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Hintergrund
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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf eine Differentialeinheit und insbesondere auf die Schmierung der Stützwälzlager für die Ritzelachse der Differentialeinheit.
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Differentialeinheiten sind allgemein bekannt und werden im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet, um es einem Paar von mit einer Antriebswelle gekoppelten Abtriebswellen zu ermöglichen, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu rotieren. Da die Abtriebswellen mit den Rädern des Fahrzeugs verbunden sind, wird diese Funktion benötigt, um zu ermöglichen, dass während einer Kurvenfahrt das äußere Rad des Fahrzeugs sich schneller dreht als das innere Rad des Fahrzeugs. In Differentialeinheiten werden Wälzlager verwendet, um die Ritzelachse zu stützen, welche einen Drehantrieb an die Abtriebswellen überträgt.
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Wälzlager benötigen eine Schmierung, um die Lagerteile vor Erhitzen zu schützen, und es muss ein Schmiermittelfilm einer geeigneten Dicke aufrechterhalten werden, wobei beide Bedingungen erfüllt werden müssen, um die erforderte Lebensdauer der Lager zu erreichen. Übermäßige Schmierung kann nachteilig sein und ein Schleppmoment auf das Wälzlager aufbringen, welches auch als Getriebeverluste durch Ölbewegung bezeichnet wird, was zu einer unerwünschten Reibungserhöhung führt.
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In 1 ist eine Querschnittsansicht einer Differentialeinheit gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Die Differentialeinheit 100 weist ein Gehäuse 102 wie auch ein Hohlrad 104, eine Ritzelachse 106 und ein Ritzelrad 108 auf. Die Ritzelachse wird durch ein Kopflager 110 des Ritzels und ein unteres Endlager 112 des Ritzels gestützt. Eine Hülse 114 liegt an jeweiligen inneren Ringen der beiden Lager an, was dem Aufbringen einer erforderlichen Vorspannung zur Erreichung eines optimalen Betriebsspiels dient. Das Differentialgehäuse weist ein Schmiermittel bis zu einer Höhe L auf, infolgedessen Teile des Ritzelrads 108, des Hohlrads 104, des Kopflagers 110 des Ritzels und des unteren Endlagers 112 des Ritzels im Schmiermittel eingetaucht sind, wenn das Fahrzeug sich auf einem ebenen Untergrund befindet. Durch das Ritzelrad 108 versorgt die Ritzelachse 106 das Hohlrad 104 mit einem Drehantrieb. Bei der Rotation der Räder und dem darauf folgenden Ineinandergreifen der Räder kommt es zum Spritzen des Öls innerhalb des Gehäuses 102. Um in einen zwischen den Lagern vorhandenen Raum zu gelangen, folgt das gespritzte Öl einem Pfad durch eine durch Richtungspfeile identifizierte Öffnung 116, und versorgt somit beide Lager 110, 112 mit Schmiermittel. Dieser Ölpfad ist für das untere Endlager 112 unerlässlich insbesondere unter Bedingungen eines niedrigen Ölstands oder wenn das Fahrzeug auf einer abschüssigen Strecke fährt und das Schmiermittel sich von dem unteren Endlager weg bewegt. Wegen der Nähe des Kopflagers 110 des Ritzels zu dem Ritzelrad 108, bekommt das Kopflager 110 des Ritzels eine Spritzschmierung aus der Schnittfläche des Ritzelrads mit dem Hohlrad 104. Also erhält das Kopflager 110 des Ritzels eine Schmierung aus beiden Seiten, was mehr ist als die Menge der Schmierung des unteren Endlagers 112 des Ritzels unter den meisten Betriebsbedingungen und Ölständen. Um sicher zu gehen, dass das untere Endlager des Ritzels ausreichend mit Schmiermittel versorgt ist, muss die Öffnung 116 derart angeordnet sein, dass sie eine ausreichende Menge Öl einfängt und weiterleitet, um sicher zu gehen, dass der Lebensdauerbedarf des unteren Endlagers 112 unter den schlechtmöglichsten Schmierbedingungen garantiert ist. Der Nachteil dieser Strategie ist, dass das Kopflager 110 des Ritzels eine übermäßige Schmierung erfährt, wodurch eine höhere Reibung im Lager wegen Getriebeverluste durch Ölbewegung erzeugt wird. Es ist notwendig, für eine ausreichende, aber keine übermäßige, Schmierung beider Lager zu sorgen, um eine optimale Effizienz der Differentialeinheit zu erreichen.
