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Die Erfindung betrifft gemäß den nebengeordneten
Patentansprüchen
1 und 2 ein Kronenraddifferential bzw. einen Satz von zumindest
zwei Kronenraddifferentialen.
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Aus der WO 92/01877 ist bereits ein
Kronenraddifferential bekannt.
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Ferner betreffen die nicht vorveröffentlichten
DE 101 47 681.7 und
DE 101 44 200.9 ein Kronenraddifferential.
Dabei zeigt die
DE 101 47 681.7 ein Kronenraddifferential,
bei welchem in Übereinstimmung
mit der Erfindung Gehäuseausnehmungen vorgesehen
sind, in denen Ausgleichsräder
gelagert sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die
Teilevielfalt bei kompletten Fahrzeugmodellreihen zu verringern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale von Patentanspruch 1 bzw. 2 gelöst.
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Ein Vorteil der Erfindung gemäß Patentanspruch
1 und 2 ist der, dass für
eine oder mehrere komplette Fahrzeugbaureihen lediglich ein einziger Typ
von Differentialgehäusen
vorgesehen ist. Damit sind die Logistikkosten gering und eine vereinfachte automatisierte
Fertigung in hohen Stückzahlen
wird möglich,
was neben Kostenvorteilen auch mit Qualitätsvorteilen einhergeht.
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Bei einer Fahrzeugbaureihe werden
verschiedene Antriebsmotoren mit entsprechend verschiedenen Antriebsmomenten
verbaut.
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Erfindungsgemäß wird ein einziger Typ von Differentialgehäusen verwendet,
welcher mehrere Gehäuseausnehmungen
zur Aufnahme von Ausgleichsrädern
aufweist. Je nachdem, mit welchem Antriebsmoment das Fahrzeug ausgestattet
ist, wird bei der Montage des Fahrzeuges eine entsprechende Anzahl
von Ausgleichsrädern
in die Gehäuseausnehmungen
eingesetzt. Je mehr Ausgleichsräder eingesetzt
werden, desto höher
ist die Drehmomentübertragungsfähigkeit
des Differentials. Bei Fahrzeugen mit relativ geringem Antriebsmoment
bzw. geringer Motorisierung bleiben Gehäuseausnehmungen des Differentials
zwangsläufig
frei. Die Möglichkeit, ohne
großen
Aufwand eine unterschiedliche Anzahl von Ausgleichsrädern in
das Differential einzusetzen, wird dadurch geschaffen, dass die
Ausgleichsräder keinen
Differentialbolzen benötigen.
Die Ausgleichsräder
sind nicht gegenüber
einem Differentialbolzen, sondern gegenüber dem Differentialgehäuse in dessen
Gehäuseausnehmung
gelagert. Das einzelne Ausgleichsrad leitet keine Axialkräfte in das
Differentialgehäuse
ein, da es mittels eines Anschlagkörpers unmittelbar gegenüber dem
Achswellenrad, welches als Kronenrad ausgeführt ist, axial abgestützt ist.
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Die Ausgleichsräder können gleichartig ausgestaltet
sein und damit in sehr hoher Stückzahl
produziert werden.
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Das Differentialgehäuse ist
drehfest mit einem Tellerrad verbunden, welches von einer Ritzelwelle
angetrieben wird. Die Differentialgehäuse für eine Baureihe können in
vorteilhafter Weise sämtlich mit
dem gleichen Tellerrad ausgestaltet sein. Es können jedoch auch verschiedene
Tellerräder
für die
verschiedenen Fahrzeuge einer Baureihe vorgesehen sein. Verschiedene
Tellerräder
weisen auch unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse
zur Ritzelwelle auf und haben somit unterschiedliche Abtriebsmomente
zur Folge. Diesen unterschiedlichen Abtriebsmomenten kann in besonders
vorteilhafter Weise durch eine entsprechende Anzahl von Ausgleichsrädern Rechnung
getragen werden.
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Das Tellerrad des Kronenraddifferentials kann
je nach Antriebskonzept des Fahrzeuges
- – als Kronenrad,
- – als
Kegelrad insbesondere mit Hypoidverzahnung,
- – als
Stirnrad oder sogar
- - als beidseitig verzahntes Tellerrad
ausgeführt sein.
