DE4042173A1 - Differentialgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Differentialgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Solche Differentialgetriebe eignen sich vor allem für den Einsatz in Kraftfahrzeugen und selbstfahrenden Arbeits­ maschinen. Differentialgetriebe lassen sich jedoch nicht kostengünstig fertigen, weil der Einbau der Getriebeteile in das Gehäuse und dessen Verbindung mit den Getriebeteilen aufwendig und umständlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Differentialgetriebe so auszubilden, daß eine sehr einfache Fertigung und Montage erreicht wird.

Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Differentialgetriebe erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruches 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Differentialgetriebe können die Ge­ triebeteile durch die Anwendung der geschweißten Parallel­ stöße zur Verbindung von Gehäuse und antreibendem Zahn­ rad sehr einfach montiert werden. Dadurch ist die Aus­ führung von Differentialgetrieben in Schichtbauweise möglich. Unter dem Begriff "Schichtbauweise" versteht man dabei Konstruktionen, bei deren Montage die Einzel­ teile oder vormontierte Baugruppen ausschließlich durch einachsige, vertikale Fügebewegungen zusammengesetzt werden können. Diese Fügebewegungen lassen sich daher meist ohne großen Aufwand automatisieren.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen darge­ stellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungs­ gemäßes Differentialgetriebe,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Differentialgetriebes nach Fig. 1 ohne Getriebe- oder Achsgehäuse, Antriebswelle und Achswellen,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 2, wobei jedoch Getriebe- oder Achsgehäuse, An­ triebswelle und Achswellen nicht dargestellt sind.

Das Differentialgetriebe hat einen Differentialbolzen 2, auf dem Ausgleichskegelräder 6 und 7 drehbar gelagert sind und dessen Enden 2a, 2b drehfest mit einem antreibenden Zahn­ rad 8 verbunden sind.

Über eine Antriebswelle 3 (Fig. 1) werden das Zahnrad 8 und der Differentialbolzen 2 mit einem Drehmoment beaufschlagt, das vom Differentialbolzen 2 über die Ausgleichskegelräder 6, 7 zu gleichen Teilen auf mit diesen kämmende Achswellen­ kegelräder 4, 5 und von dort auf Achswellen 30 und 31 über­ tragen wird, die drehfest mit den Achswellenkegelrädern 4, 5 verbunden sind. Bei gleich großen Drehwiderständen an den Achswellen 30, 31 kann sich das gesamte Differential­ getriebe drehen, ohne daß eine Ausgleichsbewegung statt­ findet. Die Abstützung dieser Drehbewegung gegenüber einem Getriebe- oder Achsgehäuse 1 erfolgt über Lager 9, 10, die im Ausführungsbeispiel bevorzugt Kegelrollenlager sind. Erst wenn unterschiedliche Widerstände an den Achswellen 30, 31 wirken, treten Ausgleichsbewegungen im Differential­ getriebe auf, die sich dadurch äußern, daß auch zwischen den Ausgleichs- und Achswellenkegelrädern 4 bis 7 und ihren Lagerstellen Verdrehbewegungen erfolgen.

Die Achswellenkegelräder 4, 5 sowie die Ausgleichskegelräder 6, 7 sind in einem Gehäuse 11 untergebracht, das aus unter­ einander gleichen Gehäuseteilen 12, 13 zusammengesetzt ist. Das Gehäuse 11 bzw. seine Gehäuseteile 12, 13 sind drehfest mit dem antreibenden Zahnrad 8 verbunden. Um das Gehäuse 11 einfach mit dem Zahnrad 8 verbinden zu können, sind die beiden Gehäuseteile 12, 13 am äußeren Rand mit je einem radial nach außen gerichteten Flansch 14, 15 versehen, der über seinen Umfang am Zahnrad 8 an­ liegt und mit ihm einen Parallelstoß bildet.

Vorteilhaft sind die Parallelstöße, die jeweils aus einem Flansch 14, 15 der Gehäuseteile 12, 13 und einem zylindrischen Sitz 32, 33 im Zahnrad 8 gebildet werden, durch eine durch- bzw. stumpfgeschweißte Naht verbunden, die vorzugsweise durch Laserstrahl- oder Reibschweißen erzeugt wird. In den Fig. 1 bis 3 wird eine Ausführungsform mit durchge­ schweißten Laserstrahlnähten 16, 17 gezeigt.

