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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Differentiale zur Verwendung
in Kraftfahrzeugantriebssträngen
und spezieller einen Mechanismus zum Halten eines Ausgleichsbolzens
innerhalb eines Differentialgehäuses.
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Viele
Kraftfahrzeugantriebsachsen weisen einen hypoidverzahnten Kegelrad-
bzw. Getriebesatz auf zum Ändern
der Richtung der Kraftübertragung von
einer Achse, parallel zu der Richtung der Bewegung des Fahrzeugs
hin zu einer Achse senkrecht dazu. Der hypoidverzahnte Kegelradsatz
weist einen Zahnkranz bzw. ein Ringrad auf, der/das mit dem Differentialgehäuse gekoppelt
ist, sowie ein Ritzel, das im allgemeinen innerhalb des Achsgehäuses getragen
wird. Um die geeignete Funktion der Antriebsachsenanordnung zu vereinfachen,
ist das Differential auf einem Paar einstellbarer Differentiallager
montiert.
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Zudem
weisen einige Kraftfahrzeugantriebsachsen eine Differentialanordnung
auf, die einen Kegelrad- bzw. Getriebesatz aufweist, der innerhalb
eines Differentialgehäuses
getragen wird, um die relative Drehung zwischen einem Paar Ausgangswellen zu
vereinfachen. Der Kegelradsatz weist typischerweise ein Paar spiralförmige Kegelräder auf,
die an den Enden der Achswellen kerbverzahnt sind. Die spiralförmigen Kegelräder stehen
in Eingriff mit paarartigen Sätzen
spiralförmiger
Ritzel, die im allgemeinen auf einem mit dem Differentialgehäuse gekoppelten
Ausgleichsbolzen getragen sind. In Reaktion auf Drehzahlunterschiede
zwischen den Ausgangswellen, erzeugt ein Drehmoment, das über einen kämmenden
Eingriff der Kegelräder
und Ritzel übertragen
wird, Schubkräfte, die über die
Kegelradkomponenten auf die Wandfläche des Differentialgehäuses ausgeübt werden,
um reibungsmäßig den
Drehzahlunterschied einzuschränken
und proportional ein Drehmoment zwischen die Ausgangswellen abzugeben.
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Zumindest
ein bekanntes Differential hält den
Ausgleichsbolzen in dem Differentialgehäuse über eine Verschlussschraube
oder einen Bolzen. Die Verschlussschraube steht gewindemäßig in Eingriff
mit einem Gewindeloch in dem Differentialgehäuse und ragt weiter vor in
eine Öffnung
in den Ausgleichsbolzen des Differentials. Ein anderes bekanntes
Verfahren zum Halten des Ausgleichsbolzens des Differentials umfasst
das Positionieren eines Sicherungsrings innerhalb einer Vertiefung
in dem Ausgleichsbolzen und einer entsprechenden Vertiefung in dem
Differentialgehäuse.
Unglücklicherweise
erfordern diese Mechanismen die Durchführung teurer Bearbeitungsvorgänge an dem
Differentialgehäuse, dem
Ausgleichsbolzen oder beiden. Des weiteren ist der Festziehvorgang,
der bei Verwendung eines mit Gewinde versehenen Befestigungsmittels
erforderlich ist, unerwünscht
zeitaufwändig
und von den Kosten her unerschwinglich. Des weiteren führen Bauteiltoleranzen
dazu, dass der zusammengebaute Ausgleichsbolzen einen Freiheitgrad
oder ein "Endspiel" relativ zu dem Differentialgehäuse hat.
Ein Ausschalten der Festzieh- oder Verschlussringzusammenbauschritte
wäre vorteilhaft,
um die Zeit und Kosten zu reduzieren, die erforderlich sind für die Herstellung
einer Differentialanordnung. Ein Ausschalten des Endspiels des Ausgleichsbolzens
liefert eine robuste Differentialanordnung, die weniger anfällig dafür ist, Geräusche oder
vorzeitige Abnutzung zu erzeugen.
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Das
Dokument
US 5967932 repräsentiert den
nächstkommenden
Stand der Technik und zeigt alle Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs
1.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Anordnung sieht eine Anordnung zum sicheren Halten des
Ausgleichsbolzens innerhalb der Differentialgetriebeanordnung gemäß Anspruch
1 vor. Die verbesserte Anordnung zum Halten des Ausgleichsbolzens
ermöglicht
einen relativ einfachen und schnellen Zusammenbau des Differentials.
