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Die
Erfindung betrifft ein Ausgleichsgetriebe mit einem Ausgleichsgehäuse, in
welchem zwei kegelförmige
Ausgleichsräder
um eine erste Drehachse drehbar gelagert sind und zwei mit den Ausgleichsrädern kämmende kegelförmige Abtriebsräder um eine zu
der ersten Achse rechtwinklig orientierte zweite Drehachse drehbar
gelagert sind.
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Ein
derartiges Ausgleichsgetriebe ist grundsätzlich bekannt und kommt beispielsweise
in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz, um bei einer Kurvenfahrt unterschiedliche
Drehzahlen eines kurveninneren und eines kurvenäußeren Rades des Kraftfahrzeugs zu
ermöglichen.
Ausgleichsgetriebe werden auch als Differentialgetriebe und das
Ausgleichsgehäuse
als Differentialkorb bezeichnet. Aufgrund ihrer Kegelform werden
die Abtriebs- bzw.
Ausgleichsräder
auch Kegelräder
genannt.
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Es
ist ferner bekannt, eine Anlaufscheibe zwischen einem Abtriebsrad
oder Ausgleichsrad und einer Innenwand des Ausgleichsgehäuses anzuordnen,
um ein Anlaufen des Abtriebs- bzw. Ausgleichsrades an das Ausgleichsgehäuse und
einen damit verbundenen Verschleiß zu vermeiden.
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Als
problematisch hat sich bei Ausgleichsgetrieben der eingangs genannten
Art herausgestellt, dass Lastwechsel in einem mit dem Ausgleichsgetriebe
gekoppelten Antriebsstrang, z. B. eines Kraftfahrzeugs, zu einer
unerwünschten
Geräuschentwicklung,
einem so genannten Lastwechselklackern, in dem Ausgleichsgetriebe
führen
können.
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Die
DE 196 37 120 C1 beschreibt
ein Ausgleichsgetriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ausgleichsgetriebe zu
schaffen, bei welchem das Auftreten unerwünschter Geräusche, insbesondere bei einem
Lastwechsel im Antriebsstrang, zumindest weitgehend unterbunden
ist.
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Die
Aufgabe wird durch ein Ausgleichsgetriebe mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das bei einem Lastwechsel
im Ausgleichsgetriebe erzeugte Lastwechselklackern durch ein unerwünschtes
Flankenspiel zwischen den in dem Ausgleichsgehäuse angeordneten und in Eingriff
stehenden Ausgleichs- bzw. Abtriebsrädern verursacht wird. Die Erfindung
sieht daher vor, das Spiel zu beseitigen, indem wenigstens eines
der Abtriebs- und/oder Ausgleichsräder durch eine Federeinrichtung
beaufschlagt und gegen die zwei Kegelräder gedrückt wird, welche mit dem Abtriebs-
bzw. Ausgleichsrad kämmen.
Durch die hieraus resultierende Spielbeseitigung verhindert die
Federeinrichtung letztlich die Entwicklung von Störgeräuschen und
insbesondere ein bei einem Lastwechsel auftretendes Klackern.
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Erfindungsgemäß umfasst
die Federeinrichtung eine Wellfeder.
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Während es
prinzipiell möglich
ist, nur ein einziges Abtriebs- bzw. Ausgleichsrad in der voranstehend
erläuterten
Weise durch eine Federeinrichtung zu beaufschlagen, ist es aufgrund
der Kräfteverteilung
in dem Ausgleichsgehäuse
grundsätzlich
vorzuziehen, jeweils gegenüberliegende
Kegelräder,
d. h. also beide Ausgleichsräder
oder beide Abtriebsräder,
durch jeweils eine Federeinrichtung zu beaufschlagen. Selbstverständlich ist
es auch möglich,
alle vier Kegelräder,
d. h. also sowohl die zwei Ausgleichsräder als auch die zwei Abtriebsräder, durch jeweils
eine Federeinrichtung zu beaufschlagen.
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Vorteilhafte
Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und
der Zeichnung zu entnehmen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann die Wellfeder aus einem Rund- oder Flachdraht gebildet sein
und mehrere Wellen aufweisen.
