DE3926878A1 - Casing-less differential gear - consists of differential star driven from shaft via spur- or bevel wheel carrying differential pinions on spigots - Google Patents

Casing-less differential gear - consists of differential star driven from shaft via spur- or bevel wheel carrying differential pinions on spigots

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Abstract

The differential gear is designed without a casing. It comprises a differential star (2) driven from the shaft via spur- or bevel wheel (1). The differential star carries spigots (2a, 2b) on which differential bevel gears (3,4) are rotatingly fitted and spigots (2c, 2d) with axle shaft bevels (5,6). USE/ADVANTAGE - Elimination of costly housing for vehicle differential gear.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Differentialgetriebe für Kraftfahrzeuge und selbstfahrende Arbeitsmaschinen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.The invention relates to a differential gear for motor vehicles and self-propelled machines mentioned in the preamble of claim 1.

Differentialgetriebe dieser Art besitzen nach dem Stand der Technik (vgl. Deutsche Patentschriften Klassen P 16 H 1/38, 1/40 und 1/42, insbesondere Offenlegungsschriften Nr. 23 25 257, Nr. 26 26 170, Nr. DE 33 03 478 Al und Nr. DE 32 36 227, Deutsche Patentschriften 1957-1974 Klassen 47h 1/35 und 1/40, europäische Patentschriften Klassen 16 1/35 und 1/40, o.V., Die Gestaltung von Wälzlagerungen, Hrsg.: FAG Kugelfischer Georg Schäfer & Co, Publ.-Nr.: 00 200/2 DA, Schweinfurt 1950, S. 60-62, o.V., Lagerungsbeispiele, Hrsg.: SKF Kugellagerfabriken GmbH, Schweinfurt 1977, S. 25f und o.V., Reperaturanleitungen, Hrsg.: Bucheli-Verlag, Zug (CH), Nr. 186, 252, 260, 276, 277, 283, 284, 288, 289, 293, 322, 323, 326, 329, 354, 356, 362, 367, 368, 370, 371, 380-382, 454, 484, 485, 633, 695-697, 717, 740-742, 764, 765, 768 und 769) ein Ausgleichsgetriebegehäuse (19), das über ein Stirn- (20) oder Tellerrad angetrieben wird und in dem eine Ausgleichswelle (21) an ihren Enden befestigt ist, die sich quer durch das Gehäuseinnere erstreckt. Auf dieser Ausgleichswelle sind zwei Ausgleichskegelräder (22 und 23) gelagert, die durch das Gehäuse nach außen axial fixiert werden. Mit diesen Ausgleichskegelrädern kämmen zwei Achswellenkegelräder (24 und 25), die üblicherweise in dem Ausgleichsgetriebegehäuse fliegend gelagert sind, durch Anlaufflächen in axialer Richtung nach außen fixiert und durch eine Keilverzahnung o.ä. drehmomentenfest mit den Achswellen verbunden werden. Das Ausgleichsgetriebe selbst wird in der Regel über Kegelrollenlager (26 und 27) in einem umgebenden Gehäuse (Achs- oder Getriebegehäuse) gelagert, wobei die Lagermittelpunkte auf der gemeinsamen Drehachse der Achswellenkegelräder und des Ausgleichgetriebegehäuses liegen.Differential gears of this type have according to the prior art (cf. German patent classes P 16 H 1/38, 1/40 and 1/42, in particular laid-open documents No. 23 25 257, No. 26 26 170, No. DE 33 03 478 Al and No. DE 32 36 227, German patent specifications 1957-1974 classes 47h 1/35 and 1/40, European patent specifications classes 16 1/35 and 1/40, oV, The design of roller bearings, Ed .: FAG Kugelfischer Georg Schäfer & Co, publ. No .: 00 200/2 DA, Schweinfurt 1950, pp. 60-62, oV, storage examples, ed .: SKF Kugellagerfabriken GmbH, Schweinfurt 1977, p. 25f and oV, repair instructions, ed .: Bucheli -Verlag, Zug (CH), No. 186, 252, 260, 276, 277, 283, 284, 288, 289, 293, 322, 323, 326, 329, 354, 356, 362, 367, 368, 370, 371, 380-382, 454, 484, 485, 633, 695-697, 717, 740-742, 764, 765, 768 and 769) a differential gear housing ( 19 ), which is driven via a spur ( 20 ) or ring gear and in which a balance shaft ( 21 ) is fixed at its ends, the extends across the interior of the housing. Two differential bevel gears ( 22 and 23 ) are mounted on this differential shaft and are axially fixed to the outside by the housing. These differential bevel gears mesh two axle shaft bevel gears ( 24 and 25 ), which are usually overhung in the differential gear housing, are fixed in the axial direction outward by thrust faces and are splined or similar. torque-proof with the axle shafts. The differential gear itself is usually supported by tapered roller bearings ( 26 and 27 ) in a surrounding housing (axle or gear housing), the center of the bearings being on the common axis of rotation of the axle shaft bevel gears and the differential gear housing.

