DE102008015918B4

DE102008015918B4 - Doppelführungs-Achsanordnung für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang

Info

Publication number: DE102008015918B4
Application number: DE102008015918A
Authority: DE
Inventors: Ernest Troy Besler; Frank John Lake Orion Brasile; Sarvesh S. Oakland Township Agrawal; Jihong Ann Arbor Guo
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: GB0809839D0; US7878937B2; US20080305910A1; GB2450217A; GB2450217B; DE102008015918A1

Abstract

Antriebsritzel-Anordnung für einen Fahrzeug-Antriebsstrang, aufweisend:
ein Antriebsritzel (12) und ein Differentialgetriebe, die in einem Differential- und -Achsanordnungs-Gehäuse (10) enthalten sind,
wobei das Antriebsritzel (12) in Antriebseingriff mit einem Tellerrad (14) des Differentialgetriebes steht,
Achswellen, die in Antriebsverbindung stehen mit Achswellenrädern (28, 30) des Differentialgetriebes, wobei die Achswellenräder (28, 30) in Antriebseingriff mit Planetenritzeln (24) stehen, die drehbar von einem Träger (20) des Differentialgetriebes abgestützt sind, und wobei das Tellerrad (14) mit dem Träger (20) verbunden ist,
eine Antriebsritzelwelle (70), die mittels eines vorderen und eines hinteren Lagers (90) in dem Differential- und -Achsanordnungs-Gehäuse (10) gelagert ist, wobei das Antriebsritzel (12) an der Antriebsritzelwelle (70) befestigt ist,
einen Antriebsritzelwellen-Flansch (76), der verbunden ist durch eine Innenkeilzahnung, die mit einer Außenkeilzahnung (72) auf der Antriebsritzelwelle (70) in Eingriff bringbar ist, und
eine vordere und eine hintere Führungsfläche (82, 84) an der Antriebsritzelwelle (70) benachbart zu...

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsritzel-Anordnung für einen Fahrzeug-Antriebsstrang und ein Verfahren zum Herstellen einer Antriebsritzel-Anordnung.
Ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug weist üblicherweise eine Antriebswelle auf, die antriebsverbunden ist mit einem verzahnten Differential-Antriebsritzel, üblicherweise einem Hypoid-Ritzel, welches in Eingriff steht mit einem Differential-Tellerrad, das mit einem Differentialträger verbunden ist. Ein Differentialträger lagert zwei oder mehr Ritzel, welche ihrerseits in Antriebseingriff mit Differential-Achswellenrädern stehen. Die Achswellenräder sind mit Achswellen für Fahrzeugantriebsräder verbunden.
Das Differential-Antriebsritzel weist eine Ritzelwelle auf, die in einem Differentialgehäuse mittels eines Paars von mit axialem Abstand voneinander angeordneten Lagern, üblicherweise Kegelrollenlagern, gelagert ist. Eine Antriebsverbindung zwischen einer motorgetriebenen Antriebswelle und einer Antriebsritzelwelle wird erzielt durch Verwenden einer Kardankupplung bzw. Gelenkkupplung, welche eine konstante Geschwindigkeitscharakteristik aufweisen kann, wenn die Mittellinie bzw. Mittelachse der Antriebswelle in Bezug auf die Mittellinie bzw. Mittelachse des Ritzels in einem Winkel angeordnet ist, der größer als ein vorbestimmter Betrag ist. Die Kardankupplung weist einen Flansch, einschließlich eines Antriebsritzel-Flansches in einer Ebene, die senkrecht in Bezug auf die Mittellinie bzw. Mittelachse der Antriebsritzelwelle ist, auf. Der Flansch weist eine Flanschnabe auf, die innen keilverzahnt ist, so dass eine Antriebsverbindung zwischen der Flanschnabe und einem äußeren Keilzahnungsabschnitt der Antriebsritzelwelle ermöglicht ist. Der Flansch ist an der Antriebsritzelwelle über eine auf ein Ende der Welle aufgeschraubte Sicherungsmutter gesichert bzw. befestigt. Üblicherweise greift die Sicherungsmutter an einer Nabe des Flansches an.
Antriebsstrangvibrationen treten oft auf infolge einer sogenannten „Unrundheit” bzw. eines sogenannten „Schlages” des Antriebsritzel-Flansches infolge einer radialen Verlagerung der Rotationsachse der Antriebsritzelwelle in Bezug auf die Mitte des Kardangelenkes für die Antriebswelle. Es kann auch ein Flanschschlag in einer Axialrichtung auftreten infolge von Flanschoberflächenvariationen, Variationen im Teilkreisdurchmesser des Antriebsritzels, variablen Toleranzen der Antriebsritzelwellen-Lager und Variationen in der Rechtwinkligkeit bzw. Winkelhaltigkeit anderer Rotationselemente der Anordnung, wie beispielsweise einer Zwischenscheibe oder einem „Ölschleuderring”, mit denen der Flansch in Eingriff steht. Der Axialschlag erzeugt zusammen mit dem Radialschlag der Ritzelwellenachse einen sogenannten Gesamtschlag bzw. Kombinationsschlag, welcher eine Vektorsumme von Radialschlag- und Axialschlag-Komponenten ist.
