DE102006010187A1 - Kegelraddifferential - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kegelraddifferential mit Achswellenrädern (201) und einem Toleranzausgleichselement (206). Dieses Toleranzausgleichselement (206) weist eine Gleitscheibe (298) und eine Feder (299) auf. Um die Montage zu vereinfachen und den Verschleiß gering zu halten, wird vorgeschlagen, die axiale Bewegung der Feder (299) in eine umfangsmäßige Bewegung umzuwandeln.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Kegelraddifferential gemäß dem einteiligen Patentanspruch 1.
• Aus der DE 10 319 854 A1 ist bereits ein Kegelraddifferential für Kraftfahrzeuge bekannt. Um über eine hohe Lebensdauer Anschlaggeräusche an den Kegelradverzahnungen zu verhindern, sind Tellerfedern an den Achswellenrädern vorgesehen, die im Auslieferungszustand des Kraftfahrzeuges bis auf „Block" vorgespannt sind, so dass das Spiel in der Kegelradverzahnung dauerhaft ausgeglichen wird. Dabei kann die Tellerfeder wellenförmig ausgestaltet sein.
• Ferner ist aus der US 5,806,371 ein Achsgetriebe mit einem Kegelraddifferential bekannt. Bei diesem Kegelraddifferential stützen sich die beiden Achswellenkegelräder jeweils über Scheiben in die voneinander hinfort weisenden Richtungen am Ausgleichsgehäuse ab.
• Die US 5,671,640 zeigt ein Sperrdifferential mit vorgespannten Federn, welche ein Spiel zwischen den Zahnrädern dämpfen sollen. Die Zähne sind dabei als Stirnverzahnung ausgeführt.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein montagefreundliches und verschleißarmes Kegelraddifferential mit einem Toleranzausgleichselement zu schaffen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
• Dabei wird mittels eines Toleranzausgleichselementes eine selbstausgleichende Funktion erfüllt, wobei zusätzlich zu der Funktion „Toleranzausgleich" noch eine Funktion „Gleiten" erfüllt wird. Damit wird in besonders vorteilhafter Weise erreicht, dass ein „Eingraben" bzw. „Einfressen" der Feder in die Berührungsflächen zum Ausgleichsgehäuse und zum Achswellenrad sicher ausgeschlossen wird. Dazu ist zumindest eine Gleitfläche vorgesehen, die form- oder kraftschlüssig gesichert sein kann.
• In besonders vorteilhafter Weise kann infolge der Trennung der beiden Funktionen „Toleranzausgleich" und „Gleiten" je nach Einsatz die Feder in deren Härte variiert werden.
• In besonders vorteilhafter Weise kann in der Montage des Ausgleichsgetriebes mittels des Toleranzausgleichselementes eine kurze Taktzeit und hohe Qualität erreicht werden. Mit dem Verzicht auf eine Klassierung geht ein entsprechender Kostenvorteil einher.
• Somit ist die Feder des Toleranzausgleichselementes axial elastisch vorspannbar. Diese Vorspannung gleicht fertigungsbedingte und/oder verschleißbedingte Toleranzen aus. Die erfindungsgemäße Feder weist eine besondere Formgebung auf. Im Gegensatz zu einer üblichen leicht konischen Tellerfeder resultieren aus den axialen Bewegungen zum Toleranzausgleich anstelle radialer Bewegungen umfangsmäßige Bewegungen.
• Es hat sich herausgestellt, dass solche umfangsmäßigen Bewegungen nicht zum „Einfressen" bzw. „Eingraben" der gehärteten Feder in das Achswellenrad bzw. das Ausgleichsgehäuse führen.
• Patentansprüche 3 bis 5 zeigen besonders verschleißarme und Bauraum sparende Ausgestaltungen der Erfindung.
• Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.
• Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert.
