-
Die Erfindung betrifft eine Zapfenanordnung für ein Differentialgetriebe sowie ein Differentialgetriebe mit einer solchen Zapfenanordnung.
-
Aus der
US 2017/0074390 A1 ist eine Differentialeinheit mit einer tripodeförmigen Zapfenanordnung bekannt, die einteilig ausgestaltet ist. Die Zapfenanordnung weist dabei einen zylinderförmigen Grundkörper auf, von dem drei Zapfen radial nach außen weisen, Die Zapfen dienen dabei der Lagerung von Ausgleichsrädern der Differentialeinheit.
-
Aus der
DE 10 2014 000 430 A1 ist ein Differenzialgetriebe mit einem kreuzförmigen Mitnehmerbolzen bekannt. Der Mitnehmerbolzen ist dabei einteilig ausgestaltet und weist vier radial nach außen stehende Lagerzapfen auf, auf denen jeweils ein Planetenrad drehbar gelagert ist.
-
Aus der
CN 203 335 772 U ist eine Differentialeinheit bekannt, die eine kreuzförmige Zapfenanordnung umfasst. Die Zapfenanordnung ist einteilig ausgeführt und weist einen zylindrischen Grundkörper auf von dem sich vier Zapfen radial nach außen erstrecken, auf denen jeweils ein Ausgleichskegelrad gelagert ist.
-
Aus der
DE 10 2012 014 950 A1 ist ein Ausgleichsgetriebe mit einem einteiligen Bolzenelement bekannt. Das Bolzenelement umfassend vier Lagerbolzenabschnitte die sich ausgehend von einem Mittelabschnitt des Bolzenelementes radial nach außen erstrecken. Des Weiteren ist ein zweiteiliges Bolzenelement offenbart, wobei die beiden zylindrischen Lagerbolzenelementhälften jeweils eine korrespondierende Aufnahmenut aufweisen und darüber 90° versetzt ineinander gesteckt werden.
-
Aus der
WO 2005/040641 A1 ist ein Differentialgetriebe bekannt, mit einem Differentialkorb, der um eine Längsachse drehend antreibbar ist, mit zwei Ausgangsrädern, die koaxial zur Längsachse im Differentialkorb gelagert sind, und vier Ausgleichsrädern, die auf einem Zapfenkreuz mit vier radial zur Längsachse im Differentialkorb gehaltenen Lagerzapfen drehbar angeordnet sind und jeweils mit den Ausgangsrädern im Verzahnungseingriff sind. Zwei erste einander gegenüberliegende Lagerzapfen des Zapfenkreuzes sind miteinander verbunden und bilden einen langen Lagerzapfen mit einer zentralen Queröffnung, in die zwei kurze Lagerzapfen des Zapfenkreuzes eingesteckt sind.
-
Aus der
US 2015/0204431 A1 ist ein Differentialgetriebe mit einem Zapfenkreuz bekannt. Das Zapfenkreuz umfasst einen langen Querzapfen, der sich quer durch den Differentialkorb erstreckt, zwei kurze Zapfen sowie eine zentrale Hülse mit vier umfangsverteilten radialen Durchbrüchen. Der Querzapfen ist durch zwei einander gegenüberliegende Durchbrüche durchgeführt. Die beiden kurzen Zapfen sind in die hierzu umfangsversetzten Durchbrüche eingesteckt und erstrecken sich radial innen bis an abgeflachte Seitenflächen des langen Querzapfens, um diesen gegen Verdrehen zu sichern.
-
Aus der
US 696 704 A ist ein Differentialgetriebe mit vier gleichen Zapfenteilen bekannt, die radial außen mit dem Differentialkorb verbunden sind und radial innen jeweils ein Gewinde aufweisen, mit dem sie in entsprechende radiale Gewindebohrungen einer zentralen Hülse eingeschraubt sind.
-
Aus der
US 8 430 780 B2 ist ein ähnliches Differentialgetriebe mit drei gleichen Zapfen bekannt, die innen in einen zentralen Aufnahmekörper mit drei umfangsverteilten Bohrungen eingesteckt sind. Die Zapfen sind radial außen mittels eingesteckter Sicherungsstifte gegenüber dem Differentialkorb gegen Verdrehen und radial gesichert.
-
Zapfenkreuze mit in Aufnahmeteilen eingesteckten Zapfen haben in der Regel Spiel, was unter Last zu einem Verkippen der Zapfen führen kann. Bei Ausführungsformen mit einem langen und mehreren kurzen Zapfen ist eine Verformung der einzelnen Zapfen möglicherweise unterschiedlich, was entsprechend auch zu einer ungleichen Belastung der auf den Zapfen gelagerten Ausgleichsräder führen kann. Außerdem haben die unterschiedlich gestalteten Zapfen unterschiedliche Steifigkeiten beziehungsweise Festigkeiten.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Zapfenanordnung für einen Differentialkorb vorzuschlagen, deren einzelne Komponenten eine möglichst gleichmäßige Steifigkeit beziehungsweise Festigkeit aufweisen und die somit eine möglichst gleichförmige Verteilung der in Umfangsrichtung vom Differentialkorb einwirkenden Kräfte bewirkt, und die einfach und kostengünstig herstellbar ist. Die Aufgabe besteht ferner darin, ein entsprechendes Differentialgetriebe mit einer solchen Zapfenanordnung vorzuschlagen, das eine gleichmäßige Belastung und damit einen gleichmäßigen Traganteil je Zapfen aufweist.
-
Eine Lösung besteht in einer Zapfenanordnung für ein Differentialgetriebe, umfassend: einen Zapfenhalter mit einer Drehachse sowie mit zumindest drei über den Umfang verteilten Aufnahmeabschnitten, deren Achsen sich radial zur Drehachse des Zapfenhalters erstrecken; und zumindest drei Zapfen, die untereinander gleich gestaltet sind und jeweils einen ersten Abschnitt zur Aufnahme des Zapfens in einem zugehörigen Aufnahmeabschnitt des Zapfenhalters sowie einen zweiten Abschnitt zur Lagerung eines Ausgleichsrads auf dem Zapfen aufweisen; wobei der Zapfenhalter ein erstes Halbelement und ein zweites Halbelement aufweist, die miteinander verbunden sind, insbesondere durch eine axiale Fügebewegung.
