DE60105146T2

DE60105146T2 - Ausgleichsgetriebe

Info

Publication number: DE60105146T2
Application number: DE60105146T
Authority: DE
Inventors: Erik GÖRAS
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2021-05-17
Also published as: DE60105146D1; EP1287274B1; WO2001088414A1; SE0001809D0; SE518893C2; EP1287274A1; SE0001809L

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ausgleichsgetriebe der in dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Art. Ein derartiges Ausgleichsgetriebe ist beispielsweise aus der US-A-3 593 595 bekannt.
Stand der Technik
Schwerlast-Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Lastwägen, weisen gewöhnlicherweise an ihrer Hinterachse eine Getriebeeinheit mit einer Gruppe von Zahnrädern auf, vorzugsweise in Form eines Ausgleichsgetriebes, das mit einem Endgetriebe kombiniert ist. Ein derartiges Ausgleichsgetriebe umfasst im Allgemeinen ein einfach ausgebildetes Planetengetriebe, dessen Funktion nicht nur darin besteht, eine Drehung der angetriebenen Räder an den Enden der Radantriebsachsen mit verschiedenen Geschwindigkeiten zuzulassen (wie es bei einer Bewegung durch eine Kurve erforderlich ist), sondern auch zu ermöglichen, dass die Antriebsleistung gleichmäßig auf die beiden angetriebenen Räder übertragen wird.
In Fällen, in denen die angetriebenen Räder die Hinterräder des Fahrzeugs sind, weist das Ausgleichsgetriebe ein Ausgleichsgehäuse auf, das relativ zu den Wellengehäusen der Antriebswellen der Hinterräder zum Zwecke einer Drehung gelagert ist und das an seiner Außenseite mit einem Zahnrad (Tellerrad) versehen ist, das durch die Antriebswelle über ein Kegelrad angetrieben wird.
Das Ausgleichsgehäuse umfasst wenigstens zwei, jedoch bei schweren Lastwägen stets vier, Ausgleichskegelräder (Planetenräder), die zum Zwecke einer Drehung an einem gemeinsamen Ausgleichsstern gelagert sind und in antriebsmäßigem Eingriff mit Achswellenrädern (Sonnenrädern) stehen, die an den Enden (welche innerhalb des Ausgleichsgehäuses angeordnet sind) der beiden Radantriebsachsen der hinteren Achse befestigt sind.
Das Ausgleichsgehäuse ist im Allgemeinen aus zwei Hälften gebildet, um das Einsetzen der Zahnräder (Kegelräder) innerhalb von diesem zu erleichtern. Die Außenseite des Ausgleichsgehäuses ist mit einem maschinell hergestellten Flansch versehen, an dem das ringförmige Tellerrad angebracht und befestigt ist.
Wie vorstehend erwähnt, werden die Ausgleichskegelräder gewöhnlich von einem gemeinsamen Ausgleichsstern gehalten, der in Form einer ungeteilten Einheit hergestellt ist. Der Ausgleichsstern wird dann gewöhnlicherweise zwischen den beiden Hälften des Ausgleichsgehäuses eingeklemmt oder befestigt, die über mit Gewinde versehenen Verbindern zusammengehalten werden.
Es ist auch eine alternative Gestaltungslösung (Mercedes Benz) bekannt, bei der der vorstehend erwähnte ungeteilte Ausgleichsstern durch eine Ausgleichswelle ersetzt wird, die diametral quer über den Innenraum des Ausgleichsgehäuses verläuft, zwei der Ausgleichskegelräder trägt und an ihrem Mittelpunkt mit einem Paar von Ausnehmungen versehen ist, die an entgegengesetzten Seiten der Ausgleichswelle angeordnet sind. Diese beiden Ausnehmungen nehmen die Enden eines Paars von Ausgleichszapfen mit etwa orthogonaler Erstreckung zu der Ausgleichswelle für jedes der beiden anderen Ausgleichskegelräder innerhalb des Ausgleichsgehäuses auf.