Der Gesamtschlag kann gemessen werden durch eine Haupthalterung, die vor der Endmontage an dem Antriebsritzelwellen-Flansch angebracht werden kann. Andere Verfahren, wie beispielsweise eine Lasermesstechnik für den Flansch selbst, können auch verwendet werden. Die Lasertechnik würde Bearbeitungsfehler der Haupthalterung ausschließen und somit eine genauere Messung bereitstellen.
Üblicherweise ist die Antriebsritzel-Flansch-Keilzahnung durch eine starke Presspassung bzw. Hochpressungspassung gekennzeichnet. Keilzahnungsfehler in einer üblichen
Konstruktion können bewirken, dass der Flansch sich selbst in beliebiger bzw. zufälliger Weise ausrichtet. Ein durch Variationen in der Keilzahnungspassung verursachter Fehler trägt hauptsächlich zum Gesamtflanschschlag bei. Die anderen Beitragenden zum Gesamtflanschschlag sind Fehler, die gemessen werden an der Flansch-Stirnfläche bzw. Flansch-Seitenfläche, an einer Flanschführung und an einer Flansch-Sicherungsmutter-Stirnfläche bzw. Flansch-Sicherungsmutter-Seitenfläche sowie an der Flanschfläche, die die Sicherungsmutter-Stirnfläche bzw. Sicherungsmutter-Seitenfläche kontaktiert.
Die DE 41 40 427 C1 zeigt eine Antriebsritzel-Anordnung für einen Fahrzeug-Antriebsstrang, wobei ein innenverzahnter Antriebsritzelwellen-Flansch auf einer außenverzahnten Antriebsritzelwelle zwischen einem Deformationsring und einem Stützring eingespannt ist. Aufgrund einer Materialelastizität von Deformationsring und Stützring werden von diesen Relativbewegungen zwischen den Verzahnungsflanken in Umfangsrichtung der Welle aufgenommen, indem beide Ringe in Umfangsrichtung auf Scherung beansprucht und dadurch mitverformt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsritzel-Anordnung für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang bereitzustellen, wobei ein Antriebsritzelwellen-Keilzahnungsschlag beträchtlich reduziert ist, wodurch unerwünschte Antriebstrangvibrationen vermieden werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebsritzel-Anordnung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Antriebsritzel-Anordnung nach Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei einer typischen Achsanordnung für heutige Fahrzeuge wird der Antriebsritzelwellen-Keilzahnungsschlag einen Hauptanteil der Summe des Gesamtflanschschlages ausmachen. Ein Flansch-Stirnflächen-Schlag und ein Flansch-Führungsdurchmesser-Schlag können allein etwa ein Drittel von Fahrzeuggarantieproblemen infolge von ungewünschten Vibrationen ausmachen. Alle anderen Toleranzvariationen bei den Achsanordnungs-Komponenten können weniger als 10% der ungewünschten Antriebsstrangvibrationen ausmachen.
Eine Verbesserung in der Schwingungscharakteristik eines Kraftfahrzeug-Antriebsstranges wird erfindungsgemäß erzielt durch Beseitigen des Effektes von Keilzahnungs-Teilkreisdurchmesser-Schlag, welcher der Faktor mit dem größten Beitrag zum Gesamtflanschschlag ist. Dies wird erreicht durch eine Doppelführungs-Lagerungskonstruktion mit vorderen und hinteren Führungsflächen zum Abstützen des Flansches an der Grenzfläche der Innenkeilzahnung des Flansches und der Außenkeilzahnung der Antriebsritzelwelle.
Der Gesamtflanschschlag (Composite Flange RunOut – CFRO) resultiert aus einem Messverfahren, das quantifiziert, wie gut die Rotationsachse der Achs-Antriebsritzel-Anordnung mit der Mitte der Kardankupplungsverbindung bzw. Gelenkkupplungsverbindung der Antriebswelle sowohl in Axialrichtung als auch in Radialrichtung übereinstimmt. Höhere CFRO-Werte für Fahrzeugachsen-Anordnungen führen zu einer unakzeptablen Antriebswellenunwucht, Geräuschen, Vibration und Rauigkeit (Noise, Vibration and Harshness – NVH). Eine übliche Konstruktion basiert auf einer Montage der Flansch-Keilzahnung auf die Antriebsritzel-Keilzahnung. Diese Anordnung kann da, wo die Antriebswelle mit der Achse verbunden ist, zu sehr hohen CFRO-Werten führen.
