DE102012207489A1 - Differential gear, in particular in the form of an axle differential - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Differentialgetriebe zur Aufteilung der seitens eines Antriebssystems bereitgestellten Antriebsleistung auf einen ersten, sowie auf einen zweiten Abtriebsstrang. Erfindungsgemäß erfolgt der Leistungsabgriff über Hohlräder die über wenigstens ein Stirnradzapfenpaar miteinander gekoppelt sind, wobei die beiden Hohlräder über Ringbuchsenelemente axial gesichert sind die wiederum auf ein Umlaufgehäuse aufgepresst sind.The invention relates to a differential gear for dividing the drive power provided by a drive system to a first, and to a second output train. According to the invention the Leistungsabgriff via ring gears are coupled via at least one Stirnradpapfenpaar together, wherein the two ring gears are axially secured via ring bushing elements which in turn are pressed onto a circulation housing.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Differentialgetriebe zur Aufteilung der seitens eines Antriebssystems bereitgestellten Antriebsleistung auf einen ersten, sowie auf einen zweiten Abtriebsstrang. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf ein Achsdifferentialgetriebe zur Aufteilung der Antriebsleistung auf einen linken und auf einen rechten, oder einen vorderen und einen hinteren Radantriebsstrang eines Fahrzeuges.The invention relates to a differential gear for dividing the drive power provided by a drive system to a first, and to a second output train. In particular, the invention is directed to an axle differential for dividing the drive power to a left and right, or a front and a rear wheel drive train of a vehicle.
Aus
Aus
Achsdifferentialgetriebe zeichnen sich durch eine hochkompakte Anordnung von geometrisch-, werkstoff- und fertigungstechnisch anspruchsvollen Einzelkomponenten aus. Die Fertigung der Einzelkomponenten ist technologisch anspruchsvoll, die Montage der Komponenten zeitfordernd.Achsdifferentialgetriebe are characterized by a highly compact arrangement of geometrically, material and manufacturing technically demanding individual components. The production of the individual components is technologically demanding, the assembly of the components time-consuming.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Achsdifferential zu schaffen, das sich durch einen hinreichend robusten Aufbau und ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet und zudem auch unter fertigungs- und montagetechnischen Gesichtspunkten vorteilhaft herstellbar ist. The invention has for its object to provide an axle differential, which is characterized by a sufficiently robust design and advantageous mechanical performance and is also advantageously produced under production and assembly technical aspects.
Erfindungsgemäße LösungInventive solution
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Differentialgetriebe, mit:
- – einem zum Umlauf um eine Umlaufachse vorgesehenen Umlaufgehäuse,
- – einer in dem Umlaufgehäuse ausgebildeten ersten Lagerbohrung die parallel zur Umlaufachse ausgerichtet und zu dieser radial versetzt ist,
- – einer in dem Umlaufgehäuse ausgebildeten zweiten Lagerbohrung die ebenfallsparallel zur Umlaufachse ausgerichtet und zu dieser radial versetzt ist,
- – einem ersten Stirnradzapfen, der in der ersten Lagerbohrung aufgenommen ist,
- – einem zweiten Stirnradzapfen, der in der zweiten Lagerbohrung aufgenommen ist,
- – wobei die beiden Stirnradzapfen über die Lagerbohrungen derart positioniert sind, dass diese miteinander entlang eines Eingriffsabschnitts in Eingriff stehen, und
- – wobei die beiden Stirnradzapfen zueinander derart axial versetzt angeordnet sind, dass die beiden Stirnradzapfen jeweils einen ersten bzw. einen zweiten einander abgewandten und über den Eingriffsabschnitt hervorstehenden Überstandsabschnitt bilden,
- – einem ersten Hohlrad das achsgleich zur Umlauflachse angeordnet ist und das mit dem ersten Überstandsabschnitt in Eingriff steht, und
- – einem zweiten Hohlrad das auf einer dem ersten Hohlrad abgewandten Seite des Umlaufgehäuses achsgleich zur Umlaufachse angeordnet ist und das mit dem zweiten Überstandsabschnitt in Eingriff steht,
- – gekennzeichnet durch ein erstes Ringbuchsenelement das einen ersten Ringboden aufweist welcher das erste Hohlrad oder eine diese tragende Abtriebsnabe auf einer dem Eingriffsabschnitt der Stirnradzapfen abgewandten Seite hintergreift.