Durch Anwendung der hier aufgeführten Schweißverfahren ist es außerdem möglich, unterschiedliche Werkstoffe in einem unterschiedlichen Behandlungszustand zu verwenden. Bei­ spielsweise können das Zahnrad 8 aus Einsatzstahl im schluß­ wärmebehandelten Zustand und die Gehäuseteile 12, 13 aus tiefgezogenem Stahlblech bestehen, wenn die zylindrischen Sitze 32, 33 im Zahnrad 8 durch Drehen im schlußwärmebe­ handelten Zustand hergestellt und dadurch die aufgekohlte Randschicht im Bereich der Schweißverbindung vor der Schweißung entfernt wird.

Wie Fig. 1 zeigt, ist der Durchmesser des Differential­ bolzens 2 größer als die Stegbreite 22 des Zahnrades 8. Im Bereich der Enden des Differentialbolzens 2 sind die Flansche 14, 15 der Gehäuseteile 12, 13 so geformt, daß sie an den Bolzenenden anliegen. Diese im Querschnitt teilkreisförmig gebogenen Bereiche 23 bis 26 der Flansche 14, 15 sind geschlitzt ausgebildet. In Fig. 2 ist dies für die Flanschbereiche 23 und 24 dargestellt. Sie weisen jeweils radial verlaufende Schlitze 27 und 28 auf. Infolge dieser Schlitze erhalten die Flanschbereiche 23 bis 26 eine gewisse elastische Nachgiebigkeit. Sie sind vorteil­ haft so ausgebildet, daß bei der Montage der Gehäuseteile 12, 13 die Flanschbereiche 23 bis 26 durch Anlage an den Enden 2a, 2b des Differentialbolzens 2 geringfügig elastisch verformt werden. Dadurch liegen die Flanschbereiche 23 bis 26 unter elastischer Vorspannung an den Enden des Differential­ bolzens 2 an. Er wird so bis zur endgültigen Fixierung durch die Schweißverbindung in einfacher Weise spielfrei im Ge­ häuse 11 und im Zahnrad 8 fixiert.

Um eine äußerst kompakte Ausbildung des Differentialge­ triebes zu erhalten, sind die beiden Gehäuseteile 12, 13 annähernd als Halbkugel ausgebildet, so daß das Gehäuse 11 in montiertem Zustand annähernd Kugelform hat. Die Kegelräder 4 bis 7 und der Innenradius des Gehäuses 11 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Kegelräder 4 bis 7 nahezu an der Innenwandung der Gehäuseteile 12, 13 an­ liegen und durch diese direkt ober über Zwischenlagen radial geführt werden können. Dadurch ergibt sich eine äußerst gedrungene, platzsparende Bauweise.

Die Lager 9, 10 sind auf den beiden Gehäuseteilen 12, 13 angeordnet. Diese Gehäuseteile 12, 13 sind hierzu mit im Querschnitt kreisförmigen Ansätzen 18, 19 versehen, deren Achsen miteinander fluchten und in der Achse des Zahnrades 8 liegen. Am Übergang vom kalottenförmigen Bereich zu den buchsenförmigen Ansätzen 18, 19 sind die Gehäuseteile 12, 13 jeweils mit einem umlaufenden Absatz 20, 21 versehen, an dem die Lager 9, 10 in Achsrichtung der Ansätze 18, 19 an­ liegen. Die Absätze 20, 21 stellen sicher, daß die Axial­ kräfte, die sich infolge der kegelförmigen Verzahnung der Ausgleichs- und Achswellenkegelräder 4 bis 7 sowie gegebenen­ falls des Zahnrades 8 ergeben, ohne merkliche Verformung des Gehäuses 11 auf die Lager 9, 10 übertragen werden können.

Die Gehäuseteile 12, 13 bestehen vorteilhaft aus Blech, so daß sie einfach und kostensparend gefertigt werden können.

Toleranzen an den Gehäuseteilen 12, 13 und/oder an den Kegelrädern 4 bis 7 können in bekannter Weise durch Kunst­ stoffschalen oder Ausgleichsscheiben ausgeglichen werden. Diese Teile sind in den Fig. 1 bis 3 der Einfachheit halber nicht dargestellt. Durch geeignete, an sich bekannte Meß­ einrichtungen lassen sich die jeweils zum Toleranzaus­ gleich benötigten Teile ohne Schwierigkeiten während der Montage bestimmen.

