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Die
Erfindung betrifft eine angetriebene Starrachse nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
der
EP 0 729 852 B1 ist
eine Achsbrücke für Straßenfahrzeuge
bekannt, mit einem einstückig hergestellten
Zentralgehäuse,
in dem in Wälzlagern ein
drehmomentübertragendes
Eingangsritzel gelagert ist, sowie ein Differential das vom Ritzel
angetrieben wird, wobei seitliche Achsrohre vorgesehen sind, in
denen Achswellen für
die Räder
eines Fahrzeugs eingesetzt sind sowie Wälzlager für diese.
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Aufgabe
der Erfindung ist es eine kostengünstig herstellbare angetriebene
Starrachse mit einer torsionssteifen und leichten Antriebswelle
anzugeben.
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Dies
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass die Antriebswelle als Hohlwelle ausgeführt ist. Dadurch kann die Welle auch
bei großem
Außendurchmesser
leicht gebaut werden, indem die Wandstärke der Hohlwelle entsprechend
gewählt
wird. Diese Leichtbauweise ist kostengünstiger als eine Vollwelle.
Die Torsionssteifigkeit der Welle hängt in erster Linie von dem
Durchmesser der Welle ab. Damit lässt sich bei etwas größeren Durchmesser
eine Hohlwelle darstellen, die gegenüber einer Vollwelle torsionssteifer
und trotzdem leichter ist. Die höhere
Torsionssteifigkeit beeinflusst das Schwingungsverhalten des Antriebstrangs positiv.
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In
einer Ausführungsform
ist die Radantriebswelle über
eine Steckverbindung mit dem Achswellenrad des Achs-Differentials
und/oder über
eine Steckverbindung mit der Radnabe verbunden. Der Vorteil liegt
in der einfachen Herstellung der Verbindung durch bloßes Stecken.
Um die Verbindung gegen Verdrehen oder axiale Verschiebung zu sichern, kann
die Radantriebswelle mit dem Achswellenrad bzw. der Radnabe verschraubt,
verschweißt
verklebt oder in einem Konus verklemmt sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Steckverbindungen der Radantriebswelle als drehsteife Verzahnung
ausgeführt.
Diese Ausführungsform
hat den Vorteil, dass diese Verbindung durch die drehsteife Verzahnung
gegen Verdrehen gesichert ist. Eine zusätzliche Verdrehsicherung entfällt. Zusätzlich ist
die Hinterachswelle durch die Verzahnung axial geführt.
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In
einer Ausgestaltung ist die Verzahnung der Radantriebswelle flankenzentriert
ausgeführt. Vorteil
einer flankenzentrierten Verzahnung ist die damit verbundene radiale
Führung
der Radantriebswelle. Eine zusätzliche
separate radiale Führung
ist nicht mehr nötig.
Damit entfallen zusätzliche
Kosten und zusätzliche
Bauteile.
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In
einer Ausgestaltung ist die Verzahnung derart ausgeführt, dass
Innenverzahnung und Außenverzahnung
gegeneinander verschränkt
sind. Dabei ist typischerweise die Innenverzahnung gerade ausgeführt und
die Außenzahnung
leicht verschränkt
dazu ausgeführt.
Ein Beispiel für
eine solche Verschränkung
ist eine Abweichung von 6 Minuten zwischen Innenverzahnung und Außenverzahnung
gegenüber
einer parallelen Ausrichtung der beiden zueinander. Beim Ineinanderfügen von
Innen- und Außenverzahnung
werden die beiden Verzahnungen aufgrund der Verschränkung miteinander verpresst.
Damit ist auf einfache Weise eine spielfreie axiale Sicherung der
Radantriebswelle darstellbar.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist die Radantriebswelle eine der
Verzahnung zugeordnete Außenverzahnung
mit einem Zahnungsauslauf und einem zylindrisch geformten Übergangsbereich
auf, wobei der Durchmesser des Übergangsbereichs
den Kopfdurchmesser der Innenverzahnung übersteigt. Dieser Übergangsbereich
bildet einen Anschlag, der die Radantriebswelle in ihrer Steckverbindung
axial sichert. Damit ist auf einfache Weise eine axiale Sicherung
der Radantriebswelle sichergestellt, ohne dass zusätzliche
Bauteile wie beispielsweise Sicherungsringe benötigt werden.
