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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Ausgleichsgetriebe, umfassend
- - einen von einer Antriebswelle antreibbaren und um eine Hauptachse drehbar gelagerten Differentialkorb,
- - ein drehfest mit dem Differentialkorb verbundenes, koaxial innerhalb des Differentialkorbes angeordnetes Trägerelement mit einer Mehrzahl von sich radial zur Hauptachse erstreckenden Zapfen,
- - eine der Mehrzahl von Zapfen entsprechende Mehrzahl von Ausgleichsrädern, die drehbar auf den Zapfen gelagert sind,
wobei zur Verbindung des Trägerelementes mit dem Differentialkorb Lagerelemente vorgesehen sind, die mit den Zapfen korrespondierende Durchbrüche der Wandung des Differentialkorbes radial durchsetzen und je eine zentrale, den zugeordneten Zapfen aufnehmende Ausnehmung aufweisen.
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Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zum Montieren eines Ausgleichsgetriebes, umfassend die Schritte:
- - Bereitstellen eines topfförmigen, zu einer Hauptachse symmetrischen Differentialkorbes mit einer Mehrzahl von symmetrisch über seinen Umfang verteilten Durchbrüchen durch seine Wandung,
- - Einsetzen eines Trägerelementes mit einer Mehrzahl von sich radial zur Hauptachse erstreckenden und mit den Durchbrüchen korrespondierenden Zapfen koaxial zu dem Differentialkorb,
- - Aufschieben einer der Mehrzahl von Zapfen entsprechende Mehrzahl von Ausgleichsrädern auf die Zapfen, und
- - Fixieren des Trägerelementes durch Einsetzen von je eine zentrale Ausnehmung aufweisenden Lagerelementen in die Durchbrüche, sodass die Lagerelemente die Differentialkorbwandung radial durchsetzen und den jeweils zugeordneten Zapfen mit ihrer zentralen Ausnehmung umgreifen.
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Stand der Technik
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Derartige Ausgleichsgetriebe und Montageverfahren dafür sind bekannt aus der
DE 103 54 999 B4 . Diese Druckschrift offenbart ein Kronenraddifferential mit zwei als Kronenräder ausgebildeten Achswellenrädern, die in dem Differentialkorb um die Hauptachse drehbar gelagert und mit Abtriebswellen koppelbar sind. Die mit ihren Verzahnungsringen einander gegenüberstehenden Kronenräder sind durch stirnverzahnte Ausgleichsräder gekoppelt, die drehbar auf den Zapfen des Trägerelementes gelagert sind. Beim Antrieb des Differentialkorbes mittels einer Antriebswelle, rotiert das drehfest mit dem Differentialkorb verbundene Trägerelement, sodass das eingeleitete Antriebsmoment über die Ausgleichsräder auf die Achswellenräder verteilt wird. Diese Bauart und Funktion eines Differentials ist allgemein bekannt. Auch abweichende Bauformen, z. B. Kelgelraddifferentiale oder Kronenraddifferentiale mit umgekehrter Verzahnung, d.h. mit stirnverzahnten Achswellenrädern und kronenverzahnten Ausgleichsrädern, sind dem Fachmann bekannt z. B. aus der
DE 103 33 747 A1 .
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Typische Bauformen umfassen einen zweigeteilten Differentialkorb, der insbesondere in der Ebene des Trägerelementes geteilt ist. Diese Art des Aufbaus ermöglicht eine relativ einfache Montage, indem das mit den Ausgleichsrädern vormontierte Trägerelement mit den Enden seiner Zapfen in Halbbohrungen in der Wandung des ersten Teiles des Differentialkorbes eingelegt wird und indem anschließend der zweite Teil des Differentialkorbes mit korrespondierenden Halbbohrungen in seiner Wandung aufgesetzt wird. Schwierig ist allerdings die dann erforderliche spielfreie und sichere Kopplung der Differentialkorbteile. Außerdem ist die Fertigung der präzisen Halbbohrungen extrem aufwendig. Die genannte Druckschrift schlägt daher einen - abgesehen von einem Deckel - im Wesentlichen einteiligen, topfartigen Differentialkorb vor, der in der Ebene des Trägerelementes Wandungsdurchbrüche aufweist, in die die Zapfen des Trägerelementes eingefädelt werden. Dies ist jedoch im vormontierten Zustand des Trägerelementes mit den Ausgleichsrädern nicht möglich.