-
Ein Vorteil dieser Zapfenanordnung ist, dass die Zapfen insbesondere untereinander gleich gestaltet sind und damit gleiche mechanische Eigenschaften haben, so dass entsprechend auch eine gleichmäßige Belastung der an der Kraftübertragung beteiligten Bauteile gegeben ist. Insbesondere sind die Steifigkeit und Festigkeit der Zapfen untereinander gleich, was zu einer möglichst gleichförmigen Verteilung der in Umfangsrichtung des Zapfenkreuzes auf die Ausgleichsräder wirkenden Kräfte kommt. Folglich kann von jedem der Ausgleichsräder das gleiche Drehmoment übertragen werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich die Zapfen aufgrund der gleichen Zapfenform einfach und kostengünstig im Sinne eines Gleichteilekonzepts herstellen und in der zweiteiligen Zapfenhalterung einfach montieren lassen.
-
Die beiden Halbelemente des Zapfenhalters, die auch als Halbschalen bezeichnet werden können, werden zunächst als separate Teile hergestellt und nachträglich miteinander verbunden. Das Verbinden erfolgt durch eine axiale Fügebewegung der beiden Halbelemente, das heißt durch Aufsetzen eines der beiden Halbeelemente auf das andere. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Fügeebene zwischen den beiden Halbelementen zumindest im Wesentlichen in einer Mittelebene liegt, welche durch die radialen Achsen der Aufnahmeabschnitte beziehungsweise der darin eingesteckten Zapfen aufgespannt wird. Mit der Formulierung „zumindest im Wesentlichen in einer Mittelebene“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere mit umfasst sein, dass einzelne Abschnitte der beiden Halbelemente über die so definierte Mittelebene axial überstehen können. Vorzugsweise liegt die Fügeebene in Bezug auf die axiale Gesamtlänge des Zapfenhalters in einem mittleren Drittel, insbesondere mittleren Fünftel der der axialen Gesamtlänge.
-
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung ist allgemein anzumerken, dass sich die Angaben axial, radial und in Umfangsrichtung - sofern nichts anderes gesagt ist - stets auf die Drehachse der Zapfenanordnung beziehen sollen, welche in montiertem Zustand mit der Drehachse des Differentialkorbs zusammenfällt. Ferner soll es sich verstehen, dass alle stellvertretend im Zusammenhang mit einem Zapfen beschriebenen Merkmale auch für alle übrigen Zapfen der Zapfenanordnung gelten sollen.
-
Das erste und das zweite Halbelement können nach einer Ausführungsform identisch gestaltet sein. In diesem Fall gilt auch hier, dass alle für eines der Halbelemente beschriebenen Merkmale auch auf das andere übertragbar sind. Alternativ können die beiden Halbelemente auch geringfügig voneinander abweichend gestaltet sein.
-
Die Anzahl der Zapfen und damit auch die Anzahl der Zapfenaufnahmen des Halters hängen vom zu übertragenden Drehmoment ab und beträgt mindestens drei, vorzugsweise vier, kann aber auch größer sein. Die Zapfen beziehungsweise die Zapfenaufnahmen können regelmäßig oder unregelmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sein.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform haben die ersten Zapfenabschnitte zur Lagerung des jeweiligen Zapfens in der Zapfenhalterung einen kleineren Durchmesser als die zweiten Abschnitte, die zur drehbaren Aufnahme eines zugehörigen Ausgleichsrads dienen. Hierdurch wird ermöglicht, dass der Zapfenhalter, in dem die ersten Zapfenabschnitte aufgenommen sind, eine geringe axiale Länge aufweist. Dabei ist die axiale Länge des Zapfenhalters vorzugsweise kaum größer ist als der Durchmesser des zweiten Abschnitts beziehungsweise kleiner als das 1,5-fache, insbesondere kleiner als das 1,2-fache des Durchmessers des zweiten Abschnitts.
-
Nach einer möglichen Ausgestaltung sind die Zapfen in dem jeweils zugehörigen Aufnahmeabschnitt des Zapfenhalters um ihre jeweilige Achse drehbar gelagert. Auf diese Weise können die Zapfen bei Betrieb um ihre eigenen Achsen drehen, so dass eine einseitige Belastung und damit ein einseitiger Verschleiß verhindert werden. Für eine drehbare Lagerung sind die Zapfen und entsprechend auch die Aufnahmen im Zapfenhalter jeweils rotationssymmetrisch gestaltet. Zwischen dem radial innen liegenden ersten Abschnitt und dem radial außen liegenden zweiten Abschnitt eines Zapfens ist jeweils ein Zwischenabschnitt gebildet. Dieser kann konisch oder zylindrisch gestaltet sein. Der erste Abschnitt ist insbesondere zylindrisch gestaltet, womit die mathematische Definition des Begriffes Zylinder beziehungsweise zylindrisch mit umfasst sein soll, das heißt jede Form mit zur Zapfenachse parallelen Mantellinien. Beispielsweise kann der erste Abschnitt kreiszylindrisch gestaltet sein, was entsprechend ermöglichen würde, dass der Zapfen um seine Zapfenachse relativ zur Zapfenhalterung drehbar ist. Alternativ können die ersten Abschnitte aber auch einen unrunden Querschnitt aufweisen, beispielsweise einen polygonalen oder mehreckigen, insbesondere viereckigen, was bei entsprechender Ausgestaltung der Zapfenaufnahme eine Verdrehsicherung der Zapfen in der jeweiligen Zapfenaufnahme bewirkt.
