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Die Erfindung betrifft eine Differentialgetriebeanordnung für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine derartige Differentialgehäuseanordnung ist in
DE 4441163 A1 beschrieben. Darüber hinaus sind Leichtbaudifferentialgehäuse mit offener Bauweise in Art eines Gehäusekorbs in zahlreichen Varianten bekannt, z. B. aus
EP 0 903 516 A1 oder
DE 10 2008 017 221 A1 oder
EP 1 624 229 A1 oder
DE 10 2009 045 424 A1 , wobei der Gehäuseaufbau unsymmetrisch ist, d. h. ein Gehäusekorb und ein Gehäusedeckel bilden zusammen das Differentialgehäuse, welches um eine Getriebeachse drehbar gelagert ist, wobei auf beiden Seiten des Differentialgehäuses im Bereich seiner Lagerstellen die Abtriebswellen angeschlossen sind.
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Bei bekannten Differentialgetrieben für Kraftfahrzeuge wird das Motordrehmoment auf den Gehäusekorb mittels eines am Außenumfang des Gehäusekorbs befestigten Antriebszahnrads übertragen, sodass der Gehäusekorb um die Getriebeachse rotiert. Dem Drehzahl- und Kräfteausgleich bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs dient ein Differentialgetriebesatz, welcher im Gehäusekorb angeordnet ist, dessen Rotation mitmacht und das Drehmoment mit an die Kurvenfahrt angepassten Drehzahlen über die Abtriebswellen auf die Fahrzeugräder überträgt.
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Unter dem Gesichtspunkt der Gewichtsreduzierung wurden früher übliche Gusskonstruktionen von Differentialgehäusen zunehmend ersetzt durch die genannten Gehäusekörbe mit offener Bauweise. Eine zusätzliche Gewichtsreduzierung wird dabei durch Gehäuseausführungen in Bügelform erzielt, deren Bauteile mit Bohrungen für die Lagerung von Mitnehmerbolzen und der Antriebswellen versehen sind.
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Derartige bekannte Leichtbaudifferentialgehäuse, welche hinsichtlich Gewicht und Bauraum erheblich reduziert sind, besitzen Gehäusekörbe aus Stahlblech oder aus Aluminiumlegierungen, die durch Umformen, beispielsweise durch Schmieden oder durch Blechumformung aus Platinen hergestellt werden.
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Wie ebenfalls bekannt lassen sich besonders günstige Bauformen im Bezug auf einen reduzierten Bauraum dadurch verwirklichen, dass ein Differentialgetriebesatz in Kegelradbauweise gewählt wird, wobei zwei, drei, vier oder noch mehr Ausgleichskegelräder zwecks weiterer Reduzierung des Bauvolumens eingesetzt werden. Neben zylindrischen Mitnehmerbolzen kommen dabei kreuz- bzw. sternförmige Mitnehmerelemente zum Einsatz.
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Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Herstellung bekannter Differentialgetriebeanordnungen mit geringem Gewicht und Bauraum besonders einfach und kostengünstig, auch für große Antriebsleistungen, zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe an einer gattungsgemäßen Differentialgetriebeanordnung gemäß dem Kennzeichen von Patentanspruch 1 gelöst.
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Dadurch dass erfindungsgemäß der Gehäusekorb aus zwei gleichen Korbhälften zusammengesetzt ist, die jeweils im Wesentlichen die Form einer Gabel mit einem Gabelmittelstück und wenigstens zwei daran angesetzten Gabelfingern aufweisen, ergibt sich die Möglichkeit, die Zahl der Bauteile erheblich zu reduzieren. Die bekannte Gehäusebauweise aus einem Gehäusekorb und einem Gehäusedeckel wird gewissermaßen ersetzt durch ein gleiches Bauteil je Korbhälften in Form einer Gabel, deren Gabelmittelstück jeweils eine Wellenbohrung für den Anschluss einer Abtriebswelle aufweist und deren Gabelfinger im Bereich Ihrer Enden miteinander zusammengefügt sind. Auch eine Fügeverbindung mit dem Antriebszahnrad kann vorgesehen sein.
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Die Mitnehmerelemente der Getriebeanordnung sind dabei wenigstens jeweils mit einem Ende in einem Gabelfinger gelagert, wobei deren Mitnehmerzapfen an gegenüberliegenden Bolzenenden oder an den vier Enden eines Zapfenkreuzes oder den mehreren Enden eines Zapfensterns ausgebildet sind, und in entsprechende Lagereinsätze in den Enden der Gabelfinger eingreifen. Die Getriebeachse bildet die Rotationsachse der Mitnehmerelemente für die Rotation des Gehäusekorbs mit Differentialgetriebe, welches in unterschiedlichen Bauarten vorstellbar ist wie beispielsweise als Kegelrad- oder Kronenraddifferential. Das Gabelmittelstück jeder Korbhälfte besitzt eine Wellenbohrung für den Anschluss- bzw. den Durchtritt des zugeordneten Endes einer mit einem anzutreibenden Rad verbundenen Abtriebswelle.