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Zusammenfassung
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Die Erfindung stellt eine Anordnung einer Differentialeinheit mit einer optimierten Schmierung der Ritzelachse zur Verfügung. Die Einheit weist ein Gehäuse wie auch ein Hohlrad, ein Ritzelrad, eine durch zwei Wälzlager gestützte Ritzelachse, eine Hülse und einen Umlenker für die Schmierung auf. Die beiden Wälzlager, in Form eines Kopflagers und ein unteres Endlagers des Ritzels, sind jeweils an einem der Enden der Hülse angeordnet, welche auf die Ritzelachse gestülpt ist. Die Hülse hilft in der Aufbringung einer Vorspannung auf die Lager. Der Schmiermittel-Umlenker erstreckt sich entlang der Länge der Hülse, um die richtige Menge Schmiermittel auf die beiden Lager anzubringen. Vorzugsweise besteht der Umlenker aus Metall, aber er kann auch aus einem Kunststoff oder einem Elastomer gefertigt werden.
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In einer Ausführung ist der Umlenker in Form eines Rings oder als mehrfache, sich weg von der Hülse abstehende Ringe vorhanden. Es ist auch möglich mehr als einen Ring zu verwenden. Die Menge der Schmierung, die am Umlenker vorbei fließt, hängt, zusätzlich zu der axialen Stellung des Rings entlang der Hülse, von der Länge des Vorsprungs des Rings ab. Gemäß einem anderen Merkmal arbeitet ein vom Ring gegenüberliegendes, vom Gehäuse vorstehendes Element mit dem Umlenker zusammen, um den Ölfluss zu regulieren.
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In einer anderen Ausführung sind die Hülse und der Umlenker einstückig miteinander als ein Bauteil gefertigt. Gemäß einem anderen Merkmal wird durch die Form des hervorstehenden Umlenkers ein zusätzliches elastisches Merkmal geschaffen, wobei die Kombination von Hülse mit Umlenker als ein federähnliches Teil verwendet werden kann, um auf die Lager eine Vorspannung aufzubringen
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In einer anderen Anordnung kann eine Ölflussreguliervorrichtung für die Lager einer Ritzelachse oder einer anderen Welle separat von einer Differentialeinheit verwendet werden, um an jedes der beiden Lager die geeignete Menge von Schmierung zu liefern. Vorzugsweise besteht die Reguliervorrichtung aus einem Metall, kann aber auch aus einem Kunststoff oder aus einem Elastomer bestehen. Wie innerhalb der Differentialeinheit, sind in einer anderen Ausführung die Hülse und der Umlenker einstückig als ein Bauteil gebildet, wodurch eine zusätzliche federähnliche Eigenschaft entsteht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorangehende Zusammenfassung als auch die nun folgende Beschreibung werden besser zu verstehen sein, wenn mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen. Die Zeichnungen zeigen:
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1 eine Querschnittsansicht einer Differentialeinheit gemäß dem Stand der Technik.
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2 eine Querschnittsansicht einer Differentialeinheit mit einer ersten Ausführung eines Umlenkers.
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3 einen vergrößerten Abschnitt aus der Differentialeinheit gemäß 2.
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4 eine Querschnittsansicht einer ersten Variante der ersten Ausführung des in 2 gezeigten Umlenkers.
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5 eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführung eines Umlenkers.
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6 eine Querschnittsansicht einer ersten Variante der zweiten Ausführung des in 5 gezeigten Umlenkers.
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7 eine Querschnittsansicht einer anderen Variante der zweiten Ausführung des Umlenkers.
