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GEBIET
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Die Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Differenzial mit hoher Drehmomentkapazität und drei Ausgängen und insbesondere ein Differenzial mit hoher Drehmomentkapazität und drei Ausgängen, das ein zweiteiliges Gehäuse mit einer Drehmoment transportierenden Passfeder aufweist.
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HINTERGRUND
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Die Aussagen in diesem Abschnitt bieten lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung und brauchen keinen Stand der Technik zu bilden.
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Ein typischer Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug umfasst ein Verteilergetriebe oder Differenzial, das zwischen die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs und den Motor und das Getriebe geschaltet ist. Das Differenzial wird angewandt, um Leistung von dem Getriebe auf jedes der Antriebsräder zu verteilen. Ein typisches Differenzial umfasst ein Eingangselement, das ein Gehäuse rotiert, und mehrere Seitenräder. Eines der Seitenräder ist mit einer ersten Halbachswelle verbunden, und das andere ist mit einer zweiten Halbachswelle verbunden. Jede Halbachswelle ist wiederum mit einem Antriebsrad verbunden. Zusätzlich kann das Gehäuse in einem Differenzial mit drei Ausgängen direkt mit einem Wellenelement verbunden sein, um Leistung auf einen anderen Satz Antriebsräder oder auf eine Nebenabtriebseinheit zu verteilen.
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Bei Differenzialen mit drei Ausgängen muss das Gehäuse in der Lage sein, die Übertragung von Drehmoment von dem Getriebe auf den zweiten Satz Antriebsräder oder auf die Nebenabtriebseinheit zu unterstützen. Traditionell muss das Gehäuse für eine hohe Drehmomentkapazität des Differenzials einstückig sein. Dementsprechend gibt es in der Technik Raum für ein Differenzial mit hoher Drehmomentkapazität, das leicht zu montieren ist und das die Herstellungskosten verringert.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist ein Differenzial zum Verbinden eines Eingangselements mit einem ersten, zweiten und dritten Ausgangselement vorgesehen. Das Differenzial umfasst ein Gehäuse, das mit dem Eingangselement und mit dem ersten Ausgangselement verbunden ist, wobei das Gehäuse einen ersten Abschnitt aufweist, der mit einem zweiten Abschnitt verbunden ist, wobei der erste Abschnitt eine erste Ausnehmung definiert und der zweite Abschnitt eine zweite Ausnehmung definiert, wobei die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung ausgerichtet sind und zusammenwirken, um eine Nut zu definieren. Ein Passfederelement ist in der Nut zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt angeordnet, wobei das Passfederelement den ersten Abschnitt rotatorisch mit dem zweiten Abschnitt koppelt. Ein Querelement ist an dem Gehäuse angebracht. Ein Satz Ritzelräder ist in dem Gehäuse angeordnet und um das Querelement drehbar. Ein Satz Seitenräder kämmt mit dem Satz Ritzelräder, wobei eines von dem Satz Seitenräder mit dem zweiten Ausgangselement verbunden ist und das andere von dem Satz Seitenräder mit dem dritten Ausgangselement verbunden ist.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die erste Ausnehmung entlang eines äußeren radialen Randes des ersten Abschnitts an einem Ende des ersten Abschnitts angeordnet und die zweite Ausnehmung ist entlang eines äußeren radialen Randes des zweiten Abschnitts an einem Ende des zweiten Abschnitts, das dem Ende des ersten Abschnitts zugewandt ist, angeordnet.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die erste Ausnehmung eine Bodenwand, eine Stirnwand und ein Paar gegenüberliegende Seitenwände, wobei die zweite Ausnehmung eine Bodenwand, eine Stirnwand und ein Paar gegenüberliegende Seitenwände umfasst, wobei die Stirnwand der ersten Ausnehmung der Stirnwand der zweiten Ausnehmung gegenüberliegt und die Bodenwand der ersten Ausnehmung im Wesentlichen koplanar mit der Bodenwand der zweiten Ausnehmung ist.