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Für beide Korbhälften gilt erfindungsgemäß, dass diese jeweils im Bereich der Enden der Gabelfinger miteinander und/oder mit dem Antriebszahnrad zusammengefügt sind. Die Antriebsfinger beider Korbhälften bilden somit im Zusammenwirken mit dem Antriebszahnrad einen drehfesten hochbelastbaren Verbund, der insoweit die bekannten massiven Differentialgehäuse entbehrlich macht.
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Dadurch dass der Gehäusekorb aus zwei gleichen Korbhälften gebildet ist ergibt sich eine weitere Vereinfachung des Gehäuseaufbaus.
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Die Gabeln der Korbhälften können dabei gleich geformt, beispielsweise vollkommen identisch sein, was sowohl hinsichtlich der Gabelfinger als auch des Gabelmittelstücks zutreffen kann.
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Vorteilhaft können die beiden Korbhälften um die Getriebeachse zueinander in Umfangsrichtung versetzt, rotationssymmetrisch zusammengefügt sein.
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In einer besonders einfachen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die beiden Korbhälften als etwa U-förmige Gabeln ausgebildet sind.
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Davon abweichend können die beiden Korbhälften auch jeweils aus Gabeln mit mehr als zwei Gabelfingern gebildet sein, welche in Umfangsrichtung abwechselnd mit gleichem Winkelabstand angeordnet sind.
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Nach einer weiteren Ausführungsform können die beiden Korbhälften auch mit gegeneinander weisenden Enden der Gabelfinger zusammengefügt sein
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Vorteilhaft können hierbei die Enden der Gabelfinger jeweils halbkreisförmig ausgespart sein, sodass sie zusammen einen Kreisausschnitt zur Aufnahme eines Lagereinsatzes für einen Mitnehmerbolzen bilden.
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Zur Verbesserung dieser Fügeverbindung kann ferner vorgesehen sein, dass z. B. auf der Innenseite der Enden der Gabelfinger ein Verstärkungsblech durch Schweißen befestigt ist, welches eine Bohrung zum Umschließen eines Lagereinsatzes aufweist.
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Schließlich kann in weiterer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die beiden Korbhälften mit in Axialrichtung überlappenden Enden Ihrer Gabelfinger zusammengefügt sind.
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Die Enden der Gabelfinger können dabei mit ihren Endabschnitten übereinanderliegen, wobei sie jeweils eine kreisförmige Aussparung aufweisen, welche zusammengefügt eine gemeinsame Bohrung zur Aufnahme eines Lagereinsatzes für einen Mitnehmerbolzen bilden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass im Verbindungsbereich der Enden der Gabelfinger über den Außenumfang der Korbhälften ein Spannring aufgepresst und mit den Enden der Gabelfinger verschweißt ist. Dadurch kann zusätzlich zur Aussteifung des Gehäusekorbs durch das Antriebszahnrad die Festigkeit der Fügeverbindung noch weiter erhöht werden, sofern sich dies für besonders hohe Drehmomente als erforderlich erweisen sollte.
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Schließlich ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass im Verbindungsbereich der Korbhälften die Endabschnitte der Gabelfinger in Umfangsrichtung beidseitig verbreitert ausgebildet sind, derart dass benachbarte Gabelfinger unter Ausbildung eines ganz oder teilweise geschlossenen Umfangsrings aneinander anschließen. Die Stabilität dieses geschlossenen Umfangsrings kann noch durch Zusammenschweißen der Verbreiterungen weiter verbessert werden.
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Auch ohne derartige Verbreiterungen ist eine vergleichbar feste Fügeverbindung dadurch erzielbar, dass das Antriebszahnrad mit den Enden der Gabelfinger beider Korbhälften verschweißt ist.
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Ein besonders einfaches Herstellungsverfahren ist dadurch gegeben, dass die Korbhälften jeweils aus einer Blechplatine durch Kaltumformen hergestellt sind. Auch deren Herstellung durch Warmumformen aus Stahlblech ist gleichermaßen vorteilhaft. Die Platine ist dabei derart zu gestalten, dass das Gabelmittelstück eine zentrale Bohrung für den Durchtritt des Anschlussendes einer Abtriebswelle aufweist und dass im Bereich der Enden der Gabelfinger die Bohrungen für den Eintritt von Mitnehmerbolzen oder zur Aufnahme von Lagereinsätzen für Mitnehmerbolzen vorgestanzt sind. Aus derartigen Platinen, welche zunächst in ebener Form hergestellt werden entstehen durch Umformen die gewünschten Korbhälften in Gabelform. Nach dem Umformen kann zur Erhöhung der Festigkeit eine geeignete Wärmebehandlung, z. B. durch Vergüten, folgen.