Ein solches beidseitig verzahntes Tellerrad zeigt die EP 1 203 900
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Da sich der Anschlagkörper zumindest
zwischen mehreren Zähnen
des Ausgleichsrades erstreckt, ist dieser mit den Zähnen des
Achswellenrades zur Anlage bringbar. Es sind in vorteilhafter Weise
keine weiteren Bauteile mehr notwendig, um das zweite Zahnrad in
diese Richtung abzustützen.
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Patentanspruch 4 zeigt eine besonders
vorteilhafte Ausgestaltung, bei welcher verhindert wird, dass Kräfte vom
Achswellenrad in den Anschlagkörper
bzw. das Ausgleichsrad eingeleitet werden. Durch diese Kraftfreiheit
auf den Anschlagkörper werden
Vorteile hinsichtlich des Wirkungsgrades und des Verschleißes erreicht.
Einzig durch die Fliehkräfte
bei Rotation des Differentials tritt noch eine geringe Reibung an
dem Anschlagkörper
auf.
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Patentanspruch 5 zeigt eine besonders
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, die eine kompakte Bauweise
bei maximal möglicher
Abstützung des
Ausgleichsrades gegenüber
dem Achswellenrad ermöglicht.
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Patentansprüche 6 und 7 zeigen besonders vorteilhafte
Ausgestaltung der Erfindung, bei welchen besonders hohe Kräfte übertragen
werden können.
Durch die bewegungsfeste Verbindung bzw. sogar die Einteiligkeit
zwischen dem Ausgleichsrad und dem Anschlagkörper wird eine besonders hohe Zahnfußfestigkeit
erreicht.
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Patentansprüche 10 und 11 zeigen besonders
bevorzugte Anzahlen von Gehäuseausnehmungen
des Differentials. So lässt
sich ein Differential mit vier gleichmäßig am Umfang des Differentialgehäuses verteilten
Gehäuseausnehmungen
sowohl mit zwei, als auch mit vier Ausgleichsrädern ausstatten, ohne dass
es zu einer Unwucht des Differentials bei Rotation kommt. Ein Differentialgehäuse mit
sechs gleichmäßig am Umfang
verteilten Gehäuseausnehmungen
lässt sich
mit zwei, drei, vier oder sechs Ausgleichsrädern ausstatten, ohne dass
es zu einer Unwucht kommt.
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Patentanspruch 12 zeigt eine besonders
vorteilhafte Weiterbildung des Gegenstandes nach Patentanspruch
2. Dabei umfasst ein Satz von Kronenraddifferentialen zwei Differentialgehäusetypen
und einen Typ von Ausgleichsrädern.
Für Fahrzeuge
mit Motoren welche ein besonders geringes Drehmoment aufweisen wird
ein Kronenraddifferential mit vier gleichmäßig am Umfang – d.h. etwa
alle 90° – verteilten
Gehäuseöffnungen
verwendet, in die insgesamt nur zwei Ausgleichsräder eingesetzt sind, welche
diametral bzw. fluchtend zueinander angeordnet sind. Für Fahrzeuge
mit Motoren welche ein besonders hohes Drehmoment aufweisen wird
ein gleichartiges Kronenraddifferential mit vier Gehäuseöffnungen
verwendet, wobei in jeder Gehäuseöffnung ein
Ausgleichsrad eingesetzt ist. D.h. dieses Kronenraddifferential
weist insgesamt vier Ausgleichsräder
auf. Für
Fahrzeuge mit Motoren welche ein mittleres Drehmoment aufweisen
wird ein Kronenraddifferential mit drei gleichmäßig am Umfang – d.h. etwa
alle 120° – verteilten
Gehäuseöffnungen verwendet,
wobei in jeder Gehäuseöffnung ein
Ausgleichsrad eingesetzt ist. Dabei sind die Ausgleichsräder der
drei Kronenraddifferentiale baugleich. Damit entstehen Kostenvorteile
und die Bauteilvarianz wird gering gehalten.
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Weitere Vorteile der Erfindung gehen
aus den übrigen
Patentansprüchen,
der Beschreibung und der Zeichnung hervor.
