf- tretenden Laufgeräusche verringert werden.

Offenbarung der Erfindung

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch gelöst, dass die Gleithülse oder Gleitlagerhülse eine Schmierausnehmung, Nut oder Schmiertasche aufweist, die sich in Umfangs- richtung spiralförmig erstreckt und zur Verfügungstellung eines Schmierfilms dimensioniert ist. Der Schmierfilm wird dabei zwischen zwei Bauteilen, die zueinander drehbar sind und sich aneinander beispielsweise radial abstützen bewirkt.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert. Spiralförmig im Sinne der Erfindung umfasst insbesondere Spiralformen mit konstanter Steigung als auch solch geometrische Ausgestaltungen mit variierender Steigung. Es kann eine einzige Spirale oder es können mehrere Spiralen vorgesehen sein. Die Schmierausnehmung kann insbesondere in Umfangs- richtung mäanderförmig verlaufen, anders ausgedrückt also in Form einer Spi- rale mit wechselnder Krümmungsrichtung ausgebildet sein. Das Antriebsrad kann als Antriebszahnrad ausgebildet sein. Das erste Abtriebsorgan und/oder das zweite Abtriebsorgan können als Abtriebszahnräder ausgebildet sein. Die Gleithülse ist vorzugsweise spanlos hergestellt. Sie kann insbesondere ein Blechbauteil sein, das mittels Kaltumformen, zum Beispiel Tiefziehen oder Stanzen hergestellt ist. Sie ist dann besonders günstig und leicht. Alternativ kann die Gleithülse mittels Urformverfahren hergestellt und ggf. mechanisch nachbearbeitet sein.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Gleithülse kraftschlüssig in den Differential korb eingesetzt, vorzugsweise eingepresst. Alternativ kann die Gleithülse kraftschlüssig auf das Abtriebsorgan aufgesetzt sein, insbesondere aufgepresst. Die Gleithülse ist so positionsbeständig im Differential korb bzw. auf dem Abtriebsorgan angebracht, was spielvermindernd wirkt. Des Weiteren kann im Falle einer in radialer Richtung durchgehenden Schmierausnehmung so besonders einfach und effektiv eine Abdichtung der Schmierausnehmung in radialer Richtung erfolgen. In einer Ausführungsform bildet die Gleithülse ein Lagerelement, vorzugsweise ein einziges Lagerelement, aus, mit dem der Differential korb und ein Abtriebsorgan axial und/oder radial zueinander gelagert und positioniert sind. Die Gleithülse kann insbesondere abschnittsweise gehärtet ausgeführt sein, insbesondere im Bereich von Lauf- oder Stützflächen.

Die Schmierausnehmung kann sich unterbrechungsfrei von einem Startbereich zu einem in Axialrichtung versetzten Endbereich erstrecken oder von wenigstens einem Verstärkungssteg unterbrochen sein. Auf diese Weise lässt sich einerseits eine besonders unterbrechungsfreie Schmierfilmausgestaltung, selbst bei starker radialer Belastung erreichen, und andererseits ein besonders stabiles, d.h. große Radialkräfte aufnehmendes Ausführungsbeispiel realisieren. Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Schmierausnehmung als durchgehende Nut ausgebildet. Alternativ kann eine Mehrzahl oder Vielzahl von Verstärkungsstegen vorhanden sein, die die Schmierausnehmung in einzelne Schmiertaschen unterteilt, vorzugsweise in diskrete, separate Schmierta- sehen. Durch Vorsehen solcher Schmiertaschen werden die Schmierung des Gleitlagers und gleichsam dessen Laufeigenschaften, insbesondere die Tragfähigkeit der Gleithülse, optimiert. Die Schmiertaschen können in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung über die Lauffläche der Gleithülse verteilt sein, insbesondere gleichmäßig verteilt sein, so dass auch in der Nähe einer Schmiertasche sowohl in Umfangsrichtung als auch in Axialrichtung stets ein ausreichender Tragflächenbereich für eine Lagerung vorliegt.

Die Herstellkosten können trotz Erzielung eines besonders belastbaren Bauteils dann besonders niedrig gehalten werden, wenn die Gleithülse spanlos hergestellt ist, insbesondere ein Blechbauteil ist. Dabei bieten sich Tiefziehprozesse oder aber auch Urform prozesse an.