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In
einer Ausführungsform
ist die Radantriebswelle im Achs-Differential
in einem Gleitlager gelagert. Das Gleitlager übernimmt die radiale Führung der
Radantriebswelle im Bereich des Achs-Differentials. Wird das Gleitlager
gemeinsam mit einer flankenzentrierten Steckverzahnung o.ä. eingesetzt, so übernimmt
es indirekt auch die radiale Führung des
Achswellenrades.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist der Hohlraum der Radantriebswelle eine Abdichtung gegenüber dem
Achs-Differential auf. Diese Abdichtung soll verhindern, dass sich Öl in der
hohlen Radantriebswelle sammelt.
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In
einer Ausführungform
ist eine nabenseitige Abdichtung vorgesehen. In diesem Fall hat
die Abdichtung die Aufgabe, das Eindringen von Schmutz zu verhindern.
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In
einer Ausgestaltung dieser Ausführungsformen
ist die Abdichtung als Deckel ausgeführt. Ein solcher Deckel stellt
nur wenig zusätzliches
Gewicht dar und ist leicht herstellbar. Derartige Deckel sind in vielen
Standardmaßen
als preisgünstige
Massenware zukaufbar. Der Deckel kann beispielsweise auch als Schraube
oder als eingepresster Dorn ausgeführt sein.
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In
einer alternativen Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist die Abdichtung
als Ausschäumung
des Hohlraums ausgeführt.
Eine derartige Ausschäumung
des Hohlraums, beispielsweise mit PU-Schaum oder Metallschaum, verbindet
einen leichten und wenig aufwändigen
Schutz gegen Ölaufnahme
mit einer günstigen
Schwingungsdämpfung.
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Weitere
Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Unteransprüchen, weiteren
Merkmalen der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
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Dabei
zeigen:
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1 einen
Schnitt durch eine erfindungsgemäße angetriebene
Starrachse,
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2 eine
Ansicht einer erfindungsgemäßen Verbindung
eines Achs-Differentials mit einer Radantriebswelle mit Detail X,
der Radantriebswelle,
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3 eine
Ansicht einer erfindungsgemäßen Verbindung
einer Radantriebswelle mit einer Radnabe.
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1 zeigt
einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße angetriebene Starrachse 1,
wobei die Starrachse 1 von der Fahrzeugmitte bis zu einer
Radnabe 10 eines Fahrzeugrades dargestellt ist. Die nicht
dargestellte Seite der Starrachse 1 ist annähernd spiegelsymmetrisch
zur dargestellten Seite aufgebaut.
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Die
in 1 dargestellte angetriebene Starrachse 1 besteht
aus einem Achsträger
und einer Momentübertragung.
Die Momentübertragung
dient der Übertragung
eines Antriebsmoments auf die Räder
der als angetriebene Hinterachse ausgeführten Starrachse 1.
Der Achsträger
dient der Aufhängung dieser
Momentübertragung
am Fahrzeug.
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Der
in 1 dargestellte Achsträger besteht aus zwei Achstragrohren 7,
von denen nur eines dargestellt ist, und einem Differentialgehäuse 3.
Dabei sind die Achstragrohre 7 seitlich in dafür vorgesehene
Aufnahmen des Differentialgehäuses 3 eingesteckt
und mit dem Differentialgehäuse 3 verbunden. Wie
in 1 dargestellt, weist der Achsträger an seinen
Achstragrohren 7 eine Halterung auf, über die er an der Karosserie
des Fahrzeugs befestigt werden kann.
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Neben
dem in 1 dargestellten Aufbau einer Starrachse sind auch
andere Bauformen einsetzbar, beispielsweise einteilige Achsträger mit
angeschraubtem Differentialgehäuse 3.
Derartige Achsträger
werden auch als Achsbrücken
bezeichnet.
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Die
in 1 dargestellte Momentübertragung besteht aus einem
Achs-Differential 2, einer Radantriebswelle 6 und
einer Radnabe 10. Das Achs-Differential 2 ist
im Inneren des Differentialgehäuses 3 angeordnet.