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Es zeigen:
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1 ein
erstes Kronenraddifferential von einem Satz von zwei Kronenraddifferentialen
in einer geschnitten-perspektivischen Darstellung, wobei durch eine
Ebene geschnitten wird, welche zwischen einer Rotationsachse des
Kronenraddifferentials und einer geometrischen Achse von Ausgleichsrädern aufgespannt
wird und wobei das Kronenraddifferential zwei Gehäuseausnehmungen
mit zwei in diese eingesetzten Ausgleichsrädern aufweist,
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2 das
Kronenraddifferential aus 1 in einer
geschnitten-zweidimensionalen Darstellung,
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3 das
Kronenraddifferential in einem Schnitt gemäß Linie III-III aus 2,
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4 ein
zweites Kronenraddifferential des Satzes von zwei Kronenraddifferentialen
in einer perspektivischen Darstellung, wobei dieses Kronenraddifferential
ausschließlich
ein Ausgleichsrad aufnimmt,
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5 eine
Zahnradpaarung, welche in dem ersten Kronenraddifferential gemäß 1 bis 3 oder in dem zweiten Kronenraddifferential
gemäß 4 Anwendung findet,
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6 die
Zahnradpaarung gemäß 5 in einer geschnittenen
Darstellung, wobei der Schnitt durch eine Ebene erfolgt, welche
zwischen der Rotationsachse eines Achswellenrades und der geometrischen
Achse eines mit diesem kämmenden
Ausgleichsrades aufgespannt wird,
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7 ein
Differentialgehäuse
einer Ausgestaltungsalternative der Kronenraddifferentials in einer
schematisierten und perspektivischen Darstellung, wobei das Differentialgehäuse vier
gleichmäßig am Uamfang
verteilte Ausnehmungen aufweist,
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8 das
Differentialgehäuse
aus 7 in einem Schnitt
gemäß Linie
VIII-VIII aus 7,
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9 ein
Differentialgehäuse
einer weiteren Ausgestaltungsalternative des Kronenraddifferentials welches
jedoch sechs Gehäuseausnehmungen
aufweist und
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10 ein
Differentialgehäuse 303,
welches genau drei gleichmäßig am Umfang
verteilte Gehäuseausnehmungen
aufweist.
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1 zeigt
ein Kronenraddifferential 1 eines Hinterachsgetriebes in
einer geschnitten-perspektivischen Darstellung, wobei durch eine
Ebene geschnitten wurde, welche zwischen einer Rotationsachse 2 des
Kronenraddifferentials 1 bzw. von Kronenrädern 5a, 5b und
einer geometrischen Achse 7 von Ausgleichsrädern 4a, 4b aufgespannt
wird. Die Kronenräder 5a bzw. 5b haben
dabei die Funktion von Achswellenrädern.
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Dieses Kronenraddifferential 1 umfasst
ein zylindrisches Differentialgehäuse 3, dessen Rotationsachse 2 in üblicher
Weise deckungsgleich mit einer geometrischen Achse von nicht näher dargestellten
Achswellen ist. Die folgend verwendeten Bezeichnungen „axial" und „radial" beziehen sich auf diese
geometrische Rotationsachse 2, wenn die Bezeichnungen nicht
explizit auf einen speziellen rotationssymmetrischen Körper bezogen
sind.
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An einem axialen Ende ist das Differentialgehäuse 3 einteilig
mit einem nicht näher
dargestellten Tellerrad ausgestaltet.
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Das Differentialgehäuse 3 weist
axial mittig zwei diametral gegenüberliegende Gehäuseausnehmungen 13a, 13b auf,
in welchen die geradverzahnten Ausgleichsräder 4a, 4b bezüglich deren
geometrischer Achse 7 radial gelagert sind. Die Ausgleichsräder 4a, 4b weisen
eine Stirnverzahnung 17a bzw. 17b auf. Die geometrischen
Achse 7 steht senkrecht zur Rotationsachse 2.