Es ist bevorzugt, wenn die Schmierausnehmung als Durchgangsloch von einer radial inneren Oberfläche bis zu einer radial äußeren Oberfläche ausgebildet ist. Das ist durch Ausstanzen der Schmierausnehmung besonders leicht herstellbar und bietet eine Schmierausnehmung mit besonders großem Volumen - bezogen auf die Stärke (Dicke) der Gleithülse - so dass ausreichend Schmiermittel in der Ausnehmung aufnehmbar ist. Die Schmierausnehmung kann als Durchgangsloch von innen nach außen eingebracht, vorzugsweise gestanzt sein. Sie kann insbesondere als Durchgangsloch von einer Lauffläche der Gleithülse in Richtung einer der Lauffläche gegenüberliegenden Fläche eingebracht sein, zum Beispiel durch Stanzen. Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass die Schmierausnehmung an der Seite der Laufflä- che einfach ohne Grat ausbildbar und ausgebildet ist, ohne dass es für eine Entgratung besonderer zusätzlicher Fertigungsschritte bedarf. Die Schmierausnehmung ist vorzugsweise spanlos in die Gleithülse eingebracht. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich eine Schmier- tasche im Wesentlichen in Umfangsrichtung der Gleithülse. Sie kann insbesondere in umfänglicher Richtung langgestreckt, insbesondere oval langgestreckt sein. Sie weist vorzugsweise eine solche Länge auf, um einen in Radi- alrichtung belastbaren Schmierfilm zu ermöglichen.

Im Falle einer Mehr- oder Vielzahl von Schmiertaschen können diese in axialer Richtung der Gleithülse zueinander versetzt angeordnet sein. Sie können sich insbesondere in Umfangsrichtung der Gleithülse oder in axialer Richtung der Gleithülse überlappen oder überdecken.

Vorzugsweise entspricht die in Axialrichtung gemessene Breite einer Schmiertasche ca. 1/5 bis ca. 1/3 der in Umfangsrichtung gemessene Länge der Schmiertasche. Besonders bevorzugt entspricht die Breite einer Schmiertasche ca. 1/4 deren Länge. Dadurch kann in vorteilhafter Weise ein tragfähiger Schmierfilm aufgebaut werden, wobei gleichsam die Tragfläche der Gleithülse in axialer Richtung möglichst wenig verkleinert wird.

Das Differentialgetriebe kann insbesondere als Planetenraddifferentialgetriebe, Kegelraddifferentialgetriebe oder Stirnraddifferentialgetriebe ausgebildet sein. Im Falle eines Planetendifferentialgetriebes bildet der Differential korb einen Planetenträger. Dieser Planetenträger kann zweiteilig ausgeführt sein.. Das erste Antriebsorgan bildet ein erstes Sonnenrad, insbesondere ein erstes Sonnenzahnrad, und das zweite Antriebsorgan ein zweites Sonnenrad, insbeson- dere ein zweites Sonnenzahnrad. Die Gleithülse ist dann zwischen dem Planetenträger und einem Sonnenrad angeordnet. Sie kann den Planetenträger und das Sonnenrad radial und/oder axial zueinander positionieren und lagern.

Man könnte auch sagen, dass die Erfindung die Lagerung eines Sonnenzahn- rades eines Leichtbaudifferentials betrifft. Durch spiralförmig am Umfang der Gleitlagerhülse befindliche Öffnungen, die Schmiertaschen ausbilden, kann der Kontakt zwischen dem Sonnenzahnrad und der Gleitlagerhülse optimiert werden. Die Gleit- oder Lagerhülse kann sowohl der radialen als auch der axialen Abstützung des Sonnenrads oder der Sonnenräder dienen. Die Lagerstelle wird in der Regel durch Kräfte beansprucht, die über eine ein Ausgleichsgelenk abstützende Achse auf die Lagerstelle wirken. Durch die mit Öffnungen spiralförmig am Umfang versehene Gleitlagerhülse kann hier für eine hinreichende Schmierung gesorgt werden. Die Öffnungen können insbesondere von innen nach außen durchgestellt sein. Durch Einpressen der Gleitlagerhülse in den Trägerflansch bilden sich Öltaschen, in denen ein begrenztes, aber ausreichendes Ölreservoir gespeichert wird. Die Erfindung ist insbesondere bei Leichtbaudifferentialen für Achsantriebe bei Pkws einsetzbar.