- A circulation housing provided for circulation about a circulation axis,
- A first bearing bore formed in the circulation housing and aligned parallel to the axis of rotation and offset radially therefrom,
- A second bearing bore, which is formed in the circulation housing and which is aligned parallel to the axis of revolution and radially offset therefrom,
- A first spur gear journal received in the first bearing bore,
- A second spur gear journal received in the second bearing bore,
- - Wherein the two Stirnradzapfen are positioned over the bearing bores such that they are engaged with each other along an engagement portion, and
- Wherein the two spur gear pins are arranged offset axially relative to one another in such a way that the two spur gear pins each form a first or a second projection section facing away from one another and projecting beyond the engagement section,
- - A first ring gear is arranged coaxially with the orbital salmon and which is in engagement with the first projection portion, and
- A second ring gear which is arranged on a side of the circulating housing facing away from the first ring gear and has the same axis as the revolving axis and which engages with the second projecting section,
- - Characterized by a first ring bushing element having a first annular bottom which engages behind the first ring gear or a hub supporting this on a side facing away from the engagement portion of the Stirnradzapfen.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Differentialgetriebe zu schaffen, bei welchem wenigstens eines der Hohlräder durch eine dieses von außen her übergreifende Struktur axial an dem Umlaufgehäuse gesichert und drehbar gelagert werden kann.This makes it possible in an advantageous manner to provide a differential gear in which at least one of the ring gears can be axially secured by the latter from the outside cross-structure on the circulation housing and rotatably supported.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein zweites Ringbuchsenelement vorgesehen, welches einen zweiten Ringboden aufweist, der das zweite Hohlrad oder eine dieses tragende Abtriebsnabe auf einer dem Eingriffsabschnitt abgewandten Seite hintergreift. Die insoweit auf beiden Seiten des Umlaufgehäuses sitzenden Ringbuchsenelemente sichern damit beide Hohlräder an dem Umlaufgehäuse und fassen diese mit dem Umlaufgehäuse zu einer Baugruppe zusammen.According to a particularly preferred embodiment of the invention, a second annular bushing element is provided, which has a second annular base, which engages behind the second ring gear or an output hub bearing this on a side facing away from the engagement portion. The extent sitting on both sides of the circulating housing ring sleeve elements thus ensure both ring gears on the circulation housing and summarize this with the circulation housing to form an assembly.
Vorzugsweise sind die beiden Ringbuchsenelemente am Umlaufgehäuse verankert. Diese Verankerung erfolgt in vorteilhafter Weise durch einen Presssitz und ggf. zusätzlich formschlüssig sichernde Geometrien. Diese zusätzlich formschlüssig sichernden Geometrien könne durch plastische Umformung, insbesondere Einpressen von Abschnitten des jeweiligen Ringbuchsenelementes in komplementäre Gegengeometrien im Umlaufgehäuse geschaffen werden.Preferably, the two ring bushing elements are anchored to the circulation housing. This anchoring takes place in an advantageous manner by a Press fit and possibly additionally positively locking geometries. This additional positive locking geometries can be created by plastic deformation, in particular pressing of sections of the respective ring bushing element in complementary counter-geometries in the circulation housing.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist wenigstens eines der beiden Ringbuchsenelemente als Tiefziehteil gefertigt. Dieses Tiefziehteil wird hierbei vorzugsweise aus einem Blechmaterial gezogen und erhält dabei einen stufenartigen Querschnitt. Der Querschnitt des jeweiligen Ringbuchsenelementes kann dabei so gestaltet sein, dass dieser einen Ringabschnitt bildet der in verbautem Zustand auf einer Außenumfangsfläche des Umlaufgehäuses sitzt. Weiterhin bildet das Ringbuchsenelement eine Ringbodenfläche welche wie eingangs angegeben das zugeordnete Hohlrad hintergreift. Diese Ringbodenfläche kann unmittelbar eine Lager- oder Anlauffläche bilden, an welcher das zugeordnete Hohlrad oder ein dieses tragendes Nabenelement anläuft. Es ist auch möglich, die Systemgeometrie so abzustimmen, dass zwischen dem Hohlrad und der diesem benachbarten Ringbodenfläche ein Ringraum verbleibt, in welchen eine Anlaufscheibe, oder ggf. auch eine anderweitige Lagereinrichtung, insbesondere ein mit Wälzkörpern bestückter Käfig einsetzbar ist. Das Ringbuchsenelement kann damit auch als Lageraußenring eines Wälzlagers fungieren, der Lagerinnenring kann durch eine entsprechende Geometrie, insbesondere Wälzkörperlaufrille direkt an dem jeweiligen Hohlrad, bzw. einem dieses Hohlrad aufnehmenden Nabenelementes ausgebildet sein.According to a particular aspect of the present invention, at least one of the two ring bushing elements is manufactured as a deep-drawn part. This deep-drawn part is in this case preferably drawn from a sheet material and thereby receives a step-like cross-section. The cross section of the respective ring sleeve element can be designed so that it forms a ring portion which sits in the installed state on an outer peripheral surface of the circulating housing. Furthermore, the ring bushing element forms a ring bottom surface which engages behind the associated ring gear as indicated at the outset. This ring bottom surface can directly form a bearing or contact surface on which the associated ring gear or a hub element carrying it starts. It is also possible to tune the system geometry such that an annular space remains between the ring gear and the ring bottom surface adjacent thereto, in which a thrust washer, or possibly also another bearing device, in particular a cage equipped with rolling elements, can be inserted. The ring bushing element can thus also act as a bearing outer ring of a roller bearing, the bearing inner ring can be formed by a corresponding geometry, in particular Wälzkörperlaufrille directly to the respective ring gear, or a hub element receiving this ring gear.