Die Radantriebswelle 6 ist im Inneren des Achtragrohrs 7 angeordnet.
Die Radnabe 10 ist über
eine Lagereinheit 9 mit einem Achsflansch 8 des
Achstragrohrs 7 verbunden.
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Das
Achs-Differential 2 weist für jede mit dem Achs-Differential 2 verbundene
Radantriebswelle 6 ein Achswellenrad 4 auf. Das
Achswellenrad 4 des Achs-Differentials 2 überträgt die Antriebsmoment
eines Fahrzeugantriebs auf die Rad antriebswelle 6. Dazu
ist das Achswellenrad 4, wie in 2 dargestellt, über eine
als Verzahnung ausgeführte Steckverbindung 11 mit
der Radantriebswelle 6 formschlüssig verbunden.
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Wie
in 1 dargestellt, ist die Radantriebswelle 6 als
Hohlwelle aufgeführt.
Diese hohle Radantriebswelle 6 verbindet das Achswellenrad 4 drehsteif über die
als Verzahnungen dargestellten Steckverbindungen 11 und 17 mit
der Radnabe 10 (2 und 3). Die
dargestellte Radantriebswelle 6 ist im Bereich des Achs-Differentials 2 und
der Radnabe 10 verjüngt,
wobei gleichzeitig die Wandstärke
des Rohrs verstärkt
ist. Dadurch ist die Welle an diesen Stellen den gewohnten Maßen einer
Radantriebswelle angepasst, ohne dass sich dadurch eine Schwachstelle
ergibt. Im Mittelteil kann demgegenüber durch den größeren Durchmesser
in Verbindung mit der geringeren Wandstärke Gewicht eingespart werden.
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2 zeigt
die Verbindung eines Achs-Differentials 2 mit einer Radantriebswelle 6 und
eine Detailansicht X des achsdifferentialseitigen Endes der Radantriebswelle 6.
Das achsdifferentialseitige Ende der Radantriebswelle 6 ist über eine
Verzahnung 11 von Radantriebswelle 6 und Achswellenrad 4 mit dem
Achs-Differential 2 verbunden.
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Die
Radantriebswelle 6 ist über
die Verzahnung 11 drehfest mit dem Achswellenrad 4 verbunden.
Zur radialen Führung
der Radantriebswelle 6 kann die Verzahnung 17 flankenzentriert
ausgeführt sein.
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In
Detail X der 2 sind Einzelheiten der Radantriebswelle 6 genauer
dargestellt. Die Radantriebswelle 6 weist eine Außenverzahnung
auf, die Teil der Verzahnung 11 von Radantriebswelle 6 und Achswellenrad 4 ist.
Diese Verzahnung 11 hat an der Radantriebswelle 6 in
Richtung Radnabe 10 einen Verzahnungsauslauf 12.
Der Zahnungsauslauf verbindet die Lücke zwischen zwei Zähnen mit
dem Niveau des Vollmaterials wie es im Übergangsbereich 13 vorliegt.
In Detail X von 2 ist der Zahnungsauslauf 12 im
Schnitt als eine in axialer Richtung verlaufende Schräge erkennbar,
die den Übergangsbereich 13 mit
dem Boden der Lücke
verbindet. An den Verzahnungsauslauf 12 der Radantriebswelle 6 schließt sich
in Richtung Radnabe 10 ein Übergangsbereich 13 an.
Dieser Übergangsbereich 13 dient
der axialen Führung
der Radantriebswelle 6. Das Zahnende der Innenverzahnung
des Achswellenrads 4 stützt
sich am Zahnauslauf 12 der Außenverzahnung der Radantriebswelle 6 ab.
Der Übergangsbereich 13 der
Radantriebswelle 6 ist als zylindrische Form ausgebildet,
deren Durchmesser größer ist,
als der Kopfkreisdurchmesser der Innenverzahnung des Achswellenrads 4.
Dieser zylindrische Übergangsbereich 13 dient
der Innenverzahnung des Achswellenrads 4 als Anschlag und
damit der Radantriebswelle 6 als axiale Führung.