Die Erfindung wird nachfolgend mit mehreren Ausführungsbeispielen anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Differentialgetrie- be, eine vergrößerte Darstellung des Verbindungsbereichs zwischen dem Differential korb und einem Abtriebsorgan des Differentialgetriebes der Fig. 1 ,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Variante eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes mit verbauter Gleithülse,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Gleithülse und

Fig. 5 eine geschnittene Darstellung der Gleithülse der Figur 4.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Details der unterschiedlichen Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden. In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Differentialgetriebe 1 dargestellt. Das Differentialgetriebe 1 ist als Planetenradgetriebe, insbesondere als Stirnraddifferen- tial ausgebildet. Es weist ein Antriebsrad 2, ein erstes Abtriebsorgan in Form eines ersten Sonnenrads 3, ein zweites Abtriebsorgan in Form eines zweiten Sonnenrads 4, einen Differentialkorb in Form eines Planetenträgers 5 und eine Gleithülse 6 als Gleitlagerhülse auf.

Das Differentialgetriebe 1 weist mehrere Paare 12 an Planetenrädern 13 und 14 auf. Das erste Planetenrad 13 hat im Gegensatz zum zweiten Planetenrad 14 eine größere axiale Länge. Die axiale Länge wird entlang der Rotationsachse des Differentialgetriebes 1 gemessen. Die unterschiedliche axiale Länge der beiden Planetenräder 13 und 14 ist in den Figuren 1 und 3 zu erkennen.

In Fig .1 ist von den Planetenrädern 13 und 14 des Differentialgetriebes 1 nur das erste Planetenrad 13 vollständig dargestellt, vom Planetenrad 14 ist nur ein Teil der Verzahnung zu erkennen, da es zum größten Teil vom Planetenrad 13 verdeckt ist. Das Sonnenrad 3 kämmt mit dem ersten Planetenrad 13 und das andere Sonnenrad 4 mit dem zweiten Planetenrad 14. Die beiden Planetenräder 13 und 14 eines Planetenradpaares 12 kämmen auch gemeinsam.

Das Planetenrad 13 ist auf einem Bolzen 15 gelagert. Der Bolzen 15 ist in gehärteten, insbesondere durchgehärteten, Hülsen 16 im Planetenträger 5 angeordnet. Die Hülsen 16 weisen radial abstehende Flansche 27 auf, die am Planetenrad 13 anliegen und dessen axiale Lage bestimmen. Das Planetenrad 14 kann entsprechend gelagert sein.

Die beiden Sonnenräder 3 und 4 weisen eine Innenverzahnung 29 auf, mit Hilfe derer Drehmoment auf in den Figuren nicht dargestellte Übertragungselemente zu Rädern eines Kraftfahrzeuges übertragbar ist. Zwischen den beiden Sonnenrädern 3 und 4 ist eine Reibscheibe 28 angeordnet. Diese kann auch als Reibring bezeichnet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Kopfkreisdurchmesser der beiden Sonnenräder 3 und 4 unterschiedlich sind. Der Kopfkreisdurchmesser des kleinen Sonnenrades 4 ist dabei kleiner als der Fußkreisdurchmesser des großen Sonnenrades 3. Das kleine Sonnenrad 4 ist ca. 20 % kleiner als das große Sonnenrad 3. Im Zugbetrieb eilt das kleinere Planetenrad des Paares 12 der Planetenräder 13,14 dem großen Planetenrad voraus. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird Geräuschemission verringert. Auch bzgl. der Stützbreite auftretende Probleme werden reduziert. Selbst Sperrwerte bis zu 30 % lassen sich realisieren, ohne dass größere Probleme auftreten. Ein sog. Torsendiffe- rential lässt sich dadurch generieren.

Der Planetenträger 5 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Blechbauteil. Er weist ein erstes Planetenträgerteilelement 24 und ein zweites Planetenträger- teilelement 25 auf. Der Bolzen 15 zur Lagerung der Planetenräder 13,14 ist in der zuvor beschriebenen Weise einerseits im ersten Planetenträgerteilelement

