-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Differentialbaugruppe im allgemeinen
den Aufbau eines Differentials. Im Speziellen stellt die vorliegende
Erfindung eine neuartige Art vor, das Tellerrad am Differentialgehäuse zu befestigen.
-
In
einem Kraftfahrzeug überträgt ein Differentialgetriebe
die Kraft der rotierenden Antriebswelle auf die Achsen und Räder des
Fahrzeugs. Die rotierende Antriebswelle des Fahrzeugs ist mit einem Tellerrad
verzahnt, das auf einem Differentialgehäuse befestigt ist. Das Ende
der Antriebswelle und das Tellerrad sind derart ausgerichtet, dass
die Rotation der Antriebswelle eine querlaufende Rotation des Differentialgehäuses hervorruft.
Innerhalb des Differentialgehäuses
werden die Enden der Achsen des Fahrzeugs durch einen Zahnkranzsatz
(Differential – Satz),
etwa einem Kegeldifferentialsatz, aufgenommen und mit dem Differentialgehäuse verbunden. Demnach überträgt das Tellerrad
des Differentialgehäuses
die Rotation der Antriebswelle auf das Differentialgehäuse, und
das Differentialgehäuse überträgt die Rotation über den
Zahnkranzsatz auf die Achsen des Fahrzeugs, die wiederum die Räder des Fahrzeugs
antreiben. Bei der Übertragung
der Rotation von der Antriebswelle auf das Differentialgehäuse dreht
sich die Rotationsachse um 90 Grad in ihrer Ebene.
-
Das
Differentialgehäuse
weist normalerweise einen Flansch auf, der einen äußeren Durchmesser
des Differentialgehäuses
einfasst. Gegenwärtig besteht
die verbreiteste Methode, das Tellerrad am Differentialgehäuse zu befestigen,
darin, eine Vielzahl von Löchern
durch den Flansch zu bohren, Gewinde zu schneiden, und schließlich das
Tellerrad an den Flansch zu schrauben. Das Differentialgehäuse und
das Tellerrad müssen
strukturell ausreichend bemessen sein, um sowohl den lokalen Spannungen
an den Gewindelöchern
widerstehen zu können,
als auch eine Gesamtwiderstandsfähigkeit
zu garantieren. Um dies zu erreichen, müssen das Tellerrad und das
Differentialgehäuse
große
Materialstärken
und Abmessungen haben, was sich in einem höheren Gewicht und entsprechender
Baugröße der Differentialbaugruppe
bemerkbar macht.
-
Die
DE 36 09 034 A1 beschreibt
ein Achsgetriebe mit miteinander in Eingriff stehenden Tellerrädern und
Kegelrädern.
Es weist eine Tellerraddämpfung
auf, wobei diese aus einem fest mit dem Differentialgehäuse verbundenen
Zwischenstück
und einer das Zwischenstück
mit dem Tellerrad verbindenden elastischen Kupplung besteht und
zwischen den Kontaktflächen
von Tellerrad und Zwischenstück Ringnuten
und/oder Ringspalte zur Aufnahme von Viskosematerial angeordnet
sind. Auch dieses Achsgetriebe ist sehr aufwendig konstruiert und
weist nicht nur aufgrund der zusätzlichen
Dämpfungselemente
ein relativ hohes Eigengewicht auf.
-
Wie
man aus dem Vorangegangenen erkennen kann, besteht die Notwendigkeit,
die strukturelle Beschaffenheit einer Differentialbaugruppe zu verbessern
und gleichzeitig Gewicht zu sparen.
-
Es
ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Differentialbaugruppe
mit einem Differentialgehäuse
und einem Tellerrad zur Verfügung
zu stellen, die über
Eigenschaften verfügt,
die es erlauben, das Tellerrad am Differentialgehäuse zu befestigen,
ohne die strukturelle Beschaffenheit des Differentialgehäuses oder
des Tellerrads zu schwächen, und
gleichzeitig das Gewicht des Aufbaus niedrig zu halten.
-
Erfindungsgemäß wird dies
durch eine Differentialbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1
erreicht.