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8 eine Querschnittsansicht einer weiteren Variante der zweiten Ausführung des Umlenkers.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
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Bestimmte, in der nun folgenden Beschreibung verwendete Begriffe dienen lediglich der Bequemlichkeit und sind keineswegs als einschränkend zu verstehen. Die Begriffe ”innere”, ”äußere”, „nach innen” und „nach außen” beziehen sich auf Richtungen zu oder weg von den Teilen, auf die in den Zeichnungen Bezug genommen wird. Ein Bezug auf eine Liste von Posten bzw. Teilen, die zitiert werden als „mindestens eines von a, b, oder c”, (worin a, b und c für die aufgezählten Posten oder Teile stehen), bedeutet irgendeinen einzelnen der aufgelisteten Posten/Teile a, b, c oder Kombinationen daraus. Die Terminologie schließt die oben konkret genannten Begriffe, Ableitungen daraus und Begriffe mit ähnlicher Bedeutung ein.
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In den 2 und 3 ist eine Differentialeinheit 10 mit einer ersten Ausführung eines Umlenkers 26 zum Führen und zur Regulierung des Ölflusses an die Lager der Ritzelachse zu sehen. Die Differentialeinheit 10 weist ein Gehäuse 12 wie auch ein Hohlrad 14, eine Ritzelachse 16 und ein Ritzelrad 18 auf. Die Ritzelachse 16 ist durch zwei Lager ein Kopflager 20 des Ritzels und ein unteres Endlager 22 des Ritzels gestützt. Aus der vorliegenden Offenbarung wird ein Fachmann auf dem Gebiet verstehen, dass jedes dieser Lager in Form eines beliebigen Wälzlagers ausgebildet sein könnte, wie zum Beispiel als ein Kegelrollenlager, ein Schrägschulterkugellager oder als Tandemkugellager. Der Umlenker 26 leitet und reguliert die Ölmenge, die zu dem Kopflager 20 des Ritzels fließt derart, dass das größte Teil des Spritzöls, das durch eine in dem Gehäuse gebildete Öffnung 28 fließt, an das untere Endlager 22 des Ritzels gespeist wird. In der vorliegenden Ausführung ist der Umlenker 26 einstückig mit der Hülse 24 gebildet, um die Anzahl der Bauteile zu reduzieren. Potentiell für dieses Teil verwendbare Werkstoffe schließen Metalle und Kunststoffe ein, aber sind nicht auf diese begrenzt. Mehrfache Ausbildungsvarianten ermöglichen unterschiedliche Fließgeschwindigkeiten zu dem Kopflager 20 des Ritzels, zum Beispiel aber nicht nur, eine Höhe h des Umlenkers und eine axiale Stellung des Umlenkers entlang der Länge der Hülse 24. Gemäß einem bevorzugten Merkmal dieser Ausführung weist das Gehäuse 12 weiterhin einen gegenüber von dem Umlenker 26 angeordneten Gehäusevorsprung 30 auf. Wie in 3 zu sehen ist, ist eine Entfernung y, die die Öffnung zwischen dem Gehäusevorsprung 30 und dem Umlenker 26 bestimmt, ein weiteres Ausbildungsmerkmal, welches die Fließgeschwindigkeit des Schmiermittels zu dem Kopflager 20 des Ritzels beeinflussen wird. Vorzugsweise liegt diese Entfernung im Bereich von 1 zu 25 mm jedoch kann die Entfernung y in Abhängigkeit der jeweils vorliegenden Anwendung variieren.