Aus 8 der EP-A-1 085 239, die ein Dokument gemäß Art.54(3) EPÜ ist, ist ein Ausgleichsgetriebe bekannt, in dem ein Antriebszahnrad, beispielsweise ein Kegelrad, in antriebsmäßigem Eingriff mit einem Zahnrad, beispielsweise einem Tellerrad, steht, das fest an der Außenseite eines Ausgleichsgehäuses angeordnet ist, welches Ausgleichskegelräder enthält,

– wobei die Ausgleichskegelräder durch Zapfen getragen werden, die in dem Ausgleichsgehäuse befestigt sind und in antriebsmäßigem Eingriff mit Achswellenrädern stehen, die an den Enden eines Paares koaxialer Radantriebsachsen befestigt sind, wobei die Enden innerhalb des Ausgleichsgehäuses angeordnet sind,
– wobei jedes Ausgleichskegelrad durch einen separaten Ausgleichszapfen für sich getragen wird und wobei jeder Zapfen ein äußeres Ende aufweist, das in einer positionsmäßig fixierten Art und Weise in dem Ausgleichsgehäuse aufgenommen ist, und ein inneres Ende aufweist, das im Bereich des Zentrums des Ausgleichsgehäuses gelagert und positionsmäßig fixiert ist,
– wobei das Ausgleichsgehäuse einen Gehäuseteil aufweist, der die Ausgleichskegelräder in einer ringförmigen Art und Weise umgibt und der radial gerichtete Aufnahmeöffnungen zur Befestigung der äußeren Enden der Ausgleichszapfen aufweist,
– wobei der die Ausgleichszapfen umgebende Gehäuseteil in einem Abstand von den Aufnahmeöffnungen eine ringförmige Grenzfläche aufweist, die in einer querverlaufenden Ebene senkrecht zu der Längsrichtung der Radantriebsachsen angeordnet ist, und
– wobei das Zahnrad, das die Form eines Tellerrads einnimmt, eine Befestigungsfläche aufweist, die an der Grenzfläche anliegt,
– wobei die inneren Enden der Ausgleichszapfen keilförmig mit einem Spitzenwinkel von 90° zwischen den Spitzenflächen der Keilspitze ausgebildet sind,
– wobei die keilförmigen inneren Enden der Zapfen nahe zueinander angeordnet sind, so dass ihre parallelen Keilspitzen entlang einer Linie zusammenfallen, die parallel zu den Radantriebsachsen verläuft.

Das vorstehend erwähnte Ausgleichsgehäuse umfasst drei Teile, zwei Gehäuseteile und das Tellerrad.
Aufgabe der Erfindung
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Ausgleichsgetriebe bereitzustellen, dessen Gehäuse derart ausgebildet ist, dass kein Bedarf für eine Trennebene in dem Bereich einer querverlaufenden Ebene vorhanden ist, in dem die Zapfenenden des Ausgleichssterns aneinander befestigt oder untergebracht sind. Mit anderen Worten liegt die Aufgabe darin, eine Möglichkeit zu schaffen, die einzelnen Teilelemente des Ausgleichsterns in das Ausgleichgehäuse trotz der Tatsache ohne Schwierigkeit einzusetzen, dass keine Trennebene in dem betroffenen Befestigungsbereich vorhanden ist.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die vorstehend genannte Aufgabe durch ein Ausgleichsgetriebe der im Anspruch 1 bezeichneten Art gelöst. Wenn das Ausgleichsgetriebe in Betrieb ist und Antriebskraft somit von dem Tellerrad auf die Radantriebswellen übertragen wird, werden die Ausgleichszapfen einer Biegebelastung ausgesetzt (Biegemomente und Leistungseffekte), die durch Kräfte von den Ausgleichskegelrädern verursacht wird, so dass jeder Ausgleichszapfen sowohl in einem Wandabschnitt des umgebenden Ausgleichsgehäuses als auch im Zentrum des Ausgleichsgehäuses eine Lagerung benötigt. Die inneren Enden der Ausgleichszapfen (im Bereich des Zentrums des Raumes innerhalb des Ausgleichsgehäuses) sind keilförmig mit Spitzenwinkeln von 90° zwischen den die Keilspitze ausbildenden Spitzenflächen und die keilförmigen inneren Enden der Zapfen liegen eng aneinander an, so dass deren parallele Keilspitzen entlang einer Linie zusammenfallen, die koaxial oder parallel zu den Radantriebswellen verläuft.