-
Die
Nachteile des momentanen Stands der Technik werden überwunden
durch eine Differentialbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung,
bei dem das Tellerrad am Differentialgehäuse auf eine Art und Weise
befestigt ist, die die strukturelle Beschaffenheit des Differentialgehäuses beziehungsweise
des Tellerrads nicht schwächt.
-
Ein
erstes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Differentialbaugruppe
aus einem Differentialgehäuse,
einem darin befindlichen Zahnkranzsatz (dieser ist typisch für solche
Differentiale), und einem Tellerrad besteht, das von außen am Differentialgehäuse mittels
einer Klemme befestigt ist. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung
besteht darin, dass das Tellerrad nicht durch Schrauben am Differentialgehäuse gesichert
ist. Daher müssen auch
keine Löcher
und Gewinde in das Tellerrad oder in das Differentialgehäuse gebohrt
beziehungsweise geschnitten werden. Das Tellerrad und das Differentialgehäuse können entworfen
werden, ohne dass hierbei strukturellen Schwachstellen wie Bohrungen oder
Gewinden Rechnung getragen werden müsste, wie dies bei Differentialen
der Fall ist, die momentan Stand der Technik sind.
-
Ein
weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, dass sowohl
das Differentialgehäuse
als auch das Tellerrad jeweils einen ringförmigen Flansch aufweisen und
die Klemme eine Tasche bildet, die dazu dient, die ringförmigen Flansche
aufzunehmen und so das Tellerrad am Differentialgehäuse zu sichern.
-
Ein
weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
das Differentialgehäuse
einen Ritzelbolzen (engl.:pinion pin) aufnimmt, der am Tellerrad
gesichert ist und dieses diametrisch kreuzt. Das Tellerrad verfügt über Vorrichtungen,
die die Enden des Ritzelbolzens aufnehmen und so Belastungen direkt
an den Ritzelbolzen weitergeben können.
-
Ein
weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Flansche
des Differentialgehäuses
und des Tellerrads gegensinnig geneigte Oberflächen haben und die von der
Klemme gebildete Tasche einen Boden und gegensinnig geneigte Flanken hat.
Wenn die Klemme an die Flansche gesetzt wird, umgreifen die geneigten
Flanken der Klemme die geneigten Oberflächen der Flansche so, dass
die Klemme eine axiale Klemmkraft auf die Flansche ausübt. Es zeigen:
-
1:
einen Querschnitt eines Teiles einer Differentialbaugruppe gemäß der vorliegenden
Erfindung,
-
2:
eine vergrößerte Ansicht
des Bereiches der Differentialbaugruppe, der in 1 durch die
Linie 2 gekennzeichnet ist,
-
3:
eine vergrößerte Ansicht, ähnlich der in 2,
bei der die Klemme aus Gründen
der Übersichtlichkeit
ein wenig entfernt von den Flanschen gezeichnet wurde,
-
4:
eine teilweise auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
-
5:
ist eine teilweise auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und
-
6:
ist eine teilweise auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer
dritten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
In
den 1 und 2 ist ein Querschnitt durch
einen Bereich einer Differentialbaugruppe 10 gezeigt. Die
Differentialbaugruppe 10 umfasst ganz allgemein ein Differentialgehäuse 12,
an dem von außen
ein Tellerrad 14 angebracht wird, und einen Zahnkranzsatz 15,
der sich im Innern des Differentialgehäuses 12 befindet.
Es sei darauf hingewiesen, dass in 1 nur eine
Hälfte
der Differentialbaugruppe 10 dargestellt ist. Die gegenüberliegende
Hälfte
ist ein spiegelbildliches Abbild der dargestellten Hälfte. Die
Darstellung des gesamten Differentialaufbaus 10 scheint
dem Verfasser an dieser Stelle nicht notwendig zu sein, da ein Fachmann
die gesamte Konstruktion und das volle Ausmaß der Differentialbaugruppe 10 aus 1 leicht
erkennen wird.
