-
GEBIET DER
ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Differentiale zur
Verwendung in Kraftfahrzeugantriebssträngen und insbesondere auf eine Schrägzahnrad-Differentialanordnung
mit einem einstückigen
Differentialgehäuse.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Viele
der in Kraftfahrzeugantriebssträngen verwendeten
Differentiale enthalten ein Planetengetriebe, das in einem Differentialgehäuse gelagert
ist, um eine relative Drehung (d.h. einen Drehzahlunterschied) zwischen
einem Paar Abtriebswellen zu erleichtern. Zum Beispiel enthält das Räderwerk
in Parallelachsdifferentialen typischerweise ein Paar schrägverzahnter
Seitenräder,
die mit den Enden der Achswellen kerbverzahnt sind und die mit gepaarten Sätzen schrägverzahnter
Ritzel kämmen,
die drehbar in in dem Differentialgehäuse ausgebildeten Zahnradaussparungen
gelagert sind. Da die Zahnradaussparungen parallel zu der Drehachse
des Differentialgehäuses
sind, dreht sich jedes Ritzel auf einer Achse, die parallel zu der
gemeinsamen Achse der Achswellen und der Seitenräder ist. Bekanntermaßen erzeugt
das durch den kämmenden
Eingriff der Seitenräder
und Ritzel übertragene
Drehmoment Schubkräfte,
die durch die Getriebekomponenten gegen die Wandoberfläche der
Zahnradaussparungen und andere Schuboberflächen in dem Differentialgehäuse ausgeübt werden,
um den Drehzahlunterschied durch Reibung zu begrenzen und das Drehmoment
zwischen den Achswellen zu dosieren.
-
Um
die Montage des Räderwerks
zu erleichtern, ist das Differentialgehäuse eine zweiteilige Anordnung
mit einem länglichen
Trommelgehäuse,
das an einer Abdeckplatte befestigt ist. Typischerweise ist das
Räderwerk
in einer in dem Trommelgehäuse ausgebildeten
inneren Kammer montiert, die dann durch die Ab deckplatte verschlossen
wird. Nach dem Zusammenbau steht ein radialer Befestigungsflansch
an dem Trommelgehäuse
mit einem Randsegment der Abdeckplatte in Verbindung. In herkömmlicher
Weise wird ein Ringrad mit Hilfe von Bolzen, die in ausgerichteten
Bohrungen in dem Befestigungsflansch und dem Randsegment befestigt
sind, an dem Trommelgehäuse
befestigt. Ein mit herkömmlichen
schrägverzahnten
Parallelachsdifferentialen verbundenes Problem betrifft das Aufrechterhalten
der richtigen Ausrichtung zwischen dem Differentialgehäuse und
dem Räderwerk.
Dieses Problem tritt regelmäßig bei
zweiteiligen Differentialgehäusen auf,
wenn die Gehäusekomponenten
sich nicht richtig ausrichten, so daß die Achsbohrungen relativ
zueinander und in Bezug auf den Befestigungsflansch fehlausgerichtet
sind.
-
Um
sich gegenüber
der Herstellung von Differentialen mit übermäßiger Fehlausrichtung zwischen
den Achsen der verschiedenen sich drehenden Komponenten zu schützen, haben
einige Hersteller einen Montageschritt in ihr Herstellungsverfahren
aufgenommen, in dem die zwei Gehäusekomponenten
zusammengebaut und anschließend
als eine Einheit bearbeitet werden. Auch wenn dieser Montageschritt
mit einem gewissen Maß an
Erfolg eingesetzt worden ist, ist dieser Prozeß aufgrund der anschließenden Notwendigkeit,
das Gehäuse
für den Einbau
des Räderwerks
auseinanderzubauen, kostenintensiv. Außerdem kann die präzise Ausrichtung der
Komponenten nach dem Auseinanderbau des zweiteiligen Gehäuses nicht
garantiert werden, und somit ist ein gewisses Maß an Fehlausrichtung immer
noch unvermeidbar. Dementsprechend bleibt im Stand der Technik ein
Bedarf an einer schrägverzahnten
Parallelachsdifferentialanordnung mit Mitteln zur Verbesserung der
relativen Ausrichtung zwischen dem Differentialgehäuse, den
Achsen und den Zahnradkomponenten des Räderwerks bestehen.