Zudem sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren nach Anspruch
7 vor zum Herstellen eines Differentials bei reduzierten Kosten,
das weniger Bauteile erfordert. Demgemäß werden die Kosten weiter
minimiert, indem die erforderliche Zeit zum Handhaben und Installieren
weniger Bauteile reduziert wird.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung weist eine Differentialgetriebeanordnung
ein Ausgleichsbolzenhaltesystem auf, das einen Ausgleichsbolzen
mit einer in der Nähe
einer Ausnehmung innerhalb eines Differentialgehäuses positionierten Vertiefung
hat. Die Ausnehmung und die Vertiefung definieren einen Rückhaltedurchgang, der
zumindest teilweise mit Kunstharz gefüllt ist, um den Ausgleichsbolzen
innerhalb des Differentialgehäuses
zu halten. Dieses Ausführungsbeispiel
kann gewartet werden durch einfaches Antreiben des Ausgleichsbolzens,
um das verfestigte Kunstharzmaterial zu scheren. Ein Sicherungsring
ist innerhalb des Rückhaltedurchgangs
während
des Wiederzusammenbaus der gewarteten Differentialgetriebeanordnung
positioniert.
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Bei
einem anderen, nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel, weist die Differentialgetriebeanordnung
ein Paar Sperringe auf, die mit einem Ausgleichsbolzen gekoppelt
sind. Jedes Ritzel ist zwischen einem der Sperringe und dem Differentialgehäuse gehalten.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist das Differentialgehäuse
weder so bearbeitet, dass es einen Kanal oder Durchgang für geschmolzenes Kunstharzmaterial
vorsieht, noch ist das Gehäuse
so bearbeitet, dass es einen Abstand für einen Arretierbolzen schafft.
Als solches kann eine Differentialanordnung mit geminderten Kosten
hergestellt werden.
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Andere
Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Durchschnittsfachmann
offensichtlich aus der folgenden, detaillierten Beschreibung des
bevorzugten Ausführungsbeispiels,
gelesen im Lichte der beigefügten
Zeichnungen und der anliegenden Ansprüche.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine explosionsartige, perspektivische Ansicht einer beispielhaften
Achsanordnung, die mit dem Ausgleichsbolzenhaltesystem nach der vorliegenden
Erfindung ausgestattet ist;
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2 ist
eine explosionsartige, perspektivische Ansicht einer Differentialanordnung,
die ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Ausgleichsbolzenhaltesystems nach der vorliegenden Erfindung
hat.
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3 ist
eine Endansicht eines Differentialgehäuses, das in Übereinstimmung
mit den Lehren der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
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4 ist
eine Querschnittsseitenansicht des in 3 gezeigten
Differentialgehäuses;
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5 ist
eine Querschnittsseitenansicht einer Differentialanordnung, die
ein Ausgleichsbolzenhaltesystem nach einem ersten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung aufweist; und
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6 ist
eine Querschnittsseitenansicht einer Differentialanordnung, die
ein Ausgleichsbolzenhaltesystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wie es nicht in dieser Anmeldung beansprucht
ist, hat.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die
folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele ist von der
Natur her rein beispielhaft und in keiner Weise dazu vorgesehen,
die Erfindung, ihre Anwendung oder Gebräuche, einzuschränken.
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Bezugnehmend
auf 1 und 2, wird ein Ausgleichsbolzenhaltesystem,
das in Übereinstimmung
mit den Lehren eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, allgemein mit Bezugszeichen 10 identifiziert.
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Das
Ausgleichsbolzenhaltesystem ist betriebsmäßig im Zusammenhang mit einer
beispielhaften Antriebsachsenanordnung 12 gezeigt. Wie
insbesondere in 1 gezeigt, ist die Antriebsachsenanordnung 12 so
dargestellt, dass sie allgemein ein Achsgehäuse 14 aufweist, um
drehbar einen hypoidverzahnten Kegelrad- bzw. Getriebesatz zu montieren,
der ein Ritzel 16 und einen Zahnkranz 18 aufweist,
die antriebsmäßig mit
einer Differentialanordnung 20 verbunden sind. Die Differentialanordnung 20 funktioniert
so, dass sie eine Kraft an ein Paar Achswellen 22 und 23 überträgt, während sie
jegliche Differenz in Bezug auf die Umdrehungsgeschwindigkeit der
Achswelle kompensiert, wie sie auftreten kann während dem Wenden oder einem
anderen Lenkmanöver.