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4 zeigt eine Variante der ersten Ausführung der Hülse 24', die einen integrierten Umlenker 26' aufweist. Der Umlenker 26' ist in Form eines U-förmigen radialen Vorsprungs in einer Wand der Hülse 24' gebildet, welche Wand zwei sich radial erstreckende Ringe 28' definiert, wobei ein als x bezeichneter Spalt zwischen den Ringen 28' der Hülse 24' mit einer zusätzlichen federähnlichen Eigenschaft versieht. Vorzugsweise ist die minimale Breite des als x bezeichneten Spalts 0,02 mm. Diese Hülse 24' bekommt dadurch eine zusätzliche Funktion als eine Vorspannvorrichtung für ein Lager und wird von der Fachwelt oft als „Stauchring” bezeichnet. Der bevorzugte Werkstoff ist Metall mit einer Wanddicke des Vorsprungs, die gleich groß oder kleiner ist als die Wanddicke des rechtlichen Teils der Hülse 24'. In einer bevorzugten Ausführung beträgt die Dicke der Hülse 24' 0,5 bis 4 mm.
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5 zeigt eine zweite Ausführung eines Umlenkers 36, der in Form eines sich in radiale Richtung erstreckenden Rings ausgebildet ist, und am Umfang der Hülse 34 angeordnet Der bevorzugte Werkstoff für den Ring ist Metall oder Kunststoff. Der Umlenker 36 kann einen sich in axiale Richtung erstreckenden Flansch 40 für die Montage auf der Hülse 34 aufweisen
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6 zeigt eine andere Variante der zweiten Ausführung des in Form eines sich in radiale Richtung erstreckenden Rings ausgebildeten Umlenkers 36', der am Umfang der Hülse 34' angeordnet ist. Der bevorzugte Werkstoff für den Ring ist Metall oder Kunststoff. Der Umlenker 36 kann einen sich in axiale Richtung erstreckenden Flansch 40' aufweisen, der in dieser Variante mit dem Ring 38' zusammen einen „T”-förmigen” Querschnitt bildet, welcher eine zusätzliche Stützung für den Ring 38' erschafft und auch eine Montagefläche für die Verbindung mit der Hülse 34' bildet.
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7 zeigt eine weitere Variante der zweiten Ausführung eines Umlenkers 36'', der zwei sich in radiale Richtung erstreckende Ringe 38'' aufweist, welche am Umfang der Hülse 34'' angeordnet sind. Diese Ringe 38'' sind auf einen sich in axiale Richtung erstreckenden Flansch 40'' abgestützt, der eine Montage auf der Hülse 34'' ermöglicht. Es ist auch möglich, eine größere Anzahl als zwei von hervorstehenden Ringen innerhalb eines Umlenkers anzuordnen. Der bevorzugte Werkstoff ist Metall oder Kunststoff. Diese Anordnung kann in Verbindung mit dem in den 2 und 3 gezeigten Vorsprung 30 derart funktionieren, dass ein Widerstandspfad gebildet wird, um den Fluss von Schmiermittel an das Kopflager 20 des Ritzels weiter zu begrenzen.
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8 zeigt noch eine weitere Variante der zweiten Ausbildung eines Umlenkers 36''' in Form einer Anordnung eines elastomeren Rings 38''', welcher aus einem elastomeren Werkstoff geformt und in einem Metallflansch 40''' integriert ist, der die Montage an den Umfang der Hülse 34''' ermöglicht.
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Die Umlenker 36, 36', 36'', 36''' können durch eine Klebeverbindung oder einen Presssitz, oder durch Schweißen, an die Hülse 34, 34', 34'', 34''' montiert werden.
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Nach der vorhergehenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Lageranordnung muss es verstanden werden und für den Fachmann klar und naheliegend sein, dass zahlreiche physische Änderungen, von denen nur einige in der vorhergehenden ausführlichen Beschreibung beispielhaft angeführt sind, an den Geräten vorgenommen werden könnten, ohne die hierin verkörperten erfinderischen Ideen und Prinzipien zu verändern. Aus diesem Grund sind die vorliegenden Ausführungen in jeder Hinsicht als beispielhaft und nicht als einschränkend zu verstehen, weil der Schutzbereich der Erfindung durch die angeführten Ansprüche angegeben wird und nicht durch die vorhergehende Beschreibung, so dass alle Änderungen, welche im Sinne der Ansprüche zu verstehen sind und im Gleichwertigkeitsbereich der Ansprüche liegen, somit durch die Ansprüche abgedeckt sind.