• Dabei zeigen:
• 1 ein Hinterachsgetriebe mit einem verschleißarmen Toleranzausgleichselement in einer ersten Ausführungsform,
• 2 das verschleißarme Toleranzausgleichselement aus 1,
• 3 in einer perspektivischen Ansicht das verschleißarme Toleranzausgleichselement in einer zweiten Ausführungsform,
• 4 das verschleißarme Toleranzausgleichselement aus 3 in einer Montageeinheit mit einem Achswellenrad.
• 1 zeigt ein Hinterachsgetriebe. Innerhalb des Hinterachsgetriebegehäuses 10 liegt das Ausgleichsgetriebe bzw. Differential. Dieses ist mittels zweier in x-Anordnung zueinander stehender Kegelrollenlager 15, 16 drehbar um dessen Rotationsachse 27 im Hinterachsgetriebegehäuse 10 gelagert. Das Differential 7 umfasst ein von der Antriebsritzelwelle angetriebenes Tellerrad 17, welches bewegungsfest mit einem zweigeteilten Differentialgehäuse 7 verbunden ist. Mit dem Diffe rentialgehäuse 7 ist ein Differentialbolzen 19 fest verstiftet, dessen Längsachse senkrecht zu Rotationsachse 27 liegt. Koaxial auf diesem Differentialbolzen 19 sind Ausgleichskegelräder 3, 4 drehbar gelagert, welche mit zwei senkrecht zu diesen angeordneten Achswellenkegelrädern 1, 2 kämmen. Die beiden Ausgleichskegelräder 3, 4 sind an deren Außenseiten mit kalottenförmig konvexen Flächen versehen, die in korrespondierend konkaven Flächen des Hinterachsgetriebegehäuses axial abgestützt und gleitgelagert sind.
• Jedes der beiden Achswellenkegelräder 1, 2 ist jeweils mittels einer Keilwellenverzahnung drehfest aber begrenzt axialverschieblich mit einer Radantriebshalbwelle 11 bzw. 12 verbunden. Jedes der beiden Achswellenkegelräder 1, 2 liegt unter Zwischenfügung eines der beiden Toleranzausgleichselemente 6, 5 am Ausgleichsgetriebegehäuse 18 an, so dass die Kräfte, welche aus dem Antriebsmoment resultieren, als Axialkräfte an dem Ausgleichsgehäuse 7 im Bereich von einer ringförmigen Schulter 23 bzw. 24 abgestützt werden. Dabei liegen die Toleranzausgleichselemente 6, 5 einerseits jeweils mit Gleitflächen 30, 31 an diesen Schultern 23, 24 an. Andererseits liegen die Toleranzausgleichselemente 6, 5 mit Anlaufflächen 28 bzw. 29 an der axialen Außenseite der Achswellenräder 1, 2 an. Die Anlaufflächen 28, 29 können dabei von der Oberfläche ähnlich oder gleich den Gleitflächen 30, 31 ausgeführt sein. In diesem Fall teilt sich die Gleitbewegung zu undefinierten Anteilen auf die Gleitflächen 30, 31 und die Anlaufflächen 28, 29 auf. Alternativ können die Anlaufflächen 28, 29 von der Oberfläche einen höheren Reibwert als die Gleitflächen 30, 31 aufweisen, so dass eine definierte Gleitbewegung ausschließlich an den Gleitflächen 30, 31 stattfindet.
• 2 zeigt eines der beiden identisch ausgestalteten Toleranzausgleichselemente 6, 5 in einer perspektivisch ausgebrochenen Darstellung. Dabei ist auf beiden Seiten einer Feder 99 jeweils eine Gleitscheibe 98a, 98b angeordnet. Dabei ist die Feder 99 als ein Mehrkomponentenbauteil ausgeführt, wel ches mehrere wellenförmig ausgewölbte Stahlfederelemente 97 aufweist, die gleichmäßig am Umfang der Gleitscheiben 98a, 98b verteilt sind. Die Stahlfederelemente 97 stützen sich dabei axial mit deren Wellenbergen an der einen Gleitscheibe 98a und mit deren Wellentälern an der anderen Gleitscheibe 98b ab. In die somit zwischen den Gleitscheiben 98a, 98b entstandenen Zwischenräume ist eine Elastomer 60 einvulkanisiert. Die Gleitscheibe 98a ist außenseitig mit der Gleitfläche 31 versehen.
