DE4042174A1 - 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. Bei diesen Differentialgetrieben (DE-OS 39 26 878 und FR-PS 11 98 091) sitzen die Ausgleichs- und Achswellen­ kegelräder auf je zwei Zapfen mit einander senkrecht kreuzenden Achsen eines Trägers, der als mehrachsiger Differentialstern ausgebildet ist. Die Momenteneinleitung erfolgt ohne Umweg über ein Gehäuse direkt auf diesen mehrachsigen Differential­ stern, und zwar entweder über entsprechend ausgebildete Enden der Zapfen, auf denen die Ausgleichskegelräder ange­ ordnet sind (FR-PS 11 98 091), oder über zwei zusätzliche Arme des mehrachsigen Differentialsterns, die in der zu den Zapfen für die Ausgleichs- und Achswellenkegelrädern orthogonalen Ebene liegen (DE-OS 39 26 878) . Ihre Vorteile im Vergleich zu Differentialgetrieben mit Gehäuse sind sowohl konstruktiver Art, da sie den im Betrieb auf­ tretenden Belastungen besser angepaßt und dadurch weniger schadensanfällig sind, als auch produktionstechnischer Art, da sie mit geringem Aufwand zu fertigen und zu montieren sind.

Nachteilig ist aber, daß im Gegensatz zu Ausführungen mit Ausgleichsgetriebegehäusen bei diesen bekannten Ge­ trieben außer durch die technisch schwer zu realisierende Aufnahme über die Keilverzahnung bisher keine Möglichkeit besteht, die getriebeseitigen Enden der Achswellen zu lagern, auf die der Abtrieb vom Differentialgetriebe er­ folgt. Daher können die Getriebe bei den heute vorwiegend verwendeten Fahrzeugen mit Einzelradaufhängung nur ange­ wendet werden, wenn getriebeseitig zusätzliche Lagerungen für die Achswellen vorgesehen sind. Diese Möglichkeit kommt aber zumeist aus wirtschaftlichen Gründen nicht in Frage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungs­ gemäße Differentialgetriebe so auszubilden, daß die getriebeseitigen Enden der Achswellen in konstruktiv einfacher Art gelagert werden können.

Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Differential­ getriebe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merk­ male des Anspruches 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Differentialgetriebe werden die mit speziell ausgebildeten Enden versehenen Achswellen in die Aufnahmen des Trägers gesetzt und gelagert, auf deren Außenseite auch die Achswellenkegelräder gelagert sind. Dadurch kann eine außerhalb des Getriebes ange­ ordnete Lagerung entfallen, die bei Fahrzeugen mit Einzelradaufhängung für die Realisierung der notwendigen Freiheitsgrade der Antriebswellen erforderlich ist. Außer im Differentialgetriebe müssen die Achswellen nur noch an der Radaufhängung gelagert werden. Ein weiterer Vorteil besteht in der äußerst kompakten und platzsparenden Kon­ struktion, die sich kostengünstig fertigen und montieren läßt.

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

Die Erfindung wird anhand zweier in den Zeichnungen darge­ stellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Aus­ führungsform eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes,

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

Fig. 3 und 4 in Darstellungen entsprechend den Fig. 1 und 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Differentialgetriebes.

Das Differentialgetriebe nach den Fig. 1 und 2 hat als Träger einen mehrachsigen Differentialstern 2, der je zwei Zapfen 2a bis 2d mit einander senkrecht kreuzenden Achsen hat, auf denen Ausgleichskegelräder 3 und 4 und Achswellenkegelräder 5 und 6 gelagert sind, die miteinander in Eingriff sind. Über zwei weitere Arme 2e, 2f, die sich in einer zu den Zapfen 2a bis 2d orthogonalen Ebene befinden, wird der Differentialstern 2 drehfest mit einem antreibenden Zahn­ rad 1, wie einem Stirnrad, einem Tellerrad und dgl., ver­ bunden, das die Zapfen 2a, 2b und die Ausgleichskegelräder 3, 4 umgibt.