-
Die im Zapfenhalter aufgenommenen Abschnitte der Zapfen und die korrespondierenden radialen Ausnehmungen des Zapfenhalters sind vorzugsweise gegengleich zueinander geformt. Hiermit ist insbesondere gemeint, dass die Hohlraumkontur des Aufnahmeabschnitts der Außenkontur des hierein einzusetzenden Zapfens entspricht, nach Art einer Negativform mit hierzu passender Positivform.
-
Nach einer Ausführungsform kann der erste Zapfenabschnitt gegenüber dem hieran radial außen anschließenden Zwischenabschnitt eine verdickte Form haben, das heißt einen größeren Durchmesser. Hierdurch ist in Richtung der Zapfenachse eine radiale Hinterschneidung beziehungsweise eine axiale Stützfläche gebildet, so dass der jeweilige Zapfen gegenüber dem Zapfenhalter in Bezug auf die Drehachse radial abgestützt ist. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass bei Betrieb auftretende in radialer Richtung wirkende Kräfte von den Zapfen in den Zapfenhalter eingeleitet und dort zumindest teilweise abgestützt werden. Nach einer alternativen Ausführungsform kann aber auch vorgesehen sein, dass der erste Zapfenabschnitt hinterschnittfrei zum Zwischenabschnitt beziehungsweise zum zweiten Abschnitt übergeht.
-
Vorzugsweise sind die Zapfen mit ihren ersten Zapfenabschnitten in zugehörigen Lagerabschnitten innerhalb der Zapfenaufnahmen gelagert beziehungsweise zentriert.
-
Demgegenüber können die an den ersten Zapfenabschnitt jeweils anschließenden Zwischenabschnitte berührungsfrei gegenüber der Zapfenhalterung gestaltet sein. Die miteinander in Kontakt kommenden Lagerflächen, das heißt die Außenfläche des ersten Zapfenabschnitts und die zugehörige Lagerinnenfläche des Zapfenhalters sind vorzugsweise umformtechnisch im Wege eines Präzisionsformprozesses hergestellt, wobei eine mechanische Nachbearbeitung nicht ausgeschlossen ist. Demgegenüber können die hieran anschließenden Flächen, das heißt der Zwischenabschnitt des Zapfens und der entsprechende Innenwandungsabschnitt des Zapfenhalters grobere Fertigungstoleranzen aufweisen.
-
Bei Ausgestaltung der Zapfen mit verdicktem Lagerabschnitt, der auch als Lagerkopf bezeichnet werden kann, kann eine mögliche Montagereihenfolge wie folgt aussehen: Einsetzen der Zapfen in das erste Halbelement, axiales Aufsetzen des zweiten Halbelements auf das erste Halbelement und Verbinden der beiden Halteelemente miteinander.
-
Das erste und zweite Halbelement können mittels zumindest eines Verbindungselements, insbesondere mittels Schraube/n oder Niete/n, axial miteinander verbunden werden. Die beiden Halbelemente haben entsprechend jeweils zumindest eine oder mehrere Öffnungen, in die das beziehungsweise die Verbindungselemente durchgesteckt sind. Bei Verwendung eines Verbindungselements haben die Halbelemente entsprechend jeweils eine Öffnung, die vorzugsweise zentral, insbesondere koaxial zur Drehachse angeordnet ist. Bei Verwendung mehrerer Verbindungselemente können die Öffnungen auch dezentral beziehungsweise in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass die beiden Halbelemente stoffschlüssig, beispielsweise mittels Schweißen miteinander verbunden werden.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Halbelemente in axialer Richtung hinterschnittfrei gestaltet, so dass sie im Wege eines Umformverfahrens herstellbar sind. Die Halbelemente können beispielsweise als Sinterteile im Wege eines Sinterprozesses oder als Feinschmiedeteile hergestellt werden. Auch die Herstellung als Blechumformteile ist prinzipiell denkbar.
-
Die beiden Halbelemente weisen vorzugsweise mehrere über den Umfang verteilte Halbschalensegmente auf, wobei die Halbschalensegmente des ersten Halbelements und die Halbschalensegmente des zweiten Halbelements in verbundenem Zustand jeweils paarweise einen Lagerabschnitt für einen zugehörigen Zapfen bilden.
-
Vorzugsweise sind die beiden Halbelemente so gestaltet, dass sie in Umfangsrichtung unmittelbar gegeneinander abgestützt sind. Hierfür sind ineinander greifende Formschlussmittel vorgesehen, welche die beiden Halbelemente in Drehrichtung miteinander verbinden beziehungsweise eine relative Drehbewegung der beiden Halbelemente zueinander verhindern. Hierdurch wird bei Drehmomentübertragung ein axiales Aufweiten der beiden Halbschalen voneinander weg verhindert. Die Formschlussmittel können insbesondere mehrere über den Umfang verteilte Vorsprünge und korrespondierenden Ausnehmungen umfassen, die jeweils paarweise ineinandergreifen. Beispielsweise kann das erste Halbelement erste Vorsprünge und erste Ausnehmungen aufweisen und das zweite Halbelement zweite Vorsprünge und zweite Ausnehmungen, wobei in montiertem Zustand jeweils ein erster Vorsprung in eine gegenüberliegende zweite Ausnehmung und ein zweiter Vorsprung in eine gegenüberliegende erste Ausnehmung eingreift, so dass die beiden Halbelemente gegeneinander verdrehgesichert sind. Nach einer möglichen Ausführungsform können die Formschlussmittel an einander axial gegenüberliegenden Wandungsbereichen der ersten und zweiten Halbschalensegmente gebildet sein. Nach einer ersten Möglichkeit können die Vorsprünge in Form von Stegen und die Ausnehmungen von Nuten oder Halbnuten gestaltet sein. Alternativ hierzu können die Vorsprünge auch als stiftförmige Ansätze und die Ausnehmungen als hierzu passende Bohrungen gestaltet sein. Nach einer weiteren Ausführung können die Vorsprünge auch als Wandungssegmente und die Ausnehmungen als gegengleiche Umfangslücken gestaltet sein.