Das jeweilige Hohlrad der Differentialgetriebeeinrichtung kann so gestaltet sein, dass dieses Teil einer Wellenanschlussnabe bildet. Hierbei ist es möglich, das innenverzahnte Hohlrad als integralen Bestandteil der Wellenanschlussnabe zu fertigen, insbesondere als Fließpressteil. Eine fertigungstechnisch besonders vorteilhafte alternative Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass das Hohlrad als Hohlradring ausgebildet ist, der unter Presssitz in einen Nabenkörper eingesetzt und ggf. mit diesem stofflich verbunden, insbesondere lokal verschweißt ist. Dieser Hohlradring kann als innenverzahnter, gezogener oder fließgepresster Rohrabschnitt, oder vorzugsweise als gerollter und im Bereich der Stoßstellen verschweißter Ring gefertigt sein. The respective ring gear of the differential gear device may be designed so that this part forms a shaft connection hub. It is possible to manufacture the internally toothed ring gear as an integral part of the shaft connection hub, in particular as extruded part. A manufacturing technology particularly advantageous alternative embodiment is given by the fact that the ring gear is formed as a ring gear, which is used with interference fit in a hub body and possibly materially connected to this, in particular locally welded. This Hohlradring can be manufactured as an internally toothed, drawn or extruded tube section, or preferably as a rolled and welded in the region of the joints ring.
Die Wellenanschlussnabe ist weiterhin vorzugsweise so gestaltet, dass diese ein Topfteil mit einer innenverzahnten Nabenbohrung und einem integralen Ringrand bildet, wobei das Hohlrad wie bereits angegeben durch ein innenverzahntes Ringelement gebildet ist, das von dem Ringrand umgriffen ist und in diesem drehfest aufgenommen ist. Die Wellenanschlussnabe weist vorzugsweise einen Zylinderbundabschnitt auf, wobei dieser Zylinderbundabschnitt eine Umfangsfläche bildet die unter Belassung eines Laufspiels in einer Ringsteginnenfläche des Ringbuchsenelementes sitzt.The shaft connection hub is further preferably designed so that it forms a cup part with an internally toothed hub bore and an integral annular edge, wherein the ring gear is formed as already indicated by an internally toothed ring member which is embraced by the ring edge and is rotatably received therein. The shaft connecting hub preferably has a cylinder collar portion, wherein this cylinder collar portion forms a peripheral surface which sits in a Ringsteginnenfläche the annular sleeve element leaving a running clearance.
