DE102015108393A1

DE102015108393A1 - Achsbaugruppe mit einem Schräglager, das einen Zahnkranz zur Drehung an einem Achsgehäuse abstützt

Info

Publication number: DE102015108393A1
Application number: DE102015108393.0A
Authority: DE
Inventors: James P. Downs; Paul J. Valente
Original assignee: American Axle and Manufacturing Inc
Current assignee: American Axle and Manufacturing Inc
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2015-05-28
Publication date: 2015-12-03
Anticipated expiration: 2035-05-29
Also published as: CN105276120A; BR102015011976A2; DE102015017322B3; BR102015011976B1; DE102015108393B4; CN105276120B

Abstract

Eine Achsbaugruppe, die ein Gehäuse, ein Antriebsritzel, einen Zahnkranz, ein Schräglager und eine Differentialbaugruppe aufweist. Das Antriebsritzel hat eine Vielzahl von Ritzelzähnen und ist in dem Gehäuse zur Drehung um eine erste Achse aufgenommen. Der Zahnkranz, der in das Gehäuse aufgenommen ist, ist ein Kegelrad mit Zahnkranzzähnen, die einen Teilkegelwinkel definieren und mit den Ritzelzähnen kämmend eingreifen. Das Schräglager stützt den Zahnkranz zur Drehung an dem Gehäuse um eine zweite Achse ab, die quer zu der ersten Achse ist. Das Schräglager hat einen ersten Laufring, der integral in den Zahnkranz geformt ist, einen zweiten Laufring und eine Vielzahl von zwischen den ersten und zweiten Laufringen angeordneten Kugellagerkugeln. Die Differentialbaugruppe hat ein Differentialgehäuse, das auf den Zahnkranz zur damit verbundenen Drehung montiert ist.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine „continuation-in-part“-Anmeldung der US-Patentanmeldung Nr. 14/205,535, eingereicht am 12. März 2014, die den Nutzen aus der vorläufigen Anmeldung Nr. 61/787,547, eingereicht am 15. März 2013 beansprucht. Die vollständige Offenbarung jeder der vorgenannten Anmeldungen wird hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Achsbaugruppe mit einem Schräglager, das einen Zahnkranz zur Drehung auf einem Achsgehäuse abstützt.
HINTERGRUND
Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen bezogen auf die vorliegende Offenbarung bereit, die nicht notwendigerweise Stand der Technik sind.
Moderne Kraftfahrzeuge, besonders Leicht-LKWs, verwenden typischerweise Starrachsen, die in Form einer Banjo-Achse oder einer Salisbury-Achse aufgebaut sind. In Stand der Technik ist bekannt, dass eine Banjo-Achse ein Gehäuse verwendet, das aus zwei identischen Trägerhälften hergestellt ist, die an den vorderen und hinteren Kanten, wo die Trägerhälften aneinander stoßen, aneinander geschweißt sind. Ein Gehäuse für eine herkömmliche Banjo-Achse wird in dem US-Patent Nr. 2,674,783 offenbart. Wie ebenfalls im Stand der Technik bekannt ist, verwendet eine Salisbury-Achse ein Gehäuse, das einen Mittelträger und ein Paar von Achsrohren aufweist, die eingepresst oder anderweitig dauerhaft an dem Mittelträger befestigt sind. Ein Gehäuse für eine Salisbury-Achse ist in dem US-Patent Nr. 7,878,059 offenbart.
ZUSAMMENFASSUNG
Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung bereit und ist keine umfassende Offenbarung ihres gesamten Schutzumfangs oder aller ihrer Merkmale.
