DE102008026695A1

DE102008026695A1 - Differentialgetriebeanordnung

Info

Publication number: DE102008026695A1
Application number: DE102008026695A
Authority: DE
Inventors: Dennis William Frankenmuth Isken; James M. Saline Story; Charles Canton Krysztof; Robert James Commerce Neal; Jason Warren Savage; Gerald Stephen Dearborn Szczepanski
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2007-07-10
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2028-06-05
Also published as: GB2450979B; JP2009019769A; CN101344163B; US7695392B2; US20090017962A1; GB0812276D0; GB2450979A; DE102008026695B4; CN101344163A

Abstract

Differentialanordnung, aufweisend einen ersten Gehäuseabschnitt (13), einen zweiten Gehäuseabschnitt (14), der an dem ersten Gehäuseabschnitt (13) befestigt ist, wobei der erste Gehäuseabschnitt (13) und der zweite Gehäuseabschnitt (14) eine Kammer umschließen und zur Drehung um eine erste Achse (15) abgestützt sind, einen ersten Kreuzzapfen (28), der in der Kammer in einer axialen Position angeordnet und an wenigstens einem des ersten Gehäuseabschnitts (13) und des zweiten Gehäuseabschnitts (14) zur Drehung mit diesem befestigt ist, und ein Tellerrad (20), das an wenigstens einem des ersten Gehäuseabschnitts (13) udn des zweiten Gehäuseabschnitts (14) befestigt und radial außerhalb des ersten Kreuzzapfens (28) und in der axialen Position des ersten Kreuzzapfens (28) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Differentialgetriebeanordnung zur Übertragung einer Drehkraft von einer Antriebsquelle an die Räder eines Fahrzeuges, so dass sich die Räder mit beidseitig unterschiedlichen Drehzahlen drehen können.
Ein Differentialgetriebe überträgt eine Drehkraft von einem Tellerrad, das von einer äußeren Antriebsquelle, wie einem Verbrennungsmotor oder einem Elektromotor, angetrieben wird, unterschiedlich an Abtriebswellen. Das Differentialtellerrad, üblicherweise ein Hypoidkegelrad, ist an einem Differentialgehäuse befestigt, das im Allgemeinen aus Kugelgraphitguss oder Kugelgraphiteisen für die Anwendung bei hohen Drehmomenten hergestellt ist. Das Gehäuse ist an dem Tellerrad befestigt und definiert eine Kammer, welche Kegelritzel, die über eine Ritzelwelle oder ein Drehkreuz in Abhängigkeit von der Anzahl der verwendeten Kegelritzel mit dem Gehäuse antriebsverbunden sind, und rechte und linke Achswellenkegelräder enthält, die im ständigen Zahneingriff mit den Kegelritzeln stehen. Um die Kegelritzel abzustützen, weist das Gehäuse im gleichen Abstand voneinander angeordnete Öffnungen auf, die entsprechend der Anzahl der verwendeten Kegelritzel derart positioniert sind, dass die Ritzelwelle oder die Drehkreuzschenkel durch die Kegelritzel und die Öffnungen in einer passenden räumlichen Beziehung hindurchtreten, was einen genauen Zahneingriff der Kegelritzel mit den Achswellenkegelrädern ermöglicht, um eine Drehmomentübertragung von dem Differentialtellerrad an das Differentialgehäuse, die Ritzelwelle, die Kegelritzel, die Achswellenkegelräder und die rechte und die linke Abtriebswelle zu ermöglichen.
Jede Welle ist mit einem Rad des Fahrzeuges antriebsverbunden. Diese Wellen treten koaxial durch Öffnungen in dem Gehäuse hindurch, die als Naben bezeichnet werden, welche am Umfang durch Lager abgestützt sind, die in einen Differentialträger gepresst sind, der die gesamte Differentialanordnung abstützt. Herkömmlich ist die Wand des Gehäuses in dem Bereich dick, wo die Ritzelwelle oder das Drehkreuz durch die oben genannten Öffnungen hindurchtritt, was eine ausreichende Kontaktfläche schafft, um die Torsionskraft von dem Tellerrad an den Differentialzapfen zu übertragen. Es ist bevorzugt, dass es keine Dehnung der Gehäusewand oder der Ritzelwelle oder des Drehkreuzes in diesem Bereich gibt.
Die Innenfläche des einstückig gegossenen Differentialgehäuses muss mit engen Toleranzen bearbeitet werden. Um dies zu erreichen, werden komplizierte Werkzeuge axial durch eine Nabe und radial durch die Öffnungen hindurch eingesetzt. Wenn das Gehäuse oder das Werkzeug gedreht wird, muss dieses Werkzeug in der Lage sein, die unterschiedlichen Drehradien zu kompensieren, die an verschiedenen Stellen in dem Gehäuse erforderlich sind, und dieses oder ein anderes Werkzeug muss in der Lage sein, Aussparungen, wo die Ritzel sitzen und in welchen sie sich drehen, mit einer Halbkugel- oder Flachbodenform zu erzeugen, um mit der Rückseite des Typs der verwendeten Ritzel zusammenzupassen. In Abhängigkeit von den Toleranzen des Gießens, insbesondere der Konzentrizität um die Drehachse und der Gleichmäßigkeit der Wanddicke, müssen manche Gehäuse an der Außenseite bearbeitet werden, nachdem die Drehachse allein durch die Innenbearbeitung definiert wurde, um einen Rotationsausgleich zu erreichen.