• 3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein alternatives Toleranzausgleichselement 206. Dabei ist eine Gleitscheibe 298 einteilig mit einer Feder 299 ausgestaltet, die als Blattfeder ausgeformt ist, welche drei bogenförmige Federsegmente 100, 101, 102 umfasst. Diese drei Federsegmente 100, 101, 102 sind gleichmäßig um einen Mittelpunkt 103 angeordnet. Wie in 4 ersichtlich ist, liegt dieser Mittelpunkt 103 auf einer Rotationsachse 227 des Achswellenrades 201. In 3 ist wiederum ersichtlich, dass die Federsegmente 100, 101, 102 somit an einer Innenkante 104 einer zentrischen Ausnehmung der Gleitscheibe 298 einteilig ausgeformt sind und der Kontur der Innenkante folgen. Dazu sind die Federsegmente 100, 101, 102 so aus dem Stahl der Gleitscheibe 298 ausgestanzt, dass jeweils ein Verbindungssteg 108, 109, 110 zur Gleitscheibe 298 verbleibt. Die sich somit bildenden drei Verbindungsstege 108, 109, 110 laufen radial innen in Zähnen 105, 106, 107 aus, welche in eine Außenverzahnung 150 eingreifen, die in 4 ersichtlich ist.
• 4 zeigt ferner, dass das Toleranzausgleichselement 106 eine gemeinsame Baueinheit mit dem Achswellenkegelrad 201 bildet. Dabei stützt sich die Gleitscheibe 298 über die Federsegmente 100, 101, 102 auf der Rückseite des Achswellenkegelrades 201 ab. Die Federsegmente 100, 101, 102 sind dabei in einer Ausnehmung 280 des Achswellenkegelrades 201 angeordnet. Diese Ausnehmung 280 ist in die Rückseite des Achswellenkegelrades 201 eingeformt und verläuft um dessen Rotationsachse 227. Die Ausnehmung 280 ist dabei beim Umformen des Achswellenkegelrades 201 hergestellt. Die Ausnehmung 280 ist radial außen durch einen Außenkragen 279 und radial innen durch einen Hals 278 begrenzt, so dass die Feder 299 innerhalb der Ausnehmung 280 zwischen dem Außenkragen 279 und dem Hals 278 liegt. Die Federsegmente 100, 101, 102 der Feder 299 stützen sich einerseits mit deren Endbereichen 111, 112, 113 am Achswellenrad 201 und andererseits an der einteilig befestigten Gleitscheibe 298 ab. Dadurch drückt die Feder 299 die Gleitscheibe 298 in die vom Zentrum des Hinterachsgetriebes hinfort weisenden Richtung. Die Gleitscheibe 298 stützt sich radial innen mittels der in 3 ersichtlichen Zähne 105, 106, 107 gegen die Kraft der Feder 299 an einem Axialsicherungsring DIN 471 ab. Dieser Axialsicherungsring DIN 471 ist in eine Nut am äußeren Ende des Halses 278 eingesetzt. Damit bildet sich zwischen der Gleitscheibe 298 und einer äußeren Stirnfläche 95 des Außenkragens 279 ein toleranzausgleichendes Axialspiel 276.
• Auf der vom Achswellenrad 201 abgewandten Seite der Gleitscheibe 298 ist eine Gleitfläche 96 vorgesehen. Diese gleitet im eingebauten Zustand des Toleranzausgleichselementes 206 entlang einer bearbeiteten Fläche eines Ausgleichsgehäuses.