-
Der
Zahnkranzsatz 15 umfasst ein Paar Ritzel 18 (von
denen hier eines abgebildet ist), ein Ritzelbolzen 20 und
ein Paar Seitenritzel 16. Die Ritzel 18 sind auf
dem Ritzelbolzen 20 befestigt, der so gelagert ist, dass
er mit dem Differentialgehäuse 12 rotieren
kann. Die Befestigung der Ritzel 18 auf dem Ritzelbolzen 20 erfolgt
auf eine Weise, die eine Rotationsbewegung der Ritzel 18 ermöglicht.
-
Der
Ritzelbolzen 20 folgt der Länge nach dem Durchmesser des
Differentialgehäuses 12.
Ein Abschnitt des Ritzelbolzens 20 ragt über das
Differentialgehäuse 12 hinaus
und teilweise in das Tellerrad 14 hinein. Das Tellerrad 14 verfügt über Vorrichtungen,
die die Enden des Ritzelbolzens 20 aufnehmen, um diesen
zu lagern relativ zum Tellerrad 14 zu positionieren. Auf
diese Weise wird der Ritzelbolzen 20 direkt durch das Tellerrad 14 gelagert,
und Belastungen können
direkt vom Tellerrad 14 auf den Ritzelbolzen 20 übertragen
werden. Vorzugsweise sollten das Tellerrad 14 und der Ritzelbolzen 20 aus
gehärtetem
Stahl bestehen, wobei anzumerken ist, dass andere Materialien mit ähnlicher
Härte und
Stabilität prinzipiell ähnliche
Ergebnisse liefern können.
Eine detailliertere Darlegung der Lagerung des Ritzelbolzens am
Tellerrad ist in der U.S. 2003/0144106 A1 zu finden.
-
Das
Differentialgehäuse 12 weist
ein Paar abstehender Halsstücke 22 auf,
von dem jedes einzelne dazu dient, ein benachbartes ankommendes Ende
einer Achsen-Halbwelle 24 drehbar zu lagern. Das entfernte
Ende der jeweiligen Achsen-Halbwelle 24 ist mit einem Rad
des Fahrzeugs verbunden. Das benachbarte Ende der jeweiligen Achsen-Halbwelle 24 ist
mit einem der Seitenritzel 16, und dieses wiederum mit
den Ritzeln 18 verbunden. Daher wird die Rotation des Differentialgehäuses 12 über die
Ritzel 18 auf die Seitenritzel 16 und von dort
auf die Achsen-Halbwellen 24 übertragen, wobei sich die Achsen-Halbwellen 24 relativ
zueinander drehen können.
-
Das
Tellerrad 14 ist prinzipiell ringförmig, hat eine runde Innenseite 26,
eine prinzipiell runde Außenseite 28,
und eine Vielzahl von rundum angeordneten Zähnen 30, die als ein
seitlicher Kranz vom Tellerrad 14 abstehen. Die Zähne 30 dienen
dazu, ein leichtgängiges
Ineinandergreifen mit korrespondierenden Zähnen eines Kegelritzels zu
ermöglichen, das
sich am Ende der Antriebswelle (nicht abgebildet) des Fahrzeugs
befindet. Das Tellerrad 14 hat weiterhin einen ringförmigen Flansch 32 an
seiner Außenseite 28,
dessen Zweck weiter unten beschrieben werden wird.
-
Das
Differentialgehäuse 12 weist
weiterhin einen ringförmigen
Flansch 36 auf. Der ringförmige Flansch 36 sorgt
für eine
axiale Lagerung des Tellerrads 14, wenn dieses am Differentialgehäuse 12 befestigt
wird.
-
Eine
Klemme 38 sichert das Tellerrad 14 am Differentialgehäuse 12.
Die Klemme 38 umgreift ringförmig das Differentialgehäuse 12 und
formt mit ihrer Innenseite einen ringförmigen Kanal. Der ringförmige Kanal
stellt eine Tasche 40 dar, die sowohl den Flansch 32 des
Tellerrads 14 als auch den zweiten Flansch 36 des
Differentialgehäuses 12 aufnimmt.
In den bevorzugten Ausführungsformen
der 4 und 5 besteht die Klemme 38 aus
einem Paar zueinander passender Hälften, nämlich einer ersten Hälfte 42 und
einer zweiten Hälfte 44.