In einer Form stellt die vorliegende Lehre eine Achsbaugruppe bereit, die ein Achsgehäuse, ein Antriebsritzel, einen Zahnkranz, ein Schräglager und eine Differentialbaugruppe aufweist. Das Antriebsritzel ist in dem Achsgehäuse aufgenommen und ist um eine erste Achse drehbar. Das Antriebsritzel hat eine Vielzahl von Ritzelzähnen. Der Zahnkranz ist in dem Achsgehäuse aufgenommen und ist ein Kegelrad mit einer Vielzahl von Zahnkranzzähnen, die mit den Ritzelzähnen kämmend eingreifen. Die Zahnkranzzähne definieren einen Teilkegelwinkel. Das Schräglager stützt den Zahnkranz zur Drehung an dem Achsgehäuse um eine zweite Achse ab, die quer zu der ersten Achse ist. Das Schräglager hat einen ersten Laufring, der integral in den Zahnkranz geformt ist, einen zweiten Laufring und eine Vielzahl von zwischen den ersten und zweiten Laufringen angeordneten Kugellagerkugeln. Die Differentialbaugruppe hat ein Differentialgehäuse, das an dem Zahnkranz zur damit verbundenen Drehung montiert ist.
In einer weiteren Form stellt die vorliegende Lehre eine Achsbaugruppe bereit, die ein Achsgehäuse, ein Antriebsritzel, einen Zahnkranz, ein Vierpunkt-Schräglager und eine Differentialbaugruppe aufweist. Das Antriebsritzel ist in dem Achsgehäuse aufgenommen und ist um eine erste Achse drehbar. Das Antriebsritzel hat eine Vielzahl von Ritzelzähnen. Der Zahnkranz ist in dem Achsgehäuse aufgenommen. Der Zahnkranz ist ein Kegelrad mit einer Vielzahl von Zahnkranzzähnen, die mit den Ritzelzähnen kämmend eingreifen. Die Zahnkranzzähne definieren einen Teilkegelwinkel. Das Vierpunkt-Schräglager stützt auf dem Achsgehäuse den Zahnkranz zur Drehung um eine zweite Achse ab, die quer zu der ersten Achse ist. Das Vierpunkt-Schräglager hat einen ersten Laufring, der integral in den Zahnkranz geformt ist, einen zweiten Laufring und eine Vielzahl von Kugellagerkugeln, die zwischen den ersten und zweiten Laufringen angeordnet sind. Der zweite Laufring wird durch ein erstes Laufringelement und ein zweites Laufringelement definiert. Das erste Laufringelement, die Kugellagerkugeln und der erste Laufring wirken zusammen, um einen ersten Berührungswinkel zu definieren, während das zweite Laufringelement, die Kugellagerkugeln und der erste Laufring zusammenwirken, um einen zweiten Berührungswinkel zu definieren. Der erste Berührungswinkel ist innerhalb von ±15 Grad senkrecht zu dem Teilkegelwinkel der Zahnkranzzähne. Die Differentialbaugruppe hat ein Differentialgehäuse, das an dem Zahnkranz zur damit verbundenen Drehung montiert ist.
Weitere Anwendungsbereiche werden durch die hier bereitgestellte Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und konkrete Beispiele in dieser Zusammenfassung sind nur zur Veranschaulichung gedacht und nicht zur Einschränkung des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung gedacht.
ZEICHNUNGEN
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zum Zwecke der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsbeispiele und nicht aller möglichen Umsetzungen und sind nicht zur Einschränkung des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung gedacht.
1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Fahrzeugs mit einer Achsbaugruppe, die in Übereinstimmung mit der Lehre der vorliegenden Offenbarung aufgebaut ist;
2 ist eine Längsschnittansicht eines Teils der Achsbaugruppe von 1; und
3 ist ein vergrößerter Teil von 2.