Eine unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gegebenen, dass auf das Umlaufgehäuse eine Antriebsringbuchse aufgesetzt ist. Diese Antriebsringbuchse kann ähnlich wie die beiden Ringbuchsenelemente als Tiefziehteil gefertigt sein. Dieses Tiefziehteil kann als relativ dickwandiges Bauteil gefertigt sein und unmittelbar mit einer Umfangsverzahnung versehen sein über welche das Bauteil mit einem Antriebsrad, insbesondere einem sog. Differentialantriebsritzel in Eingriff steht. Alternativ hierzu kann das Antriebsrad auch als Massivbauteil gefertigt sein das auf die Antriebsringbuchse aufgesetzt, insbesondere aufgepresst ist und ggf. durch Verbindungsmittel wie z.B. Schrauben oder Niete an der Antriebsringbuchse gesichert ist. Die Antriebsringbuchse selbst kann an dem Umlaufgehäuse formschlüssig verankert sein, wobei diese formschlüssige Verankerung insbesondere durch plastische Umformung, insbesondere Einpressung von Einkehlungen oder Ausstellungen erreicht werden kann. An embodiment of the invention which is particularly advantageous from a production point of view is given by the fact that a drive ring bushing is placed on the rotary housing. This drive ring bushing can be made as a deep-drawn part similar to the two ring bushing elements. This deep-drawn part can be made as a relatively thick-walled component and be provided directly with a circumferential toothing over which the component is in engagement with a drive wheel, in particular a so-called differential drive pinion. Alternatively, the drive wheel can also be made as a solid component which is placed on the drive ring bushing, in particular pressed on and optionally by connecting means such. Screws or rivets are secured to the drive ring bushing. The drive ring bushing itself can be anchored in a form-fitting manner to the circulation housing, wherein this positive anchoring can be achieved in particular by plastic deformation, in particular pressing in of indentations or exhibitions.
Die in dem Umlaufgehäuse aufgenommenen Stirnradzapfen sind vorzugsweise so gestaltet, dass diese in den im Umlaufgehäuse ausgebildeten Bohrungen kopfkreisgeführt sind. Die Stirnradzapfen können auch durch zusätzliche Lagergeometrien radial und axial abgestützt werden. Derartige Lagergeometrien können beispielsweise in Zapfen bestehen die stirnseitig in entsprechende Bohrungen der Stirnradzapfen eintauchen. Die Stirnradzapfen sind vorzugsweise als geradverzahnte Zahnradzapfen ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, diese Zahnradzapfen mit einer Schrägverzahnung zu versehen. Der sich hierbei ergebende Axialschub der Stirnradzapfen kann zur Generierung bei ergebende Axialschub der Stirnradzapfen kann zur Generierung eines Bremseffektes herangezogen werden der letztlich dazu führt, dass bei zunehmendem Antriebsmoment am Umlaufgehäuse eine gewisse Sperrung, oder Erhöhung des Koppelungsmomentes der beiden Radantriebsstränge eintritt.The received in the rotary housing spur pin are preferably designed so that they are head-guided in the holes formed in the circulation housing. The Stirnradzapfen can also be supported radially and axially by additional bearing geometries. Such bearing geometries can for example consist of pins which dive into the corresponding bores of Stirnradzapfen the front. The Stirnradzapfen are preferably formed as a spur gear toothed pin. However, it is also possible to provide these gear pins with a helical toothing. The resulting axial thrust of Stirnradzapfen can be used to generate a resulting axial thrust of Stirnradzapfen to generate a braking effect ultimately leads to a certain blockage, or increase the coupling torque of the two Radantriebsstränge occurs with increasing drive torque on the circulation housing.
Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe ist vorzugsweise so gestaltet, dass der Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung des ersten Hohlrades dem Teilkreisinnendurchmesser der Innenverzahnung des zweiten Hohlrades entspricht, und dass dieser Hohlradteilkreisinnendurchmesser dem doppelten Teilkreisdurchmesser eines Stirnradzapfens entspricht. Hierdurch wird es möglich mit lediglich einem Stirnradzapfenpaar ein robustes und zumindest weitgehend unwuchtfreies Differentialgetriebe zu schaffen.The differential gear according to the invention is preferably designed so that the pitch circle diameter of the internal gear of the first ring gear corresponds to the pitch circle inner diameter of the internal gear of the second ring gear, and that this Hohlradteilkreisinnendurchmesser corresponds to twice the pitch circle diameter of a spur gear. This makes it possible with only one Stirnradpapfenpaar to create a robust and at least largely unbalance differential gear.
Es ist auch möglich, in dem Umlaufgehäuse mehrere Bohrungspaare so auszubilden, wobei in jedem Bohrungspaar jeweils ein Stirnradpaar angeordnet ist. Diese Bohrungspaare sind vorzugsweise derart in Umfangsrichtung des Umlaufgehäuses angeordnet, dass in die Hohlräder eine reine Drehmomenteneinkoppelung ohne signifikante Lagerungsquerkräfte am Hohlrad erfolgt. Bei zwei Bohrungspaaren wird dies erreicht, indem diese Bohrungspaare einander bezüglich der Umlaufachse diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Bei drei Bohrungspaaren sind diese in einer Teilung von 120° in Umfangsrichtung abfolgend angeordnet. It is also possible to form a plurality of pairs of bores in the circulation housing, wherein a pair of spur gears is arranged in each pair of bores. These pairs of bores are preferably arranged in the circumferential direction of the circulating housing in such a way that in the ring gears a pure torque coupling occurs without significant Lagungsquerkräfte the ring gear. For two pairs of holes this is achieved by these pairs of holes are arranged diametrically opposite each other with respect to the axis of rotation. For three pairs of holes, these are arranged at a pitch of 120 ° in the circumferential direction.
Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:Further details and features of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the drawings. It shows:
Ausführliche Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures
In
Das Differentialgetriebe umfasst einen ersten Stirnradzapfen
Weiterhin umfasst das Differentialgetriebe ein erstes Hohlrad
Das hier gezeigte Differentialgetriebe zeichnet sich dadurch aus, dass ein erstes Ringbuchsenelement
Auf einer dem Eingriffsabschnitt E und dem ersten Hohlrad
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind beide Ringbuchsenelemente
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind beide Ringbuchsenelemente
Das jeweilige Hohlrad
Die Wellenanschlussnabe
Die Einleitung eines Antriebsdrehmomentes in das Umlaufgehäuse G erfolgt über eine auf das Umlaufgehäuse G aufgesetzte Struktur. Diese Struktur umfasst hier eine Antriebsringbuchse
Die Stirnradzapfen
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht der Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung des ersten Hohlrades
Zwischen dem jeweiligen Hohlrad und dem Umlaufgehäuse G ist jeweils ein Deckelelement vorgesehen das mit einer Durchbrechung versehen ist, durch welche der mit dem Hohlrad in Eingriff stehende Überstand hindurchragt. Dieses Deckelement deckt die andere Lagerbohrung ab und bewirkt eine Axialsicherung des anderen Stirnradzapfens.Between the respective ring gear and the circulation housing G, a cover element is provided in each case which is provided with an opening through which protrudes the projecting with the ring gear supernatant. This cover element covers the other bearing bore and causes an axial securing of the other spur gear.
Das hier gezeigte Umlaufgehäuse G ist als Profilabschnitt gefertigt, wobei dieses Profil vorzugsweise durch Strangpressen, oder Stranggießen insbesondere aus einem Stahl- oder Aluminiumwerkstoff gefertigt ist. Das Umlaufgehäuse G bildet die beiden Aufnahmebohrungen
Die beiden einander überlappenden Bohrungen
Die Außenumfangsfläche des Umlaufgehäuses G ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und bildet mehrere in Umfangsrichtung abfolgende axiale Einmuldungen E1, E2, E3, E4. Über diese Einmuldungen E1, E2, E3, E4 kann eine Antriebsstruktur, insbesondere ein Antriebszahnrad oder ein dieses tragendes Zwischenelement (vgl.
In
In
Wie aus
Dieses Ringelement bildet Teil einer zum Antriebswellenanschluss vorgesehenen Wellenanschlussnabe
Die Darstellung nach
In
Die Ringbuchsenelemente
In
In
In
Bei dieser Ausführungsform wird es möglich, im Umlaufgehäuse eine zentrale, zur Umlaufachse koaxiale Bohrung vorzusehen durch welche ein Wellenelement hindurchgeführt werden kann. Dies macht es möglich, das Antriebsdrehmoment eines Hohlrades auf jene Seite zu führen auf welcher sich das andere Hohlrad befindet. Es wird damit ein bezüglich des Umlaufgehäuses einseitiger Abgriff der Leistungen beider Hohlräder ermöglicht. Diese Variante hat besondere Bedeutung bei der Verwendung des Differentialgetriebes als Verzweigungsgetriebe zwischen Vorder- und Hinterachsen eines Fahrzeuges.In this embodiment, it becomes possible to provide a central, coaxial bore in the circulation housing through which a shaft element can be passed. This makes it possible to guide the drive torque of a ring gear on that side on which the other ring gear is located. It is thus possible with respect to the circulation housing unilateral tapping of the benefits of both ring gears. This variant is of particular importance when using the differential gear as a branching transmission between the front and rear axles of a vehicle.
Wie bereits vorangehend angesprochen ist es möglich, die mit dem jeweiligen Hohlrad in Eingriff stehenden axialen Überständer der Stirnradzapfen durch ein Füllstück zu führen und abzustützen. Der Grundaufbau eines derartigen Füllstückes ist in den
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20140218 Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20140218 |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20150407 |
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