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Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Passfederelement eine erste Fläche, eine zweite Fläche, eine dritte Fläche, eine vierte Fläche, eine Unterseitenfläche und eine Oberseitenfläche, wobei die erste Fläche sich auf einer der zweiten Fläche entgegengesetzten Seite des Passfederelements befindet, die dritte Fläche sich auf einer der vierten Fläche entgegengesetzten Seite des Passfederelements befindet und die Unterseitenfläche sich auf einer der Oberseitenfläche entgegengesetzten Seite des Passfederelements befindet.
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Gemäß einer nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Passfederelement in der ersten Nut derart angeordnet, das die Bodenfläche parallel zu den Bodenwänden der ersten und zweiten Ausnehmung liegt, die erste Fläche der Stirnwand der ersten Ausnehmung gegenüber liegt, die zweite Fläche der Stirnwand der zweiten Ausnehmung gegenüber liegt und die dritte und vierte Wand in selektivem Kontakt mit den gegenüberliegenden Seitenwänden der ersten und zweiten Ausnehmung stehen.
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Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung definiert die Stirnwand der ersten Ausnehmung eine Öffnung, und die erste Fläche des Passfederelements definiert eine Öffnung, die mit der Öffnung in der Stirnwand der ersten Ausnehmung ausgerichtet ist.
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Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Differenzial einen Stift mit einem ersten Ende, der durch die Öffnung der Stirnwand der ersten Ausnehmung hindurch angeordnet ist und in der Öffnung in der ersten Fläche des Passfederelements angeordnet ist.
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Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Stift ein zweites Ende entgegengesetzt zu dem ersten Ende auf, wobei das zweite Ende in dem ersten Abschnitt des Gehäuses angeordnet ist, und wobei der Stift durch das Querelement hindurch angeordnet ist, um das Querelement rotatorisch mit dem ersten Abschnitt des Gehäuses zu koppeln.
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Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung liegen das Eingangselement, das erste Ausgangselement, das zweite Ausgangselement und das dritte Ausgangselement parallel zu dem Stift.
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Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Differenzial einen Planetenradsatz mit einem ersten Element, einem zweiten Element und einem dritten Element, wobei das erste Element mit dem Eingangselement gekoppelt ist, das zweite Element mit dem Gehäuse gekoppelt ist und das dritte Element mit einem feststehenden Element gekoppelt ist.
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Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das erste Element ein Sonnenrad, das zweite Element ist ein Trägerelement und das dritte Element ist ein Hohlrad.
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Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Nut und das Passfederelement jeweils im Wesentlichen rechteckig.
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Weiterer Aufgaben, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen deutlich werden, in denen gleiche Bezugszeichen auf das gleiche Bauteil, Element oder Merkmal verweisen.
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ZEICHNUNGEN
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
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1 ist ein schematisches Schaubild eines beispielhaften Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Perspektivansicht eines Differenzials mit hoher Drehmomentkapazität gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
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3 ist eine Querschnittsansicht eines Differenzials mit hoher Drehmomentkapazität genommen in der Richtung des Pfeils 3-3 in 2; und
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4 ist eine vergrößerte Perspektivansicht eines Passfederelements, das bei dem Differenzial mit hoher Drehmomentkapazität gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Nutzungen nicht einschränken.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein beispielhafter Antriebsstrang zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug allgemein mit Bezugszeichen 10 angegeben. Der Antriebsstrang 10 umfasst im Allgemeinen einen Motor 12, der ein Ausgangsdrehmoment an ein Getriebe 14 liefert. Der Motor 12 kann jeder Art von Antriebsaggregat sein, wie etwa ein Verbrennungsmotor, ein Hybridmotor oder ein Elektromotor, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Ebenso kann das Getriebe 14 verschiedene Formen annehmen, wie etwa ein Automatik- oder Handschaltgetriebe, das irgendeine Zahl von Zahnradsätzen aufweist, um mehrere Vorwärts- und Rückwärtsübersetzungsverhältnisse vorzusehen, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Das Getriebe 14 umfasst eine Ausgangswelle oder ein Ausgangselement 16, das mit einem Übertragungsmechanismus 18 verbunden ist. Der Übertragungsmechanismus 18 ist als ein koplanares Übertragungszahnrad 20 dargestellt, das mit einer Eingangswelle 22 verbunden ist. Es ist jedoch festzustellen, dass der Übertragungsmechanismus 18 verschiedene Formen annehmen kann, wie etwa eine direkte Verbindung zwischen der Ausgangswelle des Getriebes 16 und der Eingangswelle 22, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Eingangswelle 22 ist mit einem Differenzial 24 verbunden. Das Differenzial 24 ist mit einem ersten Element oder einer ersten Halbachse 26, einem zweiten Element oder einer zweiten Halbachse 28 und einem dritten Element 30 verbunden, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Die erste Halbachse 26 ist mit einem ersten Antriebsrad 32 verbunden, und die zweite Halbachse 28 ist mit einem zweiten Antriebsrad 34 verbunden. Das dritte Element 30 ist mit einer Nebenabtriebseinheit 36 verbunden. Die Nebenabtriebseinheit 36 dient dazu, Zusatzausrüstung durch den Motor 12 mit Leistung zu beaufschlagen. Alternativ kann die Nebenabtriebseinheit 36 durch ein Differenzial zum Beaufschlagen eines anderen Satzes Antriebsräder (wie etwa in einem Kraftfahrzeug mit Vierradantrieb) mit Leistung ersetzt sein.