Die Erfindung beseitigt oder reduziert soviel wie möglich den Effekt von Komponententoleranzen auf den CFRO. Keilzahnungsschlag, wie oben erwähnt, trägt am meisten zu dem CFRO bei. Radialführungen auf jeder Seite der Keilzahnungen, die den Flansch mit dem Antriebsritzel verbinden, beseitigen diesen Keilzahnungsschlag vollständig.
Die Doppelführungen und die Antriebsritzellagerungen werden gleichzeitig maschinell hergestellt. Sie ermöglichen ein Nahverhältnis bzw. eine nahe Anordnungsbeziehung zur Rotationsachse der Achsanordnung. Die Radialführungen steuern anstatt der Paarungsflächen bzw. Passflächen der Komponenten in der Anordnung den radialen und den axialen Schlag, welche senkrecht oder nicht senkrecht zur Komponentenmittellinie bzw. Komponentenmittelachse sein können.
Die erfindungsgemäße Konstruktion bzw. Gestaltung ermöglicht ferner einen Wert für einen Schrägungswinkel bzw. Wendelungswinkel an der Außenkeilzahnung. Die Keilzahnungsschrägung bzw. Keilzahnungswendelung nimmt einen Hauptanteil des Flankenpassungsspiels auf, wodurch ein fester Sitz bzw. eine enge Passung bzw. Übergangspassung bereitgestellt wird, wodurch es ermöglicht wird, dass die Flansch-Keilzahnung in einfacher Weise mit der Ritzel-Keilzahnung in Eingriff gebracht wird.
Der hintere Führungsflächen-Durchmesser und der vordere Führungsflächen-Durchmesser werden eine enge Maßpassung mit den Flanschbohrungs-Durchmessern auf jeder Seite der Keilzahnung aufweisen. Die Ritzelwellenlagerungs-Durchmesser, die mit zwei Flanschbohrungs-Durchmessern gepaart sind, weisen eine minimale Presspassung auf, so dass die Bohrungsdurchmesser und die Mittellinie bzw. Mittelachse der Ritzelwelle konzentrisch sein werden. Die Schrägung bzw. Wendelung wird ein Keilzahnungs-Zahnflankenpassungs-Spiel begrenzen, aber wird nicht die Anordnung bzw. Montage der Führungslagerungen beeinträchtigen.
Ein eingepresster Abstandshalter aus gehärtetem Stahl ist zwischen einer Ritzelwellen-Sicherungsmutter und der benachbarten Fläche des Flansches vorgesehen, was Oberflächenverschleiß während der Montage reduziert und die Wahrscheinlichkeit für eine gleichmäßige Sicherungsmutter-Belastung erhöht. Eine enge bzw. straffe Führungspassung zwischen der Ritzel-Getriebewelle und dem Abstandshalter wird Ölleckage durch die Keilzahnung hindurch verhindern, wodurch die Notwendigkeit für eine Dichtung an einer Sicherungsmutter-Stirnfläche vermieden ist. Der Abstandshalter ermöglicht eine wirtschaftliche bzw. preiswerte, maschinelle Bearbeitung durch Ermöglichen eines Räumens der Innenkeilzahnung.
Übliche Konstruktionen bzw. Gestaltungen verlassen sich lediglich auf die Keilzahnungen selbst zum Steuern bzw. Kontrollieren eines Schlages bzw. Rundlauffehlers zwischen dem Antriebsritzel und dem Flansch, was zu sehr hohen CFRO-Werten führt. Übliche Konstruktionen bzw. Gestaltungen nutzen eine einzige Führung oder eine Oberseitenpassungs-Keilzahnung. Eine einzige Führung oder eine Oberseitenpassungs-Keilzahnung wird nicht die Stabilität der Doppelführungs-Lösung gewähren. Eine Oberseitenpassungs-Keilzahnungs-Lösung wird außerdem engere Toleranzen erfordern und macht den Herstellungsprozess schwieriger.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand einer Ausführungsform beschrieben.
1 zeigt eine teilweise im Schnitt ausgeführte, isometrische Zusammenbauansicht einer üblichen Achsanordnung für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang.
2 zeigt eine detaillierte Ansicht des vorderen Abschnitts einer ähnlich der in 1 gezeigten Anordnung ausgebildeten, üblichen Achsanordnung.
2a zeigt einen Abschnitt eines Messinstrumentes zum Messen des Gesamtschlages eines Ritzelwellen-Flansches.
2b zeigt einen Aufriss, in dem der Radialschlag und der Axialschlag des Ritzelwellen-Flansches, welche Komponenten des Gesamtschlages sind, erläutert sind.