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Die genannte Druckschrift schlägt daher vor, die Wandungsdurchbrüche mit einem Durchmesser zu gestalten, der größer ist als der Durchmesser der Ausgleichsräder, die Ausgleichsräder nach dem Einfädeln des Trägerelementes durch die Durchbrüche hindurch auf die Zapfen aufzustecken und die Zapfen mittels Lagerscheiben zu fixieren, wobei die Lagerscheiben den Freiraum zwischen dem Außendurchmesser der Zapfen und dem Innendurchmesser der Wandungsdurchbrüche des Differentialkorbes ausfüllen und in einer in der Druckschrift nicht näher spezifizierten Weise mit dem Differentialkorb verbunden werden. Die Innenflächen der Lagerscheiben dienen dabei als axiale Anlagefläche für die Ausgleichsräder. Die Präzision und Stabilität der Verbindung zwischen den Lagerscheiben und der Differentialkorbwandung ist entscheidend für den präzisen Lauf der Ausgleichsräder und die Stabilität des gesamten Differentials, wodurch das Montageverfahren aufwendig wird. Zudem ist das Einfädeln des Trägerelementes, insbesondere bei Trägerelementen mit vielen Zapfen, d.h. so genannten Ausgleichssternen, mechanisch aufwendig und schwer automatisierbar.
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Die gleiche Druckschrift offenbart noch ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Zapfen des Trägerelementes anstelle des Einfädelns in die Wandungsdurchbrüche in offene Nuten eingeführt werden, die die Wandung des Differentialkorbes von der Lagerstelle der Zapfen bis zum Topfrand des Differentialkorbes durchsetzen. Dies ermöglicht zwar ein einfaches Einführen eines mit Ausgleichsrädern vormontierten Trägerelementes ohne Verkantungen bei der Montage; allerdings müssen aufwendige Maßnahmen ergriffen werden, um die Positionstreue des Trägerelementes an seiner Lagerposition zu gewährleisten.
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Weiterhin ist aus der
DE 103 53 415 B4 ein Verteilergetriebe bekannt, bei dem das Trägerelement mittels Verzahnung mit einer ihn durchdringende Welle verbunden ist. Abstützung der Ausgleichsräder an den Zapfen des Trägerelementes ist nicht offenbart. Ähnliche Anordnung zeigt die
US 6,190,281 B1 , wobei die Ausgleichsräder axial durch eine Anlaufscheibe abgestützt werden, die mittels einer in den Zapfen eingeschraubten Schraube gehalten werden. Ähnliche Anlaufscheiben offenbart die
US 5,304,103 A , wobei diese mit dem Zapfen durch eine Schweißnaht oder eine Niete verbunden werden können.
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Aufgabenstellung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Differential und ein Montageverfahren dafür zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile des Standes der Technik überwinden und insbesondere die Montage vereinfachen.
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Darlegung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass der Hüllkreisdurchmesser des Trägerelementes kleiner als der Innendurchmesser des Differentialkorbes ist und dass die Lagerelemente als auf die Zapfen aufgesteckte Hülsen mit je einer gegen den vorderen Hülsenrand rückversetzten Anschlagfläche für die Stirnseite des zugeordneten Zapfens ausgebildet sind, wobei die Hülsen mit den Zapfen verschraubt sind.