Das Ausgleichsgehäuse umfasst ein Gehäuseteil, das die Ausgleichskegelräder ringförmig umgibt und das radial ausgerichtete Aufnahmeöffnungen aufweist, in denen die äußeren Enden der Ausgleichszapfen in Position gehalten werden, indem sie sich gegenseitig sperren, wenn die Zapfen gegenseitig an ihren inneren Enden aneinander angreifen und sich versperren.
Der die Ausgleichskegelräder umgebende Gehäuseteil weist in einem Abstand von den Öffnungen, die die Zapfen aufnehmen, eine ringförmige Abgrenzungsfläche auf, die in einer querverlaufenden Ebene senkrecht zu der Längsrichtung der Radantriebswellen angeordnet ist. Das Zahnrad, das somit die Form eines Tellerrads einnimmt, weist eine korrespondierende ringförmige Befestigungsoberfläche auf, die an der Abgrenzungsoberfläche des Gehäuseteils anzubringen ist, um das Tellerrad an dem Gehäuseteil zu befestigen, beispielsweise durch mit Gewinde versehenen Verbindern, die sich durch diese beiden ringförmigen aneinander anliegenden Oberflächen erstrecken.
Zusätzlich zu den Merkmalen, die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben sind, kann das Ausgleichsgetriebe gemäß der Erfindung auch die Merkmale aufweisen, die in den Ansprüchen 2 bis 5 angegeben sind.
Insbesondere im Falle eines Schwerlastkraftwagens umfasst das Ausgleichsgehäuse vorzugsweise vier Augleichskegelräder, die dann von vier separaten Ausgleichszapfen getragen werden. Diese Ausgleichszapfen sind in einer gemeinsamen querverlaufenden Ebene an dem Ausgleichsgehäuse befestigt und sind zueinander ausgerichtet, so dass sie einen rechtwinkligen Ausgleichsstern bilden. In diesem Fall ist der Ausgleichsstern aus vier separaten Augleichszapfen hergestellt.
Das Ausgleichsgehäuse eines Ausgleichsgetriebes gemäß der Erfindung kann somit vorteilhafterweise die Form einer ungeteilten Gehäuseeinheit ohne Trennebene in dem Bereich einer querverlaufenden Ebene einnehmen, in der die Ausgleichszapfen eingesetzt sind.
Um die Ausgleichszapfen formbedingt in positionsmäßig fixierendem Eingriff miteinander an ihren inneren Enden zu halten, wenn das Ausgleichsgetriebe in Betrieb ist und Antriebsleistung von dem Tellerrad auf die Radantriebswellen zu übertragen ist, ist es vorteilhaft, dass an ihren äußeren Enden und in ihren jeweiligen Längsrichtungen die Ausgleichszapfen an einer ringförmigen Kontaktfläche lagern. Diese kraftaufnehmende Kontaktfläche kann vorteilhafterweise an dem Zahnrad vorgesehen sein, das die Form eines Tellerrads einnimmt und fest an der Außenseite des Ausgleichsgehäuses angebracht ist. Dies sorgt für eine Art Versperrung oder positionsmäßige Fixierung der Ausgleichszapfen. Das Ergebnis ist ein "Auffangen" der Axialkraft, die aus ihren zusammenwirkenden 90° Keilspitzen entsteht und die danach trachtet, die Ausgleichszapfen in ihrer Längsrichtung von dem Zentrum des Ausgleichsgehäuses nach auswärts zu bewegen. Das Versperren oder positionsmäßige Fixieren der Ausgleichszapfen wird deshalb in vorteilhafterweise in dem Tellerrad integriert, was somit als eine Art Verriegelungsfassung wirkt, die verhindert, dass die äußeren Enden der Ausgleichszapfen sich nach radial auswärts bewegen.