-
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Differentialgetriebe umfassend: einen Differentialkorb, der um seine Drehachse drehbar antreibbar ist und mindestens drei über den Umfang verteilte Radialbohrungen aufweist; zwei Ausgangsräder, die koaxial zur Drehachse im Differentialkorb gelagert sind; mindestens drei Ausgleichsräder, die jeweils mit den Ausgangsrädern im Verzahnungseingriff sind; sowie eine Zapfenanordnung, die nach einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen gestaltet und in dem Differentialkorb angeordnet ist, wobei die mindestens drei Zapfen in die mindestens drei Radialbohrungen eingesteckt und gegenüber dem Differentialkorb fixiert sind, so dass die Zapfenanordnung gemeinsam mit dem Differentialkorb um die Drehachse rotiert.
-
Hiermit ergeben sich die oben bereits genannten Vorteile einer insbesondere gleichmäßigen Belastung der an der Kraftübertragung beteiligten Bauteile und damit einer gleichen Lebensdauer für alle Bauteile des Differentials. Das Differentialgetriebe kann als Kegelraddifferential gestaltet sein, bei dem die Ausgleichsräder und die Ausgangsräder jeweils als Kegelräder gestaltet sind. Es versteht sich jedoch, dass das Differentialgetriebe auch in Form eines Kronenraddifferentials gestaltet sein kann. In diesem Fall sind die Ausgleichsräder als Stirnräder und die Ausgangsräder als Kronenräder auszuführen.
-
Die Ausgleichsräder, die auch als Differentialräder bezeichnet werden können, sind vorzugsweise unmittelbar gleitend auf den zweiten Abschnitten der Zapfen gelagert. Die Lagerabschnitte sind vorzugsweise kreiszylindrisch gestaltet und können Schmiernuten aufweisen, um eine besonders gute Versorgung der Gleitlagerflächen mit Schmiermittel zu gewährleisten. Radial außen sind die Zapfen in den entsprechenden Bohrungen des Differentialkorbs eingesteckt. Separate Sicherungsmittel für die Zapfen, wie Sprengringe oder Sicherungsstifte, sind nicht erforderlich, was sich günstig auf die Fertigung und Montage auswirkt.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der Differentialkorb ein erstes topfförmiges Korbteil auf, in dem die Zapfenanordnung aufgenommen und mit diesem in Umfangsrichtung verbunden ist, sowie ein deckelförmiges zweites Korbteil das mit dem ersten Korbteil insbesondere mittels einer Flanschverbindung verbunden ist. Die Flanschverbindung kann genutzt werden, um ein Antriebsrad, beispielsweise ein Tellerrad oder Ringrad, zum Einleiten von Drehmoment in den Differentialkorb zu befestigen.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend beschrieben. Hierin zeigt
- 1 eine erfindungsgemäße Zapfenanordnung für ein Differentialgetriebe in einer ersten Ausführungsform
- A) in Axialansicht,
- B) im Querschnitt durch die Zapfenachsen,
- C) in Seitenansicht,
- D) in perspektivischer Explosionsdarstellung;
- 2 einen Zapfen der Zapfenanordnung aus 1 im Detail;
- 3 eine erfindungsgemäße Zapfenanordnung für ein Differentialgetriebe in einer zweiten Ausführungsform
- A) in Axialansicht,
- B) in perspektivischer Explosionsdarstellung;
- 4 eine erfindungsgemäße Zapfenanordnung für ein Differentialgetriebe in einer weiteren abgewandelten Ausführungsform in perspektivischer Explosionsdarstellung;
- 5 ein erstes Halbelement der Zapfenanordnung aus 4
- A) in Axialansicht,
- B) im Längsschnitt;
- 6 das zweite Halbelement der Zapfenanordnung aus 4
- A) in Axialansicht,
- B) im Längsschnitt;
- 7 ein erfindungsgemäße Differentialgetriebe mit einer erfindungsgemäßen Zapfenanordnung aus 3 im Längsschnitt;
- 8 einen Zapfen für eine weitere abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zapfenanordnung;
- 9 eine erfindungsgemäße Zapfenanordnung für ein Differentialgetriebe in einer weiteren Ausführungsform
- A) in perspektivischer Explosionsdarstellung;
- B) in perspektivischer Darstellung mit ohne das obere Halbelement;
- C) in Axialansicht ohne das obere Halbelement;
- 10 eine erfindungsgemäße Zapfenanordnung für ein Differentialgetriebe in einer weiteren Ausführungsform
- A) in seitlicher perspektivischer Explosionsdarstellung,
- B) in leicht perspektivischer Darstellung von oben ohne das obere Halbelement,
- C) in Axialansicht ohne das obere Halbelement;
- 11 eine erfindungsgemäße Zapfenanordnung für ein Differentialgetriebe in einer weiteren Ausführungsform
- A) in Axialansicht,
- B) in perspektivischer Darstellung,
- C) in Draufsicht ohne das obere Halbelement,
- D) in perspektivischer Darstellung im Diagonalschnitt.
-
Die 1A bis 1D, welche nachstehend gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine Zapfenanordnung 2 in einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Zapfenanordnung 2 umfasst einen zweiteiligen Zapfenhalter 3 mit vier umfangsverteilten Aufnahmeabschnitten 4, sowie je Aufnahmeabschnitt einen darin gehaltenen Zapfen 5. Der Zapfenhalter 3 weist zwei Halbelemente 6, 7 auf, die zunächst als separate Teile hergestellt und nachträglich miteinander verbunden, und zwar insbesondere durch eine axiale Fügebewegung. Es ist insbesondere in 1C erkennbar, dass die Fügeebene zwischen den beiden Halbelementen 6, 7 etwa in der durch die Zapfenachsen A5 aufgespannten Mittelebene liegt. Vorzugsweise liegt die Fügeebene E3 in Bezug auf die axiale Gesamtlänge L4 des Zapfenhalters in einem mittleren Fünftel der der axialen Gesamtlänge. Das axiale Fügen beziehungsweise Aneinandersetzen der beiden Halbelemente 6, 7 erfolgt vorliegend nach dem Einsetzen der Zapfen 6 in die zugehörigen Aufnahmeabschnitte 4. Anschließend werden die beiden Halbelemente 6, 7 miteinander verbunden, was bei der vorliegenden Ausführungsform mittels eines Verbindungselements 8 in Form eines Nietes erfolgt, ohne hierauf eingeschränkt zu sein.
