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Die Erfindung betrifft ein Differentialgetriebe, das ein Differentialgehäuse, ein erstes Achswellenzahnrad und ein zweites Achswellenzahnrad, die im Differentialgehäuse koaxial angeordnet sind, einen Achsbolzen und wenigstens ein Ausgleichszahnrad, das mit dem ersten und dem zweiten Achswellenzahnrad kämmt, umfasst.
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Aufgrund von Lastwechseln, beispielsweise bei einer Bewegungsrichtungsumkehr, kann es in Zahnradgetrieben zu Zahnflankenwechseln, auch als Umschlagen bezeichnet, kommen. Insbesondere bei einer schnellen oder starken Lastveränderung kann ein Zahnflankenwechsel auch deutlich akustisch wahrnehmbar sein. Konkret können in Kraftfahrzeugen regelmäßig Lastwechsel in Differentialgetrieben auftreten, wobei eine akustische Auffälligkeit für einen Benutzer des Kraftfahrzeugs besonders störend ist und den Fahrkomfort mindert.
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Für Differentialgetriebe zur Verwendung in Kraftfahrzeugen ist beispielsweise im Dokument
US 4,513,635 beschrieben, die Zahnräder dadurch zu verspannen, dass mittels sich am Differentialgehäuse abstützenden, als Tellerfedern ausgeführte Anlaufscheiben jeweils eine Vorspannung in axialer Richtung auf die Zahnräder, insbesondere die abtriebsseitig angeordneten Achswellenzahnräder, aufgebracht wird. Dadurch wird das Zahnflankenspiel reduziert, so dass Lastwechselgeräusche verringert oder vermieden werden. Nachteilig kann aber bei einer derartigen Konstruktion ein ungünstiger Spannungsverlauf im Differentialgehäuse sein, sodass dieses mit einer relativ hohen Wandstärke und damit in Konsequenz mit einem hohen Gewicht ausgeführt werden muss.
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Im Dokument
EP 878 643 A1 werden Ausführungsformen von selbstsperrenden Differentialgetriebeeinheiten offenbart, in denen Reibungselemente mittels Tellerfedern oder Schraubenfedern gegen Ausgleichzahnräder gedrückt werden, um einen Drehwiderstand gegen die Drehbewegung des zugeordneten Ausgleichzahnrads aufzuerlegen. Die Federn stützen sich an Endstücken ab, welche an einem Stützschaft für die Ausgleichszahnräder aufgenommen sind. Nachteilig bei der gezeigten Lösung ist insbesondere der ausladende Bauraum.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Umschlagen einer Verzahnung in einem Differentialgetriebe zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Differentialgetriebe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert.
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Das erfindungsgemäß Differentialgetriebe, umfasst: ein Differentialgehäuse, ein erstes Achswellenzahnrad und ein zweites Achswellenzahnrad, die im Differentialgehäuse koaxial angeordnet sind, einen Achsbolzen und wenigstens ein Ausgleichszahnrad, das mit dem ersten und dem zweiten Achswellenzahnrad kämmt. Erfindungsgemäß weist das Differentialgetriebe wenigstens ein, bevorzugt genau ein Stellkraftelement auf, welches sich am Achsbolzen abstützt und durch welches das wenigstens eine Ausgleichszahnrad, insbesondere relativ zum oder bezogen auf das Differentialgehäuse, gegen die Achswellenzahnräder in axialer Richtung des Ausgleichszahnrad vorgespannt ist.
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Vorteilhaft wird in der erfindungsgemäßen Weise ein Differentialgetriebe geschaffen, in welchem die kämmenden Achswellenzahnräder und Ausgleichszahnräder gegeneinander Verspannt sind, so dass die Zahnräder zu einer spielfreien Anlage gebracht werden. Im Falle eines Lastwechsels vom Zug- in den Schubbetrieb bewirkt die Vorspannung einen abhebungsfreien oder kontinuierlichen Kontakt. Auf diese Weise kann ein akustisch auffälliges Aufschlagen der Kontaktflächen verringert oder bevorzugt sogar vermieden werden. In vorteilhafter Konsequenz ist auch eine kompakte Bauweise ohne axiale oder radiale Bauraumerweiterung durch das oder die Stellkraftelemente erreicht. Die Gesamtspiele des Getriebes werden reduziert.
