DE10258058B4

DE10258058B4 - Differentialbaugruppe

Info

Publication number: DE10258058B4
Application number: DE10258058A
Authority: DE
Inventors: John E. Macomb Rutt; Brian C. Orr; Richard M. Anne Arbor Krzesicki
Original assignee: Automotive Components Holdings LLC
Current assignee: Automotive Components Holdings LLC
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2022-12-12
Also published as: US20030109350A1; GB0226082D0; GB2383617A; GB2383617B; US6652408B2; DE10258058A1

Abstract

Differentialbaugruppe (10) für ein Kraftfahrzeug zur Übertragung eines antreibenden Drehmoments auf ein Paar im wesentlichen koaxial zueinander angeordneter, drehbar gelagerter Achswellen (30, 30'), die folgenden Merkmale aufweisend:
a) ein bogenverzahntes Kegelrad (16), welches von einer Antriebeinheit des Kraftfahrzeugs angetrieben wird,
b) ein bogenverzahntes Tellerrad (16), welches um eine mit den Drehachsen der Achswellen (30, 30') im wesentlichen koaxiale Drehachse drehbar gelagert ist,
c) wobei sich das bogenverzahnte Kegelrad (12) im Eingriff mit dem bogenverzahnten Tellerrad (16) befindet,
d) ein Paar mit dem bogenverzahnten Tellerrad (16) rotierbarer und in diesem drehbar gelagerter Differential-Kegelzahnräder (24, 24'),
e) zwei Achskegelzahnräder (26, 26'), die jeweils mit einer Achswelle (30, 30') drehfest verbunden sind,
f) wobei sich die Differential-Kegelzahnräder (24, 24') im Eingriff mit den Achskegelzahnräder (26, 26') befinden,
dadurch gekennzeichnet, dass
g) das bogenverzahnte Tellerrad (16) als Hohlrad mit einer Innenmantelfläche (36) ausgebildet...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Differentialbaugruppe für die Antriebseinheit eines Motorfahrzeugs. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Differentialbaugruppe, in der ein Differentialstift direkt mit dem Tellerrad des Differentialgetriebes verbunden ist.
Üblicherweise werden Differentialbaugruppen in Kraftfahrzeugen dazu verwendet, das antreibende Drehmoment einer Antriebseinheit beispielsweise von der Ausgangswelle eines Schaltgetriebes auf ein paar drehbar gelagerte Achswellen zu übertragen, die an ihren äußeren Enden die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs tragen.

Entsprechende Differentialbaugruppen sind beispielsweise aus den US-Patenten 5,098,355, sowie 6,056,663 bekannt, die entsprechend die Differentialbaugruppen exemplarisch zeigen. Aufgrund des starken Rationalisierungs- bzw. Kostendrucks im Automobilbau ist es jedoch wünschenswert, die aus den genannten Patenten bekannten Konstruktionen zu vereinfachen und leichter auszugestalten.

Aus der US 5,980,416 ist ein alternativ aufgebautes Differential bekannt, bei der die Ausgleichskegelräder selbst Bolzenabschnitte ausbilden. Diese sind in Lagereinsätzen drehbar gelagert, die wiederum in komplementär ausgebildeten Ausnehmungen im Tellerrad des Differentials eingesetzt sind. Diese Konstruktion erfordert jedoch ein verhältnismäßig massives Tellerrad und weist somit Gewichtsnachteile auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Differentialbaugruppe anzugeben, die gegenüber den vorbekannten Konstruktionen eine geringere Anzahl von Teilen aufweist und sich durch eine verringerte Masse auszeichnet.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Differentialbaugruppe gemäß des unabhängigen Anspruchs 1. Diese Differentialbaugruppe weist einen Differentialstift auf, der direkt mit dem bogenverzahnten Tellerrad der Differentialgruppe verbunden und in diesem arretiert ist. Dieser Aufbau erlaubt es, sowohl die Zahl der Teile als auch die Masse der Differentialbaugruppe zu reduzieren.