Obwohl sich derartige Differentialgetriebe mit Kegelrädern in der Praxis bestens bewährt haben und heute in nahezu allen Typen von Fahrzeugen Verwendung finden, besitzen sie aus produktionstechnischer Sicht doch erhebliche Nachteile. Zum einen ist die mechanische Bearbeitung der Gehäuse wegen der erforderlichen Innenkonturen sehr aufwendig. Zum anderen erfordert die Mehrzahl der verwendeten Differentialgetriebe komplizierte Montagevorgänge, die sich nur schwer oder überhaupt nicht automatisieren lassen. Hohe Herstellungskosten sind die Folge.Although such differential gear with bevel gears have proven their worth in practice and today almost they are used in all types of vehicles Considerable from a production technology perspective Disadvantage. On the one hand, the mechanical processing of the Housing very much because of the required inner contours complex. On the other hand, the majority of the differential gear used complicated Assembly operations that are difficult or not at all automate. High manufacturing costs are the Episode.

Diese Nachteile werden durch die Erfindung nach den Ansprüchen 1 bis 3 in den Ausführungen nach den Ansprüchen 4 oder 5 behoben. So steht der aufwendigen Fertigung einteiliger Gehäuse (19) durch Gießen mit Kern und spanende Nachbearbeitung die Herstellung eines Differentialsterns als Schmiede- bzw. Fügeteil (2) o.ä. gegenüber, das nur in erheblich geringerem Umfang nachbearbeitet werden muß. Die Montage der Kegelräder (3, 4, 5 und 6) erfolgt durch einfaches Aufstecken, das aufwendige und gleichzeitige Einpassen der Ausgleichskegelräder (22 und 23) entfällt. Ermöglicht werden diese Vereinfachungen erfindungsgemäß über die direkte Momenteneinleitung in die Ausgleichswelle, die in vorteilhafter Weiterbildung und Ausgestaltung über den Verzicht auf das Ausgleichsgetriebegehäuse zu den hier gezeigten Lösungen mit Differentialstern führen.
These disadvantages are eliminated by the invention according to claims 1 to 3 in the embodiments according to claims 4 or 5. So the complex manufacture of one-piece housing ( 19 ) by casting with core and machining post-production is the manufacture of a differential star as a forged or joining part ( 2 ) or the like. compared, which only needs to be reworked to a considerably smaller extent. The bevel gears ( 3 , 4 , 5 and 6 ) are installed by simply plugging them on, eliminating the complex and simultaneous fitting of the differential bevel gears ( 22 and 23 ). According to the invention, these simplifications are made possible by the direct introduction of torque into the balancer shaft, which, in an advantageous further development and refinement, lead to the solutions with differential star shown here by dispensing with the differential gear housing.

Diese Differentialgetriebe mit Differentialstern werden anhand von Zeichnungen nachstehend näher erläutert. Dabei sind in den Zeichnungen nur die für das Verständnis der Erfindung notwendigen Einzelheiten aufgeführt. Es zeigenThese differential gears with differential star will be explained in more detail below with reference to drawings. Here are only in the drawings for understanding the Invention necessary details listed. Show it

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Differentialgetriebe gemäß der Erfindung nach den Ansprüchen 1 bis 4, Fig. 1 shows a longitudinal section through a differential gear according to the invention according to claims 1 to 4,

Fig. 2 die Ansicht von rechts eines Differentialgetriebes gemäß der Erfindung nach den Ansprüchen 1 bis 4, Fig. 2 is a view of a differential gear according to the invention according to claims 1 to 4 to the right,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Differentialstern (2) gemäß der Erfindung nach den Ansprüchen 1 bis 4, Fig. 3 shows a longitudinal section through a differential star (2) according to the invention according to claims 1 to 4,

Fig. 4 die Draufsicht auf einen Differentialstern (2) gemäß der Erfindung nach den Ansprüchen 1 bis 4, Fig. 4 is a plan view of a differential star (2) according to the invention according to claims 1 to 4,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein Differentialgetriebe gemäß der Erfindung nach den Ansprüchen 1, 2, 3 und 5, Fig. 5 shows a longitudinal section through a differential gear according to the invention according to claims 1, 2, 3 and 5,