Entsprechende Bezugszahlen bezeichnen entsprechende Teile durch alle Ansichten der Zeichnungen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf 1 der Zeichnungen wird ein beispielhaftes Fahrzeug mit einer Achsbaugruppe (z.B. eine Hinterachsbaugruppe), die in Übereinstimmung mit der Lehre der vorliegenden Offenbarung aufgebaut ist, allgemein durch die Bezugszahl 10 bezeichnet. Das Fahrzeug 10 kann einen Motorstrang 12 und ein Antriebssystem oder einen Antriebsstrang 14 haben. Der Motorstrang 12 kann herkömmlich aufgebaut sein und kann eine Kraftquelle 16 und ein Getriebe 18 umfassen. Die Kraftquelle 16 kann aufgebaut sein, um Antriebskraft bereitzustellen, und kann zum Beispiel eine Verbrennungsmaschine und/oder einen Elektromotor umfassen. Das Getriebe 18 kann Antriebskraft von der Kraftquelle 16 aufnehmen und kann an den Antriebsstrang 14 Kraft ausgeben. Das Getriebe 18 kann eine Vielzahl von automatisch oder manuell gewählten Getriebeübersetzungen haben. Der Antriebsstrang 14 hat in dem besonderen bereitgestellten Beispiel eine Zweirad-Hinterradantriebskonfiguration, aber Fachleute verstehen, dass die Lehre der vorliegenden Offenbarung auf andere Antriebsstrangkonfigurationen anwendbar ist, Vierradantriebskonfigurationen, Allradantriebskonfigurationen und Frontantriebskonfigurationen eingeschlossen. Der Antriebsstrang 14 kann eine Antriebswelle 20 und eine Hinterachsbaugruppe 22 aufweisen. Die Antriebswelle 20 kann das Getriebe 18 so an die Hinterachsbaugruppe 22 kuppeln, dass eine Ausgangsdrehleistung des Getriebes 18 durch die Hinterachsbaugruppe 22 aufgenommen wird. Die Hinterachsbaugruppe 22 kann die Drehleistung an die Fahrzeughinterräder 26 verteilen.
Mit Bezug auf 2 kann die Hinterachsbaugruppe 22 ein Gehäuse 30, ein Antriebsritzel 32, einen Zahnkranz 34, eine Differentialbaugruppe 36 und ein Paar von Achswellen 38 aufweisen. Das Antriebsritzel 32 kann um eine erste Achse 40 drehbar sein, während der Zahnkranz 34 und die Differentialbaugruppe 36 um eine zweite Achse 42 drehbar sein können, die quer (z.B. senkrecht) zu der ersten Achse 40 sein kann.
Das Gehäuse 30 kann einen Differentialhohlraum 50 definieren, in den die Differentialbaugruppe 36 aufgenommen werden kann. Das Antriebsritzel 32 kann in den Differentialhohlraum 50 aufgenommen werden und kann eine Vielzahl von Ritzelzähnen 52 aufweisen.
Der Zahnkranz 34 kann in dem Differentialhohlraum 50 aufgenommen werden und kann eine Vielzahl von Zahnkranzzähnen 60 aufweisen, die kämmend mit den Ritzelzähnen 52 eingreifen. Der Zahnkranz 34 kann ein Kegelrad (z.B. ein Spiralkegelrad) sein, und die Zahnkranzzähne 60 können einen Teilkegelwinkel 62 definieren. Der Teilkegelwinkel 62 kann in einer gewünschten Weise dimensioniert werden, wie z.B. zwischen 65 Grad und 55 Grad von der zweiten Achse 42, und vorzugsweise zwischen 63 Grad und 57 Grad von der zweiten Achse 42.