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Zur
axialen Sicherung der Radantriebswelle 6 können die
Innenverzahnung des Achswellenrads 4 und die differentialseitige
Außenverzahnung
der Radantriebswelle 6 verschränkt zueinander ausgeführt sein.
Diese Möglichkeit
der axiale Sicherung kann alternativ oder ergänzend zu den im vorhergehenden
Abschnitt beschriebenen Maßnahmen
zur axialen Führung
eingesetzt werden.
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An
den Übergangsbereich 13 schließt sich im
Ausführungsbeispiel
der 1 ein Gleitlagerbereich an. Im Gleitlagerbereich
ist die Radantriebswelle 6 in einem am Achs-Differential 2 angeordneten Gleitlager 14 gelagert.
Dieses Gleitlager 14 wirkt als radiale Führung der
Radantriebswelle 6 auf der Differentialseite.
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Alternativ
zum dargestellten Ausführungsbeispiel
kann das Achswellenrad 4 über ein Gleitlager 14 im
Differentialgehäuse 3 geführt werden. Dann
erfolgt die radiale Führung
der Radantriebswelle 6 indirekt über die flankenzentrierte Verzahnung 11.
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Des
Weiteren ist in der Radantriebswelle 6 eine Abdichtung 5 angeordnet.
In 1 und 2 ist diese Abdichtung 5 als
Deckel ausgeführt,
der im Inneren der Radantriebswelle 6 angeordnet ist. Der Hohlraum
im Inneren der Radantriebswelle 6 ist durch den Deckel 5 einseitig
verschlossen. In 1 und 2 ist der
Deckel 5 im Bereich des Achswellenrads 4 angeordnet.
Der Deckel 5 schützt
den Hohlraum der Radantriebswelle 6 vor eindringendem Öl und anderer
Verschmutzung.
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Die
Abdichtung 5 kann auch als Ausschäumung des Hohlraums ausgeführt sein.
In diesem Fall kann eine einzige Abdichtung 5 beide Seiten
der Radantriebswelle 6 nach Außen hin abdichten.
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3 zeigt
eine Ansicht einer Verbindung einer Radantriebswelle 6 mit
einer Radnabe 10. Die Radantriebswelle 6 weist
gemäß 3 einen
nabenseitigen zylindrischen Übergangsbereich 15 auf,
an den sich ein Verzahnungsauslauf 16 und eine Verzahnung 17 zwischen
Radantriebswelle 6 und Radnabe 10 anschließen. Der Übergangsbereich 15 dient
der axialen Führung
der Radantriebswelle 6 auf der Nabenseite. Das Zahnende
der Innenverzahnung der Radnabe 10 stützt sich am Verzahnungsauslauf 16 der
Außenverzahnung
der Radantriebswelle 6 ab. Der Übergangsbereich 15 der
Radantriebswelle 6 ist zylindrisch ausgebildet, wobei der
zylindrische Durchmesser größer ist,
als der Kopfkreisdurchmesser der Innenverzahnung der Verzahnung 17 der
Radnabe 10. Diese zylindrische Form dient der Innenverzahnung
der Radnabe 10 als Anschlag und damit der Rad antriebswelle 6 als
axiale Führung. Wird
die Radantriebswelle 6 auf beiden Seiten derart geführt, so
ist eine schwimmende Lagerung der Radantriebswelle 6 darstellbar.
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Zur
axialen Sicherung der Radantriebswelle 6 können die
Innenverzahnung der Radnabe 10 und die nabenseitige Außenverzahnung
der Radantriebswelle 6 verschränkt zueinander ausgeführt sein. Durch
eine verschränkte
Verzahnung 17 ergibt sich eine leicht Pressung für einen
axialen Reibschluss. Je nach ausführung kann die Verzahnung 17 oder 11 allein
verschränkt
ausgeführt
sein oder beide Verzahnungen 17 und 11 sind verschränkt ausgeführt. Diese Möglichkeit
der axiale Sicherung kann alternativ oder ergänzend zu den im vorhergehenden
Abschnitt beschriebenen Maßnahmen
zur axialen Führung
eingesetzt werden. Auch sind andere Möglichkeiten der axialen Sicherung
denkbar, beispielsweise durch Sicherungsringe, Stege, Bünde, Absätze und
Anschläge.