-
GB-A-1
451 358, das die Merkmale des Oberbegriffs umfaßt, offenbart einen Differentialgetriebemechanismus
mit begrenztem Schlupf zur Verwendung in Kraftfahrzeugantriebssträngen. Der
Differentialgetriebemechanismus weist ein Differentialgehäuse mit
einer einheitlichen Konstruktion und einem Fenster zum Einsetzen
der Seitenräder
auf.
-
US-A-799,778
offenbart ein Ausgleichsgetriebe für Fahrzeuge mit einem zweiteiligen
Gehäuse und
Ritzelrädern,
die Lagerenden haben.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Somit
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das bekannte Differential
mit einteiligem bzw. einstückigem
Gehäuse
weiter zu entwickeln, so daß es
vereinfachte Montagemöglichkeiten
und verringerte Kosten hat.
-
Gemäß der Erfindung
wird eine Differentialanordnung bereitgestellt, wie sie in Anspruch
1 beansprucht ist. Das einteilige Gehäuse enthält ein Trommelsegment, das
eine innere Kammer bildet, ein Flanschsegment, das sich radial von
dem äußeren Umfang
des Trommelsegments erstreckt, und ein Paar rohrförmiger Zapfen,
die sich axial von gegenüberliegenden
Stirnwänden
des Trommelsegments erstrecken und kolineare Achsöffnungen
bilden, die mit der inneren Kammer in Verbindung stehen. Das Gehäuse enthält ferner
eine durch das Trommelsegment verlaufende Fensteröffnung,
die mit der Kammer in Verbindung steht, ein Paar Aufnahmen, die
in den Achsöffnungen
ausgebildet sind, um die Seitenräder
drehbar zu lagern, und gepaarte Sätze von Zahnradausparungen.
Insbesondere ist ein Satz von ersten Ritzelaussparungen als längliche,
zylindrische Bohrungen ausgebildet, die mit der inneren Kammer in
Verbindung stehen und eine Öffnung
durch eine Stirnwand des Trommelsegments haben und die mit einer
radialen Endfläche
abschließen.
Darüber
hinaus ist ein Satz von zweiten Ritzelaussparungen als längliche,
zylindrische Bohrungen ausgebildet, die mit der inneren Kammer in
Verbindung stehen und eine Öffnung
durch die gegenüberliegende
Stirnwand des Trommelsegments haben und die mit einer radialen Endfläche abschließen. Die
ersten und zweiten Ritzelaussparungen sind in überlappenden gepaarten Sätzen angeordnet,
und jede hat eine Achse, die parallel zu der Achse der Achsöffnungen
ist. Nachdem Ritzel durch die Öffnungen
in den ersten und zweiten Ritzelaussparungen montiert worden sind,
werden Verschlußstopfen
in den Öffnungen
befestigt, um die Aussparungen zu verschließen und dadurch die Ritzel
in dem einteiligen Gehäuse
festzuhalten.