Weitere Kennzeichen und Merkmale der erfindungsgemäßen Differentialbaugruppe ergeben sich aus den Ansprüchen sowie den nun folgenden Ausführungsbeispielen, die anhand der Zeichnung näher erläutert werden. In dieser zeigen:
1: einen Querschnitt durch eine erste Ausführung einer Differentialbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung,
2: eine vergrößerte Ansicht des bogenverzahnten Tellerrades und des Differentialstifts,
3 eine perspektivische Darstellung des bogenverzahnten Tellerrads und des Differentialstiftes vor der Montage des Differentialstifts im Tellerrad,
4: einen Querschnitt durch eine Ausnehmung im bogenverzahnten Tellerrad mit eingesetztem Differentialstift in Verriegelungsposition, und
5: eine perspektivische Darstellung einer Ausnehmung im bogenverzahnten Tellerrad und eines darin aufzunehmenden Differentialstifts.
Die Differentialbaugruppe 10 ist dazu vorgesehen, ein antreibendes Drehmoment auf die Antriebsräder eines Kraftfahrzeuges zu übertragen. Hierzu wird die Ausgangswelle des Getriebes des Kraftfahrzeuges mit einem bogenverzahnten Kegelrad 12 verbunden. Diese Ausgangswelle 14 umfasst ein Anschlussstück zur Aufnahme eines Drehgelenks für die Verbindung mit einer Antriebswelle.
Das bogenverzahnte Kegelrad 12 greift in die Verzahnung eines bogenförmig verzahnten Tellerrads 16 ein. Dieses bogenverzahnte Tellerrad 16 ist mit einem Differentialträger 18 verbunden, der mittels Lagerungen 20 und 20' drehbar in einem Gehäuse 22 gelagert ist. Auf diese Weise rotieren das bogenverzahnte Tellerrad 16 und der Differentialträger 18 gemeinsam um die Drehachsen der Achswellen 30 und 30'.
An den inneren Enden der Achswellen 30 und 30' sind Achskegelzahnräder 26 und 26' auf geeignete Weise drehfest verbunden, beispielsweise mittels Splines 27.
Die Achswelle 30 ist im wesentlichen koaxial zu der Achswelle 30' ausgerichtet. Die mit den Achswellen 30 und 30' verbundenen Achskegelzahnräder 26 und 26' sind zueinander hin orientiert und voneinander beabstandet angeordnet. Die Achswellen 30 und 30' haben eine gemeinsame Drehachse 47, die im Wesentlichen senkrecht zu der Drehachse 49 des bogenverzahnten Kegelrads 12 orientiert ist.
Jedes der Achskegelzahnräder 26 und 26' befindet sich im Eingriff mit zwei Differentialkegelzahnrädern 24 und 24', die mittels eines Differentialstifts 40 drehbar im bogenverzahnten Tellerrad 16 gelagert sind. Eine vom bogenverzahnten Tellerrad 16 vermittelte Drehbewegung des Differentialträgers 18 verursacht eine Rotation der Differentialkegelzahnräder 24 und 24' um die Drehachse 47, wodurch die Achskegelzahnräder 26 und 26' die Achswellen 30 und 30' in eine Drehbewegung um die Drehachse 47 versetzen.
In dem Fall, dass sich die Achswellen 30 und 30' mit verschiedenen Drehgeschwindigkeiten drehen, drehen sich die Differentialkegelzahnräder 24 und 24' um den Differentialstift 40 und gleichen somit die verschiedenen Drehgeschwindigkeiten der Achsewellen aus.
Typischerweise wird die dabei auftretende Reibung durch die Verwendung von reibungsmindernden Lagern verringert, die in diesem Ausführungsbeispiel jedoch nicht gezeigt sind.
Wie aus 2 ersichtlich ist, weist das bogenverzahnte Tellerrad ein ringförmiges Aussehen mit einer im wesentlichen runden Außenmantelfläche 32 und einer im wesentlichen runden Innenmantelfläche 36 auf. Dabei weist das bogenverzahnte Tellerrad 16 eine Vielzahl von Zähnen 38 auf, die auf einer Seitenfläche des Tellerrads 16 im Wesentlichen gleich verteilt sind. Die Seitenfläche des bogenverzahnten Tellerrads 16 erstreckt sich dabei zwischen der Außenmantelfläche 32 und der Innenmantelfläche 36.