-
Die beiden Halbelemente 6, 7 haben jeweils vier regelmäßig über den Umfang verteilte Halbschalensegmente 9, 10. Jeweils ein Halbschalensegment 9 des ersten Halteelements 6 und ein Halbschalensegment 10 des zweiten Halteelements 7 liegen einander gegenüber und bilden in gefügtem Zustand gemeinsam einen Aufnahmeabschnitt 4 für das innere Ende eines zugehörigen Zapfens 5. Die zentralen Achsen A4 der Aufnahmeabschnitte 4 erstrecken sich jeweils in radialer Richtung von der Drehachse A3 des Zapfenhalters 3 und sind jeweils in Umfangsrichtung um 90° versetzt zueinander angeordnet. Insofern ergibt sich vorliegend eine Kreuzstruktur, weswegen die vorliegende Anordnung auch als Zapfenkreuzeinheit bezeichnet werden kann. Es versteht sich jedoch, dass die Zapfenanordnung 2 auch eine andere Anzahl von Zapfen 5 und Zapfenaufnahmen 4 aufweisen kann, beispielsweise drei. Diese wären dann vorzugsweise jeweils um 120° versetzt zueinander umfangsverteilt.
-
Die Form der Aufnahmeabschnitte 4 ist an die Form der hierin angeordneten Zapfen 5 angepasst. Einer der Zapfen 5 der vorliegenden Ausführungsform, die untereinander gleich gestaltet sind, ist beispielhaft in 2 gezeigt und wird stellvertretend für alle Zapfen beschrieben. Der Zapfen 5 weist einen ersten zylindrischen Abschnitt 12 zur Lagerung des Zapfens 5 in dem Zapfenhalter 3 und einen zweiten zylindrischen Abschnitt 13 zur drehbaren Lagerung eines Ausgleichsrades auf. Der erste Abschnitt 12 hat einen ersten Durchmesser D12, der kleiner ist als der Durchmesser D13 des zweiten Abschnitts 13. Zwischen dem ersten Lagerabschnitt 12 und dem zweiten Lagerabschnitt 13 ist ein konischer Zwischenabschnitt 14 gebildet, der auch als Übergangsabschnitt bezeichnet werden kann. Der erste Lagerabschnitt 12 steht gegenüber einem inneren Ende des konischen Zwischenabschnitts 14 in Bezug auf die Zapfenachse A5 radial vor. Insofern kann der erste Lagerabschnitt 12 auch als Lagerkopf bezeichnet werden, wobei der daran anschließende konische Abschnitt eine Hinterschneidung 15 bildet. Der Form der Zapfen 5 entsprechend haben die Zapfenaufnahmen 4 jeweils radial innen einen Hülsenlagerabschnitt 16 mit einer zylindrischen Innenfläche und einen daran anschließenden verjüngten Stützabschnitt 17 mit einer in Bezug auf die Zapfenachse A5 axialen Stützfläche und einen hieran anschließenden, nach außen öffnenden Konusabschnitt 18 mit einer konischen Innenfläche, die in einem ringförmigen Endabschnitt 19 endet.
-
Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Zapfen 5 mittels des Lagerabschnitts 12 in dem Hülsenabschnitt 16 um die jeweilige Aufnahmeachse A4 drehbar gelagert und gegen den Stützabschnitt 17 axial abgestützt ist. Demgegenüber ist der an den ersten Lagerabschnitt 12 anschließende Übergangsabschnitt 14 berührungsfrei gegenüber der Zapfenhalterung 4 gestaltet. Die miteinander in Kontakt kommenden Lagerflächen, das heißt die Außenfläche des ersten Lagerabschnitts 12 und die zugehörige Lagerinnenfläche des Hülsenabschnitts 16 sind mittels Drehen oder Schleifen mechanisch feinbearbeitet zur Ausbildung einer entsprechenden Gleitlagerpassung. Demgegenüber können die hieran anschließenden Flächen, das heißt insbesondere die äußere Konusfläche des Zwischenabschnitts 14 und die entsprechende Innenkonusfläche 18 des Aufnahmeabschnitts grobe Fertigungstoleranzen aufweisen, wobei Spiel zwischen den genannten Flächen vorgesehen ist.
-
Die beiden Halbelemente 6, 7 sind so gestaltet, dass sie in Drehrichtung unmittelbar gegeneinander abgestützt sind. Hierfür sind Formschlussmittel 23 vorgesehen, welche in gefügtem Zustand ineinandergreifen und in Umfangsrichtung gegeneinander abgestützt sind, so dass eine relative Drehbewegung der beiden Halbelemente 6, 7 verhindert wird. Wie insbesondere in den 1B und 1D erkennbar, umfassen die Formschlussmittel je Halbschalensegment 9 jeweils einen Steg 24 und eine Ausnehmung 25, die in entsprechend gegengleiche Stege 26 und Ausnehmungen 27 an den gegenüberliegenden Halbschalensegmenten 10 formschlüssig eingreifen. Die Stege 24, 26 erstrecken sich in radiale Richtung entlang der die Lageraufnahme 4 bildenden Wandung und stehen in axiale Richtung über die Fügeebene E3 hinaus in Richtung zum gegenüberliegenden Halbelement. Die korrespondierenden Ausnehmungen 25, 27 sind nutartig gestaltet und erstrecken sich in radiale Richtung entlang der die Lageraufnahme 4 bildenden Wandung, wobei sie in axiale Richtung gegenüber der Fügeebene E3 vom gegenüberliegenden Halbelement zurückversetzt sind. Je Halbschalensegment 9, 10 ist an einer Wandungsseite ein Steg 24, 26 und an der anderen Wandungsseite eine Nut 25, 27 vorgesehen, so dass beim axialen Fügen die Stege 24 des ersten Halbelements 6 in die gegenüberliegenden Nuten 27 des zweiten Halbelements 7, und entsprechend die Stege 26 des zweiten Halbelements 7 in die gegenüberliegenden Nuten 25 des ersten Halbelements 6 eingreifen. Auf diese Weise sind die beiden Halbelemente 6, 7 in gefügtem Zustand gegeneinander verdrehgesichert.