3 zeigt eine graphische Darstellung des oberen Spezifikationsgrenzwertes (USL) für Untersuchungsproben mit Gesamtflanschschlagwerten bei einer Stichprobennahme aus einer Gruppe von Achsanordnungen, die unter Nutzung einer bekannten Achsanordnungs-Konstruktion in einem Großserien-Achsherstellungswerk hergestellt wurden.
3a zeigt ein Kurvendiagramm für Zwecke des Vergleichs mit dem Kurvendiagramm von 3, wobei der Gesamtschlag für eine Achsanordnungs-Konstruktion bzw. Achsanordnungs-Gestaltung gemäß der Erfindung gezeigt ist.
4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ritzelwelle und einer Flansch-Unterbaugruppe für die erfindungsgemäße Konstruktion.
In 1 bezeichnet die Ziffer 10 ein Gehäuse einer üblichen Achsanordnung. Der vordere Abschnitt des Gehäuses 10 stützt drehbar ein Hypoid-Antriebsritzel 12 ab, welches in Zahneingriff steht mit einem Hypoid-Tellerrad 14, das an einem Flansch 16 an einem Abschnitt 18 eines Trägers 20 befestigt ist. Ein mit 22 gezeigter Anschlussabschnitt des Trägers 20 ist an dem Abschnitt 18 befestigt, so dass ein Gehäuse definiert ist für Ausgleichskegelräder bzw. Differential-Ritzel, von denen eines mit 24 gezeigt ist. Die Ritzel sind drehbar an von dem Träger 20 abgestützten Ritzelwellen 26 montiert.
Die Differential-Ritzel stehen mit Differential-Achswellenrädern bzw. Antriebskegelrädern 28 und 30 in Eingriff. Jedes Achswellenrad 28, 30 ist innen keilverzahnt, wie mit 32 und 34 gezeigt, so dass eine Antriebsverbindung mit den keilverzahnten, inneren Enden von Achswellen realisiert wird, die sich durch Achswellenöffnungen in dem Gehäuse 10 hindurch erstrecken und von denen eine Öffnung mit 36 gezeigt ist. Der Träger ist endabgestützt durch Trägerlager, von denen eines mit 38 gezeigt ist. Für die inneren Enden der Antriebswellen ist jeweils ein separates Lager vorgesehen, von denen eines mit 40 gezeigt ist.
Obwohl das Antriebsritzel 12 und das Tellerrad 14, die in 1 gezeigt bzw. offenbart sind, Hypoid-Zahnräder sind, welche es ermöglichen, die Achse des Hypoid-Ritzels in Bezug auf die Achse des Trägers zu verlagern, könnten beim Realisieren der Erfindung andere Axialanordnungs-Gestaltungen, die kein Hypoid-Getriebe erfordern, verwendet werden.
Das Antriebsritzel 12 ist integral bzw. einstückig mit einer Antriebsritzelwelle 42 ausgebildet. Ein Paar von Kegelrollenlagern, die mit 44 und 46 gezeigt sind, stützen die Antriebsritzelwelle 42 drehbar in Lageröffnungen ab, die in dem vorderen Ende des Gehäuses 10 ausgebildet sind.
Ein Flansch 48 weist eine Flanschnabe 50 mit einer Innenkeilzahnung auf, die mit einer Außenkeilzahnung 52 an der Antriebsritzelwelle 42 in Eingriff steht. Der Flansch 48 kann mit Gewindeöffnungen 54 versehen sein, so dass eine Schraubenverbindung mit einer Gelenkkupplung bzw. einem Kardangelenk möglich ist, das eine Antriebsverbindung zwischen der Antriebsritzelwelle 42 und einer nicht gezeigten, motorgetriebenen Antriebswelle für den Fahrzeug-Antriebsstrang bildet. Eine Dichtung 56 ist zwischen der Flanschnabe 50 und der Lageröffnung für das Lager 46 angeordnet.
Das Lager 46 weist einen Innenring 58 auf, der mit einer faltbaren Abstandshülse 60 in Eingriff steht. Das vordere Ende der Abstandshülse 60 steht mit dem Innenring 58 in Eingriff, und das hintere Ende der Abstandshülse 60 steht mit einer Schulter 62 an der Antriebsritzelwelle 42 in Eingriff.
Eine Sicherungsmutter 64 mit einem Sicherungsmutter-Flansch oder einer Sicherungsmutter-Schulter 66 ist bei 68 mit dem vorderen Ende der Antriebsritzelwelle 42 gewindeverbunden. Die Sicherungsmutter-Schulter 66 greift, wenn die Sicherungsmutter 64 angezogen ist bzw. festgezogen ist, in den Flansch 48 ein. Während eine axiale Vorspannung für die mit Abstand voneinander angeordneten Kegelrollenlager 46 realisiert ist, sind durch die Zusammendruckkraft bzw. Quetschkraft, für welche die faltbare Abstandshülse 60 kalibriert bzw. eingerichtet ist, die Schubkräfte begrenzt.