Fig. 6 die Ansicht von rechts eines Differentialgetriebes gemäß der Erfindung nach den Ansprüchen 1, 2, 3 und 5 im Schnitt, Fig. 6 is a view of a differential gear according to the invention according to claims 1, 2, 3 and 5 in section, the right,

Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein Differentialgetriebe gemäß der Erfindung nach den Ansprüchen 1 bis 4 mit zusätzlichen axialen Sicherungen der Achswellenkegelräder (17 und 18) zur Montageerleichterung in das umgebende Gehäuse, bei dem die Drehmomentübertragung über eine außen auf den Achswellenkegelrädern angeordnete Keilverzahnung (17 a und 18 a) erfolgt. Fig. 7 is a longitudinal section through a differential gear according to the invention according to claims 1 to 4 with additional axial securing the axle shaft bevel gears ( 17 and 18 ) to facilitate assembly in the surrounding housing, in which the torque transmission via a spline arranged on the outside of the axle shaft bevel gears ( 17 a and 18 a ).

Fig. 8 einen Längsschnitt durch ein Differentialgetriebe nach dem Stand der Technik. Fig. 8 shows a longitudinal section through a differential gear according to the prior art.

Mittels einer nicht weiter dargestellten Antriebswelle wird der Differentialstern (2) über seine Speichen (2 e und 2 f) und das aufmontierte Stirnrad (1) mit einem Drehmoment beaufschlagt, das vom Stirnrad anstatt durch die hier gezeigte formschlüssige Verbindung auch durch eine stoffschlüssige Verbindung übertragen werden kann, eventuell auch mit einem seitlichen Versatz zum Zwecke der Montierbarkeit der Ausgleichskegelräder (3 und 4). Dieses Drehmoment wird über die radialen Zapfen (2 a und 2 b) des Differentialsterns auf die Ausgleichskegelräder weitergegeben und von dort über die kämmenden Achswellenkegelräder (5 und 6) zu gleichen Teilen auf die hier nicht dargestellten Achswellen übertragen. Bei gleichgroßen Drehwiderständen an den Achswellen, die kleiner oder gleich dem Antriebsmoment sein müssen, kann sich das gesamte System drehen, ohne das eine Ausgleichsbewegung stattfindet. Die Abstützung dieser Drehbewegung gegenüber dem hier nicht gezeigten Getriebe­ oder Achsgehäuse erfolgt über die beiden Kegelrollenlager (9 und 10). Erst wenn unterschiedliche Widerstände an den Achswellen wirken, treten Ausgleichsbewegungen auf, die sich dadurch äußern, daß auch zwischen den Ausgleichs­ und Achswellenkegelrädern und ihren Lagerzapfen (2 a, 2 b, 2 c und 2 d) Verdrehbewegungen erfolgen. Diese können bei den Achswellenkegelrädern infolge der höheren radialen Belastung durch den Antrieb auch über Gleit- (7 und 8) und Nadellager ermöglicht werden.By means of a drive shaft (not shown), the differential star ( 2 ) is acted upon by its spokes ( 2 e and 2 f ) and the mounted spur gear ( 1 ) with a torque which is transmitted by the spur gear instead of the positive connection shown here by means of a material connection can, possibly also with a lateral offset for the purpose of mounting the differential bevel gears ( 3 and 4 ). This torque is passed on to the differential bevel gears via the radial pins ( 2 a and 2 b ) of the differential star and from there via the meshing axle shaft bevel gears ( 5 and 6 ) in equal parts to the axle shafts, not shown here. With the same resistance to rotation on the axle shafts, which must be less than or equal to the drive torque, the entire system can turn without a compensating movement taking place. This rotary movement is supported with respect to the gearbox or axle housing, not shown here, via the two tapered roller bearings ( 9 and 10 ). Only when different resistances act on the axle shafts, compensatory movements occur, which are manifested in the fact that twisting movements also take place between the compensating and axle shaft bevel gears and their journals ( 2 a , 2 b , 2 c and 2 d ). In the case of axle bevel gears, these can also be made possible via plain ( 7 and 8 ) and needle bearings due to the higher radial load from the drive.