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Den 2 und 3 zugewandt, wird nun das Differenzial 24 ausführlicher beschrieben. Das Differenzial 24 dient dazu, die Leistung von der Eingangswelle 22 an die erste Halbachse 26, die zweite Halbachse 28 und an das dritte Element 30 zu übertragen. Das Differenzial 24 umfasst einen ersten Gehäuseabschnitt 39 und einen zweiten Gehäuseabschnitt oder Deckelabschnitt 41, die eine Achse 43 definieren. Ein Planetenradsatz 40 ist einstückig in dem Gehäuseabschnitt 39 ausgebildet. Ein Ende 46 des Gehäuseabschnitts 39 wirkt als Trägerelement des Planetenradsatzes 40. Das Ende 46 des Gehäuseabschnitts 39 lagert drehbar einen Satz Planetenräder 48 (von denen nur zwei gezeigt sind), die auf Stiften 49 gelagert sind, die an dem Gehäuseabschnitt 39 befestigt sind. Ein Hohlradelement 44 (das in 2 nicht gezeigt ist) und ein Sonnenradelement 50 kämmen mit den Planetenrädern 48. Mehrere Scheiben 51 sind zwischen den Planetenrädern 48 und dem Ende 46 angeordnet. Das Hohlradelement 44 ist zur gemeinsamen Rotation mit einem feststehenden Element 52, wie etwa einem Gehäuse eines Getriebes des Kraftfahrzeugs, verbunden. Das Sonnenradelement 50 ist zur gemeinsamen Rotation mit dem Eingangselement 22 verbunden. In einer alternativen Ausführungsform ist das Hohlradelement 44 mit dem Eingangselement 22 verbunden, und das Sonnenradelement 50 ist mit dem feststehenden Element 52 verbunden.
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Der Gehäuseabschnitt 39 und der Deckelabschnitt 41 sind um die Längsachse 43 herum drehbar. Ein jeder von den Differenzialgehäuse- und Deckelabschnitten 39, 41 ist im Wesentlichen kreisförmig. Die Differenzialgehäuse- und Deckelabschnitte 39, 41 sind miteinander gekoppelt und arbeiten zusammen, um einen Hohlraum oder Zwischenraum 58 in dem Differenzial 24 zu definieren. Genauer weist der Gehäuseabschnitt 39 eine Außenfläche 55 auf und umfasst das Ende 46 und ein zweites Ende 62 entgegengesetzt zu dem ersten Ende 46. Der Gehäuseabschnitt 39 umfasst auch eine Passfederausnehmung oder eine Passfedernut 64, die in der Außenfläche 55 und nahe bei einem äußeren radialen Rand 66 des zweiten Endes 62 angeordnet ist. Die Passfederausnehmung 64 umfasst eine Stirnwand 65A, gegenüberliegende Seitenwände 65B und 65C und eine Bodenwand 65D.