Aufgabe der zylindrischen Sitze 32, 33 im Zahnrad 8, die durch Nuten zur Aufnahme der Enden 2a, 2b des Differential­ bolzens 2 unterbrochen sind, ist es, die Gehäuseteile 12, 13 zu zentrieren. Diese Zentrierungen 32, 33 stellen sicher, daß die Ansätze 18, 19, welche die Sitze für die Lager 9, 10 bilden, exakt gegenüber dem Zahnrad 8 ausgerichtet sind, das z. B. als Stirn- oder Tellerrad ausgebildet sein kann. Dadurch wird in einfacher Weise sichergestellt, daß die Lager 9, 10 sowie die Verzahnung 29 des Zahnrades 8 zu­ sammenfallende Achsen haben. Auf diese Weise wird ein aus­ reichender Rundlauf und ein allenfalls geringer Planschlag der Ansätze 18, 19 im Verhältnis zur Verzahnung 29 des Zahnrades 8 erzielt.

Zur Montage des dargestellten Ausführungsbeispieles kann man die erste Gehäusehälfte 12 mit dem zylindrischen Sitz für das Lager 9 nach unten in ein drehbar befestigtes Unter­ teil einer geeigneten Montagevorrichtung legen und zunächst das erste Ausgleichskegelrad 4, das Zahnrad 8, eine vor­ montierte Einheit aus dem Differentialbolzen 2 und den Ausgleichskegelrädern 6, 7 sowie das zweite Achswellen­ kegelrad 5 von oben durch geradlinige Bewegungen einlegen. Nach Messung und Ausgleich der Summentoleranzen kann eben­ falls mit einer geradlinigen Bewegung die zweite Gehäuse­ hälfte 13 aufgesetzt und fest gegen die fest im Unterteil der Montagevorrichtung liegende Gehäusehälfte 12 gepreßt werden. Nach Verbindung durch Schweißen der ersten Naht 17 wird das weiter unter Pressung stehende Differentialge­ triebe samt Montagevorrichtung gewendet und die zweite Naht 16 erzeugt. Sobald die Schweißverbindungen ausreichend fest sind, kann die Preßkraft durch Öffnen der Montagevorrichtung abgebaut, das fertige Differentialgetriebe entnommen und ein neuer Montagevorgang begonnen werden.

Wegen der wesentlich einfacheren und damit billigeren Her­ stellung solcher Differentialgetriebe ist es im übrigen kein Nachteil, daß das Getriebe nach der Verschweißung nicht mehr zerlegt werden kann. Bei Ausschuß- und Reparaturquoten in der Größenordnung von konventionellen Differentialge­ trieben ergeben sich schon insgesamt nennenswerte Ein­ sparungen. Wegen der den im Betrieb auftretenden Belastungen angepaßten Konstruktion und dem bei der Montage durchge­ führten exakten Toleranzausgleich ist darüberhinaus für das ausgeführte Differentialgetriebe noch mit geringeren Ausschuß- und Reparaturquoten zu rechnen.

Durch die direkte Einleitung des zu übertragenden Moments vom Zahnrad 8 auf den Differentialbolzen 2 werden Schäden vermieden, die bei der überwiegenden Zahl der bekannten Differentialgetriebe mitunter an den Kontaktstellen zwischen dem Differentialgehäuse und dem Differentialbolzen auf­ treten. Beim beschriebenen Differentialgetriebe nimmt das Gehäuse 11 im Gegensatz zu den überwiegend verwendeten Differentialgetrieben nur die Führungskräfte der Achswellen 30, 31 und die radial nach außen gerichteten Reaktionskräfte von der Verzahnung der Achswellenkegelräder 4, 5 auf, die über die kugelförmigen Anlaufflächen 4b, 5b übertragen werden. Die radial nach außen gerichteten Kräfte von den kugelförmigen Anlaufflächen 6a, 7a der Ausgleichskegelräder 6, 7 wirken nur auf das Zahnrad 8. Ebenso bleibt das Gehäuse 11 drehmomentfrei.