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Die
Wellfeder kann zwischen dem Ausgleichsgehäuse und einer dem Abtriebs-
bzw. Ausgleichsrad zugeordneten Anlaufscheibe angeordnet sein. In
diesem Fall handelt es sich bei der Federeinrichtung und der Anlaufscheibe
um separate Bauteile, wodurch es möglich ist, die Anlaufscheibe
einerseits und die Federeinrichtung andererseits jeweils getrennt
voneinander hinsichtlich ihrer Funktion zu optimieren.
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Um
eine korrekte Positionierung des Federelements dauerhaft sicherzustellen
und gleichzeitig eine kompakte Bauform des Ausgleichsgetriebes zu gewährleisten,
ist das Federelement vorzugsweise in einen an der Innenseite des
Ausgleichsgehäuses vorgesehenen
Einstich, z. B. eine umlaufende Rille, eingesetzt.
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Zur
möglichst
gleichmäßigen Beaufschlagung
des der Federeinrichtung zugeordneten Abtriebs- bzw. Ausgleichsrads
ist die Wellfeder vorzugsweise ringförmig ausgebildet und im Wesentlichen konzentrisch
mit der Drehachse des Abtriebs- bzw. Ausgleichsrads angeordnet.
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Für den Fall,
dass – wie
voranstehend erwähnt – mehrere
Abtriebs- bzw. Ausgleichsräder
jeweils durch eine Federeinrichtung beaufschlagt werden, beispielsweise
beide Ausgleichs- und/oder Abtriebsräder, können alle Abtriebs- bzw. Ausgleichsräder durch
dieselbe Art von Federeinrichtung beaufschlagt werden, d. h. durch
Wellfedern.
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Alternativ
ist es aber ebenso möglich,
zwei Arten von Federeinrichtungen in dem Ausgleichsgetriebe einzusetzen
und beispielsweise die Ausgleichsräder jeweils durch eine tellerfederartig
ausgebildete Anlaufscheibe zu beaufschlagen und die Abtriebsräder jeweils
durch eine Wellfeder zu beaufschlagen, oder umgekehrt.
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Grundsätzlich ist
auch eine Variante denkbar, bei welcher das eine Ausgleichs- bzw.
Abtriebsrad durch eine tellerfederartig ausgebildete Anlaufscheibe
beaufschlagt und das jeweils andere Ausgleichs- bzw. Abtriebsrad
durch eine Wellfeder beaufschlagt wird.
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Zur
Minimierung von Verschleißerscheinungen
ist es von Vorteil, wenn die Anlaufscheibe aus einem Material gebildet
ist, das härter
als das Material des Ausgleichsgehäuses ist. Beispielsweise kann
die Anlaufscheibe aus, insbesondere nitriertem, Federstahl gebildet
sein, wodurch sich die Anlaufscheibe zusätzlich besonders gut zur Ausbildung
als Tellerfeder eignet.
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Die
erfindungsgemäße Lösung zur
Verminderung des Spiels zwischen den Ausgleichs- und Abtriebsrädern und
somit letztlich zur Verminderung des Lastwechselklackerns lässt sich
besonders gut umsetzen, wenn die der Anlaufscheibe zugewandte Seite,
d. h. die Rückseite,
des Abtriebs- bzw. Ausgleichsrads kugelkalottenförmig ausgebildet ist und die
Anlaufscheibe eine daran angepasste sphärisch gekrümmte Grundform aufweist. Sind
die dem Ausgleichsgehäuse
zugewandten Rückseiten
aller Abtriebs- und Ausgleichsräder
kugelkalottenförmig
ausgebildet und ist die Innenseite des Ausgleichsgehäuses dementsprechend
sphärisch
ausgebildet, so handelt es sich um ein kugelförmiges Ausgleichsgetriebe,
welches auch als Kugeldifferential bezeichnet wird.
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Alternativ
kann die der Anlaufscheibe zugewandte Seite des Abtriebs- bzw. Ausgleichsrads
plan ausgebildet sein und die Anlaufscheibe eine plane Grundform
aufweisen. Der erfindungsgemäße Spielausgleich
lässt sich
mit anderen Worten auch in einem Ausgleichsgetriebe realisieren,
dessen Ausgleichsgehäuse
eine z. B. eckige Grundform mit zumindest abschnittweise planen
Innenseiten aufweist.