-
Weitere
Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung werden aus der im
folgenden gelieferten detaillierten Beschreibung ersichtlich. Es
ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die detaillierte Beschreibung
und die speziellen Beispiele, auch wenn sie eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung angeben, nur zum Zweck der Darstellung dienen sollen,
da aus dieser detaillierten Beschreibung für Fachleute verschiedene Änderungen
und Modifikationen im Geist und Bereich der Erfindung ersichtlich sind.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Die
vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und
den beigefügten
Zeichnungen verständlicher,
in denen:
-
1 eine
schematische Darstellung eines beispielhaften Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug ist,
der mit der Differentialanordnung der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist,
-
2 eine
perspektivische Ansicht einer Differentialanordnung ist, die mit
dem einstückigen
Differentialgehäuse
der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist,
-
3 eine
Schnittansicht der in 2 gezeigten Differentialanordnung
ist,
-
4 eine
auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Differentialanordnung
ist,
-
5 eine
weitere perspektivische Ansicht des in 4 gezeigten
Differentialgehäuses
ist,
-
6 eine
Seitenansicht des in den 4 und 5 gezeigten
Differentialgehäuses
ist,
-
7 und 8 Stirnansichten
des Differentialgehäuses
sind,
-
9 eine
Schnittansicht des Differentialgehäuses allgemein entlang der
Linie 9-9 der 6 ist,
-
10 eine
Schnittansicht allgemein entlang der Linie 10-10 der 7 ist,
-
11 eine
Schnittansicht allgemein entlang der Linie 11-11 der 8 ist,
und
-
12 eine
Schnittansicht ist, die eine modifizierte Version der Differentialanordnung
zeigt.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen wird eine Differentialanordnung 10 zur
Verwendung in Kraftfahrzeuganwendungen in ausreichendem Detail beschrieben,
um die Struktur und Funktion der einzigartigen einstückigen oder "integralen" Gehäusestruktur
zu erläutern.
Auch wenn die Differentialanordnung 10 als von dem schrägverzahnten
Parallelachsen-Typ gezeigt ist, der in Kraftfahrzeugantriebsstranganwendungen
verwendet wird, ist darauf hinzuweisen, daß das einstückige Gehäuse der vorliegenden Erfindung
zur Verwendung mit vielen Varianten der Differentialanordnung 10 geeignet
ist und somit die gezeigte spezielle Struktur bzw. Konstruktion lediglich
beispielhafter Natur ist.
-
Vor
der Beschreibung der mit der Differentialanordnung 10 in
Zusammenhang stehenden Komponenten, wird ein beispielhafter Antriebsstrang
für ein
Kraftfahrzeug, der mit der Differentialanordnung 10 ausgerüstet ist,
unter spezieller Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Insbesondere ist gezeigt, daß der
Kraftfahrzeugantriebsstrang einen Motor 12, ein Getriebe 14,
eine Hinterachsenanordnung 16 und eine Antriebswelle 18 zum Übertragen
von Antriebsdrehmoment von dem Getriebe 14 zu der Hinterachsenanordnung 16 aufweist.
Die Hinterachsenanordnung 16 weist die Differentialanordnung 10 auf,
die drehbar in einem Differentialträger 20 gelagert ist.
Ein Ringrad 22 ist an einem Gehäuse 24 der Differentialanordnung 10 befestigt
und kämmt
mit einem Antriebsritzel 26, das an einer Ritzelwelle 28 befestigt ist.
Die Ritzelwelle 28 ist in herkömmlicher Weise mit der Antriebswelle 18 verbunden.
Auf diese Weise wird Motorenergie durch das Getriebe 14 übertragen, um
den Differentialträger 24 drehend
anzutreiben. Wie weiter ausführlich
beschrieben wird, ist ein Räderwerk 30 in
dem Gehäuse 24 gelagert
und verbindet ein Paar Achswellen 32 und 34 funktionell
miteinander, die wiederum mit Rädern 36 bzw. 38 verbunden
sind.
-
Die
Differentialanordnung 10 weist ein einheitliches (d.h.
einstückiges)
Gehäuse 24 auf,
das eine innere Kammer 40 bildet, in der das Räderwerk 30 gelagert
ist. Insbesondere weist das Gehäuse 24 ein
Trommelsegment 42 und ein Stirn- bzw. Endflanschsegment 44 auf,
das sich radial von einem ersten Ende des Trommelsegments 42 erstreckt
und in Umfangsrichtung ausgerichtete Befestigungsöffnungen 46 hat.