Die Öffnungen werden in dem einstückigen Gehäuse gegossen, wodurch das Ritzel und die Achswellenräder für die Montage eingesetzt werden können. Dies ist ein manueller Vorgang, was eine erhebliche Fertigkeit erfordert.
Variationen in den Typen von Differentialgetrieben, welche freien und begrenzten Schlupf sowie Formschluss umfassen, erfordern Variationen in den Komponenten, aus denen die Differentialanordnung besteht. Diese Variationen erfordern zuvor, dass das Gehäuse unterschiedliche Formen annimmt, um die verschiedenen Komponenten für die jeweiligen Anwendungen unterzubringen.
Es gibt daher in der Industrie einen Bedarf, die Festigkeit und Steifigkeit einer Differentialanordnung zu verbessern, um deren Drehmomentkapazität zu erhöhen, deren Unterbringungsraum zu minimieren und die Anzahl von Komponenten zu reduzieren, die für eine besondere Anwendung der Differentialanordnung einmalig sind, während die Gesamtkosten, welche die Material- und Herstellungskosten umfassen, minimal erhöht oder reduziert werden. Es ist auch erwünscht, dass das Gewicht und das NVH-(Geräusch, Vibration und Härte) Niveau minimiert werden.
Eine Differentialanordnung weist einen ersten Gehäuseabschnitt, einen zweiten Gehäuseabschnitt, der an dem ersten Gehäuseabschnitt befestigt ist, wobei der erste Gehäuseabschnitt und der zweite Gehäuseabschnitt eine Kammer umschließen und zur Drehung um eine erste Achse abgestützt sind, eine Ritzelwelle oder Kreuzzapfen, die in der Kammer angeordnet sind und sich über diese hinaus erstrecken, um in einer axialen Position mit dem Tellerrad in Eingriff zu stehen, und die wenigstens einen des ersten Gehäuseabschnitts und des zweiten Gehäuseabschnitts zur Drehung mit diesem kontaktieren, und ein Tellerrad auf, das an wenigstens einem des ersten Gehäuseabschnitts und des zweiten Gehäuseabschnitts befestigt ist und radial außerhalb der Kreuzzapfen und in der axialen Position der Ritzelwelle oder der Kreuzzapfen angeordnet ist.
Die Differentialanordnung vermeidet einen Drehmomentfluss durch das Differentialgehäuse hindurch, indem das Drehmoment von dem Differentialtellerrad über die Ritzelwelle oder das Drehkreuz direkt an das Kegelritzel oder die Differentialräder übertragen wird. Dieser direkte Antrieb vermeidet die dicken Wände, die in einem herkömmlichen Differentialgehäuse benötigt werden, um den Differentialzapfen und die Drehkreuz-Baugruppe unterzubringen.
Da das Gehäuse in zwei Teile geteilt ist, sind die eine Hälfte des Gehäuses, die Differentialwelle, die Differentialritzel und das eine Differentialachswellenrad für alle Variationen, wie offenen und begrenzten Schlupf sowie Formschluss, gemeinsam. Ein bevorzugtes Verfahren zum Anbringen dieses Gehäuses an dem Hypoidkegelrad ist das Schweißen, obwohl auch mechanische Befestigungselemente verwendet werden können.
Die Differentialanordnung vermeidet eine Verlängerung der Differentialritzelwellenöffnung im Falle einer Mehrfachbelastung, vermeidet Befestigungselemente für die Differentialritzelwelle, reduziert die Wanddicke des Differentialgehäuses bei erhöhter Steifigkeit, und maximiert die Drehmomentkapazität in einem kleineren Gehäuse.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Schnittansicht eines Tellerrades und eines geschweißten Differentialgehäuses, das in Teilen geformt ist, die getrennt und axial im Abstand voneinander gezeigt sind;
2 eine perspektivische Schnittansicht des Gehäuses und des Tellerrades aus 1 und von Komponenten des Differentialgetriebes, die in dem Gehäuse montiert sind;
3 eine perspektivische Schnittansicht eines geschraubten Differentialgehäuses, das in Teilen geformt ist, die getrennt und axial im Abstand voneinander gezeigt sind;
4 eine Teilschnittansicht des Differentialgehäuses und des Tellerrades aus 3 in ihren Montagepositionen;
5 eine perspektivische Ansicht des Inneren eines Differentialgehäuseabschnitts mit Kegelritzeln, die an Kreuzzapfen montiert sind;
6 eine perspektivische Ansicht des Inneren eines Differentialgehäuseabschnitts mit Kreuzzapfen und einem Halteclip;
7 eine perspektivische Ansicht des Inneren eines Differentialgehäuseabschnitts, wobei sich die Enden der Kreuzzapfen durch das Gehäuse hindurch erstrecken;
8 eine Vorderansicht eines Differentialgehäuseabschnitts, an dem das Tellerrad mittels einer Schweißnaht befestigt ist;
9 eine perspektivische Ansicht der Komponenten eines Selbstsperrdifferentials in einer im Abstand voneinander angeordneten Beziehung;
10A eine perspektivische Ansicht eines Differentialgehäuseabschnitts, der Komponenten eines freien Differentials enthält;
10B eine perspektivische Ansicht eines Differentialgehäuseabschnitts, der Komponenten eines Selbstsperrdifferentials enthält;
10C eine perspektivische Ansicht eines Differentialgehäuseabschnitts, der Komponenten eines elektromagnetisch betätigten Sperrdifferentials enthält;
10D eine perspektivische Ansicht eines Differentialgehäuseabschnitts, der Komponenten für die Verwendung mit einer der Anordnungen aus den 10A–10C enthält;
11 eine Seitenschnittansicht eines bearbeiteten Schmiedeteils, welches das Tellerrad und einen gemeinsamen Differentialgehäuseabschnitt integriert;
12 eine schematische Ansicht eines Werkstücks, das durch Rolldrücken gebildet wird;
13A, 13B und 13C Bearbeitungsschritte zum Rolldrücken einer ersten axialen Seite eines Differentialgehäuseabschnitts;
14A, 14B und 14C Bearbeitungsschritte zum Rolldrücken einer zweiten axialen Seite des Differentialgehäuseabschnitts;
15 einen Schnitt entlang einer diametralen Ebene durch eine geschmiedete Vorform mit einer Wanddicke, die vor dem Rolldrücken variiert;
16A, 16B und 16C Schnitte entlang einer diametralen Ebene durch ein Werkstück in aufeinanderfolgenden Bearbeitungsschritten zum Rolldrücken eines Differentialgehäuseabschnitts; und
17A, 17B und 17C Schnitte entlang einer diametralen Ebene durch das Werkstück in späteren aufeinanderfolgenden Schritten zum Rolldrücken eines Differentialgehäuseabschnitts.
