DE10319854A1 - Achsgetriebe mit einem Kegelraddifferential und dessen Herstellungsverfahren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kegelraddifferential. Um über eine hohe Lebensdauer Anschlaggeräusche an den Kegelradverzahnungen zu verhindern, wird vorgeschlagen, Tellerfedern an den Achswellenrädern vorzusehen, die so weit vorgespannt sind, dass das Spiel in der Kegelradverzahnung dauerhaft ausgeglichen wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Achsgetriebe mit einem Kegelraddifferential gemäß dem Oberbegriff der beiden nebengeordneten Patentansprüche 1 und 2. Ferner betrifft die Erfindung gemäß dem einteiligen Patentanspruch 3 ein Herstellungsverfahren für ein Achsgetriebe.
• Aus der US 5,806,371 ist bereits ein Achsgetriebe mit einem Kegelraddifferential bekannt. Bei diesem Kegelraddifferential stützen sich die beiden Achswellenkegelräder jeweils über Scheiben in die voneinander fortweisenden Richtungen am Ausgleichsgehäuse ab.
• Die US 5,671,640 zeigt ein Sperrdifferential mit vorgespannten Federn, welche ein Spiel zwischen den Zahnrädern dämpfen sollen. Die Zähne sind dabei als Stirnverzahnung ausgeführt.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein kleines Achsgetriebe zu schaffen, welches hohe Drehmomente übertragen kann und über eine sehr hohe Lebensdauer Schub-Zug-Wechsel bzw. bzw. Zug-Schub-Wechsel für den Fahrzeuginsassen nicht wahrnehmbar macht.
• Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der beiden unabhängigen Vorrichtungsansprüche 1 und 2 und des einteiligen Verfahrensanspruchs 3 gelöst.
• Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Kegelradverzahnung ist der, dass hohe Drehmomente übertragen werden können. Die Kräfte an der Verzahnung teilen sich dabei im Gegensatz zur Stirnverzahnung gemäß US 5,671,640 in eine bzgl. der Antriebsachse radial nach außen gerichtete und ein axial nach außen gerichtete Kraft auf. Die beiden Kraftkomponenten stützen sich über die Achswellenkegelräder und die Ausgleichskegelräder am Differentialgehäuse ab.
• Zwischen den Achswellenkegelrädern und dem Differentialgehäuse sind dabei Tellerfedern angeordnet, die im Auslieferungszustand des Achsgetriebes über deren maximalen Federweg hinaus mit einer hohen Kraft vorgespannt sind. Demzufolge sind sowohl das extrem steife Achswellenkegelrad als auch die Tellerfeder soweit vorgespannt, dass sich trotz der hohen Steifigkeit des Achswellenkegelrades und der bereits „auf Block" vorgespannten Tellerfeder ein minimaler zusätzlicher Federweg ergibt. Dabei ist diese Vorspannung so hoch gewählt, dass sich die Fahrzeugräder in einer Kurvenfahrt im Auslieferungszustand des Achsgetriebes bzw. des Fahrzeuges gerade noch gegeneinander drehen.
• Wenn sich die nur geringe Relativbewegungen gegeneinander ausführenden Kegelräder des Differentials trotz eines hochwertigen Achgetriebeschmiermittels über eine hohe Lebensdauer des Achsgetriebes langsam abnutzen, kommt es zunächst zu einer Aufhebung der hohen Vorspannung, welche sich größtenteils aus der elastischen Verformung der Ausgleichskegelräder aber auch zum geringen Teil aus der elastischen Verformung der Tellerfedern ergibt.
• Nutzen sich die Kegelräder des Differentials infolge vieler Kurvenfahren über diesen Idealzustand hinaus ab, so kommt es zu einem Verzahnungsspiel zwischen den Ausgleichskegelrädern und den Achswellenkegelrädern. Dieses Verzahnungsspiel kann bei einer Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt entlang einer Geraden nicht durch die beiden Tellerfedern kompensiert werden. So bewirkt das Antriebsmoment, welches in den Diffenerentialbolzen und damit die Ausgleichskegelräder eingeleitet wird, infolge der Kegelverzahnung die besagte Kraftkomponente, welche die Achswellenkegelräder in die voneinander fort weisende Richtung gegen die Tellerfedern drückt. Da diese Kraftkomponente erheblich größer ist, als die Vorspannkraft der Tellerfedern, werden diese von der Kraftkomponente infolge des Antriebsmomentes ebenfalls „auf Block" axial gestaucht.