Der Gehäuseteil, der die Differentialkegelräder umgibt, kann vorteilhafterweise eine sphärisch gekrümmte Innenseite aufweisen, die den radial nach auswärts weisenden Rückseiten der Ausgleichskegelräder gegenüberliegt und die dadurch Lagerreaktionsflächen bietet, um die Kräfte aufzunehmen, die die Ausgleichszapfen in Längsrichtung der Ausgleichszapfen nach radial auswärts drücken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun näher mit Bezug auf ein Ausführungsbeispiel, das in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, erläutert und illustriert, wobei:
1 einen horizontalen Schnitt durch ein Ausgleichsgetriebe der Art zeigt, auf die sich die Erfindung bezieht;
2 in perspektivischer Ansicht ein mit einem Tellerrad versehenes Ausgleichsgehäuse für ein Ausgleichsgetriebe gemäß der Erfindung zeigt;
3 in perspektivischer Ansicht separat lediglich das in 2 dargestellte Ausgleichsgehäuse mit dem angebrachten Tellerrad zeigt;
4 in perspektivischer Ansicht die Positionierung des die Planetenräder lagernden Augleichssterns darstellt, jedoch zu Gunsten der Klarheit ohne das umgebende Ausgleichsgehäuse;
5 in größerem Maßstab den Ausgleichsstern gemäß 4 darstellt, wobei jedoch ein Augleichszapfen weggelassen wurde;
6 denselben Bereich darstellt wie 5, jedoch mit lediglich einem Ausgleichszapfen in einer theoretischen Funktionsposition mit seinem Ausgleichskegelrad (Planetenrad) in antriebsmäßigem gegenseitigem Eingriff mit einem Achswellenrad (Sonnenrad), wobei die Antriebswelle weggelassen wurde;
7 das Gehäuse des Ausgleichsgetriebes in derselben Schnittansicht wie in 1 darstellt; und
8 in diametralem Querschnitt das Ausgleichsgehäuse gemäß 7 darstellt und deshalb dem Ausgleichsgehäuse gemäß 3 entspricht, betrachtet in diametralem Querschnitt.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
1 stellt den zentralen Bereich einer Hinterachse für ein Fahrzeug mit einem Hinterradantrieb dar. Die Hinterachse, die zwei Radantriebswellen (Halbwellen) 2, 4 umfasst, ist in herkömmlicher Weise mit einem Hinterachsgetriebe (Endgetriebe) kombiniert, das ein Ausgleichsgetriebe 6 umfasst. Die Antriebsleistung von dem Motor des Fahrzeugs (nicht dargestellt) wird über eine Antriebswelle (nicht dargestellt) und ein dieser zugeordnetes Kegelrad 8 auf ein Tellerrad 10 übertragen, das fest (vorteilhafterweise durch Gewindeverbindungen) mit der Außenseite eines Ausgleichsgehäuses 12 verbunden ist. Dieses Ausgleichsgehäuse ist zum Zwecke einer Drehung in einem endseitigen Getriebegehäuse 14 gelagert, das wiederum mit Wellengehäusen verbunden ist, die die Radantriebswellen 2, 4 umschließen.
Wie deutlich in 3 bis 4 gezeigt, umfasst das Ausgleichsgehäuse 12 vier Ausgleichskegelräder 16, die von in dem Ausgleichsgehäuse befestigten Ausgleichszapfen 18 getragen werden (siehe insbesondere 3). Die vier Ausgleichskegelräder 16 stehen auch in antriebmäßigen Eingriff mit den Achswellenrädern 20, die an den innerhalb des Ausgleichsgehäuses 12 angeordneten Enden 2', 4' (siehe 1) der koaxialen Radantriebswellen 2, 4 befestigt sind.
Wie anhand der klaren Darstellung durch 2 bis 5 gezeigt, liegt das primäre Unterscheidungsmerkmal der Erfindung darin, dass jedes Ausgleichskegelrad 16 von einem separaten Ausgleichszapfen 18 allein getragen wird. Jeder derartige Ausgleichszapfen 18 weist ein äußeres erstes Ende 18' auf, das in einer positionsmäßig fixierten Art und Weise in einem radial ausgerichteten Aufnahmeloch 22 in dem Ausgleichsgehäuse 12 untergebracht ist, und ein inneres zweites Ende 18", das im Bereich des Zentrums des Ausgleichsgehäuses (siehe insbesondere 3, 4 und 5) gelagert und positionsmäßig fixiert ist.