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Im Folgenden werden mehrere Ausführungsvarianten der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
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1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Differentialgetriebeanordnung mit teilweisem Axialschnitt, deren Gehäusekorb aus zwei gleichen Korbhälften aus U-förmigen Gabeln die um 90° zueinander versetzt sind, besteht.
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2 einen Schnitt gemäß II-II der 1.
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3 einen teilweisen Axialschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Differentialgetriebeanordnung mit versetzt angeordnetem Antriebszahnrad.
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4 einen Querschnitt durch eine Stoßverbindung der Enden der Gabelfinger beider Korbhälften.
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5 eine Draufsicht zu 4.
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6 einen Querschnitt durch eine Überlappungsverbindung der Enden der Gabelfinger beider Korbhälften.
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7 eine Draufsicht zu 6.
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8 einen Axialschnitt durch eine weitere Variante einer Differentialgetriebeanordnung mit einem diametral angeordneten Mitnehmerbolzen und zwei Korbhälften jeweils in Form einer Gabel mit in Umfangsrichtung verbreiterten Enden der Gabelfinger.
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9 eine ebene Platine vor Umformung zu einer Korbhälfte in Form einer Gabel mit zwei Gabelfingern.
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1 zeigt eine Seitenansicht einer Differentialgetriebeanordnung mit teilweisem Axialschnitt unterhalb der Getriebeachse A. Ein als Leichtbaugehäuse ausgebildeter Gehäusekorb 1 ist aus zwei Korbhälften 2, 3 zusammengesetzt, welche zueinander um 90° verdreht angeordnet sind. Jede Korbhälfte 2, 3 besitzt etwa die Form einer U-förmigen Gabel 4 mit jeweils zwei Gabelfingern 5, 6, die über ein Gabelmittelstück 7 miteinander verbunden sind. Jedes Gabelmittelstück 7 besitzt eine Wellenbohrung 8 für den Anschluss einer (nicht gezeichneten) Abtriebswelle. Dem Anschluss der Abtriebswelle dient eine Innenkerbverzahnung 9 der Nabe 10 eines Abtriebskegelrads 11 des in 1 gezeigten Kegelraddifferentials. Am Gabelmittelstück 7 ist ein Lagerflansch 13 ausgebildet, auf dessen Außenumfang bevorzugt ein Schrägkugellager sitzt, welches der Lagerung des Gehäusekorbs 1 innerhalb eines nicht dargestellten Getriebegehäuses dient. Ein Antriebszahnrad 15 sitzt drehfest auf dem Außenumfang der Enden 16 der Gabelfinger 5, 6. Üblicherweise ist das Antriebszahnrad 15 mit den Enden 16 der Gabelfinger durch Fügen verbunden, wobei übliche Verbindungsmittel wie eine Schweiß- oder Schraubverbindung geeignet sind.
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Der Drehmomentübertragung vom Antriebszahnrad 15 auf den Gehäusekorb 1 dient ein Mitnehmerkreuz 17 welches in der in 2 dargestellten Stirnansicht zu 1 (Schnitt II-II) deutlich erkennbar ist. Es besitzt an seinem Umfang vier kreuzförmig abragende Mitnehmerzapfen 18, deren Enden jeweils in einem Lagereinsatz 19 aufgenommen sind. Die Lagereinsätze 19 sitzen in Bohrungen der Enden 16 der Gabelfinger 5, 6.
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Das in den 1, 2 gezeigte Differentialgetriebe besitzt insgesamt vier Ausgleichskegelräder 20, welche jeweils auf einem Mitnehmerzapfen 18 lose drehbar gelagert sind.
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Die 3 zeigt eine Variante einer Differentialgetriebeanordnung mit speziell angeordnetem Antriebszahnrad.
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Verglichen mit der Variante gemäß den 1, 2 ist das Antriebszahnrad 15 bezüglich der Mittelebene des Gehäusekorbs 1 zur rechten Korbhälfte 2 hin versetzt. Im Übrigen sind in 3 mit der Getriebevariante gemäß den 1 und 2 gleiche Bauteile mit denselben Bezugsziffern versehen.