• Der Ausgleichsbereich 76 gemäß der ersten Ausführungsform 2 erstreckt sich hingegen zwischen den Innenseiten der beiden Gleitscheiben 98a, 98b.
• Die Gleitscheiben 98a, 98b gemäß 2 können sowohl selbst aus einem reibwertmindernden Polymer bestehen, als auch Stahlscheiben sein, die mit einem solchen temperaturbeständigen Polymer beschichtet sind. Polymere können hier beispielsweise Polytetra-Fluorethylen oder Polyvinylidenfluorid sein. Die Gleitscheibe 198 gemäß 3 kann eine Stahlscheibe mit oder ohne temperaturbeständige Polymerbeschichtung sein.
• In einer alternativen Ausgestaltungsform ist die Feder reibwertvermindernd beschichtet.
• Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.

Claims (13)

1. Kegelraddifferential mit Achswellenrädern (1, 2, 201), von welchen zumindest ein Achswellenrad (1, 2, 201) über ein Toleranzausgleichselement (6, 206) an einem Ausgleichsgehäuse (7) abstützbar ist, wobei das Toleranzausgleichselement (6, 206) – eine axial elastisch vorspannbare Feder (99, 299), bei welcher aus axialen Bewegungen umfangsmäßige Bewegungen resultieren und – eine Gleitfläche (30, 31, 96), die im Auslieferungszustand des Kegelraddifferentials ein toleranzausgleichendes Axialspiel (276) aufweist, umfasst.
2. Kegelraddifferential nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (299) einteilig mit einem Bereich ist, welcher die Gleitfläche (96) trägt.
3. Kegelraddifferential nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Gleitfläche (96) tragende Gleitscheibe (298) an einer Stirnfläche (95) des Achswellenrades (201) anliegt, welche größer ist, als eine Anlagefläche der Feder (299) am Achswellenrad (201).
4. Kegelraddifferential nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das im Achswellenrad (201) des Kegelraddifferentials eine Ausnehmung (280) zur Aufnahme der Feder (299) vorgesehen ist, welche gegenüber der Stirnfläche (95) zurückversetzt angeordnet ist.
5. Kegelraddifferential nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (95) auf einem größeren Radius angeordnet ist, als die Ausnehmung (280).
6. Kegelraddifferential nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (299) eine bogenförmig um einem Mittelpunkt (103) angeordnete Blattfeder ist, wobei der Mittelpunkt (103) auf einer Rotationsachse (227) des Achswellenrades (201) liegt.
7. Kegelraddifferential nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Toleranzausgleichselement (299) Zähne (105, 106, 107) aufweist, welche in korrenspondierende Ausnehmungen (150) des Achswellenrades (201) eingreifen, so dass die Gleitfläche (96) des Toleranzausgleichselements (299) mit dem Achswellenrad (201) drehfest verbunden ist.
8. Kegelraddifferential nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Gleitfläche (96) eine reibwertvermindernde Maßnahme vorgesehen ist.
9. Kegelraddifferential nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kontaktfläche der Feder am Achswellenrad oder an einem Ausgleichsgehäuse eine reibwertvermindernde Maßnahme vorgesehen ist.
10. Kegelraddifferential nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (31) an einer Gleitscheibe (98a) vorgesehen ist, welche sich an der separat ausgeführten Feder (99) abgestützt.
11. Kegelraddifferential nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (99) ein Mehrkomponentenbauteil aus Stahlfederelementen (97) aufweist, die in einen Elastomer (60) eingebettet sind.
12. Kegelraddifferential nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Toleranzausgleichselement (299) eine gemeinsame Baueinheit mit einem Achswellenkegelrad (201) bildet.
13. Kegelraddifferential nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (299) einerseits in einer Ausnehmung (280) des Achswellenkegelrades (201) abgestützt ist und andererseits an der Gleitscheibe (298) abgestützt ist, welche mittels eines Axialsicherungsringes (DIN 471) in einer Innen- oder Außennut am Achswellenkegelrad (201) abgestützt ist.