Um eine Differenz der Achswellenumdrehungsgeschwindigkeit zu kompensieren,
weist die Differentialanordnung 20 ein Paar Ritzel 24 und ein
Paar Kegelräder 26 auf,
die antriebsmäßig mit den
Achswellen verbunden sind. Um eine richtige Funktion der Achsanordnung 12 zu
vereinfachen, ist die Differentialanordnung 20 drehbar
an einem Paar Differentiallager 28 montiert. Spezieller,
weist das Gehäuse 14 zwei
halbkreisförmige
Lager (nicht gezeigt) auf zum Tragen etwa einer Hälfte des
Umfangs jedes der Differentiallager 28. Ein Paar Lagerdeckel 30 trägt im allgemeinen
die verbleibende etwa eine Hälfte
jedes der Differentiallager 28. Jeder Lagerdeckel 30 ist
an dem Achsgehäuse 14 auf
eine Weise montiert, wie sie im Stand der Technik üblich ist,
wie beispielsweise über
mit Gewinde versehene Befestigungsmittel.
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Bezugnehmend
auf die 3–5, weist die
Differentialanordnung 20 einen Differentialbehälter oder
ein -gehäuse 32,
einen Ausgleichsbolzen 34, ein Paar Kegelraddichtungen 36 und
ein Paar Ritzeldichtungen 38, sowie Ritzel 24 und
Kegelräder 26, die
zuvor eingeführt
wurden. Das Differentialgehäuse 32 weist
einen von einer Wand 42 begrenzten Hohlraum 40 auf.
Das Differentialgehäuse 32 weist
ein Paar axial fluchtende Öffnungen 44 auf,
die durch die Wand 42 verlaufen und den inneren Hohlraum 40 mit einer äußeren Oberfläche 46 des
Differentialgehäuses 32 verbinden.
Die Öffnungen 44 sind
derart bemessen, dass sie drehbar die Kegelräder 26 tragen. Die Öffnungen 44 erlauben
auch, dass die Achswellen 22 und 23 in den inneren
Hohlraum 40 eingesetzt werden können und in Eingriff mit den
inneren Keilverzahnungen 48 der Kegelräder 26 gelangen.
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Das
Differentialgehäuse 32 weist
auch eine erste Öffnung 50 und
eine zweite Öffnung 52 auf,
die im Wesentlichen axial zueinander fluchten. Jede der ersten und
zweiten Öffnungen 50 und 52 verläuft durch
die Wand 42, um den inneren Hohlraum 40 mit einer äußeren Oberfläche 46 des
Differentialgehäuses 32 zu
verbinden. Die erste Öffnung 50 weist
eine erste Ausnehmung 54 auf, die sich im wesentlichen ringförmig um
einen ihrer Abschnitte erstreckt. Ein erster Kanal 56 verläuft durch
die Wand 42 von der äußeren Oberfläche 46 zu
der ersten Ausnehmung 54. Die zweite Öffnung 52 weist eine
zweite Ausnehmung 58 auf. Ein zweiter Kanal 60 verläuft durch die Wand 42 und
ist so angeordnet, dass er mit der zweiten Ausnehmung 58 in
Verbindung steht.
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Der
Ausgleichsbolzen 34 ist ein allgemein zylindrisch geformtes
Teil, das ein erstes Ende 62 und ein zweites Ende 64 hat.
Das erste Ende 62 weist eine ringförmige Vertiefung 66 auf.
Das zweite Ende 64 weist eine ringförmige Vertiefung 68 auf.
Ein Paar Abflachungen 70 (2) sind
an dem Ausgleichsbolzen 34 ausgebildet, um während des
Betriebs als Schmiermittelspeicher zu wirken.