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Die durch das wenigstens eine Stellkraftelement bewirkte Vorspannung kann auch als axiale Vorspannung bezeichnet werden. Die Achswellenzahnräder können gleich ausgeführt, insbesondere in Größe und/oder Zahnanzahl sein. Das Differentialgetriebe kann mehrere Ausgleichszahnräder, insbesondere zwei, vier oder sechs aufweisen. Ebenfalls können die Ausgleichszahnräder gleich ausgeführt, insbesondere in Größe und/oder Zahnanzahl sein. Diese sind bevorzugt erfindungsgemäß jeweils mit wenigstens einem, bevorzugt genau einem Stellkraftelement versehen. Insbesondere weisen die Stellkraftelemente bei einer symmetrischen Konstruktion des Differentialgetriebes dieselbe Stärke auf. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind ein erstes Ausgleichszahnrad und ein zweites Ausgleichszahnrad im Differentialgehäuse auf dem Achsbolzen koaxial angeordnet und kämmen jeweils mit dem ersten und dem zweiten Achswellenzahnrad, so dass das Differentialgetriebe symmetrisch gestaltet ist. Insbesondere ist dann vorgesehen, dass diese Achswellenzahnräder in erfindungsgemäßer Weise axial vorgespannt sind. Die Zahnräder, insbesondere die Achswellenzahnräder, im erfindungsgemäßen Differentialgetriebe können eine Steckverzahnung mit Überdeckung aufweisen.
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Das Stellkraftelement kann eine Zugkraft oder bevorzugt eine Druckkraft auf das Ausgleichszahnrad ausüben. Das Stellkraftelement stützt sich bevorzugt direkt oder unmittelbar am oder auf dem Achsbolzen ab. Das Stellkraftelement kann direkt oder indirekt, beispielsweise über eine Anlaufscheibe oder eine Unterlegscheibe, auf das Ausgleichszahnrad einwirken.
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Der Achsbolzen des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes kann wenigstens einen radialen Vorsprung, auch als Absatz zu bezeichnen, aufweisen, auf dem sich das Stellkraftelement in axialer Richtung abstützt. Insbesondere kann der Vorsprung sich ringförmig um den Achsbolzen herum erstrecken. Darüber hinaus kann das Differentialgehäuse des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes wenigstens eine Zentriervertiefung mit einer Auflagefläche zur Aufnahme des radialen Vorsprungs des Achsbolzens aufweist. Auf diese Weise kann den Vorsprung gleichzeitig als Anschlag für die Lagefixierung des Achsbolzens im Differentialgetriebe und zur Abstützung des Stellkraftelements dienen. Dabei kann die Auflagefläche der Zentriervertiefung derart ausgeführt sein, dass sie nur teilweise die in axiale Richtung orientierte Fläche des radialen Vorsprungs überdeckt, wobei der nicht überdeckte Teil der Fläche der Anlage des Stellkraftelements dient.
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Alternativ dazu kann der Achsbolzen eine Ausnehmung, insbesondere eine sich ringförmig um den Achsbolzen herum erstreckende Ausnehmung aufweisen, welche der Aufnahme eines Teiles des Stellkraftelements dient, so dass Flächen in der Ausnehmung für die Abstützung und Fixierung des Stellkraftelements genutzt werden.
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Im Differentialgetriebe kann wenigstens ein Teil des Stellkraftelements, kurz gesagt das Stellkraftelement, den Achsbolzen ringförmig umgeben. Auf diese Weise wird eine axialsymmetrisch gleichmäßige Kraftwirkung auf das zugeordnete Ausgleichszahnrad ausgeübt.
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Um den besonderen Vorteil einer platzsparenden Aufbaus zu erreichen, kann das Stellkraftelement des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes in einer Ausnehmung oder einer Bohrung im Differentialgehäuse angeordnet sein. Anders gesagt, der sich in das Differentialgehäuse erstreckende Teil des Achsbolzens kann zur Aufnahme und zur Abstützung des Stellkraftelements dienen.
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In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist das Stellkraftelement ein elastisch verformbares Element, in welchem bei Verformung eine Rückstellkraft zu einer Gleichgewichtsform entsteht, oder ein Federelement. Das Stellkraftelement kann auch eine Federsäule oder eine Gruppe von Federelementen sein. Konkret kann das wenigstens eine Stellkraftelement des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes eine, insbesondere genau eine Schraubenfeder oder eine, insbesondere genau eine Tellerfeder sein. Die Stärke des Stellkraftelements ist konstruktionsbedingt festgelegt; für ein Differentialgetriebe respektive eine Serie von Differentialgetrieben kann ein einheitlicher Satz Stellkraftelemente ohne Einmessen zum Einsatz gelangen. Das Verbauen von Ausgleichsscheiben kann entfallen.