In 2 gezeigte Bezugszeichen identifizieren mit 1 gemeine bzw. gleiche Elemente, wobei die gleichen Ziffern verwendet sind.
Bei der üblichen Gestaltung bzw. Konstruktion gemäß 2 ist die Keilzahnungsverbindung zwischen dem Flansch und der Ritzelwelle von zwei Komponenten gebildet. Die erste Komponente ist eine Keilzahnungs-Zahnflankenpassung, welche das grundlegende Spiel/Grenzflächen-Verhältnis der äußeren Keilzahnungszähne und der inneren Zahnraumweite ist. Die zweite Komponente ist die Beeinflussung, die hervorgerufen wird durch eine geringfügige bzw. kleine linksseitige Schrägung bzw. Wendelung an der Außenkeilzahnung. Wie zuvor erwähnt, ist der Flansch per Druckbeaufschlagung auf die Außenkeilzahnung der Antriebsritzelwelle aufgebracht. Diese Druckbeaufschlagungen können bei einem typischen herkömmlichen Anwendungsfall 10.000 Pfund überschreiten, was während des Zusammenbaus die Kapazität bzw. Leistungsfähigkeit des Stößels des Montagewerkzeugs überschreiten kann. Dies könnte es erfordern, dass die Antriebsritzel-Sicherungsmutter verwendet wird, um die Teile aufzusetzen, was schwierig sein würde. Ferner kann das per Druckbeaufschlagung Aufbringen des Antriebsritzel-Flansches ein Eingreifen eines Bedieners erfordern, um die Teile so auszurichten, dass eine Orientierung von Keilzahnung und Zahnraum, wie sie für die Presspassung notwendig ist, gefunden wird. Dies kann während des Drückens ein Biegemoment verursachen, das den Antriebsritzelschaft verbiegen könnte, wodurch der Gesamtflanschschlag vergrößert wird.
Die übliche Konstruktion wird hohe Werte für Zahnteilungsvariationen erlauben, was in einem höheren bzw. größeren Keilzahnungsschlag resultiert. Eine große Teilungsvariation kann bewirken, dass weniger Keilzahnungszähne in Kontakt sind, wodurch es wahrscheinlicher wird, dass der Flansch locker wird oder dass sich die Ritzel-Sicherungsmutter während des Fahrzeugbetriebs rückwärts dreht bzw. löst.
In 2a ist eine kombinierte Handmesslehre zum Messen des Gesamtschlages gezeigt, welcher die Vektorsumme des Radialschlages und des Axialschlages ist. Die Messlehre würde an der Flansch-Stirnfläche bzw. Flansch-Seitenfläche befestigt werden. Ein Messwerkzeug würde die Oberfläche der Messlehre kontaktieren während sich der Flansch dreht, wobei die Welle 42 und das Gehäuse in einer Prüfhalterung gesichert sind. Das Messwerkzeug würde den Axialschlag und den Radialschlag aufzeichnen, um Gesamtschlagdaten zu erzielen.
Im Gegensatz zu der üblichen Konstruktion gemäß 2 ist bei der erfindungsgemäßen Konstruktion gemäß 4 der Effekt des Keilzahnungs-Teilkreisdurchmesser-Schlages, welcher der größte Faktor beim Bestimmen der Summe des Gesamtflanschschlages ist, beseitigt. Bei der Konstruktion gemäß 4 ist die mit 70 gezeigte Ritzelwelle bei 72 keilzahnungsverbunden mit der Nabe 74 des Ritzelwellen Flansches 76. Die Flanschnabe 74 ist mit einer Abstandshalteröffnung 78 versehen zum Aufnehmen eines ringförmigen Abstandshalters 80 aus gehärtetem Stahl. Der Abstandshalter 80 ist in die Öffnung 78 eingepresst. Nachdem der Abstandshalter 80 in die Öffnung 78 eingepresst wurde, wurde die Bohrung des Abstandshalters 80 genau maschinell bearbeitet, wie beispielsweise mittels Schleifens, so dass eine Führungsfläche 82 bereitgestellt ist.
Eine zweite, hintere Doppelführungs-Fläche 84 ist maschinell hergestellt in der Bohrung der Antriebsritzel-Flanschnabe 74 ausgebildet. Die Innenkeilzahnung der Nabe 74 ist zwischen den Führungsflächen 84 und 82 angeordnet.
Das vordere Ende des Achsanordnungsgehäuses ist mit 86 gezeigt. Es ist mit einer Lageröffnung 88 versehen, welche ein Kegelrollenlager 90 aufnimmt. Der Innenring des Kegelrollenlagers 90, welcher mit 92 gezeigt ist, steht mit dem vorderen Ende einer faltbaren Abstandshülse 94 in Eingriff. Eine Schulter 96 an der Antriebsritzelwelle 70 steht mit dem hinteren Ende der faltbaren Abstandshülse 94 in Eingriff.