24 und auf der gegenüberliegenden Seite im zweiten Planetenträgerteilelement

25 aufgenommen. Das erste Planetenträgerteilelement 24 ist mit dem zweiten Planetenträgerteilelement 25 mittels über den Umfang verteilten Verschrau- bungen 26 verbunden, von denen in Figur 1 nur eine dargestellt ist. Figur 3 zeigt zwei Verschraubungen 26 vollständig und eine dritte Verschraubung 26 teilweise. Der in den hier dargestellten Ausführungsbeispielen als Blechbauteil ausgebildete Planetenträger 5 kann ebenfalls als Guss- oder Schmiedeteil hergestellt sein. Wie insbesondere in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, ist zwischen dem Sonnenrad 3 und dem Planetenträger 5 (dem Differential korb) die Gleithülse 6 als Lagerhülse angeordnet. Figur 1 zeigt insbesondere, dass auch zwischen dem Sonnenrad 4 und dem Planetentäger 5 eine Gleithülse 6 angeordnet sein kann, so dass diese Lagerung entsprechend der zwischen Sonnenrad 3 und Planetenträger 5 ausgebildet ist. Die folgende Beschreibung der Gleithülse 6 erfolgt mit Bezug auf die in Figur 1 linke Gleithülse 6 für das Sonnenrad 3, betrifft aber entsprechend auch die rechte Gleithülse 6 für das Sonnenrad 4. Die Gleithülse 6 ist so ausgestaltet, dass sie axial und radial lagernd auf das Sonnenrad 13 einwirkt, und dieses axial und radial beabstandet zu dem Planetenträger 5 hält. Sie weist dazu eine Ausbuchtung 17 oder mehrere Ausbuchtungen 17 auf, die zwischen einem radial nach außen ragende Stützbereich 18 und einem axial ausgerichteten Anlagebereich 19 befindlich ist bzw. sind.

Die Gleithülse 6 ist im Anlagebereich 19 mit dem Planetenträger 5 pressverbunden. Die zum Sonnenrad 3 weisende Oberfläche des Anlagebereichs 19 bildet dabei eine Lauffläche 20 aus, auf der das Sonnenrad 3 gleitgelagert ist und relativ zu der es rotiert. Alternativ kann die Gleithülse 6 auf das Sonnenrad 3 aufgepresst sein, in welchem Fall seine Außenfläche 21 die relativ zum Planetenträger 5 gleitlagernde Lauffläche bildet.

Die Ausbuchtung 17 kann einen ersten Härtungsbereich 22 aufweisen, der sich in Axialrichtung erstreckt. Insbesondere kann die gesamte Lauffläche 20 gehärtet sein. Sie kann einen rechtwinklig dazu angeordneten zweiten Härtungsbereich 23 aufweisen, der sich in Radialrichtung erstreckt. Es können weitere Härtungsbereiche vorgesehen sein. Zum Ausformen eines Härtungsbereichs 22,23 bietet sich ein Induktionshärtungsverfahren an. Einsatzhärtung ist eben- falls möglich.

Aus den Figuren geht hervor, dass die Lauffläche 20 und/oder ein Teil der Ausbuchtung 17 einen Radiallagerabschnitt für das Sonnenrad 3 bildet bzw. bilden, während die Ausbuchtung 17 einen Axiallagerbereich dafür bildet. Die Gleithülse 6 kann zumindest abschnittsweise Federeigenschaften aufweisen, um Toleranzen ausgleichen und eventuell auftretende Schläge dämpfen zu können.

Im verbauten Zustand ist zwischen dem ersten Härtungsbereich 22 der Aus- buchtung 17 und einem sich in Axialrichtung erstreckenden Flanschbereich des Sonnenrades 3 Spiel vorhanden. Ebenfalls ist zwischen dem zweiten Härtungsbereich 23 bzw. der Lauffläche 20 und einem sich in Radialrichtung erstreckenden Abschnitt des Sonnenrades 3 Spiel vorhanden. Darin baut sich ein tragfähiger Schmierfilm auf. Die Ausbuchtung 17 kann der Außenkontur des Sonnenrades 3 auch in einem 90°-Abwinkelbereich folgen und einen möglichst geringen Abstand halten. Der geringste Durchmesser der Gleithülse 6 beträgt zwischen 43 und 45 mm, vorzugsweise 44 mm. Der Außendurchmesser im Bereich des axial ausgerichteten Anlagebereichs 19 beträgt vorzugsweise ca. 10 % mehr, besonders bevorzugt 47,9 mm. Der gesamte Außendurchmesser an der größten Stelle weist einen Wert von vorzugsweise 68 mm auf. Es ist von Vorteil, wenn der Außen- durchmesser an der größten Stelle ein Drittel größer als der Innendurchmesser an der kleinsten Stelle der Gleithülse 6 ist. Ferner ist es von Vorteil, wenn die axiale Länge mehr als ein Viertel des Innendurchmessers, aber weniger als die Hälfte des Innendurchmessers beträgt, vorzugsweise 16 mm aufweist. Die Gleithülse 6 weist eine gleichbleibend dicke Wandung auf. Sie ist, wie insbesondere gut in den Figuren 4 und 5 zu erkennen ist, mit der Schmieraus- nehmung 7 versehen. Diese ist von mehreren Verstärkungsstegen 10 unterbrochen, so dass eine Mehrzahl von separaten Schmiertaschen 1 1 ausgebildet ist, wobei aufeinanderfolgende Schmiertaschen 10 durch einen Verstärkungs- steg 10 voneinander getrennt sind.