Mit Bezug auf die 1 und 2 weist eine Differentialanordnung 10 ein Differentialgehäuse 12 auf, das in Abschnitten 13 und 14 geformt ist, die gegenseitig aneinander befestigt sind, wobei das Gehäuse 12 zur Drehung um eine Achse 15 abgestützt ist, welche sich seitlich in Richtung zu dem linken und dem rechten Rad eines Abtriebsradsatzes eines Kraftfahrzeuges erstreckt. Das Gehäuse 12 ist mit einem Antriebsrad 16 antriebsverbunden, welches sich um eine Achse 17 dreht und von einem Getriebeabtrieb (nicht gezeigt) angetrieben wird. Die Achse 17 kann entweder senkrecht oder parallel zu der Achse 15 verlaufen. Ein Ritzel 18, das an dem Antriebsrad 16 befestigt ist, steht mit einem Tellerrad 20 in Eingriff, welches an dem Gehäuseabschnitt 13 befestigt ist und die Differentialanordnung 10 in Drehung um die Achse 15 antreibt.
Die Gehäuseabschnitte 13, 14 umschließen eine Kammer, die Kegelritzel 22–25 enthält, die jeweils mit Kegelradzähnen versehen und in gleichen Winkelabständen voneinander um die Achse 15 angeordnet sind. Jedes Ritzel 22–25 ist an dem Gehäuse 12 mittels eines Drehkreuzes 26 befestigt, welches einen Differentialzapfen 28, der in zwei Öffnungen in dem Gehäuse 12 eingesetzt ist, und zwei Zapfen 30, 32 aufweist, die senkrecht zu dem Zapfen 28 ausgerichtet sind. Jeder der Zapfen 30, 32 ist in eine Öffnung in dem Gehäuse 12 und in eine sphärische Vertiefung in dem Zapfen 28 eingesetzt. Der Zapfen 28 tritt durch eine Öffnung 34 in dem Kegelritzel 22 und eine gleiche Öffnung in dem Ritzel 24 hindurch. Die Ritzel 22, 24 sind an diametral einander gegenüberliegenden Seiten in dem Gehäuse 12 und in der Nähe der axial einander gegenüberliegenden Enden des Zapfens 28 angeordnet. Der Zapfen 32 tritt durch eine Öffnung 36 in dem Kegelritzel 25 hindurch, und der Zapfen 30 tritt durch eine gleiche Öffnung in dem Kegelritzel 23 hindurch. Wenn sich das Gehäuse 12 um die Achse 15 dreht, drehen sich die Ritzel um die Achse 15 und um die Achsen ihrer jeweiligen Kreuzzapfen 28, 30 und 32.
Zwei Achswellenräder 38, 40, die jeweils mit Kegelradzähnen versehen sind und im Zahneingriff mit den Zähnen der Ritzel 22–25 stehen, sind in der Kammer des Gehäuses 12 angeordnet. Das Achswellenrad 38 weist eine axiale Fläche 42 auf, die sich von dem Drehkreuz 26 weg erstreckt, und ist an seiner Innenfläche mit einer Keilverzahnung 44 versehen, über welche es mit einer Achswelle (nicht gezeigt) in Eingriff steht, die mit dem rechten Rad des Fahrzeuges verbunden ist. Die rechte Achswelle erstreckt sich seitlich durch eine Öffnung 46 hindurch, die in dem Gehäuseabschnitt 14 ausgebildet ist.
Gleichermaßen weist das Achswellenrad 40 an der linken Seite der Differentialanordnung 10 eine axiale Fläche 48 auf, die sich von dem Drehkreuz 26 weg erstreckt, und ist an seiner Innenfläche mit einer Keilverzahnung 50 versehen, über welche es mit einer Achswelle (nicht gezeigt) in Eingriff steht, die mit dem linken Rad des Fahrzeuges verbunden ist. Die linke Achswelle erstreckt sich seitlich durch eine Öffnung 52 hindurch, die in dem Gehäuseabschnitt 13 ausgebildet ist.
Das Gehäuse 14 und das Tellerrad 20 sind durch eine Schweißnaht 54, vorzugsweise eine Laserschweißnaht gegenseitig aneinander befestigt, welche sich radial in Richtung zu der Achse 15 in einer Ebene erstreckt, wo das Gehäuse 14 und das Tellerrad 20 im gegenseitigen Kontakt miteinander stehen. Die Schweißnaht 54 erstreckt sich auch am Umfang um die Achse 15. Nachdem der Gehäuseabschnitt 14 und das Tellerrad 20 über die Schweißnaht 54 miteinander verbunden sind, werden der Gehäuseabschnitt 13 und das Tellerrad 20 durch eine Reihe von Schrauben 56 gegenseitig aneinander befestigt, wobei jede Schraube in eine Öffnung 58 auf einer Kreislinie von Schraubenöffnungen eingesetzt ist, die in einem radialen Flansch 60 an dem Gehäuseabschnitt 13 ausgebildet sind.