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Die Aufgabe wird weiter in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 5 dadurch gelöst, dass der Hüllkreisdurchmesser des Trägerelementes kleiner als der Innendurchmesser des Differentialkorbes ist, dass der Schritt des Aufschiebens der Ausgleichsräder auf die Zapfen zeitlich vor dem Schritt des Einsetzens des Trägerelementes in den Differentialkorb erfolgt und dass die Lagerelemente als Hülsen mit je einer gegen den vorderen Hülsenrand rückversetzten Anschlagfläche für die Stirnseite des zugeordneten Zapfens auf die Zapfen aufgesteckt und mit den Zapfen verschraubt werden.
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Im Gegensatz zu den im Stand der Technik bekannten Bauformen weist bei der vorliegenden Erfindung das Trägerelement einen Hüllkreisdurchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Differentialkorbes. Unter dem Hüllkreisdurchmesser sei hier der Durchmesser des kleinsten Kreises verstanden, der sich konzentrisch um das Trägerelement schlagen lässt und dieses vollständig einhüllt. Es ist offensichtlich, dass sich ein solches Trägerelement mit oder ohne vormontierte Ausgleichsräder ohne Verkantungen, d.h. ohne „Einfädeln“ durch eine einfache, lineare Bewegung in einen topfartigen Differentialkorb einführen lässt. Zur Fixierung des Trägerelementes sind erfindungsgemäß als Hülsen ausgebildete Lagerelemente vorgesehen, die durch die Durchbrüche der Differentialkorbwandung hindurch auf die Zapfen aufgesteckt werden. Die Hülsen sind dabei so ausgestaltet, dass sie im Montageendzustand das äußere Ende der Zapfen umgreifen und in radialer Richtung die Gehäusewandung wenigstens teilweise durchsetzen. Dies wird erreicht, indem die Hülsen eine innere Anschlagfläche aufweisen, mit der sie auf den Stirnflächen der Zapfen aufliegen. Die Zapfen greifen bis zur Anschlagfläche in die Hülsen ein. Die Anschlagflächen sind um die Tiefe des beabsichtigten Eingriffs gegen den vorderen Rand der Hülsen rückversetzt. Es versteht sich, dass die Anschlagflächen nicht den hinteren Rand der Hülse bilden, sondern dass sich die Hülse oder wenigstens ihre Außenwand rückwärts über die Anschlagfläche hinaus erstreckt. Die Hülsen verlängern somit die Zapfen in einer Weise, dass der Hüllkreisdurchmesser des durch die Hülsen vergrößerten Trägerelementes größer ist als der Innendurchmesser des Differentialkorbes. Auf diese Weise wird das Trägelement azimutal und axial (bezogen auf die Hauptachse) am Differentialkorb gesichert. Um auch eine radiale Sicherung zu gewährleisten, werden die Hülsen erfindungsgemäß mit den Zapfen verschraubt.
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Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der einfachen Montierbarkeit bei gleichzeitig einfacher Herstellung der einzelnen Elemente des Differentials. So kann insbesondere das Trägerelement mit vormontierten Ausgleichsrädern in einer einfachen, automatisierbaren Weise ohne Verkantung in den topfartigen Differentialkorb eingeführt werden. Zugleich erlaubt es die nachträgliche Verlängerung der Zapfen mittels der Hülsen durch die Differentialkorbwandung hindurch, die Wandungsdurchbrüche als einfache, vergleichsweise kleine Bohrungen zu gestalten, die die Stabilität des Differentialkorbes nicht beeinträchtigen und die das Trägerelement im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Nuten ringsum fixieren.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Verschraubung zwischen Hülse und Zapfen erfolgt vorzugsweise mittels einer die Anschlagfläche durchsetzenden und in ein zentrales Innengewinde des Zapfens eingreifenden Schraube. Grundsätzlich wäre auch eine Verschraubung mittels eines Innengewindes der Hülse und eines Außengewindes des Zapfens denkbar; eine solche Ausführung ist jedoch wegen der schwierigeren Herstellung nicht bevorzugt. Die bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich durch besonders leichte Herstellung und einfache Montage aus. Insbesondere wird die Schraube trotz der Rotation bei Betrieb des Differentials nicht mit Scherkräften beaufschlagt. Die azimutalen und axialen (bezogen auf die Hauptachse) Kräfte, die bei Betrieb des Differentials auftreten und Scherkräfte verursachen könnten, werden nämlich durch die Überlappung der Hülse mit dem Zapfen abgestützt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der vordere Hülsenrand eine axiale (bezogen auf die Zapfenachse) Anlagefläche für das zugeordnete Ausgleichsrad bildet. Dies wird in einfacher Weise erreicht, wenn der Außendurchmesser der Hülse größer ist als der Durchmesser der inneren Ausnehmung, mit der das Ausgleichsrad auf dem Zapfen gelagert ist. Der Zapfen kann dabei besonders einfach in einer zylindrischen Form ohne Durchmessersprünge gestaltet sein. Eine solche Ausgestaltung reduziert die Kosten der Herstellung des Trägerelementes im Vergleich zu gestuften Zapfen.