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Nachfolgend
wird die Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung beschrieben. Dabei fallen die 1 bis 3 nicht
unter den Schutzumfang. Es zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht eines Ausgleichsgetriebes gemäß einer
ersten Ausführungsform;
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2 (a)
eine Draufsicht, (b) eine Querschnittsansicht und (c) eine perspektivische
Ansicht einer ersten Variante einer tellerfederartig ausgebildeten
Anlaufscheibe des Ausgleichsgetriebes von 1;
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3 (a)
eine Draufsicht, (b) eine Querschnittsansicht und (c) eine perspektivische
Ansichte einer zweiten Variante einer tellerfederartig ausgebildeten
Anlaufscheibe des Ausgleichsgetriebes von 1;
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4 eine
Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Ausgleichsgetriebes gemäß einer zweiten
Ausführungsform;
und
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5 (a)
eine Draufsicht, (b) eine Querschnittsansicht und (c) eine perspektivische
Ansicht einer Wellfeder des Ausgleichsgetriebes von 4.
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In 1 ist
ein Ausgleichsgetriebe gemäß einer
ersten Ausführungsform
dargestellt. Das Ausgleichsgetriebe weist ein Ausgleichsgehäuse 10 auf, das
mit einem Tellerrad 12 drehfest verbunden ist, welches
durch eine nicht gezeigte Antriebswelle antreibbar ist. Das Ausgleichsgehäuse 10 definiert
einen im Wesentlichen kugelförmigen
Hohlraum 14, weshalb das Ausgleichsgetriebe auch als Kugeldifferential
bezeichnet wird.
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In
dem Hohlraum 14 sind zwei kegelförmige Ausgleichsräder 16 angeordnet,
die auf einer in dem Ausgleichsgehäuse 10 drehfest montieren
Ausgleichswelle 18 drehbar gelagert sind, welche eine erste
Drehachse 20 definiert.
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Die
Ausgleichsräder 16 kämmen mit
zwei kegelförmigen
Abtriebsrädern 22,
welche um eine zur ersten Drehachse 20 rechtwinklig orientierte
zweite Drehachse 24 drehbar gelagert und jeweils mit einer nicht
gezeigten Abtriebswelle drehfest verbindbar sind.
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Die
dem Ausgleichsgehäuse 10 zugewandten
Rückseiten 26 der
Ausgleichsräder 16 und
der Abtriebsräder 22 sind
kugelkalottenförmig
ausgebildet und an die Krümmung
der Innenseite des Ausgleichsgehäuses 10 angepasst.
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Um
ein Anlaufen der Ausgleichsräder 16 bzw.
der Abtriebsräder 22 an
das Ausgleichsgehäuse 10 zu
verhindern und Verschleiß zu
minimieren, ist zwischen jedem Ausgleichsrad 16 und dem
Ausgleichsgehäuse 10 sowie
zwischen jedem Abtriebsrad 22 und dem Ausgleichsgehäuse 10 jeweils
eine Anlaufscheibe 28a bzw. 28b angeordnet, und
zwar im Wesentlichen konzentrisch mit der Drehachse 20 bzw. 24 des
jeweiligen Ausgleichs- bzw.
Abtriebsrads 16, 22. Die Anlaufscheiben 28a, 28b sind
aus einem Material gebildet, das härter als das Material des Ausgleichsgehäuses 10 ist,
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
aus nitriertem Federstahl.
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Wie 2 und 3 zu
entnehmen ist, weisen die Anlaufscheiben 28 jeweils eine
ringartige Grundform mit einer sphärischen Krümmung auf, die an die Krümmung der
Rückseite 26 des
jeweils zugeordneten Ausgleichs- bzw.
Abtriebsrads 16, 22 und somit auch an die Krümmung der
inneren Oberfläche des
Ausgleichsgehäuses 10 angepasst
ist.
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Um
zusätzlich
zur Vermeidung eines Anlaufens der Ausgleichs- und Abtriebsräder 16, 22 an
das Ausgleichsgehäuse 10 einen
Spielausgleich zwischen den Ausgleichs- und Abtriebsrädern 16, 22 zu schaffen
und das Auftreten von störenden
Geräuschen
bei einem Lastwechsel im Antriebsstrang zu unterbinden, sind die
Anlaufscheiben 28 außerdem tellerfederartig
ausgebildet.