-
Bei der vorliegenden Ausführungsform weisen immer die in axialer Draufsicht auf die Halbschalensegmente 9, 10 rechten Wandungsseiten die Stege 24, 26 auf, während die linken Seiten die Nuten 25, 27 aufweisen. Es ist jedoch auch eine andere Zuordnung möglich, beispielsweise, dass bei zwei einander gegenüberliegenden Halbschalensegmenten 9, 10 die Stege auf der rechten Seite und Nuten auf der linken, und bei den zwei quer hierzu verlaufenden Halbschalensegmenten 9, 10 die Stege auf der linken und Nuten auf der rechten Seite angeordnet sind.
-
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die beiden Halbelemente 6, 7 identisch gestaltet und mit einem Niet 8 miteinander verbunden. Dabei stützt sich in montiertem Zustand ein erster Kopf 20 des Niets gegen das erste Halbelement 6 ab, während sich der entgegengesetzte Kopf 21 gegen das zweite Halbelement 7 axial abstützt, so dass die beiden Halbelemente miteinander axial fixiert sind.
-
Die 2A und 2B, welche nachstehend gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine erfindungsgemäße Zapfenanordnung 2 in einer leicht abgewandelten Ausführungsform, die der in 1 gezeigten Anordnung weitestgehend entspricht. Insofern wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen, wobei gleiche beziehungsweise abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind wie in 1.
-
Ein Unterschied besteht darin, dass das Verbindungselement 8 zum Verbinden der beiden Halbelemente 6, 7 bei der vorliegenden Ausführungsform in Form einer Schraube gestaltet ist. Entsprechend hat eines der beiden Halbelemente 6, 7 eine Durchgangsöffnung 41, während das andere der beiden Halbelemente 7, 6 ein Innengewinde 28 für die Schraube 8 aufweist. Konkret ist die Schraube 8 vorliegend axial in die zentrale Öffnung 41 des ersten Halbelements 6 eingesetzt, wobei sich der Schraubenkopf 22 gegen eine Stützfläche axial abstützt, und in ein entsprechendes Innengewinde 28 eines zentralen Hülsenabschnitts 29 des zweiten Halbelements 7 eingeschraubt. Auf diese Weise können die beiden Halbelemente 6, 7 axial miteinander verspannt werden. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die beiden Halbelemente 6, 7 an ihren axial entgegengesetzten Enden hülsenförmige Ansätze 30, 31 aufweisen, die koaxial zur Drehachse A3 angeordnet sind. Die Zapfen 5 und Zapfenaufnahmen 4 sind im Übrigen gleich gestaltet wie bei der Ausführungsform nach 1, auf deren Beschreibung abkürzend verwiesen wird.
-
Die 4 bis 6, welche nachstehend gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine erfindungsgemäße Zapfenanordnung 2 in einer weiteren leicht abgewandelten Ausführungsform, die derjenigen gemäß 3 weitestgehend entspricht. Insofern wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen, wobei gleiche beziehungsweise abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind wie in den 1 bis 3.
-
Der einzige Unterschied besteht darin, dass die beiden Halbelemente 6, 7 einen besonders flachen axialen Aufbau haben. Es ist insbesondere in den 5B und 6B erkennbar, dass die Seitenfläche der Aufnahmebereiche 4 nach radial innen unmittelbar nahtlos in den Zentralbereich übergeht, in dem das Verbindungselement 8 einzubringen ist. Ein Hülsenansatz, wie in der Ausführungsform gemäß 3 ist vorliegend nicht vorgesehen. In den 5A, 5B und 6A, 6B sind die durch die jeweils paarweise einander gegenüberliegenden Stege 24, 26 und Ausnehmungen 25, 27 gebildeten Formschlussmittel erkennbar. Ferner ist in den 6A und 6B die Gewindebohrung 28 erkennbar, in die die Schraube 8 einzuschrauben ist. Im Übrigen entspricht die vorliegende Ausführungsform hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise derjenigen gemäß 3 beziehungsweise gemäß 1, auf deren Beschreibung abkürzend verwiesen wird
-
Die 7 zeigt ein erfindungsgemäßes Differentialgetriebe 32 mit einer erfindungsgemäßen Zapfenanordnung 2 gemäß 3, wobei es sich verseht, dass auch die Zapfenanordnungen gemäß 1 beziehungsweise gemäß 6 bis 6 verwendet werden können.
-
Das Differentialgetriebe 32 umfasst einen Differentialkorb 33, der um eine Drehachse A33 drehend antreibbar ist, mehrere in dem Differentialkorb 33 auf zur Drehachse A33 winklig verlaufenden Achsen A5 drehbar gelagerte Differentialräder 34, die gemeinsam mit dem Differentialkorb um die Drehachse A33 umlaufen, sowie ein erstes und ein zweites Ausgangsrad 35, 36, die mit den Differentialrädern 34 in Verzahnungseingriff sind. Die Ausgangsräder 35, 36 sind im Differentialkorb 33 koaxial zur Drehachse A33 drehbar gelagert und dienen zum Antreiben der rechten und linken Seitenwelle einer Vorder- beziehungsweise Hinterachse eines Kraftfahrzeugs. In den Innenbohrungen der Ausgangsräder 35, 36, die auch als Seitenwellenräder bezeichnet werden können, sind Wellenverzahnungen (Splines) zum drehfesten Einstecken einer zugehörigen Seitenwelle vorgesehen. Das Differentialgetriebe 32 ist in Form eines Kegelraddifferentials gestaltet, das heißt, die Differentialräder 34 und die Ausgangsräder 35, 36 sind als Kegelräder gestaltet.