Das Gehäuse 24 ist
be vorzugt eine gegossene oder geformte Komponente, die aus Gußeisen oder
Magnesium hergestellt ist. Das Ringrad 22 ist in bekannter
Weise an dem radialen Flanschsegment 44 befestigt, um Drehenergie
(d.h. Antriebsdrehmoment) auf das Differentialgehäuse 24 zu übertragen.
Das Gehäuse 24 weist
auch rohrförmige
Achszapfen 48 und 50 auf, die jeweils axial ausgerichtete
Achsöffnungen 52 und 54 bilden,
die mit der Kammer 40 in Verbindung stehen. Der Achszapfen 48 erstreckt
sich von dem ersten Ende des Trommelsegments 42 nach außen, während sich
der Achszapfen 50 von einem zweiten Ende des Trommelsegments 42 nach
außen
erstreckt. Die Achsöffnungen 52 und 54 sind
angepaßt,
um Endsegmente der Achswellen 32 und 34 zur Drehung
um eine zentrale Drehachse aufzunehmen und drehbar zu lagern, die
durch die Konstruktionslinie "A" bezeichnet ist.
Darüber
hinaus sind ringförmige
Aufnahmen 56 und 58 in den Achsöffnungen 52 und 54 benachbart zu
der Kammer 40 ausgebildet, um Komponenten des Räderwerks 30 drehbar
zu lagern. An dem ersten Ende des Trommelsegments 42 ist
zwischen dem radialen Flanschsegment 44 und dem Achszapfen 48 eine
Reihe von Ansätzen 59 vorgesehen,
um das Differentialgehäuse 24 mit
zusätzlicher
struktureller Steifigkeit zu versehen.
-
Wie
angegeben weist die Differentialanordnung 10 ein Planetenräderwerk 30 auf,
das betrieben werden kann, um Antriebsdrehmoment von dem Gehäuse 24 in
einer Weise auf die Achswellen 32 und 34 zu übertragen,
die einen Drehzahlunterschied und ein einseitig überwiegendes Drehmoment zwischen ihnen
erleichtert. Das Räderwerk 30 ist
in der Kammer 40 gelagert und weist ein Paar schrägverzahnter Seitenräder 60a und 60b mit
inneren Nuten auf, die angepaßt
sind, um mit äußeren Federn
an entsprechenden Endsegmenten der Achswellen 32 und 34 in Eingriff
zu stehen. Darüber
hinaus weisen die Seitenräder 60a und 60b erste
axiale Naben 62a bzw. 62b auf, die in den entsprechenden
in dem Gehäuse 24 ausgebildeten
ringförmigen
Aufnahmen 56 und 58 aufgenommen sind. Die Seitenräder 60a und 60b weisen
außer dem
zweite axiale Naben 64a bzw. 64b auf. C-förmige Haltefedern
oder C-Klammern 66 sind in ausgerichteten Wellenvertiefungen 32a, 34a und den
zweiten axialen Naben 64a, 64b befestigt, um die
Seitenräder 60a, 60b zwischen
Stirnwandflächen des
Gehäuses 24 und
den Endsegmenten der Achswellen 32 und 34 axial
anzuordnen und festzuhalten. Das Räderwerk 30 weist ferner
eine Abstandhalteranordnung 68 auf, um die Seitenräder 60a, 60b und die
Achswellen 32, 34 in axial beabstandeter Beziehung
in Bezug aufeinander zu halten, während ein unbeabsichtigtes
Lösen der
C-Klammern 66 aus den Vertiefungen 32a, 34a verhindert
wird. Sobald die Abstandhalteranordnung 68 montiert ist,
ist sie frei, um sich in Bezug auf jede Achswelle 32, 34 und
das Gehäuse 24 zu
drehen.