8 ist eine Vorderansicht des Differentialgehäuseabschnitts 14 mit der kreisförmigen Laserschweißnaht 54, die in der Axialrichtung von der dort gezeigten Seite geschweißt ist, wodurch das Tellerrad 20 an dem Gehäuseabschnitt 14 befestigt ist. Der Übergang zwischen der Tellerradbohrung und den Gehäuseaußendurchmessern ist nominell ein Linienkontakt, wobei entweder eine leichte Überschneidung oder ein leichter Schlupf akzeptabel ist. Die Verbindung zwischen dem Tellerrad 20 und dem Gehäuseabschnitt 14 ist vorzugsweise durch Laserschweißen in der Axialrichtung geschweißt.
Der Gehäuseabschnitt 13 weist einen axialen Vorsprung 80 auf, welcher einen ringförmigen Rand 82 an dem Gehäuseabschnitt 14 kontaktiert, wenn die Teile montiert sind. Der axiale Vorsprung 80 ist mit einer Reihe von bogenförmigen Ausnehmungen 84 versehen, die im Winkelabstand voneinander um die Achse 15 angeordnet sind. Jede Ausnehmung 84 umgibt teilweise jeweils einen Kreuzzapfen 28, 30, 32 (wie in 6 gezeigt) und ist zu einem Kreuzzapfenöffnungsabschnitt 86 ausgerichtet, der in dem Gehäuseabschnitt 14 ausgebildet ist. Die Ausnehmung 84 und der Öffnungsabschnitt 86 bilden zusammen jeweils eine kreisförmige oder geschlitzte Öffnung 88, welche einen Kreuzzapfen 28, 30, 32 aufnimmt, wenn das Gehäuse montiert ist.
Die 3 und 4 zeigen eine alternative Ausführungsform einer Differentialanordnung 62, in welcher zwei Differentialgehäuseabschnitte 64, 66 gegenseitig aneinander und an einem Tellerrad 67 durch eine Reihe von Schrauben befestigt sind, wobei jede Schraube in eine Öffnung 68, die auf einer Kreislinie von Schraubenöffnungen angeordnet ist, die in einem radialen Flansch 70 an dem Gehäuseabschnitt 64 ausgebildet sind, und eine Öffnung 72 eingesetzt ist, die auf einer Kreislinie von Schraubenöffnungen angeordnet ist, die in einem radialen Flansch 74 ausgebildet sind, und die zu der Öffnung 68 in dem Gehäuseabschnitt 66 ausgerichtet ist. Die Flansche 70, 74 stehen im gegenseitigen Kontakt miteinander, und das Tellerrad 67 kontaktiert eine Fläche 76 des Flansches 74.
4 zeigt Lager 78, 79, die über den Außenflächen der Gehäuseabschnitte 64, 66 montiert und axial im Abstand voneinander entlang der Achse 15 zum Abstützen des Gehäuses 62 und des Tellerrades 67 in Drehung um die Achse 15 angeordnet sind.
Der Gehäuseabschnitt 64 weist einen ringförmigen, axial sich erstreckenden Vorsprung 80 auf, welcher einen ringförmigen Rand 82 an dem Gehäuseabschnitt 66 kontaktiert, wenn die Teile montiert sind, wie in 4 gezeigt ist. Der axiale Vorsprung 80 ist mit einer Reihe von bogenförmigen Ausnehmungen 84 versehen, die im Winkelabstand voneinander um die Achse 15 angeordnet sind. Jede Ausnehmung 84 umgibt teilweise jeweils ihren Kreuzzapfen 28, 30, 32 und ist zu einem Kreuzzapfenöffnungsabschnitt 86 ausgerichtet, der in dem Gehäuseabschnitt 66 ausgebildet ist. Die Ausnehmung 84 und der Öffnungsabschnitt 86 bilden zusammen jeweils eine kreisförmige Öffnung 88, welche einen Kreuzzapfen 28, 30, 32 aufnimmt, wenn das Gehäuse montiert ist, wie in 4 gezeigt ist.
5 zeigt die Ritzel 22-25, die an einem Gehäuseabschnitt 66 zur Drehung um die Kreuzzapfen 28, 30, 32 abgestützt sind. 6 zeigt parallele Schlitze 90, die an diametral einander gegenüberliegenden Seiten des Kreuzzapfens 30 ausgebildet sind, und parallele Schlitze 92, die an diametral einander gegenüberliegenden Seiten des Kreuzzapfens 32 ausgebildet sind. Ein Clip 94 weist Schenkel 96, 97, die jeweils in die Schlitze 90 des Kreuzzapfens 30 eingreifen, und Schenkel 98, 99 auf, die jeweils wie die Schenkel 96, 97 ausgebildet sind und in die Schlitze 92 des Kreuzzapfens 32 eingreifen. Nach der Montage hält der Clip 94 die Kreuzzapfen 30, 32 in einer korrekten Position in ihren jeweiligen Öffnungen 88, so dass ein an dem inneren Ende des Kreuzzapfens 30 ausgebildeter Vorsprung 100 in einer in dem Kreuzzapfen 28 ausgebildeten Öffnung 101 gehalten und abgestützt wird und ein an dem inneren Ende des Kreuzzapfens 32 ausgebildeter Vorsprung 102 in einer zu der Öffnung 101 ausgerichteten Öffnung 103 gehalten und abgestützt wird.