Ein Schräglager 70 kann den Zahnkranz 34 zur Drehung an dem Gehäuse 30 um die zweite Achse 42 abstützen. Das Schräglager 70 kann einen ersten Laufring 72 haben, der integral in den Zahnkranz 34 geformt sein kann (d.h. bearbeitet), einen zweiten Laufring 74, der durch ein oder mehrere Laufringelemente definiert sein kann, und eine Vielzahl von Kugellagerkugeln 76, die zwischen den ersten und zweiten Laufringen 72 und 74 angeordnet sein können. In dem besonderen bereitgestellten Beispiel sind die Kugellagerkugeln 76 einreihig angeordnet, das Schräglager 70 ist ein Vierpunkt-Schräglager, und der zweite Laufring 74 umfasst erste und zweite Laufringelemente 78 und 80, die in einer gewünschten Weise entlang der zweiten Achse 42 positioniert sein können, um das Schräglager 70 in einer gewünschten Weise vorzuspannen. Jedes der ersten und zweiten Laufringelemente 78 und 80 wirkt mit den Kugellagerkugeln 76 und dem ersten Laufring 72 zusammen, um jeweils erste und zweite Berührungswinkel 82 und 84 zu definieren. Der erste Berührungswinkel 82, der durch das erste Laufringelement 78, die Kugellagerkugeln 76 und den ersten Laufring 72 definiert wird, liegt innerhalb eines vorbestimmten Bereichs senkrecht zu dem Teilkegelwinkel 62 der Zahnkranzzähne 60. Der vorbestimmte Bereich kann ±15 Grad sein, und stärker bevorzugt kann der vorbestimmte Bereich ±10 Grad sein. Der Teilkegelwinkel 62 der Zahnkranzzähne 60 ist in dem besonderen bereitgestellten Beispiel 60 Grad, und der erste Berührungswinkel 82 ist 55 Grad. Der zweite Berührungswinkel 84, der durch das zweite Laufringelement 80, die Kugellagerkugeln 76 und den ersten Laufring 72 definiert wird, kann allgemein senkrecht zu dem ersten Berührungswinkel 82 und allgemein parallel zu dem Teilkegelwinkel 62 der Zahnkranzzähne 60 sein.
In dem bereitgestellten Beispiel ist der erste Laufring 72 ein äußerer Lagerlaufring des (Vierpunkt-)Schräglagers 70, während der zweite Laufring 74 ein innerer Lagerlaufring des (Vierpunkt-)Schräglagers 70 ist, und als solche sind die ersten und zweiten Laufringelemente 78 und 80 auf einem röhrenartigen Vorsprung 88 des Gehäuses 30 montiert. Das Schräglager 70 kann in jeder gewünschten Weise vorgespannt sein. In dem bereitgestellten Beispiel ist ein Teil des röhrenartigen Vorsprungs 88 mit einem Gewinde versehen und in Gewindeeingriff mit einer Mutter 90, die verwendet wird, um eine Spannkraft zum Vorspannen des Schräglagers 70 zu erzeugen. Während die ersten und zweiten Laufringe 72 und 74 als äußere bzw. innere Lagerlaufringe beschrieben wurden, verstehen Fachleute, dass alternativ der erste Laufring 72 als ein innerer Lagerlaufring geformt sein könnte und der zweite Laufring 74 als ein äußerer Lagerlaufring geformt sein könnte.
Die Differentialbaugruppe 36 kann ein Differentialgehäuse 100, ein Paar von Ausgangselementen 102 und ein Mittel 104, das einen Drehzahlunterschied zwischen den Ausgangselementen 102 erlaubt, umfassen. Das Differentialgehäuse 100 kann mit dem Zahnkranz 34 zur damit verbundenen Drehung fest verbunden sein, und als solche werden herkömmliche Lager zum unmittelbaren Abstützen des Differentialgehäuses 100 zur Drehung auf dem Gehäuse 30 nicht benötigt. Die Ausgangselemente 102 können drehbar um die zweite Achse 42 angeordnet sein. Das Mittel 104 für Drehzahlunterschied kann jedes Mittel umfassen, um einen Drehzahlunterschied zwischen den Ausgangselementen 102 zu erlauben. Das Mittel 104 für Drehzahlunterschied kann zum Beispiel eine oder mehrere Kupplungen aufweisen, wie zum Beispiel Rutschkupplungen (nicht dargestellt), die betrieben werden können, um einen Drehzahlunterschied zwischen den Ausgangselementen 102 zu erlauben/kontrollieren. In dem besonderen bereitgestellten Beispiel umfasst das Mittel 104 für Drehzahlunterschied ein Differentialgetriebe 110 mit einem Querstift 112, einem Paar von Differentialritzeln 114 (nur eines dargestellt) und ein Paar von Achswellenrädern 116, die mit den Ausgangselementen 102 zusammengeformt sind. Der Querstift 112 kann an dem Differentialgehäuse 100 montiert werden und kann allgemein senkrecht zur zweiten Achse 42 angeordnet werden. Die Differentialritzel 114 können drehbar auf dem Querstift 112 montiert werden und können mit den Achswellenrädern 116 kämmend eingreifen.