Im Gegensatz zum oben beschriebenen Differentialgetriebe nach dem Stand der Technik bestehen bei der hier gezeigten Erfindung auch wesentliche Unterschiede bezüglich der Aufnahme der axial nach außen gerichteten Kraftkomponenten an den Ausgleichs- und Achswellenkegelrädern bei Einleitung von Momenten. Die axial nach außen gerichteten Kraftkomponenten an den Ausgleichskegelrädern werden nicht mehr durch ein Ausgleichsgetriebegehäuse, sondern durch Sicherungsringe (11 und 12) an den radialen Zapfen (2 a und 2 b) des Differentialsterns aufgenommen. Andere Arten der Kraftaufnahme über Muttern mit Gewinde oder Schrauben mit Anlaufflächen sind ebenfalls möglich. Bei den Achswellenkegelrädern kann die Aufnahme der axialen Kraftkomponenten in gleicher Weise erfolgen, wenn die Keilverzahnung (17 a und 18 a) zur drehmomentsteifen Verbindung mit den Achswellen außen statt innen angeordnet wird. Interessanter ist es hier jedoch, die axialen Kräfte durch die Kegelrollenlager (9 und 10) aufzunehmen, die auf den Achswellenkegelrädern (5 und 6) angeordnet sind. Dabei wird also die bei Differentialgetrieben mit Kegelrädern in herkömmlicher Ausführung übliche Axialkraftaufnahme über Anlaufflächen (19 a und 19 b) mit Weiterleitung zu den Kegelrollenlagern (26 und 27) durch das Gehäuse (19) durch die direkte Krafteinleitung in diese Lager ersetzt, ohne daß zusätzliche Bauteile erforderlich werden. Ein weiterer Vorteil besteh darin, daß bei dieser Lösung die Führungszapfen (2 c und 2 d) für die Achswellenkegelräder soweit gekürzt werden können, daß die drehmomentensteife Verbindung sowohl über eine innen (5 a und 6 a) als auch über eine außen angeordnete Keilverzahnung erfolgen kann.In contrast to the above-described differential gear according to the prior art, there are also significant differences in the case of the invention shown here with regard to the accommodation of the axially outwardly directed force components on the differential and axle shaft bevel gears when moments are introduced. The axially outward force components on the differential bevel gears are no longer absorbed by a differential gear housing, but by circlips ( 11 and 12 ) on the radial pins ( 2 a and 2 b ) of the differential star. Other types of force absorption via nuts with thread or screws with contact surfaces are also possible. In the case of axle shaft bevel gears, the axial force components can be accommodated in the same way if the spline ( 17 a and 18 a ) is arranged on the outside instead of the inside for torque-proof connection to the axle shafts. However, it is more interesting here to absorb the axial forces through the tapered roller bearings ( 9 and 10 ) which are arranged on the axle shaft bevel gears ( 5 and 6 ). So the usual in differential gears with bevel gears in conventional design axial force via contact surfaces ( 19 a and 19 b ) with forwarding to the tapered roller bearings ( 26 and 27 ) by the housing ( 19 ) is replaced by the direct introduction of force into these bearings without additional Components are required. Another advantage is that in this solution, the guide pins ( 2 c and 2 d ) for the axle bevel gears can be shortened to such an extent that the torque-resistant connection takes place both via an internal ( 5 a and 6 a ) and an external spline can.

Die Ausführungsvariante gemäß der Erfindung nach den Ansprüchen 1, 2, 3 und 5 besitzt bei prinzipiell gleicher Funktionsweise neben den oben erwähnten Vorteilen auch beanspruchungsgerechte Einleitungsstellen für das zu übertragende Drehmoment. Dies wird durch das seitliche Einschieben des Differentialsterns (14), dessen Zapfen für die Ausgleichskegelräder (15 und 16) in radialer Richtung verlängert und mit Funktionsflächen versehen sind, in das Stirn- bzw. Tellerrad (13) bewirkt. Die axiale Fixierung des Stirn- bzw. Tellerrades auf dem Differentialstern kann dabei nach der Montage der Ausgleichskegelräder durch verzugsarme stoffschlüssige Verbindungen an den radialen Zapfen (hier dargestellt) oder instandhaltungsgerecht durch formschlüssige Verbindungen mittels aufgeschraubten Flanschringen (diese Ausführung ist hier nicht dargestellt) erfolgen. Bei den hier gezeigten Ausgleichskegelrädern mit geplanten Anlageflächen sind ebene Gegenflächen am Stirn- oder Tellerrad erforderlich. Es ist auch möglich, Kegelräder mit gewölbten oder kugelförmigen Anlageflächen herzustellen, um Stirn- oder Tellerräder mit zylindrischen Bohrungen verwenden zu können. Ebenso besteht bei dieser konstruktiven Ausführung die Möglichkeit, am Differentialstern 3 (oder mehr) Zapfen für Ausgleichskegelräder vorzusehen, um so die Stabilität des Differentialgetriebes zu erhöhen.The embodiment variant according to the invention according to claims 1, 2, 3 and 5 has, in principle, the same mode of operation in addition to the advantages mentioned above also stress-appropriate introduction points for the torque to be transmitted. This is brought about by the lateral insertion of the differential star ( 14 ), the pin of which for the differential bevel gears ( 15 and 16 ) is extended in the radial direction and provided with functional surfaces, into the spur or ring gear ( 13 ). The axial fixation of the spur or ring gear on the differential star can be carried out after installing the differential bevel gears by low-distortion material connections on the radial spigot (shown here) or maintenance-friendly by positive connections using screwed-on flange rings (this version is not shown here). For the differential bevel gears shown here with planned contact surfaces, flat counter surfaces on the spur or ring gear are required. It is also possible to manufacture bevel gears with curved or spherical contact surfaces in order to be able to use spur or ring gears with cylindrical bores. Likewise, in this design, there is the possibility of providing 3 (or more) pins for differential bevel gears on the differential star in order to increase the stability of the differential gear.