-
Der Differentialkorb 33 ist zweiteilig aufgebaut und umfasst ein topfförmiges erstes Korbteil 37 und ein hiermit über eine Flanschverbindung 38 verbundenes deckelförmiges zweites Korbteil 39. Die Flanschverbindung 38 weist mehrere umfangsverteilte Bohrungen 40 auf, in die Schrauben einzustecken und zu verspannen sind. An das erste und das zweite Korbteil 37, 39 sind an axial entgegengesetzt gerichteten Enden des Differentialkorbs 33 hülsenförmige Ansätze 42, 43 zur Aufnahme von hier nicht dargestellten Lagern angeformt, die koaxial zur Drehachse A33 angeordnet sind. Die Lager dienen zur drehbaren Lagerung des Differentialkorbs 33 in einem hier nicht dargestellten Getriebegehäuse.
-
In dem ersten Korbteil 39 sind zu den Achsen A5 koaxiale Bohrungen 44 vorgesehen, in die jeweils ein Zapfen 5 der Zapfenanordnung 2 mit einem radial außenliegenden Ende 45 eingesteckt ist. Auf jedem der Zapfen 5 ist ein zugehöriges Ausgleichsrad 34 drehbar gelagert. Die Ausgleichsräder 34 haben jeweils eine sphärische Außenfläche, mit der sie gegen eine passende Innenfläche 45 des ersten Korbteils 37 radial abgestützt sind. Mit ihren radial innenliegenden Enden sind die Zapfen 5 in den Aufnahmen 4 des Zapfenhalters 3 aufgenommen, wie oben im Zusammenhang mit den 1 bis 6 beschrieben. Es sind vorliegend insgesamt vier Ausgleichsräder 34 vorgesehen, so dass der Zapfenhalter 3 und der Differentialkorb 32 entsprechend auch vier Bohrungen für die Zapfen aufweist. Die Zapfen 5 werden in den zugehörigen Bohrungen 44 jeweils axial gesichert, beispielsweise mittels eines Sprengrings oder eines Sicherungsstifts (nicht dargestellt).
-
In 8 ist ein Zapfen 5 für eine erfindungsgemäßen Zapfenanordnung 2 in einer leicht abgewandelten Ausführung gezeigt. Dieser hat zwischen dem kleinen Lagerabschnitt 12 zum Lagern im Zapfenhalter und dem großen Lagerabschnitt 13 zum Lagern eines Ausgleichsrads einen zylindrischen Zwischenabschnitt 14, wobei dieser jeweils mit Rundungen in den ersten und zweiten Abschnitt 12, 13 übergeht. Dabei steht der innere Lagerabschnitt 12, wie auch bei den obigen Ausführungsformen gegenüber den Zwischenabschnitt 14 radial über, so dass ein Lagerkopf gebildet ist. Ein Zapfenhalter 3 für so gestaltete Zapfen 5 wäre entsprechend gegengleich zu gestaltet, das heißt mit innenzylindrischem Zwischenabschnitt.
-
Die 9A bis 9C, welche nachstehend gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine erfindungsgemäße Zapfenanordnung 2 in einer weiteren Ausführungsform, die der in 1 gezeigten Anordnung weitestgehend entspricht. Insofern wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen, wobei gleiche beziehungsweise abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind wie in den obigen Figuren. In den 9B und 9C ist das obere Halbelement nicht dargestellt, beziehungsweise es ist nur ein Halbelement 7 mit darin eingesetzten Zapfen 5 gezeigt, so dass innen liegende Einzelheiten der Formschlussmittel 23 besser erkennbar sind.
-
Bei der vorliegenden Ausführungsform gemäß 9 sind die Formschlussmittel 23 zur Drehsicherung der beiden Halbelemente 6, 7 jeweils in Umfangsrichtung zwischen zwei benachbarten Zapfenaufnahmen 4 angeordnet, insbesondere auf Winkelhalbierenden zwischen jeweils zwei sich schneidenden Zapfenachsen A. Die beiden Halbelemente 6, 7 haben jeweils zwei Vorsprünge und zwei Ausnehmungen, wobei in montiertem Zustand die beiden Vorsprünge 24 des ersten Halbelements 6 in die Ausnehmungen 27 des zweiten Halbelements 7 und, umgekehrt, die Vorsprünge 26 des zweiten Halbelements 7 in die Ausnehmungen 25 des ersten Halbelements 6 eingesteckt sind. Auf diese Weise sind die beiden Halbelemente 6, 7 in Drehrichtung gegeneinander abgestützt. Es ist erkennbar, dass die Vorsprünge 24, 26 und Ausnehmungen 25, 27 in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind beziehungsweise jeweils zwei Vorsprünge einander diametral gegenüberliegen.
-
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die beiden Halbelemente 6, 7 untereinander gleich gestaltet sind, was sich günstig auf die Fertigungs- und Montagekosten auswirkt. Die Axialsicherung erfolgt bei der vorliegenden Ausführungsform, wie bei derjenigen gemäß 1, mittels eines zentralen Verbindungselements 8, das in Form eines Niets gestaltet ist. Dabei versteht es sich, dass die Verbindung auch mittels einer Schraube erfolgen könnte, wie in 2 gezeigt. Die Zapfen 5 und Zapfenaufnahmen 4 sind gleich gestaltet wie bei den oben Ausführungsformen nach 1 bis 6, auf deren Beschreibung insofern abkürzend Bezug genommen wird, wobei diese auch wie in 8 gestaltet sein können.