7 zeigt die Enden 104, 106 des Kreuzzapfens 28, die sich durch zwei der Öffnungen 88 hindurch erstrecken, das Ende 108 des Kreuzzapfens 30, das sich durch eine der Öffnungen 88 hindurch erstreckt, und das Ende 110 des Kreuzzapfens 32, das sich durch eine der Öffnungen 88 hindurch erstreckt. Bei der Montage des Gehäuses 62 wird das Tellerrad 67 radial außerhalb der Kreuzzapfenenden 104, 106, 108, 110 angeordnet und mit den Flanschen 70, 74 verschraubt.
In einer zweiten Ausführungsform sind bei einem Selbstsperrdifferential (LSD) 118, das in den 9 und 10 gezeigt ist, im Winkelabstand voneinander angeordnete, radiale Laschen 120, die an Kupplungsplatten 122 ausgebildet sind, zu im Winkelabstand voneinander angeordneten Nuten 124 ausgerichtet und in diesen angeordnet, die in einem LSD-Gehäuse 126 ausgebildet sind, wodurch eine Drehung der Kupplungsplatten verhindert wird. Alternativ könnten viele flachere Laschen 120 und Nuten 124 oder Keilverzahnungen für diesen Zweck verwendet werden. Wenn die Tiefe der Verriegelungseinrichtung viel kleiner als die Gehäusewanddicke ist, können die Nuten oder Keilverzahnungen an einem Dorn bearbeitet werden und leicht an dem Innendurchmesser des LSD-Gehäuses 126 fließgeformt werden. Reibscheiben 128, die zwischen aufeinanderfolgenden Kupplungsplatten 122 eingelegt sind, sind an dem Achswellenrad 48 befestigt. Wenn die Reibscheiben 128 und die Kupplungsplatten 122 durch die Achswellenradtrennkräfte axial in gegenseitigen Reibkontakt miteinander gezwungen werden, wird eine Antriebsverbindung zwischen dem Achswellenrad 48 und dem LSD-Gehäuse 126 in Abhängigkeit von dem Grad des Schlupfes, der zwischen dem Achswellenrad und dem Gehäuse auftritt, entweder vollständig oder teilweise gesperrt.
Ein Brückenteil 130, das mit dem ringförmigen, axial sich erstreckenden Vorsprung 80 versehen ist, weist einen Flansch 132 auf, welcher mittels Schrauben 56 an dem Flansch 134 des Gehäuses 126 und an dem Tellerrad 20 befestigt ist. Eine alternative Konstruktion vermeidet den Flansch 132 und drückt das Brückenteil 130 in das Gehäuse 12 hinein.
10A zeigt das freie Differential 10 gemäß der ersten Ausführungsform in den 1-4, dessen Gehäuseabschnitt 13 den ringförmigen, axial sich erstreckenden Vorsprung 80 aufweist.
10B zeigt das Selbstsperrdifferential (LSD) 118 gemäß der zweiten Ausführungsform in 9.
10C zeigt ein elektronisches Sperrdifferential 135 mit einem Gehäuseabschnitt 136, einer elektromagnetischen Drahtspule 138, die an dem Gehäuseabschnitt 136 befestigt ist, einem Achswellenrad 140, das mit axial ausgerichteten Klauenkupplungszähnen 142 versehen ist, und einem Betätigungsring 144, der an dem Gehäuseabschnitt 136 befestigt ist. Der Ring 144 bewegt sich axial in Eingriff mit den Klauenkupplungszähnen 142, wenn die Spule durch einen elektrischen Strom erregt wird, wodurch das Achswellenrad 140 an dem Gehäuseabschnitt 136 befestigt wird. Der Ring 144 bewegt sich axial außer Eingriff von den Klauenkupplungszähnen 142, wenn dem Elektromagneten 138 kein Strom zugeführt wird, wodurch sich das Achswellenrad 140 unterschiedlich drehen kann. Der Gehäuseabschnitt 136 ist mit einem Flansch 146 versehen, welcher mittels Schrauben 56 an dem Tellerrad 20 befestigt ist.
10D zeigt den gemeinsamen Gehäuseabschnitt 14, der an dem Tellerrad mittels Schweißen angebracht ist. Wenn die Bedienbarkeit kein Problem ist, können auch die drei untereinander austauschbaren Gehäuseabschnitte, d. h. der Gehäuseabschnitt 13 des freien Differentials 10, der Gehäuseabschnitt 126 des Selbstsperrdifferentials 118 und der Gehäuseabschnitt 136 des Sperrdifferentials 135 mittels Schweißen an dem Tellerrad 20 befestigt werden.
11 zeigt eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform, in welcher das Tellerrad 20 und der gemeinsame Gehäuseabschnitt 14 zu einem einzigen Präzisionsschmiedeteil 152 vereinigt sind. Der zweite Gehäuseabschnitt, der bei dem vereinigten Schmiedeteil 152 verwendet wird, können der Gehäuseabschnitt 13 des freien Differentials 10, der Gehäuseabschnitt 126 des Selbstsperrdifferentials 118 und der Gehäuseabschnitt 136 des Sperrdifferentials sein, von denen jeder an dem schüsselförmigen Abschnitt des Tellerrades 20 befestigt wird. Das Schmiedeteil 152 erfordert eine Bearbeitung der radial inneren Flächen.