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Zentrisch in diesen Ausgleichsrädern 4a, 4b sind
Ausnehmungen 8a, 8b angeordnet, von denen die
eine Ausnehmung 8b in 3 ersichtlich
ist. Jedes der beiden Ausgleichsräder 4a bzw. 4b weist
bezüglich
dessen Achse 7 axial oberseitig und unterseitig jeweils
einen scheibenförmigen
Anschlagkörper 9a, 10a bzw. 9b, 10b auf,
durch welchen ebenfalls die Ausnehmungen 8a, 8b verlaufen.
Diese scheibenförmigen
Anschlagkörper 9a, 10a bzw. 9b, 10b sind
im Differentialgehäuse 3 radial
in teilkreisförmigen
Randbereichen 11a, 12a, 20a, 14a bzw. 11b, 12b, 20b, 14b der
beiden Gehäuseausnehmungen 13a, 13b gelagert,
von denen in der 1 nur
der eine teilkreisförmigen
Randbereichen 11a ersichtlich ist. Diese teilkreisförmigen Randbereichen 11a, 12a, 20a, 14a, 11b, 12b, 20b, 14b liegen
bezüglich
der Rotationsachse 2 in Umfangsrichtung, um über eine möglichst
große
Fläche
ein Antriebsmoment vom Differentialgehäuse 3 auf die Ausgleichsräder 4a, 4b zu übertragen.
In axialer Richtung weisen die Gehäuseausnehmungen 13a, 13b von
den Ausgleichsrädern
beabstandete Randbereiche 15a, 15b, 16a, 16b auf,
die einen Schmiermitteldurchfluss und damit eine sichere Schmiermittelversorgung
für die
Radiallagerung der Ausgleichsräder 4a, 4b und
für einen Verzahnungseingriff
gewährleisten.
Bei diesem Verzahnungseingriff kämmen
die Ausgleichsräder 4a, 4b mit
den konzentrisch zur Rotationsachse 2 ausgerichteten Kronenrädern 5a, 5b,
welche mittels einer Keilwellenverzahnung die nicht näher dargestellten Achswellen
drehfest aufnehmen. Die Kronenräder 5a, 5b sind
in der axial voneinander weg weisenden Richtung mittels eines axialen
Sicherungsringes DIN 472 gegen eine Verschiebung in diese Richtung
gegenüber
dem Differentialgehäuse 3 abgestützt. Zwischen
dem jeweiligen Kronenrad 5a bzw. 5b und dessen
Sicherungsring ist jeweils eine Distanzscheibe zur Einstellung des
axialen Abstandes zwischen den beiden Kronenrädern 5a, 5b angeordnet.
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2 zeigt
das Kronenraddifferential 1 aus 1 in einer geschnitten-zweidimensionalen
Darstellung. Zusätzlich
ist das über
der Schnittebene liegende eine Ausgleichsrad 4a dargestellt.
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3 zeigt
das Kronenraddifferential 1 in einem ebenen Schnitt gemäß Linie
III-III aus 2. Dieser
ebene Schnitt III-III erfolgt senkrecht zur Rotationsachse 2 und
beinhaltet die Achse 7 der Ausgleichsräder 4a, 4b.
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Die scheibenförmigen Anschlagkörper 9a bzw. 10a bzw. 9b bzw. 10b liegen
bezüglich
der Achse 7 der Ausgleichsräder 4a, 4b radial
jeweils an zwei diesen zugeordneten teilkreisförmigen Randbereichen 11a, 12a bzw. 20a, 14a bzw. 11b, 12b bzw. 20b, 14b an.
Zwischen den beiden teilkreisförmigen Randbereichen 11a, 12a bzw. 20a, 14a bzw. 11b, 12b bzw. 20b, 14b liegt
eine unterbrochene Ringnut 30a, 30b, welche einen
Schmiermitteldurchfluss der korrespondierend liegenden Stirnverzahnung
der Ausgleichsräder 4a, 4b ermöglicht und
eine Reibung zwischen der Stirnverzahnung 17a bzw. 17b und dem
Differentialgehäuse 3 verhindert.
Damit ist auch sicher die Schmierung an der Verzahnung zwischen den
Ausgleichsrädern 4a, 4b und
den Kronenrädern 5a, 5b sichergestellt.
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Ferner sind die Ausnehmungen 8a, 8b der Ausgleichsräder 4a, 4b ersichtlich,
welche einen variierenden Durchmesser aufweisen. Der Durchmesser
der beiden Ausnehmungen 8a, 8b nimmt dabei radial
nach innen zu.