-
Die 10A bis 10C, welche nachstehend gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine erfindungsgemäße Zapfenanordnung 2 in einer weiteren Ausführungsform, die der in 1 gezeigten Anordnung weitestgehend entspricht. Insofern wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen, wobei gleiche beziehungsweise abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind wie in den obigen Figuren. In den 10B und 10C ist wiederum nur eines der Halbelemente 7 mit darin eingesetzten Zapfen 5 gezeigt, so dass innen liegende Einzelheiten der Formschlussmittel 23 besser erkennbar sind.
-
Bei der vorliegenden Ausführungsform gemäß 10 sind die Formschlussmittel 23 zur Drehsicherung der beiden Halbelemente 6, 7 jeweils im Wandungsbereich der zentralen Durchtrittsöffnung 41 vorgesehen. Die beiden Halbelemente 6, 7 haben jeweils zwei axial vorstehende segmentartige Vorsprünge und zwei in Umfangsrichtung dazwischen liegende Ausnehmungen, wobei in montiertem Zustand die beiden Vorsprünge 24 des ersten Halbelements 6 in die Ausnehmungen 27 des zweiten Halbelements 7 und, umgekehrt, die Vorsprünge 26 des zweiten Halbelements 7 in die Ausnehmungen 25 des ersten Halbelements 6 eingesteckt sind. Auf diese Weise sind die beiden Halbelemente 6, 7 in Drehrichtung gegeneinander abgestützt. Es ist erkennbar, dass die Vorsprünge 24, 26 und Ausnehmungen 25, 27 in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind beziehungsweise jeweils zwei Vorsprünge einander diametral gegenüberliegen.
-
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die beiden Halbelemente 6, 7 untereinander gleich gestaltet sind. Die Axialsicherung erfolgt mittels eines zentralen Verbindungselements 8, das in Form eines Niets oder einer Schraube gestaltet sein kann. Die Zapfen 5 und Zapfenaufnahmen 4 sind gleich gestaltet wie bei den Ausführungsformen nach 1 bis 6, auf deren Beschreibung insofern abkürzend Bezug genommen wird, wobei diese auch wie in 8 gestaltet sein können.
-
Die 11A bis 11D, welche nachstehend gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine erfindungsgemäße Zapfenanordnung 2 in einer weiteren Ausführungsform, die der in 3 gezeigten Anordnung in weiten Teilen entspricht. Insofern wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen, wobei gleiche beziehungsweise abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind wie in den obigen Figuren.
-
Ein Unterschied besteht darin, dass bei der vorliegenden Ausführungsform mehrere Verbindungselemente 8 zum Verbinden der beiden Halbelemente 6, 7 vorgesehen sind. Die Verbindungselemente 8 sind in Form von Schrauben gestaltet, wobei die Verwendung von Nieten ebenso möglich wäre. Die beiden Halbelemente 6, 7 haben eine der Anzahl der Schrauben entsprechende Anzahl von Durchgangsöffnungen 41 beziehungsweise Gewindebohrungen 28. Konkret ist bei der vorliegenden Ausführungsform mit vier Schrauben vorgesehen, dass die beiden Halbelemente 6, 7 untereinander gleich gestaltet sind und jeweils zwei einander diametral gegenüberliegende Durchgangsöffnungen und zwei hierzu um 90° versetzte, einander diametral gegenüberliegende Gewindebohrungen 28 aufweist. Entsprechend sind zwei Schrauben 8 von der einen axialen Seite in die Öffnungen 41 eingesteckt und in die Innengewinde 28 eingeschraubt, während die anderen beiden Schrauben 8' von der anderen axialen Seite eingeschraubt sind. Die Öffnungen 41 beziehungsweise Gewindebohrungen 28 sind jeweils in Umfangsrichtung in zwischen zwei benachbarten Zapfen 5 liegenden Übergangsbereichen vorgesehen. Auf diese Weise wird eine sichere und gleichmäßige Verspannung über den gesamten Umfang erreicht. Die Zapfen 5 und Zapfenaufnahmen 4 sind im Übrigen gleich gestaltet wie bei der Ausführungsform nach 3 beziehungsweise 1, auf deren Beschreibung abkürzend verwiesen wird.
-
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Zapfenanordnungen 2 ist, dass die Zapfen 5 die gleiche Form und damit auch die gleichen mechanischen Eigenschaften, insbesondere Festigkeit und Steifigkeit haben, so dass entsprechend auch eine gleichmäßige Belastung der an der Kraftübertragung beteiligten Bauteile gegeben ist. Das mit einer solchen Zapfenanordnung 2 versehene Differentialgetriebe 32 unterliegt daher nur einem geringen Verschleiß und hat eine lange Lebensdauer.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Zapfenanordnung
- 3
- Zapfenhalter
- 4
- Aufnahmeabschnitt
- 5
- Zapfen
- 6
- erstes Halbelement
- 7
- zweites Halbelement
- 8
- Verbindungselement
- 9
- Halbschalensegment
- 10
- Halbschalensegment
- 11
-
- 12
- erster Abschnitt
- 13
- zweiter Abschnitt
- 14
- Zwischenabschnitt
- 15
- Hinterschneidung
- 16
- Hülsenabschnitt
- 17
- Stützabschnitt
- 18
- Konusabschnitt
- 19
- Endabschnitt
- 20
- erster Kopf
- 21
- zweiter Kopf
- 22
- Schraubenkopf
- 23
- Formschlussmittel
- 24
- Vorsprung
- 25
- Ausnehmung
- 26
- Vorsprung
- 27
- Ausnehmung
- 28
- Innengewinde
- 29
- Hülsenabschnitts
- 30
- Ansatz
- 31
- Ansatz
- 32
- Differentialgetriebe
- 33
- Differentialkorb
- 34
- Ausgleichsrad
- 35
- Ausgangsrad
- 36
- Ausgangsrad
- 37
- Korbteil
- 38
- Flanschverbindung
- 39
- Korbteil
- 40
- Bohrung
- 41
- Durchgangsöffnung
- 42
- Ansatz
- 43
- Ansatz
- 44
- Bohrung
- A
- Achse
- D
- Durchmesser
- E
- Ebene
- L
- Länge