Eine Sicherungsmutter 98 ist auf das vordere Ende 100 der Antriebsritzelwelle 70 aufgeschraubt. Die Sicherungsmutter 98 greift an dem vorderen Doppelführungs-Abstandshalter 80 an. Obwohl zwischen der Flanschnabe 74 und der Führungswelle ein einfacher Öldichtungsring 102 vorgesehen sein kann, ist eine komplexe Dichtungsanordnung, die Vibrationen der Antriebsritzelwelle aufnehmen kann, nicht erforderlich. Dies steht im Gegensatz zu der Konstruktion gemäß 2, bei der eine sogenannte „Vibra-Seal” vorgesehen ist zum Verhindern von Ölleckage hinter der Keilzahnungsverbindung zwischen der Flanschnabe und dem Sicherungsmutter-Flansch 66.
Das vordere Ende der Ritzelwelle ist so maschinell bearbeitet, dass ein vorderer Führungsflächen-Durchmesser bereitgestellt ist. Der Abstandshalter 80 ist mit seinem maschinell präzisionsbearbeiteten Innendurchmesser mit einer leichten Presspassung auf die Führungsfläche 82 montiert. In gleicher Weise steht bei 84 die hintere Führungsfläche für die Antriebsritzelwelle mit einer leichten Presspassung mit der maschinell präzisionsbearbeiteten inneren Führungsfläche der Flanschnabe in Eingriff. Die Außenkeilzahnung 72 der Antriebsritzelwelle 70 weist einen geringfügigen Schrägungswinkel bzw. Wendelungswinkel auf, der das Keilzahnungs-Zahnflankenpassungs-Spiel begrenzt, jedoch nicht das Anordnen bzw. Montieren der Führungen beeinträchtigt. Die Flanschnabe und die Führungsfläche an der Ritzelwelle können geschliffen sein.
Die Antriebsritzel-Sicherungsmutter drückt gegen eine härtere und genauere Fläche des Abstandshalters 80 als die Gussflanschfläche gemäß der Konstruktion von 2, was die Möglichkeit für Oberflächenverschleiß während des Zusammenbaus reduziert. Die geringfügige bzw. leichte Presspassung zwischen der Flanschnabe 74 und der Führungsfläche bei 82 wird automatisch Ölleckage durch die Keilzahnung hindurch verhindern.
Die Außenkeilzahnung der Ritzelwelle kann gewalzt sein, so dass eine Flankenpassung mit einer geringfügigen Wendelung bzw. Schrägung bereitgestellt ist, die Zahnspiel aufnimmt. Die Innenzahnung der Flanschnabe ist geräumt, so dass eine Flankenpassungs-Keilzahnung bereitgestellt ist.
Im Gegensatz zu der üblichen Konstruktion gemäß 2 wird die in 4 gezeigte, erfindungsgemäße Konstruktion mit ihrer Sicherungsmutter und dem Abstandshalter aus gehärtetem Stahl eine gleichmäßigere umfängliche Sicherungsmutter-Belastung unterstützen. Ein großer Sicherungsmutter-Flansch-Schlag bei der Konstruktion gemäß 2 und der Paarungs-Flanschkontaktflächen-Schlag gemäß der Konstruktion von 2 tragen zu den zuvor beschriebenen Vibrationsproblemen bei.
Die Kontaktkräfte, die bei der Konstruktion gemäß 2 den Umfang der Sicherungsmutter umgeben, sind im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Konstruktion nicht gleichmäßig, was in Biegemoment basierten Auslenkungen bzw. Biegungen resultiert. Dies kann das Ende der Antriebsritzelwelle an ihrem mit Gewinde versehenen Ende elastisch deformieren. Ferner kann im Fall der Konstruktion gemäß 2 ein unterschiedlicher Wert für den Flansch-Stirnflächen-Schlag in Abhängigkeit davon resultieren, wo die Sicherungsmutter, während sie auf ihre Klemmposition gedreht wird, schließlich landet.
In den 3 und 3a repräsentiert die vertikale Dimension der Ordinate die Anzahl von Achsanordnungen in einer vorgegebenen Probe mit unterschiedlichen Gesamtschlagwerten. Die Gesamtschlagwerte sind entlang der Abszisse aufgezeichnet. Die Daten, die an einem Flansch für eine übliche Ritzelanordnung gemessen wurden und die sich innerhalb der Hüllkurve 102 befinden, und die Daten, die an einem Flansch für die erfindungsgemäße Ritzelanordnung gemessen wurden, sind in den 3 bzw. 3a verglichen. Die Verbesserung in der Qualität der Achsanordnung in Bezug auf den Gesamtflanschschlag ist ersichtlich durch Vergleichen der Breite der Daten, die innerhalb der in 3 gezeigten Hüllkurve 102 aufgezeichnet sind, mit den Daten, die innerhalb der in 3a gezeigten Hüllkurve 104 aufgezeichnet sind.