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Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Ausgleichsgetriebe als Kronenraddifferential ausgestaltet, wobei die Ausgleichsräder als Stirnräder und die Achswellenräder als Kronenräder ausgebildet sind. Allerdings ist die Erfindung auch auf andere Differential-Bauformen anwendbar, z. B. auf Kronenraddifferentiale mit kronenverzahnten Ausgleichs- und stirnverzahnten Achswellenrädern sowie auf Kegelraddifferentiale. Die spezielle Bauform und insbesondere die Ausgestaltung der Achswellenräder und ihre Montage sind für das Wesen der vorliegenden Erfindung nicht entscheidend und werden daher nur am Rande diskutiert.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung wesentlicher Teile des erfindungsgemäßen Ausgleichsgetriebes,
- 2 eine Schnittdarstellung durch wesentliche Teile eines erfindungsgemäßen Ausgleichsgetriebes.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Die 1 und 2, die unterschiedliche Darstellung derselben Elemente eines erfindungsgemäßen Differentials darstellen, sollen nachfolgend gemeinsam diskutiert werden. Gleiche Bezugszeichen in den Darstellungen deuten auf gleiche Teile hin.
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Das erfindungsgemäße Differential weist einen topfartigen Differentialkorb 10 auf, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel einteilig mit dem Ansatzstutzen 12 einer nicht weiter dargestellten Antriebswelle verbunden ist. Bei Betrieb rotiert der Differentialkorb 10 um seine Hauptachse 14. Dabei dreht sich ein im Montageendzustand drehfest mit dem Differentialkorb 10 verbundenes Trägerelement 16 um dieselbe Hauptachse 14 mit. Das Trägerelement 16 weist eine Mehrzahl von symmetrisch über seinen Umfang verteilten und sich radial erstreckenden Zapfen 18 auf. Die Anzahl der Zapfen 18 ist für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich. Bei der dargestellten Ausführungsform sind 6 Zapfen vorgesehen, wobei jedoch auch andere, gerade oder ungerade Anzahlen von Zapfen realisiert sein können. Jeder Zapfen trägt ein drehbar auf ihm gelagertes Ausgleichsrad 20, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel als geradverzahntes Stirnrad ausgebildet ist. Bei anderen Ausführungsformen können die Ausgleichsräder auch als anders, z. B. schräg verzahnte Stirnräder, als Kegelräder oder als Kronenräder ausgebildet sein. In den Figuren ist der Übersichtlichkeit halber nur ein Ausgleichsrad gezeigt.
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Bei Betrieb kämmen die Ausgleichsräder 20 mit in den Figuren nicht dargestellten Achswellenrädern, die ihrerseits mit ebenfalls nicht dargestellten Abtriebswellen gekoppelt sind. Bei der dargestellten Ausführungsform würde eine der Abtriebswellen koaxial innerhalb des Anschlussstutzens 12 bzw. der zugehörigen Antriebswelle verlaufen. Dem Fachmann sind die Zusammenhänge zwischen Ausgleichs- und Achswellenrädern bei Ausgleichsgetrieben bekannt, sodass in den Figuren auf ihre gesonderte Darstellung der Übersichtlichkeit halber verzichtet wurde.