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2 zeigt
eine erste Variante einer tellerfederartigen Anlaufscheibe 28,
welche mehrere, im vorliegenden Ausführungsbeispiel sechs, Federabschnitte 30 aufweist,
die sich in Umfangsrichtung erstreckend entlang des äußeren Randes
der Anlaufscheibe 28 verteilt angeordnet sind. Die Federabschnitte 30 sind
durch aus der Anlaufscheibe 28 hervorgehende Zungen gebildet,
welche durch die Entfernung von Randabschnitten 32 und
die Einbringung von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Schlitzen 34 in
die Anlaufscheibe 28 hergestellt sind (2a).
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Wie
in 2b und 2c besonders
gut zu erkennen ist, sind die Federabschnitte 30 in Umfangsrichtung
gesehen und nach außen,
d. h. von dem jeweils zugeordneten Ausgleichs- bzw. Abtriebsrad 16, 22 weg,
umgebogen, gewissermaßen also
hochgestellt. Die derart umgebogenen bzw. hochgestellten Federabschnitte 30 stützen sich
an der Innenseite des Aus gleichsgehäuses 10 ab, wodurch
das der Anlaufscheibe 28 zugeordnete Ausgleichs- bzw. Abtriebsrad 16, 22 mit
einer gewissen Federkraft beaufschlagt und in Richtung der Abtriebs-
bzw. Ausgleichsräder 22, 16 gedrückt wird,
mit denen es in Eingriff steht. Auf diese Weise ist sichergestellt,
dass die Ausgleichs- und Abtriebsräder 16, 22 stets
optimal und insbesondere spielfrei miteinander kämmen.
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In 3 ist
eine zweite Variante einer tellerartigen Anlaufscheibe 28 dargestellt,
welche ebenfalls mehrere aus der Anlaufscheibe 28 hervorgehende
Federabschnitte 36 aufweist. Die Federabschnitte 36 sind
entlang des äußeren Randes
der Anlaufscheibe 28 in Umfangsrichtung gesehen gleich
verteilt angeordnet und durch jeweils zwei zueinander beabstandete
und sich in radialer Richtung erstreckende Schlitze 38 gebildet.
Im weiteren Unterschied zu den Federabschnitten 30 der
in 2 gezeigten ersten Variante sind die Federabschnitte 36 der
in 3 gezeigten zweiten Variante nicht in Umfangsrichtung,
sondern in radialer Richtung umgebogen bzw. hochgestellt.
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Über die
hochgestellten Federabschnitte 36 stützt sich auch die in 3 gezeigte
Anlaufscheibe 28 gemäß der zweiten
Variante an der Innenseite des Ausgleichsgehäuses 10 ab, um das
der Anlaufscheibe 28 jeweils zugeordnete Ausgleichs- bzw.
Abtriebsrad 16, 22 mit einer Federkraft zu beaufschlagen
und in Richtung der Abtriebs- bzw. Ausgleichsräder 22, 16 zu
drücken,
mit denen das der Anlaufscheibe 28 zugeordnete Ausgleichs- bzw. Abtriebsrad 16, 22 kämmt.
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Obwohl
in 2 und 3 lediglich hochgestellte Federabschnitte 30 bzw. 36 dargestellt
sind, ist darauf hinzuweisen, dass zumindest einer der Federabschnitte 30 bzw. 36 einer
Anlaufscheibe 28 auch nach innen, d. h. zu dem jeweils
zugeordneten Ausgleichs- bzw. Abtriebsrad 16, 22 hin,
umge bogen, gewissermaßen
also tiefgestellt sein kann. Ein derart nach innen umgebogener bzw.
tiefgestellter Federabschnitt 30 bzw. 36 stützt sich
an dem jeweils zugeordneten Ausgleichs- bzw. Abtriebsrad 16, 22 ab
und beaufschlagt dieses mit einer gewissen Federkraft, um zu gewährleisten,
dass die Ausgleichs- und Abtriebsräder 16, 22 stets
optimal und insbesondere spielfrei miteinander kämmen.