Die vier Ausgleichszapfen 18, die somit in einer gemeinsamen Querebene des Ausgleichsgehäuses 12 eingesetzt und angeordnet sind, sind derart zueinander ausgerichtet (siehe insbesondere 3–4), dass sie ein rechtwinkliges Ausgleichszapfenkreuz bilden.
Die gegenseitige positionsmäßige Fixierung der Ausgleichszapfen 18 im Bereich des Zentrums des Ausgleichsgehäuses 12 wird durch deren innere Enden 18" erreicht, die keilförmig mit einem Spitzenwinkel von 90° zwischen den planaren eine Keilspitze 26 bildenden Spitzenflächen 24', 24" ausgebildet ist (siehe 6). Wie deutlich durch
3 bis 5 gezeigt, sind die Ausgleichszapfen 18 nahe zueinander über ihre somit keilförmigen inneren Enden 18" angeordnet, so dass ihre parallelen Keilspitzen 26 entlang einer Linie zusammenfallen, die parallel zu der Mittellinie der koaxialen Radantriebswellen 2, 4 verläuft.
Wie am deutlichsten in 3 dargestellt ist, nimmt das Ausgleichsgehäuse 12 die Form einer ungeteilten Gehäuseeinheit an, die keine Trennebene im Bereich der Querebene aufweist, in der die Ausgleichszapfen 18 eingesetzt sind. Wie insbesondere deutlich durch 2 bis 3 gezeigt, werden die Ausgleichszapfen 18 in positionsmäßig fixierendem formschlüssigem Eingriff gegenseitig an ihren inneren Enden 18', durch die Tatsache gehalten, dass sie sich an ihren äußeren Enden 18' abstützen und in ihren jeweiligen Längsrichtungen an einer ringförmigen Kontaktfläche 28 (siehe 4–5) an dem Tellerrad 10 abstützen, das an der Außenseite des Ausgleichsgehäuses 12 befestigt ist. Die innere Kontaktfläche 28 des Tellerrads 10 stößt somit dann, wenn das Ausgleichsgehäuse 12 und das Tellerrad 10 zusammengebaut sind, gegen die zylindrische Außenseite 30 des Gehäuseteils 32, das die Ausgleichskegelräder 16 in ringförmiger Weise umgibt und das die radial verlaufenden Zapfen-Befestigungslöcher 22 aufweist.
Wie durch 3 dargestellt weist das Gehäuseteil 32, das die Ausgleichskegelräder 16 umgibt, in einem Abstand von den Aufnahmeöffnungen 22 eine planare ringförmige Grenzfläche 34 auf, die in einer querverlaufenden Ebene senkrecht zu der Längsrichtung der Antriebswellen 2, 4 angeordnet ist. Das Tellerrad 10 weist eine korrespondierende planare ringförmige Befestigungsfläche auf, die eine enge Befestigung des Tellerrads an der Grenzfläche 34 des Gehäuseteils 32 ermöglicht. Die Grenzfläche 34 weist für diesen Zweck vier Befestigungslöcher 36 zur Befestigung von Schrauben auf.
Wie auch durch 3 dargestellt, ist das Gehäuseteil 32, das die Ausgleichskegelräder 16 umgibt, mit einer sphärisch gekrümmten konkaven Innenseite 38 versehen, die den auf ähnliche Weise sphärischen jedoch konvexen nach radial außen weisenden Rückseiten 40 der Ausgleichskegelräder gegenüberliegt. Die sphärisch gekrümmte Innenseite 36 des Gehäuseteils 32 stellt Lagerreaktionsflächen bereit, um die Kräfte aufzunehmen, die über die Ausgleichskegelräder 16 in Längsrichtung der Ausgleichszapfen 18 wirken.