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Ebenso weist der Deckelabschnitt 41 eine Außenfläche 68 auf und umfasst ein erstes Ende 70 und ein zweites Ende 72 entgegengesetzt zu dem ersten Ende 70. Das zweite Ende 72 ist mit dem dritten Element 30 verbunden. Der Deckelabschnitt 41 umfasst auch eine Passfederausnehmung oder eine Passfedernut 74, die in der Außenfläche 68 und nahe bei einem äußeren radialen Rand 76 des ersten Endes 70 angeordnet ist. Die Passfederausnehmung 74 umfasst eine Stirnwand 75A, gegenüberliegende Seitenwände 75B und 75C und eine Bodenwand 75D.
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Der Gehäuseabschnitt 39 und der Deckelabschnitt 41 sind derart miteinander gekoppelt, dass das zweite Ende 62 des Gehäuseabschnitts 39 an dem ersten Ende 70 des Deckelabschnitts 41 anschlägt. Außerdem sind die Gehäuse- und Deckelabschnitte 39, 41 radial ausgerichtet, so dass die Passfederausnehmung 64 des Gehäuseabschnitts 39 und die Passfederausnehmung 74 des Deckelabschnitts 41 fluchten, um eine im Wesentlichen rechteckige Passfedernut 78 zu bilden. Somit liegen die Stirnwände 65A und 75A einander gegenüber und die Bödenwände 65D und 75D sind koplanar. In dem angeführten Beispiel gibt es zwei Passfederausnehmungen 64 an den Gehäuseabschnitt 39 und zwei Passfederausnehmungen 74 an dem Deckelabschnitt 41, die zwei Passfedernuten 78 definieren. Es ist jedoch festzustellen, dass jede beliebige Zahl von Ausnehmungen und Nuten angewandt werden kann, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zusätzlich sind die Passfedernuten 78 radial einander gegenüber angeordnet, jedoch kann die Lage der Passfedernuten 78 entlang der radialen Ränder des Gehäuseabschnitts 39 und des Deckelabschnitts 41 variieren, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. In dem angeführten Beispiel sind der Gehäuseabschnitt 39 und der Deckelabschnitt 41 über mehrere Schrauben 80 aneinander befestigt, obwohl festzustellen ist, dass jede Zahl von Schrauben oder anderen Befestigungseinrichtungen angewandt werden kann, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Das Differenzial 24 umfasst ferner zumindest eine Passfeder 82, die dazu dient, Drehmoment zwischen dem Gehäuseabschnitt 39 und dem Deckelabschnitt 41 zu übertragen, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Die Passfeder 82 ist derart bemessen, dass sie in die Passfedernut 78 passt, die zwischen dem Gehäuse und den Deckelabschnitten 39, 41 angeordnet ist. Die Passfedernut 82 umfasst eine erste Fläche 85A, eine zweite Fläche 85B entgegengesetzt zu der ersten Fläche 85A, eine dritte Fläche 85C, eine vierte Fläche 85D entgegengesetzt zu der dritten Fläche 85C, eine Oberseitenfläche 85E und eine Unterseitenfläche 85F entgegengesetzt zu der Oberseitenfläche 85E. Wie es in 4 gezeigt ist, weist die Passfeder 82 eine im Wesentlichen rechteckige Form auf. Es ist jedoch festzustellen, dass die Passfeder 82 jede beliebige Form haben kann, die effektiv in die Passfedernut 78 passt, und dazu dient, mit den Seiten der Passfedernut 82 in Kontakt zu gelangen. Die Passfeder 82 umfasst ferner eine Öffnung oder Ausnehmung 84, die in der ersten Fläche 85A angeordnet ist.
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Zu den 2 und 3 zurückgekehrt, umfasst das Differenzial 24 auch ein Querwellenelement 90, das sich radial durch den Hohlraum 58 erstreckt. Das Querwellenelement 90 umfasst distale Enden 92, die an dem Gehäuseabschnitt 39 befestigt sind. Ein Paar Stifte 94 erstreckt sich axial durch jedes der distalen Enden 92, und verhindert, dass das Querwellenelement 90 rotiert. Die Stifte 94 umfassen jeweils ein erstes Ende 93 entgegengesetzt zu einem zweiten Ende 95. In einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Stifte 94 von Öffnungen 97 in den Stirnwänden 65A der Ausnehmungen 64 des Gehäuseabschnitts 39 in die Öffnungen 84 von jeder der Passfedern 82. In einer alternativen Ausführungsform kann die Passfeder 82 an dem Gehäuseabschnitt 39 oder dem Deckelabschnitt 41 durch einen Sprengring, der sich nahe bei den ringförmigen Rändern 66, 76 um das Differenzialgehäuse 42 erstreckt, oder durch eine Stellschraube in der Passfeder 82 befestigt sein.