12 zeigt schematisch ein rohrförmiges Werkstück 160 aus Metall, wie Stahl, das durch einen Rolldrückvorgang geformt wird. Ein vorgeformtes Rohr 162, das auf einen Dorn 164 gesteckt ist, wird an dem einen Ende 166 zwischen einer Endfläche 168 des Dorns und einem Endgriff 170 gehalten, welcher axial in Kontakt mit dem Werkstück gezwungen wird, um das Werkstück in Position an dem Dorn zu halten. Eine Rolle 172, die in Drehung um die Achse 174 antrieben wird, bewegt sich axial entlang des Dorns 164 und radial in Bezug auf die Achse 176 des Dorns. Das Material des Werkstücks 160 fließt axial entlang des Dorns, wenn sich die Rolle entlang des Dorns bewegt, wodurch die Dicke und Kontur der Außenflächen des Werkstücks 160 gebildet werden. Die Innenkontur und die Wanddicke des Werkstücks 160 variiert entlang der Länge des Werkstücks auch in Reaktion auf Änderungen in der Außenkontur des Dorns 164.
Ein Werkstück 160 aus Stahl wird durch Kaltverfestigung erheblich verstärkt, die infolge des Rolldrückvorgangs eintritt. Zum Beispiel kann eine Werkstückvorform 162 aus AISI 1006 Stahl mit feinen, gleichachsigen Körnern und einem sehr geringen Einschlussgrad von einer Anfangshärte von 115HB auf eine Härte von 225HB kaltverformt werden.
Die 13A und 13B zeigen eine Scheibenvorform 162, einen zylindrischen Dorn 164, eine Platte 180, welche die Vorform abstützt, und eine zylindrische Rolle 172, die radial in Richtung zu der Achse 176 gezwungen wird, die Vorform kontaktiert und eine hohle zylindrische Werkstücknabe 182 formt, die an einer ersten axialen Seite der Scheibe 162 angeordnet ist. 13C zeigt eine zweite Rolle 184, die verwendet wird, um die Nabe 182 enger auf den Dorn 164 zu wickeln, wodurch die Oberflächengüte, die Maßgenauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Nabe 182 verbessert werden.
Die 14A und 14B zeigen einen zweiten Dorn 186 und ein dritten Rollwerkzeug 188, das verwendet wird, um die Scheibe 162 zu spalten und die Innen- und Außenkontur sowie die Wanddicke eines Abschnitts 190 des Werkstücks zu formen, wenn die Rolle radial in Richtung zu der Achse 176 gezwungen wird. 14C zeigt die Rolle 188, die verwendet wird, um den Abschnitt 190 enger auf den Dorn 186 zu wickeln, wodurch die Oberflächengüte, die Maßgenauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Nabe 180 verbessert werden.
Die Bearbeitungsschritte in den 13A, 13B, 14A und 14B erzeugen eine geringere Kontaktspannung an der Werkstückoberfläche während der Bearbeitung als beim richtigen Rolldrücken aufgrund der vergrößerten Kontaktfläche zwischen den Werkzeugrollen und dem Werkstück, wodurch die Genauigkeit und die Güte der Werkstückoberflächen reduziert werden. Die Bearbeitungsschritte in den 13C und 14C zeigen das richtige Rolldrücken, das verwendet wird, um die gewünschte Genauigkeit und Güte des Werkstücks zu erzeugen.
15 zeigt eine geschmiedete Vorform 190 mit einer Wanddicke, die vor dem Rolldrücken variiert. Die Vorform 190 wird durch aufeinanderfolgendes Rolldrücken zu einem Differentialgehäuseabschnitt 13, 14, 126, 136 geformt, wodurch ein wirksameres Rolldrücken möglich ist und eine geringere Formungszeit benötigt wird.
Die 16A–16C zeigen aufeinanderfolgende Schritte zum Rolldrücken der geschmiedeten Vorform 190 aus 15 durch Bewegen verschiedener Werkzeugrollen 192 axial entlang eines Dorns 194 und radial in Bezug auf die Achse 196. Ein Tempern oder irgendein anderer Wärmebehandlungsvorgang zur Erhöhung der Kaltverformbarkeit kann nach dem in 16C gezeigten Schritt erforderlich sein.
Die 17A–17C zeigen spätere aufeinanderfolgende Schritte zum Rolldrücken des Werkstücks 198 aus 16C durch Bewegen verschiedener Werkzeugrollen 200 axial entlang eines anderen Dorns 202 und radial in Bezug auf die Achse 196, um die gewünschten Innentoleranzen und die gewünschte Innenoberflächengüte eines Differentialgehäuseabschnitts 13, 14, 126, 136 zu erreichen.

Claims

Differentialanordnung, aufweisend: einen ersten Gehäuseabschnitt (13, 64, 126); einen zweiten Gehäuseabschnitt (14, 66, 136), der an dem ersten Gehäuseabschnitt (13, 64, 126) befestigt ist, wobei der erste Gehäuseabschnitt (13, 64, 126) und der zweite Gehäuseabschnitt (14, 66, 136) eine Kammer umschließen und zur Drehung um eine erste Achse (15) abgestützt sind; einen ersten Kreuzzapfen (28), der in der Kammer in einer axialen Position angeordnet und an wenigstens einem des ersten Gehäuseabschnitts (13, 64, 126) und des zweiten Gehäuseabschnitts (14, 66, 136) zur Drehung mit diesem befestigt ist; und ein Tellerrad (20), das an wenigstens einem des ersten Gehäuseabschnitts (13, 64, 126) und des zweiten Gehäuseabschnitts (14, 66, 136) befestigt und radial außerhalb des ersten Kreuzzapfens (28) und in der axialen Position des ersten Kreuzzapfens (28) angeordnet ist.