• Ein Vorteil der Erfindung kommt zum tragen, wenn das Fahrzeug im zuvor beschriebenen Zustand mit stark abgenutzten Differential vom Schubbetrieb bzw. Zugbetrieb in den Zugbetrieb bzw. Schubbetrieb wechselt. Bei diesem Wechsel wechseln auch die Kegelräder des Kegelraddifferentials die aneinander anliegenden Zahnflanken über eine Nulllage hinaus, in der kein Antriebsmoment übertragen wird. In dieser Nulllage sind die Tellerfedern frei von der besagten axialen Kraftkomponente und entspannen sich, so dass das Verzahnungsspiel, dass die Kegelräder infolge des Verschleißes inzwischen aufweisen, kompensiert wird und die Verzahnungen der Achswellenkegelräder und der Ausgleichskegelräder stets aneinander anliegen. D.h. die Kegelräder verlieren nie den Kontakt miteinander. Somit kann es auch nicht zu einem Aufschlaggeräusch beim Wechsel der Zahnflanken kommen.
• Die Erfindung bietet sich in besonders vorteilhafter Weise insbesondere im PKW-Bereich für Fahrzeuge an, die für den reinen Straßenbetrieb ausgelegt sind. Bei diesen Fahrzeugen sind – beispielsweise im Gegensatz zu Nutz- und Geländefahrzeugen – die Komponenten des Antriebsstranges und des Fahrwerks derart geräuschoptimiert und aufeinander abgestimmt, dass ohne erfindungsgemäßes Achsgetriebe das besagte Aufschlaggeräusch beim Zahnflankenwechsel erst hörbar würde.
• Auf Differentialsperren kann bei solchen Fahrzeugen für den Straßenbetrieb verzichtet werden, da das Differential wegen der zumeist sehr guten Straßenverhältnisse nicht gesperrt werden muß. Ein Differential ist mit den Nachteilen versehen, dass diese teuer und schwer sind und ferner Bauraum beanspruchen, der auf Kosten des Einfederungsweges der angetriebenen Fahrzeugräder geht.
• Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus weiteren Merkmalen der Patentansprüche, der Beschreibung und der Zeichnung hervor.
• Die Erfindung ist nachfolgend anhand einer Zeichnung in zwei Figuren beschrieben.
• Dabei zeigen:
• 1 ein Hinterachsgetriebe nach einer hohen Laufleistung und
• 2 ein Detail des Hinterachsgetriebes auf 1.
• 1 zeigt ein Hinterachsgetriebe. Innerhalb des Hinterachsgetriebegehäuses 10 liegt das Ausgleichsgetriebe bzw. Differential. Dieses ist mittels zweier in x-Anordnung zueinander stehender Kegelrollenlager 15, 16 drehbar um dessen Rotationsachse 27 im Hinterachsgetriebegehäuse 10 gelagert. Das Differential 7 umfasst ein von der Antriebsritzelwelle angetriebenes Tellerrad 17, welches bewegungsfest mit einem zweigeteilten Differentialgehäuse 7 verbunden ist. Mit dem Differentialgehäuse 7 ist ein Differentialbolzen 19 fest verstiftet, dessen Längsachse senkrecht zu Rotationsachse 27 liegt. Koaxial auf diesem Differentialbolzen 19 sind Ausgleichskegelräder 3, 4 drehbar gelagert, welche mit zwei senkrecht zu diesen angeordneten Achswellenkegelrädern 1, 2 kämmen. Die beiden Ausgleichskegelräder 3, 4 sind an deren Außenseiten mit kalottenförmig konvexen Flächen versehen, die in korrespondierend konkaven Flächen des Hinterachsgetriebegehäuses axial abgestützt und gleitgelagert sind.
• Jedes der beiden Achswellenkegelräder 1, 2 ist jeweils mittels einer Keilwellenverzahnung drehfest aber begrenzt axialverschieblich mit einer Radantriebshalbwelle 11 bzw. 12 verbunden. Jedes der beiden Achswellenkegelräder 1, 2 liegt unter Zwischenfügung einer der beiden Tellerfedern 6, 5 am Ausgleichsgetriebegehäuse 18 an, so dass die Kräfte, welche aus dem Antriebsmoment resultieren, als Axialkräfte an dem Ausgleichsgehäuse 7 im Bereich von einer ringförmigen Schulter 23 bzw. 24 abgestützt werden. Dabei liegen die Tellerfedern 6, 5 jeweils an einer Anlauffläche 28 bzw. 29 dieser Schulter 23 bzw. 24 an.