Mittels einer in Fig. 1 nur teilweise dargestellten An­ triebswelle 13 wird der Differentialstern 2 über seine Arme 2e, 2f und das montierte Zahnrad 1 mit einem Dreh­ moment beaufschlagt, das vom Zahnrad 1 anstatt durch eine kraftschlüssige Verbindung (Fig. 2) auch durch eine form- oder stoffschlüssige Verbindung übertragen werden kann, evtl. auch mit einem seitlichen Versatz zum Zwecke der Montierbarkeit der Ausgleichskegelräder 3, 4. Das Dreh­ moment wird über die in bezug auf das Zahnrad 1 radial angeordneten Zapfen 2a, 2b des Differentialsterns 2 auf die Ausgleichskegelräder 3, 4 weitergegeben und von dort über die kämmenden Achswellenkegelräder 5, 6 zu gleichen Teilen auf nur teilweise dargestellte Achswellen 7 und 8 (Fig. 1) übertragen, die drehfest mit den Achswellenkegel­ rädern 5, 6 verbunden sind. Bei gleich großen Drehwider­ ständen an den Achswellen 7, 8 kann sich das gesamte Differentialgetriebe drehen, ohne daß eine Ausgleichsbe­ wegung stattfindet. Die Abstützung dieser Drehbewegung gegenüber einem nur angedeuteten Getriebe- oder Achsge­ häuse 14 erfolgt über Lager 9, 10, die im Ausführungsbei­ spiel bevorzugt Kegelrollenlager sind. Erst wenn unter­ schiedliche Widerstände an den Achswellen 7, 8 wirken, treten Ausgleichsbewegungen im Differentialgetriebe auf, die sich dadurch äußern, daß auch zwischen den Ausgleichs- und Achswellenkegelrädern 3 bis 6 und ihren Lagerzapfen 2a bis 2d sowie zwischen den Achswellen 7, 8 und ihren Auf­ nahmen 2g in den Zapfen des Differentialsterns 2 Verdreh­ bewegungen erfolgen. Diese können bei den Achswellenkegel­ rädern 5, 6 und in den Aufnahmen 2g für die Achswellen 7, 8 infolge der höheren radialen Belastung durch den Antrieb- auch über Gleit- und Wälzlager, beispielsweise Nadellager, er­ möglicht werden.

Weitere Merkmale dieser Ausführung sind die Aufnahme der axial nach außen gerichteten Kraftkomponenten an den Achswellen­ kegelrädern 5, 6 durch die Lager 9, 10, die auf diesen Kegelrädern angeordnet sind, und die Aufnahme der axial nach außen gerichteten Kraftkomponenten an den Ausgleichskegelrädern 3, 4 durch Sicherungsringe 11, 12 an den radialen Zapfen 2a, 2b des Differentialsterns 2. Andere Arten der Kraftaufnahme sind möglich. An den Achswellenkegelrädern 5, 6 kann diese Kraft­ aufnahme über Sicherungsringe, Muttern oder Schrauben mit Anlaufflächen auf gegenüber dem dargestellten Ausführungs­ beispiel verlängerten Zapfen 2c, 2d des Differentialsterns 2 erfolgen, wenn eine Keilverzahnung 5a, 6a zur drehfesten Verbindung mit den Achswellen 7, 8 außen statt innen ange­ ordnet und die Achswellenenden entsprechend umgestaltet werden. Bei den Ausgleichskegelrädern 3, 4 kann die Kraft­ aufnahme außer über Muttern oder Schrauben mit Anlauf­ flächen auch über Anlaufflächen direkt am Zahnrad 1 er­ folgen, wenn diese Flächen in dessen Bohrung vorgesehen werden. Ferner können bei hochbeanspruchten Differential­ getrieben dieser Art am mehrachsigen Differentialstern 2 drei oder mehr Zapfen für Ausgleichskegelräder vorgesehen werden, um so die Stabilität des Differentialgetriebes zu erhöhen.

