Beschreibung
P 546 – Entwicklung eines Stirnraddifferenzials mit Innenverzahnung in Blechbauweise
Die bislang am weitesten verbreitete Bauart von Achsdifferenzialen für Fahrzeuge stellt das Kegelraddifferenzial dar. Bei diesem Differenzial wird das Drehmoment auf einem relativ kleinen Durchmesser mit entsprechend hohen Bauteilbeanspruchungen übertragen. Um die Tragfähigkeit zu steigern, werden die Kegelräder teilweise aus Werkstoffen gefertigt, die eine besonders hohe Festigkeit aufweisen. Die hohen Axialkräfte aus der Kegelradverzahnung erfordern außerdem ein massives und schweres Gussgehäuse.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde ein Stirnraddifferenzial mit Innenverzahnung als Alternative zum Kegelraddifferenzial entwickelt und untersucht. In diesem Differenzialtyp wird das Drehmoment auf einem relativ großen Durchmesser übertragen. Dadurch treten verhältnismäßig kleine Verzahnungskräfte mit entsprechend geringen Bauteilbeanspruchungen auf. Dieser Differenzialtyp erlaubt daher entweder ein höheres übertragbares Drehmoment bei gleichem Bauraumbedarf, oder geringeren Bauraumbedarf und geringeres Gewicht bei gleichem übertragbarem Drehmoment wie ein vergleichbares Kegelraddifferenzial.
Es wurden Prototypen gefertigt, deren Auslegung auf gleiche Tragfähigkeit und kompaktere und leichtere Ausführung im Vergleich zu einem Referenzkegelraddifferenzial ausgerichtet war. Für die Erprobung wurden insgesamt vier Prototypen gebaut. Davon wurden zwei als Leichtbauvarianten mit Blechsteg ausgeführt. Diese Varianten sind etwa 17% leichter als das Kegelraddifferenzial. Für die Untersuchungen zum grundsätzlichen Betriebsverhalten des Stirnraddifferenzials wurden zwei weitere Differenziale mit Massivsteg gebaut, die immer noch rund 4% leichter als das Referenzdifferenzial sind.
Die Untersuchungen zur Funktion des Differenzials zeigen einen Sperrwertverlauf, der mit der Last ansteigt. Das Differenzial verhält sich in Links- und Rechtskurven symmetrisch. Die gemessenen Sperrwerte liegen zwischen 13% und 18%. Der Sperrwert am Referenzdifferenzial bleibt dagegen mit steigender Last konstant bei ca. 9%. Das Sperrwertverhalten des Stirnraddifferenzials kann anhand der Prüfstandversuche als günstig für das Fahrverhalten bewertet werden. Die Erprobung zur Tragfähigkeit des Differenzials zeigt eine noch nicht ausreichende Fresstragfähigkeit der Planetenlagerung auf, die im Rahmen des Vorhabens nicht mehr beseitigt werden konnte. Da die Lagerung der Kegelräder im Referenzdifferenzial mit einer ähnlich hohen Belastung funktioniert, wird davon ausgegangen, dass die Probleme im Stirnraddifferenzial lösbar sind.
Autoren:
B. R. Höhn, K. Michaelis, M. Heizenröther
Veröffentlichung:
2005