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Die 4, 5 und 6, 7 zeigen jeweils im Schnitt und in der Draufsicht unterschiedliche Fügekonstruktionen zum Verbinden der Enden 16 der Gabelfinger 5, 6 der die beiden Korbhälften 2, 3 bildenden Gabeln 4 miteinander und mit einem an deren Außenumfang aufgepressten Spannring 24, welcher beidseitig mittels Schweißnähten 25 mit der Außenseite der Enden 16 der Gabelfinger 5, 6 verschweißt ist. Bei der Ausführung nach den 4 und 5 stoßen die Enden 16 der Gabelfinger stumpf gegeneinander wobei sie an Ihren Enden jeweils einen halbkreisförmigen Ausschnitt zur Aufnahme eines Lagereinsatzes 19 besitzen. Auf der Innenseite der Enden 16 der beiden Gabelfinger ist ein Verstärkungsblech 26 angeschweißt welches mit einer Bohrung zum Umfassen des Lagereinsatzes 19 versehen ist. Das Antriebszahnrad 15 sitzt entweder auf dem Spannring 24 oder ersetzt diesen, indem es auf die gleiche Weise auf dem Außenumfang der beiden Korbhälften 23 in deren Verbindungsbereich befestigt ist.
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Bei der Ausführungsform nach dem 6, 7 stoßen die Enden 16 der Gabelfinger nicht stumpf gegeneinader sondern überlappen sich, sodass sich hier die zusätzliche Anbringung eines Verstärkungsblechs, wie in den 4, 5 gezeigt, erübrigt.
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Die Fügekonstruktionen gemäß den 4, 5 und 6, 7 eignen sich für Gehäusekörbe, deren Korbhälften mit den Enden Ihrer Gabelfinger aufeinander zuweisen, d. h. die Gabeln 4 beider Korbhälften 2, 3 befinden sich in Umfangsrichtung gesehen in der selben Drehlage, sodass sie bei der Herstellung der Fügeverbindung entweder gegeneinander stoßen (4, 5) oder sich aufeinander überlappen (6, 7); in beiden Fällen gelingt es jedoch, die angestrebte Herstellungsvereinfachung mit Korbhälften zu verwirklichen deren Gabeln identisch ausgeführt sind, d. h. die beiden Korbhälften gleichen sich identisch, sodass sie auf der selben Vorrichtung durch Umformen hergestellt werden können.
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Auf eine weitere Gehäusekorbvariante beziehen sich die 8 und 9. Dort kommt im Prinzip die in den 1 und 2 bereits beschriebene Ausführung der beiden Korbhälften 2, 3 zur Anwendung, nämlich als Gabeln mit jeweils einem Gabelmittelstück 7 und zwei Gabelfingern 5, 6. Ein Unterschied zwischen beiden Varianten besteht jedoch darin, dass das Differentialgetriebe gemäß den 8 und 9 nur zwei Ausgleichskegelräder 20 aufweist, welche um einen einfachen geradlinigen Mitnehmerbolzen 27 drehbar gelagert sind. Im Übrigen sind ich auch in den 8 und 9 gleiche Bauteile mit den selben Bezugsziffern wie in den 1 und 2 bezeichnet.
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Ein weiterer Unterschied gegenüber der Ausführungsform nach den 1, 2 besteht darin, dass die Variante nach den 8 und 9 einen Gehäusekorb 1 zeigt, bei welchem im Verbindungsbereich der beiden Korbhälften 2, 3 die Enden 16 der Gabelfinger 5, 6 in Umfangsrichtung beidseitig verbreitert ausgebildet sind. entsprechende Verbreiterungen 28 zeigt der Zuschnitt der in 9 dargestellten ebenen Platine vor deren Umformen in die Form einer Gabel 4, also zu einer der beiden Korbhälften 2, 3. Die Verbreiterungen 28 sind hierbei so dimensioniert, dass sich deren Enden in Umfangsrichtung, wie in 8 gezeigt, berühren bzw. dicht nebeneinander liegen, sodass sie miteinander auch verschweißt oder durch Verklammern (Verclinchen) verbunden werden können.
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Die Platine gemäß 9 besitzt in Ihrem Zentrum eine Bohrung 29 für den Anschluss einer Abtriebswelle und mittig im Bereich der Enden 16 der Finger 5, 6 jeweils eine Bohrung 30 zur Aufnahme der beiden Enden des Mitnehmerbolzens 27, wie in 9 gezeigt.
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Da bei der Variante des Gehäusekorbs 1 gemäß den 8 bis 9 nur ein geradliniger Mitnehmerbolzen 27 für zwei Ausgleichskegelräder 20 vorgesehen ist, bleiben die Bohrungen 30 der anderen Korbhälfte 3 ungenutzt, vorausgesetzt für beide Korbhälften 2, 3 wird als Ausgangsmaterial eine identische Platine, wie in 9 dargestellt, verwendet.