Wenn die erste Hälfte 42 und
die zweite Hälfte 44 angeschlagen
sind, sind der erste Flansch 32 und der zweite Flansch 36 unbeweglich
in der Tasche 40 fixiert.
-
Die
erste Hälfte 42 und
die zweite Hälfte 44 können aus
Blech hergestellt werden, wobei dem Blech die Form eines Kanals
gegeben wird, der die Tasche 40 bildet. Die erste Hälfte 42 und
die zweite Hälfte 44 können beispielsweise
auch durch Metallguss oder Sintertechnik hergestellt werden, wobei die
erste Hälfte 42 und
die zweite Hälfte 44 einer
einzigen Pressform mit nur wenig Material im Verbindungsbereich
der ersten Hälfte 42 und
der zweiten Hälfte 44 entspringen
können.
Nach dem Entfernen der Form werden die erste Hälfte 42 und die zweite Hälfte 44 entzweit
und der Grat entfernt. Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist die
minimale Maßtoleranz beim
Fertigungsprozess, durch die ein sauberes Zusammenpassen der ersten
Hälfte 42 und
der zweiten Hälfte 44 sichergestellt
ist.
-
In
einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
die in 4 dargestellt ist, sind die erste Hälfte 42 und
die zweite Hälfte 44 als
Halbkreise ausgeformt, mit jeweils einem Paar Vorsprünge 46,
die an den Enden der Halbkreise radial nach außen abstehen. Die Vorsprünge 46 der
zweiten Hälfte 44 haben Gewindelöcher 48,
und die Vorsprünge 46 der
ersten Hälfte 42 haben
glatte Löcher 50.
Schrauben 52, die durch die glatten Löcher 50 geführt werden, greifen
in die Gewindelöcher 48 und
verbinden so die erste Hälfte 42 und
die zweite Hälfte 44 miteinander.
-
Das
Tellerrad 14 wird über
den Flansch 32 an das Differentialgehäuse 12 angeschlossen.
Nachdem das Tellerrad 14 an das Differentialgehäuse 12 gesetzt
wurde, werden die erste Hälfte 42 und
die zweite Hälfte 44 der
Klemme 38 so angebracht, dass de erste Flansch 32 und
der zweite Flansch 36 von der Tasche 40 aufgenommen
werden. Die Schrauben 52 werden dann durch die glatten
Löcher 50 geführt und
in die Gewindelöcher 48 geschraubt,
um die erste Hälfte 42 und
die zweite Hälfte 44 miteinander zu
verbinden. Alternativ können
anstelle der Gewindelöcher 48 auch
glatte Löcher 48 vorgesehen
werden. Die Schrauben 52 werden dann durch die glatten
Löcher 50 und
die glatten Löcher 48 geführt, auf deren
freier Seite sie durch eine Mutter gesichert werden. Durch die Verbindung
der ersten Hälfte 42 und
der zweiten Hälfte 44 der
Klemme 38 werden der erste Flansch 32 und der
zweite Flansch 36 in der Tasche 40 fixiert, wodurch
das Tellerrad 14 am Differentialgehäuse 12 gesichert wird.
-
Wie
man 3 leicht entnehmen kann, verfügt der ringförmige Flansch 32 des
Tellerrads 14 über
eine geneigte Oberfläche 54,
und der ringförmige
Flansch 36 des Differentialgehäuses 12 hat eine geneigte
Oberfläche 56.
Die geneigte Oberfläche 54 und
die geneigte Oberfläche 56 zeigen
voneinander weg, wenn das Tellerrad 14 am Differentialgehäuse 12 angebracht
wird. Entsprechend weist die Tasche 40 der Klemme 38 gegensinnig
geneigte Flanken 58 auf. Wenn die Klemme 38 an
den ersten Flansch 36 und den zweiten Flansch 36 angesetzt
wird, treten die geneigte Oberfläche 54 und
die geneigte Oberfläche 56 so
mit den geneigten Flanken 58 in Interaktion, dass die Klemme 38 eine
axiale Klemmkraft auf den ersten Flansch 36 und den zweiten
Flansch 36 ausübt.