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In einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes kann am Achsbolzen wenigstens eine, bevorzugt genau eine Unterlegscheibe angeordnet sein, welche vom Stellkraftelement kontaktiert wird. Diese Ausführung kann für jedes der im Differentialgetriebe vorhandenen Stellkraftelemente realisiert sein, so dass ein gleichmäßig verteilter Auflagedruck erreicht wird.
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Des Weiteren kann der Achsbolzen des Differentialgetriebes einen strukturierten, zerlegbaren Aufbau haben: Der Achsbolzen kann einen ersten Hohlbolzen und einen zweiten Hohlbolzen aufweisen, welche mit wenigstens einem, bevorzugt genau einem in das Innere der Hohlbolzen einführbaren Spannelement, beispielsweise eine in ein Innengewinde eines der Hohlbolzen eingreifende und den anderen der Hohlbolzen durchmessende Spannschraube lösbar verbindbar sind. Auf diese Weise ist eine einfache Montage des wenigstens einen Stellkraftelements im Differentialgetriebe möglich. In einer Weiterentwicklung ist zusätzlich eine Schraubensicherung vorgesehen, damit die Spannschraube bewegungsfest sitzt und nur lösbar ist, wenn ein bestimmtes minimales Drehmoment an der Spannschraube anliegt. Die Schraubensicherung kann auch durch eine bis zu einem Abrissmoment haltende Verklebung realisiert sein.
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In einer Vielzahl von Ausführungsformen sind die Achswellenzahnräder und das wenigstens eine Ausgleichszahnrad des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes Kegelzahnräder, also Achswellenzahnräder oder Ausgleichszahnräder, welche in der erfindungsgemäßen Weise wirksam vorgespannt sind. Erfindungsgemäß sind Überdeckungen in Verbindung der Achswellenkegelräder beziehungsweise der Flanschwellen möglich.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes mit zwei Ausgleichszahnrädern ist symmetrisch aufgebaut: Sie umfasst ein erstes Ausgleichszahnrad und ein zweites Ausgleichszahnrad, die im Differentialgehäuse auf dem Achsbolzen koaxial angeordnet sind und jeweils mit dem ersten und dem zweiten Achswellenzahnrad kämmen, und ein erstes sich am Achsbolzen abstützendes Stellkraftelement für das erste Ausgleichszahnrad zur relativ zum Differentialgehäuse axialen Vorspannung gegen die Achswellenzahnräder und ein zweites sich am Achsbolzen abstützendes Stellkraftelement für das zweite Ausgleichszahnrad zur relativ zum Differentialgehäuse axialen Vorspannung gegen die Achswellenzahnräder. Mit anderen Worten, der gemeinsame Achsbolzen ist symmetrisch ausgeführt und dient als Abstützung für beide Stellkraftelemente, welche auf die sich im Differentialgetriebe gegenüberliegenden Ausgleichszahnräder zur Aufprägung einer Vorspannung einwirken. Auf diese Weise sind nur minimale dynamische Massen im mit den Stellkraftelementen versehenen Differentialgetriebe realisiert.
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Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe kann insbesondere ein Achsdifferentialgetriebe oder ein Mittendifferentialgetriebe sein. Bevorzugt ist das Differentialgetriebe für ein schienenloses Landfahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, bevorzugt ein Personenkraftfahrzeug oder ein Lastkraftfahrzeug, ausgelegt oder dimensioniert.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt. Es zeigt im Einzelnen:
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1 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes mit Schraubenfedern als vorspannende Stellkraftelemente,
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2 eine Abwandlung der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes mit Schraubenfedern als vorspannende Stellkraftelemente,
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3 eine alternative vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes mit Tellerfedern als vorspannende Stellkraftelemente,
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4 eine Abwandlung der in 3 gezeigten vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes mit Tellerfedern als vorspannende Stellkraftelemente, und
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5 eine Aufsicht auf die in 1 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes.
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Die 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes 10 mit Schraubenfedern 34 als vorspannende Stellkraftelemente 24, 42. In dieser Ausführungsform sind die Zahnräder Kegelzahnräder. In einem Differentialgehäuse 12 sind ein erstes Achswellenzahnrad 14 auf einem Ende einer ersten Abtriebswelle und ein zweites Achswellenzahnrad 16 auf einem Ende einer zweiten Abtriebswelle aufgenommen. Die Abtriebswellen sind koaxial zueinander ausgerichtet, so dass sich die zwei Achswellenzahnräder 14, 16 gegenüberliegen. Senkrecht zu den Abtriebswellen befindet sich zwischen den Achswellenzahnrädern ein Achsbolzen 18, auf dem drehbar ein erstes Ausgleichszahnrad 20 und ein diesem gegenüberliegendes zweites Ausgleichszahnrad 22 angeordnet sind. Die Achswellenzahnräder 14, 16 kämmen mit den Ausgleichszahnrädern 20, 22, so dass der Zahnräderzug eines Differentialgetriebes 10 realisiert ist.