Eine zufällige Ausrichtung des Flansches der Antriebsritzelwelle infolge von Keilzahnungsfehlern wird erfindungsgemäß vermieden. Die Umfangsbelastung an dem Flansch infolge der Sicherungsmutter ist gleichmäßiger verteilt. Die Zug- und Druckkräfte an den Komponenten sind verbessert und die Anordnung ist während des Fahrzeugbetriebs stabiler.
Der aufgepresste Abstandshalter der vorderen Führung wird eine wirtschaftlichere maschinelle Herstellung der Keilzahnung des Flansches ermöglichen. D. h., die Zähne der Keilzahnung können anstatt durch Fräsen beispielsweise durch Räumen hergestellt werden. Es ist ferner möglich, die Außenzahnung an der Ritzelwelle durch ein einfaches Walzverfahren herzustellen.
Die erfindungsgemäße Konstruktion wird infolge ihrer vereinfachten Montageprozedur, ihrer vereinfachten Bearbeitungsstufen und einer Reduktion in der Ausschussrate eine Reduktion der Herstellungskosten ermöglichen. Ferner können werksinterne Achsauswuchtprozeduren vermieden werden, wodurch auf einer Teileinspektion basierende Herstellungskosten reduziert sind.
Zusätzlich zu den vorhergehenden Vorteilen vermeidet die erfindungsgemäße Konstruktion die Notwendigkeit für Hochdruck-Einpass-Equipment. Die zum Montieren der erfindungsgemäßen Komponenten verwendeten, leichten Presspassungen ermöglichen eine Standard-Keilzahnungs-Flankenpassung für die Keilzahnungs-Wendelung bzw. Keilzahnungs-Schrägung.

Claims

Antriebsritzel-Anordnung für einen Fahrzeug-Antriebsstrang, aufweisend: ein Antriebsritzel (12) und ein Differentialgetriebe, die in einem Differential- und -Achsanordnungs-Gehäuse (10) enthalten sind, wobei das Antriebsritzel (12) in Antriebseingriff mit einem Tellerrad (14) des Differentialgetriebes steht, Achswellen, die in Antriebsverbindung stehen mit Achswellenrädern (28, 30) des Differentialgetriebes, wobei die Achswellenräder (28, 30) in Antriebseingriff mit Planetenritzeln (24) stehen, die drehbar von einem Träger (20) des Differentialgetriebes abgestützt sind, und wobei das Tellerrad (14) mit dem Träger (20) verbunden ist, eine Antriebsritzelwelle (70), die mittels eines vorderen und eines hinteren Lagers (90) in dem Differential- und -Achsanordnungs-Gehäuse (10) gelagert ist, wobei das Antriebsritzel (12) an der Antriebsritzelwelle (70) befestigt ist, einen Antriebsritzelwellen-Flansch (76), der verbunden ist durch eine Innenkeilzahnung, die mit einer Außenkeilzahnung (72) auf der Antriebsritzelwelle (70) in Eingriff bringbar ist, und eine vordere und eine hintere Führungsfläche (82, 84) an der Antriebsritzelwelle (70) benachbart zu gegenüberliegenden Seiten der Außenkeilzahnung (72), wodurch die beiden keilzahnungsverbundenen Bauteile (70, 76) mit minimalem Flanschschlag in Bezug auf eine Mittelachse der Antriebsritzelwelle (70) ausgerichtet sind, wodurch ein radialer und ein axialer Antriebsritzelwellen-Flansch-Schlag auf einen Minimalwert reduziert ist.
Antriebsritzel-Anordnung für einen Fahrzeug-Antriebsstrang gemäß Anspruch 1, wobei die vordere Führungsfläche (82) in einem ringförmigen Abstandshalter (80) angeordnet ist, der in einer Abstandshalteröffnung (78) in dem Antriebsritzelwellen-Flansch (76) angeordnet ist und der mittels einer Presspassung auf der Antriebsritzelwelle (70) gesichert ist.
Antriebsritzel-Anordnung für einen Fahrzeug-Antriebsstrang gemäß Anspruch 2, wobei die Antriebsritzelwelle (70) benachbart zum Antriebsritzelwellen-Flansch (76) ein mit Gewinde versehenes Ende (100) aufweist, und wobei eine Sicherungsmutter (98) mit dem mit Gewinde versehenen Ende (100) der Antriebsritzelwelle (70) gewindeverbunden ist, so dass der Antriebsritzelwellen-Flansch (76) auf der Antriebsritzelwelle (70) gesichert ist.