Bei der dargestellten Ausführungsform ragen die Achswellen­ kegelräder 5, 6 axial jeweils gleich weit über die Enden der Zapfen 2c, 2d des Differentialsterns 2, auf denen sie sitzen. Die überstehenden Enden der Achswellenkegel­ räder 5, 6 haben in diesem Bereich eine Bohrung, deren Wand als Keilverzahnung 5a, 6a zur drehfesten Verbindung mit den Achswellen 7, 8 ausgeführt ist. Der Kopfkreis­ durchmesser dieser Innenverzahnung 5a, 6a ist kleiner als der Bohrungsdurchmesser in dem Bereich, in dem die Achswellenkegelräder 5, 6 auf den Zapfen 2c, 2d sitzen. Die Zapfen 2c, 2d selbst sind mit einer Durchgangsbohrung 2g versehen, welche die Aufnahme für die Achswellen 7, 8 bildet und deren Durchmesser kleiner ist als der Kopf­ kreisdurchmesser der Innenverzahnung 5a, 6a in den über­ stehenden Achswellenkegelräderabschnitten. Die Achse der Durchgangsbohrung 2e stellt gleichzeitig die Dreh­ achse des Zahnrades 1 und damit des gesamten Differential­ getriebes dar. In die Durchgangsbohrung 2g werden die an­ getriebenen, nur teilweise dargestellten Achswellen 7, 8 eingesetzt, die über die Keilverzahnungen 5a, 6a drehfest mit den Achswellenkegelrädern 5, 6 verbunden werden.

Durch die Lagerung der Enden der Achswellen 7, 8 in der Bohrung 2g des Differentialsterns 2 eignen sich die Differentialgetriebe besonders für Fahrzeuge mit Einzel­ radaufhängung. Die Führung der Achswellen 7, 8 muß in diesem Falle nicht aus dem Differentialgetriebe nach außen verlagert werden, sondern kann innerhalb des Differentialgetriebes, und zwar in den in bezug auf das antreibende Zahnrad 1 axial liegenden Zapfen 2c, 2d, vorgesehen sein.

Fertigungstechnisch ist die Durchgangsbohrung 2g sehr einfach in den Zapfen 2c, 2d anzubringen. Zur Aufnahme der Achswellen 7, 8 reichen jedoch auch Sacklochbohrungen in jedem der beiden Zapfen 2c, 2d aus, in welche die Achs­ wellen 7, 8 eingesetzt werden können.

Der Ausgleich von Toleranzen kann in bekannter Weise durch Zwischenlagen, Ausgleichsscheiben und dgl. er­ folgen. Diese Teile sind in den Fig. 1 und 2 der Einfach­ heit halber nicht dargestellt.

Ferner können zur Montage die Kegelräder 3 bis 6 mit geradlinigen, jeweils einachsigen Fügebewegungen auf die Zapfen 2a bis 2d des Differentialsterns 2 als Basis­ teil aufgesteckt werden. Das aufwendige Einsetzen und gleichzeitige Einpassen der Ausgleichskegelräder, wie es bei Differentialgetrieben mit Ausgleichsgehäuse not­ wendig ist, ist hier nicht erforderlich.

Das Differentialgetriebe gemäß den Fig. 3 und 4 entspricht bezüglich seiner Gestaltung und den möglichen konstruktiven Alternativen weitgehend dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2. Im folgenden werden daher nur die Unterschiede zu dieser Ausführungsform erläutert.