• 2 zeigt dabei ein Detail des Hinterachsgetriebes im Bereich der einen Tellerfeder 6. Radial innerhalb dieser Tellerfeder 6 liegt ein mit der besagten Keilwellenverzahnung versehener Innenzapfen 20 der Radantriebshalbwelle 12. Die Tellerfeder 6 ist in einem radial inneren Bereich beidseitig mit ebenen Gleitflächen 21, 22 versehen. Die außenseitige Gleitfläche 21 liegt an der besagten Anlauffläche 28 der ringförmigen Schulter 23 an, wohingegen die innenseitige Gleitfläche 22 von der Bodenfläche 25 des Achswellenkegelrades 2 um das Maß S2 beabstandet ist. Die Tellerfeder 6 ist an deren radial außen liegendem Bereich mit einer Ringsicke 26 ausgeführt deren nach außen gewölbte Fläche axial an der Bodenfläche 25 des Achswellenkegelrades 2 unter Vorspannung anliegt.
• Im folgenden wird kurz die Herstellung des Differentials erläutert. Nach dem Guß des Differentialgehäuses 7 aus Grauguss wird dieses spanend bearbeitet, wobei die Anlaufflächen 28, 29 gefräst werden. Im Anschluß wird der Abstand zwischen diesen beiden Anlaufflächen 28, 29 gemessen. Zur Montage stehen mehrere Tellerfedern verschiedener Dicke S1 zur Verfügung. Von diesen Tellerfedern werden die beiden eingebaut, welche eine Vorspannung der Achswellenkegelräder 3, 4 gegeneinander bewirken, die so hoch ist, dass sich die drehfest mit den Radantriebshalbwellen 11, 12 verbundenen Fahrzeugräder in einer Kurvenfahrt im Auslieferungszustand des Hinterachsgetriebes bzw. des Fahrzeuges gerade noch gegeneinander drehen.
• Die Tellerfeder kann auch als wellenförmige Tellerfeder ausgestaltet sein.
• In einem alternativen Montageverfahren werden gleichartige Tellerfedern konstanter Dicke verwendet und es werden koaxial zu diesen Distanzscheiben verschiedenster Dicken eingesetzt, mit denen die Vorspannung entsprechend dem zuvor genannten Maß eingestellt wird.
• Das Achsgetriebe kann auch bei Vorderachsgetrieben mit Kegelraddifferential Anwendung finden.
• Die Ringsicke muß nicht als geschlossener Ring ausgeführt sein, sondern kann auch als offener oder unterbrochener Ring ausgeführt sein.
• Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.

Claims (5)

1. Achsgetriebe (10) mit einem Kegelraddifferential, bei welchem die beiden Achswellenkegelräder (1, 2) über Scheiben in die voneinander fortweisende Richtung am Differentialgehäuse (7) abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Scheiben Tellerfedern (6, 7) sind, welche im Auslieferungszustand des Achsgetriebes (10) über deren maximalen Federweg hinaus vorgespannt sind.
2. Achsgetriebe mit einem Kegelraddifferential, bei welchem die beiden Achswellenkegelräder (3, 4) über Scheiben in die voneinander fortweisende Richtung am Differentialgehäuse (7) abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Scheiben Tellerfedern (6, 7) sind, welche derart vorgespannt sind, dass beim Wechsel zwischen Schubbetrieb und Zugbetrieb ein ständiger Kontakt zwischen den Zahnflanken der Achswellenkegelräder (1, 2) und der Ausgleichskegelräder (3, 4) gewährleistet ist.
3. Herstellungsverfahren für ein Kegelraddifferential, bei welchem die beiden Achswellenkegelräder (1, 2) über Tellerfedern (6, 7) in die voneinander fortweisende Richtung an Abstützflächen (28, 29) eines Differentialgehäuses (7) abgestützt sind, bei welchem der Abstand zwischen den Abstützflächen (28, 29) gemessen wird und im Anschluß die Tellerfedern (6, 7) oder Distanzscheiben in einer Dicke gewählt werden, die im Auslieferungszustand des Achsgetriebes (10) eine Vorspannung der Tellerfedern (6, 7) über deren maximalen Federweg hinaus gewährleistet.
4. Achsgetriebe nach einem Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der beiden Tellerfedern (5 bzw. 6) radial außen eine ringförmige Ringsicke (26) aufweist.
5. Achsgetriebe nach einem Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder (5 bzw. 6) radial innen beidseitig ebenen Gleitflächen (21, 22) aufweist.