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5 zeigt
eine komplette Differentialanordnung 20, bei welcher der
Ausgleichsbolzen 34 innerhalb der ersten und zweiten Öffnung 50 und 52 angeordnet
ist. Die ringförmige
Vertiefung 66 fluchtet zu der ersten Ausnehmung 54,
um einen ersten Rückhaltedurchgang 72 zu
definieren. Das zweite Ende 64 des Ausgleichsbolzens 34 ist
innerhalb der zweiten Öffnung 52 derart
positioniert, dass eine ringförmige Vertiefung 68 in
der Nähe
der zweiten Ausnehmung 58 liegt. Die zweite Ausnehmung 58 und
die ringförmige
Vertiefung 68 definieren einen zweiten Rückhaltedurchgang 74.
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Die
Ritzel 24 sind drehbar auf dem Ausgleichsbolzen 34 getragen.
Die Ritzeldichtungen 38 sind innerhalb des inneren Hohlraums 40 zwischen der
Wand 42 und den Ritzeln 24 angeordnet. Jede der
Ritzeldichtungen 38 liefert eine Anlauffläche, auf der
ein Ritzel lagern kann. In ähnlicher
Weise sind die Kegelraddichtungen 36 zwischen den Kegelrädern 26 und
dem Differentialgehäuse 32 angeordnet.
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Nachdem
die Ritzel und die Kegelräder,
wie in 5 gezeigt, in kämmendem Eingriff miteinander angeordnet
sind, wird ein geschmolzenes Kunstharzmaterial 76 eingeführt, um
den Ausgleichsbolzen 34 innerhalb des Differentialgehäuses 32 zu
halten. Insbesondere wird geschmolzener Kunstharz in den ersten
Kanal 56 und in den ersten Rückhaltedurchgang 72 eingespritzt.
Der geschmolzene Kunstharz strömt
so, dass er die erste Ausnehmung 54 und die ringförmige Vertiefung 66 füllt und
fixiert dabei die axiale Stellung des Ausgleichsbolzens 34 relativ
zu dem Differentialgehäuse 32,
wenn sich der Kunstharz einmal verfestigt hat. Als redundante Rückhaltemaßnahme,
wird zusätzlicher
geschmolzener Kunstharz in den zweiten Kanal 60 und in
den zweiten Rückhaltedurchgang 74 eingespritzt.
Der geschmolzene Kunstharz wird eingespritzt, um im wesentlichen
die zweite Ausnehmung 58 und die ringförmige Vertiefung 68 zu
füllen
und um weiter den Ausgleichsbolzen 34 mit dem Differentialgehäuse 32 zu koppeln.
Wie oben beschrieben, kann der Ausgleichsbolzen 34 innerhalb
des Differentialgehäuses 32 unter
Verwendung eines Arretierbolzens in einer Gewindebohrung zurückgehalten
werden. Zusätzlich muss
der Ausgleichsbolzen 34 nicht kreuzlochförmig sein,
um einen Arretierbolzen aufzunehmen.
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Es
dürfte
erkennbar sein, dass die Differentialanordnung 20 eine
wartungsfähige
Anordnung ist, sollte das Erfordernis entstehen. Da ausgehärtetes Kunstharzmaterial 76 im
wesentlichen geringere mechanische Eigenschaften zeigt als der Ausgleichsbolzen 34 oder
das Differentialgehäuse 32,
kann die Differentialanordnung 20 durch ein Scheren des
innerhalb des Rückhaltedurchgangs
vorgesehenen, verfestigten Kunstharzes auseinandergebaut werden, indem
der Ausgleichsbolzen 34 entlang seiner Längsachse
angetrieben wird. Wenn sie einmal auseinandergebaut ist, kann die
Differentialanordnung gewartet und zusammengebaut werden unter Verwendung
eines Paares standardmäßiger Sicherungsringe
(nicht gezeigt), die innerhalb des ersten Rückhaltedurchgangs 72 und
des zweiten Rückhaltedurchgangs 74 positioniert
werden.
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Bezugnehmend
auf 6, ist ein zweites Ausführungsbeispiel, das nicht in
der vorliegenden Erfindung beansprucht wird und ein Ausgleichsbolzenrückhaltesystem
betrifft, mit Bezugszeichen 100 bezeichnet. Dieser Ausgleichsbolzenrückhalter 100 nach
dem zweiten Ausführungsbeispiel
ist nützlich innerhalb
einer Differentialanordnung, die Bauteile aufweist, die den zuvor
beschriebenen sehr ähnlich sind.
Zu Zwecken der Klarheit, werden gleiche Bauteile mit den zuvor eingeführten Bezugszeichen
bezeichnet.