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Ein Satz Zahnräder 96, der ein erstes Kegelrad 98 und ein zweites Kegelrad 100 umfasst, ist an dem Querwellenelement 90 befestigt. Das erste Kegelrad 98 ist nahe bei einem distalen Ende 92 des Querwellenelements 90 in dem Hohlraum 58 angeordnet, und das zweite Kegelrad 100 ist nahe bei den entgegengesetzten distalen Ende 92 des Querwellenelements 90 in dem Hohlraum 58 angeordnet. Der Satz Zahnräder 96 ist an dem Querwellenelement 90 und daher an dem Differenzialgehäuse 42 befestigt. Ein Paar Kugelscheiben 99 ist zwischen dem Satz Zahnräder 96 und dem Differenzialgehäuse 42 angeordnet.
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Das Differenzial 24 umfasst auch einen Satz Seitenräder 102, die ein erstes Seitenrad 104 und ein zweites Seitenrad 106 umfassen. Das erste Seitenrad 104 ist in dem Hohlraum 58 angeordnet und kämmt mit dem Satz Zahnräder 96. Das zweite Seitenrad 106 ist ebenfalls in dem Hohlraum 58 angeordnet und kämmt mit dem Satz Zahnräder 96. Ein Paar Scheiben 105 ist zwischen dem Satz Seitenräder 102 und den Gehäuse- und Deckelabschnitten 39, 41 angeordnet. Die Seitenräder 104, 106 sind auf entgegengesetzten Seiten des Satzes Zahnräder 96 angeordnet. Das erste Seitenrad 104 ist gekoppelt mit und rotiert die erste Halbachse 26, und das zweite Seitenrad 106 ist gekoppelt mit und rotiert die zweite Halbachse 28. Die erste Halbachse 26 erstreckt sich axial durch den Gehäuseabschnitt 39, durch das Sonnenradelement 50 des Planetenradsatzes 40 und aus dem Differenzial 24 heraus. Die zweite Halbachse 28 erstreckt sich axial durch den Deckelabschnitt 41 und aus dem zweiten Ende 72 des Deckelabschnitts 41 heraus. Dementsprechend ist in dem angeführten Beispiel das Eingangselement 22 eine Hohlwelle, die konzentrisch mit der ersten Halbachse 26 ist, und das dritte Element 30 ist eine Hohlwelle, die konzentrisch mit der zweiten Halbachse 28 ist.
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Unter kombinierter Bezugnahme auf die 1–4 wird während des Betriebs Leistung oder Drehmoment von dem Motor 12 an das Sonnenradelement 50 des Differenzials 24 über das Eingangselement 22 übermittelt. Die Rotation des Sonnenradelements 50 rotiert wiederum den Gehäuseabschnitt 39. Das Drehmoment oder die Leistung wird an den Deckelabschnitt 41 durch die Passfedern 82 anstelle der Befestigungsschrauben 80 übertragen. Dadurch rotiert der Deckelabschnitt 41 und überträgt die Leistung oder das Drehmoment an das dritte Element 30. Gleichzeitig rotiert die Rotation des Gehäuseabschnitts 39 und des Deckelabschnitts 41 das Querwellenelement 90 und den Satz Ritzelräder 96, die wiederum den Satz Seitenräder 102 rotieren. Der Satz Seitenräder 102 rotiert die erste und zweite Halbachse 26, 28, um die Leistung oder das Drehmoment an die Antriebsräder 32, 34 zu übertragen.
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Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur und Änderungen, die nicht von dem Kern der Erfindung abweichen, sollen im Schutzumfang der Erfindung liegen. Solche Änderungen werden nicht als Abweichung vom Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung angesehen.