Differentialanordnung nach Anspruch 1, wobei der erste Gehäuseabschnitt (13, 64, 126) einen Flansch (60, 70, 134) aufweist, der mit Schraubenöffnungen (58, 68) versehen ist, wobei die Differentialanordnung ferner aufweist: Schrauben (56), die sich jeweils durch eine der Schraubenöffnungen (58, 68) hindurch erstrecken und mit dem Tellerrad (20) in Eingriff stehen; und eine Schweißnaht (54), die den ersten Gehäuseabschnitt (13, 64, 126) mit dem zweiten Gehäuseabschnitt (14, 66, 136) verbindet.
Differentialanordnung nach Anspruch 1, wobei: der erste Gehäuseabschnitt (13, 64, 126) einen ersten Flansch (60, 70) aufweist, der mit ersten Schraubenöffnungen (58, 68) versehen ist; und der zweite Gehäuseabschnitt (14, 66, 136) einen zweiten Flansch (74, 146) aufweist, der mit zweiten Schraubenöffnungen (72) versehen ist, die jeweils zu einer der ersten Schraubenöffnungen (58, 68) ausgerichtet sind, wobei die Differentialanordnung ferner aufweist: Schrauben (56), die sich jeweils durch eine der ersten Schraubenöffnungen (58, 68) und eine der zweiten Schraubenöffnungen (72) hindurch erstrecken, mit dem Tellerrad (20) in Eingriff stehen, und den ersten Flansch (60, 70), den zweiten Flansch (74, 146) und das Tellerrad (20) gegenseitig miteinander verbinden.
Differentialanordnung nach Anspruch 1, wobei: der erste Gehäuseabschnitt (13, 64, 126) mehrere im Winkelabstand voneinander angeordnete erste Ausnehmungen (84) aufweist; und der zweite Gehäuseabschnitt (14, 66, 136) mehrere im Winkelabstand voneinander angeordnete zweite Ausnehmungen (86) aufweist, wobei jede zweite Ausnehmung (86) zu jeweils einer der ersten Ausnehmungen (84) ausgerichtet ist, und jeweils eine der ersten Ausnehmungen (84) mit jeweils einer der zweiten Ausnehmungen (86) eine Öffnung (88) bildet, in welche der erste Kreuzzapfen (28) eingesetzt ist.
Differentialanordnung nach Anspruch 1, wobei der erste Kreuzzapfen (28) eine Außenfläche aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Achse (15) verläuft, wobei die Differentialanordnung ferner aufweist: Kegelritzel (22, 24), die jeweils an dem ersten Kreuzzapfen (28) zur Drehung um die Außenfläche des ersten Kreuzzapfens (28) abgestützt sind; ein erstes Achswellenkegelrad (38), das in der Kammer angeordnet ist und im Zahneingriff mit den Kegelritzeln (22, 24) steht; und ein zweites Achswellenkegelrad (40), das in der Kammer angeordnet ist und im Zahneingriff mit den Kegelritzeln (22, 24) steht.
Differentialanordnung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen zweiten Kreuzzapfen (30), der axial zu dem ersten Kreuzzapfen (28) ausgerichtet und im Winkelabstand von dem ersten Kreuzzapfen (28) angeordnet ist, und der an wenigstens einem des ersten Gehäuseabschnitts (13, 64, 126) und des zweiten Gehäuseabschnitts (14, 66, 136) zur Drehung mit diesem befestigt ist; und einen dritten Kreuzzapfen (32), der axial zu dem ersten Kreuzzapfen (28) ausgerichtet und im Winkelabstand von dem ersten Kreuzzapfen (28) und dem zweiten Kreuzzapfen (30) angeordnet ist, und der an wenigstens einem des ersten Gehäuseabschnitts (13, 64, 126) und des zweiten Gehäuseabschnitts (14, 66, 136) zur Drehung mit diesem befestigt ist, wobei: der erste Gehäuseabschnitt (13, 64, 126) erste, zweite, dritte und vierte im Winkelabstand voneinander angeordnete erste Ausnehmungen (84) aufweist; der zweite Gehäuseabschnitt (14, 66, 136) erste, zweite, dritte und vierte im Winkelabstand voneinander angeordnete zweite Ausnehmungen (86) aufweist, die zu jeweils einer der ersten Ausnehmungen (84) ausgerichtet sind und paarweise eine erste, zweite, dritte und vierte Öffnung (88) bilden, wobei der erste Kreuzzapfen (28) in die erste Öffnung (88) und die vierte Öffnung (88) eingesetzt ist, der zweite Kreuzzapfen (30) in die zweite Öffnung (88) eingesetzt ist, und der dritte Kreuzzapfen (32) in die dritte Öffnung (88) eingesetzt ist.
Differentialanordnung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen zweiten Kreuzzapfen (30, 32), der axial zu dem ersten Kreuzzapfen (28) und senkrecht zu der ersten Achse (15) und dem ersten Kreuzzapfen (28) ausgerichtet ist, und der an wenigstens einem des ersten Gehäuseabschnitts (13, 64, 126) und des zweiten Gehäuseabschnitts (14, 66, 136) zur Drehung mit diesem befestigt ist; Kegelritzel, die ein erstes und zweites Kegelritzel (22, 24), die zur Drehung an dem ersten Kreuzzapfen (28) abgestützt sind, und ein drittes und viertes Kegelritzel (23, 25) umfassen, die zur Drehung an dem zweiten Kreuzzapfen (30, 32) abgestützt sind; ein erstes Achswellenkegelrad (38), das im Zahneingriff mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Kegelritzel (22, 23, 24, 25) steht; und ein zweites Achswellenkegelrad (40), das im Zahneingriff mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Kegelritzel (22, 23, 24, 25) steht.