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Die
Radantriebswelle 6 ist über
die Verzahnung 17 drehfest mit der Radnabe 10 verbunden.
Zur radialen Führung
der Radantriebswelle 6 ist typischerweise die Verzahnung 17 flankenzentriert
ausgeführt.
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Üblicherweise
ist die axiale und radiale Führung
bzw. Sicherung der Radantriebswelle 6 nabenseitig und differentialseitig
weitestgehend gleichartig ausgeführt.
Der Vorteil liegt hier in einem gemeinsamen Herstellungsverfahren.
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Alternativ
können
nabenseitig auch andere Führungen
und Sicherungen eingesetzt werden, als differentialseitig. Beispielsweise
kann differentialseitig eine zueinander verschränkte Verzahnung 11 der Innenverzahnung
mit ihrer Außenverzahnung
eingesetzt werden, wogegen und nabenseitig die Sicherung über den
als Anschlag wirkenden Übergangsbereich 15 Am
nabenseitigen Ende der Radantriebswelle 6 kann in der Radantriebswelle 6 eine
in 3 nicht dargestellte Abdichtung 5 angeordnet
sein. Diese Abdichtung 5 kann beispielsweise als Ausschäumung des
Hohlraums ausgeführt
sein. In einer anderen Ausführung
ist die Abdichtung 5 als Deckel ausgeführt. Die Abdichtung 5 schützt den
Hohlraum der Radantriebswelle 6 vor eindringender Verschmutzung.
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Die
Radnabe 10 weist einen hohlzylinderförmigen Bereich auf. Im Inneren
dieses Hohlzylinders ist die Innenverzahnung der Verzahnung 17 angeordnet.
Auf der Außenseite
dieses Hohlzylinders ist die Lagereinheit 9 angeordnet.
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Der
innere Teil der Lagereinheit 9 sitzt drehfest auf dem hohlzylinderförmigen Bereich
der Radnabe 10. Damit ist dieser innere Teil der Lagereinheit 9 über die
an der Radnabe 10 ausgebildete Innenverzahnung der Verzahnung 17 mit
der Radantriebswelle 6 kraftschlüssig verbunden. Der äußere Teil
der Lagereinheit 9 ist, wie in 1 dargestellt,
mit einem Achsflansch 8 des Achstragrohrs 7 starr
und drehfest verbunden. Die Radnabe 10 ist somit also über die Lagereinheit 9 drehbar
am Achstragrohr 7 gelagert.
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Die
Momentübertragung
dient der Übertragung
eines Antriebsmoments auf die Räder
der als angetriebene Hinterachse ausgeführten Starrachse 1.
Dazu wird ein von einer Antriebseinheit ausgehendes Antriebsmoment über das
Achs-Differential 2 der angetriebenen Starrachse 1 auf
die Radnaben 10 der Fahrzeugräder übertragen. Das Achs-Differential 2 überträgt das von
der Antriebseinheit eingeleitete Moment an seine Achswellenräder 4.
Jedes Achswellenrad 4 ist mit einer Radantriebswelle 6 verbunden.
Die Radantriebswelle 6 ist ihrerseits mit der Radnabe 10 verbunden.
Ein von der Antriebseinheit ausgehendes Moment wird über die
Radantriebswelle 6 auf die Radnabe 10 übertragen.
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Die
Radnabe 10 ist über
eine Lagereinheit 9 drehbar an einem Achsflansch 8 des
Achstragrohrs 7 gelagert. Die Lagereinheit 9 ist
drehfest am Achsflansch 8 des Achstragrohrs 7 befestigt.
Das Achstragrohr 7 umschließt die Radantriebswelle 6.
Das Achstragrohr 7 ist mit dem Differentialgehäuse 3 des Achs-Differentials 2 verbunden
und über
Halterungen am Fahrzeug befestigt. Damit sind alle Teile der Momentübertragung über die
Halterungen der Achstragrohre 7 am Fahrzeug gehalten.