7 und 8 zeigen detaillierter die zentralen Bereiche des Gehäuses 12 des Ausgleichsgetriebes 6, dargestellt jeweils in derselben Schnittansicht, wie in 1 und in der Schnittebene VIII-VIII aus 7.

Claims

Ausgleichsgetriebe, in dem ein Antriebszahnrad (8), beispielsweise ein Kegelrad, in antriebsmäßigem Eingriff mit einem Zahnrad (10), beispielsweise einem Tellerrad, steht, das fest an der Außenseite eines Ausgleichsgehäuses (12) angeordnet ist, welches Ausgleichskegelräder (16) enthält, – wobei die Ausgleichskegelräder (16) durch Zapfen (18) getragen werden, die in dem Ausgleichsgehäuse befestigt sind, und in antriebsmäßigem Eingriff mit Achswellenrädern (20) stehen, die an den Enden (2', 4') eines Paares koaxialer Radantriebsachsen (2, 4) befestigt sind, wobei die Enden innerhalb des Ausgleichsgehäuses angeordnet sind, – wobei jedes Ausgleichskegelrad (16) durch einen separaten Ausgleichszapfen (18) für sich getragen wird und wobei jeder Zapfen ein äußeres Ende (18') aufweist, das in einer positionsmäßig fixierten Art und Weise in dem Ausgleichsgehäuse aufgenommen ist, und ein inneres Ende (18") aufweist, das im Bereich des Zentrums des Ausgleichsgehäuses gelagert und positionsmäßig fixiert ist, – wobei das Ausgleichsgehäuse einen Gehäuseteil (32) aufweist, der die Ausgleichskegelräder (16) in einer ringförmigen Art und Weise umgibt und der radial gerichtete Aufnahmeöffnungen (22) zur Befestigung der äußeren Enden (18') der Ausgleichszapfen aufweist, – wobei der die Ausgleichszapfen (16) umgebende Gehäuseteil (32) in einem Abstand von den Aufnahmeöffnungen (22) eine ringförmige Grenzfläche (34) aufweist, die in einer querverlaufenden Ebene senkrecht zu der Längsrichtung der Radantriebsachsen (2, 4) angeordnet ist, und – wobei das Zahnrad, das die Form eines Tellerrads (10) einnimmt, eine Befestigungsfläche aufweist, die an der Grenzfläche (34) anliegt, – wobei das Ausgleichsgehäuse durch Zusammensetzen des Tellerrads und des Gehäuseteils gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die inneren Enden (18") der Ausgleichszapfen (18) keilförmig mit einem Spitzenwinkel von 90° zwischen den Spitzenflächen (24', 24") der Keilspitze (26) ausgebildet sind, – wobei die keilförmigen inneren Enden (18") der Zapfen nahe zueinander angeordnet sind, so dass ihre parallelen Keilspitzen (26) entlang einer Linie zusammenfallen, die parallel zu den Radantriebsachsen (2, 4) verläuft.
Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgehäuse (12) vier Ausgleichskegelräder (16) aufweist und dass die separaten Zapfen (18) in einer gemeinsamen querverlaufenden Ebene in das Ausgleichsgehäuse eingesetzt und zueinander ausgerichtet sind, um ein rechtwinkliges Kreuz zu bilden.
Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgehäuse (12) die Form einer ungeteilten Gehäuseeinheit ohne Trennebene im Bereich der querverlaufenden Ebene einnimmt, in der die Zapfen (18) eingesetzt sind.
Ausgleichsgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Enden (18') der Ausgleichszapfen (18) an einer ringförmige Kontaktfläche (28) des Tellerrads (10) lagernd anliegen, so dass sie in positionsmäßig fixierendem Eingriff miteinander an ihren inneren Enden (18") gehalten werden.
Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseabschnitt (32), der die Ausgleichszapfen umgibt, eine sphärisch gekrümmte Innenseite (38) aufweist, die den Rückseiten (40), die nach radial außen weisen, der Ausgleichskegelräder (16) zugewandt sind, um Lagerreaktionsflächen bereitzustellen, um die auf die Ausgleichskegelräder (16) in der Längsrichtung der Zapfen (18) wirkenden Kräfte aufzunehmen.