Claims (5)

1. Differentialgetriebe mit Kegelrädern für Kraftfahrzeuge und selbstfahrende Arbeitsmaschinen mit einem Antrieb über eine Antriebswelle auf ein Stirn- bzw. Tellerrad o.ä. und einem Abtrieb auf zwei Achswellen o.ä., gekennzeichnet durch die Ausführung ohne Differentialgehäuse.1. Differential gear with bevel gears for motor vehicles and self-propelled machines with a drive via a drive shaft on a spur or ring gear or the like. and an output on two axle shafts or similar, characterized by the version without differential housing. 2. Differentialgetriebe mit Kegelrädern nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen von der Antriebswelle über ein Stirn- (1) bzw. Tellerrad o.ä. antreibbaren Differentialstern (2), auf dessen Zapfen (2 a und 2 b) radial zur Drehachse zwei (oder mehr) Ausgleichskegelräder (3 und 4) drehbar gelagert sind und auf dessen Zapfen (2 c und 2 d) in Richtung der Drehachse zwei mit den Ausgleichskegelrädern kämmende Achswellenkegelräder (5 und 6) drehbar gelagert sind.2. Differential gear with bevel gears according to claim 1, characterized by one of the drive shaft via a spur gear ( 1 ) or ring gear or the like. drivable differential star ( 2 ), on the pin ( 2 a and 2 b ) radially to the axis of rotation two (or more) differential bevel gears ( 3 and 4 ) are rotatably mounted and on the pin ( 2 c and 2 d ) in the direction of the axis of rotation two with axle bevel gears ( 5 and 6 ) which mesh with the differential bevel gears are rotatably mounted. 3. Differentialgetriebe mit Kegelrädern nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Lagerung des Differentialgetriebes über die innere (7 und 8) und äußere (9 und 10) Lagerung der Achswellenkegelräder (5 und 6) und die damit verbundene direkte Aufnahme der axial nach außen gerichteten Kräfte an den Achswellenkegelrädern durch die auf diesen Rädern angeordneten Lager.3. Differential gear with bevel gears according to claim 1, characterized by the bearing of the differential gear on the inner ( 7 and 8 ) and outer ( 9 and 10 ) bearing of the axle shaft bevel gears ( 5 and 6 ) and the associated direct absorption of the axially outward forces on the axle shaft bevel gears through the bearings arranged on these wheels. 4. Differentialgetriebe mit Kegelrädern nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einleitung des Drehmoments auf die Achse der Ausgleichskegelräder (3 und 4) an Stellen, die zwischen den Ausgleichskegelrädern liegen. 4. Differential gear with bevel gears according to claim 1, characterized by an introduction of the torque to the axis of the differential bevel gears ( 3 and 4 ) at locations that lie between the differential bevel gears. 5. Differentialgetriebe mit Kegelrädern nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine direkte Einleitung des Drehmoments auf die Achse der Ausgleichskegelräder (3 und 4) an Stellen, die außerhalb des durch die Ausgleichskegelräder begrenzten Achsenabschnittes liegen.5. Differential gear with bevel gears according to claim 1, characterized by a direct introduction of the torque on the axis of the differential bevel gears ( 3 and 4 ) at locations that lie outside the axis section limited by the differential bevel gears.
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