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In dem Fall, dass das Fahrzeug, dessen Achswellen
von dem Kronenraddifferential 1 angetrieben werden, eine
hohe Motorleistung bzw. ein hohes Antriebsmoment aufweist, sind
entsprechend der Darstellung in beiden Gehäuseausnehmungen 13a, 13b die
beiden Ausgleichsräder 4a und 4b angeordnet.
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4 zeigt
ein Kronenraddifferential, welches bis auf die Anzahl der Ausgleichsräder identisch dem
ersten Kronenraddifferential 1 ausgestaltet ist. In der
Zeichnung 4 werden die
gleichen Bezugsziffern, wie in 1 bis 3 verwendet. Es ist zeichnerisch
nur eines der beiden Kronenräder 5a und 5b dargestellt.
Es ist nur in die eine Gehäuseausnehmung 13a der
beiden Gehäuseausnehmungen 13a und 13b ein
Ausgleichsrad 4b eingesetzt, während die andere Ausnehmung 13b frei
bleibt. Somit wird ein Antriebsmoment im Kraftfluss aufeinander folgend
vom
- – nicht
näher dargestellten
Tellerrad
- – über das
Differentialgehäuse 3 und
- – über das
einzige Ausgleichsrad 4a
übertragen und anschließend auf
die beiden Achswellenräder
bzw. Kronenräder 5a und 5b aufgeteilt.
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5 zeigt
eine Zahnradpaarung, welche Verwendung in dem ersten Kronenraddifferential 1 gemäß 1 bis 3 bzw. in dem bis auf die Anzahl der
Ausgleichsräder
identischen zweiten Kronenraddifferential gemäß 4 findet. Diese Zahnradpaarung umfasst
das eine Ausgleichsrad 4a und das mit diesem kämmende eine
Kronenrad 5a.
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6 zeigt
die Zahnradpaarung gemäß 5 in einer geschnittenen
Darstellung, wobei der Schnitt durch eine Ebene erfolgt, welche
zwischen der Rotationsachse 2 und der Achse 7 aufgespannt wird.
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Der oberseitige scheibenförmige Anschlagkörper 9a des
Ausgleichsrads 4a ist mit dessen Unterseite zur Anlage
an der äußeren Mantelfläche des Kronenrades 5a bringbar.
Der unterseitige scheibenförmige
Anschlagkörper 10a des
Ausgleichsrads 4a ist hingegen mit dessen Oberseite zur
Anlage an einer Verrippung der Kronenradverzahnung bringbar. Bei
dieser Verrippung ist jedem Zahn der Kronenradverzahnung eine sich
radial nach innen erstreckende Rippe 21 zugeordnet. Diese
Rippen 21 weisen sphärisch-konkave
Oberflächen
auf, welche sich auf korrespondierend sphärisch-konvexen Oberflächen des unterseitigen
scheibenförmige
Anschlagkörpers 9a abwälzen. Diese
sphärisch-konvexen
Oberflächen liegen
dabei in Zahnzwischenräumen
des scheibenförmige
Anschlagkörpers 9a.
Die sphärisch-konvexe bzw.
die sphärisch-konkave
Oberfläche
weist einen Radius r zum Kreuzungspunkt der Rotationsachse 2 mit
der Achse 7 auf.
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Im üblichen Fahrbetrieb eines Fahrzeuges, in
welchem das Kronenraddifferential 1 eingebaut ist, wirkt
eine Fliehkraft infolge der Rotation um die Rotationsachse 2 auf
das Ausgleichsrad 4a ein. Infolge dieser Fliehkraft liegt
der unterseitige scheibenförmige
Anschlagkörper 10a an
dem Kronenrad 5a an, wohingegen der oberseitige scheibenförmige Anschlagkörper 9a ein
Spiel zu dem Kronenrad 5a aufweist.
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7 zeigt
ein Differentialgehäuse 103 einer Ausgestaltungsalternative
des Kronenraddifferentials in einer schematisierten und perspektivischen
Darstellung, wobei das Differentialgehäuse 103 vier gleichmäßig am Umfang
verteilte Gehäuseausnehmungen 113a, 113b, 113c, 113d aufweist.