Die Zähne 38 sind vorzugsweise spiralförmig angefast oder vom Hypoid-Typ mit einer gekrümmten Zahnform. Ein solches Zahnprofil ist in 2 gezeigt und dazu vorgesehen, einen glatten Ablauf der Zähne des ebenfalls bogenförmig verzahnten Kegelrads 12 auf der Verzahnung des Tellerrads 16 sicherzustellen. Dabei weist vorzugsweise auch die Verzahnung des bogenförmig verzahnten Kegelrads 12 ein gekrümmtes Zahnprofil auf. Die Verwendung einer spiralig angefasten Verzahnung oder einer Verzahnung mit Hypoid-Formgebung in Differentialbaugruppen von Kraftfahrzeugen zur zuverlässigen und vibrationsfreien Übertragung eines antreibenden Drehmoments ist dem Fachmann aus dem Stand der Technik wohl bekannt. Daher wird an dieser Stelle hierauf nicht weiter eingegangen.
2 ist eine Aufsicht auf das bogenverzahnte Tellerrad 16 und den Differentialstift 40. Der Differentialstift 40 bildet zwei Endbereiche 41 aus, die formschlüssig in Ausnehmungen 42 mit rundem Querschnitt im bogenverzahnten Tellerrad 16 aufgenommen sind. Die genaue Formgebung der Ausnehmungen 42 ergibt sich aus den 3,4 und 5. Hieraus ist ersichtlich, dass die Ausnehmungen 42 Öffnungsschlitze 45 ausbilden. Der Differentialstift 40 erstreckt sich diametral über den Innenraum des bogenverzahnten Tellerrads 16 und wird in dieser Position in den Ausnehmungen 42 verriegelt. Im Differentialstift 40 ist eine Durchgangsbohrung 43 ausgebildet, so dass der Differentialstift 40 im bogenverzahnten Tellerrad 16 durch Einstecken eines Sicherungsstifts 50 arretiert werden kann.
Wie aus 3 ersichtlich ist, weist der Differentialstift 40 außer an seinen Endbereichen 41 einen runden Querschnitt auf. An seinen Enden sind parallele Flächen 46 ausgebildet, die sich auf entgegengesetzten Seiten längs des Umfangs des Differentialstifts 40 befinden. Wie sich aus 4 ergibt, weist der Querschnitt in den Endbereichen 41 des Differentialstifts 40 im Wesentlichen den gleichen Durchmesser auf wie die im bogenverzahnten Tellerrad 16 angeordneten Ausnehmungen 42.
Der Differentialstift 42 wird durch die Öffnungsschlitze 45 in die Ausnehmungen 42 eingeführt, wobei die parallelen Flächen 46 geeignet orientiert werden. Nachdem die Endbereiche in die Ausnehmungen 42 eingeführt sind, wird der Differentialstift 40 um 90° in die aus 4 ersichtliche Position verdreht, in der sich ein mechanischer Formschluss mit dem bogenverzahnten Tellerrad 16 ergibt. Der Sicherungsstift 50 fixiert den Differentialstift 40 in dieser formflüssigen Position, wie sie aus 4 ersichtlich ist. Damit der Differentialstift mit seinen Endbereichen in die Ausnehmungen 42 eingeführt werden kann, muss der Abstand der parallelen Flächen 46 zumindest geringfügig kleiner sein als die Öffnungsweite des Öffnungsschlitzes 45. Darüber hinaus muss der maximale Durchmesser des Differentialstifts 40 in seinen Endbereichen größer sein als die Öffnungsweite des Öffnungsschlitzes 45.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt eine bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Differentialbaugruppe. Dabei ist dieses Ausführungsbeispiel nicht einschränkend zu verstehen, vielmehr ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die erfindungsgemäße Differentialbaugruppe auf vielfältige andere Weise realisiert werden kann, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verändern.