-
Wie
am besten aus den 3 und 4 ersichtlich
ist, weist das schrägverzahnte
Räderwerk 30 auch
einen Satz erster schrägverzahnter
Ritzel 70, die drehbar in ersten Aussparungen 72 gelagert sind,
die in dem Gehäuse 24 ausgebildet
sind, und einen Satz zweiter schrägverzahnter Ritzel 74 auf,
die drehbar in zweiten Aussparungen 76 gelagert sind, die
in dem Gehäuse 24 ausgebildet
sind. Auch wenn die Differentialanordnung 10 nicht darauf
beschränkt ist,
ist sie als jeweils zwei der ersten Ritzel 70 und der zweiten
Ritzel 74 enthaltend gezeigt. Die Aussparungen 72 und 76 sind
längliche,
teilweise zylindrische Bohrungen und sind so in gepaarten Sätzen ausgebildet,
daß sie
mit der Kammer 40 in Verbindung stehen. Darüber hinaus
sind die Aussparungen 72 und 76 in der Weise abstandsgleich
und in Umfangsrichtung ausgerichtet, daß sie Ritzeldrehachsen "B" für die
ersten Ritzel 70 und "C" für die zweiten
Ritzel 74 bilden, die parallel zu der Drehachse "A" sind.
-
Wie
am besten aus den 10 und 11 ersichtlich
ist, ist jede erste Aussparung 72 eine Blindbohrung, die
durch eine erste Stirnwand 77 des Trommelsegments 42 verläuft, um
eine Öffnung 78 zu
bilden, und die mit einer radialen Endfläche 80 ab schließt. Im Unterschied
dazu ist jede zweite Aussparung 76 eine Blindbohrung, die
durch eine zweite Stirnwand 82 des Tromelsegments 42 verläuft, um eine Öffnung 84 zu
bilden, und die mit einer radialen Endfläche 86 abschließt. Auch
wenn dies nicht erforderlich ist, ist das Flanschsegment 44 des
Differentialgehäuses 24 als
koplanar zu der ersten Stirnwand 77 des Trommelsegments 42 gezeigt.
In dem Trommelsegment 42 des Gehäuses 24 ist mindestens eine
(und bevorzugt zwei) große
Fensteröffnung 88 ausgebildet.
Die Fensteröffnungen 88 stehen
mit der Kammer 40 und Teilen der Aussparungen 72 und 76 in
Verbindung, um einen Zugang zum Bearbeiten des Gehäuses 24 zuzulassen
und um den Einbau der Seitenräder 60a, 60b zu
erleichtern. Aufgrund dieser einheitlichen Konstruktion für das Gehäuse 24 können die
Achsöffnungen 52, 54,
die Seitenradaufnahmen 56, 58 und die Ritzelaussparungen 72, 76 in
einem einzigen Bearbeitungsaufbau hergestellt werden (d.h., das
Gehäuse 24 muß nur einmal
eingespannt werden, um die oben angegebenen Merkmale zu fertigen),
wodurch die Fertigungsarbeit verringert wird, während gleichzeitig die Ausrichtung
der Drehachsen der Ritzel 70, 74 relativ zu der
zentralen Achse "A" verbessert wird.
-
Gemäß der in
den 3 und 4 gezeigten Anordnung werden
die Seitenräder 60a und 60b durch
die Fensteröffnungen 88 in
das hohle Innere 40 eingebaut und in der ersten bzw. zweiten
Seitenradaufnahme 56 bzw. 58 angeordnet. Die Achswellen 32 und 34 werden
in den entsprechenden Achszapfen 48 und 50 montiert
und mit den entsprechenden Seitenrädern 60a und 60b kerbverzahnt.
Danach wird die Abstandhalteranordnung 68 zwischen den
Seitenrädern 60a und 60b montiert.