Jedes der Ausgangselemente 102 kann fest und nicht drehbar mit einem zugehörigen der Achswellenräder 116 gekuppelt werden. Jedes der Ausgangselemente 102 kann eine innen keilverzahnte Struktur umfassen, die auf eine entsprechende der Achswellen 38 montiert werden kann. Ein Achswellenlager 120 kann das innere Ende jeder Achswelle 38 zur Drehung an dem Gehäuse 30 abstützen. Es versteht sich entsprechend, dass die Hinterachsbaugruppe 22 keine Lager verwendet, um das Differentialgehäuse 100 zur Drehung an dem Gehäuse 30 unmittelbar abzustützen.
Die vorangegangene Beschreibung der Ausführungsbeispiele wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Offenbarung begrenzen. Einzelne Elemente oder Merkmale eines besonderen Ausführungsbeispiels sind allgemein nicht auf dieses besondere Ausführungsbeispiel begrenzt, sind aber dort, wo sie anwendbar sind, austauschbar und können in einem ausgewählten Ausführungsbeispiel verwendet werden, selbst wenn sie nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben sind. Dieselben können auch in vielfacher Weise abgewandelt werden. Solche Abänderungen dürfen nicht als eine Abweichung der Offenbarung angesehen werden, und alle solche Veränderungen sollen in den Schutzumfang der Offenbarung eingeschlossen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2674783 [0004]
US 7878059 [0004]

Claims

Achsbaugruppe, umfassend: ein Achsgehäuse; ein Antriebsritzel, aufgenommen in das Achsgehäuse und drehbar um eine erste Achse, wobei das Antriebsritzel eine Vielzahl von Ritzelzähnen hat; einen Zahnkranz, aufgenommen in das Achsgehäuse, wobei der Zahnkranz ein Kegelrad mit einer Vielzahl von Zahnkranzzähnen ist, die mit den Ritzelzähnen kämmend eingreifen, wobei die Zahnkranzzähne einen Teilkegelwinkel definieren; ein Schräglager, das den Zahnkranz zur Drehung an dem Achsgehäuse um eine zweite Achse abstützt, die quer zu der ersten Achse ist, wobei das Schräglager einen ersten Laufring, der mit dem Zahnkranz zur damit verbundenen Drehung gekuppelt ist, einen zweiten Laufring und eine Vielzahl von Kugellagerkugeln hat, die zwischen den ersten und zweiten Laufringen angeordnet sind; und eine Differentialbaugruppe mit einem Differentialgehäuse, wobei das Differentialgehäuse auf den Zahnkranz zur damit verbundenen Drehung montiert ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der zweite Laufring ein erstes Laufringelement umfasst, das mit den Kugellagerkugeln zusammenwirkt, und der erste Laufring einen ersten Berührungswinkel definiert, und wobei der erste Berührungswinkel innerhalb von ±15 Grad senkrecht zu dem Teilkegelwinkel der Zahnkranzzähne ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 2, wobei der Teilkegelwinkel zwischen 65 Grad und 55 Grad von der zweiten Achse ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 2, wobei der erste Berührungswinkel innerhalb von ±10 Grad senkrecht zu dem Teilkegelwinkel der Zahnkranzzähne ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 3, wobei der Teilkegelwinkel zwischen 63 Grad und 57 Grad von der zweiten Achse ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 5, wobei der erste Berührungswinkel innerhalb von ±10 Grad senkrecht zu dem Teilkegelwinkel der Zahnkranzzähne ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 5, wobei der Teilkegelwinkel 60 Grad von der zweiten Achse ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 7, wobei der erste Berührungswinkel innerhalb von ±10 Grad senkrecht zu dem Teilkegelwinkel der Zahnkranzzähne ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 2, wobei der erste Berührungswinkel innerhalb von ±10 Grad senkrecht zu dem Teilkegelwinkel der Zahnkranzzähne ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Differentialbaugruppe ferner ein Differentialgetriebe umfasst, das konfiguriert ist, um eine Dreheingangsleistung von dem Differentialgehäuse aufzunehmen.
Achsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der erste Laufring integral in den Zahnkranz geformt ist.
Achsbaugruppe, umfassend: ein Achsgehäuse; ein Antriebsritzel, aufgenommen in das Achsgehäuse und drehbar um eine erste Achse, wobei das Antriebsritzel eine Vielzahl von Ritzelzähnen hat; einen Zahnkranz, aufgenommen in das Achsgehäuse, wobei der Zahnkranz ein Kegelrad mit einer Vielzahl von Zahnkranzzähnen ist, die mit den Ritzelzähnen kämmend eingreifen, wobei die Zahnkranzzähne einen Teilkegelwinkel definieren; ein Vierpunkt-Schräglager, das den Zahnkranz zur Drehung an dem Achsgehäuse um eine zweite Achse abstützt, die quer zu der ersten Achse ist, wobei das Vierpunkt-Schräglager einen ersten Laufring, der mit dem Zahnkranz zur damit verbundenen Drehung gekuppelt ist, einen zweiten Laufring und eine Vielzahl von Kugellagerkugeln, die zwischen den ersten und zweiten Laufringen angeordnet sind, hat, wobei der zweite Laufring durch ein erstes Laufringelement und ein zweites Laufringelement definiert wird, wobei das erste Laufringelement, die Kugellagerkugeln und der erste Laufring zusammenwirken, um einen ersten Berührungswinkel zu definieren, wobei das zweite Laufringelement, die Kugellagerkugeln und der erste Laufring zusammenwirken, um einen zweiten Berührungswinkel zu definieren und der erste Laufring, um einen zweiten Berührungswinkel zu definieren, und wobei der erste Berührungswinkel innerhalb von ±15 Grad senkrecht zu dem Teilkegelwinkel der Zahnkranzzähne ist; und eine Differentialbaugruppe mit einem Differentialgehäuse, wobei das Differentialgehäuse auf den Zahnkranz zur damit verbundenen Drehung montiert ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 12, wobei der Teilkegelwinkel zwischen 65 Grad und 55 Grad von der zweiten Achse ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 13, wobei der erste Berührungswinkel innerhalb von ±10 Grad senkrecht zu dem Teilkegelwinkel der Zahnkranzzähne ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 13, wobei der Teilkegelwinkel zwischen 63 Grad und 57 Grad von der zweiten Achse ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 15, wobei der erste Berührungswinkel innerhalb von ±10 Grad senkrecht zu dem Teilkegelwinkel der Zahnkranzzähne ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 15, wobei der Teilkegelwinkel 60 Grad von der zweiten Achse ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 17, wobei der erste Berührungswinkel innerhalb von ±10 Grad senkrecht zu dem Teilkegelwinkel der Zahnkranzzähne ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 12, wobei der erste Berührungswinkel innerhalb von ±10 Grad senkrecht zu dem Teilkegelwinkel der Zahnkranzzähne ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 12, wobei die Differentialbaugruppe ferner ein Differentialgetriebe umfasst, das konfiguriert ist, um eine Dreheingangsleistung von dem Differentialgehäuse aufzunehmen.
Achsbaugruppe nach Anspruch 12, wobei der erste Laufring integral in den Zahnkranz geformt ist.