Antriebsritzel-Anordnung gemäß Anspruch 3, wobei der Abstandshalter (80) eine maschinell präzisionsbearbeitete innere Führungsfläche aufweist und die vordere Führungsfläche (82) eine maschinell präzisionsbearbeitete äußere Führungsfläche ist, und wobei die maschinell präzisionsbearbeiteten Flächen mittels einer leichten Presspassung übereinstimmend ausgerichtet sind.
Antriebsritzel-Anordnung gemäß Anspruch 4, wobei die innere und die äußere Führungsfläche eine Öldichtung bereitstellen, die Schmieröl innerhalb des Differential- und -Achsanordnungs-Gehäuses (10) hält.
Antriebsritzel-Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei der Antriebsritzelwellen-Flansch (76) eine Nabe (74) aufweist, die eine die Antriebsritzelwelle (70) umgebende Hülse bildet, und wobei an dem Antriebsritzelwellen-Flansch (76) eine Hülse mit einer maschinell präzisionsbearbeiteten inneren Führungsfläche ausgebildet ist, wobei die hintere Führungsfläche mit einer maschinell präzisionsbearbeiteten, äußeren Fläche versehen ist, die mittels einer leichten Presspassung übereinstimmend mit der maschinell präzisionsbearbeiteten inneren Führungsfläche an der Flanschhülse ausgerichtet ist.
Antriebsritzel-Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei die Keilzahnung des Antriebsritzelwellen-Flansches (76) mit einer maschinell hergestellten Keilzahnungs-Zahnflankenpassung, die Innenkeilzahnungs-Zahnräume in dem Antriebsritzelwellen-Flansch (76) aufweist, ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Antriebsritzel-Anordnung, die eine Antriebsritzelwelle in einem Differential- und -Achsanordnungs-Gehäuse (10) für einen Fahrzeug-Antriebsstrang aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: maschinelles Herstellen einer Außenkeilzahnung (72) an einer Antriebsritzelwelle (70) der Antriebsritzel-Anordnung, maschinelles Bearbeiten des großen Durchmessers der Außenkeilzahnung (72), Ausbilden einer Innenkeilzahnung an einem Antriebsritzelwellen-Flansch (76), maschinelles Bearbeiten eines großen Durchmessers der Innenkeilzahnung, so dass Übereinstimmung der großen Durchmesser der Außenkeilzahnung (72) und der Innenkeilzahnung hergestellt wird, Ausbilden mit Präzisionstoleranzen einer äußeren vorderen und einer äußeren hinteren Führungsfläche (82, 84) an der Antriebsritzelwelle (70) an gegenüberliegenden Enden der Außenkeilzahnung (72), Ausbilden mit Präzisionstoleranzen einer inneren vorderen und einer inneren hinteren Führungsfläche in dem Antriebsritzelwellen-Flansch (76), Montieren der Antriebsritzelwelle (70) in dem Antriebsritzelwellen-Flansch (76), wobei die inneren Führungsflächen mit einer leichten Presspassung mit den äußeren Führungsflächen (82, 84) in Eingriff gelangen, und Sichern der Antriebsritzelwelle (70) in dem Antriebsritzelwellen-Flansch (76), wobei ein Gesamtflanschschlag minimiert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei der Antriebsritzelwellen-Flansch (76) einen ringförmigen Abstandshalter (80) in einer Abstandshalteröffnung (78) in dem die Antriebsritzelwelle (70) umgebenden Antriebsritzelwellen-Flansch (76) aufweist, und wobei das Verfahren den Schritt aufweist: Einpressen des ringförmigen Abstandshalters (80) in die Abstandshalteröffnung (78), wobei die vordere Führungsfläche in der Abstandshalteröffnung (78) maschinell präzisionsbearbeitet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Schritt des Sicherns der Antriebsritzelwelle (70) in dem Antriebsritzelwellen-Flansch (76) aufweist: Anbringen einer Sicherungsmutter (98) an der Antriebsritzelwelle (70), wobei eine Stirnfläche an der Sicherungsmutter (98) mit dem Abstandshalter (80) in Eingriff steht, wenn die Sicherungsmutter (98) auf die Antriebsritzelwelle (70) aufgeschraubt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei der Schritt des Ausbildens der Innenkeilzahnung an dem Antriebsritzelwellen-Flansch (76) einen Keilzahnungs-Räumvorgang aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei der Schritt des Herstellens der Außenkeilzahnung (72) an der Antriebsritzelwelle (70) einen Keilzahnungs-Walzvorgang aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei der Schritt des Sicherns der Antriebsritzelwelle (70) in dem Antriebsritzelwellen-Flansch (76) aufweist: Beaufschlagen einer Klemmkraft an dem Antriebsritzelwellen-Flansch (76) mittels einer mit Gewinde versehenen Sicherungsmutter (98).