Differentialanordnung, aufweisend: einen ersten Gehäuseabschnitt (13, 64, 126); einen zweiten Gehäuseabschnitt (14, 66, 136), der an dem ersten Gehäuseabschnitt (13, 64, 126) befestigt ist, wobei der erste Gehäuseabschnitt (13, 64, 126) und der zweite Gehäuseabschnitt (14, 66, 136) eine Kammer umschließen und zur Drehung um eine erste Achse (15) abgestützt sind; erste und zweite senkrecht zueinander angeordnete Kreuzzapfen (28, 30, 32), die in der Kammer in einer axialen Position angeordnet und an wenigstens einem des ersten Gehäuseabschnitts (13, 64, 126) und des zweiten Gehäuseabschnitts (14, 66, 136) zur Drehung um die erste Achse (15) befestigt sind; und ein Tellerrad (20), das an dem ersten Gehäuseabschnitt (13, 64, 126) und dem zweiten Gehäuseabschnitt (14, 66, 136) befestigt ist, radial außerhalb des ersten Kreuzzapfens (28) angeordnet ist, und mit der axialen Position der Kreuzzapfen (28, 30, 32) überlappt.
Differentialanordnung nach Anspruch 8, wobei der erste Gehäuseabschnitt (13, 64, 126) einen Flansch (60, 70, 134) aufweist, der mit Schraubenöffnungen (58, 68) versehen ist, wobei die Differentialanordnung ferner aufweist: Schrauben (56), die sich jeweils durch eine der Schraubenöffnungen (58, 68) hindurch erstrecken und mit dem Tellerrad (20) in Eingriff stehen; und eine Schweißnaht (54), die den ersten Gehäuseabschnitt (13, 64, 126) mit dem zweiten Gehäuseabschnitt (14, 66, 136) verbindet.
Differentialanordnung nach Anspruch 8, wobei: der erste Gehäuseabschnitt (13, 64, 126) einen ersten Flansch (60, 70) aufweist, der mit ersten Schraubenöffnungen (58, 68) versehen ist; und der zweite Gehäuseabschnitt (14, 66, 136) einen zweiten Flansch (74, 146) aufweist, der mit zweiten Schraubenöffnungen (72) versehen ist, die jeweils zu einer der ersten Schraubenöffnungen (58, 68) ausgerichtet sind, wobei die Differentialanordnung ferner aufweist: Schrauben (56), die sich jeweils durch eine der ersten Schraubenöffnungen (58, 68) und eine der zweiten Schraubenöffnungen (72) hindurch erstrecken, mit dem Tellerrad (20) in Eingriff stehen, und den ersten Flansch (60, 70), den zweiten Flansch (74, 146) und das Tellerrad (20) gegenseitig miteinander verbinden.
Differentialanordnung nach Anspruch 8, wobei der erste Kreuzzapfen (28) eine erste Außenfläche aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Achse (15) verläuft, und der zweite Kreuzzapfen (30, 32) eine zweite Außenfläche aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Achse (15) verläuft, wobei die Differentialanordnung ferner aufweist: Kegelritzel (22, 24), die ein erstes und zweites Kegelritzel (22, 24), die zur Drehung an der ersten Außenfläche abgestützt sind, und ein drittes und viertes Kegelritzel (23, 25) umfassen, die zur Drehung an der zweiten Außenfläche abgestützt sind; ein erstes Achswellenkegelrad (38), das im Zahneingriff mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Kegelritzel (22, 23, 24, 25) steht; und ein zweites Achswellenkegelrad (40), das im Zahneingriff mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Kegelritzel (22, 23, 24, 25) steht.
Differentialanordnung nach Anspruch 8, wobei: der erste Gehäuseabschnitt (13, 64, 126) mit ersten, zweiten, dritten und vierten Ausnehmungen (84) versehen ist, die im Winkelabstand voneinander um die erste Achse (15) angeordnet sind; und der zweite Gehäuseabschnitt (14, 66, 136) mit fünften, sechsten, siebten und achten Ausnehmungen (86) versehen ist, die im Winkelabstand voneinander um die erste Achse (15) angeordnet sind, wobei die erste Ausnehmung (84) und die fünfte Ausnehmung (86) gegenseitig zueinander ausgerichtet sind und paarweise eine erste Öffnung (88) bilden, die zweite Ausnehmung (84) und die sechste Ausnehmung (86) gegenseitig zueinander ausgerichtet sind und paarweise eine zweite Öffnung (88) bilden, die radial zu der ersten Öffnung (88) ausgerichtet ist, die dritte Ausnehmung (84) und die siebte Ausnehmung (86) gegenseitig zueinander ausgerichtet sind und paarweise eine dritte Öffnung (88) bilden, die vierte Ausnehmung (84) und die achte Ausnehmung (86) gegenseitig zueinander ausgerichtet sind und paarweise eine vierte Öffnung (88) bilden, die radial zu der dritten Öffnung (88) ausgerichtet ist, wobei der erste Kreuzzapfen (28) in die erste Öffnung (88) und die zweite Öffnung (88) eingesetzt ist und der zweite Kreuzzapfen (30, 32) in die dritte Öffnung (88) und die vierte Öffnung (88) eingesetzt ist.