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Wie insbesondere aus 2 deutlich ersichtlich, ist der Hüllkreisdurchmesser des Trägerelementes 16 kleiner als der Innendurchmesser des Differentialkorbes 10. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Differenz der Durchmesser gering. Die Zapfen 18 werden durch im Querschnitt H-förmige Montagehülsen 22, von denen der Übersichtlichkeit halber wiederum nur eine dargestellt ist, soweit verlängert, dass der Hüllkreis des auf diese Weise vergrößerten Trägerelementes 16/22 den Innendurchmesser des Differentialkorbes 10 überragt. Die Hülsen 22 weisen bei der dargestellten Ausführungsform zwei durch den H-Balken getrennte Bereiche auf. Ein erster, vorderer Hülsenbereich, dessen Innendurchmesser in etwa dem Außendurchmesser der Enden der Zapfen 18 entspricht, wird auf die Zapfen 18 aufgeschoben. Das Aufschieben erfolgt soweit, bis eine innere Anschlagfläche 24 auf der Stirnfläche 26 des Zapfens 18 aufliegt. Die Fixierung der Hülse 22 mit dem Zapfen 18 erfolgt durch Verschraubung mittels einer Schraube 28, die die Anschlagfläche 24 durchgreift und in ein Innengewinde 30 des Zapfens 18 eingedreht wird. Der Kopf 32 der Schraube 24 stützt sich dabei gegen die rückwärtige Seite des H-Balkens der Hülse 22 ab und ist in dem zweiten, rückwärtigen Teil der Hülse 22 versenkt.
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Zur Montage wird zunächst das Trägerelement 16 auf allen seiner Zapfen 18 mit Ausgleichsrädern 20 bestückt. Das so vormontierte Trägerelement 16 wird dann entlang der Hauptachse 14 in einer linearen Bewegung in den Differentialkorb eingeschoben, bis die Enden seiner Zapfen 18 mit den Durchbrüchen 34 in der Differentialkorbwandung korrespondieren. Anschließend werden Montagehülsen 22 durch die Durchbrüche 34 hindurch auf die Enden der Zapfen 18 aufgeschoben, bis ihre inneren Anschlagflächen 24 an den Stirnflächen der Zapfen 18 anliegen. Bei korrekter Dimensionierung bilden die vorderen Hülsenränder 36 in diesem Zustand axiale (bezogen auf die Zapfenachsen) Anlageflächen für die Ausgleichsräder 20. Anschließend wird durch Einschrauben der Schrauben 28 in die Innengewinde 30 der Zapfen 18 die Hülsen 22 mit den Zapfen 18 fixiert. Hierdurch wird eine in alle Richtungen fixierte Kopplung des Trägerelementes mit dem Differentialkorb 10 erreicht und zugleich eine Axiallagerung der Ausgleichsräder 20 realisiert. Durch geeignete Dimensionierung der Montagehülsen können benötigte Spiele und Toleranzen präzise eingestellt werden.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten anhand gegeben. Insbesondere können die Anzahl der Zapfen 18, die Gestalt der Ausgleichsräder 20, der Antrieb des Differentialkorbes 10, die konkrete Form der Montagehülsen und andere Parameter auf den jeweiligen Einzelfall angepasst werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Differentialkorb
- 12
- Anschlussstutzen
- 14
- Hauptachse
- 16
- Trägerelement
- 18
- Zapfen
- 20
- Ausgleichsrad
- 22
- Montagehülse
- 24
- innere Anschlagfläche
- 26
- Stirnfläche von 18
- 28
- Schraube
- 30
- Innengewinde
- 32
- Schraubenkopf
- 34
- Durchbruch
- 36
- vorderer Rand von 22