Die ersten Ritzel 70 werden in das Differentialgehäuse durch
die Öffnungen 78 in
die ersten Ritzelaussparungen 72 eingebaut. In der gezeigten
speziellen Ausführungsform wird
zunächst
ein Stabsegment 70a des ersten Ritzels 70 in die Öffnung 78 eingeführt und
in die Aussparung 72 geschoben, bis seine äußerste Endfläche 70b gegen
die Endfläche 80 der
Aussparung 72 stößt oder
sich in dichter Nähe
zu dieser befindet. Auf diese Weise kämmt ein schrägverzahntes
Zahnradsegment 70c der ersten Ritzel 70 mit dem
Seitenrad 60a, während
das Stabsegment 70a von dem Seitenrad 60b beabstandet
ist. In ähnlicher
Weise werden die zweiten Ritzel 74 in der Weise durch die Öffnungen 84 in
die zweiten Ritzelaussparungen 76 eingebaut, daß ein Stabsegment 74a in
die Aussparung 76 geschoben wird, bis seine äußerste Endfläche 74b gegen
die Endfläche 86 der
Aussparung 76 stößt oder sich
in dichter Nähe
zu dieser befindet. Bei Einbau jedes zweiten Ritzelrades 74 in
das Differentialgehäuse 24 wird
sein schrägverzahntes
Zahnradsegment 74c in kämmenden
Eingriff mit dem zweiten Seitenrad 60b und mit dem Zahnradsegment 70c von
einem der ersten Ritzelräder 70 gebracht,
während sein
Stabsegment 74a von dem Seitenrad 60a beabstandet
ist. Nachdem die Ritzel 70 und 76 in das Differentialgehäuse 24 eingebaut
worden sind, werden in den Öffnungen 78 und 84 Verschlußstopfen 90 montiert
und darin durch Gewinde, Preßpassung, Vernieten,
Schweißen
oder irgendein anderes geeignetes Haltemittel befestigt. Bevorzugt
sind die Verschlußstopfen
entfernbar, um die Entfernung der Ritzel während des Wartens der Differentialanordnung 10 zu
erleichtern. Die Verschlußstopfen 90 haben
die Funktion, die offenen Enden der Aussparungen 72 und 76 zu
verschließen
und dadurch das Herausziehen der ersten und zweiten Ritzelräder 70 und 74 aus dem
Differentialgehäuse 24 zu
verhindern.
-
Eine
zu der in den 3 und 4 gezeigten
optionale Anordnung würde
die Installationsrichtung der Ritzel 70 und 74 umkehren,
so daß die äußersten
Endflächen 70b, 74b der
Stabsegmente 70a, 74a sich in dichter Nähe zu den
Verschlußstopfen 90 befinden
würden.
Wenn eine solche alternative Zahnradanordnung eingesetzt wird, könnten die
Verschlußstopfen 190 der 12 verwendet
werden, die jeweils eine ringförmige
Nabe 192 haben, die zum drehbaren Lagern der Stabsegmente 70a, 74a vorgesehen
ist, um das Kippen der Ritzel 70 und 74 in den
Aussparungen 72 bzw. 76 weiter zu begrenzen.
-
Auch
wenn die Erfindung unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen
in der Beschreibung beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt
worden ist, ist es für
den Fachmann ersichtlich, daß verschiedene Änderungen
vorgenommen und ihre Elemente durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne
den Bereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den Ansprüchen definiert
ist. Darüber
hinaus können
viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine spezielle Situation
oder ein spezielles Material an die Lehren der Erfindung anzupassen,
ohne ihren wesentlichen Bereich zu verlassen. Daher ist es beabsichtigt,
daß die
Erfindung nicht auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt ist,
die als die beste Art und Weise, die derzeit zur Ausführung dieser
Erfindung erwogen wird, in den Zeichnungen dargestellt und in der
Beschreibung beschrieben sind, sondern daß die Erfindung jede Ausführungsform
umfaßt,
die in die Beschreibung der beigefügten Ansprüche fällt.