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In 4 ist
eine zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Ausgleichsgetriebes
dargestellt, welche sich von dem in Verbindung mit 1 bis 3 beschriebenen
Ausgleichsgetriebe gemäß erster
Ausführungsform
lediglich in der Art und Weise unterscheidet, wie das Spiel zwischen
den kämmenden
Ausgleichs- und Abtriebsrädern 16, 22 ausgeglichen
wird.
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Im
Unterschied zu den in 2 und 3 gezeigten
Anlaufscheiben 28a, 28b besitzen die Anlaufscheiben 28a, 28b des
in 4 dargestellten Ausgleichsgetriebes gemäß zweiter
Ausführungsform
keine Federabschnitte, d. h. die Anlaufscheiben 28a, 28b gemäß zweiter
Ausführungsform
weisen über
ihre gesamte Ausdehnung eine gleichmäßig sphärische Form auf.
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Um
das den Anlaufscheiben 28a, 28b jeweils zugeordnete
Ausgleichs- bzw.
Abtriebsrad 16, 22 trotzdem mit einer Federkraft
beaufschlagen und in Richtung der mit diesem kämmenden Abtriebs- bzw. Ausgleichsräder 22, 16 drücken zu
können,
ist ein separates Federelement zwischen jeder Anlaufscheibe 28a, 28b und
dem Ausgleichsgehäuse 10 angeordnet.
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Bei
dem Federelement handelt es sich um eine ringförmige Wellfeder 40,
die zur Sicherstellung einer exakten Positionierung und zur Beibehaltung einer
möglichst
kompakten Bauform des Ausgleichsgetriebes in einen an der Innenseite
des Ausgleichsgehäuses 10 vorgesehenen
Einstich 42 ein gesetzt ist, welcher durch eine mit der
ersten bzw. zweiten Drehachse 20, 24 konzentrisch
umlaufende Rille gebildet ist.
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Wie 5 zeigt,
ist die Wellfeder 40 durch einen Runddraht gebildet, welcher
entlang seiner Länge
zur Bildung mehrerer, vorzugsweise gleich verteilt angeordneter,
Wellen mehrfach umgebogen ist. Alternativ kann die Wellfeder 40 auch
durch einen Flachdraht gebildet sein.
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Die
Wellfeder 40 besteht aus einem federelastischen Material,
welches zusammen mit der Wellenform der Wellfeder 40 dafür sorgt,
dass das der Wellfeder 40 zugeordnete Ausgleichs- bzw.
Abtriebsrad 16, 22 über die entsprechende Anlaufscheibe 28a, 28b mit
einer Federkraft beaufschlagt wird, wodurch ein Spiel zwischen dem
Ausgleichs- bzw. Abtriebsrad 22 und den mit diesem kämmenden
Abtriebs- bzw. Ausgleichsrädern 22, 16 beseitigt
wird und ein daraus resultierendes Störgeräusch, insbesondere Lastwechselklackern,
unterbunden wird.
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Es
ist darauf hinzuweisen, dass die Wellfedern 40 der in 4 gezeigten
zweiten Ausführungsform,
beispielsweise bei einer geeigneten Oberflächenbeschichtung der Ausgleichs-
bzw. Abtriebsräder 16, 22 und/oder
der Wellfedern 40, grundsätzlich auch mit dem jeweils
zugeordneten Ausgleichs- bzw. Abtriebsrad 16, 22 direkt
zusammen wirken können, was
es grundsätzlich
ermöglicht,
auf die Anlaufscheiben 28a, 28b zu verzichten.
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- 10
- Ausgleichsgehäuse
- 12
- Tellerrad
- 14
- Hohlraum
- 16
- Ausgleichsrad
- 18
- Ausgleichswelle
- 20
- erste
Drehachse
- 22
- Abtriebsrad
- 24
- zweite
Drehachse
- 26
- Rückseite
- 28
- Anlaufscheibe
- 30
- Federabschnitt
- 32
- Randabschnitt
- 34
- Schlitz
- 36
- Federabschnitt
- 38
- Schlitz
- 40
- Wellfeder
- 42
- Einstich