Die Schmierausnehmung 7 und die aufeinanderfolgenden Schmiertaschen 10 mit zwischenliegenden Verstärkungsstegen 1 1 sind in Umfangsrichtung des Anlagebereichs 19 der Gleithülse 6 spiralförmig angeordnet. Wie insbesondere Figur 5 zeigt, können die Schmiertaschen 10 in axialer Richtung einander überlappen. Dabei können sich sowohl in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende als auch nicht aufeinanderfolgende Schmiertaschen 10 überlappen. Im letztgenannten Fall ist die Schmierausnehmung 7 mäanderförmig oder es gibt mehrere Schmierausnehmungen 7, z.B. als Doppel- oder Dreifachspirale, also mit mehreren Windungen. Insbesondere Figur 4 zeigt, dass vorzugsweise in jedem axialen Bereich der Lauffläche 20 irgendwo in Umfangsrichtung wenigstens eine Schmiertasche 10 angeordnet ist, so dass sich auf der Lauffläche 20 ein diese vollständig überdeckender Schmierfilm bilden kann. Die Schmiertaschen 10 sind in Umfangsrichtung langgestreckt und im Wesentlichen oval. Die Breite der Schmiertasche 10 entspricht vorzugsweise ca. 1/5 bis ca. 1/3 der Länge der Schmiertasche. Besonders bevorzugt entspricht ihre Breite ca. 1/4 ihrer Länge. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Schmiertasche 10 eine Länge in Umfangsrichtung zwischen ca. 5mm bis ca. 10mm, vorzugsweise zwischen ca. 7mm bis ca. 9mm, besonders bevorzugt ca. 8mm. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Schmiertasche 10 eine Breite in Axialrichtung zwischen ca. 3mm bis ca. 7mm, vorzugsweise zwischen ca. 4mm bis ca. 8mm, besonders bevorzugt ca. 5mm.

Figur 3 zeigt das Planetendifferential 1 ohne das Planetenträgerteilelement 25 in einer perspektivischen Ansicht. Dargestellt ist die Gleithülse 6 für das erste Sonnenrad 3. Es ist zu erkennen, dass die unterhalb der Gleithülse 6 befindli- che Oberfläche des Sonnenrads 3 aufgrund des Presssitzes der Gleithülse 6 zusammen mit der Schmierausnehmung 7 bzw. den Schmiertaschen 10 ein nur zur Lauffläche 20 hin offenes Volumen zur Aufnahme eines Schmiermediums ausbildet. Figur 3 zeigt ebenfalls die Endbereiche der Bolzen 15 mit den darauf angeordneten Hülsen 16. Es ist außerdem gezeigt, dass das Antriebsrad 2 schrägverzahnt sein kann.

Bezugszeichenliste

1 Differentialgetriebe

2 Antriebsrad

3 Abtriebsorgan, Sonnenrad

4 Abtriebsorgan, Sonnenrad

5 Differential korb, Planetenträger

6 Gleithülse

7 Schmierausnehmung

8 Startbereich

9 Endbereich

10 Verstärkungssteg

1 1 Schmiertasche

12 Paar

13 erstes Planetenrad

14 zweites Planetenrad

15 Bolzen

16 Hülse

17 Ausbuchtung

18 Stützbereich

19 Anlagebereich

20 Lauffläche

21 Außenfläche

22 Härtungsbereich

23 Härtungsbereich

24 erstes Planetenträgerteilelennent

25 zweites Planetenträgerteilelennent

26 Verschraubung

27 Flansch

28 Reibscheibe

29 Innenverzahnung