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Erfindungsgemäß umfasst die gezeigte Ausführungsform als Stellkraftelement 24 eine Schraubenfeder 34, welche sich am ringförmig um den Achsbolzen 18 verlaufenden Vorsprung 26 abstützt und das erste Ausgleichszahnrad 20 in axialer Richtung entlang dem Achsbolzen 18 gegen die kämmenden Achswellenzahnrädern 14, 16 drängt, so dass eine Vorspannung dem Differentialgetriebe 10 aufgeprägt wird. Für das symmetrisch auf der dem ersten Ausgleichszahnrad 20 gegenüberliegende zweite Ausgleichszahnrad 22 ist in analoger Weise in dieser Ausführungsform ein zweites Stellkraftelement 42, hier ebenfalls eine Schraubenfeder, vorhanden. Die zwei Schraubenfedern weisen dieselbe Stärke auf, so dass in vorteilhafter Konsequenz eine symmetrische Vorspannung erzeugt wird.
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In der 1 ist deutlich erkennbar, wie vorteilhaft bauraumsparend diese bevorzugte Ausführungsform ist: Der als ein Kopfendteil ausgeführte Vorsprung 26 des Achsbolzen 18 ist in einer Zentriervertiefung 28 aufgenommen, so dass der Achsbolzen 18 fluchtend mit der Außenfläche des Differentialgehäuses 12 ist. Dieselbe konstruktive Gestaltung ist am anderen Ende des Achsbolzens 18 für das zweite Stellkraftelement 42 ausgeführt. Dabei weist die Zentriervertiefung 28 eine Auflagefläche 30 auf, die als Sitz für den Vorsprung 28 im Differentialgehäuse 12 dient. Der Achsbolzen 18 durchmisst das Innere des Differentialgetriebes 10 und erstreckt sich von einer Seite des Differentialgehäuses 12 bis zur entgegen liegenden, wobei das Differentialgehäuse 12 eine durchgehende Bohrung 32 an der einen Seite und eine entsprechende durchgehende Bohrung an der anderen entgegen liegenden Seite aufweist.
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In der gezeigten Ausführungsform besteht der Achsbolzen 18 aus einem ersten und einem zweiten Hohlbolzen 36, 38. In den ersten Hohlbolzen 36 ist ein Spannelement 40 in Form einer Spannschraube eingesenkt. Die Spannschraube weist an ihrem unteren, radial erweiterten Teil ein Außengewinde auf, das in ein Innengewinde des zweiten Hohlbolzens eingreift, so dass die zwei Hohlbolzen 36, 38 lösbar miteinander verbunden sind, indem die Spannschraube durch den ersten Hohlbolzen 36 in den zweiten Hohlbolzen 38 geschraubt wird. Im befestigten Zustand ist der Kopf der Spannschraube im ersten Hohlbolzen 36 fluchtend eingesenkt. Der Achsbolzen 18 ist bevorzugt vorteilhaft derart in seiner Masseverteilung ausgeführt, dass keine Unwucht bei einer Rotation vorliegt. In dieser Ausführungsform ist die Bohrung in zweiten Hohlbolzen 38 nicht durchgehend, sondern der zweite Hohlbolzen 38 ist gehäuseseitig noch massiv, wodurch die Auswirkungen der in den ersten Hohlbolzen 36 eingeführten Spannschraube kompensiert werden.
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Durch das Verschrauben werden die zwischen den Hohlbolzen 36, 38 und den Ausgleichszahnrädern 20, 22 liegenden Stellkraftelemente 24, 42, hier die Schraubenfedern, gespannt. Durch die Vorspannung werden die Ausgleichszahnräder 20, 22 mit den Achswellenzahnrädern 14, 16 zur spielfreien Zweiflankenanlage gebracht, wodurch das Spiel in Teilen des Antriebsstrangs eliminiert wird. Wenn sich im Falle eines Lastwechsels vom Zugbetrieb in den Schubbetrieb die Kontaktsituation zwischen den Ausgleichszahnrädern 20, 22 und den Achswellenzahnrädern 14, 16 ändert, bewirkt die Vorspannung im Betrieb einen kontinuierlichen und abhebungsfreien Kontakt. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein akustisch auffälliges Aufschlagen der Kontaktflächen verhindert werden.