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Das
Ausgleichsbolzenrückhaltesystem 100 weist
ein vereinfachtes Differentialgehäuse 102 auf, das in
Verbindung mit einem modifizierten Ausgleichsbolzen 104 betrieben
wird, und hat Sperringe 106, welche den Ausgleichsbolzen 104 und
das Differentialgehäuse 102 koppeln.
Das Differentialgehäuse 102 ist ähnlich dem
zuvor beschriebenen Differentialgehäuse 32, insofern,
als es eine Wand 107 hat, die einen inneren Hohlraum 108 begrenzt.
Das Differentialgehäuse 102 weist
eine erste Öffnung 109 auf,
welche den inneren Hohlraum 108 mit einer äußeren Oberfläche 110 des
Differentialgehäuses 102 verbindet.
Eine zweite Öffnung 112 fluchtet
mit der ersten Öffnung 109.
Die zweite Öffnung 112 verbindet
auch den inneren Hohlraum 108 mit der äußeren Oberfläche 110.
Ausgehend von der Stelle der Sperringe 106, müssen die
erste Öffnung 109 und
die zweite Öffnung 112 nicht
weitere geometrische Merkmale aufweisen, wie beispielsweise die
erste Ausnehmung 54 und zweite Ausnehmung 58 des
vorhergehenden Ausführungsbeispiels.
Es dürfte
erkennbar sein, dass auf die Kanäle 56 und 60 auch
verzichtet werden kann. Demgemäß sind die
Kosten und Zeit, die erforderlich sind für die Herstellung des Differentialgehäuses 102,
wesentlich reduziert.
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Der
Ausgleichsbolzen 104 ist ein im wesentlichen festes zylindrisches
Teil mit einem ersten Ende 114 und einem zweiten Ende 116.
Eine erste Ringnut 118 und eine zweite Ringnut 120 sind
auf dem Ausgleichsbolzen 104 zwischen dem ersten Ende 114 und
dem zweiten Ende 116 ausgebildet. Ein Zwischenabschnitt 122 des
Ausgleichsbolzens 104 ist zwischen der ersten Ringnut 118 und
der zweiten Ringnut 120 angeordnet. Der Durchschnittsfachmann
wird feststellen, dass das erste Ende 114 und das zweite
Ende 116 des Ausgleichsbolzens 104 zur Aufnahme
eines Arretierbolzens nicht mehr kreuzloch-förmig
sind. Als solches sind die Kosten für die Herstellung des Ausgleichsbolzens 104 gemindert.
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Zum
Zusammenbau der Differentialanordnung, die mit dem Ausgleichsbolzenrückhaltesystem 100 ausgestattet
ist, sind jedes Ritzel 26 und die Ritzeldichtungen 36,
wie in 6 gezeigt, positioniert. In gleicher Weise sind
die Ritzel 24 und die Ritzeldichtungen 38 innerhalb
des inneren Hohlraums 108 des Differentialgehäuses 100 positioniert.
Hierbei ist der Ausgleichsbolzen 104 verschiebbar durch
die erste Öffnung 109,
durch die durch die Ritzel 124 verlaufenden Öffnungen
und die zweite Öffnung 112,
angeordnet. Die Sperringe 106 sind mit dem Ausgleichsbolzen 104 gekoppelt.
Ein Sperring 106 ist innerhalb der ersten Ringnut 118 positioniert.
Ein anderer Sperring ist innerhalb der zweiten Ringnut 120 positioniert.
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Jedes
Ritzel 24 weist eine Stirnfläche 124 auf, die an
einer äußeren Fläche 126 jedes
Sperrings 106 anliegt. Ausgehend von dem Ort jedes der
zuvor beschriebenen Bauteile, wird jedes Ritzel 24 axial
an einer Seite über
den Sperring 106 gehemmt. Jedes Ritzel 24 wird
an einer axialen Verschiebung, weg von dem Sperring 106, über die
Ritzeldichtung 36, das Differentialgehäuse 102 und die Kegelräder 26, gehemmt.
Die Sperringe 106 funktionieren auch so, dass sie die axiale
Bewegung des Ausgleichsbolzens 104 durch Fangen des zwischenliegenden
Abschnitts 122 zwischen jedem der Ritzel 24, einschränken.