Claims

Differentialbaugruppe (10) für ein Kraftfahrzeug zur Übertragung eines antreibenden Drehmoments auf ein Paar im wesentlichen koaxial zueinander angeordneter, drehbar gelagerter Achswellen (30, 30'), die folgenden Merkmale aufweisend: a) ein bogenverzahntes Kegelrad (16), welches von einer Antriebeinheit des Kraftfahrzeugs angetrieben wird, b) ein bogenverzahntes Tellerrad (16), welches um eine mit den Drehachsen der Achswellen (30, 30') im wesentlichen koaxiale Drehachse drehbar gelagert ist, c) wobei sich das bogenverzahnte Kegelrad (12) im Eingriff mit dem bogenverzahnten Tellerrad (16) befindet, d) ein Paar mit dem bogenverzahnten Tellerrad (16) rotierbarer und in diesem drehbar gelagerter Differential-Kegelzahnräder (24, 24'), e) zwei Achskegelzahnräder (26, 26'), die jeweils mit einer Achswelle (30, 30') drehfest verbunden sind, f) wobei sich die Differential-Kegelzahnräder (24, 24') im Eingriff mit den Achskegelzahnräder (26, 26') befinden, dadurch gekennzeichnet, dass g) das bogenverzahnte Tellerrad (16) als Hohlrad mit einer Innenmantelfläche (36) ausgebildet ist, h) das bogenverzahnte Tellerrad (16) zwei Ausnehmungen (42) ausbildet, die diametral gegenüberliegend angeordnet und zur Innenmantelfläche (36) hin geöffnet sind, i) die Differential-Kegelzahnräder (24, 24') drehbar auf einem Differentialstift (40) gelagert sind, j) der Differentialstift (40) von dem Bogenverzahnten Tellerrad (16) getragen wird und sich diametral über den Innenraum des Bogenverzahnten Tellerrads (16) erstreckt, wobei der Differentialstift (40) Endbereiche (41) ausbildet, die von den Ausnehmungen (42) aufgenommen werden, k) die Endbereiche (41) des Differentialstifts (40) so ausgebildet sind, dass der Differentialstift (40) eine Montageposition aufweist, in der er in die Ausnehmungen (42) eingesetzt werden kann, und aus der Montageposition in eine Verriegelungsposition verdreht werden kann, in der die Endbereiche in den Ausnehmungen (42) arretiert sind.
Differentialbaugruppe (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (42) einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und jeweils einen seitlichen Öffnungsschlitz (45) zum Durchlass der Endbereiche (41) des Differentialstifts (40) aufweisen.
Differentialbaugruppe (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Differentialstift (40) die Form eines langgestreckten Zylinders aufweist und die Endbereiche (41) abgeflacht ausgebildet sind, so dass sich parallele Flächen (46) mit einem Abstand ausbilden, der kleiner ist als die Durchlassweite der Öffnungsschlitze (45), und dass der Durchmesser des Differentialstifts (40) größer ist als der Innendurchmesser der Ausnehmungen (42).
Differentialbaugruppe (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Differentialstift (40) eine Durchgangsbohrung (43) für einen Sicherungsstift (50) dergestalt ausgeführt ist, dass ein durch die Durchgangsbohrung (43) hindurch gesteckter Sicherungsstift (50) den Differentialstift (40) in der Verriegelungsposition arretiert.
Differentialbaugruppe (10) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im bogenverzahnten Tellerrad (16) eine Sicherungsbohrung (44) der gestalt ausgebildet ist, dass ein durch die Durchgangsbohrung (43) und die Sicherungsbohrung (44) hindurch gesteckter Sicherungsstift (50) den Differentialstift (40) in der Verriegelungsposition arretiert.