Anstelle der zusätzlichen Arme 2e, 2f des mehrachsigen Differentialsterns 2 verfügt dieses Getriebe über ver­ längerte, radial zur Drehachse angeordnete Zapfen 2a′, 2b′, die nicht nur die Ausgleichskegelräder 3, 4 führen, sondern an ihren Enden drehfest mit dem antreibenden Zahn­ rad 1 verbunden sind, das ein Stirnrad, ein Tellerrad und dgl. sein kann. Die Enden dieser Zapfen 2a′, 2b′ sind bei diesem Getriebe als spezielle ebene Schlüsselflächen aus­ geführt. Zur drehfesten Verbindung mit den Zapfen 2a′, 2b′ weist das antreibende Zahnrad 1 im gezeigten Ausführungs­ beispiel entsprechend geformte Aufnahmen auf, in die die Zapfen 2a und 2b′ entlang der Drehachse des Differential­ getriebes eingeschoben werden können. Zur Sicherung gegen seitliches Verschieben werden im montiertem Zustand kreis­ segmentförmige Platten 17 bis 20 von beiden Seiten so mit dem antreibenden Zahnrad 1 verschraubt, daß sie die Auf­ nahmebereiche überdecken. Um eine ausreichend große Auflage­ fläche zu erzielen, sind die Zapfen 2a′, 2b′ im Bereich der Anlage an den kreissegmentförmigen Halteplatten 17 bis 20 mit Schlüsselflächen versehen. Ebenso wie bei der ersten Ausführungsform kann die direkte Verbindung der Zapfen 2a′, 2b′ des Differentialsterns 2′ mit dem an­ treibenden Zahnrad 1 statt durch die hier gezeigte form­ schlüssige Verbindung auch durch kraft- oder stoff­ schlüssige Verbindungen realisiert werden.

Die Aufnahme der axial nach außen gerichteten Kräfte an den Ausgleichskegelrädern 3, 4 erfolgt durch die ent­ sprechend ausgestaltete Bohrung des antreibenden Zahn­ rades 1. Im Ausführungsbeispiel ist diese Fläche der Teil einer Kugel, die den gleichen Radius hat wie die teilkugelförmigen Anlaufflächen 3a, 4a an den Ausgleichs­ kegelrädern 3, 4. Eine andere Ausführungsform ist in der DE-OS 39 26 878 in den Fig. 5 und 6 dargestellt.

Auch bei der zweiten Ausführungsform sind die Zapfen 2c′, 2d′ des mehrachsigen Differentialsterns 2′, auf denen die Achswellenkegelräder 5, 6 geführt werden, mit einer Durchgangsbohrung 2g′ versehen, deren Achse die Dreh­ achse des Zahnrades 1 und damit des gesamten Differential­ getriebes bildet. In diese Durchgangsbohrung 2g′ können die Enden der nur teilweise dargestellten Achswellen 7, 8 eingesetzt werden. Dadurch eignet sich auch dieses Getriebe besonders für die Verwendung in Fahrzeugen mit Einzelradaufhängung. Eine Verlagerung der Führung der Achswellen 7, 8 aus dem Differentialgetriebe nach außen ist nicht erforderlich.

Der Ausgleich von Toleranzen kann ebenfalls in bekannter Weise durch Zwischenlagen, Ausgleichsscheiben und dgl. erfolgen. Diese Teile sind in den Fig. 3 und 4 der Einfachheit halber aber nicht dargestellt. Die Montage kann ebenso einfach wie bei der ersten Ausführungsform erfolgen.

Claims (23)

1. Differentialgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge und selbstfahrende Arbeitsmaschinen, mit einem antriebs­ seitigen Zahnrad, mit Ausgleichs- und Achswellenkegel­ rädern, mit einem Abtrieb auf zwei Achswellen und mit einem Träger, der drehfest mit dem Zahnrad verbunden ist und Zapfen aufweist, auf denen die Kegelräder ge­ lagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Achswellenkegel­ räder (5, 6) vorgesehenen Zapfen (2c, 2d; 2c′, 2d′) des Trägers (2, 2′) Aufnahmen (2g, 2g′) aufweisen, in denen die Achswellen (7, 8) einseitig gelagert sind.

2. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (2g, 2g′) eine Durchgangsbohrung durch die Zapfen (2c, 2d; 2c′, 2d′) des Trägers (2, 2′) ist.

3. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (2g, 2g′) durch je eine Sacklochbohrung in den Zapfen (2c, 2d; 2c′, 2d′) des Trägers (2, 2′) gebildet ist.

4. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Aufnahme (2g, 2g′) in der Drehachse des antreibenden Zahnrades (1) und damit in der Drehachse des gesamten Differential­ getriebes liegt.

5. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung des Differential­ getriebes über innere und äußere Lager (5b, 6b und 9, 10) an den Achswellenkegelrädern (5, 6) erfolgt.

6. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die direkte Aufnahme der axial nach außen gerichteten Kräfte an den Achswellenkegelrädern (5, 6) durch die auf diesen Kegelrädern angeordneten Lager (9, 10).

7. Differentialgetriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Lagerung (5b, 6b) der Achswellenkegelräder (5, 6) auf den axialen Zapfen (2c, 2d; 2c′, 2d′) des Trägers (2, 2′) durch Gleitlager, gegebenenfalls mit Lager­ buchsen, erfolgt.

8. Differentialgetriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Lagerung (5b, 6b) der Achswellenkegelräder (5, 6) auf den axialen Zapfen (2c, 2d; 2c′, 2d′) des Trägers (2, 2′) durch Wälzlager erfolgt.

9. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Achswellenkegelräder (5, 6) über die äußere Lagerung (9, 10) axial fixiert sind.

10. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Achswellenkegelräder (5, 6) über Sicherungen auf den Zapfen (2c, 2d; 2c′, 2d′) des Trägers (2, 2′) axial fixiert sind.

11. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einleitung des Dreh­ moments vom antreibenden Zahnrad (1) auf die Achse der Ausgleichskegelräder (3, 4) an Stellen erfolgt, die zwischen den Ausgleichskegelrädern (3, 4) liegen.

12. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet, durch eine direkte Einleitung des Drehmoments vom antreibenden Zahnrad (1) auf die Achse der Ausgleichskegelräder (3, 4) an Stellen, er­ folgt, die außerhalb des durch die Ausgleichskegelräder (3, 4) begrenzten Achsenabschnittes liegen.

13. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichskegelräder (3, 4) radial zur Drehachse des Getriebes durch eine entsprechend bearbeitete Innenkontur des antreibenden Zahnrades (1) fixiert sind.

14. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichskegelräder (3, 4) radial zur Drehachse des Getriebes durch ent­ sprechende Sicherungen (11, 12) auf den Zapfen (2a, 2b; 2a′, 2b′) für die Ausgleichskegelräder (3, 4) fixiert sind.

15. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2, 2′) sich vorzugsweise in der zu den Zapfen (2a bis 2d; 2a′ bis 2d′) senkrecht liegenden Ebene erstreckende Arme (2e, 2f) aufweist, die mit dem antreibenden Zahnrad (1) drehfest verbunden sind.

16. Differentialgetriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (2e, 2f) stoff­ schlüssig mit dem antreibenden Zahnrad (1) verbunden sind.

17. Differentialgetriebe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (2e, 2f) des Trägers (2, 2′) kraftschlüssig mit dem antreibenden Zahnrad (1) verbunden sind.

18. Differentialgetriebe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (2e, 2f) des Trägers (2, 2′) formschlüssig mit dem antreibenden Zahnrad (1) verbunden sind.

19. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (2a, 2b; 2a′, 2b′) des Trägers (2, 2′), auf denen die Ausgleichs­ kegelräder (3, 4) geführt sind, stoffschlüssig mit dem antreibenden Zahnrad (1) verbunden sind.

20. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (2a, 2b; 2a′, 2b′) des Trägers (2, 2′), auf denen die Ausgleichs­ kegelräder (3, 4) geführt sind, kraftschlüssig mit dem antreibenden Zahnrad (1) verbunden sind.

21. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (2a, 2b; 2a′, 2b′) des Trägers (2, 2′), auf denen die Ausgleichs­ kegelräder (3, 4) geführt sind, formschlüssig mit dem antreibenden Zahnrad (1) verbunden sind.

22. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung des Dreh­ moments von den Achswellenkegelrädern (5, 6) auf die Achswellen (7, 8) über Wirkflächen (5a, 6a) erfolgt, die in der Bohrung der Achswellenkegelräder (5, 6) angeordnet sind.

23. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung des Dreh­ moments von den Achswellenkegelrädern (5, 6) auf die Achswellen (7, 8) über Wirkflächen erfolgt, die auf der Außenseite der Achswellenkegelräder (5, 6) angeordnet sind.