Claims (25)

1. Differentialgetriebe mit einem antreibenden Zahnrad und mit Kegelrädern, die miteinander kämmen und in einem drehfest mit dem antreibenden Zahnrad verbundenen Gehäuse untergebracht sind, von denen mindestens ein Kegelrad als Ausgleichsrad auf einem Differentialbolzen gelagert und mit Achswellenkegelrädern in Eingriff ist, dadurch gekennzeichnet, daß die drehfeste Verbindung zwischen dem antreibenden Zahnrad (8) und dem Gehäuse (11) mittels eines geschweißten Parallelstoßes her­ gestellt ist.

2. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) und das antreibende Zahnrad (8) aus gleichem Werkstoff be­ stehen.

3. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) und das antreibende Zahnrad (8) aus verschiedenen Werkstoffen bestehen.

4. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelstoß durch­ geschweißt ist.

5. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelstoß stumpf­ geschweißt ist.

6. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgeschweißte Ver­ bindung (16, 17) durch Laserstrahlschweißen erzeugt ist.

7. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die stumpfgeschweißte Ver­ bindung (16, 17) durch Reibschweißen erzeugt ist.

8. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine direkte Einleitung des Moments vom antreibenden Zahnrad (8) auf den Differentialbolzen (2) erfolgt.

9. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Differential­ bolzens (2) an die Form einer Differentialbolzenauf­ nahme im antreibenden Zahnrad (8) angepaßte Aufnahme­ bereiche (2a, 2b) aufweisen.

10. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (2a, 2b) des Differentialbolzens (2) als ebene Schlüsselflächen ausgebildet sind.

11. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) aus wenigstens zwei Gehäuseteilen (12, 13) besteht.

12. Differentialgetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile (12, 13) gleich ausgebildet sind.

13. Differentialgetriebe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile (12, 13) zumindest annähernd kalottenförmig ausgebildet sind.

14. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelräder (4 bis 7) mit ihren Außenseiten auf der Oberfläche einer ge­ dachten Kugel liegen, deren Durchmesser gleich oder nur wenig kleiner ist als der Durchmesser einer ge­ dachten Kugel, deren Oberfläche durch die Innenfläche des Gehäuses (11) gebildet ist.

15. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile (12, 13) jeweils einen nach außen gerichteten Flansch (14, 15) aufweisen, der in einer Ebene umlaufend mit dem an­ treibenden Zahnrad (8) verbunden ist.

16. Differentialgetriebe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (14, 15) im Bereich des Differentialbolzens (2) an dessen Außen­ form angepaßte Aufnahmebereiche (23 bis 26) aufweist.

17. Differentialgetriebe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmebereiche (23 bis 26) im Querschnitt teilkreisförmig ausgebildet sind.

18. Differentialgetriebe nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (14, 15) mit seinen Aufnahmebereichen (23 bis 26) den Differential­ bolzen (2) während der Montage (Verschweißen) des Ge­ triebes elastisch vorspannt.

19. Differentialgetriebe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmebereiche (23 bis 26) des Flansches (14, 15) zur Erzielung eines ausreichend großen elastischen Bereiches mit mindestens einem Schlitz (27, 28) versehen sind.

20. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Gehäuse (11) Lager (9, 10) angeordnet sind.

21. Differentialgetriebe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) Ansätze (18, 19) aufweist, auf denen die Lager (9, 10) ange­ ordnet sind.

22. Differentialgetriebe nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (18, 19) jeweils einen Axialanschlag (20, 21) für die Lager (9, 10) aufweisen.

23. Differentialgetriebe nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenflächen der Ansätze (18, 19) zu der vorzugsweise bei Fahrzeugen mit Einzel­ radaufhängung angewandten Führung der Achswellen (30, 31) vorgesehen sind, deren drehfeste Verbindung mit den Ausgleichskegelrädern (4, 5) über deren Innenver­ zahnungen (4a, 5a) erfolgt.

24. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 11 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile (12, 13) durch vorzugsweise zylindrische Sitze (32, 33) im antreibenden Zahnrad (8) zentriert sind.

25. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Montage bis zur Verschweißung des Gehäuses (11) mit dem antreibenden Zahnrad (8) alle Fügebewegungen eindimensional und geradlinig sowie bis auf eine Vormontage der Ausgleichs­ kegelräder (6, 7) auf den Differentialbolzen (2) in einer Richtung ausgeführt werden.