Die vier Gehäuseausnehmungen 113a, 113b, 113c, 113d sind
in einem Winkel α von
90° um die
Rotationsachse 102 zueinander angeordnet, wie auch in 8 ersichtlich ist. Dadurch
ist es möglich,
- – zwei
Ausgleichsräder
in einem Winkel von 180° bzw.
diametral zueinander anzuordnen oder alternativ
- – vier
Ausgleichsräder
in einem Winkel von jeweils 90° zueinander
anzuordnen,
ohne dass es bei Rotation des Differentialgehäuses 103 um
dessen Rotationsachse 102 zu einer Unwucht kommt.
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9 zeigt
ein Differentialgehäuse 203 einer weiteren
Ausgestaltungsalternative des Kronenraddifferentials, welches sechs
Gehäuseausnehmungen aufweist.
Die sechs Gehäuseausnehmungen
des Differentialgehäuses 203 sind
gleichmäßig am Umfang verteilt
und in einem Winkel β von
60° um die
Rotationsachse zueinander angeordnet.
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Dadurch ist es möglich,
- – zwei Ausgleichsräder in einem
Winkel von 180° bzw.
diametral zueinander anzuordnen oder alternativ
- – vier
Ausgleichsräder
anzuordnen, wobei zwei Achsen 207a, 207b diametral
zueinander angeordneter Ausgleichsräder einerseits den Winkel β von 60° und andererseits
den Winkel 2·β = 120° einschließen oder
alternativ
- – sechs
Ausgleichsräder
in einem Winkel von 60° zueinander
anzuordnen,
ohne dass es bei Rotation des Differentialgehäuses 203 um
dessen Rotationsachse zu einer Unwucht kommt. Der alternative Einsatz
von zwei bzw. vier Ausgleichsrädern
findet bei unterschiedlichen motorisierten Fahrzeugen Anwendung.
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10 zeigt
ein Differentialgehäuse 303, welches
genau drei gleichmäßig am Umfang
verteilte Gehäuseausnehmungen
aufweist. Die drei Gehäuseausnehmungen
des Differentialgehäuses 303 sind somit
in einem Winkel γ von
120° um
die Rotationsachse zueinander angeordnet. Im montierten Zustand
des Kronenraddifferentials sind alle drei Öffnungen mit Ausgleichsrädern besetzt.
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Das Differentialgehäuse kann
alternativ eine beliebige Anzahl von Gehäuseausnehmungen und eine beliebige
winkelmäßige Aufteilung
aufweisen. Die winkelmäßige Aufteilung
kann insbesondere auch asymmetrisch sein.
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Das Kronenraddifferential ist nicht
auf die Verwendung für
ein Hinterachsgetriebe beschränkt. So
sind auch Differentiale für
Vorderachsgetriebe, Durchtriebsachsen und Längsdifferentiale denkbar.
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Für
die Wirkung als Anschlag muss der Anschlagkörper nicht bewegungsfest gegenüber der Verzahnung
des Ausgleichsrades sein. So kann zur Erleichterung der Bearbeitung
der Stirnverzahnung des Ausgleichsrades beispielsweise eine Scheibe ausreichend
sein, welche drehfest oder drehbar auf einem Verzahnungsgrundkörper angeordnet
ist. Dabei können
zwei Scheiben mittels einer zentralen Verschraubung oder Vernietung den
Verzahnungsgrundkörper
zwischen sich verspannen. Ferner ist es möglich, die Scheiben mit dem
Verzahnungsgrundkörper
bewegungsfest zu verkleben.
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Eine entsprechende Schmierung vorausgesetzt,
kann anstatt einer Geradverzahnung auch eine Schrägverzahnung
Anwendung finden. Die Kräfte
infolge der Schrägverzahnung,
welche bestrebt sind, das Ausgleichsrad nach innen oder nach außen zu schieben,
werden dabei durch den bzw. die Anschlagkörper abgestützt.
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Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt
es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der
beschriebenen Merkmale für
unterschiedliche Ausführungsformen
ist ebenfalls möglich.
Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung
gehörenden
Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien
der Vorrichtungsteile zu entnehmen.