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Darüber hinaus weist die in der 1 gezeigte Ausführungsform Anlaufscheiben 50 auf, die jeweils zwischen dem Differentialgehäuse 12 und dem Ausgleichszahnrad 20, 22 angeordnet sind. Des weiteren umfasst das Differentialgetriebe 10 auch Seitenscheiben 52, die jeweils zwischen dem Differentialgehäuse 12 und dem Achswellenzahnrad 14, 16 angeordnet sind.
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Die 2 ist eine Abwandlung der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes 10 mit Schraubenfedern 34 als vorspannende Stellkraftelemente 24, 42. In dieser Abwandlung sind die bereits unter Bezugnahme auf die 1 gezeigten Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Weiterentwicklung in dieser Abwandlung besteht darin, dass zusätzlich jeweils eine Unterlegscheibe 44 zwischen dem Stellkraftelement 24, 42, hier Schraubenfedern, und dem zugeordneten Ausgleichszahnrad 20, 22 angeordnet ist. In vorteilhafter Konsequenz resultiert die von den Schraubenfedern 24, 42 aufgebrachte Vorspannungskraft in einem gleichmäßigen, symmetrischen Auflagedruck der Unterlegscheiben 44.
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Die 3 stellt eine alternative vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes 10 mit Tellerfedern 46 als vorspannende Stellkraftelemente 24 dar. Auch in dieser Darstellung sind die bereits unter Bezugnahme auf die 1 gezeigten Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Abweichend von der in der 1 gezeigten Ausführungsform gelangen in dieser Realisierung alternativ zu Schraubenfedern Tellerfedern 46 zum Einsatz, die bei kleinem Einbauraum eine große Kraftwirkung entfalten kann und im Vergleich zu anderen Federn eine hohe Lebensdauer aufweist.
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In der 4 ist eine Abwandlung der in 3 gezeigten vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes 10 mit Tellerfedern 46 als vorspannende Stellkraftelemente 24 gezeigt. Ebenfalls in dieser Zeichnung sind die bereits unter Bezugnahme auf die 1 gezeigten Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Weiterentwicklung in dieser Abwandlung besteht darin, dass zusätzlich jeweils eine Unterlegscheibe 44 zwischen dem Stellkraftelement 24, 42, hier Tellerfedern, und dem zugeordneten Ausgleichszahnrad 20, 22 angeordnet ist. Wie bereits unter Bezugnahme auf die in der 2 dargestellten Ausführungsform bewirkt die von den Tellerfedern 46 aufgebrachte Vorspannungskraft einem gleichmäßigen, symmetrischen Auflagedruck der Unterlegscheiben 44.
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Die 5 ist eine Aufsicht auf die in 1 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes 10. Die Aufsicht erfolgt von der Seite des hier innerhalb des Differentialgehäuses 12 verdeckt liegenden ersten Ausgleichzahnrads 20. In der Zentriervertiefung 28 des Differentialgehäuses 12 ist der Vorsprung des Achsbolzens 18 aufgenommen, wobei dieser fluchtend mit der Außenfläche des Differentialgehäuses 12 in der Zentriervertiefung 28 abschließt. In dieser Aufsicht ist erkennbar, dass das Spannelement 40, hier eine Spannschraube, eine hexagonale Vertiefung 48 aufweist, welche als Ansatzpunkt für einen Innensechskant-Schlüssel zum Festziehen oder Lösen des Spannelements aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Differentialgetriebe
- 12
- Differentialgehäuse
- 14
- erstes Achswellenzahnrad
- 16
- zweites Achswellenzahnrad
- 18
- Achsbolzen
- 20
- erstes Ausgleichszahnrad
- 22
- zweites Ausgleichszahnrad
- 24
- Stellkraftelement
- 26
- Vorsprung
- 28
- Zentriervertiefung
- 30
- Auflagefläche
- 32
- Bohrung
- 34
- Schraubenfeder
- 36
- erster Hohlbolzen
- 38
- zweiter Hohlbolzen
- 40
- Spannelement
- 42
- zweites Stellkraftelement
- 44
- Unterlegscheibe
- 46
- Tellerfeder
- 48
- Vertiefung
- 50
- Anlaufscheibe
- 52
- Seitenscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4513635 [0003]
- EP 878643 A1 [0004]