-
In
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
verfügt
eine der Vorsprünge 46 der
zweiten Hälfte 44 über ein
Gewindeloch 48, während
die andere Schlaufe 46 der zweiten Hälfte 44 als Fortsatz 60 ausgebildet
ist. Auf der ersten Hälfte 42 weist
eine der Vorsprünge 46 ein
glattes Loch 50 auf, während die
andere Schlaufe 46 als Öffnung 62 ausgebildet ist,
die dazu dient, den Fortsatz 62 aufzunehmen. Diese Ausführungsform
ist in 5 gezeigt.
-
Wenn
das Tellerrad 14 am Differentialgehäuse 12 angebracht
wird, wird der Fortsatz 60 der zweiten Hälfte 44 in
die Öffnung 62 der
ersten Hälfte 42 eingehakt.
Die Klemme 38 wird dann so an das Differentialgehäuse 12 gesetzt,
dass der erste Flansch 32 und der zweite Flansch 36 von
der Tasche 40 aufgenommen werden. Nun wird eine Schraube 52 durch das
glatte Loch 50 geführt
und in das Gewindeloch 48 geschraubt, um die erste Hälfte 42 und
die zweite Hälfte 44 miteinander
zu verbinden. Alternativ kann das Loch 48 glatt sein und
die Schraube 52 durch eine Mutter aufgenommen werden. Durch
die Verbindung der ersten Hälfte 42 und
der zweiten Hälfte 44 der
Klemme 38 werden der erste Flansch 32 und der zweite
Flansch 36 in der Tasche 40 fixiert, wodurch das
Tellerrad 14 am Differentialgehäuse 12 gesichert wird.
-
In
einer dritten bevorzugten Ausführungsform
kann die Klemme 38 aus einem einzigen Stück geformten
Bleches bestehen. Eine einstückige
Klemme kann einen prinzipiell kreisförmigen Ring bilden, der eine
Bruchstelle mit einem ersten Ende und einem gegenüberliegenden
zweiten Ende aufweist. Das Blech ist duktil, sodass das erste Ende
und das zweite Ende 58 auseinandergezogen werden können, um
die einstückige
Klemme zu öffnen
und über den
erste Flansch 32 des Tellerrads 14 und den zweiten
Flansch 36 des Differentialgehäuses 12 zu ziehen.
-
Sowohl
das erste Ende als auch das zweite Ende verfügen über Vorrichtungen, die eine
Verbindung der Enden ermöglichen.
Wie in 6 gezeigt, ha ben das erste Ende und das zweite
Ende der einstückigen
Klemme jeweils eine Schlaufe die radial nach außen absteht. Der erste Vorsprung 46 des
ersten Endes hat ein Gewindeloch, und der zweite Vorsprung 46 des
zweiten Endes weist ein glattes Loch 50 auf. Eine Schraube 52 wird
durch das glatte Loch 50 geführt und greift in das Gewindeloch,
um das erste Ende und das zweite Ende miteinander zu verbinden.
-
Es
kann davon ausgegangen werden, dass die Vorsprünge 46, die erste
Hälfte 42,
und die zweite Hälfte 44 der
ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsform ebenso wie das erste
Ende und das zweite Ende der dritten bevorzugten Ausführungsform
durch andere bekannte Befestigungsverfahren wie Nieten, Schweißen, Abplatten
eines Stiftkopfes, Stauchen eines Bolzenkopfes u.a. verbunden werden
können.
-
Die
vorangehende Darlegung umfasst und beschreibt drei bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung. Ein Fachmann wird anhand der Ausführungen und der angefügten Zeichnungen
und Ansprüche
leicht erkennen, dass Änderungen
und Abwandlungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden
können,
ohne den Schutzbereich, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert
ist, zu verlassen. Die Erfindung wurde in einer erläuternden Weise
beschrieben, und es sei darauf hingewiesen, dass die verwendete
Terminologie vielmehr einen beschreibenden als einen eingrenzenden
Wortcharakter haben soll.